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弱电解质的电离及盐类水解
1、弱电解质的电离平衡。
(1)电离平衡常数
在一定条件下达到电离平衡时,弱电解质电离形成的各种离子浓度的乘积与溶液中未电离的分子浓度之比为一常数,叫电离平衡常数。
弱酸的电离平衡常数越大,达到电离平衡时,电离出的H+越多。多元弱酸分步电离,且每步电离都有各自的电离平衡常数,以第一步电离为主。
(2)影响电离平衡的因素,以CH3COOHCH3COO-+H+为例。
加水、加冰醋酸,加碱、升温,使CH3COOH的电离平衡正向移动,加入CH3COONa固体,加入浓盐酸,降温使CH3COOH电离平衡逆向移动。
2、盐类水解
(1)水解实质
盐溶于水后电离出的离子与水电离的H+或OH-结合生成弱酸或弱碱,从而打破水的电离平衡,使水继续电离,称为盐类水解。
(2)水解类型及规律
①强酸弱碱盐水解显酸性。
NH4Cl+H2ONH3·H2O+HCl
②强碱弱酸盐水解显碱性。
CH3COONa+H2OCH3COOH+NaOH
③强酸强碱盐不水解。
④弱酸弱碱盐双水解。
Al2S3+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑
(3)水解平衡的移动
加热、加水可以促进盐的水解,加入酸或碱能抑止盐的水解,另外,弱酸根阴离子与弱碱阳离子相混合时相互促进水解。
化学电源
(1)锌锰干电池
负极反应:Zn→Zn2++2e-;
正极反应:2NH4++2e-→2NH3+H2;
(2)铅蓄电池
负极反应:Pb+SO42-PbSO4+2e-
正极反应:PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O
放电时总反应:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。
充电时总反应:2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4。
(3)氢氧燃料电池
负极反应:2H2+4OH-→4H2O+4e-
正极反应:O2+2H2O+4e-→4OH-
电池总反应:2H2+O2=2H2O
化学反应的方向
1、反应焓变与反应方向
放热反应多数能自发进行,即ΔH<0的反应大多能自发进行。有些吸热反应也能自发进行。如NH4HCO3与CH3COOH的反应。有些吸热反应室温下不能进行,但在较高温度下能自发进行,如CaCO3高温下分解生成CaO、CO2。
2、反应熵变与反应方向
熵是描述体系混乱度的概念,熵值越大,体系混乱度越大。反应的熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。产生气体的反应为熵增加反应,熵增加有利于反应的自发进行。
3、焓变与熵变对反应方向的共同影响
ΔH-TΔS<0反应能自发进行。
ΔH-TΔS=0反应达到平衡状态。
ΔH-TΔS>0反应不能自发进行。
在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行,直至平衡状态。
化学反应的限度
1、化学平衡常数
(1)对达到平衡的可逆反应,生成物浓度的系数次方的乘积与反应物浓度的系数次方的乘积之比为一常数,该常数称为化学平衡常数,用符号K表示。
(2)平衡常数K的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度),平衡常数越大,说明反应可以进行得越完全。
(3)平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。对于给定的可逆反应,正逆反应的平衡常数互为倒数。
(4)借助平衡常数,可以判断反应是否到平衡状态:当反应的浓度商Qc与平衡常数Kc相等时,说明反应达到平衡状态。
2、反应的平衡转化率
(1)平衡转化率是用转化的反应物的浓度与该反应物初始浓度的比值来表示。
(2)平衡正向移动不一定使反应物的平衡转化率提高。提高一种反应物的浓度,可使另一反应物的平衡转化率提高。
(3)平衡常数与反应物的平衡转化率之间可以相互计算。
3、反应条件对化学平衡的影响
(1)温度的影响
升高温度使化学平衡向吸热方向移动;降低温度使化学平衡向放热方向移动。温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常数实现的。
(2)浓度的影响
增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡向逆反应方向移动;增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动。
温度一定时,改变浓度能引起平衡移动,但平衡常数不变。化工生产中,常通过增加某一价廉易得的反应物浓度,来提高另一昂贵的反应物的转化率。
(3)压强的影响
ΔVg=0的反应,改变压强,化学平衡状态不变。
ΔVg≠0的反应,增大压强,化学平衡向气态物质体积减小的方向移动。
(4)勒夏特列原理
由温度、浓度、压强对平衡移动的影响可得出勒夏特列原理:如果改变影响平衡的一个条件(浓度、压强、温度等)平衡向能够减弱这种改变的方向移动。
化学反应条件的优化——工业合成氨
1、合成氨反应的限度
合成氨反应是一个放热反应,同时也是气体物质的量减小的熵减反应,故降低温度、增大压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
2、合成氨反应的速率
(1)高压既有利于平衡向生成氨的方向移动,又使反应速率加快,但高压对设备的要求也高,故压强不能特别大。
(2)反应过程中将氨从混合气中分离出去,能保持较高的反应速率。
(3)温度越高,反应速率进行得越快,但温度过高,平衡向氨分解的方向移动,不利于氨的合成。
(4)加入催化剂能大幅度加快反应速率。
3、合成氨的适宜条件
在合成氨生产中,达到高转化率与高反应速率所需要的条件有时是矛盾的,故应该寻找以较高反应速率并获得适当平衡转化率的反应条件:一般用铁做催化剂,控制反应温度在700K左右,压强范围大致在1×107Pa~1×108Pa之间,并采用N2与H2分压为1∶2.8的投料比。
反应焓变的计算
(1)盖斯定律
对于一个化学反应,无论是一步完成,还是分几步完成,其反应焓变一样,这一规律称为盖斯定律。
(2)利用盖斯定律进行反应焓变的计算。
常见题型是给出几个热化学方程式,合并出题目所求的热化学方程式,根据盖斯定律可知,该方程式的ΔH为上述各热化学方程式的ΔH的代数和。
(3)根据标准摩尔生成焓,ΔfHmθ计算反应焓变ΔH。
对任意反应:aA+bB=cC+dD
ΔH=[cΔfHmθ(C)+dΔfHmθ(D)]-[aΔfHmθ(A)+bΔfHmθ(B)]
单质与氧⽓的反应:
1.镁在空⽓中燃烧:2Mg+O2点燃2MgO
2.铁在氧⽓中燃烧:3Fe+2O2点燃Fe3O4
3.铜在空⽓中受热:2Cu+O2加热2CuO
4.铝在空⽓中燃烧:4Al+3O2点燃2Al2O3
5.氢⽓中空⽓中燃烧:2H2+O2点燃2H2O
6.红磷在空⽓中燃烧:4P+5O2点燃2P2O5
7.硫粉在空⽓中燃烧:S+O2点燃SO2
8.碳在氧⽓中充分燃烧:C+O2点燃CO2
9.碳在氧⽓中不充分燃烧:2C+O2点燃2CO
1、掌握一图(原子结构示意图)、五式(分子式、结构式、结构简式、电子式、最简式)、六方程(化学方程式、电离方程式、水解方程式、离子方程式、电极方程式、热化学方程式)的正确书写。
2、最简式相同的有机物:
①CH:C2H2和C6H6
②CH2:烯烃和环烷烃
③CH2O:甲醛、乙酸、甲酸甲酯
④CnH2nO:饱和一元醛(或饱和一元酸)与二倍于其碳原子数和饱和一元羧酸或酯;举一例:乙醛(C2H4O)与丁酸及其异构体(C4H8O2)
3、一般原子的原子核是由质子和中子构成,但氕原子(1H)中无中子。
4、元素周期表中的每个周期不一定从金属元素开始,如第一周期是从氢元素开始。
5、ⅢB所含的元素种类最多。碳元素形成的化合物种类最多,且ⅣA族中元素组成的晶体常常属于原子晶体,如金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅等。
6、质量数相同的原子,不一定属于同种元素的原子,如18O与18F、40K与40Ca
7、ⅣA~ⅦA族中只有ⅦA族元素没有同素异形体,且其单质不能与氧气直接化合。
8、活泼金属与活泼非金属一般形成离子化合物,但AlCl3却是共价化合物(熔沸点很低,易升华,为双聚分子,所有原子都达到了最外层为8个电子的稳定结构)。
9、一般元素性质越活泼,其单质的性质也活泼,但N和P相反,因为N2形成叁键。
10、非金属元素之间一般形成共价化合物,但NH4Cl、NH4NO3等铵盐却是离子化合物。
11、离子化合物在一般条件下不存在单个分子,但在气态时却是以单个分子存在。如NaCl。
12、含有非极性键的化合物不一定都是共价化合物,如Na2O2、FeS2、CaC2等是离子化合物。
13、单质分子不一定是非极性分子,如O3是极性分子。
14、一般氢化物中氢为+1价,但在金属氢化物中氢为-1价,如NaH、CaH2等。
15、非金属单质一般不导电,但石墨可以导电,硅是半导体。
16、非金属氧化物一般为酸性氧化物,但CO、NO等不是酸性氧化物,而属于不成盐氧化物。
17、酸性氧化物不一定与水反应:如SiO2。
18、金属氧化物一般为碱性氧化物,但一些高价金属的氧化物反而是酸性氧化物,如:Mn2O7、CrO3等反而属于酸性氧物,2KOH+Mn2O7==2KMnO4+H2O。
19、非金属元素的正价和它的负价绝对值之和等于8,但氟无正价,氧在OF2中为+2价。
20、含有阳离子的晶体不一定都含有阴离子,如金属晶体中有金属阳离子而无阴离子。
21、离子晶体不一定只含有离子键,如NaOH、Na2O2、NH4Cl、CH3COONa等中还含有共价键。
22、稀有气体原子的电子层结构一定是稳定结构,其余原子的电子层结构一定不是稳定结构。
23、离子的电子层结构一定是稳定结构。
24、阳离子的半径一定小于对应原子的半径,阴离子的半径一定大于对应原子的半径。
25、一种原子形成的高价阳离子的半径一定小于它的低价阳离子的半径。如Fe3+
26、同种原子间的共价键一定是非极性键,不同原子间的共价键一定是极性键。
27、分子内一定不含有离子键。题目中有“分子”一词,该物质必为分子晶体。
氧化还原反应的类型:
(1)置换反应(一定是氧化还原反应)
2CuO+C=2Cu+CO2SiO2+2C=Si+2CO
2Mg+CO2=2MgO+C2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑2Al+6H+=2Al3++3H2↑
2Br-+Cl2=Br2+2Cl–Fe+Cu2+=Fe2++Cu
(2)化合反应(一部分是氧化还原反应)
2CO+O2=2CO23Mg+N2=Mg3N2
2SO2+O2=2SO32FeCl2+Cl2=2FeCl3
(3)分解反应(一部分是氧化还原反应)
4HNO3(浓)=4NO2↑+O2↑+2H2O2HClO=2HCl+O2↑
2KClO3=2KCl+3O2↑
(4)部分氧化还原反应:
MnO2+4HCl(浓)=MnCl2+Cl2↑+2H2O
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2↑+2H2O
书写化学方程式的步骤一般有四步:
1.根据实验事实,在式子的左、右两边分别写出反应物和生成物的化学式,并在式子的左、右两边之间画一条短线;当反应物或生成物有多种时,中间用加号(即“+”)连接起来.
2.配平化学方程式,并检查后,将刚才画的短线改写成等号(表示式子左、右两边每一种元素原子的总数相等).
3.标明化学反应发生的'条件(因为化学反应只有在一定的条件下才能发生);如点燃、加热(常用“△”号表示)、催化剂、通电等.并且,一般都写在等号的上面,若有两个条件,等号上面写一个下面写一个,等等.
4.注明生成物中气体或固体的状态符号(即“↑”、“↓”);一般标注在气体或固体生成物的化学式的右边.但是,如果反应物和生成物中都有气体或固体时,其状态符号就不用标注了.
书写文字表达式的步骤一般分为两步:
1.根据实验事实,将反应物和生成物的名称分别写在式子的左、右两边,并在式子的左、右两边之间标出一个指向生成物的箭头(即“→”);当反应物或生成物有多种时,中间用加号(即“+”)连接起来.
2.标明化学反应发生的条件(因为化学反应只有在一定的条件下才能发生);如点燃、加热、催化剂、通电等.并且,一般都写在箭头的上面,若有两个条件,箭头上面写一个下面写一个,等等.
书写电离方程式的步骤一般也分为两步:
1.在式子的左、右两边分别写出反应物的化学式和电离产生的阴、阳离子符号,并在式子的左、右两边之间画一条短线;阴、阳离子符号的中间用加号(即“+”)连接起来.
2.将阴、阳离子的原形的右下角的个数,分别配在阴、阳离子符号的前面,使阳离子和阴离子所带的正、负电荷的总数相等(即溶液不显电性);检查好后,将刚才画的短线改写成等号即可.当然,也可以,根据阴、阳离子所带的电荷数,利用最小公倍数法,在阴、阳离子符号的前面,配上适当的化学计量数,使阴、阳离子所带的电荷总数相等(即溶液不显电性).
1、电解的原理
(1)电解的概念:
在直流电作用下,电解质在两上电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。电能转化为化学能的装置叫做电解池。
(2)电极反应:以电解熔融的NaCl为例:
阳极:与电源正极相连的电极称为阳极,阳极发生氧化反应:2Cl—→Cl2↑+2e—。
阴极:与电源负极相连的电极称为阴极,阴极发生还原反应:Na++e—→Na。
总方程式:2NaCl(熔)2Na+Cl2↑
2、电解原理的应用
(1)电解食盐水制备烧碱、氯气和氢气。
阳极:2Cl—→Cl2+2e—
阴极:2H++e—→H2↑
总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)铜的电解精炼。
粗铜(含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt)为阳极,精铜为阴极,CuSO4溶液为电解质溶液。
阳极反应:Cu→Cu2++2e—,还发生几个副反应
Zn→Zn2++2e—;Ni→Ni2++2e—
Fe→Fe2++2e—
Au、Ag、Pt等不反应,沉积在电解池底部形成阳极泥。
阴极反应:Cu2++2e—→Cu
(3)电镀:以铁表面镀铜为例
待镀金属Fe为阴极,镀层金属Cu为阳极,CuSO4溶液为电解质溶液。
阳极反应:Cu→Cu2++2e—
阴极反应:Cu2++2e—→Cu
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