高二化学选修4知识总结

第1章、化学反应与能量转化化学反应的实质是反应物化学键的断裂和生成物化学键的形成，化学反应过程中伴随着能量的释放或吸收。一、化学反应的热效应1、化学反应的反应热(1)反应热的概念：当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放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。用符号Q表示。(2)反应热与吸热反应、放热反应的关系。Q0时，反应为吸热反应；Q0时，反应为放热反应。(3)反应热的测定测定反应热的仪器为量热计，可测出反应前后溶液温度的变化，根据体系的热容可计算出反应热，计算公式如下：QC(T2T1)式中C表示体系的热容，T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。实验室经常测定中和反应的反应热。 2、化学反应的焓变(1)反应焓变物质所具有的能量是物质固有的性质，可以用称为“焓”的物理量来描述，符号为H，单位为kJmol-1。反应产物的总焓与反应物的总焓之差称为反应焓变，用H表示。(2)反应焓变H与反应热Q的关系。对于等压条件下进行的化学反应，若反应中物质的能量变化全部转化为热能，则该反应的反应热等于反应焓变，其数学表达式为：QpHH(反应产物)H(反应物)。(3)反应焓变与吸热反应，放热反应的关系：H0，反应吸收能量，为吸热反应。H0，反应释放能量，为放热反应。(4)反应焓变与热化学方程式：把一个化学反应中物质的变化和反应焓变同时表示出来的化学方程式称为热化学方程式，如：H2(g)O2(g)H2O(l)；H(298K)285.8kJmol1书写热化学方程式应注意以下几点：化学式后面要注明物质的聚集状态：固态(s)、液态(l)、气态(g)、溶液(aq)。化学方程式后面写上反应焓变H，H的单位是Jmol1或 kJmol1，且H后注明反应温度。热化学方程式中物质的系数加倍，H的数值也相应加倍。 3、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H为上述各热化学方程式的H的代数和。(3)根据标准摩尔生成焓，fHm计算反应焓变H。对任意反应：aAbBcCdDHcfHm(C)dfHm(D)afHm(A)bfHm(B) 第2章、化学反应的方向、限度与速率(1、2节)原电池的反应都是自发进行的反应，电解池的反应很多不是自发进行的，如何判定反应是否自发进行呢？ 一、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H0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S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。在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向HTS0的方向进行，直至平衡状态。 二、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。如反应物A的平衡转化率的表达式为：（A）(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Vg0的反应，改变压强，化学平衡状态不变。Vg0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。 【例题分析】例1、已知下列热化学方程式：(1)Fe2O3(s)3CO(g)2Fe(s)3CO2(g) H25kJ/mol(2)3Fe2O3(s)CO(g)2Fe3O4(s)CO2(g) H47kJ/mol(3)Fe3O4(s)CO(g)3FeO(s)CO2(g) H19kJ/mol写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式 。解析：依据盖斯定律：化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。我们可从题目中所给的有关方程式进行分析：从方程式(3)与方程式(1)可以看出有我们需要的有关物质，但方程式(3)必须通过方程式(2)有关物质才能和方程式(1)结合在一起。将方程式(3)2方程式(2)；可表示为(3)2(2)得：2Fe3O4(s)2CO(g)3Fe2O3(s)CO(g)6FeO(s)2CO2(g)2Fe3O4(s)CO2(g)；H19kJ/mol2(47kJ/mol)整理得方程式(4)：Fe2O3(s)CO(g)2FeO(s)CO2(g)；H3kJ/mol将(1)(4)得2CO(g)2Fe(s)3CO2(g)2FeO(s)CO2(g)；H25kJ/mol(3kJ/mol)整理得：FeO(s)CO(s)Fe(s)CO2(g)；H11kJ/mol 答案：FeO(s)CO(s)Fe(s)CO2(g)；H11kJ/mol 例2、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而得到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作用电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：2CO2CO324CO24e 阴极反应式：；总电池反应式：。解析： 作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2COO22CO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O22CO24e2CO32 。答案：O22CO24e2CO32；2COO22CO2例3、下列有关反应的方向说法中正确的是( )A、放热的自发过程都是熵值减小的过程。B、吸热的自发过程常常是熵值增加的过程。C、水自发地从高处流向低处，是趋向能量最低状态的倾向。D、只根据焓变来判断化学反应的方向是可以的。解析：放热的自发过程可能使熵值减小、增加或无明显变化，故A错误。只根据焓变来判断反应进行的方向是片面的，要用能量判据、熵判据组成的复合判据来判断，D错误。水自发地从高处流向低处，是趋向能量最低状态的倾向是正确的。有些吸热反应也可以自发进行。如在25和1.01105Pa时，2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)；H56.7kJ/mol，(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)NH3(g)；H74.9kJ/mol，上述两个反应都是吸热反应，又都是熵增的反应，所以B也正确。 答案：BC。 化学反应原理复习（二） 【知识讲解】 第2章、第3、4节一、化学反应的速率 1、化学反应是怎样进行的(1)基元反应：能够一步完成的反应称为基元反应，大多数化学反应都是分几步完成的。(2)反应历程：平时写的化学方程式是由几个基元反应组成的总反应。总反应中用基元反应构成的反应序列称为反应历程，又称反应机理。(3)不同反应的反应历程不同。同一反应在不同条件下的反应历程也可能不同，反应历程的差别又造成了反应速率的不同。 2、化学反应速率(1)概念：单位时间内反应物的减小量或生成物的增加量可以表示反应的快慢，即反应的速率，用符号v表示。(2)表达式：(3)特点对某一具体反应，用不同物质表示化学反应速率时所得的数值可能不同，但各物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的系数之比。 3、浓度对反应速率的影响(1)反应速率常数(K)反应速率常数(K)表示单位浓度下的化学反应速率，通常，反应速率常数越大，反应进行得越快。反应速率常数与浓度无关，受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。(2)浓度对反应速率的影响增大反应物浓度，正反应速率增大，减小反应物浓度，正反应速率减小。增大生成物浓度，逆反应速率增大，减小生成物浓度，逆反应速率减小。(3)压强对反应速率的影响压强只影响气体，对只涉及固体、液体的反应，压强的改变对反应速率几乎无影响。压强对反应速率的影响，实际上是浓度对反应速率的影响，因为压强的改变是通过改变容器容积引起的。压缩容器容积，气体压强增大，气体物质的浓度都增大，正、逆反应速率都增加；增大容器容积，气体压强减小；气体物质的浓度都减小，正、逆反应速率都减小。 4、温度对化学反应速率的影响(1)经验公式阿伦尼乌斯总结出了反应速率常数与温度之间关系的经验公式：式中A为比例系数，e为自然对数的底，R为摩尔气体常数量，Ea为活化能。由公式知，当Ea0时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率也随之增大。可知，温度对化学反应速率的影响与活化能有关。(2)活化能Ea。活化能Ea是活化分子的平均能量与反应物分子平均能量之差。不同反应的活化能不同，有的相差很大。活化能 Ea值越大，改变温度对反应速率的影响越大。 5、催化剂对化学反应速率的影响(1)催化剂对化学反应速率影响的规律：催化剂大多能加快反应速率，原因是催化剂能通过参加反应，改变反应历程，降低反应的活化能来有效提高反应速率。(2)催化剂的特点：催化剂能加快反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变。催化剂具有选择性。催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不引起化学平衡的移动，不能改变平衡转化率。 二、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1107Pa1108Pa 之间，并采用N2与H2分压为12.8的投料比。 第3章、物质在水溶液中的行为 一、水溶液 1、水的电离H2OHOH 水的离子积常数KWHOH，25时，KW1.01014mol2L2。温度升高，有利于水的电离， KW增大。2、溶液的酸碱度 室温下，中性溶液：HOH1.0107molL1，pH7酸性溶液：HOH， H1.0107molL1，pH7碱性溶液：HOH，OH1.0107molL1，pH7 3、电解质在水溶液中的存在形态(1)强电解质强电解质是在稀的水溶液中完全电离的电解质，强电解质在溶液中以离子形式存在，主要包括强酸、强碱和绝大多数盐，书写电离方程式时用“”表示。(2)弱电解质在水溶液中部分电离的电解质，在水溶液中主要以分子形态存在，少部分以离子形态存在，存在电离平衡，主要包括弱酸、弱碱、水及极少数盐，书写电离方程式时用“”表示。 二、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CH3COOHCH3COOH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)水解类型及规律强酸弱碱盐水解显酸性。NH4ClH2ONH3H2OHCl强碱弱酸盐水解显碱性。CH3COONaH2OCH3COOHNaOH强酸强碱盐不水解。弱酸弱碱盐双水解。Al2S36H2O2Al(OH)33H2S(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。 三、沉淀溶解平衡 1、沉淀溶解平衡与溶度积(1)概念当固体溶于水时，固体溶于水的速率和离子结合为固体的速率相等时，固体的溶解与沉淀的生成达到平衡状态，称为沉淀溶解平衡。其平衡常数叫做溶度积常数，简称溶度积，用Ksp表示。PbI2(s)Pb2+(aq)2I(aq)KspPb2I27.1109mol3L3 (2)溶度积Ksp的特点Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关，与沉淀的量无关，且溶液中离子浓度的变化能引起平衡移动，但并不改变溶度积。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)沉淀的溶解与生成根据浓度商Qc与溶度积Ksp的大小比较，规则如下：QcKsp时，处于沉淀溶解平衡状态。QcKsp时，溶液中的离子结合为沉淀至平衡。QcKsp时，体系中若有足量固体，固体溶解至平衡。(2)沉淀的转化根据溶度积的大小，可以将溶度积大的沉淀可转化为溶度积更小的沉淀，这叫做沉淀的转化。沉淀转化实质为沉淀溶解平衡的移动。 四、离子反应 1、离子反应发生的条件(1)生成沉淀既有溶液中的离子直接结合为沉淀，又有沉淀的转化。(2)生成弱电解质主要是H与弱酸根生成弱酸，或OH与弱碱阳离子生成弱碱，或H与OH生成H2O。(3)生成气体 生成弱酸时，很多弱酸能分解生成气体。(4)发生氧化还原反应强氧化性的离子与强还原性离子易发生氧化还原反应，且大多在酸性条件下发生。 2、离子反应能否进行的理论判据(1)根据焓变与熵变判据对HTS0的离子反应，室温下都能自发进行。(2)根据平衡常数判据离子反应的平衡常数很大时，表明反应的趋势很大。 3、离子反应的应用(1)判断溶液中离子能否大量共存相互间能发生反应的离子不能大量共存，注意题目中的隐含条件。(2)用于物质的定性检验根据离子的特性反应，主要是沉淀的颜色或气体的生成，定性检验特征性离子。(3)用于离子的定量计算常见的有酸碱中和滴定法、氧化还原滴定法。(4)生活中常见的离子反应。硬水的形成及软化涉及到的离子反应较多，主要有：Ca2、Mg2的形成。CaCO3CO2H2OCa22HCO3 MgCO3CO2H2OMg22HCO3 加热煮沸法降低水的硬度：Ca22HCO3CaCO3CO2H2OMg22HCO3MgCO3CO2H2O或加入Na2CO3软化硬水：Ca2CO32CaCO3，Mg2CO32MgCO3五、电化学【知识精要】一、原电池原理及应用原电池是一种由化学能转变成电能的装置。其本质是通过自发进行的氧化还原反应，使反应中电子转移而产生电流，反应中的氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，这便形成了带电粒子按一定方向流动的闭合回路。1原电池的判定先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能为原电池；再依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”：一看电极，两极为导体且活泼性不同；二看溶液，两极插入电解质溶液中；三看回路：形成闭合回路或两极接触。2原电池正极和负极的确定（1）由两极的相对活泼性确定：在原电池中，相对活泼性较强的金属为原电池的负极，相对活泼性较差的金属或导电的非金属作原电池的正极。（2）由电极现象确定：通常情况下，在原电池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，此为原电池的负极；若原电池中某一电极上有气体生成、电极的质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，此为原电池的正极。3原电池原理的应用（1）利用原电池原理可以制造出各种实用电池，即化学电源，如锌锰干电池、铅蓄电池、锂电池、新型燃料电池等。（2）原电池原理可用于解决一些实际问题，如加快某些化学反应时的速率（稀硫酸与锌反应时，常滴入几滴硫酸铜溶液）；分析金属电化学腐蚀的快慢和防护方法等。 重点提醒（1）由电极装置书写电极反应：找出发生氧化反应和还原反应的物质（或离子），确定正负或阴阳极反应的物质（或放电的离子），利用电荷守恒分别写出电极反应式。（2）差值法书写电极反应式：正负（或阴阳）极反应式之和为电池反应的方程式。一般先写出反应的总方程式和较易写出的电极反应式，然后用总方程式减去较易写出的电极反应式得较难写的电极反应式。书写时，无论是总反应式还是电极反应式都既要满足电子转移守恒、电荷守恒，又要满足质量守恒。书写时注意介质通常是定向移动到该电极附近的导电离子如H+、OH-、H2O等等，若氧化(或还原)产物能与之发生复分解反应，则其一般书写在电极方程式中。3、常见电极反应式(1)锌锰干电池负极反应：ZnZn22e；正极反应：2NH42e2NH3H2；（2）氢、氧燃烧电池（电池的产物负极为H2O，正极则有大量的氢氧根生成）： 负极:2H2+4OH-4e=4H2O 正极:O2+4e+2H2O=4OH 电池总反应：2H2O22H2O（3）甲烷燃烧电池（电池负极甲烷燃烧失去电子，在碱性条件下生成的CO2与OH-反应生成CO32-和H2O, 而正极是 O2得到电子而成为OH-。） 负极：CH48e+10OH = CO32- + 7H2O 正极：2O2+8e+4H2O=8OH （4）爱迪生蓄电池：（）（） 负极：Fe2e+2OH=Fe(OH)2 正极：NiO2+2e+2H2O=Ni(OH)2+2OH（5）纽扣电池：（）负极：Zn-4e+2OH=Zn(OH)2 正极：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH（6）铅蓄电池负极：Pb+SO42-2e-=PbSO4 正极：PbO2+4H+ SO42+2e-=PbSO4+2H2O放电时总反应：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O。充电时总反应：2PbSO42H2OPbPbO22H2SO4。二、电解原理及应用电解池是将电能转化为化学能的装置，在电解池中，阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应，其放电顺序一般为：阳极：活泼性电极S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子阴极：与金属活动顺序表中金属阳离子的氧化顺序一致1（惰性电极）电解电解质溶液的类型类型实例电极反应特点电解对象电解质浓度pH溶液复原电解水NaOH阴：2H+2e-=H2阳：4OH-4e-=2H2O+O2水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水电解电解质HCl电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小氯化铜放H2生碱NaCl阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸CuSO4阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸电解质和水生成新电解质减小氧化铜2电解原理的应用（1）电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液。电解时，发生如下反应：阳极，Cu-2e-=Cu2+，阴极，Cu2+2e-=Cu。阳极泥中存在金、银等不活泼的贵重金属，阴极得到纯铜。（2）电镀铜：精铜作阳极，镀件金属作阴极，硫酸铜（或其他可溶性铜盐）溶液作电解质溶液，从理论上讲电镀时电解质溶液组成、浓度和质量不变化。电极反应：阳极Cu-2e-=Cu2+，阴极Cu2+2e-=Cu。（3）氯碱工业：阳极2Cl-2e-=Cl2， 阴极2H+2e-=H2总反应2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2(反应条件：直流电)（4）冶炼金属：电解熔融电解质，可炼得活泼金属。如：K、Na、Ca、Mg、Al等金属可通过电解其熔融的氯化物或氧化物制得。电源的负极是最强的“还原剂”，可“强迫”活泼金属的阳离子得电子。如电解冶炼铝：阳极反应6O2-12e-=3O2，阴极反应4Al3+12e-=4Al，总反应式为：2Al2O34Al+3O2。