0000化学反应原理知识点Word文档下载推荐.docx
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即体系从A状态变为B状态时,B状态时的焓值减去A状态时的焓值叫焓增量(焓变)。
用ΔH表示。
焓增量恰好等于恒压反应的反应热。
确切地说,应该是恒压反应的反应热恰好等于焓增量。
当焓增量为正值时(即B状态时的焓值大于A状态时的焓值),对应的恒压反应为吸热。
【所以,ΔH>
0表示该反应为吸热反应。
】当焓增量为负值时(即B状态时的焓值小于A状态时的焓值),对应的恒压反应为放热。
【所以,ΔH<
0表示该反应为放热反应。
】
*恒容反应反应热不等于焓增量,而等于内能增量。
*标准反应热:
在25摄氏度,101千帕的压强下的反应热叫做标准反应热。
课本中的反应热数据都是标准反应热。
影响反应热数值的因素:
1、反应物的多少。
这个因素无须解释,显而易见。
所以,在确定反应热的数值时,需要先确定反应物的多少,故约定:
热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数(系数)的单位为摩尔。
(因为摩尔较大,所以,也可以是半摩尔、三分之一摩尔等等。
)
2、各物质的聚集状态。
虽然限定了温度为25摄氏度,但这并不能确定物质的聚集状态。
(比如,液态水可以是25摄氏度,气态水也可以是25摄氏度。
)
【注意:
水蒸气并不一定是100摄氏度或以上。
】所以,热化学方程式中各物质化学式后面要注明该物质的聚集状态。
对于一些物质,还可能需要注明晶体类型:
如固态的碳是金刚石还是石墨。
多数反应在25摄氏度,101千帕的压强下不会发生,标准反应热的数据应该理解为把25摄氏度,101千帕的压强下的反应物变化到能反应到条件下,反应后再把产物变回到25摄氏度,101千帕的压强下,这时候吸收或放出的热量。
所以,热化学方程式中不能注明反应条件。
ΔH
的单位:
kJ/mol
每摩尔是指每一摩尔该反应,反应是微观粒子吗?
是的,反应是微观粒子的特定组合,所以,可以用摩尔做单位。
*写可逆反应的热化学方程式,中间应该是等于号,而不应该是可逆符号(双向箭头)。
因为一摩尔该反应是指进行到底的反应,而不是达到平衡的反应。
键能与反应热的关系:
【参见课本P2】反应热是通过实验测定的,而不是用键能计算出的。
(键能的概念参见选修3)有些反应的反应热测定值与键能计算得到的数值接近,也确实可以通过键能估计反应热,所以,就会有这样的习题:
已知H?
H的键能为436.0
kJ/mol,Cl?
Cl的键能为242.7
kJ/mol,H?
Cl的键能为431.8
kJ/mol,写出氢气在氯气中燃烧的热化学方程式。
因为1mol氢气和1mol氯气反应生成2mol氯化氢,反应可以理解为分两个阶段进行,第一阶段,把1mol氢气分解成2mol氢原子,把1mol氯气分解成2mol氯原子,根据键能的定义,这个阶段需要吸热436.0
kJ/mol×
1mol+242.7
1mol=678.7kJ;
第二阶段,2mol氢原子和2mol氯原子结合成2mol氯化氢分子,根据键能的定义,这个阶段需要放热431.8kJ/mol×
2mol=863.6kJ;
那么,总结果是放热863.6kJ?
678.7kJ=184.9kJ
【实验值为184.6】
因为是放热,按照反应热的写法,应该为负值,所以有:
反应热=反应物的键能总和?
生成物的键能总和(单位为
kJ/mol)。
盖斯定律:
也叫热效应总值一定定律。
内容是:
在恒压或恒容条件下,一个化学反应不论是一步完成还是分几步完成,其热效应总值是一定的。
【下面的解释,和课本上的不同,可能也较难懂。
】热量是一个过程量,也就是说热量必须依赖过程而存在。
过程不同,热量也就可能不同。
像焓、内能等是状态量,状态确定时,它们就随之确定,与成为此状态的过程无关。
但是,一旦限定恒温、恒压,(实际上,还有一条限制:
不做非体积功。
----这个不懂。
)热量就恰好等于始终状态的焓值之差。
(两状态量之差,好像不再与过程有关。
盖斯定律在解题中的简单应用:
这类题通常会给出两个热化学方程式,它们有共同的产物(或反应物),来求反应物(或产物)之间转变的反应热。
所以可以构成一个三角形,利用盖斯定律来已知两边求第三边。
关于课本P12图、题的解释:
图中左下角为C(s)+
O2(g)
上边为CO(g)+
1/2
O2
(g)
为什么左边的ΔH3会成为下面那个方程式
的反应热呢?
这实际上可以把左下角的C(s)+
O2(g)改写为
C(s)+
+
当它变为上边的CO(g)+
(g)时,有0.5mol
O2没有发生变化,当然不产生热效应,所以就可以得出ΔH3就是下面那个方程式的反应热
。
燃烧热:
1mol某种燃料(纯物质)完全燃烧所放出的热量,叫做这种燃料的燃烧热。
通常手册中给出的数据,是在25摄氏度,101千帕的压强下的燃烧热,叫做标准燃烧热。
完全燃烧不是指燃料全部烧掉,没有剩余,而是有其特定含义:
生成稳定的氧化物。
实际上对于完全燃烧的规定是:
燃料中的碳变为二氧化碳气,氢变为液态水,硫变为二氧化硫气,氮变为氮气,氯变为氯化氢溶液。
由于常见纯燃料只含碳氢,所以,中学课本中粗略地说成生成稳定的氧化物。
对于燃烧热表述时,不能说成:
“×
×
的燃烧热是负×
kJ/mol”。
正确的说法是:
的燃烧热是×
书写热化学方程式时,必须注意题目中的叙述:
如“写出乙炔燃烧的热化学方程式。
”则一般C2H2前的化学计量数为2;
如“写出乙炔燃烧
热
的热化学方程式。
”则C2H2前的化学计量数必须为1
关于原电池(上)
盐桥:
将琼脂(也叫做琼胶)与饱和氯化钾溶液共热,形成粘液,趁热装入U形管,冷至室温,就成为果冻样半固体,倒放时不会流出来,(两端有多孔状封口物),但又可以导电。
【确切的作用,要在学过《物理化学》时才能懂。
琼脂:
某些海藻(如石花菜)中的多糖,与水共热至沸,形成粘液,室温下形成凝胶。
常作为微生物培养基的组分,果冻的主要成分。
在锌铜原电池(课本p71图4-1)
【叫做丹尼尔电池】的外电路中,电子为什么会从锌流向铜?
要理解这个问题,需要先谈谈“电极”。
将锌棒插入含有锌离子的溶液(如硫酸锌溶液)中【或将铜棒插入含有铜离子的溶液(如硫酸铜溶液)中】时,金属棒上的金属阳离子〈金属晶体是由金属阳离子和自由电子形成的〉就会进入溶液中【A】,溶液中的金属阳离子也会到了金属棒上【B】,这两个过程会达到平衡。
对于活泼金属(如锌)来说,A大于B,这样一来,金属棒上就有了多余的负电荷(电子),溶液中(主要在金属棒周围)就有了多余的正电荷(金属阳离子);
对于不活泼金属(如铜)来说,A小于B,这样一来,金属棒上就有了多余的正电荷(金属阳离子),溶液中(主要在金属棒周围)就有了多余的负电荷(酸根阴离子)。
于是,在金属棒和它的溶液间就产生了电势(电位降)。
金属棒和它的溶液合起来叫做电极,【如Zn/Zn2+,Cu/Cu2+。
】金属棒和它的溶液间的电势叫做该电极的电极电势*。
在锌铜原电池中,如上所述,铜棒上有较高的正电位,锌棒上有较低的负电位。
当用金属导线将它们连接时,在电场力的作用下,带负电荷的自由电子,就会向着电位较高的铜棒定向移动。
电极:
在原电池[或电解池]中外电路的电子导体和内电路的离子导体交接的部分【下面谈的是原电池中的电极】,电子导体通常用金属或石墨,离子导体则是电子导体接触的电解质溶液。
电极的写法*是:
电子导体/离子导体中的相应离子。
【/可以理解为接触面】如Zn/Zn2+,Cu/Cu2+,Pt–H2/H+,Pt–O2/OH-,Pb–PbO2/SO42-……习惯上也把电极中的电子导体部分-即金属或石墨叫做电极,如铁电极,铜电极,铂电极,石墨电极等等。
为了下面便于叙述,我们约定把电极中的电子导体部分-即金属或石墨叫做电极材料,以与前面所述的电极概念区分。
在原电池[或电解池]中,电路闭合时,电极上都会发生氧化反应或者还原反应。
在化学中规定:
发生氧化反应的电极叫做阳极;
发生还原反应的电极叫做阴极。
在物理学中规定:
电源向外流出电流的电极叫做正极;
流入电流的电极叫做负极。
这样一来,在原电池中:
向外电路中供出电子的电极是负极【物理】,因为在负极上发生氧化反应,所以,也可以叫做阳极【化学】;
向外电路中供出电流(向外电路中接受电子)的电极是正极【物理】,因为在正极上发生还原反应,所以,也可以叫做阴极。
电极反应与电极反应式:
在原电池[或电解池]中,某一个电极上发生的反应只是整个氧化还原反应的一半,所以叫做半反应式。
这个半反应式就叫做电极反应式。
两个电极上的电极反应式相加,(使得失电子数相平)就可以得到整个氧化还原反应的方程式(可能是离子方程式)。
【所以,用整个氧化还原反应的方程式(离子方程式)减去一个电极的电极反应式,就可以得到另一个电极的电极反应式。
负极:
一般金属作为负极的电极材料时,通常是它失去电子,变为阳离子进入溶液;
如果是铂或石墨作为负极的电极材料时,则它们不会参加反应,通常是有可燃性气体参加反应【燃料电池】;
正极:
正极的电极材料不会参加反应,被还原的是溶液中的某种阳离子;
或者从正极进入的氧化性气体【如氧气等】;
或者是附着在正极材料上的氧化性固体物质【如二氧化铅】。
常见的几种电池:
【仔细阅读以下内容,从中体会上述知识。
(电池表示方法:
负极/电解质/正极
双竖线表示盐桥)
1、伏打电池:
Zn/H2SO4/Cu
Zn/Zn2+
电极反应式:
Zn-2e-=Zn2+
Cu-H2/H+
2H++2e-=H2
总方程式:
(离子)Zn+2H+=Zn2++H2↑
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
2、丹尼尔电池:
Zn/ZnSO4
CuSO4/Cu
Zn-2e-=Zn2+【以下略去电极】
Cu2++2e-=Cu
(离子)Zn+Cu2+=Zn2++Cu
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
3、普通干电池:
Zn/NH4Cl/MnO2-C
Zn-2e-+H2O=ZnO+2H+【以下略去“电极反应式”字样】
2MnO2+2e-+2H+=2MnO(OH)
Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnO(OH)
4、碱性干电池:
Zn/KOH/MnO2-C
Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-
Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)
5、空气甲电池:
Zn/KOH(30%)/O2-C
2Zn-4e-+4OH-=2ZnO+2H2O
O2+4e-+2H2O=4OH-
2Zn+O2=2ZnO
6、银锌纽扣电池:
Zn/KOH/Ag2O-Fe
负极:
正极:
Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag
关于原电池(中)
7、锂锰一次电池:
Li/有机电解液/MnO2
Li-e-=Li+
MnO2+e-=MnO2-
总方程式:
Li+MnO2=LiMnO2
8、铅酸蓄电池:
Pb/H2SO4/PbO2-Pb
Pb-2e-+SO42-=PbSO4
PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O
(离子)Pb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
【蓄电池是一种可逆电池,反应是可逆的。
这里写的方程式的正反应是原电池反应,叫做放电;
逆反应是电解池反应,叫做充电。
以下蓄电池都是。
充电时的电极反应式见下节。
9、镍铁碱性蓄电池:
Fe/KOH(30%)/Ni2O3-Ni
Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2
Ni2O3+2e-+3H2O=2Ni(OH)2+2OH-
Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2
10、氢氧燃料电池:
C-H2/KOH(30%)/O2-C
2H2-4e-+4OH-=4H2O
O2+2e-+2H2O=4OH-
2H2+O2=2H2O
11、甲烷燃料电池:
Pt-CH4/H3PO4(浓)/O2-Pt
CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
2O2+8e-+8H+=4H2O
CH4+2O2=CO2+2H2O
12、甲醇燃料电池:
Pt-CH3OH/KOH(6mol·
L-1)/O2-Pt
2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O
3O2+12e-+6H2O=12OH-
2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O
怎样根据总反应方程式写原电池的电极反应式:
【下面先进行实例练习,最后再总结。
1、有一种甲醇燃料电池是用稀硫酸做电解液的,它的反应方程式是:
2CH3OH+3O2=2CO2+6H2O试写出它的电极反应式。
先写负极【负极的电极反应式一般较容易写】,找出还原剂(甲醇)和氧化产物(二氧化碳),【如果总方程式已经配平,可以连系数一起写出】同时写出失去的电子数:
2CH3OH-12e-=2CO2【甲醇中C是-2价】
左边氢多氧少,右边氢少氧多,电解液是酸性【意思是,如果需要氢离子,溶液中有;
如果生成氢离子,也能够存在。
】。
左边补H2O,右边补H+【水和氢离子相比较,水中氢少氧多,所以补在左边。
】,并且配平:
2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+
再写正极【正极反应式可以用总方程式减去负极反应式得到,这里我们直接写。
】找出氧化剂(氧气)和还原产物(水)。
【怎样知道还原产物是水,而不是水和二氧化碳呢?
这是因为二氧化碳一定是氧化产物,所以不能写它。
3O2+12e-=6H2O显然左边再加氢离子就行了:
3O2+12e-+12H+=6H2O
检验:
两个电极反应式相加,得:
2CH3OH+3O2=2CO2+6H2O
与题目给出的对照,正确!
2、镍镉蓄电池放电时的方程式是:
Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2试写出它的电极反应式。
先写负极,找出还原剂(镉)和氧化产物(氢氧化镉),同时写出失去的电子数:
Cd-2e-=Cd(OH)2【生成物为氢氧化物,可能电解液为碱性,意思是可以添加氢氧根离子作为反应物或者生成物。
】显然,左边需要添加氢氧根离子:
Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
再写正极,找出氧化剂(氢氧化氧镍)和还原产物(氢氧化亚镍)。
2NiO(OH)+2e-=2Ni(OH)2【左边氧多氢少,H2O和OH-比较,水里氢多氧少,所以补在左边,实际上,这一点从总方程式也能够看出。
2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
【此例从电荷守恒也能够看出氢氧根离子应该补在哪一边。
Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2
与题目给出的对照,正确!
3、镍氢电池有逐渐取代镍铬电池的趋势,已知电池的总反应为:
H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2试写出它的电极反应式。
【此例中的氧化产物与还原产物为同一种,生成物为氢氧化物,可能电解液为碱性,所以,氢气的氧化产物只能够写成氢氧根离子或水,不能含镍元素。
那么应该写成氢氧根离子?
还是水呢?
可以经过试写确定,经过试写可知,氧化产物写成氢氧根离子无法配平,所以写成水。
H2-2e-=H2O显然左边需要添加氢氧根离子。
H2-2e-+2OH-=2H2O
同上例2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2
关于原电池(下)
4、我国首创以铝—空气—海水电池作为能源的新型海水标志灯,它以海水为电解质溶液,靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。
只要把灯放入海水中几分钟,就会发出耀眼的白光。
该电源的负极材料为____,正极材料为____,正、负极反应分别为___________________________________。
这是一道高考题,给出的标准答案是:
负极材料为铝,正极材料为石墨。
负极反应:
4Al-12e-=4Al3+
正极反应:
3O2+6H2O+12e-=12OH-
下面试做一下,看看会遇到什么情况:
根据题意,可以估计出,电池的总方程式大概是:
4Al+3O2=2Al2O3
金属铝被氧化,可能用铝作为负极的电子导体,所以负极材料为铝;
氧气作为正极反应物,是气体电极,所以正极材料可能为铂或者石墨,我认为,题给信息不足以排除铂,确认石墨,所以可以答:
正极材料为石墨或者铂。
负极反应式:
从电池的总方程式可以看出,还原剂是铝,氧化产物是氧化铝,所以写:
4Al-12e-=2Al2O3
左边无氧,电解液是中性,所以左边加水,右边加氢离子,
得:
4Al-12e-+6H2O=2Al2O3+12H+显然与标准答案不同,这种同样的反应,写出不同的电极反应式的情况经常会有,往往是其中一个较为合适,另一个也勉强说得过去。
究竟哪一个合适,可能需要考察一下实际情况,才能够确定。
正极反应没有疑问,写出来应该和标准答案相同。
【如果电池的总方程式是4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3则电极反应式又是另一种形式。
】如果写负极反应式时,写成简单的形式——铝离子,就能够与答案吻合。
5、锂离子蓄电池放电时的反应方程式可以表示为:
C6Li+Li1-xMO2=LiMO2+C6Li1-x
(C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料,Li1-xMO2表示含锂的过渡金属氧化物。
这是一类特殊的电池,仔细观察总方程式及注释部分,可以看出,C6Li中的锂是0价,反应中有x个锂原子被氧化为+1价,那么M元素就是降低了x价。
由于不知道电池的详细情况,我们只好认为氧化产物是锂离子,这样一来:
C6Li-xe-=C6Li1-x+xLi+
Li1-xMO2+xe-+xLi+=LiMO2
两个电极反应式相加,
C6Li+Li1-xMO2=LiMO2+C6Li1-x
6、高铁电池是一种新型的可充电电池,它放电时的反应方程式是:
3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
试写出它的电极反应式。
3Zn-6e-=3Zn(OH)2
此例让我们按照电解液非酸性的两种可能都试写一下:
①按碱性写:
3Zn-6e-+6OH-=3Zn(OH)2
②按中性写:
3Zn-6e-+6H2O=3Zn(OH)2+6H+
2FeO42-+6e-=2Fe(OH)3
2FeO42-+6e-+8H2O=2Fe(OH)3+10OH-
【以上写法参见下文】估计可能为碱性,放弃中性写法。
3Zn+2FeO42-+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4OH-
与题目给出的方程式的离子方程式对照,正确!
下面总结一下根据总反应方程式写原电池的电极反应式的要点:
1、实质:
把一个氧化还原反应拆成两半个,一个是氧化反应(负极),另一个是还原反应(正极)。
2、难点:
氢和氧的配平。
3、步骤:
一般先写负极反应,后写正极反应,最后检验。
4、配平氢和氧的一般方法:
电解液呈酸性时,两侧分别添加氢离子和水;
电解液呈碱性时,两侧分别添加氢氧根离子和水;
电解液呈中性时,左侧添加水,右侧添加氢离子或者氢氧根离子。
5、电解液酸碱性的判别:
如果题目中没有给出,一般可以根据生成物估计,如果生成金属离子、氢气,酸性气体(如二氧化碳)等,可以按照酸性处理;
如果生成金属的氧化物,氢氧化物,碳酸盐等,可以按照碱性处理;
电解液呈中性的较少,如无特别说明,可以不考虑中性。
【如果无法判断电解液的酸碱性,负极的金属氧化产物可以写成金属阳离子。
原电池的内电路:
外电路中正电荷是从正极流向负极,所以内电路(即电解液中)中,阳离子是从负极流向正极【向同名电极流动!
!
】以构成回路;
外电路中负电荷(自由电子)是从负极流向正极,所以内电路(即电解液中)中,阴离子是从正极流向负极【向同名电极流动!
】以构成回路。
金属的电化学腐蚀:
因为日常用到的金属几乎都是合金,所以,金属的电化学腐蚀普遍地存在;
因为发生原电池反应时反应动力较大,所以金属的电化学腐蚀比一般化学腐蚀快得多。
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