《化学反应原理》总复习(精品!).doc

化学反应原理总复习 本书从三个方面探讨了化学反应原理：一是从化学反应伴随的能量变化分析反应的吸热或放热情况，同时又揭示了化学能与电能之间的相互转化，设计出了电解池和原电池。二是研究反应的方向、限度与速率，从而指导在工业生产中以较快的速率、较高的转化率合成工业产品。由于中学阶段的反应大都在溶液中进行，故第三个方面是研究电解质的在水溶液中的反应，着重分析了强弱电解质的电离、盐类的水解、沉淀溶解平衡和离子反应。 【知识串讲】 一、化学反应与能量转化本部分内容的知识网络为：(一)反应热与反应能量的关系：1、化学反应中的能量变化化学反应的最本质的定义是旧化学键的断裂和新化学键的生成。发生化学反应一定有新的物质生成，并常伴随着能量变化及发光、发热等现象。能量的变化通常表现为热量的变化。化学中把有热量放出的反应称为放热反应，把吸收热量的反应称为吸热反应。常见的放热反应有：物质的燃烧、酸碱中和反应、金属与酸反应等。常见的吸热反应有：CH2OCOH2 CCO22CO2NH4ClBa(OH)28H2O2NH310H2OBaCl22、反应热(1)概念：当化学反应在一定的温度下进行时，反应所放出或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热，用Q表示。(2)反应热的测定及计算可用公式QC(T2T1)计算(3)反应热与反应中能量变化的关系：吸热反应的Q为正值；放热反应的Q为负值。 (二)热化学方程式与反应焓变1、反应焓变HH(反应产物)H(反应物) 2、反应焓变与反应能量的变化吸热反应：H0，产物的焓大于反应物；放热反应：H0，产物的焓小于反应物。 3、热化学方程式(1)概念：表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。(2)表示意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。例如：H2(g)O2(g)H2O(g)H241.8kJmol1。表示1mol气态H2与mol气态O2反应生成1mol水蒸气，放出241.8kJ的热量。 (3)热化学方程式的书写须注明物质的状态，并在方程式后面用焓变表示出反应的热量变化。(4)热化学方程式中反应焓变的计算主要利用盖斯定律计算焓变，注意热化学方程式中物质的系数改变时，反应焓变也要相应变化。 二、电能与化学能之间的相互转化 (一)、电解(电能化学能)1、电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。电解池：将电能转化为化学能的装置。 2、构成电解池的条件(1)与电源相连的两个电极。(2)电解质溶液(或熔化的电解质)。(3)形成闭合电路。 3、电解池反应原理 电解结果：在两极上有新物质生成。 4、电解时电极产物的判断(1)阳极产物判断首先看电极，如果是活性电极，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中的离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子放电顺序： S2IBrClOH含氧酸根(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序。AgHg2Fe3Cu2Pb2Sn2Fe2Zn2HAl3Mg2NaCa2K5、电解原理的应用(1)电解饱和食盐水制取氯气和烧碱(氯碱工业)电解前应除去食盐溶液中的Ca2、Mg2、SO42等杂质离子电极反应：阳极(石墨)：2Cl2eCl2阴极(铁钢)：2H2eH2总反应：2NaCl2H2O2NaOHCl2H2(2)电解法冶炼活泼金属Na、Mg、Al等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得。如制Al：阳极：6O212e3O2阴极：4Al312e4Al总反应：2Al2O34Al3O2(3)电镀概念：电镀是一种特殊的电解，是应用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。电镀池形成的条件：镀片作阴极、镀层金属作阳极、含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。用直流电源电镀时，电解质溶液的浓度和酸碱性理论上保持不变。实例电解精炼铜。电解精炼粗铜时，阳极材料是粗铜，阴极材料是纯铜，电解质溶液是CuSO4(或CuCl2)溶液。电解产物的计算准确写出两电极反应式，以阴阳两极得失电子数相等为纽带，对两极产物进行计算。 (二)原电池(化学能电能) 1、原电池的定义及化学原理化学能转变为电能的装置叫原电池。如下图： 原电池的本质是将化学能转化为电能。一般说来，能自发进行的氧化还原反应，在理论上都可组成原电池。在反应中，电子从发生氧化反应(失电子)的电极流出，经过外线路流向另一极(多为不活泼极，离子或物质在该电极上得电子，发生还原反应)，同时溶液中的阴、阳离子分别不断移向负极、正极，构成闭合电路。铜锌原电池反应原理： 2、构成原电池的条件(1)具有活泼性不同的两极，较活泼的金属作负极，发生氧化反应。较不活泼金属或非金属(石墨等)作正极，正极上发生还原反应，正极本身不变。(2)具有电解质溶液。(3)具有导线相连，可以组成闭合回路，或具备将化学能转变成电能的条件。 3、原电池正负极的判断以Zn|H2SO4|Cu原电池为例，如下图所示 负极(Zn)Zn2eZn2(氧化反应)正极(Cu)2H2eH2(还原反应)总反应：ZnH2SO4ZnSO4H2或Zn2HZn2H2电极判断，负极：较活泼的金属电极，或者电子流出的极，或者发生氧化反应的电极为负极。正极：较不活泼的极，或者电子流入的极，或者发生还原反应的电极为正极。 4、化学电源实用电池应具有的特点：能产生稳定而具较高电压的电流，安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。常见化学电源：(1)干电池电极反应：负极：Zn2eZn2 正极：2NH42e2NH3H2 H22MnO2Mn2O3H2O正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn24NH3Zn(NH3)42 淀粉糊的作用：提高阴、阳离子在两个电极的迁移速度。(2)铅蓄电池：电极反应：负极：PbSO422ePbSO4 正极：PbO2SO424H2ePbSO42H2O总反应式：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O(3)钮扣电池电极反应：负极：Zn2OH2eZnOH2O正极：Ag2OH2O2e2A2OH 电池总反应式为：Ag2OZn2AgZnO(4)氢氧燃烧电池是一种高效低污染的新型电池。它的电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭等，电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应：负极：2H24H4H4OH4e4H2O正极：O22H2O4e4OH电池总反应式为：2H2O22H2O 三、化学反应的方向、限度与速率本部分知识网络(一)化学反应的方向 1、化学反应方向与反应热效应的关系多数能自发进行的化学反应为放热反应，但很多放热反应也需要加热或点燃才能使反应发生。同时有不少吸热反应能自发进行。 2、焓变与熵变对反应方向的影响HTS0 反应能自发进行；HTS0 反应达到平衡状态；HTS0 反应不能自发进行。结论：在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向HTS0的方向进行，直至达到平衡状态。 (二)化学反应的限度 1、化学反应平衡常数化学反应：aAbBcCdD平衡常数(1)平衡常数的大小表示反应的限度：K越大，反应进行得越完全。(2)根据平衡常数可判断反应是否达到平衡状态。 2、化学平衡(1)化学平衡的概念化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。(2)化学平衡的特征逆：研究的对象是可逆反应等：正反应速率等于逆反应速率动：化学平衡是动态平衡，即当反应达到平衡时，正反应和逆反应都仍在继续进行定：反应混合物中，各组分的浓度不变变：化学平衡状态是有条件的，暂时的、相对的，改变影响平衡的条件，平衡就会被破坏，并逐步达到新的平衡。(3)化学平衡的移动影响化学平衡的条件浓度：增大反应物(或减小生成物)浓度，平衡向正反应方向移动。具体是比较平衡常数Kc和浓度商Qc的关系。压强：增大(或减小)压强，平衡向气体体积减小(或扩大)的方向移动。温度：升高(或降低)温度，平衡向吸热(或放热)方向移动，温度对平衡移动的影响，原因是改变了化学平衡常数。催化剂：对化学平衡状态无影响总结：平衡移动原理平衡移动原理(勒夏特列原理)：如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。注意事项： a、此原理使用的前提是已达平衡的体系；b、平衡移动的结果是“减弱”影响，而非“清除”影响；c、当同时改变几个影响平衡的条件时，勒夏特列原理对每个条件来说仍适用，但实际移动方向是多个条件综合影响的结果。d、适用于一切动态平衡。 (三)化学反应的速率1、化学反应速率化学反应速率是研究在单位时间内反应物或生成物浓度的变化。通常是用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示。某一物质的反应速率的计算式为：式中：c浓度变化，一般以mol/L为单位：t时间，单位可用s、min、h表示。因此，速率v的单位一般为mol/(Ls)、mol/(Lmin)、mol/(Lh)等。(1)化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度。它与两个因素有关：一个是时间；另一个是反应物或生成物的浓度。反应物的浓度随着反应的不断进行而减少，生成物的浓度则不断增加。(2)在同一反应中用不同的物质来表示反应速率时，其数值可以是不同的，但这些数值所表示的都是同一个反应速率。因此，表示化学反应的速率时，必须说明用反应物或生成物中哪种物质做标准。不同物质的速率的比值一定等于化学方程式中相应的化学计量数之比。如：化学反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)的v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq。(3)一般来说，化学反应速率随反应的进行而逐渐减慢。因此，某一段时间内的反应速率，实际是一段时间内的平均速率，而不是指瞬时速率。2、影响化学反应速率的因素(1)浓度：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，单位体积发生反应的分子数增加，反应速率加快。值得注意的是，固体物质的浓度可视为常数，故其反应速率只与其表面积的大小和生成物扩散的速率有关，而与其用量多少无关。(2)压强：对于有气体参加的反应，当其他条件不变时，增加压强时，气体的体积减小，浓度增大，分子间的有效碰撞机会增多，故反应速率加快。由于压强对固体，液体的体积几乎无影响，因此，对无气体参加的反应，压强对化学反应速率的影响可忽略不计。(3)温度：温度升高时，分子运动速率加快，有效碰撞机会多，反应速率加快。一般来说，温度每升高10，反应速率增大到原来的24倍。(4)催化剂：可以同等程度地改变正、逆反应速率，但催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。 (四)工业合成氨 1、合成氨适宜条件选择可逆反应：N23H22NH3；H92.4kJmol1。正反应为气体体积缩小的放热反应。(1)温度：500左右。从化学反应速率分析：温度越高越好；从反应平衡分析：温度越低越好。综合考虑以500左右为宜，而且在此温度下该反应的催化剂活性最大。(2)压强21075107Pa。无论从速率还是平衡考虑，压强越大越有利于合成氨。但压强越大，对设备的制造和材料的强度要求越高，以2107Pa5107Pa为宜。(3)催化剂：能加快反应速率但不影响平衡，可以提高单位时间氨的产量，目前工业上以铁触媒为催化剂。(4)浓度：从速率及平衡角度分析，应增大氢气和氮气浓度，降低氨的浓度。 2、合成氨工业简述(1)原料气的制备、净化和压缩N2来源于空气：方法一：空气液化法；方法二：用碳除氧法。H2来源于水和燃料：CH2O(g)COH2；COH2O(g)CO2H2除去杂质后将N2、H2混合气体用压缩机压缩至高压。(2)氨的合成：N23H22NH3 (3)氨的分离：通过冷凝器将氨液化，然后将氨分离，分离出的混合气体经循环操作继续参与合成。(4)工业流程：原料气的制取净化压缩 四、物质在水溶液中的行为 本部分知识网络 (一)水溶液 1、水的电离和水的离子积水是一种极弱的电解质，存在以下电离平衡2H2OH3OOH，H0 简写为：H2OHOH；H0。25时，c(H)c(OH)107molL1水的电离程度：1.8107%水的离子积：KWc(H)c(OH)1014(25 )理解KW时要注意：(1)KW与温度有关，因为水的电离过程是吸热过程，所以温度升高，有利于水的电离，KW增大。如100时，KW1012。(2)KW不仅适用于纯水，还适用于酸性或碱性的稀溶液。不管哪种溶液均有如酸性溶液中c(H)酸KW碱性溶液中：c(OH)碱 KW(3)KW与c(H)及c(OH)的计算对于水溶液，要准确求算c(OH)、c(H)的大小，可依赖KW来计算。对于中性溶液(或纯水)，c(H)c(OH)。而酸性溶液，若已知c(H)、c(OH)其中之一，另一种离子的浓度即可代入关系：KWc(H)c(OH)求出。应注意的是：在酸、碱性很弱的溶液中c(H)和c(OH)都很小，这时由水电离生成的c(H)和c(OH)与酸或碱提供的H或OH的浓度较接近，因而不可忽视由水电离生成的c(H)和c(OH)，应考虑水电离出来的H和OH的浓度、并将总的离子浓度代入水的离子积常数关系式中进行求解。2、溶液的酸碱性和pH(1)溶液的酸碱性取决于溶液中c(H)与c(OH)的相对大小。(2)pH：水溶液里的H浓度的负对数叫做pH，即pHlgc(H)。意义：表示稀溶液酸碱性的强弱。中性溶液：c(H)c(OH)107，pH7。酸性溶液：c(H)c(OH)，c(H)107，pH7。碱性溶液：c(H)c(OH)，c(H)107，pH7。pH越小，c(H)越大，溶液酸性越强；pH越大，c(OH)越大，溶液碱性越强。pH适用范围当溶液的酸碱性用pH表示时，c(H)的大小范围为：11014mol/Lc(H)1mol/L，即14pH0。注：当c(OH)1mol/L、c(H)1mol/L时，一般不用pH值表示溶液的酸碱性，此时，用物质的量浓度直接表示溶液的酸碱性更方便。溶液pH的测定方法测定时用玻璃棒蘸取未知溶液点在pH试纸的中部，与标淮比色卡比色即可。精确测定pH应使用pH计。 (二)弱电解的电离平衡 1、概念在一定条件(如温度、浓度)下，当电解质分子电离成离子的速率和离了重新结合成分子的速率相等时，电离过程就达到了平衡状态，这叫做电离平衡。 2、电离平衡常数CH3COOHCH3COOH多元弱酸的电离是分步电离的，其各级电离常数逐渐减小且一般相差很大，以第一步电离为主。 3、电离平衡的特征(1)动：指动态平衡。(2)等：v电离v结合(分子化)0(3)定：条件一定，分子与离子浓度一定。(4)变：条件改变，平衡破坏，发生移动。4、影响电离平衡的因素(1)浓度：浓度越大，电离程度越小。在稀释溶液时，电离平衡向右移动，而离子浓度一般会减小。(2)温度：温度越高，电离程度越大。因电离是吸热反应，升温平衡向吸热方向(电离方向)移动。(3)同离子效应：醋酸溶液中加入醋酸钠晶体，平衡左移，电离程度减小，加入稀HCl亦然。(4)能反应的离子：醋酸溶液中加入NaOH，平衡右移，电离程度增大。 (三)盐的水解 1、概念 在溶液中盐的离子与水电离出来的H+或OH结合生成弱电解质的反应，叫做盐类的水解。在盐类水解的概念中要领会以下要点：(1)能引起盐类水解的离子应是：弱酸阴离子或弱碱阳离子(它们分别与水电离出的H或OH生成弱酸或弱碱)，如CO32、HCO3、S2、HS、NH4、Cu2、Fe3、Al3等(要求记住常见的弱酸、弱碱)。(2)盐类水解的实质是：水的电离平衡发生了移动。(3)盐类水解的结果是：引起溶液中H、OH变化，即酸碱性的变化。 2、规律(1)强碱弱酸盐，水解呈碱性；(2)强酸弱碱盐，水解呈酸性；(3)弱酸弱碱盐，强烈水解，谁强显谁性；(4)强酸强碱盐，不水解，溶液呈中性。以上可按口诀记忆：“有弱才水解，无弱不水解。谁强显谁性，弱弱具体定。” 3、盐类水解离子方程式的书写 引起水解的盐的离子H2O弱电解质 增加的离子 例：Fe33H2OFe(OH)33H注意：(1)盐的水解是中和反应的逆反应，程度是很小的，方程式中用“”符号。(2)一般难溶物不形成沉淀，不写“”，气体不逸出，不写“”(因为产量很少)。(3)多价阴离子以第一步水解为主，如S2H2OHSOH(主)，HSH2OH2SOH(次) 4、影响盐类水解平衡的因素(符合平衡移动原理)(1)内因由盐中离子的本性决定“越弱越水解”，即对应的弱酸或弱碱越弱的，水解程度越大。(2) (四)沉淀溶解平衡 1、溶度积常数(1)表达式：PbI2(s)Pb2(aq)2I(aq)KspPb2I2(2)意义Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关，与沉淀量和溶液的浓度无关，离子浓度变化能引起平衡移动，但不改变溶度积。Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。 2、沉淀溶解平衡的应用(1)判断沉淀的溶解与生成利用浓度商Qc与溶度积Ksp的大小判断：QcKsp，平衡向生成沉淀的方向移动；QcKsp，沉淀溶解达到平衡；QcKsp，沉淀溶解。(2)沉淀的转化向Ksp较大的沉淀中加入某些离子，能结合为Ksp小的沉淀，此即沉淀的转化，如向ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液，能生成CuS黑色沉淀。 (五)离子反应 1、离子反应的类型在溶液中发生的有离子参加的反应都是离子反应，主要类型有3种：(1)溶液中的复分解反应，如：H+OHH2O；CO322HH2OCO2(2)电解质在水溶液中发生的化合反应。如：Na2OH2O2NaOHCaCO3H2OCO2Ca(HCO3)2(3)在水溶液中的氧化还原反应。如：2Na2H2O2NaOHH2Cl2SO22H2O2HClH2SO42、离子反应发生的条件离子之间发生反应，从本质上讲是反应混合液中自由移动的离子浓度发生了变化。复分解反应发生的条件是：(1)生成难溶的物质(如BaSO4、AgCl)；(2)生成易挥发物质(如CO2、SO2)；(3)生成难电离物质(如H2O、HF)；水溶液中能否发生化合类型的离子反应取决于反应的事实；氧化还原类型的离子反应能否发生取决于离子的氧化性和还原性的相对强弱。 3、离子反应能否进行的理论判据 (1)根据焓变与熵变判断：HTS0的离子反应可自发进行，据此可设计原电池。HTS0的离子反应不能自发进行，有的可在电流作用下发生。(2)根据平衡常数判断当K很大时，表明离子反应的趋势很，离子反应可自发进行。 【例题分析】 例1、请用下图所示仪器装置设计一个包括：电解饱和食盐水并测定电解时产生的氢气的体积和检验氯气的氧化性的实验装置。 (1)所选仪器连接时，各接口的顺序是(填各接口的代号字母)：A接、接；B接、 接。(2)实验时，装置中的石墨电极接电源的极，所发生的反应式为；铁电极接电源的极，所发生的反应式为；此电解总反应方程式为。(3)实验测得产生的氢气体积(已折算成标准状况)为5.60mL，电解后溶液的体积恰好为50.0mL，则溶液的pH值为。解析：根据电解饱和食盐水阳极所发生的反应式：2Cl2eCl2，为防止电极被腐蚀，实验中一般选用石墨作阳极。阴极发生的是水电离出的H离子被还原，2H2eH2，从而破坏水的电离平衡，在阴极区域里形成氢氧化钠，显碱性，阴极通常使用铁电极。电解的总反应方程式为：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2原题U型管反应器中的两个电极未限定哪个是阳极或阴极，可任意选用。而反应器两边连接哪些仪器及其连接顺序，取决于A、B为哪种电极、其电极产物和实验要求。设A上电极为铁质阴极，B上电极为为石墨正极，则反应器两边所选用的各仪器接口连接顺序为A接贮气瓶的GF，把水挤入量筒中的H导管，用量筒测量出排出的水量，以测定H2产生的体积。B接洗气瓶的DE，生成的Cl2在洗气瓶里氧化淀粉KI溶液，以证明其氧化性，多余的Cl2通入烧杯里的C导管，借助氢氧化钠吸收Cl2，防止污染大气。已知电解产生H25.60mL，相当于2NaOH2H2O2NaOHH2Cl