《选修4-化学反应原理》知识点总结整理(超全)

第 1 页 高三化学 化学反应原理 知识清单 第一章化学反应与能量变化 一 焓变 反应热 要点一 反应热 焓变 的概念及表示方法 化学反应过程中所释放或吸收的能量 都可以用热量来描述 叫做反应热 又称焓变 符 号为 H 单位为 kJ mol 规定放热反应的 H 为 吸热反应的 H 为 特别提醒 1 描述此概念时 无论是用 反应热 焓变 或 H 表示 其后所用 的数值必须带 或 2 单位是 kJ mol 而不是 kJ 热量的单位是 kJ 3 在比较大小时 所带 符号均参入比较 要点二 放热反应和吸热反应 1 放热反应的 H 为 或 H 0 吸热反应的 H 为 或 H 0 H E 生成物的总能量 E 反应物的总能量 H E 反应物的键能 E 生成物的键能 2 常见的放热反应和吸热反应 放热反应 活泼金属与水或酸的反应 酸碱中和反应 燃烧反应 多数化合反应 吸热反应 多数的分解反应 氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应 水煤气的生成反应 炭与二氧化碳生成一氧化碳的反应 3 需要加热的反应 不一定是吸热反应 不需要加热的反应 不一定是放热反应 4 通过反应是放热还是吸热 可用来比较反应物和生成物的相对稳定性 如 C 石墨 s C 金刚石 s H 3 1 9kJ mol 该反应为吸热反应 金刚石 的能量高 石墨比金属石稳定 二 热化学方程式的书写 书写热化学方程式时 除了遵循化学方程式的书写要求外 还要注意以下几点 1 反应物和生成物的聚集状态不同 反应热的数值和符号可能不同 因此必须注明反应 物和生成物的聚集状态 用 s l g 分别表示固体 液体和气体 而不标 2 H 只能写在热化学方程式的右边 用空格隔开 H 值 表示放热反应 H 值 表示吸热反应 单位为 kJ mol 3 H 的值 要与热化学方程式中化学式前面的化学计量数相对应 如果化学计量数加倍 H 也要加倍 4 正反应若为放热反应 则其逆反应必为吸热反应 二者 H 的数值相等而符号相反 三 燃烧热 中和热 能源 要点一 燃烧热 中和热及其异同 1 燃烧热指的是 1 mol 可燃物燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量 注意 稳定的化合 物 如 H2 H 2O l 而不是 H2O g C CO 2 g 而不是 CO S SO 2 g 而不是 SO3 2 中和热是指酸 碱的稀溶液发生中和反应生成 1 mol 水所放出的热量 注意 弱酸 弱 碱电离出 H OH 需要吸收热量 故所测定中和热的数值偏小 浓硫酸与碱测定中和热 时 因浓硫酸释稀要放热 故测定的中和热的数值偏大 3 因燃烧热 中和热是确定的放热反应 具有明确的含义 故在表述时不用带负号 如 CH4的燃烧热为 890KJ mol 4 注意表示燃烧热的热化学方程式和燃烧的热化学方程式 表示中和热的热化学方程式和 表示中和反应的热化学方程式的不同 燃烧热以可燃物 1mol 为标准 且燃烧生成稳定的 化 合物 中和热以生成 1mol 水为标准 要点二 能源 第 2 页 新能源的开发与利用 日益成为社会关注的焦点 因此 以新型能源开发与利用为背景材料 考查热化学方程式的书写及求算反应热 已成为高考命题的热点 关于能源问题 应了解下面的几个问题 1 能源的分类 常规能源 可再生能源 如水等 非再生能源 如煤 石油 天然气 等 新能源 可再生能源 如太阳能 风能 生物能 非再生能源 如核聚变燃料 2 能源的开发 太阳能 每年辐射到地球表面的能量为 5 1019kJ 相当于目前全世 界能量消耗的 1 3 万倍 生物能 将生物转化为可燃性的液态或气态化合物 再利 用燃烧放热 风能 利用风力进行发电 提水 扬帆助航等技术 风能是一种可再 生的干净能源 地球能 海洋能 四 反应热的求算 1 由盖斯定律 化学反应不管是一步完成还是分步完成 其反应热总是相同的 也就是说 化学反应热只与反应的始态和终态有关 而与具体反应的途径无关 2 反应热的数值等于 E 形成新键释放的总能量 与 E 断键所吸收的总能量 之差 放 热反应 H 的符号为 吸热反应 H 的符号为 五 原电池的工作原理 1 将化学能转变为电能的装置叫做原电池 它的原理是将氧化还原反应中还原剂失去的电 子经过导线传给氧化剂 使氧化还原反应分别在两极上进行 2 原电池的形成条件 如下图所示 1 活泼性不同的电极材料 2 电解质溶液 3 构成闭合电路 用导线连接或直接接触 4 自发进行的氧化还原反应 特别提醒 构成原电池的四个条件是相互联系的 电极不一定参加反应 电极材料不一定 都是金属 但应为导体 电解质溶液应合理的选取 3 判断原电池正负极常用的方法 负极 一般为较活泼金属 发生氧化反应 是电子流出的一极 电流流入的一极 或阴离 子定向移动极 往往表现溶解 正极 一般为较不活泼金属 能导电的非金属 发生还原反应 电子流入一极 电流流出 一极 或阳离子定向移向极 往往表现为有气泡冒出或固体析出 4 原电池电极反应式书写技巧 1 根据给出的化学方程式或题意 确定原电池的正 负极 弄清正 负极上发生反应的 具体物质 2 弱电解质 气体 难溶物均用化学式表示 其余以离子符号表示 写电极反应式时 要遵循质量守恒 元素守恒定律及正负极得失电子数相等的规律 一般用 而不用 3 注意电解质溶液对正 负极反应产物的影响 正 负极产物可根据题意或化学方程式 第 3 页 加以确定 4 正负电极反应式相加得到原电池的总反应式 通常用总反应式减去较易写的电极反应 式 从而得到较难写的电极反应式 5 原电池原理的应用 1 设计原电池 这是近几年高考的命题热点 2 加快了化学反应速率 形成原电池后 氧化还原反应分别在两极进行 使反应速率增 大 例如 实验室用粗锌与稀硫酸反应制取氢气 在锌与稀硫酸反应时加入少量的 CuSO4溶液 能使产生 H2的速率加快 3 进行金属活动性强弱的比较 4 电化学保护法 即金属作为原电池的正极而受到保护 如在铁器表面镀锌 六 化学电源 1 各类电池 1 干电池 属于一次电池 结构 锌筒 填满 MnO2 的石墨 溶有 NH4Cl 的糊状物 电极反应 负极 Zn 2e Zn2 正极 2NH 4 2e 2NH3 H2 2 铅蓄电池 属于二次电池 可充电电池 结构 铅板 填满 PbO2 的铅板 稀 H2SO4 A 放电反应 负极 Pb 2e SO42 PbSO4 正极 PbO2 2e 4H SO42 PbSO4 2H2O B 充电反应 阴极 PbSO 4 2e Pb SO42 阳极 PbSO 4 2e 2H2O PbO2 4H SO42 总式 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 3 锂电池 结构 锂 石墨 固态碘作电解质 电极反应 负极 2Li 2e 2Li 正极 I2 2e 2I 总式 2Li I2 2LiI 4 铝 空气燃料电池 以铝 空气 海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功 这 种灯以取之不尽的海水为电解质溶液 靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断产生电 流 电极反应 铝是负极 4Al 12e 4Al3 石墨是正极 3O2 6H2O 12e 12OH 2 燃料电池正极反应式的书写 因为燃料电池 正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应 现将与电解质有关的五种情况 归纳如下 电解质为酸性电解质溶液 如稀硫酸 正极反应式为 O2 4H 4e 2H2O 电解质为中性或碱性电解质溶液 如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液 正极反应式为 O2 2H 2O 4e 4OH 电解质为熔融的碳酸盐 如 LiCO3 和 Na2CO3 熔融盐混和物 在熔融的碳酸盐环境中 正极反应式为 O2 2CO 2 4e 2CO32 电解质为固体电解质 如固体氧化锆 氧化钇 该固体电解质在高温下可允许 O2 离子在其间通过 故其正极反应式应为 O2 4e 2O 2 综上所述 在书写正极反应式时 要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性 3 常见燃料电池电极反应式的书写 1 氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂 Pt 或石墨做电极材料 负极通入 H2 正极通入 O2 第 4 页 总反应为 2H 2 O2 2H2O 电极反应特别要注意电解质 有下列三种情况 a 电解质是 KOH 溶液 碱性电解质 负极 H 2 2e 2OH 2H2O 正极 O 2 H2O 4e OH b 电解质是 H2SO4 溶液 酸性电解质 负极 H 2 2e 2H 正极 O 2 4H 4e 2H2O c 电解质是 NaCl 溶液 中性电解质 负极 H 2 2e 2H 氧化反应 正极 O 2 H2O 4e 4OH 说明 1 碱性溶液反应物 生成物中均无 H 2 水溶液中不能出现 O2 3 中性溶液反应物中无 H 和 OH 4 酸性溶液反应物 生成物中均无 OH 2 甲醇燃料电池 a 碱性电解质 铂为两极 电解液 KOH 溶液 正极 3O 2 12e 6H20 12OH 负极 2CH 3OH 12e 16OH 2CO32 12H2O 总反应方程式 2CH3OH 3O2 4KOH 2K2CO3 6H2O b 酸性电解质 铂为两极 电解液 H2SO4 溶液 正极 3O 2 12e 12H 6H2O 注 乙醇燃料电池与甲醇 负极 2CH 3OH 12e 2H2O 12H 2CO2 燃料电池原理基本相同 总反应式 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 3 CO 燃料电池 总反应方程式均为 2CO O2 2CO2 a 熔融盐 铂为两极 Li 2CO3 和 Na2CO3 的熔融盐作电解质 CO 为负极燃气 空气与 CO2 的混合气为正极助燃气 正极 O2 4e 2CO2 2CO32 负极 2CO 2CO 32 4e 4CO2 b 酸性电解质 铂为两极 电解液 H2SO4 溶液 正极 O2 4e 4H 2H2O 负极 2CO 4e 2H2O 2CO2 4H 4 肼燃料电池 铂为两极 电解液 KOH 溶液 正极 O2 2H2O 4e 4OH 负极 N2H4 4OH 4e N2 4H2O 总反应方程式 N2H4 O2 N2 2H2O 5 甲烷燃料电池 a 碱性电解质 铂为两极 电解液 KOH 溶液 正极 2O2 2H2O 8e 8 OH 负极 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 总反应方程式 CH4 2KOH 2O2 K2CO3 3H2O b 酸性电解质 铂为两极 电解液 H2SO4 溶液 正极 2O2 8e 8H 4H2O 负极 CH4 8e 2H2O 8H CO2 总反应方程式 CH4 2O2 CO2 2H2O 6 丙烷燃料电池 铂为两极 正极通入O 2和CO 2 负极通入丙烷 电解液有三种 a 电解质是熔融碳酸盐 K 2CO3或Na 2CO3 总反应方程式 C3H8 5O2 3CO2 4H2O 正极 5O2 20e 10CO2 10CO32 负极 C 3H8 20e 10CO32 3CO2 4H2O b 酸性电解质 电解液H 2SO4溶液 总反应方程式 C3H8 5O2 3CO2 4H2O 正极 5O 2 20e 26H 10H2O 负极 C 3H8 20e 6H2O 3CO2 20 H c 碱性电解质 铂为两极 电解液KOH溶液 正极 5O 2 20e 10H2O 20OH 负极 C 3H8 20e 26 OH 3CO32 17H2O 总反应方程式 C3H8 5O2 6KOH 3K2CO3 7H2O 7 乙烷燃料电池 铂为两极 电解液 KOH溶液 第 5 页 正极 7O 2 28e 14H2O 28OH 负极 2C 2H6 28e 36 OH 4CO32 24H2 O 总反应方程式 2C2H6 7O2 8KOH 4K2CO3 10H2O 七 电解原理及规律 电极的判断与电极上的反应 1 阳极 与电源正极相连的电极 是发生氧化反应 若惰性材料 石墨 Pt Au 作 阳极 失电子的是溶液中的阴离子 若为活性金属电极 Pt Au 除外 失电子的是 电极本身 表现为金属溶解 2 阴极 是与电源负极相连的电极 电极本身不参与反应 溶液 中的阳离子在阴极上 得电子 发生还原反应 电流或电子的流向 电解池中电子由电源负极流向阴极 被向阴极移动的某种阳离子获 得 而向阳极移动的某种阴离子或阳极本身在阳极上失电子 电子流向电源正极 离子的放电顺序 主要取决于离子本身的性质 也与溶液浓度 温度 电极材料等有关 1 阴极 得电子能力 Ag Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H Al 3 Mg2 Na Ca2 K 但应注意 电镀时通过控制条件 如离子浓度等 Fe 2 和 Zn2 可先于 H 放电 2 阳极 失电子能力 若阳极材料为活性电极 Pt Au 除外 则电极本身失去电子 而溶液中的阴离子不参与电极反应 若阳极材料为惰性电极 则有 S2 I Br Cl OH 含氧酸根离子及 F 等 4 酸 碱 盐溶液电解规律 惰性电极 5 原电池 电解池 电镀池的判断 1 若无外接电源 可能是原电池 然后根据原电池的形成条件判断 2 若有外接电源 两极插入电解质溶液中 则可能是电解池或电镀池 当阳极金属与电 解质溶液中的金属离子相同 则为电镀池 3 若无明显外接电源的串联电路 则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装 置为原电池 4 可充电电池的判断 放电时相当于原电池 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 充电时相当于电解池 放电时的正极变为电解池的阳极 与外电源正极相连 负极变 为阴极 与外电源负极相连 第 6 页 八 电解原理的应用 1 电解饱和食盐水 氯碱工业 反应原理 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 总反应 2NaCl 2H 2O H2 Cl2 2NaOH 电 解 设备 阳离子交换膜电解槽 组成 阳极 Ti 阴极 Fe 阳离子交换膜的作用 它只允许阳离子通过而阻止阴离子 和 气体通过 制烧碱生产过程 离子交换膜法 食盐水的精制 粗盐 含泥沙 Ca 2 Mg 2 Fe 3 SO4 2 等 加入 NaOH 溶液 加入 BaCl2 溶液 加入 Na2CO3 溶液 过滤 加入盐酸 加入离子交换剂 NaR 电解生产主要过程 见图 20 1 NaCl 从阳极区加入 H 2O 从阴极区加入 阴极 H 放电 破坏了水的电离平衡 使 OH 浓度增大 OH 和 Na 形成 NaOH 溶液 2 电解冶炼铝 原料 A 冰晶石 Na 3AlF6 3Na AlF63 原理 阳极 2O2 4e O2 阴极 Al3 3e Al 反应 4Al 3 6O2 4Al 3O2 设备 电解槽 阳极 C 阴极 Fe 因为阳极材料不断地与生成 电 解 的氧气反应 C O 2 CO CO2 故需定时补充 3 电镀 用电解的方法在金属表面镀上一层 金属或合金的过程 镀层金属作阳极 镀件作阴极 电镀液必须含有镀层金属的离子 电镀锌原理 阳极 Zn 2e Zn2 阴极 Zn2 2e Zn 电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化 在电镀控制的条件下 水电离出来的 H 和 OH 一般不起反应 九 电化学计算的基本方法 1 根据电子守恒法计算 用于串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物 相同电量等类型 的计算 其依据是电路上转移的电子数相等 2 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式列出比例 式计算 十 钢铁的腐蚀与防护 以钢铁铁腐蚀为例 1 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜呈酸性 水膜呈中性或酸性很弱 电 极 反 应 负极 Fe Fe 2e Fe2 正极 C 2H 2e H 2 总电极反应式 Fe 2H Fe2 H2 2Fe 4e 2Fe2 O2 2H2O 4e 4OH 2Fe 2H2O O2 2 Fe OH 2 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 Fe OH 3 Fe2O3 nH2O 通常两种腐蚀同时存在 但后者更普遍 特别提醒 图 20 1 第 7 页 金属腐蚀的快慢 在相同的电解质溶液中 金属腐蚀的快慢一般为 电解池的阳极 原电 池负极 化学腐蚀 电解池阴极 原电池正极 第二章化学反应的方向 限度与速率 一 化学反应速率及其简单计算 1 化学反应速率 通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来 表示 其数学表达 式可表示为单位一般为 mol L min 或 mol L 1 min 1 2 结论 对于一般 反应 aA bB cC dD 来说有 VA V B V C V D C A C B C C C D nA n B n C nD a b c d 特别提醒 1 化学反应速率指的是平均速率而不是瞬时速率 2 无论浓度的变化是增加还是减少 化学反应速率均取正值 3 同一化学反应速率用不同物质表示时可能不同 但是比较反应速率快慢时 要根据反应 速率与化学方程式的计量系数的关系换算成同一种物质来表示 看其数值的大小 注意 比较时单位要统一 二 影响化学反应速率的因素 1 内因 主要因素 反应物本身的性质 分子结构或原子结构 所决定的 2 外因 次要因素 1 浓度 当其他条件不变时 增大反应物的浓度 V 正 急剧增大 V 逆 也逐渐增大 若减 小反应物浓度 V 逆 急剧减小 V 正 逐渐减小 固体或纯液体的浓度可视为常数 故 反应速率与其加入量多少无关 2 温度 当其他条件不变时 升温时 V 正 V 逆 都加快 降温时 V 正 V 逆 都减小 3 压强 其他条件不变时 对于有气体参加的反应 通过缩小反应容器 增大压强 V 正 V 逆 都增大 通过扩大反应容器 压强减小 浓度变小 V 正 V 逆 均减小 4 催化剂 使用催化剂 成百上千的同等倍数地增加了正 逆反应速率 特别提醒 1 改变压强的实质是改变浓度 若反应体系中无气体参加 故对该类的反应速率无影响 2 恒容时 气体反应体系中充入稀有气体 或无关气体 时 气体总压增大 物质的浓度 不变 反应速率不变 3 恒压时 充入稀有气体 反应体系体积增大 浓度减小 反应速率减慢 4 温度每升高 10 化学反应速率通常要增大为原来的 2 4 倍 5 从活化分子角度解释外界条件对化学反应速率的影响 tcV 第 8 页 三 化学平衡状态的标志和判断 1 化学平衡的标志 1 V 正 V 逆 它是化学平衡的本质特征 2 各组分的浓度不再改变 各组分的物质的量 质量 体积分数 反应物的转化率等均 不再改变 这是外部特点 2 化学平衡的状态的判断 特别提醒 1 当从正逆反应速率关系方面描述时 若按化学计量数比例同向说时 则不能说明达到平 衡状态 若按化学计量数比例异向说明 则可以说明达到平衡状态 2 恒温 恒容下的体积不变的反应 体系的压强或总物质的量不变时 不能说明达到平衡 状态 如 H2 g I 2 g 2HI g 3 全部是气体参加的体积不变的反应 体系的平均相对分子质量不变 不能说明达到平衡 状态 如 2HI g H2 g I 2 g 4 全部是气体参加的反应 恒容条件下体系的密度不变 不能说明达到平衡状态 四 影响化学平衡的因素及勒夏特例原理 要点一 反应条件对化学平衡的影响 1 浓度 在其他条件不变时 增大反应物的浓度或减少生成物的浓度 都可使平衡向正 反应方向移动 反之 平衡向逆反应方向移动 2 温度 在其他条件不变时 升高温度 平衡向吸热方向移动 降低温度 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 3 压强 其他条件不变时 在有气体参加的可逆反应里 增大压强 平衡向气体总体积 缩小的方向移动 反之 平衡向气体总体积增大的方向移动 在这里 压强改 变是通过反应器容积的改变来完成的 即压缩或扩大 4 催化剂 使用催化剂能同等倍数地增大正逆反应速率 平衡不移动 缩短了达到平衡 所需的时间 但不会改变化学平衡常数 不会改变反应物的转化率 不会改变各组分 的百分含量 特别 提醒 第 9 页 1 恒容时充入与该反应无关的气体 如稀有气体 正逆反应速率不变 平衡不移动 2 使用催化剂或对气体体积不变的反应改变压强 同等倍数的改变正逆反应速率 平衡不 移动 3 若改变浓度 压强 温度 不同倍数的改变了正逆反应速率时 化学平衡一定移动 4 固体量的改变既不会影响速率也不会引起平衡的移动 要点二 勒夏特例原理 如果改变影响化学平衡的一个条件 如浓度 温度 压强 平衡就向能够减弱这种方向 移动 对该原理中的 减弱 不能理解为消除 抵消 即平衡移动的变化总是小于外界条 件变化对反应的改变 如给已达到平衡状态的可逆体系 增加 5 个大气压 由于化学反应 向体积缩小的方向移动 使体系的最终压强大于其初始压强 P0而小于 P0 5 另外 工业 上反应条件的优化 实质上是勒夏特例原理和化学反应速率两方面综合应用的结果 五 化学速率和化学平衡图象 1 速率 v 时间 t 的图象 1 由速率的变化判断外界条件的改变 若反应速率与原平衡速率断层 则是由改变温 度或压强所致 具体改变的条件 则要结合 V 逆 V 正 大小关系及平衡移动的方向进行 判断 若反应速率与原平衡连续 则是由改变某一种物质的浓度所致 具体是增大或 减小反应物还是生成物的浓度 则要结合 V 逆 V 正 大小关系及平衡移动的方向进行判 断 2 组分量 时间 t 温度 T 压强 P 的图象 先拐先平 先拐 的先达到平衡状态 即对应的温度高或压强大 从而判断出曲 线对应的温度或压强的大小关系 定一议二 即固定其中的一个因素 温度或压强等 然后讨论另外一个因素与化学 平衡中的参量 浓度 质量分数 体积分数 平均相对分子质量 的变化关系 从而判 断出该反应为放热反应或吸热反应 反应前后气体体积的大小等 六 化学平衡常数 1 对于一般的可逆反应 mA g nB g pC g qD g 其中 m n p q 分别表示化 学方程式中反应物和生成物的化学计量数 当在一定温度下达到化学平衡时 这个反应的 平衡常数公式可以表示为 各物质的浓度一定是平衡时的浓度 而不是 其他时刻的 3 利用 K 值可判断某状态是否处于平衡状态 Qc K V 正 V 逆 可逆反应处于化学平衡状 态 Qc K V 正 V 逆 可逆反应向正反应方向进行 Qc K V 正 V 逆 可逆反应向逆反应方向进行 4 化学平衡常数是指某一具体化学反应的平衡常数 当化学反应方程式的各物质的化学计 量数增倍或减倍时 化学平衡常数也会发生相应的变化 5 化学平衡常数是描述可逆反应进行程度的重要参数 只与温度有关 与反应物 生成物 的浓度无关 当然也不会随压强的变化而变化 即与压强无关 七 等效平衡问题 1 等效平衡的概念 在一定条件下 定温 定容或定温 定压 对同一可逆反应 无论反应 从何处开始均可达到平衡且任何同一个的组分的含量相同 这样的平衡互称为等效平衡 2 等效平衡的规律 对于反应前后气体物质的体积不等的反应 A 定温 定容时 改变起始加入情况 只要按化学计量数换算成方程式两边同一物质的物 质的量与原平衡相等就可以建立等效平衡 第 10 页 B 定温 定压时 改变起始加入情况 只要按化学计量数换算成方程式两边同一物质的物 质的量之比与原平衡相等就可以建立等效平衡 对于反应前后气体物质的体积相等的反应 不论定温 定容时还是定温 定压时 改变起始加入情况 只要按化学计量数换算成方 程式两边同一物质的物质的量之比与原平衡相等就可以建立等效平衡 八 化学反应进行的方向 1 复合判据 自由能变化 G H T S 是最全面的判断据 G H T S 0 不能自发进行 G H T S 0 能自发进行 G H T S 0 反应处于平衡状态 第三章物质在水溶液中的行为 一 电解质 非电解质 强弱电解质的比较 1 电解质 非电解质的概念 2 强电解质与弱电解质的概念 3 强弱电解质通过实验进行判断的方法 以 HAc 为例 1 溶液导电性对比实验 相同条件下 HAc 溶液的导电性明显弱于强酸 盐酸 硝酸 第 11 页 2 测 0 01mol LHAc 溶液的 pH 2 3 测 NaAc 溶液的 pH 值 常温下 PH 7 4 测 pH a 的 HAc 稀释 100 倍后所得溶液 pH a 2 5 将物质的量浓度相同的 HAc 溶液和 NaOH 溶液等体积混合后溶液呈碱性 6 中和 10mLpH 1 的 HAc 溶液消耗 pH 13 的 NaOH 溶液的体积大于 10mL 7 将 pH 1 的 HAc 溶液与 pH 13 的 NaOH 溶液等体积混合后溶液呈酸性 8 比较物质的量浓度相同的 HAc 溶液与盐酸 分别与同样的锌粒反应产生气体的速率 后者快 特别提醒 1 SO 2 NH 3 CO 2的水溶液虽然能导电 但它们仍属于非电解质 2 电解质强弱的判断 关键是看电解质在水溶液中是否完全电离 电解质电离程度与溶解 度无直接关系 溶解度大的不一定是强电解质 如醋酸 溶解度小的不一定是弱电解 质 如硫酸钡 3 电解质溶液导电性取决于溶液中自由移动离子浓度和离子所带电荷数的多少 一般来说 相同浓度的强电解质的导电性明显强于弱电解质 弱酸 碱 与弱碱 酸 反应生成了 强电解质 溶液的导电性明显增强 4 电解质的强弱与溶液的导电性没有直接的关系 如难溶物 BaCO3 它溶于水的部分能完 全电离 故属于强电解质 但溶液的导电性几乎为零 二 弱电解质电离平衡及电离平衡常数 要点一 影响电离平衡的因素 1 温度 升高温度 促进电离 因为电离过程吸热 离子浓度增大 2 浓度 溶液稀释促进电离 离子浓度反而变小 3 同离子效应 加入与弱电解质具有相同的离子的物质 将抑制电离 相关离子浓度增大 4 加入能反应的物质 促进电离 但相关离子浓度降低 要点二 电离平衡常数 1 在一定温度下 弱电解质达到电离平衡时 各种离子浓度之积与溶液中未电离的分子浓 度之比是一个常数 该常数就叫电离平衡常数 如 CH3COOH CH3COO H K c CH 3COO c H c CH3COOH 2 电离平衡常数是描述弱电解质达到平衡状态的标尺 它只受温度的影响 因电离过程是 吸热过程 故它随温度的升高而增大 3 对于多元弱酸来说 由于上一级电离产生的 H 对下一级电离起抑制作用 一般是 K1 K 2 K 3 即第二步电离通常比第一步电离难得多 第三步电离又比第二步电离难得多 因此在计算多元素弱酸溶液的 c H 或比较弱酸酸性相对强弱时 通常只考虑第一步电离 三 影响水电离平衡的因素和水的离子积常数 要点一 影响水电离平衡的因素 1 温度 升温 促进水电离 c H c OH 同时增大 但溶液仍呈中性 2 加入酸碱 向纯水中加入酸或碱溶液 酸电离出 H 或碱电离出的 OH 均使水的电离平衡 受到抑制 3 加入可水解的离子 弱酸根或弱碱阳离 子 破坏了水的电离平衡 使水的电离平衡 右移 促进了水的电离 4 其他因素 向水中加入活泼金属 电解时有 H OH 放电时均可促进水的电离平衡正向 移动 第 12 页 要点二 水的离子积常数 1 水的离子积表示为 KW c H c OH 水的离子积只与温度有关 如不指明 则是 在 25 升高温度 K w 增大 降低温度 K w 减小 2 不仅适用于纯水 还适用于以水为溶剂的稀酸 稀碱溶液 碱溶液中 K w 酸溶液中 K w 在不同的溶液中 OH c 碱水 OH c 水酸 c H 和 c OH 虽然不一定相等 但由水电离出的 c H 和 c OH 却总是相等的 3 当水中加入酸或碱时 水的电离平衡都受到抑制 但 Kw 不变 改变的只是 c H c OH 相对大小 4 Kw c H c OH 式中的 c H 和 c OH 指的是溶液中的 H 和 OH 的总浓度 一般 说来 当溶液中 c H 或 c OH 大于由水电离出的 H 和 OH 的 1000 倍时 水的电离可忽 略 四 溶液的酸碱性及 PH 值的计算 要点一 溶液的酸碱性及 PH 值 1 溶液酸碱性的判断依据 H c OH 溶液呈酸性 c H c OH 溶液呈中性 c H c OH 溶液呈碱 性 2 酸碱性与 PH 值的关系 用 PH 值的大小来判断溶液的酸碱性 须注意温度 常温下 PH 7 的溶液为中性 在 100 时 PH 7 时 溶液呈碱性 3 释稀溶液与 PH 的关系 对于强酸溶液 每稀释 10 倍 PH 增大一个单位 无论如何冲稀也不会等于或大于 7 对 于强碱溶液 每冲稀 10 倍 PH 减小一个单位 无论如何冲稀也不会等于或小于 7 对于 PH 相同的强酸和弱酸 强碱或弱碱 溶液冲稀相同的倍数 强酸或强碱溶液的 PH 变化大 这是因为强酸或强碱已完全电离 而弱酸或弱碱还能继续电离出 H OH 酸 碱性越弱 PH 变化程度越小 溶液的稀释规律 酸 pH a 加水稀释 10n倍 强酸 pH a n 弱酸 pH b n 无限稀释 pH 接近 7 但不会小于 7 五 电离方程式和水解方程式的书写 要点一 电离方程式的书写 1 由于弱电解质在溶液中部分电离 故写电离方程式时用 符号 如 CH3COOH H CH 3COO 2 多元弱酸分步电离 以第一步电离为主 如 H2CO3电离 H 2CO3 HCO3 H HCO 3 CO32 H 3 多元弱碱的电离与多元弱酸的电离情况相似 但常用一步表示 Fe OH 3 Fe3 3OH 要点二 水解方程式的书写 1 因单个离子水解程度较弱 故水解反应方程式用 生成的产物少 生成物一般 不标 或 2 多元弱酸对应的盐水解方程式与多元弱酸的电离方程式一样也是分步进行 不能合并 3 多元弱碱阳离子的水解方程式一步完成 例如 FeCl3水解 FeCl 3 3H2O Fe OH 3 3H 4 双水解是指阴阳离子均水解 且水解程度较大 一般能进行到底 此类水解用 表 示 生成物中的沉淀 气体要用 或 标出 如 Al3 与 AlO2 HCO 3 HS S 2 之间均发生双水解反应 如 Al3 3HS 3H2O Al OH 第 13 页 3 3H 2S 六 盐类的水解 要点一 盐类水解规律 1 有弱才水解 无弱不水解 越弱越水解 谁强显谁性 两弱相促进 两强不水解 2 多元弱酸根 浓度 相同时 正酸根比酸式酸水解程度大 碱性更强 如 Na2CO3 NaHCO 3 要点二 影响盐类的水解的因素 1 内在因素 组成盐的弱离子对应的酸或碱越弱 盐的水解程度越大 2 外在因素 温度 升高温度 能促进盐的水解 因盐的水解是吸热的 冲稀 用水稀释 盐的浓度减小 水解所呈现的酸碱性减弱 但盐的水解程度增大 加入酸或碱 能促进或抑制盐的水解 加入水解呈现的酸碱性相反的盐也能促进盐的水解 要点三 盐类水解的应用 1 易水解盐溶液的配制 配制 FeCl3 SnCl 2等溶液时 常将它们溶于较浓的盐酸中 然 后再用水稀释到所需浓度 2 物质杂质 加热法可除去 KNO3溶液中的 Fe3 杂质 加 CuO 或 Cu OH 2等可除去 Cu2 溶液 中的 Fe3 3 溶液的蒸干 有些盐如 FeCl3 MgCl2 由溶液蒸干得到晶体时 必须在蒸发过程中不断 通入 HCl 气体 以抑制水解 4 物质的制备 如 Al2S3不能用湿法制备 5 较活泼的金属与盐溶液作用产生氢气 如将 Mg 放入 NH4Cl 溶液中 会有氢气产生 6 化肥的合理使用 如铵态氮肥不能与草木灰 主要成分 K2CO3 混用 7 泡沫灭火器中药剂的使用 如 Al2 SO4 3和 NaHCO3 Al 3 3HCO3 Al OH 3 3CO 2 8 明矾净水 Al 3 水解成氢氧化铝胶体 胶体具有很大的表面积 吸附水中悬浮物而聚沉 注意 NH 4HCO3 NH 4 2CO3溶液两种离子均可水解且互相促进 但不能水解进行到底 故 它们可以大量共存 配成溶液 9 溶液蒸发灼烧产物的判断 1 蒸发不水解 加热也不分解的盐溶液 如 NaCl K 2SO4 等溶液 得到的晶体为该盐的 晶体 2 蒸发只能发生水解的盐溶液时 蒸发易挥发性强酸弱碱盐溶液 如 AlCl3 Al NO 3 3 FeCl 3 AlBr 3 等溶液 因为水解产物 之一为挥发性物质 当加热蒸干其水份时得到氢氧化物 进一步灼烧得到金属氧化物 蒸发多元弱酸强碱的正盐溶液 如 Na2CO3 Na 3PO4 Na 2SiO3 Na 2S 等溶液 因为它们水 解的产物会重新反应生成原物质 最后得到原溶质 蒸发难挥发性强酸弱碱盐溶液 如 Al2 SO4 3 Fe 2 SO4 3 CuSO 4 等溶液 虽然它们发生水 解 但生成的 H2SO4 不挥发 水解的产物会重新反应生成原物质 最后得到原溶质 蒸发碳酸镁盐溶液 如 Mg HCO3 2 MgCO 3 的溶液 因为水解产物更难溶于水 当加热 蒸干其水份时得到 Mg OH 2 固体 进一步灼烧得到 MgO 10 判断盐溶液中有关离子能否大量共存时 要考虑盐的水解 1 中学阶段常见的水解彻底的有以下两种情况 是水解产物是容易脱离反应体系的溶解度非常小物质如 Al OH 3 Fe OH 3 或 H2 O 2 等 第 14 页 极难溶的气体有下列这些 Al3 与 HCO3 CO 32 HS S 2 Al OH 4 Fe3 与 HCO3 CO 32 Al OH 4 NH4 与 SiO32 ClO 2 NH4 与 CH3COO Mg 2 与 HCO3 等组合中 虽然两种离子都能水解且相互促进 但总 的水解程度仍很小 他们在溶液中可以大量共存 但加热时不能大量共存 七 溶液中离子浓度大小的比较 1 多元弱酸 多元弱酸盐溶液 如 H2S 溶液 c H c HS c S2 一 c OH 一 如 Na2CO3溶液 c Na c CO32 c OH c HCO3 H 2 多元弱酸的酸式盐 由于存在弱酸的酸式酸根离子的电离 同时还存在弱 酸的酸式酸 根离子的水解 因此必须搞清电离程度和水解程度的相对大小 然后判断离子浓度大小 顺序 NaHSO 3 NaH2PO4 NaHC2O4 溶液中弱酸根离子电离程度大于水解程度 溶液显酸 性 其他酸式盐如常见的 NaHCO3 NaHS 酸式酸根离子的水解程度大于电离程度 例 NaHCO3 中 c Na c HCO 3 c OH c H c CO 32 3 混合溶液 混合溶液中离子浓度的比较 要注意能发生反应的先反应再比较 同时要注 意混合后溶液体积的变化 一般情况下 混合溶液的体积等于各溶液体积之和 在此 常用到以下两组混合液 NH 4C1 NH 3 H2O 1 1 CH 3COOH CH 3COONa 1 1 一般 均按电离程度大于水解程度考虑 即 NH 4C1 NH 3 H2O 1 1 中 c NH 4 c Cl 一 c OH 一 c H CH 3COOH CH 3COONa 1 1 中 c CH 3COO 一 c Na c H c OH 一 4 掌握三个守恒关系 1 电荷守恒 电解质溶液中 溶液总是呈电中性 即阴离子所带负电荷总数一定等于 阳 离子所带正电荷总数 如在 Na2CO3溶液中有 c Na c H c HCO3 2c CO32 c OH 2 物料守恒 电解质溶液中 由于某些离子水解或电离 使离子种类增多 但某些主要原 子的总数是守恒的 如在 Na2 CO3溶液中有 c Na 2c CO32 2c HCO3 2c H2CO3 3 质子守恒 任何溶液中 最后溶液中仅由水电离出的 H 与 OH 守恒 即由水电离产生的 c H c OH 在电解质溶液中 由于某些离子发生水解 结合了水电离的 H 或 OH 使 溶液中 c H c OH 如在 Na2CO3溶液中有 c OH c H c HCO3 2c H2CO3 也可 由电 荷守恒式和物料守恒式叠加得出 八 溶沉淀解平衡及沉淀溶解平衡常数 要点一 沉淀溶解平衡 1 溶解度小于 0 01g 的电解质称难溶电解质 难溶并非不溶 任何难溶物在水中均存在溶 解平衡 2 溶解平衡方程式的书写 在沉淀后用 s 标明状态 并用 如 Ag 2S s 2Ag aq S2 aq 4 沉淀溶解平衡是动态平衡 其影响因素主要有 温度 一般升温时 沉淀溶解度增大 能促进溶解 但要注意 Ca OH 2的溶解度随温度 的升高而减小 同离子效应 增大体系中沉淀溶解平衡中离子浓度 平衡向生成沉淀的方向移动 反之 则向沉淀溶解的方向移动 5 沉淀转化的实质 就是沉淀溶解平衡的移动 一般说来 溶解度小的沉淀转化成溶解度 更小的沉淀 第 15 页 要点二 沉淀溶解平衡常数 1 表达公式 沉淀溶解平衡常数 它的符号为 Ksp 对于沉淀溶解平衡 MmNn s mMn aq nNm aq 固体纯物质不列入平衡常数中 上述反应的平衡常数 为表示为 Ksp c M n m c Nm n 2 影响因素 在一定的温度下 Ksp 是一个常数 称为溶度积常数 简称溶度积 它只受 温度影响 不受溶液中离子浓度的影响 3 溶度积的应用 通过比较溶度积和溶液中有关离子浓度幂的乘积 离子积 QC的相对大小 可以判断难溶 电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解 QC Ksp 溶液过饱和 有沉淀析出 直至溶液饱和达到新的平衡状态 QC Ksp 溶液饱和 沉淀与溶解处于平衡状态 QC Ksp 溶液未饱和 无沉淀析出 若加入过量难溶电解质 难溶电解质溶解直至溶液 饱和 注意 1 物质的组成不同 阴阳离子个数比不同 一定不能由 Ksp 的大小直接判断溶解度 的大小 2 同种溶质在同种温度下的饱和溶液中 各个离子浓度保持不变