化学选修4化学反应与原理知识点总结Word格式.docx
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④热化学方程式中的化学计量数可以是整数,也可以是分数,不表示分子个数,表示对应物质的物质的量。
⑤各物质系数加倍,ΔH加倍;
反应逆向进行,ΔH改变符号,数值不变。
ΔH的单位为kJ/mol,它并不是指1mol反应物或是生成物,可以理解为“每摩尔反应”。
如:
﹒mol-1
是指每摩尔反应-“2molH2(g)和1molO2(g)完全反应生成2molH2O(l)”的焓变。
5、总结:
热化学方程式与普通化学方程式的比较
热化学方程式
普通化学方程式
反应式
方程式意义
表示反应及反应的吸热放热
仅表示反应
化学计量数
表示物质的量,可以是整数或分数
可以表示物质的量或微粒个数,只能是整数,不能是分数
ΔH
右端有表示能量变化的ΔH
没有此项
反应条件
不用标明反应条件、“↑”、“↓”等
需标明各种反应条件如点燃,光照、高温等
物质的状态
必须标明反应物、生成物的聚集状态,如g,l,s
不标明反应物、生成物的聚集状态
二、反应热的测量与计算:
1、中和热概述:
在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应,生成1mol(l)水时的反应热叫做中和热。
(②中和热的表示:
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l);
ΔH=-57.3kJ/mol。
(③要点
①条件:
”稀溶液”一般是指酸、碱的物质的量浓度均小于或等于1mol/L的溶液,因为若酸、碱浓度较大,混合时会产生溶解热,而影响中和热的测定。
②反应物:
(强)酸与(强)碱。
中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。
③中和热是以生成1mol液态水所放出的热量来定义的,因此在书写中和热的热化学方程式时,就以生产1molH2O为标准来配平其余物质的化学计量数。
如表示稀NaOH和稀硫酸的中和反应的热化学方程式:
④中和反应的实质是H+和OH-化合生成H20,若反应过程中有其他物质(如沉淀等)生成,这部分反应热也不在中和热内。
⑤放出的热量:
57.3kJ/mol
2、中和热的测量:
(①仪器:
量热计。
量热计由内、外两个筒组成,外筒的外壁盖有保温层,盖上有温度计和搅拌器。
或者:
大烧杯(500mL)、小烧杯(100mL)、温度计、量筒(50mL)两个、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔)、环形玻璃搅拌棒。
试剂:
0.50mol/L盐酸、0.55mol/LNaOH溶液。
(②实验原理:
测定含xmolHCl的稀盐酸与含xmolNaOH的稀NaOH溶液混合后放出的热量为QkJ,则
kJ﹒mol-1
(③实验步骤:
①在大烧杯底部垫泡沫塑料(或纸条),使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。
然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条),大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板,在板中间开两个小孔,正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过,如下图所示。
②用一个量筒量取50mL0.50mol/L盐酸,倒入小烧杯中,并用温度计测量盐酸的温度,记入下表。
然后把温度计上的酸用水冲洗干净。
③用另一个量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液,并用温度计测量NaOH溶液的温度,记入下表。
④把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯(注意不要洒到外面)。
用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,并准确读取混合溶液的最高温度,记为终止温度,记入下表。
⑤重复实验两次,取测量所得数据的平均值作为计算依据。
(④常见问题:
①教材有注,“为了保证0.50mol·
L的盐酸完全被中和,采用0.55mol·
LNaOH溶液,使碱稍稍过量”,那可不可以用0.50mol·
LNaOH与0.55mol·
LHCl,让酸稍稍过量呢?
答案:
不是“可以与不可以”而是“不宜”。
原因是稀盐酸比较稳定,取50mL、0.50mol·
LHCl,它的物质的量就是0.025mol,而NaOH溶液极易吸收空气中的CO2,如果恰好取50mL、0.50mol·
LNaOH,就很难保证有0.025molNaOH参与反应去中和0.025mol的HCl。
②为了确保NaOH稍稍过量,可不可以取体积稍稍过的0.50mol·
LNaOH溶液呢?
回答:
可以的。
比如“量取51mL(或52mL)0.50mol·
LNaOH溶液”。
只是(m1+m②再不是100g,而是101g或102g。
③强酸与弱碱,强碱与弱酸的中和反应热值如何估计?
鉴于弱酸、弱碱在水溶液中只能部分电离,因此,当强酸与弱碱、强碱与弱酸发生中和反应时同时还有弱碱和弱酸的不断电离(吸收热量,即电离热)。
所以,总的热效应比强酸强碱中和时的热效应值(57.3KJ/mol)要小一些。
④测定酸碱中和热为什么要用稀溶液?
答:
中和热是酸碱在稀溶液中发生中和反应生成lmol水时所放出的热量,为什么要指明在稀溶液中呢?
因为如果在浓溶液中,即使是强酸或强碱,由于得不到足够的水分子,因此也不能完全电离为自由移动的离子。
在中和反应过程中会伴随着酸或碱的电离及离子的水化,电离要吸收热量,离子的水化要放出热量,不同浓度时这个热量就不同,所以中和热的值就不同,这样就没有一个统一标准了。
⑤为什么强酸强碱的中和热是相同的?
在稀溶液中,强酸和强碱完全电离,所以它们的反应就是H+与OH-结合成H2O的反应,每生成lmol水放出的热量(中和热)是相同的,均为57.3kJ/mol。
⑥为什么弱酸、弱碱参加的中和反应的中和热小于57.3kJ/mol?
弱酸、弱碱在水溶液中不能完全电离,存在着电离平衡。
弱酸或弱碱参与中和反应的同时,伴随着电离,电离过程要吸收热量,此热量就要由H+与OH-结合成水分子放出的热量来抵偿,所以总的来说中和热小于57.3kJ/mol。
7)是什么原因使中和热测定结果往往偏低?
按照课本中所示装置进行中和热测定,往往所测结果偏低,造成如此现象的主要原因有:
(①仪器保温性能差。
课本中用大小烧杯间的碎纸片来隔热保温,其效果当然不好,免不了热量散失,所以结果偏低,这是主要原因;
(②实验中忽略了小烧杯、温度计所吸收的热量,因此也使结果偏低;
(③计算中假定溶液比热容为4.18J/(g·
℃),密度为1g/cm3,实际上这是水的比热容和密度,酸碱溶液的比热容、密度均较此数大,所以也使结果偏低。
8)为何说保温效果差是造成中和热测定值偏低的主要原因?
实验中温度升高得不多,所以烧杯、玻璃棒吸收的热量甚小,影响不大;
而酸、碱溶液是稀溶液,实际密度对比热容与水相差甚微;
所以此影响更微弱。
因此说,结果偏低的主要原因是保温性能差,若能改进装置,比如用保温杯代替烧杯,使保温性能良好,就更能接近理论值。
9)离子方程式H++OH-=H2O代表了酸碱中和反应的实质,能否用此代表所有中和反应的离子方程式?
离子方程式书写要求“将难电离或难溶的物质以及气体等用化学式表示”,所以弱酸、弱碱参与中和反应时应以分子的形式保留。
例如,醋酸和氢氧化钠的离子方程式就应当写为:
HAC+OH-=Ac-+H2O
只有可溶性强酸强碱的离子方程式才可能如此表示。
10)为什么中和热测定中要用稍过量的碱?
能不能用过量的酸?
这是为了保证碱(或酸)能够完全被中和。
H+与OH-相互接触碰撞才能发生反应,如果用等量的酸、碱,随着反应的进行,H+与OH-相互碰撞接触的机会越来越少,越来越困难,可能有一部分H+与OH-就不能反应,而在一种微粒过量的情况下,则大大增加了另一种微粒完全反应的机会。
不能用过量的酸,因为碱中含有杂质碳酸钠,酸过量就会有酸与碳酸盐反应导致中和热测定不准.
1①为什么要用环形玻璃棒搅拌?
若用铁丝取代环行玻璃棒会不会有影响?
答为了使反应充分.若用铁丝取代环行玻璃棒会使铁与酸反应放出热量而且铁丝传热快,使测量值偏低。
3、盖斯定律
①内容:
化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关,而与具体反应进行的途径无关,如果一个反应可以分几步进行,则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的。
三、能源的充分利用
1、标准燃烧热和热值
(①标准燃烧热概念:
在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量。
燃烧热的单位用kJ/mol表示。
※注意以下几点:
①研究条件:
101kPa
②反应程度:
完全燃烧,产物是稳定的氧化物。
③燃烧物的物质的量:
1mol
④研究内容:
放出的热量。
(ΔH<0,单位kJ/mol)
(②热值:
在101kPa时,1g物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量。
热值的单位用kJ/g表示。
四、反应热大小的计算:
(①根据标准燃烧热、热值或中和热计算:
|ΔH|=n(燃料)×
燃料的标准燃烧热;
|ΔH|=m(燃料)×
燃料的热值
|ΔH|=n(H2O)×
中和热
(②根据热化学方程式计算:
ΔH与反应物各物质的物质的量成正比
(③根据反应物和生成物的键能计算:
ΔH=反应物的总能量-生成物的总能量
(④根据盖斯定律计算:
若某热化学方程式可以由其他几个热化学方程式通过适当的“加、减”得到,则该反应的焓变可以根据其他几个热化学方程式的焓变通过相应的“加、减”得到。
(⑤根据物质的比热和温度变化进行计算:
ΔH=-Q=-cm△T
第二章化学能与电能的转化
一、原电池的工作原理:
1、原电池:
(①概念:
将化学能转化为电能的装置叫做原电池。
(②组成原电池的条件:
①首要条件:
有能自发进行的氧化还原反应;
②两个活泼性不同的电极(金属或导电的非金属)
③电解质溶液:
两个电极均需插入电解质溶液中
④两电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路
此电池的优点:
能产生持续、稳定的电流
(③电子流向:
外电路:
负极-导线-正极
内电路(电解质溶液内):
盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液,盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。
内电路中离子的移动可以这样理解:
电源内部(内电路)电流方向从负极到正极,因此受电场力作用,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
(④电极反应:
以锌铜原电池为例:
负极:
失去电子,氧化反应:
Zn-2e=Zn2+(较活泼金属)
正极:
得到电子,还原反应:
2H++2e=H2↑(较不活泼金属)
总反应式:
Zn+2H+=Zn2++H2↑
(⑤正、负极的判断:
①从电极材料:
一般较活泼金属为负极;
或金属为负极,非金属为正极。
②从电子的流动方向负极流入正极
③从电流方向正极流入负极
④根据电解质溶液内离子的移动方向阳离子流向正极,阴离子流向负极
⑤根据实验现象①__溶解的一极为负极__②增重或有气泡一极为正极
二、化学电源
1、概念:
(①电池的分类:
化学电池、太阳能电池、原子能电池
(②化学电源:
将化学能直接转变为电能的装置
(③化学电源的分类:
一次电池、二次电池、燃料电池
2、一次电池:
概念:
活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后,就不能再使用。
其电解质溶液制成胶状,也叫干电池。
常见一次电池:
普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池等
电池种类
电极及电池反应
普通锌锰电池
Zn-2e-=Zn2+
2
+2e-=2NH3↑+H2
H2+2MnO2=Mn2O3+H2O
Zn+2MnO2+2
=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O
碱性锌锰电池
Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-
Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)
银锌纽扣电池
组成材料:
锌、氧化银、氢氧化钾溶液
Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag
3、二次电池
①概念:
放电后可以再充电使活性物质(电极、电解质溶液)获得再生,可以多次重复使用,又叫充电电池或蓄电池。
②常见二次电池:
铅蓄电池、银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池
③电极反应:
放电反应为原电池反应,电极反应式为:
负极(铅):
Pb+SO42-2e=PbSO4↓
正极(氧化铅):
PbO2+4H++SO42-+2e=PbSO4↓+2H2O
Pb+PbO2+2SO42-+4H+=2PbSO4↓+2H2O
充电反应为上述反应的逆反应,电极反应式为:
阳极(失去电子):
PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H++SO42-
阴极(得到电子):
PbSO4+2e=Pb+SO42-
两式可以写成一个可逆反应:
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4↓+2H2O
4、燃料电池
燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池,所以燃料电池也是化学电源。
它与其它电池不同,它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮存在电池内,而是在工作时,不断地从外界输入,同时把电极反应产物不断排出电池。
燃料电池的正极和负极都用多孔炭和多孔镍、铂、铁等制成。
从负极连续通入氢气、煤气、发生炉煤气、水煤气、甲烷等气体;
从正极连续通入氧气或空气。
电解液可以用碱如氢氧化钠或氢氧化钾等把两个电极隔开。
化学反应的最终产物和燃烧时的产物相同。
燃料电池的特点是能量利用率高,设备轻便,减轻污染,能量转换率可达70%以上。
(②电极反应:
一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同,可根据燃烧反应写出总的电池反应,但不注明反应的条件。
负极发生氧化反应,正极发生还原反应,不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。
以氢氧燃料电池为例,铂为正、负极,介质分为酸性、碱性和中性:
①当电解质溶液呈酸性时:
2H2-4e=4H+正极:
O2+4e4H+=2H2O
②当电解质溶液呈碱性时:
2H2+4OH-4e=4H2O正极:
O2+2H2O+4e=4OH
③当电解质溶液呈中性:
O2+2H2O+4e-=4OH-(这个和金属的吸氧腐蚀是一样的)
2H2-4e-=4H+
(③燃料电池的优点:
能量转换率高、废弃物少、运行噪音低
5、海水电池:
该电池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。
负极材料是铝,正极材料可以用石墨。
电极反应式为:
负极反应:
Al-3e=Al3+,
正极反应:
2H2O+O2+4e=4OH。
电池总反应式为:
4Al+3O2+6H2O=4AlOH3
6、原电池正、负极的判断:
②从电子的流动方向:
负极流入正极
③从电流方向:
正极流入负极
④根据电解质溶液内离子的移动方向:
阳离子流向正极,阴离子流向负极
⑤根据实验现象:
①溶解的一极为负极;
②增重或有气泡一极为正极
⑥根据电极反应:
失电子发生氧化反应的为负极;
得电子发生还原反应的为正极。
7、原电池电极反应的书写方法:
(①负极反应式的书写:
①负极材料本身被氧化:
①金属电极失去电子生成的金属阳离子不与电解质溶液溶液反应:
M-ne-=Mn+
②金属电极失去电子生成的金属阳离子与电解质溶液溶液反应:
将金属失电子的反应、金属阳离子与电解质溶液的反应叠加在一起。
如铅蓄电池的负极反应式为:
Pb-2e-+SO42-=PbSO4.
②若负极材料本身不参与反应:
如燃料电池,要将燃料失电子的反应极其产物与电解质溶液的反应叠加在一起写。
如氢氧燃料电池(KOH溶液为电解质溶液)的负极反应式为:
H2-2e-+2OH-=2H2O
(②正极反应式的书写:
①负极金属与电解质溶液能发生反应:
在正极上电解质溶液中氧化性强的离子被还原。
阳离子氧化性的强弱顺序:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>(稀HNO3电离的NO3-)>H+(指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
如Zn、Cu、稀H2SO4组成的原电池:
2H++2e-=H2↑
如Zn、Cu、CuSO4组成的原电池:
Cu2++2e-=Cu
如Fe、Cu、稀HNO3组成的原电池:
NO3-+4H++3e-=NO↑+2H2O
②负极金属与电解质溶液不发生反应:
在正极上被还原的物质一般是溶解在电解质溶液中的O2.如铁、铜、氢氧化钠溶液组成的原电池:
O2+4e-+2H2O=4OH-
(③原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。
(④特殊情况:
下列情况并不是较活泼金属做负极:
①Mg、Al、稀H2SO4组成的原电池:
负极(Al)反应:
2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O
正极(Mg)反应:
6H++6e-=3H2↑
②Fe(或Al)、Cu、浓HNO3组成的原电池:
负极(Cu)反应:
Cu–2e-=Cu2+
正极(Fe或Al)反应:
2NO3-+4H++2e-=2NO2↑+2H2O
③Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池:
由于Mg与NaOH溶液不反应,而Al能与NaOH溶液反应,故Al为负极,Mg为正极。
2Al+2OH-+4H2O=2AlO2-+3H2↑
备注:
类似的还有Zn也与NaOH会反应,Si、S、P等也会与NaOH反应,
所以如果Mg、Zn、NaOH组成的原电池,Zn是负极;
Si、Fe、NaOH组成的原电池,Si是负极。
例:
有甲、乙两位学生均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序,两人均使用镁片和铝片作电极,但甲同学将电极放入6mol/L的H2SO4溶液中,乙同学将电极放入6mol/L的NaOH溶液中,如右图所示。
下列关于电极的判断正确的是()
A.甲中镁作负极,乙中镁作负极
B.甲中镁作负极,乙中铝作负极
C.甲中铝作正极,乙中铝作正极
D.甲中镁作正极,乙中铝作正极
解析:
选B。
甲中在酸性溶液中金属镁较金属铝容易失去电子,所以甲中金属镁作为原电池的负极;
而乙中在碱性溶液中金属铝较金属镁更容易失去电子,所以乙中金属铝作为原电池的负极。
8、如何设计化学电池:
例如:
以2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2为依据,设计一个原电池。
(①将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极的电极反应式:
Cu-2e-=Cu2+正极:
2Fe3++2e-=2Fe2+
(②确定电极材料
如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;
如为气体(如H②或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。
发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。
本例中可用铜棒作负极,用铂丝或碳棒作正极。
(③确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可。
如本例中可用FeCl3溶液作电解液。
(④构成闭合电路。
特别提醒:
设计原电池时,若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液,可用水作电解质,但为了增强其导电性,通常加入强碱或一般的强酸。
如燃料电池,水中一般要加入KOH或H2SO4。
9、常见原电池方程式:
(①Cu─H2SO4─Zn原电池
(②Cu─FeCl3─C原电池
Cu-2e-=Cu2+
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
(③钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀
O2+2H2O+4e-=4OH-
2Fe-4e-=2Fe2+
2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
(④氢氧燃料电池(中性介质)
2H2+O2=2H2O
(⑤氢氧燃料电池(酸性介质)
O2+4H++4e-=2H2O
(⑥氢氧燃料电池(碱性介质)
2H2-4e-+4OH-=4H2O
(7)铅蓄电池(放电)
正极(PbO②:
PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O
负极(Pb):
Pb-2e-+SO42-=PbSO4
Pb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O
(8)Al─NaOH─Mg原电池
6H2O+6e-=3H2↑+6OH-
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
(9)CH4燃料电池(碱性介质)
2O2+4H2O+8e-=8OH-
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O
(10)熔融碳酸盐燃料电池
(Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液,CO作燃料):
O2+2CO2+4e-=2CO32-(持续补充CO2气体)
2CO+2CO32-4e-=4CO2
2CO+O2=2CO2
(1①银锌纽扣电池(碱性介质)
正极(Ag2O):
Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
负极(Zn):
Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O
Zn+Ag2O=ZnO+2Ag
三、电解池
1、电解原理
(①电解概念:
电流(外加直流
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