(共33张PPT)
第一章化学反应与能量
第一节 化学反应与能量的变化
第1课时 焓变 反应热
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任务一、阅读教材第一章的前言,认真领会其中的含义,回答下列问题:
1.化学反应过程中,除了物质的变化外,一定还伴随着什么变化
提示化学反应过程中,除了物质变化外,一定还伴随着能量变化。
2.根据化学反应中的能量变化,我们将化学反应分为哪两类 常见的放热反应和吸热反应有哪些
提示根据化学反应中的能量变化,我们将化学反应分为放热反应和吸热反应。常见的放热反应有燃烧、酸碱中和反应等;常见的吸热反应有金属氧化物的还原反应和许多分解反应等。
3.化学反应过程中的两条守恒定律是什么 它们在反应体系及其变化中又是如何体现的呢
提示质量守恒定律和能量守恒定律。能量的释放和吸收是以发生变化的物质为基础,能量的多少则以反应物和产物的质量为基础。
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任务二、认真阅读教材第2页到第3页的内容,分别完成下列任务:
1.什么是焓 什么是焓变 焓变的符号、单位分别是什么
提示焓是与物质的内能有关的物理量。
生成物和反应物的焓值差叫焓变,符号是ΔH,单位常用J·mol-1或kJ·mol-1。
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2.分析教材第2页图1-1,试计算反应H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)的能量变化。
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提示由图可以看出,旧键断裂吸收能量,新键形成放出能量;在H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)的过程中,当1 mol H2与1 mol Cl2在一定条件下反应生成2 mol HCl时,化学键断裂时需要吸收能量,吸收的总能量为436 kJ+243 kJ=679 kJ;化学键形成时要释放能量,释放的总能量为431 kJ+431 kJ=862 kJ;反应过程释放的能量为862 kJ-679 kJ=183 kJ;该反应为放热反应,用反应热(焓变)来表示该反应的能量变化为ΔH=-183 kJ·mol-1。
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1.下列说法中正确的是( )
A.放热反应不需要加热就能反应
B.物质发生化学变化都伴随有能量的变化
C.吸热反应不加热就不能反应
D.吸热反应在任何条件都不能发生
答案:B
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2.下列说法中正确的是( )
A.焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
B.当反应放热时ΔH>0,反应吸热时ΔH<0
C.一个化学反应中,当反应物的总能量大于生成物的总能量时,反应放热,ΔH为“-”
D.反应过程中,旧键断裂吸收的总能量小于新键生成时放出的总能量,反应吸热,ΔH为“+”
答案:C
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探究问题
1.如何判断某个反应是吸热反应,还是放热反应
提示(1)可以根据旧键断裂吸收的能量与新键形成时放出的能量的相对大小判断;(2)根据反应物和产物内能的大小判断;(3)根据反应焓变的正负号判断。
2.反应热与焓变有何关系
提示等压条件下,反应的焓变等于反应的反应热。
3.化学键的键能是形成(或拆开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。如何利用键能计算反应的焓变
提示反应热=反应物的总键能-生成物的总键能。
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知识点拨
一、放热反应和吸热反应
1.从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析,如图所示。
放热反应 吸热反应
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2.从化学反应实质的角度分析。
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二、焓变与反应热
1.焓变(ΔH)
ΔH=H(生成物)-H(反应物)。单位J·mol-1或kJ·mol-1。
放热反应的ΔH<0,吸热反应的ΔH>0。
2.反应热
指当化学反应在一定温度下进行时,反应所放出或吸收的热量,通常用符号Q表示,单位J·mol-1或kJ·mol-1。放热反应的反应热Q<0,吸热反应的反应热Q>0。
3.焓变与反应热的关系
对于等压条件下进行的化学反应,如果反应中的能量变化全部转化为热能,则有如下关系:ΔH=Qp。
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考向一 化学反应中能量变化的原因解析
下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
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解析:由A+B X为吸热反应,故X的能量大于A和B的能量和,可排除A项和C项;而总反应A+B C为放热反应,故C的能量小于A和B的能量和,B项错误,D项正确。
答案:D
规律方法点拨 化学反应中的能量曲线一般以体系能量为纵坐标,反应过程为横坐标。解答这类题时要特别注意:吸热反应的生成物能量高于反应物能量;放热反应的反应物能量高于生成物能量。破坏反应物中的化学键要吸收能量;形成生成物中的化学键会放出能量。消耗的能量减去放出的能量就是反应的热效应。
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(1)a、b、c分别代表什么意义
a ;
b ;
c 。
(2)该反应是 反应(选
填“放热”或“吸热”)。ΔH 0
(填“>”“=”或“<”)。
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答案:(1)代表旧键断裂吸收的能量 代表形成新键放出的能量 代表反应热
(2)放热 <
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考向二 放热反应和吸热反应的判断
【例题2】 下列说法中正确的是( )
①需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 ②放热反应在常温下一定很容易发生 ③反应是吸热还是放热可以看反应物和生成物所具有的总能量的大小 ④某些吸热反应在一定条件下也能发生
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
解析:反应是吸热还是放热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。放热反应和某些吸热反应在一定条件下都能发生。反应开始需加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。例如C+O2 CO2的反应为放热反应,但反应开始也需要加热,即需要向反应体系先提供一定的能量。
答案:D
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规律方法点拨 对于放热反应和吸热反应,有以下几个观点需要深刻理解:
(1)反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。有些吸热反应不但反应开始时需要加热,反应发生过程中仍需不断加热才能使反应继续进行下去;有的放热反应在反应开始时也需要加热,反应发生后会放出一定的热量,如果放出的热量可使反应维持下去,则反应过程中不需要再加热,否则也必须不断加热才能使反应继续进行下去。
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(2)常温下就能进行的反应不一定都是放热反应,如氢氧化钡与氯化铵的反应。
(3)任何化学反应都伴随着能量变化,但能量变化不一定都表现为热量变化,还可能以声、光、电等形式表现出来。
(4)放出热量(或吸收热量)的物质变化过程不一定是放热反应(或吸热反应),如水蒸气冷凝为水放热,干冰升华吸热,它们不是放热反应或吸热反应,而是物理变化过程。
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成功体验2下列说法正确的是( )
A.物质发生化学反应都伴随着能量变化
B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C.凡是经过加热而发生的反应都是吸热反应
D.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量总是高于生成物的总能量
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解析:物质发生化学反应都伴随着能量变化,而伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化(如物质发生“三态”变化、核变化也都伴有能量变化),故A项正确,B项错误。很多放热反应也需要加热才能发生,C项错误。在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量(设为x)与生成物的总能量(设为y)之间的关系为:①x>y,化学反应为放热反应;②x
答案:A
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考向三 利用化学键断裂和形成时的能量变化值计算反应热
【例题3】 SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。已知:1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1 mol F—F键需吸收的能量为160 kJ,形成1 mol S—F键放出的能量为 330 kJ。则S(s)+3F2(g) SF6(g)的反应热ΔH为( )
A.-1 780 kJ·mol-1 B.-1 220 kJ·mol-1
C.-450 kJ·mol-1 D.+430 kJ·mol-1
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解析:在化学反应中断键需要吸热,而形成新的化学键需要放热。由题意知1 mol S(s)和3 mol F2(g)形成S原子和F原子共需要吸收能量是280 kJ+3×160 kJ=760 kJ。而生成1 mol SF6(g)时需形成6 mol S—F键,共放出能量6×330 kJ=1 980 kJ,因此该反应共放出的热量为1 980 kJ-760 kJ=1 220 kJ,所以该反应的反应热ΔH=-1 220 kJ·mol-1,B项正确。
答案:B
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规律方法点拨 根据化学键断裂和形成时的能量变化值计算反应热:
化学键的断裂要吸收能量,形成新化学键要释放能量,若反应物断键所吸收的总能量大于生成物成键所释放的总能量,则为吸热反应,反之则为放热反应。即E总(断键)>E总(成键),为吸热反应;E总(断键)利用化学键断裂和形成时的能量变化值计算反应热时,要准确判断化学键断裂或生成的数量。
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成功体验3已知断裂1 mol H—H键需吸收的能量为436 kJ,形成1 mol N—H键放出的能量为391 kJ,根据化学方程式:N2+3H2 2NH3,1 mol N2完全反应放出92.4 kJ能量。则断裂1 mol N≡N键所需吸收的能量为( )
A.431 kJ B.945.6 kJ C.649 kJ D.896 kJ
解析:ΔH=E总(断键)-E总(成键)
设断裂1 mol N≡N键所需吸收的能量为E,则有E+3×436 kJ-6×391 kJ=-92.4 kJ,E=945.6 kJ。
答案:B
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1.关于化学反应与能量的说法正确的是( )
A.中和反应是吸热反应
B.燃烧属于放热反应
C.化学键断裂放出能量
D.反应物总能量与生成物总能量一定相等
解析:中和反应是放热反应,A项错误;燃烧是放热反应,B项正确;化学键断裂吸收能量,C项错误;反应物的总能量和生成物的总能量一定不相等,D项错误。
答案:B
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2.对于放热反应2H2+O2 2H2O,下列说法中正确的是( )
A.2 mol H2O所具有的总能量大于2 mol H2和1 mol O2所具有的总能量,反应开始时不需要加热
B.2 mol H2和1 mol O2所具有的总能量大于2 mol H2O所具有的总能量,反应开始时需要加热
C.2 mol H2和1 mol O2所具有的总能量等于2 mol H2O所具有的总能量,反应开始时不需要加热
D.反应物H2和O2所具有的总能量与产物H2O所具有的总能量之间没有任何关系
解析:因为2H2+O2 2H2O是一个放热反应,所以2 mol H2和1 mol O2所具有的总能量大于2 mol H2O所具有的总能量。反应开始时需要点燃或加热。
答案:B
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3. 右图所示是一个测量物质反应是吸热还是放热的简易实验装置,利用此装置可以很方便地测得某反应是放热反应还是吸热反
应。将铝片加入小试管内,然后注入足量的
盐酸,请根据要求完成下列问题:
(1)有关反应的离子方程式是 ,小试
管中看到的现象是 。
(2)S形导管中液面A (填“上升”或“下降”),原因是 ;
说明此反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
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解析:Al与盐酸反应是放热反应,使锥形瓶中气体温度升高,压强增大,导致S形导管左端液面下降,右端液面上升。
答案:(1)2Al+6H+ 2Al3++3H2↑ 铝片溶解,有气泡产生
(2)下降 反应放出的热量使锥形瓶内气体温度升高,压强增大 放热
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4.已知断裂1 mol N≡N、H—H键需吸收的能量分别为945.6 kJ、436 kJ,形成1 mol N—H键放出的热量为391 kJ。试计算1 mol N2完全反应生成NH3的反应热为 ,1 mol H2完全反应生成NH3的反应热为 。
解析:1 mol N2完全反应生成NH3的反应热为ΔH=945.6 kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1-6×391 kJ·mol-1=-92.4 kJ·mol-1,而1 mol H2只与 mol N2反应,所以1 mol H2完全反应生成NH3的反应热为ΔH=-92.4 kJ·mol-1× =-30.8 kJ·mol-1。
答案:ΔH=-92.4 kJ·mol-1
ΔH=-30.8 kJ·mol-1(共44张PPT)
第2课时 热化学方程式 中和热的测定
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任务一、认真阅读教材第3~4页的例题1、例题2回答下列问题:
1.例题1中所写化学方程式与我们以前熟悉的化学方程式相比,有哪些不同点
提示该方程式指明了反应时的温度和压强;方程式中所有反应物和生成物都用括号注明了它们反应时的状态,该化学方程式还用焓变标明了能量的变化。
2.例题2中的两个反应的焓变为什么不一样 这两个化学方程式与常见的化学方程式写法上有何不同 如何理解其合理性
提示产物水的状态不同。化学方程式中出现非整数的化学计量数。这两个化学方程式中的化学计量数均表示物质的量,所以是合理的。
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任务二、阅读教材第4~6页,有关中和热的测定实验,回答下列问题:
1.该实验的基本原理是什么 实验需要哪些药品 实验中NaOH溶液稍过量的目的是什么
提示测定原理是 ,所需药品有0.5 mol·L-1盐酸、0.5 mol·L-1 NaOH溶液。实验中NaOH溶液稍过量的目的是使盐酸完全反应。
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2.组装教材第5页的量热计所需用品有哪些 除烧杯、量筒外,其余用品的作用是什么
提示大烧杯、小烧杯、碎泡沫塑料、泡沫塑料板、环形玻璃搅拌棒、温度计、量筒。其中碎泡沫塑料和泡沫塑料板的作用是防止热量散失;环形玻璃搅拌棒的作用是搅拌;温度计的作用是测量温度。
3.一次实验过程中需要测量几次温度值 第一次是什么时候测 第二次什么时候读数
提示一次实验需要测两次温度。第一次在混合前测,第二次在混合后达到最高温度时读数。
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答案:表示在25 ℃、101 kPa条件下,1 mol H2与0.5 mol O2完全反应生成1 mol液态水时放出285.8 kJ的能量
2.在做中和热实验测定中和热时,可能用到下列仪器,其中应使用的仪器是 。
①托盘天平 ②量筒 ③烧杯 ④滴定管 ⑤温度计 ⑥试管 ⑦酒精灯
答案:②③⑤
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3.为了测定酸碱反应的中和热,计算时至少需要的数据是 。
①酸的浓度和体积 ②碱的浓度和体积 ③比热容 ④反应后溶液的质量 ⑤生成水的物质的量 ⑥反应前后温度变化 ⑦操作所需的时间
答案:③④⑤⑥
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探究问题
1.如何用一个式子既表示出化学反应过程中的物质变化,又表示出反应过程中的能量变化
提示化学方程式可以表示化学反应过程中的物质变化,若要表示反应过程中的能量变化,需要注明各物质的聚集状态和反应的焓变,这样的式子叫做热化学方程式。
2.反应过程中的能量变化与哪些因素有关 书写热化学方程式时应注意什么问题
提示由于反应的焓变与物质的聚集状态、化学方程式中的化学计量数等有关,所以书写热化学方程式时,需注明物质的状态、焓变(符号、数值及单位)。
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知识点拨
一、热化学方程式
1.热化学方程式的定义
表示参加化学反应的物质的物质的量与反应热关系的化学方程式。
2.热化学方程式的意义
表明了化学反应中的物质变化和能量变化。
ΔH=-571.6 kJ· mol-1
表示:2 mol氢气和1 mol氧气反应生成2 mol液态水时放出571.6 kJ的热量。
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3.热化学方程式的书写
(1)注明反应条件:反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是在25 ℃、101 kPa下进行的,可不注明。
(2)注明物质状态:常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。
(3)注意符号及单位:ΔH应包括“+”或“-”、数值和单位(kJ· mol-1)。
(4)注意守恒关系:①原子守恒和得失电子守恒;②能量守恒。(ΔH与化学计量数相对应)
(5)区别于普通方程式,一般不注“↑”“↓”以及“点燃”“加热”等反应条件。
(6)注意热化学方程式的化学计量数:热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量,可以是整数,也可以是分数。且化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。
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二、测定中和反应反应热应注意的几个问题
1.测定原理方面应注意的问题
根据Q=mcΔt计算出来的是所取盐酸和所取NaOH溶液反应时放出的热量,单位为kJ,而中和热应该是生成单位物质的量的水时的反应热,单位为kJ·mol-1,用焓变表示为:
c=4.18 J·g-1·℃-1=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1;n为生成H2O的物质的量。
2.实验过程中的注意事项
(1)碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板的作用是保温、隔热、减少实验过程中热量的损失。
(2)为保证酸、碱完全中和,常采用碱稍过量。
(3)实验时用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液的方法是上下搅动,不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是铜传热快,热量损失大。
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考向一 热化学方程式
题型一 对热化学方程式含义的理解
ΔH(298 K)=-184.6 kJ·mol-1的叙述正确的是 ( )
A.1分子H2和1分子Cl2反应,放出热量184.6 kJ
B.1 mol H2(g)完全反应生成2 mol HCl(g),放出的热量为184.6 kJ
C.在298 K、101 kPa的条件下,1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g),放出的热量为184.6 kJ
D.在298 K、101 kPa的条件下,1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g),吸收的热量为184.6 kJ
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解析:热化学方程式中ΔH的值与具体化学反应相对应,在反应中各物质化学式前的化学计量数不再表示粒子数目,只表示物质的物质的量,所以A项中分子个数的说法是错误的。在描述反应时应说明外界条件,而B项中没有说明温度、压强及Cl2的物质的量和状态,该说法也是错误的。ΔH<0,该反应放热而非吸热,D项错误。
答案:C
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规律方法点拨 (1)热化学方程式中ΔH的值与具体化学反应相对应,在反应中各物质化学式前的化学计量数不再表示粒子数目,只表示物质的物质的量。
(2)在描述热化学方程式时,必须标明T、p(25 ℃、101 kPa时可以不标明)以及参加反应的物质的物质的量。特别应注意ΔH的符号与反应吸热、反应放热的关系。
(3)热化学方程式中焓变的单位kJ·mol-1中mol-1是指按照热化学方程式中的化学计量数(单位:mol)进行的每摩尔化学反应。
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A.①式表示25 ℃、101 kPa时,2 mol H2和1 mol O2完全燃烧生成2 mol H2O(l)放热571.6 kJ
B.①式表示25 ℃、101 kPa时,1 mol H2和1 mol O2完全燃烧生成2 mol H2O(l)放热571.6 kJ
C.将含1 mol NaOH的稀溶液与50 g 98%的硫酸混合后放出的热量大于57.3 kJ
D.将含1 mol NaOH的稀溶液与含1 mol HCl的稀盐酸混合后放出的热量等于57.3 kJ
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解析:①式表示25 ℃、101 kPa时,2 mol H2和1 mol O2完全燃烧生成2 mol H2O(l)放热571.6 kJ。
答案:B
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题型二 热化学方程式的正误判断
【例题2】 在常温常压下,1 g H2在足量Cl2中燃烧生成HCl气体,放出92.3 kJ的热量。下列热化学方程式中正确的是( )
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解析:H2在Cl2中燃烧生成HCl气体,1 g H2燃烧放出92.3 kJ的热量,则1 mol(即2 g)H2燃烧放出184.6 kJ的热量,化学反应放出热量,ΔH为“-”。则H2在Cl2中燃烧生成HCl气体的热化学方程式为H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g) ΔH=-184.6 kJ·mol-1。一个放热反应的逆反应是吸热反应,并且在其他条件相同时,正、逆反应的ΔH绝对值相等,符号相反。则该题的四个选项中只有D项是正确的。
答案:D
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规律方法点拨 (1)审题时一定注意各物理量的单位,如明确1 g H2与1 mol H2的含义是不同的。
(2)一个反应正向反应的焓变与逆向反应的焓变绝对值相等,符号相反。像下面两个热化学方程式,知道其中的一个即可推导出另一个。
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(3)判断热化学方程式正误的“五审”。
一审焓变的“+”“-”:放热反应的ΔH为“-”,吸热反应的ΔH为“+”。
二审焓变的单位:ΔH的单位一般为kJ· mol-1,易错写成kJ或 mol,有时会漏写。
三审物质聚集状态:物质的状态必须正确,常用s、l、g、aq分别表示固态、液态、气态、溶液。特别注意水溶液中,溶剂水为液态(l),溶质或溶质离子标为溶液(aq)。
四审焓变的数值:ΔH的数值与化学计量数必须相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。如果反应为逆反应,则焓变绝对值不变,符号相反。
五审是否符合概念要求:如表示中和热的热化学方程式等。
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成功体验2如图为某密闭容器中气态物质进行反应时物质总能量(kJ· mol-1)的关系图,则下列选项正确的是( )
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成功体验2如图为某密闭容器中气态物质进行反应时物质总能量(kJ· mol-1)的关系图,则下列选项正确的是( )
解析:2A+B的能量大于2C的能量,故2A+B 2C为放热反应,ΔH为负值,单位为kJ· mol-1。
答案:B
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题型三 热化学方程式的书写
【例题3】 NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g)。在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式是 。
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规律方法点拨 书写热化学方程式的“五步”
一写方程式—写出配平的化学方程式
二标状态—用s、l、g、aq标明物质的聚集状态
三标条件—标明反应的温度和压强,25 ℃、101 kPa时可不标注
四标ΔH—在方程式后写出ΔH,并根据信息注明ΔH的“+”或“-”
五标数值—根据化学计量数计算出ΔH的值
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成功体验3在25 ℃、101 kPa下,已知13.5 g的固态Al在氧气中完全燃烧后恢复至原状态,放热419 kJ。
该反应的热化学方程式是 。
题型四 化学反应焓变大小的比较
【例题4】 试比较下列三组反应中ΔH的大小。
(1)同一反应,生成物状态不同时
ΔH1 ΔH2(填“>”“<”或“=”,下同)。
(2)同一反应,反应物状态不同时
则ΔH3 ΔH4。
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(3)两个有联系的不同反应相比
解析:(1)物质由气态到液态要释放能量,放热越多,ΔH越小,则ΔH1>ΔH2。(2)硫由气态到固态要释放能量,ΔH3<ΔH4。(3)根据常识可知相同质量的碳,完全燃烧比不完全燃烧时放出的热量多,所以ΔH5<ΔH6。
答案:(1)> (2)< (3)<
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规律方法点拨 比较反应焓变大小的四个角度:
(1)反应物和生成物的状态
物质的气、液、固三态的变化与反应中热量变化的关系
(2)ΔH的符号:比较反应热的大小时,不要只比较ΔH绝对值的大小,还要考虑其符号。
(3)参加反应物质的物质的量:对于给定反应,反应物的物质的量越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
(4)反应的程度:反应物的物质的量和状态相同时,反应的程度越大,热量变化越大。
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解析:由于该反应为放热反应,且水由气态变为液态要放出热量,故有2a=b>2c=d。
答案:2a=b>2c=d
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考向二 中和反应反应热的测定
【例题5】 50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。回答下列问题:
(1)烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是 。
(2)大烧杯上如不盖硬纸板,求得中和热的
绝对值 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)实验中改用60 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL
0.55 mol·L-1NaOH溶液进行反应,与上述实验相
比,所放出的热量 (填“相等”或“不相等”),所求中和热 (填“相等”或“不相等”),简述理由: 。
重点难点探究
重要考向探究
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解析:(1)碎泡沫塑料的作用是减少实验过程中的热量损失。
(2)不盖硬纸板会损失部分热量,故所测结果偏小。
(3)由中和热的定义可知,中和热是以生成1 mol水为标准的,与酸和碱的用量无关。
答案:(1)减少实验过程中的热量损失
(2)偏小
(3)不相等 相等 因为中和热是指在稀溶液中酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时的反应热,与酸和碱的用量无关
重点难点探究
重要考向探究
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规律方法点拨 (1)对于该实验常常存在如下易错点:
①实验中改变酸碱的用量时,反应放出的热量发生改变,误认为中和热也发生改变。
②误认为中和热ΔH=-57.3 kJ· mol-1是针对所有酸碱反应,ΔH=-57.3 kJ· mol-1是稀的强酸和强碱溶液反应生成可溶性盐和1 mol水时的反应热,浓酸或浓碱溶于水时也要放热,反应生成1 mol H2O时的中和热ΔH<-57.3 kJ· mol-1。
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重要考向探究
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(2)该实验产生误差的原因可能有:
①量取溶液的体积有误差(测量结果是按50 mL的酸、碱溶液进行计算的,若实际量取时,大于50 mL或小于50 mL都会造成误差)。
②温度计的读数有误。
③实验过程中有液体洒在外面。
④混合酸、碱溶液时,动作缓慢,导致热量散失。
⑤隔热操作不到位,致使实验过程中热量损失而导致误差。
⑥测了酸溶液温度后的温度计未用水清洗便立即去测碱溶液的温度,而引起误差。
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重要考向探究
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成功体验5中和热的测定实验,关键是要比较准确地配制一定物质的量浓度的溶液,量热器要尽量做到绝热;在量热的过程中要尽量避免热量的散失,要求比较准确地测量出反应前后溶液温度的变化。回答下列问题:
(1)中学化学中和热测定实验所需的玻璃仪器有 ,
在大小烧杯之间填满碎泡沫(或纸条),其作用是 。
结合日常生活的实际,该实验改在 中进行效果会更好。
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重要考向探究
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(2)该实验常用0.50 mol·L-1盐酸和0.55 mol·L-1的NaOH溶液各50 mL。NaOH溶液的浓度大于盐酸的浓度的目的是 。当室温低于10 ℃时进行,对实验结果会造成较大误差的原因是 。
(3)若上述盐酸、NaOH溶液的密度都近似为1 g·cm-3,中和后生成的溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1,则该中和反应放出热量为 kJ(填表达式),中和热ΔH= kJ· mol-1(填表达式)。
答案:(1)大烧杯、小烧杯、温度计、量筒、环形玻璃搅拌棒 保温、隔热、减少实验过程中热量的损失 保温杯
(2)保证盐酸完全被中和 散热太快
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1.已知在298 K、1×105 Pa条件下,2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ热量,下列热化学方程式正确的是 ( )
解析:氢气燃烧为放热反应,则水的分解为吸热反应,A项正确;B项未指明H2O的状态,错误;C、D两项ΔH的符号错误。
答案:A
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2.在相同条件下,下列两个反应放出的热量分别用ΔH1和ΔH2表示:
则( )
A.ΔH2>ΔH1 B.ΔH1>ΔH2
C.ΔH1=ΔH2 D.无法确定
解析:气态水液化时需要释放能量,放热越多,ΔH越小。
答案:B
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3.实验室进行中和热测定实验时除需要大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)等之外,其他所用的仪器和试剂均正确的一组是( )
A.0.50 mol·L-1盐酸,0.50 mol·L-1 NaOH溶液,100 mL量筒1个
B.0.50 mol·L-1盐酸,0.55 mol·L-1 NaOH溶液,100 mL量筒2个
C.0.50 mol·L-1盐酸,0.55 mol·L-1 NaOH溶液,50 mL量筒1个
D.0.50 mol·L-1盐酸,0.55 mol·L-1 NaOH溶液,50 mL量筒2个
解析:实验中为了保证0.50 mol·L-1的盐酸完全被中和,应采用0.55 mol·L-1 NaOH溶液,使碱稍过量,故A项不符合;因为在100 mL小烧杯中发生反应,所以所需酸、碱的体积均为50 mL,故B项不符合;酸、碱应该分别用不同的量筒量取,故C项不符合。
答案:D
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4. 根据下列叙述写出相应的热化学方程式:
(1)已知16 g固体硫完全燃烧时放出148.4 kJ的热量,该反应的热化学方程式是 。
(2)如图是298 K时N2与H2反应过程中能量变化的曲线图。该反应的热化学方程式为 。
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5.实验室用50 mL 0.50 mol·L-1盐酸、50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液和下图所示装置进行测定中和热的实验,得到表中的数据:
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完成下列问题:
(1)实验时用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液的方法是 ,不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是 。
(2)经数据处理,t2-t1=3.4 ℃。则该实验测得的中和热ΔH= [盐酸和NaOH溶液的密度按1 g·cm-3计算,反应后混合溶液的比热容按4.18 J·g-1·℃-1计算]。
解析:(1)由于铜丝传热快,热量损失多,所以选用环形玻璃搅拌棒,而不用铜丝搅拌棒。(2)ΔH=-[100 g×4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1×3.4 ℃]÷0.025 mol=-56.8 kJ·mol-1。
答案:(1)上下搅动(或轻轻搅动) 铜传热快,热量损失多
(2)-56.8 kJ·mol-1(共31张PPT)
第二节 燃烧热 能源
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任务一、阅读教材第7页,回答下列问题:
1.什么是燃烧热 单位是什么 理解燃烧热的定义时,需要注意哪几个方面
提示101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。单位是kJ·mol-1。理解燃烧热时,需要注意压强为常压,可燃物为1 mol,产物为稳定氧化物。
2.选择燃料时,需要从哪几个方面综合来考虑
提示选择燃料时,可从物质的燃烧热、燃料的储量、开采、运输、储存条件、价格、对生态环境的影响等方面综合考虑。
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任务二、认真阅读教材第8页的内容,回答下列问题:
1.什么是能源 常见的能源有哪些 化石燃料有哪些
提示所谓能源就是指能够提供能量的资源。常见的能源有化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。化石燃料包括煤、石油、天然气。
2.我国目前使用的主要能源是什么 有什么缺点 解决办法是什么
提示我国目前使用的主要能源是化石燃料;它们储量有限,不能再生;解决办法是开发新能源和节约现有能源,提高能源利用率。
3.现在正在探索的新能源有哪些
提示太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能等。
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1.关于能源,以下说法中不正确的是( )
A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源都可追溯到太阳能
B.煤、石油、水煤气可从自然界直接获取
C.核能和地热能来自地球自身
D.潮汐能来源于月球引力做功
答案:B
2.下列叙述正确的是( )
A.水能是二次能源
B.电能是二次能源
C.天然气是可再生能源
D.水煤气是可再生能源
答案:B
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探究问题
1.使用乙醇汽油作为汽车的燃料,与纯汽油相比有什么优点
提示用乙醇汽油替代纯汽油作为汽车燃料,可以使燃料燃烧更加充分,减少空气污染。
2.阅读教材第8页的资料,指出我国能源状况的特点。
提示与世界平均水平相比,目前我国能源状况的特点是已探明的化石能源及核能储量偏低,水能储量丰富,能源的人均值均偏低。
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3.太阳能、氢能、地热能、风能等有哪些优缺点
提示太阳能、氢能、地热能、风能等新能源的特点
知识点拨
一、燃烧热
1.燃烧热的定义
25 ℃、101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热,单位kJ· mol-1。
2.燃烧热与反应热的关系
(1)反应热范围广,包括中和、燃烧等反应中的热量变化,而燃烧热只是反应热的一种形式;
(2)反应热有吸热与放热之分;而燃烧热、中和热都是放热,即ΔH<0。可用以下图示表示:
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3.燃烧热与中和热的比较
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二、能源
1.能源
所谓能源就是指能够提供能量的资源。它包括化石燃料(煤、石油、天然气)、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。
2.能源的分类
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考向一 燃烧热
题型一 燃烧热的定义
【例题1】 下列关于燃烧热的说法中正确的是( )
A.1 mol物质燃烧所放出的热量
B.常温下,可燃物燃烧放出的热量
C.在25℃、1.01×105Pa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量
D.燃烧热随热化学方程式中的化学计量数的改变而改变
解析:25 ℃、101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热,故C项正确,A、B两项错误;燃烧热是物质本身的属性,不随热化学方程式中的化学计量数的改变而改变。
答案:C
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规律方法点拨 分析燃烧热的概念是否正确,一般按如下四步进行:
研究条件—25 ℃、101 kPa
可燃物的物质的量—1 mol
反应的程度—完全燃烧生成稳定的氧化物,C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g)
表示方法—ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)
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成功体验1下列关于燃烧热的说法正确的是( )
A.燃烧反应放出的热量就是该反应的燃烧热
B.1 mol可燃物质发生氧化反应所放出的热量就是燃烧热
C.1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量就是燃烧热
D.在25 ℃、101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量是燃烧热
解析:燃烧热是有严格定义的,有量的要求,有燃烧产物和状态的要求,有反应条件的要求。对照这些和燃烧热的定义,可知A、B、C选项均不正确。
答案:D
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题型二 表示物质燃烧热的热化学方程式
【例题2】 以下能表示物质燃烧热的热化学方程式是 ( )
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解析:A项,C(s)燃烧未生成稳定氧化物CO2(g),故A项不能表示碳的燃烧热;B项,符合燃烧热的定义;C项,H2虽然生成了稳定的氧化物H2O(l),但由于其反应热表示的是2 mol H2 完全燃烧时的热量变化,故C项不能表示H2的燃烧热;D项,参加燃烧的H2虽然是1 mol,但其生成H2O(g),而不是H2O(l),故D项不能表示H2的燃烧热。
答案:B
规律方法点拨 书写或判断表示物质燃烧热的热化学方程式要做到“三看”:
一看可燃物的化学计量数是否为1。
二看燃烧后生成的氧化物是否为稳定氧化物:即碳元素完全燃烧生成的氧化物是否为CO2(g),氢元素完全燃烧生成的氧化物是否为H2O(l),硫元素完全燃烧生成的氧化物是否为SO2(g)。
三看ΔH是否为“-”及单位是否正确。
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成功体验2225 ℃、101 kPa时,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,辛烷的燃烧热ΔH=-5 518 kJ·mol-1。下列热化学方程式书写正确的是( )
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解析:H2SO4与Ba(OH)2溶液反应,生成物中不仅有H2O还有BaSO4,因此ΔH不为-57.3 kJ·mol-1,A项错误;辛烷的燃烧热是指1 mol辛烷完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出的热量,C、D两项均错误。
答案:B
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题型三 燃烧热的有关计算
【例题3】 已知下列两个热化学方程式:
试根据上面两个热化学方程式,回答下列问题:
(1)H2的燃烧热为 ,C3H8的燃烧热为 。
(2)1 mol H2和2 mol C3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为 。
(3)现有H2和C3H8的混合气体共5 mol,完全燃烧时放热3 847 kJ,则在混合气体中H2和C3H8的体积之比是 。
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解析:(1)根据燃烧热的定义知H2、C3H8的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1、2 220 kJ·mol-1。
(2)燃烧释放的总热量的计算式为Q放=1 mol×285.8 kJ·mol-1+2 mol×2 220 kJ·mol-1=4 725.8 kJ。
(3)设H2、C3H8的物质的量分别为n1、n2,则有:
在p、T相同时,
V(H2)∶V(C3H8)=n(H2)∶n(C3H8)=3∶1。
答案:(1)285.8 kJ·mol-1 2 220 kJ·mol-1
(2)4 725.8 kJ (3)3∶1
重点难点探究
重要考向探究
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规律方法点拨 (1)有关燃烧热的计算方法:
燃烧热是以1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量来定义的,因此计算燃烧反应释放的热量时,先应计算出可燃物的物质的量[n(可燃物)],然后根据该可燃物的燃烧热ΔH计算燃烧反应所释放的热量。其计算公式为:Q放=n(可燃物)×|ΔH|。
(2)燃烧热与燃料燃烧释放的热量的区别:
①燃料燃烧释放出的热量与燃料的多少有关,燃烧的燃料越多,放出的热量就越多,而燃烧热规定必须是1 mol可燃物,所以燃烧热是燃料的属性,不随燃料的多少而发生改变;
②研究燃料燃烧释放出的热量并未限定燃烧产物的形态,而研究物质燃烧热时生成物必须是稳定的氧化物。
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重要考向探究
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成功体验3(1)在25 ℃、1.01×105 Pa时,16 g S在足量的氧气中充分燃烧生成二氧化硫,放出148.5 kJ的热量,则S的燃烧热为 ,表示S的燃烧热的热化学方程式为 。
(2)已知AX3的熔点和沸点分别为-93.6 ℃和76 ℃,AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5,放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为 。
答案:(1)297 kJ· mol-1 S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH=-297 kJ· mol-1
(2)AX3(l)+X2(g) AX5(s) ΔH=-123.8 kJ· mol-1
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考向二 能源
【例题4】 下列获取氢气的途径中最理想的是( )
A.以焦炭和水制取水煤气后分离出氢气
B.用锌、铁等活泼金属与硫酸反应
C.由火力发电厂提供电力电解水产生氢气
D.利用高效催化剂和太阳能使海水分解产生氢气
解析:途径的选择要考虑生产的成本及产量大小。途径D投入少、产量高、无污染,为最佳途径。
答案:D
规律方法点拨 选择能源时要从以下几个角度进行分析:
(1)节约能源;
(2)降低成本;
(3)减小对环境的污染。
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成功体验4下列设备工作时,将化学能转化为热能的是( )
解析:A、C分别将太阳能转化为电能、热能;B是锂离子电池,将化学能转化为电能;D燃烧,将化学能转化为热能。
答案:D
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1.未来新能源的特点是资源丰富,在使用时对环境无污染或污染很小。下列符合未来新能源标准的是( )
①天然气 ②煤 ③石油 ④太阳能 ⑤生物质能 ⑥风能 ⑦氢能
A.①②③④ B.③⑤⑥⑦
C.④⑤⑥⑦ D.③④⑤⑥⑦
解析:天然气、煤和石油属于化石能源,它们的燃烧是造成大气污染的主要原因,故它们不符合未来新能源的标准。
答案:C
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2.下列有关化石燃料的说法正确的是( )
A.化石燃料是可再生的,因此在地球上的蕴藏量也是无限的
B.化石燃料虽然在地球上的蕴藏量有限,但形成化石燃料的速率相当快,所以化石燃料相当于是无限的
C.化石燃料的形成是相当复杂的,所需时间也较长,但化石燃料在地球上的蕴藏量是无限的
D.化石燃料在地球上的蕴藏量是有限的,而且又都是经过亿万年才能形成的非可再生能源
解析:化石燃料不可再生,地球上含量也有限,并且形成过程缓慢。
答案:D
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3. 下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)( )
解析:本题考查热化学方程式的正误判断。A项,H2O的状态是不稳定的气态,不能表示C2H5OH的燃烧热。B项,中和反应为放热反应,ΔH=-57.3 kJ· mol-1。C项,S燃烧生成SO2的反应是放热反应,ΔH<0,同时也注明了物质的聚集状态等,正确。D项,未注明物质的聚集状态,错误。
答案:C
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4.下列能够表示物质燃烧热的热化学方程式是( )
解析:在“25 ℃、101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量叫做燃烧热”。选项A、B、C、D均满足“1 mol”的要求,但选项A生成的H2O是气态,不是25 ℃、101 kPa下的稳定产物,选项B生成的CO可继续燃烧生成CO2,选项D生成的S也可继续燃烧生成SO2。
答案:C
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5.煤的气化是实施节能环保的一项重要措施。通常在高温下将煤转化为水煤气,再将水煤气作为气体燃料。有关热化学方程式如下:
下列有关说法正确的是( )
A.水煤气只能用作燃料
B.水煤气是一种二次能源,比煤直接燃烧污染小
C.等质量的CO和H2完全燃烧时,前者放热多
D.由③反应可以确定H2的燃烧热为241.8 kJ·mol-1
重点难点探究
重要考向探究
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解析:水煤气在工业上还可用于炼制金属等,A项错误;水煤气属于二次能源,其燃烧产物为CO2和H2O,比煤直接燃烧污染小,B项正确;通过②③反应可以计算得出,等质量的H2比CO完全燃烧放热多,C项错误;H2燃烧生成的稳定氧化物应为液态水,D项错误。
答案:B(共34张PPT)
第三节 化学反应热的计算
阅读思考
自主检测
任务一、阅读教材第11页到第12页,回答下列问题:
1.盖斯定律的内容是什么
提示不管化学反应是一步完成或分成几步完成,其反应热是相同的。换句话说,化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。
2.如何利用教材第12页的两个热化学方程式计算C→CO的焓变
提示利用盖斯定律计算,具体过程见教材第12页。
任务二、认真阅读教材第12页到第13页的内容,尝试解答教材中的例题1、例题2、例题3,体会如何利用热化学方程式、燃烧热和盖斯定律计算反应的反应热。
阅读思考
自主检测
已知:
A.-317.3 kJ·mol-1 B.-379.3 kJ·mol-1
C.-332.8 kJ·mol-1 D.+317.3 kJ·mol-1
解析:ΔH=ΔH1-ΔH2=-348.3 kJ·mol-1-(-31.0 kJ·mol-1)=-317.3 kJ·mol-1。
答案:A
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探究问题
1.盖斯定律的本质是什么 如何用图示法表示盖斯定律
提示盖斯定律的本质是能量守恒。用图示可表示为
ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
提示要计算 的反应热,分析已知的两个热化学方程式,可得到如下图所示的关系:
即,ΔH=ΔH1-ΔH2
还可以利用化学键断裂与形成时的能量变化、热化学方程式、燃烧热、中和热等计算反应热。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
一、盖斯定律
1.内容
对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应焓变都是一样的。即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。
2.意义
间接计算某些反应的反应热。
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3.应用
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二、反应热的计算
1.主要依据
热化学方程式、化学键断裂与形成时的能量变化、盖斯定律及燃烧热、中和热等。
2.主要方法
(1)根据热化学方程式计算。
反应热与反应物和生成物各物质的物质的量成正比。
(2)根据反应物和生成物的总能量计算。
ΔH=E生成物-E反应物。
重点难点探究
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(3)依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算。
ΔH=E反应物的化学键断裂吸收的能量-E生成物的化学键形成释放的能量
(4)根据盖斯定律计算。
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,而与反应的途径无关。即如果一个反应可以分步进行,则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的。
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考向一 盖斯定律的应用
【例题1】 实验中不能直接测出由石墨与氢气反应生成甲烷的ΔH,但可测出下面几个反应的热效应:
重点难点探究
重要考向探究
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解析:因为反应式①②③和④之间有以下关系:②+③×2-①=④。
所以ΔH4=ΔH2+2ΔH3-ΔH1=-393.5 kJ·mol-1+2×(-285.8 kJ·mol-1)-(-890.31 kJ·mol-1)≈-74.8 kJ·mol-1。
答案:ΔH4=-74.8 kJ·mol-1
重点难点探究
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规律方法点拨 (1)盖斯定律应用的常用方法:
①虚拟路径法:
若反应物A变为生成物D,可以有两个途径:
a.由A直接变成D,反应热为ΔH;
b.由A经过B变成C,再由C变成D,每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,
重点难点探究
重要考向探究
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②加和法:
利用加和法计算反应焓变一般要经过4步:
a.确定待求反应的化学方程式。
b.找出待求热化学方程式中各物质出现在已知方程式中的位置(是同侧还是异侧)。
c.根据待求方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知反应的化学计量数。
d.对处理后的已知热化学方程式进行加和(利用同侧相加,异侧相减原则),计算待求反应的焓变。
重点难点探究
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(2)应用盖斯定律计算反应热时应注意的问题:
①首先要明确所求反应的始态和终态,各物质的化学计量数;判断该反应的吸、放热情况。
②不同途径对应的最终结果应一样。
③当热化学方程式乘以或除以某一个数时,ΔH也应乘以或除以同一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,注意各步反应ΔH的正负。
④将一个热化学方程式逆向书写时,ΔH的符号也随之改变,但绝对值不变。
⑤在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。
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答案:C
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重要考向探究
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考向二 利用燃烧热计算反应热
【例题2】 工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO,已知CH4、H2和CO的燃烧热ΔH分别为-890.3 kJ·mol-1、-285.8 kJ·mol-1和-283.0 kJ·mol-1,则生成1 m3(标准状况)CO所需热量为 。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
答案:5 520 kJ
重点难点探究
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规律方法点拨 利用燃烧热进行反应热的有关计算时,一般首先根据题给数据写出表示物质燃烧热的热化学方程式,然后结合盖斯定律进行相关计算。
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成功体验2甲烷的燃烧热ΔH=-890.3 kJ· mol-1,1 kg CH4在25 ℃、101 kPa时充分燃烧生成液态水放出的热量约为( )
A.-5.56×104 kJ· mol-1
B.5.56×104 kJ· mol-1
C.5.56×104 kJ
D.-5.56×104 kJ
解析:16 g CH4燃烧放出890.3 kJ热量,1 kg CH4燃烧放出的热量为
×1 000 g=55 643.75 kJ≈5.56×104 kJ。
答案:C
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考向三 利用化学键断裂和形成时的能量变化值计算反应热
【例题3】 (2015全国Ⅱ改编)甲醇是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
已知反应①中的相关化学键断裂时吸收的能量数据如下:
由此计算ΔH1= kJ·mol-1,已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3= kJ·mol-1。
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解析:(1)反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值,则根据方程式CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)可知ΔH1=1 076 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-3×413 kJ·mol-1-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1。根据盖斯定律可知由②-①即可得到反应③,则ΔH3=-58 kJ·mol-1+99 kJ·mol-1=+41 kJ·mol-1。
答案:-99 +41
规律方法点拨 利用化学键断裂和形成时的能量变化值计算反应热的关键是理解反应热等于旧键断裂时的焓变与新键生成时的焓变的代数和。
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答案:D
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1.在298 K、101 kPa时,已知:
则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是( )
A.ΔH3=ΔH1+2ΔH2 B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH3=ΔH1-2ΔH2 D.ΔH3=ΔH1-ΔH2
解析:因为反应式①②③之间存在关系:①+2×②=③,故ΔH1+2ΔH2=ΔH3。
答案:A
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2.已知25 ℃、101 kPa条件下:
由此得出的正确结论是( )
A.等质量的O2比O3能量低,由O2变O3为吸热反应
B.等质量的O2比O3能量低,由O2变O3为放热反应
C.O3比O2稳定,由O2变O3为吸热反应
D.O2比O3稳定,由O2变O3为放热反应
解析:由②-①得:2O3(g) 3O2(g) ΔH=-284.2 kJ· mol-1,等质量的O2比O3能量低。
答案:A
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3.标准状况下,气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知H—H、H—O和O=O键的键焓ΔH分别为436 kJ·mol-1、463 kJ·mol-1和495 kJ·mol-1。下列热化学方程式正确的是( )
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答案:D
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解析:根据盖斯定律,由①-②可得ΔH=ΔH1-ΔH2=58.73 kJ·mol-1。
答案:Na2CO3·H2O(s) Na2CO3(s)+H2O(g) ΔH=+58.73 kJ·mol-1
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5. 水煤气(主要成分是CO、H2)是重要的燃料和化工原料,可用水蒸气通过炽热的碳层制得。已知:
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(1)将2.4 g碳转化为水煤气,再完全燃烧,整个过程的ΔH=________ kJ·mol-1。
(2)由CO、H2在一定条件下获得汽油的替代品——甲醇,甲醇的燃烧热ΔH为-726.5 kJ·mol-1,试写出由CO、H2生成甲醇的热化学方程式: 。
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随堂检测(共35张PPT)
第二章化学反应速率和化学平衡
第一节 化学反应速率
阅读思考
自主检测
任务一、阅读教材第二章的前言,了解本章我们将要学习哪三方面的内容
提示化学反应进行的方向(推动力),化学反应的快慢(速率)和化学反应的限度(反应物能否全部转变为产物)。
任务二、认真阅读教材第17页到第18页的内容,分别完成下列任务:
1.当体系为气态或溶液时,如何表示某个化学反应的速率
提示常用单位时间内反应物或生成物的浓度(常用物质的量浓度)变化来表示。
2.化学反应速率的计算公式是什么 常用单位是什么
阅读思考
自主检测
(2)用A、B、C、D表示该化学反应的反应速率数值与化学计量数之间有何关系
提示速率之比等于化学计量数之比,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。
任务三、实验2-1中的2个实验所需试剂浓度、用量等方面各有何相同点和不同点 这么做的目的是什么 该实验的实验原理是什么
提示锌粒的大小和质量完全相同,硫酸的浓度不同,体积相同。目的是控制变量。该实验的实验原理是通过测定生成10 mL H2所用的时间来计算反应速率。
阅读思考
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反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)在2 L的密闭容器中进行,1 min后,NH3减少了0.12 mol。求:
(1)1 min内,以NH3表示的化学反应速率为 。
(2)以O2表示的化学反应速率为 。
(3)以NO表示的化学反应速率为 。
(4)以H2O表示的化学反应速率为 。
(5)分别用NH3、O2、NO、H2O表示的化学反应速率之比为 。
答案:(1)0.06 mol·L-1·min-1
(2)0.075 mol·L-1·min-1
(3)0.06 mol·L-1·min-1
(4)0.09 mol·L-1·min-1
(5)4∶5∶4∶6
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探究问题
下图表示800 ℃时,气体A分解为B和C两种气体(2A 3B+C)时,A、B、C三种气体的浓度随时间变化的情况,t1是到达平衡状态的时间。
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1.如何表示上述反应中A的消耗速率以及B和C的生成速率(假设t1=2 min)
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2.上述反应中A的消耗速率以及B和C的生成速率的数值是否相等 大小有何关系
提示由计算结果可知,A的消耗速率以及B和C的生成速率的数值不相等,但它们的数值大小满足化学反应中各物质的反应速率之比等于其化学计量数之比。
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知识点拨
一、化学反应速率的表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
二、化学反应速率的数学表达式及单位
三、化学反应速率的有关规律
同一反应在同一时间内,用不同物质来表示的反应速率可能不同,但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。
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考向一 化学反应速率的相关计算
【例题1】 在2 L的密闭容器中,加入1 mol H2和3 mol 的I2,在某温度下发生反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)。在2 s 末时,测得容器中含有0.4 mol的HI。2 s内,用H2、I2、HI表示该反应的反应速率分别是多少
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答案:v(H2)=0.05 mol·L-1·s-1,v(I2)=0.05 mol·L-1·s-1,v(HI)=0.1 mol·L-1·s-1。
规律方法点拨 利用定义求解化学反应速率的注意事项:
(1)利用定义求解化学反应速率,必须牢牢抓住“物质的量浓度变化量”这一关键点。
(2)计算前首先明确用哪一种物质表示所研究反应的反应速率,然后用该物质的浓度变化除以反应时间进行计算。
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成功体验1在2 L的密闭容器中,加入1 mol N2和3 mol H2,发生反应N2+3H2 2NH3,在2 s末时,测得容器中含有0.4 mol的NH3,求该反应在2 s内的化学反应速率。
答案:v(N2)=0.05 mol·L-1·s-1,v(H2)=0.15 mol·L-1·s-1,v(NH3)=0.1 mol·L-1·s-1。
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【例题2】 将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合,并在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g) 2C(g),若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,则下列说法中错误的是( )
A.用物质A表示反应的平均速率为0.3 mol·L-1·s-1
B.用物质B表示反应的平均速率为0.6 mol·L-1·s-1
C.2 s时物质A的转化率为30%
D.2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L-1
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答案:B
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规律方法点拨 (1)进行化学反应速率计算的依据:
②利用化学反应中各物质的速率之比等于化学计量数之比的规律求算。
(2)进行化学反应速率计算的常用方法——三段式:
①写出有关反应的化学方程式;
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;
③根据已知条件列方程计算。
例如,对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为a mol·L-1,B的浓度为b mol·L-1。反应进行至t1 s时,A消耗了x mol·L-1,则反应速率可计算如下:
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(3)进行化学反应速率的计算时,需注意以下量的关系:
①对反应物:c起始-c转化=c某时刻
②对生成物:c起始+c转化=c某时刻
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成功体验2将等物质的量的A、B混合于2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g),经5 min后,测得D的浓度为0.5 mol·L-1,c(A)∶c(B)=3∶5,C的平均反应速率是0.1 mol·L-1·min-1,求:
(1)此时A的浓度及反应开始前放入容器中的A、B的物质的量;
(2)B的平均反应速率;
(3)x的值是多少
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解析:设A、B起始时的物质的量均为a mol,则:
起始/mol a a 0 0
5 min末/mol a-1.5 a-0.5 0.1×5×2 0.5×2
由于(a mol-1.5 mol)∶(a mol-0.5 mol)=3∶5
解得a=3
答案:(1)0.75 mol·L-1,均为3 mol;
(2)0.05 mol·L-1·min-1;(3)x=2。
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成功体验3一定温度下,在2 L的密闭
容器中,X、Y、Z三种气体的物质
的量随时间变化的曲线如图所示:
下列描述正确的是( )
A.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 mol·L-1·s-1
B.反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了0.79 mol·L-1
C.反应开始到10 s,Y的转化率为79.0%
D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g) Z(g)
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答案:C
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考向二 化学反应速率大小的比较
【例题3】 对于反应 ,在不同时间段内所测反应速率如下,则表示该化学反应进行最快的是( )
A.v(NH3)=1.5 mol·L-1·min-1
B.v(N2)=1.2 mol·L-1·min-1
C.v(H2O)=1.67 mol·L-1·min-1
D.v(O2)=1.5 mol·L-1·min-1
解析:将选项中的各反应速率换算成同一物质的反应速率,然后比较。
答案:B
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规律方法点拨 (1)对化学反应速率的理解:
①一个确定的化学反应涉及反应物和生成物,用不同物质表示化学反应速率时数值不一定相同,故描述反应速率时应指明物质。
②一般来说,反应过程不是等速进行的,因此某一段时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率,而不是瞬时速率。
③在同一个化学反应中各物质的化学反应速率之比等于它们的化学计量数之比。如一般反应:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b ∶c∶d。
因此,在同一个化学反应里,虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同,但是它们的实际意义完全相同,即一种物质的化学反应速率也就代表了整个化学反应的反应速率。
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(2)通过数据比较反应速率大小的方法:“一看二转三比较”。
第一步:看单位是否统一;
第二步:将不同物质表示的化学反应速率转化成用同一物质表示的化学反应速率;
第三步:比较数值确定大小。
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成功体验4在一定条件下,对于A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)反应来说,以下化学反应速率的表示中,化学反应速率最大的是( )
A.v(A2)=0.8 mol·L-1·s-1
B.v(A2)=60 mol·L-1·min-1
C.v(AB3)=1.0 mol·L-1·s-1
D.v(B2)=1.2 mol·L-1·s-1
解析:解此类题目要先统一单位,然后利用化学反应速率之比等于化学计量数之比转化为同一物质表示的反应速率再进行比较。均转化为A2表示的反应速率且单位统一为mol·L-1·s-1,则A项中v(A2)=0.8 mol·L-1·s-1,B项中v(A2)=1 mol·L-1·s-1,C项中v(A2)=0.5 mol·L-1·s-1,D项中v(A2)=0.4 mol·L-1·s-1,化学反应速率最大的是B项。
答案:B
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1.反应N2+3H2 2NH3,在2 L密闭容器中进行,半分钟末有0.6 mol NH3生成。下列表示的化学反应速率正确的是( )
①v(NH3)=0.6 mol·L-1·min-1
②v(N2)=0.005 mol·L-1·s-1
③v(H2)=0.9 mol·L-1·min-1
④v(NH3)=0.02 mol·L-1·s-1
⑤v(H2)=0.01 mol·L-1·s-1
⑥v(N2)=0.03 mol·L-1·s-1
A.①③⑥ B.②④⑤ C.①②③ D.④⑤⑥
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答案:C
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2. 对于反应A(g)+3B(g) 2C(g),下列各数据表示不同条件下的反应速率,其中反应进行得最快的是( )
A.v(A)=0.02 mol·L-1·s-1
B.v(B)=0.03 mol·L-1·s-1
C.v(B)=0.90 mol·L-1·min-1
D.v(C)=0.60 mol·L-1·min-1
解析:转化为相同单位的A的化学反应速率,比较得出A项反应进行得最快。
答案:A
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3.反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g),经2 min后,B的浓度减少了0.6 mol·L-1。对此反应速率的正确表示是( )
A.用A表示的反应速率是0.8 mol·L-1·s-1
B.分别用B、C、D表示反应的速率,其比值是3∶2∶1
C.在2 min末时的反应速率,用反应物B来表示是0.3 mol·L-1·min-1
D.在这2 min内用B和C表示的反应速率的值都是相同的
解析:经2 min后,B的浓度减少了0.6 mol·L-1,这2 min内的平均反应速率v(B)=0.3 mol·L-1·min-1,而不是2 min末时的反应速率,C项错误;根据反应速率之比等于化学计量数之比可知B项正确,A、D两项错误。
答案:B
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4.某温度时,在2 L容器中,X、Y、Z三种物质物质的量的变化曲线如图所示。
由图中数据分析该反应的化学方程式为 。反应开始至2 min末,Z的平均反应速率为 。
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解析:反应开始,X、Y物质的量均为1.0 mol,Z为0,反应进行到2 min时,X为0.9 mol、Y为0.7 mol、Z为0.2 mol。相同时间内,X、Y、Z物质的量的变化之比为1∶3∶2,故化学方程式为(共31张PPT)
第二节 影响化学反应速率的因素
第1课时 浓度、压强对化学反应速率的影响
阅读思考
自主检测
任务一、认真阅读教材第2页到第4页的内容,思考回答下列问题:
1.什么是活化分子 什么是活化能
提示人们把发生有效碰撞的分子叫做活化分子;把活化分子所多出的那部分能量称作活化能。
图中的E1是反应的活化能,E2是活化分子变成生成物分子放出的能量,E2-E1是反应热。
阅读思考
自主检测
2.H+与OH-的反应,Ag+与Cl-的反应以及高空大气层内自由原子之间的反应都是瞬间完成的。原因是什么 该事实证明了什么
提示因为反应之前反应物已经成为自由的离子或原子,不再需要破坏或减弱化学键以启动化学反应的活化能;该事实证明了有效碰撞理论的合理性。
3.向反应体系提供“活化能”的方法有哪些
提示加热、光照、超声波、核辐射、外加磁场、摩擦等。
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第20页,思考回答下列问题:
1.实验2-2的两个实验所用的试剂有何异同点 预测两支试管中的实验现象有何不同
提示两支试管中滴加的KMnO4溶液的体积和浓度均相同,而滴加的H2C2O4溶液的体积相同,浓度不同。
滴加0.1 mol·L-1的H2C2O4溶液的试管中KMnO4溶液褪色所需时间比滴加0.2 mol·L-1的H2C2O4溶液的试管中KMnO4溶液褪色所需时间长。
2.实验2-2是如何判断两支试管中反应速率大小的
提示通过记录使同浓度、同体积的KMnO4溶液褪色的时间长短来判断化学反应速率的大小。
阅读思考
自主检测
任务三、认真阅读教材第21页的内容,思考回答下列问题:
1.观察教材第21页图2-2,并据图分析,对于有气体参与的反应,相同温度下,为什么增大压强,化学反应速率会增大,减小压强化学反应速率会减小
提示在相同的温度下,增大压强,减小体积,相当于增大反应物浓度,反应速率增大,反之,反应速率减小。
2.对只有固体或液体参加的反应,为什么压强变化对反应速率几乎无影响
提示对于固体和液体来说,粒子间的空隙很小,增大压强几乎不能改变它们的浓度。
阅读思考
自主检测
1.正误判断,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)活化分子间的碰撞一定能发生化学反应( )
(2)普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应( )
(3)化学反应的实质是原子的重新组合( )
(4)化学反应的过程是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程
( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)√
阅读思考
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2.10 mL 1 mol·L-1盐酸与一小块大理石的化学反应:CaCO3+2HCl CaCl2+CO2↑+H2O,下列措施能使化学反应速率增大的是( )
A.加入一定量的CaCO3固体
B.加入5 mL 1.5 mol·L-1盐酸
C.加入5 mL 0.5 mol·L-1盐酸
D.加入5 mL H2O
答案:B
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探究问题
1.为什么增大反应物的浓度会影响化学反应速率呢
提示其他条件不变,当增大反应物的浓度时,单位体积中活化分子的数量增加,有效碰撞的几率增大,导致化学反应速率增大。
2.增大压强一定能增大反应速率,减小压强一定能减小反应速率吗 为什么 如何理解“改变体系压强可改变反应速率”
提示其他条件不变时,增大压强不一定增大反应物的浓度,单位体积中活化分子的数量不一定增加,有效碰撞的几率不一定增大,反应速率不一定增大。其他条件不变时,减小压强不一定减小反应物的浓度,单位体积中活化分子的数量不一定减少,有效碰撞的频率不一定减小,反应速率不一定减小。所以,只有改变了压强,导致反应物浓度改变时,才能改变化学反应速率。
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知识点拨
一、有效碰撞理论
1.活化分子、活化能、有效碰撞
(1)活化分子:能够发生有效碰撞的分子。
(2)活化能:如下图所示。
图中:E1为反应的活化能,E2是活化分子变成生成物分子放出的能量,反应热为E1-E2。
(3)有效碰撞:活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
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2.浓度与活化分子、有效碰撞以及反应速率的关系
增大反应物的浓度→单位体积内分子总数增加,活化分子百分数不变,活化分子数增加→单位时间、单位体积内有效碰撞次数增多→增大化学反应速率
3.压强与浓度、活化分子、有效碰撞以及反应速率的关系
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二、压强对反应速率的影响
1.压强对固体或液体(溶液)间的反应无影响。
2.压强的改变实质是改变反应物的浓度,判断时看反应物的浓度是否发生改变。只有浓度改变了反应速率才改变。
3.对于气体反应有以下几种情况:
(1)恒温时:增大压强→体积减小→浓度增大→反应速率增大。
(2)恒容时:a.充入气体反应物→反应物浓度增大→总压强增大→反应速率增大;b.充入“惰性气体”(如He、Ne、Ar或不参与反应的其他气体)→引起总压强增大,但各反应物的分压不变,各物质的浓度不变→反应速率不变。
(3)恒压时:充入“惰性气体”(如He、Ne、Ar或不参与反应的其他气体)→引起体积增大→各反应物浓度减小→反应速率减小。
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考向一 浓度对化学反应速率的影响
【例题1】 500 mL 1 mol·L-1的稀盐酸与锌反应,下列操作能使产生氢气的速率增大的是( )
A.在接触面积不变的情况下,增加锌的质量
B.将500 mL 1 mol·L-1的稀盐酸改为1 000 mL 1 mol·L-1的稀盐酸
C.用 1 mol·L-1的H2SO4溶液代替1 mol·L-1的稀盐酸
D.用浓硫酸代替1 mol·L-1的稀盐酸
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解析:该反应的实质是2H++Zn Zn2++H2↑,增大反应物浓度可使反应速率增大,由于纯固体、纯液体的组成为定值,所以在接触面积不变的情况下,增加锌的质量,不能增大反应速率,而将等浓度的盐酸由500 mL变为1 000 mL,只是改变了反应物的体积,并不改变其浓度,所以反应速率不变。用1 mol·L-1的H2SO4溶液代替1 mol·L-1的稀盐酸,溶液中氢离子浓度增加一倍,所以反应速率增大。浓硫酸与锌反应不产生氢气。
答案:C
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规律方法点拨 分析浓度对化学反应速率的影响时需注意的问题:
(1)固体或纯液体的浓度视为常数,所以增加其用量时,化学反应速率不变。但增大固体的表面积或将固体溶于一定溶剂,能增大化学反应速率。
(2)增大反应物浓度,即增大了单位体积内活化分子的数目,但活化分子的百分数没有增大。
(3)增大反应物的浓度,必须是增加实际参加反应的反应物浓度才能增大反应速率。
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成功体验1对反应A+B AB来说,常温下按以下情况进行反应:
①20 mL溶液中含A、B各0.01 mol ②50 mL溶液中含A、B各0.05 mol ③0.1 mol·L-1的A、B溶液各10 mL混合 ④0.5 mol·L-1的A、B溶液各50 mL混合
四者反应速率的大小关系是( )
A.②>①>④>③ B.④>③>②>①
C.①>②>④>③ D.①>②>③>④
解析:浓度越大,反应速率越大,①A、B的浓度各为0.5 mol·L-1;②A、B的浓度各为1 mol·L-1;③A、B的浓度各为0.05 mol·L-1;④A、B的浓度各为0.25 mol·L-1;所以四者反应速率的大小关系是②>①>④>③。
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
考向二 压强对化学反应速率的影响
【例题2】 一定温度下,反应N2(g)+O2(g) 2NO(g)在密闭容器中进行,下列措施不改变化学反应速率的是 ( )
A.缩小容积使压强增大 B.恒容,充入N2
C.恒容,充入He D.恒压,充入He
解析:A项,气体的物质的量不变,仅缩小容积,气体的浓度必然增大,反应速率必然增大;B项,容积不变,充入N2,使反应物N2的浓度增大,反应速率增大;C项,容积不变,充入He,虽然反应容器内压强增大,但反应物N2、O2、NO的浓度并没有变化,因此不影响反应速率;D项,压强不变,充入He,反应容器的容积必然增大,压强虽然没变,但N2、O2、NO的浓度减小,反应速率减小。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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规律方法点拨 分析压强改变对化学反应速率的影响时,关键看气体反应物浓度是否有变化:若气体反应物浓度有变化,化学反应速率一定改变;若气体反应物浓度无变化,化学反应速率不改变。同时要注意通常所说的压强增大是指缩小容积、增大压强。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验2下列条件的改变,一定能增大化学反应速率的是( )
A.增大压强
B.增大反应物的浓度
C.增大反应物的量
D.减小生成物的浓度
解析:对于非气体反应体系,增大压强不会改变化学反应速率;对于反应物为固体的化学反应,改变反应物的量不会改变化学反应速率;减小生成物的浓度使化学反应速率减小。
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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1.下列说法不正确的是( )
A.其他条件不变,缩小体积增大压强,单位体积内的分子数增大,活化分子数增多,化学反应速率增大
B.其他条件不变,增大体积减小压强,单位体积内的分子数减小,活化分子数减少,化学反应速率减小
C.加入反应物,使活化分子百分数增大,化学反应速率增大
D.减小反应物的浓度,单位体积内的分子数减小,活化分子数减少,化学反应速率减小
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:增大体积减小压强或减小反应物的浓度,单位体积内的分子数减小,活化分子数减少,化学反应速率减小,故B、D两项正确。其他条件不变,缩小体积增大压强,单位体积内的分子数增大,活化分子数增多,化学反应速率增大,故A项正确。加入反应物,反应物的浓度不一定改变,所以化学反应速率不一定增大。
答案:C
重点难点探究
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2.下列判断正确的是( )
A.0.1 mol·L-1的盐酸和0.1 mol·L-1的H2SO4溶液分别与0.2 mol·L-1 NaOH溶液反应的速率相同
B.0.1 mol·L-1的盐酸和0.1 mol·L-1 HNO3溶液分别与大小相同的大理石反应的速率相同
C.大小形状相同的镁和铁分别与0.1 mol·L-1 HCl溶液反应的速率相同
D.大理石块与大理石粉末分别与0.1 mol·L-1 HCl溶液反应的速率相同
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:A中0.1 mol·L-1的盐酸与0.1 mol·L-1的H2SO4溶液中c(H+)是不同的,因而反应速率不同;D中大理石粉末增大了与盐酸的接触面积,也就会增大反应速率;而同浓度的两种一元强酸溶液与大理石反应时的本质是相同的:CaCO3+2H+ Ca2++CO2↑+H2O,因此在c(H+)相同的情况下,反应速率相同,B项正确;在完全相同的外界条件下,Mg、Fe由于自身金属活动性的不同,故其反应速率v(Mg)>v(Fe),C项错误。
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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3.增大压强对下列反应的速率无影响的是( )
解析:对于无气体参加的反应,压强对化学反应速率无影响。
答案:C
重点难点探究
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4.在实验Ⅰ和实验Ⅱ中,用等体积、等浓度的盐酸与足量的石灰石反应,并在一定的时间内测量反应所放出的CO2的体积。实验Ⅰ用的是块状石灰石,实验Ⅱ用的是粉末状石灰石。下列哪个图像能正确反映两种实验的结果( )
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:HCl的物质的量相同,石灰石足量,因此反应产生的气体量相同,即最终两个实验产生CO2体积相同,图像应终点相同,但由于Ⅱ中用粉末状固体,接触面积大,整个过程中反应速率大于Ⅰ,故B项正确。
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
5.在一密闭容器中充入1 mol I2和1 mol H2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH<0。
(1)保持容器容积不变,向其中充入1 mol H2,反应速率 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),理由是 。
(2)保持容器容积不变,向其中充入1 mol CO2(不参加反应),反应速率 ,理由是 。
(3)保持容器内气体的压强不变,向其中充入1 mol CO2,反应速率 ,理由是 。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:(1)容器容积不变,充入H2,增大反应物的浓度,使反应速率增大。
(2)容器容积不变,充入“惰性气体”CO2,并没有改变H2、I2的浓度,故反应速率不变。
(3)p不变,充入“惰性气体”CO2,使容器容积增大,H2、I2的浓度降低,反应速率减小。
答案:(1)增大 增大反应物浓度,反应速率增大
(2)不变 反应物的浓度不变,反应速率不变
(3)减小 容器的容积变大,反应物浓度减小,反应速率减小(共26张PPT)
第2课时 温度、催化剂对化学反应速率的影响
阅读思考
自主检测
任务一、阅读教材第21页,回答下列问题:
1.实验2-3的两个实验是如何控制变量的 预测两支试管中的实验现象有何不同
提示两支试管中滴加的Na2S2O3溶液和H2SO4溶液的体积和浓度分别相同,而反应温度不同,一支试管放入冷水中,一支试管放入热水中。
放入冷水中的试管中出现沉淀的时间较放入热水中的试管中出现沉淀所需时间长。
2.实验2-3是如何判断两支试管中反应速率大小的
提示通过记录两支试管中出现沉淀的时间长短来判断化学反应速率的大小。
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第21页到第22页的内容,分别完成下列任务:
1.“科学探究”中的实验该如何设计 写出具体的实验步骤。
提示取两支试管,分别加入5 mL 1 mol·L-1 KI溶液、5 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4溶液,然后分别滴入几滴淀粉溶液,将其中一支试管放入冷水中,另一支试管放入热水中,记录试管中溶液变蓝所需的时间。
2.“科学探究”中的实验有何预期的实验现象
提示放入冷水中的试管中溶液变蓝所需的时间较放入热水中的试管中溶液变蓝所需时间长。
阅读思考
自主检测
任务三、认真阅读教材第22页到第23页的内容,分别完成下列任务:
1.实验2-4说明催化剂对化学反应速率有何影响
提示催化剂能改变化学反应速率。
2.催化剂为什么能改变化学反应速率
提示催化剂能改变反应的路径,改变使发生反应所需的活化能。
3.“科学探究”中的3个实验说明催化剂有何特性
提示选择性。
任务四、阅读教材第24页的内容,回答下列问题:
除浓度、温度、压强、催化剂外,还有哪些方法可以增大化学反应速率
提示光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等。
阅读思考
自主检测
下列措施肯定能使化学反应速率增大的是( )
A.增大固体反应物的量
B.减少生成物的量
C.升高温度
D.减小压强
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
探究问题
1.为什么温度的变化会影响化学反应速率
提示在其他条件不变时,升高温度,可以使反应物分子能量增大,一部分原来能量较低的普通分子变成活化分子,使活化分子百分数增加,有效碰撞次数增多,化学反应速率增大。
2.催化剂对化学反应速率的影响有何特点
提示不同的催化剂对化学反应速率的催化效果不同。
重点难点探究
重要考向探究
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知识点拨
一、温度对化学反应速率的影响
1.升高温度,提高分子的内能,增加活化分子百分数,增大化学反应速率。
2.对于可逆反应来说,升高温度,正、逆反应速率均增大,只是增大的程度不同;同理,降低温度,正、逆反应速率均减小,只是减小的程度不同。
二、催化剂对化学反应速率的影响
1.使用催化剂,改变反应路径,降低反应的活化能,提高活化分子百分数,增大化学反应速率。
2.可逆反应中催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
考向一 温度对化学反应速率的影响
【例题1】 20 ℃时,将0.10 mol·L-1 Na2S2O3溶液10 mL和0.10 mol·L-1 H2SO4溶液10 mL混合,2 min后溶液中出现明显的浑浊。已知温度每升高10 ℃,化学反应速率增大到原来的2倍,那么50 ℃时,同样的反应要明显地出现浑浊,所需的时间是( )
A.40 s B.15 s C.48 s D.20 s
解析:设20 ℃时的反应速率为v,温度升高到50 ℃时,则反应速率变为23v。出现同样明显的浑浊,即反应物的浓度变化相同。故反应速率与时间成反比,50 ℃时出现浑浊所需的时间为
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
规律方法点拨 分析温度对化学反应速率的影响时需注意的问题:
(1)温度对化学反应速率的影响规律,对吸热反应、放热反应都适用,且不受反应物状态的限制。升温时,化学反应速率增大;降温时,化学反应速率减小。
(2)许多实验表明:温度每升高10 ℃,化学反应速率通常增大到原来的2~4倍。
(3)一般情况下,温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大,也更易控制。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验1设反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0的正反应速率为v1,逆反应速率为v2。对于上述反应,当升高温度时,v1和v2的变化情况为( )
A.同时增大
B.同时减小
C.v1增大,v2减小
D.v1减小,v2增大
解析:当温度升高时,无论是吸热反应还是放热反应,化学反应速率都将增大。
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
考向二 催化剂对化学反应速率的影响
【例题2】 向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按正反应速率由大到小排列顺序正确的是( )
甲.500 ℃,10 mol SO2和5 mol O2的反应
乙.500 ℃,用V2O5作催化剂,10 mol SO2和5 mol O2的反应
丙.450 ℃,8 mol SO2和5 mol O2的反应
丁.500 ℃,8 mol SO2和5 mol O2的反应
A.甲、乙、丙、丁 B.乙、甲、丁、丙
C.乙、甲、丙、丁 D.丁、丙、乙、甲
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:增大反应物浓度,升高温度,使用催化剂等均增大反应速率。要比较正反应速率,则需要比较温度、是否使用催化剂及氧气和SO2的浓度,所以根据题干数据可判断正反应速率由大到小的顺序是乙、甲、丁、丙。
答案:B
规律方法点拨 分析催化剂对化学反应速率的影响时需注意的问题:
(1)有的催化剂能加快化学反应,有的催化剂能减慢化学反应,能加快化学反应的催化剂叫做正催化剂;能减慢化学反应的催化剂叫做负催化剂。在实践中,若不特别说明,凡是催化剂均指正催化剂。
(2)催化剂具有选择性和高效性。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验2下列关于催化剂的说法,正确的是 ( )
A.催化剂能使不发生反应的物质发生反应
B.催化剂在化学反应前后化学性质和质量都不变
C.催化剂不能改变化学反应速率
D.任何化学反应都需要催化剂
解析:催化剂能改变化学反应速率的原因是它能改变反应机理,在化学反应过程中,催化剂参与反应,经过一系列变化之后,催化剂又恢复到原来的状态,尽管催化剂能改变化学反应速率,但对于不能发生反应的物质,是不能使其反应的,另外,有些反应是不需要催化剂的,如燃烧、中和反应等。
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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成功体验3如图是相同条件下做H2O2分解的对比实验时,放出O2的体积随时间的变化关系示意图,a使用催化剂,b不使用催化剂,其中正确的是( )
解析:由于是相同条件下做H2O2分解的对比实验,因此产生氧气的体积相同,a使用催化剂,化学反应速率大,产生氧气速率快。
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
1.下列说法中正确的是( )
A.增大反应物的物质的量一定能增大化学反应速率
B.升高温度使放热反应速率减小,吸热反应速率增大
C.使用正催化剂,能增大化学反应速率
D.增大压强,肯定会增大化学反应速率
解析:增大反应物的物质的量不一定能增大反应物的浓度;升高温度使分子运动加快,分子获得更高的能量,活化分子百分数增大,另外,含有较高能量的分子间有效碰撞次数也增多,反应速率增大(无论化学反应是吸热反应还是放热反应);对有气体参加的反应,增大压强一定要使反应物的浓度增大,才会增大反应速率,反应物的浓度不变,其反应速率也不会发生变化。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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2.反应E+F G在温度T1 ℃下进行,反应M+N K在温度T2 ℃下进行。已知T1>T2,且E和F的浓度大于M和N的浓度(其他条件均相同),则两者的反应速率( )
A.前者大 B.后者大
C.相等 D.无法判断
解析:影响化学反应速率的因素有内因(反应物的性质)和外因,其中内因对反应速率的影响是主要的。不同化学反应的活化能不同,反应速率不同。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
3.下列说法中有明显错误的是( )
A.对有气体参加的化学反应,增大压强,体系体积减小,可使单位体积内活化分子数增加,因而反应速率增大
B.活化分子之间发生的碰撞不一定为有效碰撞
C.升高温度,一般可使活化分子的百分数增大,因而反应速率增大
D.加入适宜的催化剂,使分子能量增加从而可使活化分子的百分数大大增加,从而成千上万倍地增大反应速率
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:对有气体参加的化学反应,增大压强,体系体积减小,可使单位体积内活化分子数增加,因而反应速率增大,A项正确;活化分子之间发生的碰撞不一定为有效碰撞,只有能引起化学变化的碰撞才是有效碰撞,B项正确;升高温度,一般可使活化分子的百分数增大,因而反应速率增大,C项正确;加入适宜的催化剂,降低活化能从而可使活化分子的百分数大大增加,从而成千上万倍地增大反应速率,D项错误。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
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4.在KIO3、KHSO3的酸性混合溶液中加入少量KI和淀粉溶液,不停搅拌,有下列反应发生:
当反应进行到15 min时,溶液突然变为蓝色,随之又很快消失。这一反应被称为碘钟反应,有人用它来解释生物钟现象。下列有关说法不正确的是( )
A.在整个反应过程中,作催化剂的物质是KI
B.上述两个反应中,反应速率较大的是②
C.碘钟反应的快慢由反应②决定
D.“溶液突然变为蓝色,随之又很快消失”这一现象与①②的反应速率有关
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:由题目信息知,①反应相对较慢,②反应相对较快,所以B、D两项正确,C项错误;分析①②反应中I-的作用知,KI是催化剂,故A项正确。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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5.某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
(1)催化剂能增大化学反应速率的原因是 。
(2)实验①和②的目的是探究 对反应速率的影响。
实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示,通常条件下H2O2稳定,不易分解。为了达到实验目的,你对原实验方案的改进是 。
(3)实验③④⑤中,测得生成氧气的
体积随时间变化的关系如图。
分析上图能够得出的实验结论:
① 环境能增大H2O2分解的速率;
② 环境能减小H2O2分解的速率。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:(1)催化剂能增大化学反应速率的原因是降低了反应的活化能,从而增大了活化分子的百分数。
(2)实验①和②的差别是H2O2溶液的浓度不同,故目的是探究浓度对反应速率的影响;由于通常条件下H2O2稳定,不易分解,所以为了增大反应速率,可向反应物中加入等量的同种催化剂或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中。
(3)据图可以看出在碱性条件下反应最快,在酸性条件下反应最慢。
答案:(1)降低了反应的活化能
(2)浓度 向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)
(3)①碱性 ②酸性(共38张PPT)
第三节 化学平衡
第1课时 化学平衡状态
阅读思考
自主检测
任务一、认真阅读教材第25页的内容,思考回答下列问题:
1.分析固体的溶解和溶液中溶质分子回到固体溶质表面两个过程,说明什么是可逆反应
提示相同条件下,既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的反应,叫可逆反应。
2.可逆反应有何特点
提示可逆反应的反应物不能完全转化,反应最终达到平衡。
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第26页的内容,思考回答下列问题:
1.什么是化学平衡状态
提示在一定条件下,当正、逆两个方向的反应速率相等时,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定,这样的状态我们称之为化学平衡状态。
2.化学平衡状态有何特点
提示(1)构成化学平衡体系的基本要求是:反应物和所有产物均处于同一反应体系中,反应条件(如温度、压强等)保持不变。
(2)达到化学平衡状态时,体系中所有反应物和生成物的质量(或浓度)保持不变。但是这个体系中的反应并没有停止,只是正、逆反应的速率相等。
阅读思考
自主检测
1.分析各选项中的各组反应,其中互为可逆反应的是 ( )
答案:B
阅读思考
自主检测
2.在一定条件下,使NO和O2在一密闭容器中发生可逆反应,下列说法中不正确的是( )
A.反应开始时,正反应速率最大,逆反应速率为零
B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后为零
C.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后不变
D.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后不变
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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探究问题
在19世纪后期,人们发现炼铁高炉排出的高炉气中含有相当量的CO。有人认为是CO与铁矿石的接触时间不长所造成的。英国人耗巨资建成一个高大的炼铁高炉,以增加CO与铁矿石的接触时间,结果发现CO的含量仍然没有减少。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
1.分析英国人耗巨资建成了一个高大的炼铁高炉,以增加CO与铁矿石的接触时间,为什么CO的含量仍然没有减少
提示CO与铁矿石的反应是一个可逆反应,当正、逆反应速率相等时,反应最终达到化学平衡状态,所以无论接触时间多长都不可能完全转化。
重点难点探究
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2.可逆反应的平衡状态是如何建立的 如何判断一个可逆反应是否达到平衡状态
提示反应刚开始时,反应物浓度最大,正反应速率最大;生成物的浓度为0,逆反应速率为0。反应过程中,反应物浓度逐渐减小,正反应速率逐渐减小,生成物浓度逐渐增大,逆反应速率逐渐增大。一定时间后,必然出现正反应速率=逆反应速率。此时,反应体系中各组分的浓度保持不变,这样的状态我们称之为化学平衡状态。判断可逆反应是否达到平衡常常根据正反应速率是否等于逆反应速率,或各组分的浓度是否保持不变。
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知识点拨
一、可逆反应
1.定义
在同一条件下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
2.特点
(1)二同:①相同条件下;②正逆反应同时进行。
(2)一小:反应物与生成物同时存在,任一组分的转化率都小于100%。
3.表示
在方程式中用“ ”表示。
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二、化学平衡状态
1.定义
在一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率相等,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。
2.化学平衡的建立
从正反应开始建立 从逆反应开始建立
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3.平衡特点
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4.化学平衡的移动
(1)定义:
在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态,如果改变影响平衡的条件(如浓度、压强、温度等),化学平衡状态被破坏,直至正、逆反应速率再次相等,在新的条件下达到新的化学平衡状态。这种现象称作平衡状态的移动,简称平衡移动。
(2)图示表示:
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考向一 可逆反应特点的应用
【例题1】 在密闭容器中进行反应:X2(g)+Y2(g) 2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是( )
A.Z为0.3 mol·L-1 B.Y2为0.4 mol·L-1
C.X2为0.2 mol·L-1 D.Z为0.4 mol·L-1
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解析:该题可利用“极值法”判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。
起始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度/(mol·L-1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度/(mol·L-1) 0 0.2 0.4
起始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度/(mol·L-1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度/(mol·L-1) 0.2 0.4 0
平衡体系中各物质的浓度取值范围为X2∈(0,0.2),Y2∈(0.2,0.4),Z∈(0,0.4)。
答案:A
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规律方法点拨 可逆反应的特点是所有参与反应的物质都不能完全转化。利用可逆反应的特点判断物质浓度的可能取值时,就是利用“极值法”,先假设反应向右完全进行,得到反应物浓度的最小值和产物浓度的最大值,再假设反应向左完全进行,得到产物浓度的最小值和反应物浓度的最大值。
在用“极值法”推断时,还应考虑有无反应物剩余,剩余多少。这样的极值点是不可能达到的,故可确定某些范围或在范围中选择合适的量。
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成功体验1在一个密闭容器中发生如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为:0.2 mol·L-1、0.2 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能出现的数据是( )
A.c(SO3)=0.4 mol·L-1
B.c(SO2)=c(SO3)=0.15 mol·L-1
C.c(SO2)=0.25 mol·L-1
D.c(O2)=0.1 mol·L-1
重点难点探究
重要考向探究
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解析:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)反应过程中某一时刻c(SO2)=0.2 mol·L-1,c(O2)=0.2 mol·L-1,c(SO3)=0.2 mol·L-1。若SO2全部转化为SO3,c(SO3)=0.2 mol·L-1+0.2 mol·L-1=0.4 mol·L-1,c(O2)=0.1 mol·L-1,由于是可逆反应,无论是反应物或生成物都不可能转化完全,所以A、D两项错误;在某一时刻之后,无论平衡怎样移动,都不会出现c(SO2)=c(SO3)=0.15 mol·L-1这种情形,SO2与SO3的浓度都比原来减小,这显然违反了质量守恒定律。C项正确。
答案:C
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考向二 平衡状态的判断
【例题2】 在一定条件下能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是 。
①温度和体积一定,某一物质的浓度不再变化时
②温度和体积一定,容器内压强不再变化时
③条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化时
④温度和体积一定,混合气体的颜色不再变化时
⑤温度和压强一定,混合气体的密度不再变化时
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重要考向探究
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解析:①中,只要有一种物质的浓度变化必然会导致另外的物质的浓度发生变化,因此只要有一种物质(固体或纯液体除外)浓度不变,其他物质的浓度也不会变化。②该反应是反应前后气体体积发生改变的反应,所以当随着反应的进行压强不变时,可以用来判断反应达到了平衡状态。③平衡混合物的平均相对分子质量不变时,平均摩尔质量 不变,反应体系的总质量不变,n总也不变,即NO2、N2O4的物质的量也不再变化,可以用来判断反应达到了平衡状态。④反应体系的颜色由NO2的浓度决定,颜色不变意味着NO2的浓度不变,是平衡状态的标志。⑤温度、压强不变,气体的总质量不变,若密度不变意味着体积不再变化,即各组分的物质的量不再变化,是平衡状态的标志。
答案:①②③④⑤
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
规律方法点拨 化学平衡状态的判定:
以恒容密闭容器中进行的反应 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验2可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系式中能说明反应已达到平衡状态的是 ( )
A.av正(A)=bv正(B) B.bv正(A)=av逆(B)
C.av正(C)=cv正(A) D.av正(A)=bv逆(B)
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验3一定温度下的恒容密闭容器中,下列叙述不能作为可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡状态的标志的是 。
①C的生成速率与C的消耗速率相等 ②单位时间内生成a mol A,同时生成3a mol B ③A、B、C的浓度不再变化 ④C的物质的量不再变化 ⑤混合气体的总压强不再变化 ⑥混合气体的总物质的量不再变化 ⑦单位时间消耗a mol A,同时生成3a mol B ⑧A、B、C的分子数之比为1∶3∶2
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:对平衡状态的判断,一定要根据实际反应逐项分析,只有能反映同一物质的v(正)=v(逆),或者混合物中的某组分的浓度或百分含量保持不变,才能证明可逆反应达到了平衡状态。①中,同一物质的生成速率与消耗速率相等,说明反应已达到平衡;②中,表示的是同一方向的反应速率,不能说明反应已达到平衡;③中,各组分的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;④中,C的物质的量不再变化,也就是C的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;⑤中,若反应正向进行,混合气体的总物质的量减小,压强减小,若反应逆向进行,混合气体的总物质的量增大,压强增大,混合气体的总压强不再变化,说明反应正向进行的速率和逆向进行的速率相同,即反应已达到平衡;
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
⑥中,由⑤中的分析可知,混合气体的总物质的量不再变化,说明反应已达到平衡;⑦中,消耗A的量与生成B的量之比与它们在化学方程式中的计量数之比相等,也就是反应正向进行和逆向进行的速率相等,说明反应已达到平衡;⑧中,A、B、C的分子数之比为1∶3∶2只是反应进程中的某一时刻的状态,不能说明反应已达到平衡。
答案:②⑧
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
考向三 化学平衡状态的移动
【例题3】 已知反应mA(g)+nB(g) pC(g) ΔH<0,当反应达到平衡后,有关物质的浓度或体系的压强发生改变,其反应速率的变化曲线如下图所示。
试回答下列问题:
(1)①平衡移动方向是 。
(2)②平衡移动方向是 。
解析:①和②中v'(正)>v'(逆),说明平衡均向正反应方向移动。
答案:(1)向正反应方向移动
(2)向正反应方向移动
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
规律方法点拨 化学平衡移动的特征和方向
(1)化学平衡移动的特征。
反应速率:从原平衡时v(正)=v(逆),到条件改变引起v(正)≠v(逆),再到新平衡时v'(正)=v'(逆)。该过程表明化学平衡发生了移动。
混合物组成:各组分的含量从保持一定到条件改变时发生变化,最后在新条件下保持新的一定,同样表明化学平衡发生了移动。
(2)化学平衡移动的方向。
若外界条件改变,引起v(正)>v(逆),此时正反应速率大,化学平衡向正反应方向移动。
若外界条件改变,引起v(正)若外界条件改变,引起v(正)、v(逆)等倍数改变,则v'(正)=v'(逆),化学平衡不发生移动。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验4在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH>0。该反应的反应速率(v)随时间(t)变化的关系如图所示。若t2、t4时刻只改变一个条件,下列说法不正确的是( )
A.在t1~t2时,NO2的生成速率与O2的消耗速率
相等,反应已达到平衡状态
B.在t2时,v(正)>v(逆),条件改变破坏原平衡,
使反应正向进行,平衡向右移动
C.在t0~t1时,v(正)>v(逆),反应正向进行,t1时
建立平衡
D.在t2、t4时,平衡的移动方向相同
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
1.对于可逆反应2SO2+O2 2SO3,在混合气体中充入一定量的18O2足够长时间后,18O原子( )
A.只存在于O2中
B.只存在于SO3和O2中
C.只存在于SO2和O2中
D.存在于SO2、SO3和O2中
解析:SO2和18O2反应生成了S18O3,S18O3又分解生成S18O2,故平衡混合物中含18O的分子有S18O2、18O2、S18O3。可逆反应中反应物和生成物共存。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
2.在一定温度下,向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体,发生如下反应:X(g)+2Y(g) 2Z(g)。此反应达到化学平衡的标志是( )
A.容器内气体密度不随时间变化
B.容器内各物质的浓度不随时间变化
C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2
D.单位时间消耗0.1 mol X同时生成0.2 mol Z
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:A项,该反应过程中,气体的质量和体积均不发生变化,则气体密度保持不变;B项恰恰表示了化学平衡时各组分的浓度不再变化的情况;判断C项的正误可假设开始投入2 mol X、4 mol Y进行反应,当有1 mol X和2 mol Y反应生成2 mol Z时,X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2,但并不一定是达到平衡时的状态;D项中消耗X与生成Z均为正反应速率,没有表达正、逆反应速率相等的关系。
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
3.一定条件下,下列方法能证明可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),一定达到平衡状态的是 。
①单位时间内消耗n mol N2的同时生成2n mol NH3;
②三个H—H键断裂的同时有六个N—H键断裂;
③N2与NH3的体积分数相等;
④v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=1∶3∶2;
⑤c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2;
⑥温度和体积一定时,N2的浓度不再变化;
⑦混合气体的总物质的量不再变化;
⑧v正(N2)=v逆(NH3)。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:解题时注意化学平衡的实质是正、逆反应速率相等,要仔细分析各项叙述中的反应速率。①表示同一方向的反应速率,不能表示v(正)=v(逆),不正确。②表示v(正)=v(逆),反应达到平衡,正确。③平衡时各组分的体积分数保持不变,并不一定相等,不正确。④是指单向反应速率,不正确。⑤平衡时各组分的浓度保持不变,而不一定有固定的比例,不正确。⑥平衡时,各组分的浓度保持不变,正确。⑦此反应是气体分子数减小的反应,混合气体的总物质的量随着反应进行的程度不同在发生着变化,当达到平衡时混合气体的总物质的量不再变化,正确。⑧要将v正(N2)转化成v正(NH3),再判断是否相等,即一种物质表示的v(正)与另一种物质表示的v(逆)之比等于化学计量数之比时才是化学平衡状态,不正确。
答案:②⑥⑦(共24张PPT)
第2课时 浓度、压强对化学平衡移动的影响
阅读思考
自主检测
2.实验2-5有何预期现象
提示滴加浓硫酸,溶液变为橙色;滴加NaOH溶液,溶液变为黄色。
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第27页的内容,思考回答下列问题:
1.实验2-6中,若溶液红色加深说明平衡如何移动 若溶液颜色变浅,说明平衡如何移动
提示若溶液红色加深说明平衡正向移动;若溶液颜色变浅,说明平衡逆向移动。
2.实验2-6有何预期实验现象
提示滴加氯化铁溶液或滴加KSCN溶液,溶液颜色均加深;滴加NaOH溶液,会有红褐色沉淀产生,且溶液红色变浅。
阅读思考
自主检测
缩小容器容积,增大压强,下列反应所建立的平衡向左移动的是( )
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
探究问题
1.完成教材第26、27页实验2-5、2-6,分析浓度改变是如何影响化学平衡的
提示实验2-5:增大c(H+)→橙色加深→c( )增大→平衡破坏→平衡逆向移动,增大生成物的浓度平衡向逆反应方向移动;减小c(H+)→黄色加深→c( )增大→平衡破坏→平衡正向移动,减小生成物的浓度平衡向正反应方向移动;实验2-6:增大c(Fe3+)→红色加深→Fe(SCN)3浓度增大→平衡破坏→平衡正向移动,增大反应物的浓度平衡向正反应方向移动;减小c(Fe3+)→红色变浅→Fe(SCN)3浓度减小→平衡破坏→平衡逆向移动,减小反应物的浓度平衡向逆反应方向移动。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
提示缩小容积→增大压强→颜色加深→平衡破坏→平衡正向移动→颜色略变浅,增大压强平衡向气体分子数减小的方向移动;增大容积→减小压强→颜色变浅→平衡破坏→平衡逆向移动→颜色略变深,减小压强平衡向气体分子数增大的方向移动。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
知识点拨
若其他条件不变,改变浓度或压强对化学平衡的影响如下:
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
考向一 浓度对化学平衡的影响
【例题1】 在一恒容密闭容器中,反应A(g)+B(g) C(g)达到平衡,若增大A的浓度,使平衡右移,并达到新的平衡,下列说法正确的是( )
A.A的浓度一定比原平衡小
B.A的转化率增大
C.C的体积分数一定大于原平衡C的体积分数
D.B的转化率一定增大
解析:增大A的浓度,尽管平衡右移,但加入的A不可能全部转化,平衡的移动只是一个减弱的过程。平衡时A的浓度一定比原平衡大。增大A的浓度,A的转化率降低,而同为反应物的B的转化率升高。因为A的总量在增大,C的体积分数不一定增大。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
【例题2】 可逆反应FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl,在一定条件下达到平衡状态,改变下列条件能引起平衡向逆反应方向移动的是( )
A.增大FeCl3溶液的浓度
B.减小FeCl3溶液的浓度
C.增大KCl溶液的浓度
D.减小KCl溶液的浓度
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
规律方法点拨 分析浓度对化学平衡的影响时需注意的问题:
(1)体系中增加固体或纯液体不能改变其浓度,也不能改变速率,所以v(正)仍等于v(逆),平衡不移动。
(2)作为离子反应,只有改变实际参加反应的离子浓度对平衡有影响,如:
增加KCl固体的量平衡不移动,因为KCl不参与反应。
等温等容,增加A的物质的量,引起的结果是:B的转化率提高;A的浓度增大,平衡向着A的浓度降低的方向移动,但只是减弱了c(A)增大的趋势。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验1合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH<0。反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中不正确的是( )
A.容器容积不变,再充入CO
B.容器的容积不变,及时移走CO2
C.增大H2O的浓度
D.减小H2的浓度
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:一般来说,有两种及两种以上反应物的可逆反应中,在其他条件不变时,增大其中一种反应物的浓度,能使其他反应物的转化率升高,但其本身的转化率反而降低,故A项错误;及时移走CO2可减小CO2的浓度,使平衡正向移动,可提高CO的转化率;增大H2O的浓度,平衡正向移动,可提高CO的转化率;减小产物浓度,平衡正向移动,可提高CO的转化率。
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
考向二 压强对化学平衡的影响
【例题3】 在温度一定时,密闭容器中发生可逆反应:mA(g)+nB(g) pC(g)并达到平衡。若将混合气体的体积压缩到原来的 ,当再次达到平衡时C的浓度为原平衡时的1.9倍,则下列说法正确的是( )
A.平衡向正反应方向移动
B.B气体的体积分数减小
C.气体A的转化率提高
D.m+n重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:平衡时,将体积压缩到原来的 的瞬间,C的浓度为原来的2倍,当再次达到平衡时C的浓度变为原来的1.9倍,说明体积压缩后平衡逆向移动,即向气体分子数减小的方向移动,所以m+n平衡逆向移动后B的体积分数增大,A的转化率降低。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
规律方法点拨 对于反应前后气体分子数目不变的反应,改变压强对平衡无影响。
(1)对于只涉及液体或固体的反应,压强的影响极其微弱,一般不考虑。
(2)“惰性气体”(泛指与反应无关的气体)对化学平衡的影响:
①恒温、恒容条件:
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
成功体验2在密闭容器中,反应xA(g)+yB(g) zC(g),在一定条件下达到平衡状态,试回答下列问题。
(1)若x+y>z,缩小体积,增大压强,则平衡向 方向移动。
(2)若保持体积不变,通入He,则平衡 移动。
(3)若保持压强不变,通入He,平衡向正反应方向移动,则x、y、z的关系为 。
(4)若x+y=z,缩小体积,增大压强,则平衡 移动。
解析:一看化学计量数之间的关系:是等体积反应还是非等体积反应。二看平衡建立的条件:是恒温恒容还是恒温恒压。
答案:(1)正反应 (2)不 (3)x+y重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
1.下图是恒温条件下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。下列叙述与示意图不相符合的是( )
A.反应达到平衡时,正反应速率和逆反应
速率相等
B.该反应达到平衡状态Ⅰ后,增大反应物
浓度,平衡发生移动,达到平衡状态Ⅱ
C.该反应达到平衡状态Ⅰ后,减小反应物
浓度,平衡发生移动,达到平衡状态Ⅱ
D.同一种反应物在平衡状态Ⅰ和平衡状态Ⅱ时浓度不相等
解析:条件改变后,v'(正)>v'(逆),是增大了某一反应物的浓度。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
2.可以作为判断化学平衡发生移动的标志是( )
A.反应混合物中各组分的浓度发生改变
B.正、逆反应速率发生改变
C.反应物的转化率发生改变
D.体系的压强发生改变
解析:对于反应H2(g)+I2(g) 2HI(g),压缩体积增大压强,混合物中各组分的浓度发生改变,正、逆反应速率发生改变,但平衡不发生移动。反应物的转化率发生改变,平衡一定移动。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
3.体积一定的恒温密闭容器中加入等物质的量的X、Y,进行如下可逆反应:X(g)+Y(g) Z(g)+W(s) ΔH>0。下列叙述正确的是( )
A.若继续充入X,平衡向正反应方向移动,Y的转化率增大
B.若继续充入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数减小
C.若移走部分W,平衡正向移动
D.平衡后移走X,上述反应的ΔH减小
解析:B项,通入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数增大。C项,W为固体,改变其用量,平衡不移动。D项,ΔH只与方程式中的化学计量数及状态有关,与反应物的量无关。
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
4.对于密闭容器中的可逆反应:mX(g)+nY(s) pZ(g)
ΔH<0,达化学平衡后,改变条件,下列说法不正确的是 ( )
A.增大压强,化学平衡不一定发生移动
B.通入氦气,化学平衡不一定发生移动
C.增加X或Y的物质的量,化学平衡一定发生移动
D.其他条件不变,升高温度,化学平衡一定发生移动
解析:由于Y为固体,改变其用量不影响化学平衡,C项不正确;D项,该反应的正反应是放热反应,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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5.在具有活塞的密闭容器中,一定温度下的可逆反应:
H2(g)+I2(g) 2HI(g)已达到平衡。将活塞外拉,则:
(1)容器内颜色 ;(2)容器内压强 ;(3)逆反应速率 ;(4)混合气体平均相对分子质量 。
解析:当活塞外拉时,容器体积增大(压强减小),各组分的浓度减小,气体颜色变浅,反应速率减小;因为平均相对分子质量
结合反应方程式的特点知:m(气)不变,n(气)不变,故混合气体的平均相对分子质量不变。
答案:(1)变浅 (2)变小 (3)变小 (4)不变(共32张PPT)
第3课时 温度、催化剂对化学平衡移动的影响
阅读思考
自主检测
任务一、认真阅读教材第28页的内容,思考回答下列问题:
1.从能量变化的角度分析,实验2-7所涉及的反应有何特点
提示正向为放热反应。
2.实验2-7的实验目的是什么 预期的现象是什么
提示探究温度对化学平衡移动的影响。放在热水中的烧瓶内气体颜色加深,放在冷水中的烧瓶内气体颜色变浅。
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第27页的内容,思考回答下列问题:
1.什么是化学平衡移动 如何判断平衡的移动方向
提示化学平衡状态随着条件改变而改变的现象称为化学平衡移动。如果有利于增大产物的比率,可以说平衡向右移动,如果有利于减小产物的比率,可以说平衡向左移动。
2.勒夏特列总结的关于化学平衡移动方向的经验规律是什么
提示如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
阅读思考
自主检测
1.常温下反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH=-56.9 kJ·mol-1达到平衡,把密闭烧瓶置于沸水中,下列性质不会改变的是( )
A.颜色 B.平均相对分子质量
C.反应气体的总质量 D.反应体系的压强
答案:C
2.下列事实中,不能用勒夏特列原理加以解释的是 ( )
A.夏天,打开啤酒瓶时会在瓶口逸出气体
B.浓氨水中加入氢氧化钠固体时产生较多的刺激性气味的气体
C.压缩氢气与碘蒸气反应的平衡混合气体,颜色变深
D.将盛有二氧化氮和四氧化二氮混合气体的密闭容器置于冷水中,混合气体颜色变浅
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
探究问题
1.分析改变温度如何影响化学平衡
提示在其他条件不变的情况下,温度升高,会使化学平衡向着吸热反应的方向移动;温度降低,会使化学平衡向着放热反应的方向移动。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
2.勒夏特列原理的适用范围是什么 如何正确理解“减弱”这个词在勒夏特列原理中的含义
提示适用范围:勒夏特列原理仅适用于已达到平衡的反应体系,对不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不适用。且勒夏特列原理只适用于只有一个条件改变的平衡移动情况。
勒夏特列原理中的“减弱”不是“抵消”或“逆转”。正确理解是:增大某一反应物浓度,平衡向使该反应物浓度减小的方向(正反应方向)移动;但达到新平衡时这一反应物浓度仍比原平衡时大;增大压强,平衡向使压强减小的方向(气体分子数减小的方向)移动,但达到新平衡时压强仍比原平衡时大;升高温度,
平衡将向温度降低的方向(吸热反应方
向)移动,但达到新平衡时的温度仍比
原平衡时高。反之亦然。如下图所示。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
知识点拨
一、若其他条件不变,改变温度对化学平衡移动的影响如下
二、勒夏特列原理
如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
重点难点探究
重要考向探究
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考向一 温度对化学平衡移动的影响
【例题1】 在一密闭容器中发生反应:N2+3H2 2NH3 ΔH<0,达到平衡后,只改变某一个条件时,反应速率与反应时间的关系如图所示:
回答下列问题:
(1)处于平衡状态的时间段是 (填字母,下同)。
A.t0~t1 B.t1~t2 C.t2~t3 D.t3~t4
E.t4~t5 F.t5~t6
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
(2)t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件是:t1时刻 ;t3时刻 ;t4时刻 。
A.增大压强 B.减小压强
C.升高温度 D.降低温度
E.加催化剂 F.充入氮气
(3)依据(2)中的结论,下列时间段中,氨的百分含量最高的是 。
A.t0~t1 B.t2~t3 C.t3~t4 D.t5~t6
(4)如果在t6时刻,从反应体系中分离出部分氨,t7时刻反应达到平衡状态,请在图中画出反应速率的变化曲线。
(5)保持温度、压强不变,合成氨反应达到平衡时,测得反应混合气体中氨气的体积分数为20%,则反应后与反应前的混合气体体积之比为 。
重点难点探究
重要考向探究
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解析:(1)根据图示可知,t0~t1、t2~t3、t3~t4、t5~t6时间段内,v(正)、v(逆)相等,反应处于平衡状态。(2)t1时刻,v(正)、v(逆)同时增大,且v(逆)增大得更快,平衡向逆反应方向移动,所以t1时刻改变的条件是升温。t3时刻,v(正)、v(逆)同时增大且增大量相同,平衡不移动,所以t3时改变的条件是加入催化剂。t4时刻v(正)、v(逆)同时减小,且平衡向逆反应方向移动,所以t4时刻改变的条件是减小压强。(3)根据图示知,t1~t2、t4~t5时间段内平衡均向逆反应方向移动,NH3的含量均比t0~t1时间段内的低,所以t0~t1时间段内NH3的百分含量最大。(4)t6时刻分离出NH3,v(逆)立即减小,而v(正)逐渐减小,在t7时刻二者相等,反应重新达到平衡,据此可画出反应速率的变化曲线。(5)设反应前加入a mol N2、b mol H2,达平衡时生成2x mol NH3,则反应后气体总的物质的量为(a+b-2x) mol, ,解得:a+b=12x,故反应后与反应前的混合气体体积之比=
重点难点探究
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答案:(1)ACDF
(2)C E B
(3)A
(4)如图所示:
(5)5∶6
重点难点探究
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规律方法点拨 分析温度对化学平衡的影响时需注意的问题:
(1)任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热)。在可逆反应里,若正反应为放(吸)热反应,逆反应必为吸(放)热反应。正、逆反应的反应热绝对值相等,但符号相反。
(2)对于同一化学反应,升高温度,使v(吸)和v(放)都增大,但吸热反应速率增大的程度更大,即v(吸)>v(放),所以平衡向吸热方向移动;反之,降低温度,v(吸)和v(放)都减小,但吸热反应速率减小的程度更大,即v(吸)(3)一般地,升高温度,新平衡状态下的反应速率大于原平衡状态下的反应速率,反之亦然。
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成功体验1下列反应达到平衡后,增大压强或升高温度,平衡都向正反应方向移动的是( )
解析:增大压强平衡向气体物质化学计量数减小的方向移动;升高温度平衡向吸热反应的方向移动。
答案:B
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考向二 勒夏特列原理及其应用
【例题2】 下列事实不能用平衡移动原理解释的是 ( )
A.开启啤酒瓶后,瓶中马上泛起大量泡沫
B.在硫酸亚铁溶液中加入少量铁粉以防止Fe2+被氧化
C.实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气
D.工业上生产硫酸过程中使用过量空气以提高二氧化硫的利用率
重点难点探究
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答案:B
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规律方法点拨 勒夏特列原理只能解决与平衡移动有关的问题。不涉及平衡移动的问题都不能用勒夏特列原理解释,常见的有:(1)使用催化剂不能使化学平衡发生移动;(2)反应前后气体体积不变的可逆反应,改变压强可以改变化学反应速率,但不能使化学平衡发生移动;(3)发生的化学反应本身不是可逆反应;(4)外界条件的改变对平衡移动的影响与生产要求不完全一致的反应。
重点难点探究
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答案:D
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考向三 应用勒夏特列原理分析平衡移动
【例题3】 在一定条件下,反应
达到平衡时,要使混合气体的颜色加深,可采取的措施是 。
①增大氢气的浓度 ②升高温度 ③降低温度
④缩小体积 ⑤增大HI的浓度 ⑥减小压强
重点难点探究
重要考向探究
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解析:①增大氢气的浓度,平衡向逆反应方向移动,c(I2)减小,混合气体的颜色变浅,①错误;②由于正反应吸热,则升高温度平衡右移,c(I2)增大,混合气体的颜色加深,②正确;③降低温度,平衡逆向移动,c(I2)减小,混合气体的颜色变浅,③错误;④缩小体积,平衡不移动,但c(I2)增大,混合气体的颜色加深,④正确;⑤增大HI的浓度,平衡右移,c(I2)增大,混合气体的颜色加深,⑤正确;⑥减小压强,c(I2)减小,混合气体的颜色变浅,⑥错误。
答案:②④⑤
规律方法点拨 应用勒夏特列原理分析平衡问题的一般思路:
首先分析反应特点:物质的聚集状态、反应焓变的正负以及反应前后气体分子数的变化情况;
然后结合所改变的条件类型(浓度、温度或压强),分析平衡移动方向(平衡向减弱平衡改变的方向移动)。
重点难点探究
重要考向探究
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成功体验3下列对化学平衡移动的分析中,不正确的是 。
①已达平衡的反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),当增加反应物物质的量时,平衡一定向正反应方向移动
②已达平衡的反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),当增大N2的浓度时,平衡向正反应方向移动,N2的转化率一定升高
③有气体参加的反应达到平衡时,若缩小反应器容积,平衡一定向气体分子数增大的方向移动
④有气体参加的反应达到平衡时,在恒压反应容器中充入稀有气体,平衡一定不移动
重点难点探究
重要考向探究
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解析:①中反应物C是固体,增加其物质的量,化学平衡不移动;②中增大N2的浓度,平衡向正反应方向移动,N2的转化率降低;③缩小反应器容积,即增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动;④在恒压反应容器中充入稀有气体,若反应前后气体分子数发生变化,则平衡会发生移动。
答案:①②③④
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1.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.光照新制的氯水时,溶液的pH逐渐减小
B.加催化剂,使N2和H2在一定条件下转化为NH3
C.可用浓氨水和氢氧化钠固体快速制氨
D.增大压强,有利于SO2与O2反应生成SO3
重点难点探究
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答案:B
重点难点探究
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2.反应NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)在某一温度下达到平衡,下列各种情况不能使化学平衡发生移动的是( )
A.减少部分NH4HS固体
B.压强、温度不变,充入少量氩气
C.容积、温度一定,充入氨气
D.温度、容积一定,充入HCl气体
重点难点探究
重要考向探究
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解析:A中改变固体NH4HS的量,由于改变固体的量并不能使化学反应速率发生改变,故不能影响平衡;B中充入少量氩气,要保持压强不变必须增大容器的容积,使NH3和H2S的浓度降低,平衡向气体体积增大的方向移动,即向正反应方向移动;C中容积、温度一定,充入氨气,平衡向逆反应方向移动;D中充入HCl气体后,由于要发生反应HCl+NH3 NH4Cl,降低了NH3的浓度,所以平衡要向正反应方向移动。
答案:A
重点难点探究
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3.在高温下,反应2HBr(g) H2(g)+Br2(g) ΔH>0要使混合气体颜色加深,可采取的方法是( )
A.保持容积不变,加入HBr(g)
B.降低温度
C.将容器容积扩大1倍
D.保持容积不变,加入H2(g)
解析:保持容积不变,加入HBr(g),Br2浓度增大了,混合气体颜色加深。
答案:A
重点难点探究
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4.已知某可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)在密闭容器中进行,如图表示在不同反应时间t时,温度T和压强p与反应物B在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线,由曲线分析,下列判断正确的是( )
A.T1p2,m+n>p,放热反应
B.T1>T2,p1p,吸热反应
C.T1p2,m+nD.T1>T2,p1重点难点探究
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解析:本题考查根据温度、压强变化对化学平衡移动的影响来判断化学方程式的特点。分析图像,可以分两个层次考虑。从①②曲线可知,当压强相同(为p2)时,②先达平衡,说明T1>T2 ;又因为T2低,φ(B)大,即降低温度,平衡逆向移动,说明逆向放热,正向吸热。从②③曲线可知,当温度相同(为T1)时,②先达平衡,说明p2>p1;又因为p2大,φ(B)大,即增大压强,平衡逆向移动,说明逆反应方向为气体体积减小的方向,则m+nT2,p1答案:D
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5.反应mA+nB pC在某温度下达到平衡状态。
(1)若升高温度,A物质的转化率增大,该反应为 热反应。
(2)若C为气体,且m+n=p,在加压时化学平衡发生移动,则平衡必定向 方向移动。
(3)如果在体系中增加或减少B的量,平衡均不发生移动,则B肯定不能为 态。
解析:升高温度,A的转化率增大,说明平衡正向移动,则正反应为吸热反应;C为气体,m+n=p,若A、B都为气体,则增大压强,平衡不会移动,而加压平衡发生移动,则A、B中一定有一种为非气态,则平衡必定逆向移动;由题意可知改变B的量,平衡不移动,则B应为固态或液态。
答案:(1)吸 (2)逆反应 (3)气(共33张PPT)
第4课时 化学平衡常数
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任务一、认真阅读教材第28页到第29页的内容,思考回答下列问题:
1.分析教材第29页表格中的数据,说明什么是化学平衡常数 对于一般可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),其平衡常数表达式是什么
提示在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数。
对于一般可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),其平衡常数表达式
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2.平衡常数的大小与什么因素有关 平衡常数有何意义
提示平衡常数只与温度有关。平衡常数越大,正向反应进行的程度越大,反应进行得越完全,反应物的转化率越大。
任务二、尝试解答教材第29页到第30页的例题,体验平衡常数及转化率的有关计算。
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解析:固体或纯液体的浓度视为常数,不写入平衡常数的表达式中,A、B两项不符合要求,D项为逆反应的化学平衡常数。
答案:C
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探究问题
1.当温度一定时,平衡常数的大小有何特点
提示温度一定,平衡常数一定。
2.结合平衡常数表达式分析,平衡常数的大小与正向反应进行的程度有何关系 平衡常数的大小与反应物的转化率大小有何关系
提示对于一个具体的反应,平衡常数越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,它的正向反应进行的程度越大,即该反应进行得越完全,反应物的转化率越大。
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2.K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。反应物的转化率不仅与温度有关,还与浓度、压强等因素有关,对于一个具体的化学反应,化学平衡常数增大,转化率一定增大,转化率增大,平衡常数不一定增大。
3.化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。一定温度下,一个具体的化学反应(化学方程式一定),化学平衡常数只有一个。
二、化学平衡常数的应用
1.利用化学平衡常数判断化学反应可能进行的程度,K值越大,反应进行的程度越大。
2.利用化学平衡常数随温度的变化判断反应的热效应,若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
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考向一 利用化学平衡常数的概念、意义及影响因素解决问题
【例题1】 对于可逆反应,下列说法正确的是( )
A.化学平衡常数只受温度影响
B.升高温度,化学平衡常数一定增大
C.正反应的化学平衡常数与逆反应的化学平衡常数一定不相等
D.增大反应物浓度,化学平衡常数可能增大
解析:如果正反应是放热反应,升温则平衡常数减小,B项错误;正、逆反应的化学平衡常数互为倒数,但不一定不相等,可以同时等于1,C项错误;化学平衡常数与浓度无关,D项错误。
答案:A
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解析:第2个反应与第1个反应互为逆反应,平衡常数互为倒数关系;第3个反应的化学计量数与第1个反应相比,缩小为一半,平衡常数也会发生变化,得
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规律方法点拨 应用化学平衡常数时应注意的四个问题:
(1)化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
(2)化学平衡常数只受温度影响,与反应物或生成物的浓度无关。
(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,其浓度可看作“1”,而不计入平衡常数表达式中。
(4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变,则平衡常数改变;若化学方程式中各物质的化学计量数同比例扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
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成功体验1关于平衡常数K,下列说法中正确的是( )
A.K越大,反应速率越大
B.对任一给定的可逆反应,温度升高,K值增大
C.对某一可逆反应,K值越大,反应物的转化率越高
D.加入催化剂或增大反应物浓度,K值将增大
解析:K值反映出了化学反应正向进行的程度,只受温度影响,但温度升高,化学平衡常数不一定增大。
答案:C
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成功体验2相同温度下,下列各组中的两个反应,其平衡常数K1、K2的乘积一定等于1的是( )
解析:互为逆反应的化学平衡常数的乘积等于1。
答案:C
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考向二 平衡常数与转化率的有关计算
【例题3】 已知可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g) ΔH>0,请回答下列问题:
(1)在某温度下,反应物的初始浓度分别为c0(M)=1 mol·L-1,c0(N)=2.4 mol·L-1;达到平衡后,M的平衡转化率为60%,此时N的平衡转化率为 ;
(2)若反应温度不变,反应物的初始浓度分别为c0(M)=4 mol·L-1,c0(N)=a mol·L-1;达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1,a= 。
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答案:(1)25% (2)6
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规律方法点拨 化学平衡常数及转化率计算的有关思路
(1)分析三个量:即起始量、变化量、平衡量。
(2)明确三个关系:
①对于反应物,起始量-变化量=平衡量。
②对于生成物,起始量+变化量=平衡量。
③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
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成功体验3某温度下,向容积为1 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3,当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%,则该温度下反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常数为( )
A.8.0×102 B.1.6×103
C.3.2×103 D.4.0×102
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答案:B
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考向三 平衡常数的应用
【例题4】 在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度T的关系如下表所示:
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。
(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为 ℃。
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解析:通过表中K和温度T的关系可知,温度越高,K值越大,反应正向进行的程度越大,说明正向反应为吸热反应。当c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时,K=1.0,由表中数据可知此时温度为830 ℃。
规律方法点拨 (1)利用平衡常数判断反应的热效应的方法:
若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;
若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
(2)利用平衡常数计算转化率的方法:
依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度),从而计算反应物的转化率。
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成功体验4高炉炼铁中发生的基本反应之一如下:
FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) ΔH<0。
(1)该反应的平衡常数可表示为K= 。
(2)当温度升高后,该反应的平衡常数将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:(1)此时反应的 ;(2)该反应ΔH<0,是放热反应,所以温度升高K将减小。
重点难点探究
重要考向探究
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1.下列关于平衡常数K的说法中,正确的是( )
A.平衡常数K只与反应本身及温度有关
B.改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K
C.加入催化剂可以改变平衡常数K
D.在任何条件下,化学平衡常数是一个恒定值
解析:平衡常数K是一个温度常数,只与反应本身及温度有关,催化剂不能改变化学平衡,故加入催化剂不改变平衡常数K。
答案:A
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解析:化学平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,但固体浓度视为1,不写入平衡常数的计算式中。
答案:D
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3.在一定条件下,已达平衡的可逆反应:2A(g)+B(g) 2C(g),下列说法中正确的是( )
A.平衡时,此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系:
B.改变条件后,该反应的平衡常数K一定不变
C.如果改变压强并加入催化剂,平衡常数会随之变化
D.若平衡时增加A和B的浓度,则平衡常数会减小
解析:化学平衡常数只受温度影响,B、C、D三项错误。
答案:A
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4.将2.00 mol SO2和2.00 mol O2通入1.00 L的密闭容器中,1 500 K时,反应达到平衡,测得SO3的物质的量浓度为0.64 mol·L-1,则平衡时SO2的平衡转化率为 ( )
A.30% B.32% C.50% D.18%
解析:因平衡时SO3的物质的量浓度为0.64 mol·L-1,则转化的SO2的物质的量浓度为0.64 mol·L-1,即c0(SO2)-c平(SO2)=0.64 mol·L-1,而c0(SO2)=2.00 mol·L-1,所以
答案:B
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5.在一定温度下,将0.20 mol N2O4气体充入2.0 L密闭容器中,间隔一定时间对该容器的气体进行分析,数据如下:
(1)该反应的平衡常数表达式为 ,计算20 s 到40 s内二氧化氮的平均反应速率v(NO2)= 。
(2)若在相同条件下起始时充入NO2气体0.16 mol,要计算达到平衡时NO2的转化率,请写出分析求解的思路(不必计算具体结果)。
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6.已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196 kJ·mol-1。500 ℃时将2 mol SO2和1 mol O2装入一体积恒定的10 L密闭容器中,2 min(t1)时达到平衡,如图所示。
请回答下列问题:
(1)计算500 ℃时该反应的平衡常数K= 。
(2)上图表示该反应在t1时刻达到平衡,平衡时O2的转化率为 ;t2时刻因改变某个条件而发生变化,此时改变的条件可能是 (写一个即可)。
(3)某温度时,该反应的平衡常数K=800,则该温度 500 ℃(填“>”“<”或“=”)。
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解析:(1)平衡时,c(SO3)=0.18 mol·L-1,
c(SO2)=0.20 mol·L-1-0.18 mol·L-1=0.02 mol·L-1,
c(O2)=0.1 mol·L-1-0.09 mol·L-1=0.01 mol·L-1,
×100%=90%;t2时刻SO2浓度降低,SO3浓度增大,说明平衡正向移动,可能是降低温度。
(3)该反应正向为放热反应,降低温度K增大,现K=800<8 100,说明该温度大于500 ℃。
答案:(1)8 100 (2)90% 降低温度 (3)>(共26张PPT)
第四节 化学反应进行的方向
阅读思考
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任务一、认真阅读教材第34页的内容,思考回答下列问题:
1.不需要借助于外力就可以自动进行的自发过程(如高山流水,自由落体运动等)有何共同特点
提示体系趋向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或者释放能量)。
2.从能量变化的角度来看,化学反应进行的倾向是什么
提示放热过程体系能量降低,具有自发进行的倾向。
任务二、认真阅读教材第35页的内容,思考回答下列问题:
1.科学家引入熵这一物理量的目的是什么 同一物质的不同聚集状态,熵的大小有何不同
提示科学家用熵来量度体系的混乱(或无序)的程度。同一种物质,气态时熵值最大,液态次之,固态时最小。
阅读思考
自主检测
2.从熵变的角度来看,化学反应的倾向是什么
提示反应体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向。
3.利用熵变和焓变判断反应方向时,应注意什么问题
提示①判断反应方向,必须综合考虑体系的熵变和焓变,因为熵变和焓变都与反应的方向有关。
②在讨论过程的方向问题时,我们指的是没有外界干扰时体系的性质。
③过程的自发性只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。
阅读思考
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1.下列说法正确的是( )
A.凡是放热反应都是自发的,凡是吸热反应都是非自发的
B.自发反应一定是放热反应,非自发反应一定是吸热反应
C.自发反应在恰当条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现
答案:C
2.下列对熵的理解不正确的是( )
A.同种物质气态时熵值最大,固态时熵值最小
B.体系越有序,熵值越小;越混乱,熵值越大
C.与外界隔绝的体系,自发过程将导致体系的熵减小
D.一定条件下水由气态变为液态是熵减小的过程
答案:C
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探究问题
以下过程均为自发反应或自发过程:
④硝酸铵溶于水要吸热。
⑤冰融化要吸热。
⑥两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中,最终会混合均匀。
重点难点探究
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1.对于自发反应①②③,从能量角度分析它们为什么可以自发
提示①②③这三个化学反应都是放热反应,ΔH<0。
2.对于自发过程④⑤⑥,这些过程都是自发的,与焓有关吗 是什么因素决定它们能自发进行
提示熵是用于描述体系混乱度的物理量,熵变是用来描述混乱度变化的物理量,④⑤⑥与熵变有关,体系由有序转变为无序,ΔS>0。
3.综合分析上述反应,得出判断化学反应方向的依据是什么
提示判断化学反应的方向,需综合考虑焓变和熵变。
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知识点拨
一、自发过程和自发反应
1.自发过程:在一定条件下,不需要外力作用就能自动进行的过程。
2.自发反应是自发过程的一种,在给定的一组条件下,一个反应可以自发地进行到显著程度。
3.非自发过程:在一定条件下,需持续借助人为作用才能进行的过程。
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二、化学反应方向的复合判据
体系的自由能变化(符号为ΔG,单位为kJ·mol-1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响,可用于判断化学反应自发进行的方向,表达式为ΔG=ΔH-TΔS。在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔG=ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。
(1)ΔH<0、ΔS>0时,则ΔH-TΔS<0,任何温度下反应均能自发进行。
(2)ΔH>0、ΔS<0时,则ΔH-TΔS>0,任何温度下反应均不能自发进行。
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(3)ΔH>0、ΔS>0时,则ΔH-TΔS在较高温度时可能小于零,所以高温下反应能自发进行。
(4)ΔH<0、ΔS<0时,则ΔH-TΔS在较低温度时可能小于零,所以低温下反应能自发进行。
图解如下:
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考向一 自发过程和自发反应
【例题1】 下列过程是非自发的是( )
A.水由高处向低处流
B.煤炭的燃烧
C.铁在潮湿空气中生锈
D.室温下水结成冰
解析:自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温下冰的融化,都是自发过程,其逆向都是非自发的。
答案:D
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规律方法点拨 自发过程的特征是:体系趋向于由高能状态转变为低能状态;在密闭条件下,体系从有序自发转变为无序;具有方向性。
判断某过程是否自发,不是看是否需要条件,而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。
判断某过程是否自发,也可以根据其逆向过程是否自发来判断:若逆向过程自发,则正向过程一定不自发,若逆过程不自发,则正向过程一定自发。
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成功体验1下列反应属于非自发反应的是( )
A.钠与水反应
B.氢气在氧气中燃烧生成水
C.水分解变成氢气和氧气
D.氨气和氯化氢相遇变成氯化铵
解析:水分解变成氢气和氧气需要持续不断的通电,所以水分解变成氢气和氧气是非自发的反应。
答案:C
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考向二 化学反应进行方向的判据
题型一 判断化学反应或变化过程的熵变
【例题2】 对下列过程中熵变的判断不正确的是( )
A.溶解少量食盐于水中:ΔS>0
B.碳和氧气反应生成CO(g):ΔS>0
C.H2O由气态变成液态:ΔS>0
D.CaCO3(s)高温分解为CaO(s)和CO2(g):ΔS>0
解析:A项食盐晶体中Na+、Cl-不能自由运动,但食盐溶于水后,电离出自由移动的Na+、Cl-,则ΔS>0;B项2C(s)+O2(g) 2CO(g),注意C是固体,n(CO)>n(O2),则ΔS>0;C项H2O由气态变为液态,则ΔS<0;D项CaCO3(s)在高温下分解为CaO(s)和CO2(g),CaCO3和CaO均是固体,ΔS>0。
答案:C
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规律方法点拨 熵变正负的判断方法
(1)对于产生气体的反应,气体物质的量增大的反应,ΔS>0,是熵增大的反应。气体物质的量减小的反应,ΔS<0,是熵减小的反应。
(2)对于同一种物质,S(g)>S(l)>S(s)。
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成功体验2下列反应或过程的ΔS>0的是( )
答案:A
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题型二 化学反应方向判据的应用
【例题3】 下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是 ( )
A.化学反应的熵变与反应的方向无关
B.化学反应的熵变直接决定了反应的方向
C.熵值增大的反应都是混乱度增大的反应
D.熵值增大的反应都能自发进行
解析:熵值增大的反应,即ΔS>0的反应容易自发进行,所以熵变与反应的方向有关;熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素,但不是唯一因素,所以B项错误;自发反应不一定ΔS>0,故D项错误。
答案:C
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成功体验3下列说法中正确的是( )
A.凡是放热反应都能自发进行
B.所有的自发反应都是放热的
C.焓变是决定反应是否具有自发性的判据
D.焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素
解析:多数能够自发进行的反应都是放热反应,但也有些自发进行的反应是吸热反应。反应的自发性与焓变并不严格一致,焓变是影响反应自发进行的重要因素,但不是唯一因素。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
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成功体验4对于化学反应能否自发进行,下列说法中错误的是( )
A.若ΔH<0,ΔS>0,任何温度下都能自发进行
B.若ΔH>0,ΔS<0,任何温度下都不能自发进行
C.若ΔH>0,ΔS>0,低温时可自发进行
D.若ΔH<0,ΔS<0,低温时可自发进行
重点难点探究
重要考向探究
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解析:
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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1.研究过程自发性的目的是( )
A.判断过程的方向
B.确定过程是否一定发生
C.判断过程发生的速率
D.判断过程的热效应
解析:研究过程的自发性用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生、过程发生的速率、过程的热效应等。
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
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2.下列反应中,在一定温度下,属于自发进行的吸热反应的是( )
A.NaOH与HCl反应
B.CO与O2点燃
C.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
D.SO3与H2O反应
解析:选项中4个反应都可自发进行,但只有C项是吸热反应。
答案:C
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3.下列反应中,熵增加的是( )
解析:对于同种物质,S(g)>S(l)>S(s)。一般地,有气体生成的反应、气体分子数增加的反应是熵增大的反应。B中有气体生成,故熵增大。A、D中气体分子数减少,C中气体分子数不变。
答案:B
重点难点探究
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4.反应CH3OH(l)+NH3(g) CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度下自发向右进行,若反应的|ΔH|=17 kJ·mol-1,|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,则下列选项中正确的是( )
A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0
B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0
C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0
D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0
解析:某温度下反应自发向右进行,说明ΔH-TΔS<0,即ΔH-TΔS=-17 kJ·mol-1,若ΔH=-17 kJ·mol-1,则ΔS=0,不符合事实,故ΔH=17 kJ·mol-1>0,所以选A项。
答案:A
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5.某化学反应的ΔH=-122 kJ·mol-1,ΔS=231 J·mol-1·K-1,则此反应在下列哪种情况下可自发进行( )
A.在任何温度下都能自发进行
B.在任何温度下都不能自发进行
C.仅在高温下自发进行
D.仅在低温下自发进行
解析:题中ΔH<0、ΔS>0,故必有ΔH-TΔS<0,故在任何温度下都能自发进行。
答案:A(共69张PPT)
第三章水溶液中的离子平衡
第一节 弱电解质的电离
阅读思考
自主检测
任务一、认真阅读教材第40页到41页的内容,思考下列问题,自主学习强弱电解质的概念:
1.分析教材中的图3-1和图3-2,思考HCl和CH3COOH溶于水后,电离情况有何不同 据此可得出什么结论
提示HCl溶于水完全电离成H+和Cl-,CH3COOH溶于水只有一小部分电离成CH3COO-和H+。
电解质在水中并不都是全部电离的,在电离程度上是有强弱之分的。
2.什么样的电解质是强电解质 什么样的电解质是弱电解质
提示在水中能够全部电离的电解质称为强电解质,在水中不能全部电离的电解质称为弱电解质。
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第41页到42页的内容,思考下列问题,自主学习弱电解质电离平衡的建立:
1.醋酸溶于水后的变化过程是怎样的 请用方程式表示出来。
提示醋酸溶于水既有分子电离成离子的过程,也有离子结合成分子的过程:
阅读思考
自主检测
2.结合图3-3,说明弱电解质的电离平衡是如何建立的
提示电离初始(t0),弱电解质电离成离子的速率随着溶液里弱电解质浓度的逐渐减小而减小;同时因离子浓度逐渐增大,结合成分子的速率则不断增大。经过一定时间(t1),两者的速率相等,达到电离平衡状态。
阅读思考
自主检测
3.根据图3-3及前一章所学的化学平衡理论,分析一元弱酸(设分子式为HA)、一元弱碱(设分子式为BOH)的电离平衡过程,并完成下列问题:
(1)写出弱酸、弱碱的电离方程式;
(2)填写下表中的空白。
HA电离过程中体系各粒子浓度的变化
阅读思考
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BOH电离过程中体系各粒子浓度的变化
(2)最小 最小 最大 变大 变大 变小 不变 不变 不变
最大 最大 最小 变小 变小 变大 达到电离平衡时
阅读思考
自主检测
任务三、认真阅读教材第42页到43页的内容,思考下列问题,自主学习电离常数:
1.什么是电离常数
提示电离平衡的平衡常数叫做电离常数。
阅读思考
自主检测
2.多元弱酸的电离有何特点 写出H2S电离的电离方程式,并写出对应的电离常数表达式。多元弱酸的逐级电离常数的大小有何特点 说明多元弱酸的逐级电离有何特点 在计算多元弱酸溶液的氢离子浓度和比较弱酸酸性的相对强弱时有何意义
提示多元弱酸的电离是分步进行的;
二元弱酸H2S分两步电离;
一般K1 K2 K3,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。因此计算多元弱酸溶液的c(H+)或比较弱酸酸性相对强弱时,通常只考虑第一步电离。
阅读思考
自主检测
1.下列说法中正确的是( )
A.电解质的电离是在通电的条件下进行的
B.在水溶液中和熔融状态均能够导电的化合物才是电解质
C.电解质电离的条件是溶于水或受热熔化
D.强电解质能够电离,弱电解质不能电离
答案:C
2.下列电离方程式中书写正确的是( )
答案:D
阅读思考
自主检测
3.下列说法中正确的是( )
A.根据溶液中有CH3COOH、CH3COO-和H+即可证明CH3COOH达到电离平衡状态
B.根据溶液中CH3COO-和H+的物质的量浓度相等可证明CH3COOH达到电离平衡状态
C.当NH3·H2O达到电离平衡时,溶液中NH3·H2O、 和OH-的浓度相等
D.H2CO3是分步电离的,电离程度依次减弱
答案:D
阅读思考
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4.下列说法中正确的是( )
A.电离平衡常数受溶液浓度的影响
B.电离平衡常数可以表示弱电解质的相对强弱
C.电离常数大的酸溶液中c(H+)一定比电离常数小的酸溶液中大
答案:B
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探究问题
1.溶液的导电性与什么因素有关
提示所谓溶液的导电性就是指自由移动的带电微粒(即阴、阳离子)在外加电场的作用下,定向移动形成电流的性质,因此溶液导电性与单位体积的溶液中带电微粒所带电荷数多少(即电荷浓度,等于离子浓度乘以其所带电荷数)有关。
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2.分析在盐酸和醋酸溶液中,溶质微粒有何不同 如何用电离方程式表示HCl和CH3COOH在水中的电离
3.在实验室里,可以采取哪些方法促进醋酸的电离 若要抑制醋酸的电离可以采取哪些方法
提示因为醋酸的电离是吸热的,所以加热可以促进醋酸的电离,另外,加水稀释、加碱、加入较活泼的金属等能降低氢离子浓度的物质都能促进醋酸的电离。降低温度、加强酸、加醋酸盐等都能抑制醋酸的电离。
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知识点拨
一、强、弱电解质
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2.电离平衡
(1)定义:
在一定条件下(如温度和浓度),弱电解质分子电离成离子的速率和离子结合成弱电解质分子的速率相等时,电离过程达到电离平衡状态。
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(2)建立过程(用v-t图像描述):
(3)特征:
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3.电离常数
(1)定义:
在一定温度下,弱电解质达到电离平衡时,溶液中离子浓度幂之积与分子浓度之比是一个常数,该常数就叫电离常数,用K表示。
(2)表示方法:
(3)意义:
表示弱电解质的电离能力,一定温度下,K值越大,弱电解质的电离程度越大,酸(或碱)性越强。
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(4)影响因素:
(5)特点:
多元弱酸的各级电离常数的大小关系是K1 K2 K3,所以其酸性主要取决于第一步电离。
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4.外界条件对电离平衡的影响
当外界条件(如浓度、温度等)发生变化时,电离平衡就会发生移动。弱电解质的电离平衡移动遵循化学平衡移动原理。
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考向一 强、弱电解质
题型一 强、弱电解质的判断
【例题1】 区分强电解质和弱电解质的依据是( )
A.溶解度的大小
B.属于离子化合物还是共价化合物
C.是否存在电离平衡
D.导电性的强弱
解析:强电解质和弱电解质的本质区别:电解质在水溶液中是否完全电离。强电解质完全电离,不存在电离平衡;弱电解质部分电离,电离过程是可逆过程,存在电离平衡。
答案:C
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规律方法点拨 (1)强电解质和弱电解质的分类依据是在水溶液中是否完全电离,完全电离的电解质是强电解质,部分电离的电解质是弱电解质。
(2)常见的强电解质有强酸(H2SO4、HNO3、HClO4、HCl、HBr、HI等)、强碱[KOH、NaOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2等]、常见的盐。
(3)电解质的强弱与其溶液的导电性没有直接关系,强电解质溶液的导电性不一定比弱电解质溶液的导电性强。
(4)电解质的强弱与物质的溶解性没有关系,只要溶解到水中的部分完全电离就是强电解质。比如CH3COOH易溶于水,但溶于水后不完全电离,所以CH3COOH是弱电解质;BaSO4难溶于水,但溶于水的部分完全电离,所以BaSO4是强电解质。
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成功体验1下列关于强、弱电解质的叙述错误的是( )
A.强电解质在水溶液中完全电离
B.在溶液里,导电能力强的电解质是强电解质,导电能力弱的电解质是弱电解质
C.同一弱电解质的溶液,当温度、浓度不同时,其导电能力也不同
D.纯净的强电解质在液态时有的导电,有的不导电
答案:B
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题型二 比较溶液的导电性
【例题2】 如图所示是在一定温度下向不同电解质溶液中加入新物质时其电流强度(I)随新物质加入量(m)的变化曲线。
以下四个导电性实验,其中与A图变化趋势一致的是 ,与B图变化趋势一致的是 ,与C图变化趋势一致的是 。
a.Ba(OH)2溶液中滴入H2SO4溶液至过量
b.醋酸溶液中滴入氨水至过量
c.澄清石灰水中通入CO2至过量
d.NH4Cl溶液中逐渐加入适量NaOH固体
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答案:b ac d
规律方法点拨 溶液导电性与单位体积的溶液中带电微粒所带电荷数多少有关,所以首先要清楚溶液中的物质是否发生反应,若发生反应再明确反应过程中带电微粒所带电荷数的变化。
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成功体验2把各组中的气体通入溶液中,溶液导电能力先减弱而后又逐渐增强的是( )
A.SO2通入石灰水中
B.CO2通入NaOH溶液中
C.NH3通入CH3COOH溶液中
D.NH3通入盐酸中
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答案:A
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考向二 弱电解质的电离平衡
题型一 弱电解质电离方程式的书写及电离常数的表达式
【例题3】 书写下列电解质的电离方程式,写出对应的电离常数表达式,多步电离的判断各步电离常数的大小。
(1)HClO (2)NH3·H2O (3)H2CO3 (4)Fe(OH)3
解析:弱电解质的电离存在电离平衡,所以用“ ”表示,H2CO3的电离是分步进行的,所以应该分步书写, 比H2CO3难电离,电离常数K1 K2,Fe(OH)3虽然不是一步电离的,但由于电离过程比较复杂,所以不再分步写,一步写完。
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规律方法点拨 (1)电离方程式的书写规则:
②多元弱酸电离方程式分步写。
③满足左右两边电荷和原子守恒。
(2)电离常数的意义:
电离常数是电解质的重要特性之一,它描述了弱电解质溶液中弱电解质电离达到平衡时,已电离的离子浓度幂之积与未电离的分子浓度的关系,电离常数越大,表示该弱电解质越容易电离。多元弱酸的电离常数逐级减小。
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成功体验3书写下列弱电解质的电离方程式,写出对应的电离常数表达式,多步电离的判断各步电离常数的大小。
(1)HCN (2)H3PO4 (3)Cu(OH)2
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题型二 有关电离常数的计算
【例题4】 (1)25 ℃时,在0.5 L 0.2 mol·L-1的HA溶液中,有0.001 mol的HA电离。求该温度下HA的电离常数。
(2)计算25 ℃时,0.1 mol·L-1的该酸溶液中的c(H+)。
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答案:(1)2.02×10-5
(2)1.42×10-3 mol·L-1
规律方法点拨 (1)进行有关电离常数的计算时,如同化学平衡常数的有关计算一样,常利用“三段式”。
(2)由于弱电解质的电离很微弱,所以进行有关计算时,常常进行近似处理,即弱电解质的平衡浓度等于其起始浓度。
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成功体验4某酸HX是一种弱酸,25 ℃时电离常数K=4×10-4。
(1)写出该酸的电离常数表达式:K= 。
(2)25 ℃时,往HX溶液中加入1 mol·L-1的盐酸,能 (填“抑制”或“促进”)HX的电离,K值将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)若HX的起始浓度为0.010 mol·L-1,则平衡时c(H+)= [提示:因K很小,平衡时的c(HX)可近似视为仍等于0.010 mol·L-1]。
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解析:(3)平衡时c(H+)=c(X-),
K=4×10-4,c(HX)=0.010 mol·L-1
得c(H+)=2×10-3 mol·L-1
(2)抑制 不变
(3)2×1 mol·L-1
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答案:B
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规律方法点拨 利用弱酸的电离常数可以判断弱酸的酸性强弱、溶液中的离子能否大量共存及溶液中各离子浓度的大小比较等。电离常数越大弱酸的酸性越强,越易电离。
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解析:H2A和H2B都是二元弱酸,二元弱酸的电离分两步,第一步比第二步电离程度大得多,溶液的酸性(即H+浓度)、酸式酸根的浓度、酸分子的浓度、溶液的导电能力均由第一步电离决定,同温、同浓度的两酸H2A的第一步电离常数大于H2B的第一步电离常数,故H+浓度是H2A>H2B,c(H2A)H2B。酸根离子的浓度取决于两酸的第二步电离,H2A的第二步电离常数大于H2B的第二步电离常数,故
答案:(1)> (2)> (3)< (4)>
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题型四 外界条件对电离常数及电离平衡的影响
【例题6】 改变下列条件,能使CH3COOH的电离常数增大的是( )
A.加入冰醋酸
B.加入少量NaOH溶液
C.加水稀释
D.升高温度
解析:电离常数主要由弱电解质本身的性质决定,当弱电解质一定时只受温度影响,与溶液的浓度无关。电离是一个吸热过程,升温,K值增大。
答案:D
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【例题7】 在含酚酞的0.1 mol·L-1氨水中加入少量NH4Cl晶体,则溶液颜色( )
A.变蓝色 B.变深
C.变浅 D.不变
解析:氨水中存在 ,加入NH4Cl晶体使c( )增大,电离平衡左移,c(OH-)减小,溶液碱性减弱,红色变浅。
答案:C
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规律方法点拨 (1)电离常数的大小只与温度有关,温度越高,电离常数越大。
(2)用化学平衡理论分析处理电解质的电离平衡问题时,考虑的主要影响因素有稀释、改变温度、加入含有相同分子或离子的物质等,在分析此类问题时应注意以下两点:
①平衡向“削弱”这种改变的方向移动,移动结果不能“抵消”或“超越”这种改变。
②加水稀释有利于电离,但是离子浓度降低,因为体积增大程度大于离子增多程度。
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成功体验60.1 mol·L-1CH3COOH溶液中存在电离平衡:
CH3COOH CH3COO-+H+,加水稀释或加入少量CH3COONa晶体时,都会引起( )
A.溶液的酸性减弱
B.CH3COOH电离程度变大
C.溶液的导电能力减弱
D.溶液中c(CH3COO-)减小
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答案:A
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答案:D
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成功体验8已知三个数据7.2×10-4、4.6×10-4、4.9×10-10分别是下列有关三种酸的电离常数,若已知下列反应可以发生:
由此可判断下列叙述不正确的是( )
A.K(HF)=7.2×10-4
B.K(HNO2)=4.9×10-10
C.根据其中两个反应可以得出结论:三者中K(HCN)一定不是最大
D.K(HCN)重点难点探究
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解析:相同温度下,弱电解质的电离常数是比较弱电解质相对强弱的条件之一;根据第一、第三两个反应可知三种一元弱酸的强弱顺序为HF>HNO2>HCN。由此可判断K(HF)>K(HNO2)>K(HCN),其对应数据依次为K(HF)=7.2×10-4,K(HNO2)=4.6×10-4,
K(HCN)=4.9×10-10。
答案:B
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题型五 强电解质、弱电解质性质的比较
【例题8】 在a、b两支试管中分别装入形态相同、质量相等的一颗锌粒(锌足量),然后向两支试管中分别加入相同物质的量浓度、相同体积的稀盐酸和稀醋酸。填写下列空白:
(1)a、b两支试管中的现象:
相同点是 ,
不同点是 ,
原因是 。
(2)a、b两支试管中生成气体的体积开始时是V(a) V(b)(填“大于”“小于”或“等于”,下同),反应完毕后生成气体的总体积是V(a) V(b),原因是 。
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解析:锌粒与酸反应的实质是Zn与酸电离出的H+发生置换反应产生H2,c(H+)越大,产生H2的速率越大。而在分析产生H2的体积时,要注意醋酸的电离平衡的移动。反应开始时,醋酸产生H2的速率比盐酸小,因Zn与酸反应的实质是Zn与酸电离出的H+反应,盐酸是强酸,醋酸是弱酸,在起始物质的量浓度相同时,盐酸电离出的c(H+)远大于醋酸电离出的c(H+)。反应完毕后,两者产生H2的体积是相等的。因醋酸存在电离平衡CH3COOH CH3COO-+H+,Zn与H+发生反应,c(H+)减小,使醋酸的电离平衡向电离方向移动,继续发生H+与Zn的反应,足量的Zn可使醋酸中的H+全部电离出来与Zn反应生成H2,又因为n(HCl)=n(CH3COOH),因而最终产生H2的量相等。
重点难点探究
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答案:(1)都产生无色气泡,Zn粒逐渐溶解 a中反应速率较大 盐酸是强酸,醋酸是弱酸,盐酸中c(H+)大
(2)大于 等于 反应开始时,盐酸中所含H+浓度较大,但二者最终能电离出的H+的总物质的量相等
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规律方法点拨 一元强酸与一元弱酸的比较:
(1)相同浓度、相同体积的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较:
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(2)相同c(H+)、相同体积的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较:
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成功体验9醋酸和盐酸是中学化学中常见的酸,在一定条件下,CH3COOH溶液中存在电离平衡:CH3COOH CH3COO-+H+ ΔH>0。
下列方法中,可以使0.10 mol·L-1CH3COOH的电离程度增大的是 。
a.加入少量0.10 mol·L-1的稀盐酸
b.加热CH3COOH溶液
c.加水稀释至0.010 mol·L-1
d.加入少量冰醋酸
e.加入少量氯化钠固体
f.加入少量0.10 mol·L-1的NaOH溶液
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解析:要使0.10 mol·L-1醋酸溶液中CH3COOH的电离程度增大,平衡必须右移。a选项,加入少量0.10 mol·L-1的稀盐酸,增大c(H+),平衡逆向移动,CH3COOH的电离程度减小;b选项,加热CH3COOH溶液,“越热越电离”,CH3COOH的电离程度增大;c选项,“越稀越电离”,CH3COOH的电离程度增大;d选项,加入少量冰醋酸,醋酸的电离受到抑制,CH3COOH的电离程度减小;e选项,加入少量氯化钠固体,平衡不移动;f选项,加入少量0.10 mol·L-1的NaOH溶液,平衡正向移动,CH3COOH的电离程度增大。
答案:bcf
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成功体验10将等质量的锌投入等体积且pH均等于3的盐酸和醋酸溶液中,经过充分反应后,发现只在一种溶液中有锌粉剩余,则生成氢气的体积V(盐酸) V(醋酸)(填“>”“<”或“=”,下同),反应的最初速率为v(盐酸) v(醋酸)。
解析:等体积且pH均等于3的盐酸和醋酸溶液中,n(CH3COOH)大,有锌粉剩余的是盐酸,则生成氢气的体积V(盐酸)答案:< =
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1.将0.01 mol的下列物质分别加入(或通入)到100 mL水中,假设溶液体积变化不计,水溶液的导电能力最强的是( )
A.HF B.NH4HCO3
C.BaSO4 D.NH3
解析:BaSO4虽然是强电解质,但溶解度小,所以溶液中Ba2+、 浓度均很小;HF、NH3虽然溶解度较大,但由于溶液中HF、NH3·H2O不完全电离,因此离子浓度也远小于0.2 mol·L-1;NH4HCO3在溶液中完全电离,因此溶液中离子浓度最大,导电能力最强。
答案:B
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2.关于强、弱电解质及非电解质的组合完全正确的是( )
解析:单质和混合物既不属于电解质也不属于非电解质,Cl2是单质,氨水、盐酸都是混合物,既不属于电解质,也不属于非电解质;CaCO3、BaSO4虽难溶于水,但溶解的部分完全电离,属于强电解质;HClO、CH3COOH都是弱电解质;SO2的水溶液能导电,但不是自身电离的,C2H5OH水溶液不导电,二者都是非电解质,所以A、B和C项错误,D项正确。
答案:D
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3.从植物花中可提取一种简写为HIn的有机物,在水溶液中因存在以下电离平衡,故可用作酸碱指示剂。HIn(aq,红色) H++In-(aq,黄色)。有浓度为0.02 mol·L-1的下列各溶液:(1)HCl(aq)、(2)H2O2(aq)、(3)NaCl(aq)、(4)NaHSO4(aq)、(5)NaHCO3(aq)、(6)氨水,分别加入该指示剂,其中能使指示剂显黄色的是( )
A.(1)(4)(5) B.(2)(6)
C.(1)(3)(4) D.(5)(6)
解析:平衡右移,才能使指示剂显黄色,即应加入碱性物质。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
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4.将浓度为0.1 mol·L-1 HF溶液加水不断稀释,下列各量始终保持增大的是( )
解析:HF为弱酸,存在电离平衡:HF H++F-。加水稀释,平衡虽正向移动,但c(H+)减小,A错误;电离常数只受温度的影响,温度不变,电离常数K不变,B错误;当溶液无限稀释时,c(F-)不断减小,但c(H+)接近10-7 mol·L-1,所以 减小,C错误。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
5.在25 ℃时,0.1 mol·L-1的HNO2、HCOOH、HCN、H2CO3的溶液,它们的电离常数分别为4.6×10-4、1.8×10-4、4.9×10-10、K1=4.3×10-7和K2=5.6×10-11,其中氢离子浓度最小的是( )
A.HNO2 B.HCOOH C.HCN D.H2CO3
解析:电离平衡常数大小可以判断弱酸(或弱碱)的相对强弱,K(多元弱酸则比较K1)越小,其电离程度越小,c(H+)越小,由题中数据可知,HCN酸性最弱,c(H+)最小。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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6.有以下物质:
①石墨 ②铝 ③酒精 ④氨水 ⑤二氧化碳 ⑥碳酸氢钠固体 ⑦氢氧化钡溶液 ⑧纯醋酸 ⑨氧化钠固体 ⑩氯化氢气体
其中能导电的是 ;
属于非电解质的是 ;
属于强电解质的是 ;
属于弱电解质的是 。
解析:石墨和铝都能导电;氨水和氢氧化钡溶液都有自由移动的离子,所以能导电。酒精和二氧化碳为非电解质。碳酸氢钠固体和氯化氢气体在水溶液中能完全电离,氧化钠固体在熔融状态时能完全电离,为强电解质。纯醋酸在水中只部分电离,为弱电解质。
答案:①②④⑦ ③⑤ ⑥⑨⑩ ⑧(共36张PPT)
第二节 水的电离和溶液的酸碱性
第1课时 水的电离和溶液的酸碱性
阅读思考
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任务一、认真阅读教材第45页到第46页的内容,自主学习水的电离,思考回答下列问题:
1.写出水的电离方程式,水的电离有何特点
阅读思考
自主检测
2.什么是水的离子积常数 用什么符号表示 根据表3-2的数据,分析随温度升高水的离子积常数如何变化 室温下,水的离子积常数等于多少
提示当水的电离达平衡时, =K电离,因为水的电离极其微弱,在室温下55.6 mol H2O中只有1×10-7 mol H2O电离,电离前后H2O的物质的量几乎不变,因此c(H2O)可以视为常数,这样上式可表示为:c(H+)·c(OH-)=K电离·c(H2O)。
其中常数K电离与常数c(H2O)的积为一新的常数,叫做水的离子积常数,简称水的离子积,记作KW。
由表3-2可以看出,随着温度的升高,水的离子积增大。一般在室温下,可忽略温度的影响,KW值为1.0×10-14,即:
KW=c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14。
阅读思考
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任务二、认真阅读教材第46页到第47页的内容,思考回答下列问题,自主学习溶液的酸碱性和pH:
1.水的离子积常数只适用于纯水吗
提示水的离子积常数不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液。
2.常温下,酸性、中性、碱性溶液中,氢离子的浓度和氢氧根离子的浓度大小关系如何
提示常温下,酸性溶液c(H+)>c(OH-),c(H+)>1.0×10-7 mol·L-1
中性溶液c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7 mol·L-1
碱性溶液c(H+)阅读思考
自主检测
3.pH是如何定义的 常温下pH与溶液的酸碱性有何关系
提示pH是c(H+)的负对数,即:pH=-lgc(H+)
常温下,中性溶液pH=7,酸性溶液pH<7,碱性溶液pH>7。
4.如何测量溶液的pH
提示溶液的pH可以用pH试纸测量,也可以用一种叫pH计(也叫酸度计)的仪器来测量。
阅读思考
自主检测
1.将纯水加热至较高温度,下列叙述中正确的是 ( )
A.水的离子积变大,呈酸性
B.水的离子积不变,呈中性
C.水的离子积变小,呈碱性
D.水的离子积变大,呈中性
答案:D
2.在某温度下,NaCl稀溶液中c(H+)=2.0×10-7 mol·L-1。下列说法中正确的是( )
A.该溶液呈酸性
B.该溶液呈中性
C.该溶液的KW=2.0×10-7
D.该溶液的KW=1.0×10-14
答案:B
阅读思考
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3.下列溶液一定呈酸性的是( )
A.含H+的溶液
B.能使酚酞变红色的溶液
C.pH小于7的溶液
D.c(H+)大于c(OH-)的溶液
答案:D
重点难点探究
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探究问题
1.利用化学平衡移动理论,分析若要促进水的电离,可采取哪些方法 若要抑制水的电离,可采取哪些方法
提示升高温度,加入活泼金属如钠等,都能促进水的电离;降低温度,加酸或加碱都能抑制水的电离。
2.酸性溶液中是否有OH-存在 碱性溶液中是否有H+存在 试解释原因。
提示酸性溶液中一定有OH-存在,碱性溶液中也一定有H+存在,因为水的电离是可逆的,25 ℃时,水溶液中存在KW=c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14。
重点难点探究
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知识点拨
一、水的电离
1.水的离子积常数
(2)水的离子积常数表达式为KW=c(H+)·c(OH-)。
(3)KW及影响因素:
①25 ℃时:KW=1.0×10-14。
②水的电离是吸热的可逆过程,故温度升高,KW增大。
③水的离子积常数只受温度的影响,与c(H+)和c(OH-)的变化无关。
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2.水的电离平衡移动
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二、溶液的酸碱性与pH
1.溶液的酸碱性
(1)常温下溶液的酸碱性与pH的关系:
①pH<7,溶液呈酸性;
②pH=7,溶液呈中性;
③pH>7,溶液呈碱性。
(2)溶液的酸碱性与c(H+)、c(OH-)的关系:
溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小。
①c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性。
②c(H+)=c(OH-),溶液呈中性。
③c(H+)重点难点探究
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2.溶液的pH
(1)表达式:pH=-lgc(H+)。
(2)意义:pH越大,溶液碱性越强;pH越小,溶液酸性越强。
(3)适用范围:1×10-14 mol·L-1≤c(H+)≤1 mol·L-1的溶液。
3.溶液酸碱性的测定方法
(1)指示剂法。
该法只能测其pH的大致范围,常见指示剂变色范围为:
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(2)pH试纸法。
把小片试纸放在表面皿或玻璃片上,用干燥洁净的玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸上,试纸变色后,与标准比色卡对比,即可确定溶液的pH。
(3)pH计测量法。
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重要考向探究
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考向一 水的电离
【例题1】 纯水在25 ℃和80 ℃时的氢离子浓度,前者和后者的关系是( )
A.前者大 B.前者小
C.相等 D.不能肯定
解析:水的电离是一个吸热过程,温度升高,平衡正向移动。
答案:B
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重要考向探究
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【例题2】 25 ℃时,水的电离达到平衡:H2O H++OH- ΔH>0。下列叙述正确的是( )
A.向水中加入稀氨水,平衡逆向移动,c(OH-)降低
B.向水中加入少量固体硫酸氢钠,c(H+)增大,KW不变
C.向水中加入少量固体钠,平衡逆向移动,c(H+)降低
D.将水加热,KW增大,c(H+)不变
重点难点探究
重要考向探究
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解析:向水中加入稀氨水,OH-浓度增大,水的电离平衡逆向移动,A项错误;硫酸氢钠是强酸酸式盐,向水中加入少量固体硫酸氢钠,在水溶液中完全电离: ,c(H+)增大,由于KW只与温度有关,所以KW不变,B项正确;向水中加入少量固体钠,由于金属钠非常活泼,可与水电离出的H+直接发生置换反应,产生H2,故促进了水的电离,使平衡正向移动,C项错误;将水加热,KW增大,c(H+)、c(OH-)同等倍数增大,D项错误。
答案:B
重点难点探究
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规律方法点拨 在分析水的电离平衡的移动方向时,要充分利用在化学平衡中所学衡移动原理的规律。需注意:
(1)向水中加入酸或碱,使c(H+)或c(OH-)增大,则抑制水的电离,如向水中加入少量NaOH固体可抑制水的电离。
(2)向水中加入某种物质,若该物质与H+或OH-发生反应而使c(H+)或c(OH-)降低,则促进水的电离。如向水中加入钠等活泼金属可促进水的电离。
(3)KW只受温度的影响。
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成功体验1下列叙述正确的是 ( )
A.某温度下,蒸馏水中的c(H+)=2.0×10-7 mol·L-1,则该温度一定高于25 ℃
B.25 ℃时,某液体中c(H+)和c(OH-)的乘积为1×10-14,该液体一定为纯水
C.25 ℃时,向水中加入氢氧化钠固体,水的电离平衡逆向移动,水的离子积减小
D.25 ℃时,0.1 mol·L-1的盐酸与0.1 mol·L-1的NaOH溶液中,水的电离程度不同
重点难点探究
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解析:蒸馏水中的c(H+)=2.0×10-7 mol·L-1,水的离子积为4×10-14,比25 ℃时的水的离子积大,因为水的电离吸热,温度必然高于25 ℃;25 ℃时,任何溶液中c(H+)和c(OH-)的乘积均为1×10-14;水中加入氢氧化钠固体,水的电离平衡逆向移动,但水的离子积不变;同浓度的H+和OH-对水的电离的抑制程度相同。
答案:A
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考向二 溶液的酸碱性与pH
题型一 判断溶液的酸碱性
【例题3】 下列关于溶液酸碱性的说法正确的是( )
A.pH=7的溶液呈中性
B.中性溶液中一定有c(H+)=1.0×10-7 mol·L-1
C.c(H+)=c(OH-)的溶液呈中性
D.在100 ℃时,纯水的pH<7,因此呈酸性
解析:A项中运用pH判断溶液的酸碱性时,用到了水的离子积常数,它与温度有关,但A项未给出温度,所以错误;在中性溶液中,c(H+)和c(OH-)一定相等,但并不一定是c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7 mol·L-1,所以B项错误,C项正确;100 ℃的纯水中,虽然pH<7,但c(H+)=c(OH-),还是中性,所以D项错误。
答案:C
重点难点探究
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规律方法点拨 (1)判断溶液的酸碱性时需注意的问题:
①利用pH判断溶液的酸碱性时,只有在25 ℃时,pH=7才是中性溶液。
②用c(H+)、c(OH-)的相对大小来判断溶液的酸碱性,不受温度影响。
(2)溶液酸碱性与c(H+)、c(OH-)及pH的关系:
重点难点探究
重要考向探究
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成功体验2下列溶液一定呈中性的是( )
A.使石蕊溶液呈紫色的溶液
B.c(H+)=c(OH-)的溶液
C.由强酸、强碱等物质的量反应得到的溶液
D.非电解质溶于水得到的溶液
解析:等物质的量的强酸与强碱,由于它们所含H+和OH-的物质的量未知,因此无法判断它们混合后溶液的酸碱性,故C错误;非电解质溶于水,可以使溶液显酸性、碱性、中性,如SO2溶于水生成H2SO3溶液显酸性,NH3溶于水生成NH3·H2O溶液显碱性,乙醇、蔗糖等溶于水,溶液显中性,故D错误。
答案:B
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题型二 计算溶液中水电离出的c(H+)与c(OH-)
【例题4】 常温下,在pH=12的某碱溶液中,由水电离出的c(OH-)为( )
A.1.0×10-7 mol·L-1
B.1.0×10-6 mol·L-1
C.1.0×10-3mol·L-1
D.1.0×10-12 mol·L-1
解析:由水电离出的c(H+)=10-pHmol·L-1=1.0×10-12 mol·L-1,由水电离出的c(OH-)等于由水电离出的c(H+),所以,由水电离出的c(OH-)也等于1.0×10-12 mol·L-1。
答案:D
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规律方法点拨 (1)计算溶液中水电离出的c(H+)与c(OH-)时注意以下几点:
①因为H2O H++OH-,所以由水电离出的c(H+)=c(OH-)。
②酸溶液中的OH-和碱溶液中的H+都是水电离出的。
(2)计算溶液中水电离出的c(H+)与c(OH-)的方法:
①计算酸溶液中水电离出的c(H+)时,首先根据已知条件计算溶液中的c(H+)再根据KW=c(H+)·c(OH-)计算出溶液中的c(OH-),然后根据水电离出的c(H+)=c(OH-),确定由水电离出的c(H+)。
②计算碱溶液中水电离出的c(OH-)时,首先根据已知条件计算溶液中的c(OH-),再根据KW=c(H+)·c(OH-)计算出溶液中的c(H+),然后根据水电离出的c(H+)=c(OH-),确定由水电离出的c(OH-)。
重点难点探究
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成功体验3常温下,在pH=2的某酸溶液中,由水电离出的c(H+)为( )
A.1.0×10-7 mol·L-1 B.1.0×10-6 mol·L-1
C.1.0×10-3 mol·L-1 D.1.0×10-12 mol·L-1
解析:溶液中的c(H+)=10-pHmol·L-1=1.0×10-2 mol·L-1,根据KW=c(H+)·c(OH-),得出水电离的c(OH-)=1.0×10-12 mol·L-1。因为由水电离出的c(H+)等于由水电离出的c(OH-),所以,由水电离出的c(H+)也等于1.0×10-12 mol·L-1。
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
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题型三 pH试纸的使用与溶液酸碱性的测定
【例题5】 将pH试纸用蒸馏水润湿后测定某溶液的pH,测定结果( )
A.一定偏高 B.一定偏低
C.可能无影响 D.无影响
解析:pH试纸在使用前不能用蒸馏水润湿,否则会将待测液稀释,可能影响测定结果。若原溶液呈酸性,会使测得结果偏高;若原溶液呈碱性会使测得结果偏低;若原溶液呈中性,则对测定结果无影响。
答案:C
规律方法点拨 用pH试纸测定溶液的pH时,试纸不能润湿,用湿润的pH试纸测定溶液的pH时,相当于将待测液稀释,所以若为酸溶液,则测定结果偏高;若为碱溶液,则测定结果偏低;若为中性溶液,则操作不规范,但测定结果无误差。
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成功体验4下列用广泛pH试纸测得溶液的pH一定错误的是( )
A.7
B.12
C.4.05
D.3
解析:用广泛pH试纸测的溶液的pH只能得到1~14的整数值。
答案:C
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重要考向探究
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1.在纯水中加入少量NaHSO4,设温度不变,则溶液( )
A.OH-浓度变小
B.酸性减弱
C.pH升高
D.c(H+)·c(OH-)变大
解析: (在水中),故溶液酸性增强,pH降低;KW=c(H+)·c(OH-),由于温度不变,故KW不变,由于c(H+)增大,故c(OH-)减小。
答案:A
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2.常温时向水中加入少量NaOH溶液,水的电离改变和溶液中KW的变化正确的是( )
A.被促进 不变 B.被促进 变小
C.被抑制 不变 D.被抑制 变小
解析:NaOH溶于水电离出OH-,抑制了水的电离。水的离子积常数只与温度有关,所以KW不变。
答案:C
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3.下列叙述中正确的是( )
A.无论是纯水,还是酸性、碱性或中性稀溶液,在常温下,其c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14
B.c(H+)等于1.0×10-7 mol·L-1的溶液一定是中性溶液
C.0.2 mol·L-1 CH3COOH溶液中的c(H+)是0.1 mol·L-1 HCl溶液中的c(H+)的2倍
D.强电解质的水溶液中不存在分子
解析:常温下,c(H+)等于1.0×10-7 mol·L-1的溶液一定是中性溶液,B项未指明温度;0.2 mol·L-1 CH3COOH溶液中的c(H+)比0.1 mol·L-1 HCl溶液中的c(H+)的2倍要少,因为醋酸是弱酸,只有部分电离;强电解质的水溶液中存在水分子。
答案:A
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4.下列说法正确的是( )
A.强碱的水溶液中不存在H+
B.pH=0的溶液是酸性最强的溶液
C.在温度不变时,水溶液中的c(H+) 和c(OH-)不能同时增大
D.某温度下,纯水中c(H+)=2×10-7 mol·L-1,其呈酸性
解析:在酸性或碱性水溶液中均存在H+和OH-;pH=0的溶液中c(H+)=1.0 mol·L-1,并不是酸性最强的溶液,只是c(H+)>1.0 mol·L-1的溶液不再用pH表示酸性强弱;温度一定时,KW=c(H+)·c(OH-)是一个定值,故二者不能同时增大;纯水中,c(H+)=c(OH-),呈中性。
答案:C
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5.某温度下,纯水中c(H+)=2.0×10-7 mol·L-1,则此时c(OH-)= ;温度不变,向水中滴入盐酸使c(H+)=5.0 mol·L-1,则溶液中c(OH-)= 。
解析:纯水中c(H+)始终等于c(OH-),所以c(OH-)=2.0×10-7 mol·L-1,此温度下,KW=c(H+)·c(OH-)=4.0×10-14。向水中滴加盐酸,KW不变,
答案:2.0×10-7 mol·L-1 8.0×10-15 mol·L-1(共29张PPT)
第2课时 pH的计算
阅读思考
自主检测
任务、认真阅读教材第47页的内容,思考回答下列问题,自主学习pH的计算:
如何计算c(H+)分别为1.0×10-7 mol·L-1、1.0×10-5 mol·L-1、1.0×10-9 mol·L-1的中性溶液、酸性溶液和碱性溶液的pH
提示根据pH的定义进行计算:
c(H+)=1.0×10-7 mol·L-1的中性溶液,pH=-lg10-7=7.0
c(H+)=1.0×10-5 mol·L-1的酸性溶液,pH=-lg10-5=5.0
c(H+)=1.0×10-9 mol·L-1的碱性溶液,pH=-lg10-9=9.0
阅读思考
自主检测
1.在常温下,(1)c(H+)=1.0×10-3 mol·L-1的某溶液中,c(OH-)= 。pH为 。
(2)pH=4的盐酸中,c(H+)= ,c(H+)水= 。
答案:(1)1.0×10-11 mol·L-1 3
(2)1.0×10-4 mol·L-1 1.0×10-10 mol·L-1
2.常温下,计算下列溶液的pH。
(1)1.0×10-3 mol·L-1的盐酸的pH为 。
(2)5.0×10-4 mol·L-1的H2SO4溶液的pH为 。
(3)将8 g NaOH固体溶于水得到2 L溶液,其pH为 。
(4)a mol·L-1的Ba(OH)2溶液的pH为 。
答案:(1)3 (2)3 (3)13 (4)15-lg5+lga
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探究问题
现有如下几种溶液
1.浓度为0.001 mol·L-1的盐酸
2.浓度为0.001 mol·L-1的NaOH溶液
3.将pH=2和pH=6的两份H2SO4溶液等体积混合得混合液A
4.将pH=10和pH=12的两份NaOH溶液等体积混合得混合液B
5.将pH=2的H2SO4溶液和pH=12的NaOH溶液,按体积比1∶10混合得混合液C
6.将pH=2的H2SO4溶液和pH=12的NaOH溶液,按体积比10∶1混合得混合液D
如何计算上述盐酸、NaOH溶液以及A、B、C和D溶液的pH (计算时忽略溶液混合后体积的变化)
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提示若为酸溶液,则pH=-lgc(H+)。若为碱溶液,则先求c(OH-),
,pH=-lgc(H+)。若混合的两溶液同为碱溶液或酸溶液,则先求出混合液中的c(OH-)或c(H+),进而求pH;若酸溶液与碱溶液混合,则两者先发生中和反应,再计算剩余的c(OH-)或c(H+),进而求pH。
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酸碱等体积混合,酸与碱pH之和为14:
若为强酸与强碱,则pH=7;
若为强酸与弱碱,则pH>7;
若为弱酸与强碱,则pH<7。
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4.酸碱溶液稀释时pH的变化可用数轴表示
(1)强酸、弱酸溶液的稀释:
(2)强碱、弱碱溶液的稀释:
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考向一 不同浓度的相同溶质的溶液(强酸或强碱)混合后pH的计算
【例题1】 现有温度相同,pH=a和pH=b的两种NaOH溶液,已知b=a+2,将两种溶液等体积混合后,所得溶液的pH接近于( )
A.a-lg2 B.b-lg2 C.a+lg2 D.b+lg2
解析:pH=a的NaOH溶液,c(H+)=10-a mol·L-1,c(OH-)=10a-14 mol·L-1;pH=b的NaOH溶液,c(H+)=10-b mol·L-1,c(OH-)=10b-14 mol·L-1;而溶液等体积混合后:c(OH-)= 由于b=a+2,所以c(OH-)≈5×10b-15 mol·L-1;则c(H+)=2×10-b mol·L-1,所以pH=b-lg2,故答案选B。
答案:B
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规律方法点拨 不同浓度的同种溶质(强酸或强碱)的溶液等体积混合的pH速算技巧:
当不同浓度的强酸或强碱溶液等体积混合时,若pH之差≥2,则混合后溶液的pH的计算有如下口诀:
强酸强酸等体掺,小值加上0.3;
强碱强碱等体掺,大值减去0.3。
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成功体验1常温下,将pH为8的NaOH溶液与pH为10的NaOH溶液等体积混合后,溶液的氢离子浓度最接近于( )
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答案:A
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考向二 酸、碱溶液混合后pH的计算
【例题2】 在25 ℃时,有pH为x的盐酸和pH为y的NaOH溶液,取Vx L该盐酸与该NaOH溶液中和,需Vy L NaOH溶液(题中x≤6,y≥8)。问:
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规律方法点拨 酸碱发生中和反应后溶液pH的判断技巧:
(1)酸与碱的pH之和为14,等体积混合:
原因:酸和碱已电离的H+与OH-恰好中和,弱酸或弱碱过量,中和后还能继续电离。
(2)等体积强酸(pH1)和强碱(pH2)混合:
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成功体验2常温下,将0.1 mol·L-1氢氧化钠溶液与0.06 mol·L-1 H2SO4溶液等体积混合,该混合溶液的pH等于( )
A.1.7 B.2.0 C.12.0 D.12.4
解析:假设溶液体积均为1 L,n(H+)=0.12 mol、n(OH-)=0.1 mol,酸过量,反应后溶液中c(H+)=
答案:B
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考向三 酸性溶液或碱性溶液稀释后pH的计算及大小比较
【例题3】 常温下,pH=11的X、Y两种碱溶液各1 mL,分别稀释至100 mL,其pH与溶液体积(V)的关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.X、Y两种碱溶液中溶质的物质的量浓度一定相等
B.稀释后,X溶液的碱性比Y溶液的碱性强
C.分别完全中和X、Y这两种碱溶液时,消
耗同浓度盐酸的体积V(X)>V(Y)
D.若9重点难点探究
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解析:因为pH=11的X、Y两种碱溶液稀释到原溶液体积的100倍时,pH:Y>X,所以物质的量浓度:c(Y)>c(X),稀释后溶液碱性:Y>X,故A、B均错误;因为c(Y)>c(X)且V(Y)=V(X),故n(Y)>n(X),所以消耗同浓度的盐酸时,Y消耗的多,C错误;若9答案:D
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规律方法点拨 (1)酸碱溶液无限稀释。
pH只能无限接近于7,酸溶液pH不可能大于7,碱溶液pH不可能小于7。
(2)对于pH=a的强酸和弱酸溶液稀释。
每稀释到原溶液体积的10n倍,强酸的pH就增大n个单位,即pH=a+n(a+n<7),弱酸的pH范围是:a重点难点探究
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(3)对于pH=b的强碱和弱碱溶液稀释。
每稀释到原溶液体积的10n倍,强碱的pH减小n个单位,即pH=b-n(b-n>7),弱碱的pH范围是:b-n(4)对于物质的量浓度相同的强酸和弱酸稀释到原溶液体积的相同倍数。
强酸pH变化程度比弱酸大(强碱和弱碱类似)。
弱酸、弱碱在稀释过程中有浓度的变化,又有电离平衡的移动,不能求得具体数值,只能确定其pH范围。
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成功体验3将体积为10 mL、pH为3的乙酸和盐酸分别加水稀释至a mL和b mL,测得稀释后pH为5,则稀释后溶液的体积( )
A.a=b=100 mL B.a>b
C.a=b=1 000 mL D.a解析:稀释后,弱酸中n(H+)增加,强酸中n(H+)不变,要使稀释后两溶液中c(H+)仍相同,则需弱酸的体积大于强酸的,即a>b。
答案:B
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1.pH=2的盐酸与pH=6的盐酸等体积混合后,溶液的pH约为( )
A.2 B.2.3 C.1.7 D.5.7
答案:B
2.将pH=2的盐酸平均分为2份,一份加入适量水,另一份加入与该盐酸物质的量浓度相同的适量氢氧化钠溶液后,pH都升高了1,则加入的水与氢氧化钠溶液的体积比为( )
A.9∶1 B.10∶1C.11∶1 D.12∶1
解析:设每份盐酸的体积为1 L,将pH=2的盐酸加水,pH升高1,说明加入水的体积为原溶液的9倍;另一份加入与盐酸物质的量浓度相同的适量氢氧化钠后,pH升高1,可设加入氢氧化钠溶液的体积为x,则0.01 mol·L-1×1 L-0.01 mol·L-1×x=0.001 mol·L-1×(1+x),解得 所以加入的水与氢氧化钠溶液的体积比为11∶1。
答案:C
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3.25 ℃,若10体积的某强碱溶液与1体积的某强酸溶液混合后,溶液呈中性,则混合之前,该碱的pH与强酸的pH之间该满足的关系是 。
解析:由题意知,本题为酸、碱混合后完全中和,根据中和反应的实质可知,酸中n(H+)与碱中n(OH-)相等,故有c(H+)酸V(酸)=c(OH-)碱V(碱),由此关系列式可求得结果。
因为混合后溶液呈中性,所以c(H+)酸V(酸)=c(OH-)碱V(碱)
10-a×V=10-(14-b)×10V
10-a=10-(13-b)
解得a=13-b,a+b=13,即酸的pH与碱的pH之和为13。
答案:酸的pH与碱的pH之和为13
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4. (1)现有pH=2的稀盐酸100 mL,要使它的pH=3,如果加入蒸馏水,需加水 mL;如果加入pH=4的稀盐酸,需加入此稀盐酸 mL(假定溶液体积有加和性,下同)。
(2)将pH=8的NaOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合后,溶液的pH= 。
(3)将0.1 mol·L-1盐酸和0.06 mol·L-1氢氧化钡溶液等体积混合后,该混合溶液的pH= 。
(4)25 ℃时,pH=a的X体积的某强酸与pH=b的Y体积的某强碱混合后,溶液呈中性,已知a+b=15,则X∶Y= 。
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答案:(1)900 1 000 (2)10.7 (3)12 (4)10∶1(共45张PPT)
第3课时 pH的应用 酸碱中和滴定
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任务一、认真阅读教材第48页到第49页的内容,思考回答下列问题,自主学习酸碱中和滴定基本原理:
1.什么是酸碱中和滴定 常用的仪器是什么
提示酸碱中和滴定是利用中和反应,用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。
常用仪器:酸式滴定管、碱式滴定管和锥形瓶。
2.酸碱中和滴定时,滴定管、锥形瓶分别盛装什么溶液 酸碱指示剂滴在哪里
提示滴定管中装有已知物质的量浓度的酸(或碱)溶液,锥形瓶中盛放一定量未知浓度、待测定的碱(或酸)溶液。待测液中预先加有几滴酸碱指示剂。
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3.酸碱中和滴定中,常见的酸碱指示剂有哪些 如何用酸碱指示剂判断滴定终点 为什么可以用酸碱指示剂确定滴定终点
提示常用的酸碱指示剂:酚酞和甲基橙
当接近滴定终点(pH=7)时,很少量(0.04 mL,约一滴)的碱或酸就会引起溶液pH突变(如图所示)。此时指示剂明显的颜色变化表示反应已完全,即反应到达终点。
用0.100 0 mol·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol·L-1 HCl溶液过程中的pH变化
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任务二、认真阅读教材第50页到第52页的内容,思考回答下列问题,自主学习实验测定酸碱滴定曲线:
1.什么是酸碱滴定曲线 测定酸碱滴定曲线有何意义
提示酸碱滴定曲线是以酸碱中和滴定过程中滴加酸(或碱)的量为横坐标,以溶液pH为纵坐标绘出的一条溶液pH随酸(或碱)的滴加量而变化的曲线。它描述了酸碱中和滴定过程中溶液pH的变化情况,其中酸碱滴定终点附近的pH突变情况,对于酸碱滴定中如何选择合适的酸碱指示剂具有重要意义。
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2.使用滴定管进行实验时,一般包括哪些基本操作
提示①检查仪器:在使用滴定管前,首先要检查活塞是否漏水,在确保不漏水后方可使用。
②润洗仪器:在加入酸、碱反应液之前,洁净的酸式滴定管和碱式滴定管还要分别用所要盛装的酸、碱溶液润洗2~3遍。方法是:从滴定管上口加入3~5 mL所要盛装的酸或碱溶液,倾斜着转动滴定管,使液体润湿全部滴定管内壁。然后,一手控制活塞(酸式滴定管轻轻转动活塞;碱式滴定管轻轻挤压玻璃球),将液体从滴定管下部放入预置的烧杯中。
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③加入反应液:分别将酸、碱反应液加入到酸式滴定管、
碱式滴定管中,使液面位于滴定管刻度“0”以上2~3 mL处,并将滴定管垂直固定在滴定管夹上。
④调节起始读数:在滴定管下放一烧杯,调节活塞,使滴定管尖嘴部分充满反应液(如果滴定管内部有气泡,应快速放液以赶走气泡),并使液面处于某一刻度,准确读取读数并记录。
⑤放出反应液:根据实验需要从滴定管中逐滴放出一定量的液体。
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1.酸碱恰好完全中和时( )
A.酸与碱的物质的量一定相等
B.溶液呈现中性
C.酸与碱的物质的量浓度相等
D.酸所能提供的H+与碱所能提供的OH-的物质的量相等
答案:D
2.在25.00 mL的碱式滴定管中盛有溶液,液面恰好在20.00 mL刻度处,现将滴定管内溶液全部放出,流入量筒内,所得溶液的体积为( )
A.5.0 mL B.20.0 mL
C.大于5.0 mL D.小于5.0 mL
答案:C
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3.下列有关叙述中正确的是( )
A.滴定管下端连有橡皮管的为酸式滴定管
B.在滴定时,不能向锥形瓶内加入蒸馏水,否则会引起误差
C.滴定前应首先排除尖嘴部分的气泡
D.滴定过程中两眼应注视滴定管内液面的变化
答案:C
4.常温下,如图曲线a和b是盐酸与氢氧化钠相互滴定的滴定曲线,下列叙述正确的是( )
A.盐酸的物质的量浓度为1 mol·L-1
B.P点时恰好完全反应,溶液呈中性
C.曲线a是盐酸滴定氢氧化钠的滴定曲线
D.酚酞不能用作本实验的指示剂
答案:B
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探究问题
1.分析说明pH在生产、生活、医疗保健中有何应用
提示(1)因为人体各种体液都有一定的pH,检测血液的pH是诊断疾病的一个重要手段。
(2)使用护发素可以调节头发的pH使之达到适宜的酸碱度。
(3)可以通过检测土壤的pH,确定种植何种农作物。
2.酸碱中和滴定的实验原理是什么 实验过程中需要哪些仪器 如何判断盐酸与NaOH溶液是否反应完全
提示酸碱中和滴定的实验原理是利用中和反应,用已知浓度的酸(或碱)来滴定未知浓度的碱(或酸);实验过程中常用的仪器有酸式滴定管、碱式滴定管和锥形瓶;利用指示剂(甲基橙或酚酞)明显的颜色变化指示反应已完全。
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知识点拨
一、pH的应用
pH的测试和调控在工农业生产、科学实验和医疗保健等方面都具有重要意义。
在工业上,例如,氯碱工业生产中所用食盐水的pH要控制在12左右,以除去其中的Ca2+和Mg2+等杂质。
在无机盐生产中,为了除去所含的杂质如Fe3+,常把无机盐溶液的pH调到5左右,此时Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而分离除去,其他阳离子却留在溶液中。
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在农业上,土壤的pH关系到农作物的生长,各种作物的生长都对土壤的pH范围有一定的要求。
在医疗上,测定血液等的pH可以帮助诊断疾病。例如,人体内血液的pH一般在7.35~7.45范围内,如果超过这个范围,便属于病理现象。
在科学实验中,pH是影响某些反应过程的重要因素,因此测定和控制溶液的pH,就如控制温度和浓度等同样重要。
二、酸碱中和滴定
1.中和滴定的概念
是利用中和反应,用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。其中已知浓度的酸(或碱)溶液常称为标准液,未知浓度的碱(或酸)溶液常称为待测液。
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3.主要仪器及使用
酸碱中和滴定所用的主要仪器是锥形瓶和滴定管。
(1)滴定管分为两种:
①酸式滴定管:包括玻璃活塞、长玻璃管,可盛放酸性溶液、强氧化性溶液,不能盛放碱性溶液及氢氟酸。
②碱式滴定管:包括长玻璃管、橡皮管、玻璃球,可盛放碱性溶液。
滴定管的上端都标有规格大小、使用温度、0刻度,滴定管的精确读数为0.01 mL。
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(2)滴定管的使用方法:
①检查仪器:使用前先检查滴定管活塞是否漏水。
②润洗仪器:在加入溶液之前,洁净的滴定管要用所要盛装的溶液润洗2~3遍。
③加入溶液:分别将溶液加入到相应滴定管中,使液面位于滴定管0刻度线以上2~3 mL处。
④调节起始读数:在滴定管下放一烧杯,调节活塞,使滴定管尖嘴部分充满溶液,然后调节滴定管液面使其处于某一刻度。准确读取数值并记录。
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4.滴定过程中的pH变化及终点判断
酸碱滴定过程中,溶液的pH发生了很大的变化。若用标准的强酸溶液滴定未知浓度的强碱溶液,则反应开始时溶液的pH很大,随着强酸的滴入,溶液的pH逐渐减小;当二者恰好中和时,溶液的pH=7;当酸过量一滴时,溶液立即变为酸性。若用强碱滴定强酸则恰恰相反。
根据滴定过程中的pH变化及酸碱指示剂在酸性或碱性溶液中的颜色变化,只要选择合适的指示剂(滴定终点尽可能与变色范围一致),即可准确判断中和反应是否恰好进行。在实验室里选用的指示剂一般为甲基橙或酚酞。
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5.中和滴定的操作过程
(1)准备过程:滴定管:检漏→水洗→润洗→注液→赶气泡→调液面→初始读数。
锥形瓶:水洗→装液→滴指示剂。
(2)滴定操作:移取待测溶液,加指示剂2~3滴,滴定,判断终点,读数,重复实验,计算。
说明:操作时左手握住活塞,右手摇动锥形瓶,眼睛注视锥形瓶中溶液颜色的变化。滴速:先快后慢,当接近终点时,应一滴一摇。
6.实验数据处理
实验中取2~3次消耗标准液体积的平均值。
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考向一 pH的应用
【例题1】 腐蚀铜板后的混合溶液中,若Cu2+、 Fe3+和Fe2+的浓度均为0.10 mol·L-1,请参照下表给出的数据和药品,简述除去CuCl2溶液中Fe3+ 和Fe2+的实验步骤: 。
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解析:除杂时,要把杂质全部除去,又不能引入新的杂质。根据题目所给的物质沉淀时的pH可知:Fe3+的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是1.9~3.2,Fe2+的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是7.0~9.0,Cu2+的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是4.7~6.7。要想使溶液中的Fe2+沉淀完全,需要调解到pH=9.0,而此时Cu2+早已经沉淀完全,达不到提纯的目的,因此,若要除去CuCl2溶液中的Fe3+、Fe2+,需要将Fe2+全部转化为Fe3+,首先采取的措施是向溶液中通入过量的氯气;为了不引入其他杂质,可以向溶液中加入CuO调节溶液的pH范围在3.2~4.7之间,此时Fe3+完全沉淀;最后过滤、洗涤,即可得到纯净的氯化铜溶液。
答案:①通入足量氯气将Fe2+氧化成Fe3+;②加入CuO调节溶液的pH至3.2~4.7
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规律方法点拨 调控溶液的pH选择试剂时,一般既要考虑满足pH变化的要求,还要考虑过量试剂是否会引入新的杂质,所以一些难溶性的试剂往往成为首选。
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成功体验1碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以β-锂辉石(主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2)为原料制备Li2CO3的工艺流程如下:
已知:Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4;Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303 K下的溶解度分别为34.2 g、12.7 g和1.3 g。
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(1)步骤Ⅰ中,酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、 ,另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质,需在搅拌下加入 (填“石灰石”“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的pH到6.0~6.5,沉淀除去 (填杂质离子),分离得到浸出液,然后继续处理浸出液得到Li2CO3。
(2)步骤Ⅱ中,将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中,可除去的杂质金属离子有 。
答案:(1)石灰石 Fe3+、Al3+ (2)Fe2+、Mg2+、Ca2+
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考向二 酸碱中和滴定的原理与步骤
【例题2】 阅读下列实验内容,根据题目要求回答问题。
某学生为测定未知浓度的硫酸溶液,实验如下:用1.00 mL待测硫酸配制100 mL稀硫酸;以0.14 mol·L-1的NaOH溶液滴定上述稀硫酸25.00 mL,滴定终止时消耗NaOH溶液15.00 mL。
(1)该学生用标准0.14 mol·L-1NaOH溶液滴定稀硫酸的实验操作如下:
A.用酸式滴定管取稀硫酸25.00 mL,注入锥形瓶中,加入指示剂
B.用待测液润洗酸式滴定管
C.用蒸馏水洗干净滴定管
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D.取下碱式滴定管用标准NaOH溶液润洗后,将标准液注入碱式滴定管“0”刻度以上2~3 mL处,再把碱式滴定管固定好,调节液面至刻度“0”或“0”刻度以下
E.检查滴定管是否漏水
F.另取锥形瓶,再重复操作一次
G.把锥形瓶放在滴定管下面,瓶下垫一张白纸,边滴边摇动锥形瓶直至滴定终点,记下滴定管液面所在刻度
①滴定操作的正确顺序是 (用序号填写);
②该滴定操作中应选用的指示剂是 ;
③在G操作中判断确定终点的方法是 。
(2)如有1 mol·L-1和0.1 mol·L-1的NaOH溶液,应用 mol·L-1的NaOH溶液,原因是 。
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解析:(1)中和滴定的步骤为检漏→洗涤→润洗→加液→滴定,故顺序为ECDBAGF;指示剂可以使用酚酞;达到滴定终点时,滴入最后一滴,溶液由无色变为浅红色(或粉红色),且半分钟不褪色。(2)进行滴定时,所用标准溶液浓度越稀,误差就越小,故选用0.1 mol·L-1氢氧化钠溶液。
答案:(1)ECDBAGF ②酚酞 ③滴入最后一滴,溶液由无色变为浅红色(或粉红色),且半分钟不褪色
(2)0.1 溶液浓度越稀,误差就越小
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规律方法点拨 (1)中和滴定通过溶液颜色变化来判定终点,主要用来测定消耗标准液的体积,根据公式 计算。
(2)“二管二洗”——酸式滴定管、碱式滴定管先用蒸馏水洗,再用待盛液润洗;“一瓶一洗”——锥形瓶只用蒸馏水洗。
(3)在中和滴定实验中,已知浓度的标准溶液是放在锥形瓶中还是滴定管中是人为规定的,只要指示剂和滴定管能够和实验要求相符合(指示剂变色范围在终点pH突变范围之内,滴定管不过大或过小)即可。当然,一般情况下,待测液和指示剂放在锥形瓶中,标准溶液放在滴定管中。
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成功体验2用物质的量浓度为a mol·L-1的标准NaOH溶液去滴定V mL盐酸,请填写下列空白:
(1)碱式滴定管用蒸馏水洗净后,接下来应该进行的操作是 。
(2)用标准NaOH溶液滴定时,应将标准NaOH溶液注入 (填“甲”或“乙”)中。
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(3)如图是碱式滴定管中液面在滴定前后的读数,c(HCl)= mol·L-1。
(4)取20.00 mL待测盐酸放入锥形瓶中,并滴加2~3滴酚酞做指示剂,用自己配制的标准NaOH溶液进行滴定。重复上述滴定操作2~3次,记录数据如下。
①滴定达到终点的标志是 。
②根据上述数据,可计算出该盐酸的浓度约为 (保留两位有效数字)。
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解析:滴定管用蒸馏水洗净后应用待装液润洗;计算时应取几次滴定的平均值。
(4)①溶液由无色恰好变成浅红色,且半分钟内不褪色
②0.11 mol·L-1
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考向三 酸碱中和滴定的误差分析
【例题3】 下列实验操作不会引起误差的是( )
A.酸碱中和滴定时,用待测液润洗锥形瓶
B.酸碱中和滴定时,用冲洗干净的滴定管盛装标准溶液
C.用NaOH标准溶液测定未知浓度的盐酸时,选用酚酞做指示剂,实验时不小心多加了几滴指示剂
D.用标准盐酸测定未知浓度NaOH溶液结束实验时,酸式滴定管尖嘴部分有气泡,开始实验时无气泡
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解析:A项,锥形瓶一定不要用待测液润洗,否则使待测液的量偏大,消耗标准液的体积偏大,从而使所测浓度偏大。B项,冲洗干净的滴定管无论是盛装标准溶液,还是量取待测溶液,都必须用待装溶液润洗2~3次,否则会使标准溶液或待测溶液比原来溶液的浓度偏小,影响结果。C项,在滴定过程中,指示剂略多加了几滴,一般不影响实验结果,因为指示剂不会改变反应过程中酸和碱的物质的量。D项,开始实验时酸式滴定管中无气泡,结束实验时有气泡,会导致所读取的V(HCl)偏小,依据V(HCl)·c(HCl)=V(NaOH)·c(NaOH),所测的c(NaOH)偏小。
答案:C
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规律方法点拨 中和滴定的误差分析:
(K是与酸碱元数有关的常数,一元酸与一元碱中和时K=1)进行中和滴定的误差分析是最基本的方法,使用中应注意由于操作的失误导致公式中的某些数据发生变化,从而导致最终结果出现误差。如配制标准液,由于溶质的损失,使标准液浓度偏低,进而滴定时,使标准液的体积偏大,使测量的待测液的浓度偏大。
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(2)以标准酸溶液滴定未知浓度的碱(酚酞作指示剂)为例,常见的因操作不正确而引起的误差有:
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注意:在进行误差分析时,要特别注意俯视(视线偏高)及仰视(视线偏低)的含义,并会区分俯视、仰视对量筒、滴定管产生误差的不同(如图)。
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成功体验3用标准NaOH溶液滴定待测盐酸的下列操作中,会使测定结果偏高的是( )
A.碱式滴定管用蒸馏水洗净后,未经标准液润洗就注入标准NaOH溶液
B.用酸式滴定管取待测液前,尖嘴部分有气泡,使用过程中变无
C.锥形瓶中有少量蒸馏水
D.滴定前,读碱液体积时,仰视读数
解析:c(NaOH)标准·V(NaOH)标准=c(HCl)待测·V(HCl)待测,A项未润洗,会使V(NaOH)增大,使c(HCl)偏高;B项气泡体积充当了盐酸的体积,会使V(HCl)偏小,消耗V(NaOH)减少,c(HCl)偏低;锥形瓶中有少量水对测定结果无影响;D项滴定前仰视,会使V(NaOH)偏小,使测得c(HCl)偏低。
答案:A
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1.准确量取25.00 mL KMnO4溶液,可选用的仪器是 ( )
A.50 mL量筒
B.10 mL量筒
C.50 mL酸式滴定管
D.50 mL碱式滴定管
解析:由于量的体积精确度为0.01 mL,故应选用滴定管,而KMnO4等强氧化剂易腐蚀碱式滴定管的橡皮管而只能盛装在酸式滴定管中。
答案:C
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2.下列有关叙述中正确的是( )
A.滴定管下端连有橡皮管的为酸式滴定管
B.在滴定时,左手操作锥形瓶,右手操作滴定管
C.滴定前应首先排出尖嘴部分的气泡
D.滴定过程中眼睛应注视滴定管内液面的变化
解析:A是碱式滴定管,B右手操作锥形瓶,D眼睛应注视锥形瓶内颜色变化。
答案:C
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3.向盛有10 mL NaOH溶液的烧杯中逐滴滴加稀盐酸,下列图像能够体现溶液的pH变化情况的是( )
解析:原溶液为NaOH溶液,pH>7,A、B错误,当向其中逐滴加入盐酸时,pH会减小,当接近中和反应终点时,pH突变,而后pH不断减小并趋于不变。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
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4.用标准NaOH溶液滴定盐酸时,若配制标准溶液称取的NaOH固体中含有下列杂质时,会引起滴定结果偏低的是( )
A.NaCl B.Na2O C.Na2CO3 D.NaHCO3
解析:若含NaCl,因NaCl不会消耗盐酸,所配NaOH浓度变小,滴定同样量的盐酸消耗的标准溶液要多,导致结果偏高。B、C、D均是耗盐酸的,每消耗1 mol HCl时,需要31 g Na2O,或53 g Na2CO3,或84 g NaHCO3,或40 g NaOH。如果NaOH固体内含Na2O,则配得的标准溶液实际耗酸能力强于纯NaOH溶液,只需较少的标准溶液就可把同样多的酸中和,结果偏低。如果含Na2CO3或NaHCO3,则标准溶液的耗酸能力降低,消耗标准溶液体积增大,使结果偏高。
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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5.某同学欲用已知物质的量浓度为0.100 0 mol·L-1的盐酸测定未知物质的量浓度的氢氧化钠溶液时,选择酚酞作指示剂。请填写下列空白:
(1)用标准的盐酸滴定待测的氢氧化钠溶液时,左手把握酸式滴定管的活塞,右手摇动锥形瓶,眼睛注视 。直到因加入一滴盐酸,溶液的颜色由 色变为 色,半分钟不恢复原色,立即停止滴定。
重点难点探究
重要考向探究
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(2)下列操作中可能使所测氢氧化钠溶液的浓度数值偏低的是 (填序号)。
A.酸式滴定管未用标准盐酸润洗就直接注入标准盐酸
B.滴定前盛放氢氧化钠溶液的锥形瓶用蒸馏水洗净后没有干燥
C.酸式滴定管在滴定前有气泡,滴定后气泡消失
D.读取盐酸体积时,开始仰视读数,滴定结束时俯视读数
E.滴定过程中,锥形瓶的振荡过于激烈,使少量溶液溅出
(3)若第一次滴定开始和结束时,酸式滴定管中的液面如下图所示。则起始读数为V1= mL,终点读数V2= mL。
重点难点探究
重要考向探究
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(4)再结合下表数据,计算被测氢氧化钠溶液的物质的量浓度是 mol·L-1。
重点难点探究
重要考向探究
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答案:(1)锥形瓶内溶液颜色的变化 红 无 (2)DE
(3)9.00 26.12 (4)0.171 1(共32张PPT)
第三节 盐类的水解
第1课时 盐类的水解
阅读思考
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任务一、认真阅读教材第54页的内容,思考回答下列问题,自主学习盐溶液的酸碱性:
1.Na2CO3为什么俗称纯碱 有何用途
提示碳酸钠溶液显碱性,所以俗称纯碱,可用于油污清洗和面食制作。
2.盐溶液都显中性吗 什么样的盐溶液显中性 什么样的盐溶液显酸性 什么样的盐溶液显碱性 请结合盐的分类加以说明。
提示盐溶液并不都显中性。强酸强碱盐溶液显中性,强酸弱碱盐溶液显酸性,强碱弱酸盐溶液显碱性。
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第54页到55页的内容,思考回答下列问题,自主学习盐溶液呈现不同酸碱性的原因:
我们知道溶液呈酸、碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小。那么是什么原因造成不同类型的盐溶液中c(H+)或c(OH-)的差异呢
提示强酸弱碱盐和强碱弱酸盐溶于水时,由于其电离出的阳离子、阴离子可分别与水电离出的OH-或H+生成弱电解质——弱碱或弱酸,使得溶液中c(H+)≠c(OH-),因而这两类盐溶液呈现酸性或碱性。
强酸强碱盐溶于水,电离出的阴、阳离子都不能与水电离出的H+或OH-生成弱电解质,也就是说强酸强碱盐不发生水解,溶液中c(H+)=c(OH-)。
阅读思考
自主检测
1.下列说法正确的是( )
A.盐溶液都是中性的
B.盐溶液的酸碱性与盐的类型无关
C.NaHCO3溶液显酸性
D.Na2CO3溶液显碱性,是因为溶液中c(OH-)>c(H+)
答案:D
2.下列关于盐类水解反应说法中正确的是( )
A.任何盐都可发生水解反应
B.盐只能发生水解反应,不能发生其他反应
C.盐发生水解反应肯定能破坏水的电离平衡且促进水的电离
D.盐的水溶液为中性时,则盐一定不发生水解反应
答案:C
阅读思考
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3.下列微粒在常温下发生水解时,对应的离子方程式正确的是( )
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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探究问题
CH3COONa溶液为什么显碱性 NH4Cl溶液为什么显酸性 NaCl溶液为什么呈中性呢
提示盐电离产生的弱酸阴离子或弱碱阳离子,与水电离出来的H+或OH-结合生成弱电解质(弱酸或弱碱),促进水的电离,从而使溶液中的c(H+)和c(OH-)不相等,盐溶液呈一定的酸碱性。比较如下:
重点难点探究
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重点难点探究
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知识点拨
一、盐类的水解规律
1.无弱(弱离子:弱酸提供的阴离子或弱碱提供的阳离子)不水解、有弱才水解——判断某种盐是否水解。
2.谁弱谁水解、都弱都水解——判断盐溶液中哪种微粒水解,据此书写水解的离子方程式。
3.谁强(强离子:强酸提供的阴离子或强碱提供的阳离子)显谁性、同强(都为强离子或同为弱离子但弱的程度相同)显中性——判断某种盐溶液的酸碱性。
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二、酸式盐溶液酸碱性的判断
酸式盐的水溶液显什么性,这要看该盐的组成微粒的实际表现。如果不考虑阳离子水解的因素,单纯考虑酸式酸根离子,即讨论强碱的酸式弱酸盐,那么酸式酸根离子在水溶液中既可以电离也可以水解。
1.强酸的酸式盐只电离,不水解,溶液一定显酸性。如NaHSO4溶液:
2.弱酸的酸式盐溶液的酸碱性,取决于酸式酸根离子的电离程度和水解程度的相对大小。
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考向一 盐类水解的原理
【例题1】 向水中加入下列物质,能使水的电离程度增大的是( )
A.NaCl B.NH4Cl
C.HCl D.Na2O
解析:NaCl对水的电离无影响,HCl抑制H2O的电离,Na2O与H2O反应生成NaOH抑制H2O的电离,NH4Cl水解能促进H2O的电离。
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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【例题2】 下列有关盐类水解的说法不正确的是( )
A.盐类的水解过程破坏了纯水的电离平衡
B.盐类的水解是酸碱中和反应的逆反应
C.盐类水解的结果使溶液不一定显中性
D.Na2CO3溶液中c(Na+)是c( )的2倍
答案:D
重点难点探究
重要考向探究
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【例题3】 温度相同、浓度均为0.2 mol·L-1的
①(NH4)2SO4、②NaNO3、③NH4HSO4、④NH4NO3、
⑤Na2CO3、⑥CH3COONa溶液,它们的pH由小到大的排列顺序为( )
A.③①④②⑥⑤ B.①③⑥④②⑤
C.③②①⑥④⑤ D.②④①③⑤⑥
解析:六种溶液中,①④水解显酸性,pH<7;③电离出H+,显强酸性,pH<7;②不水解,pH=7;⑤⑥水解显碱性,pH>7。①④相比,①中c( )大,水解生成的c(H+)大,pH较小。①③相比,后者电离出的c(H+)比前者水解出的c(H+)大,pH较小。⑤⑥相比,H2CO3酸性比醋酸弱,其正盐水解生成的c(OH-)大,pH较大。综合以上可得pH由小到大的顺序为③①④②⑥⑤,A正确。
答案:A
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【例题4】 NaHCO3溶液显碱性。原因是 。(用离子方程式和必要的文字说明)
规律方法点拨 盐溶液酸碱性的规律:“阳”酸、“阴”碱
含义:若盐的阳离子水解,则溶液呈酸性;若盐的阴离子水解,则溶液呈碱性。
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成功体验1下列离子中不会破坏水的电离平衡的是( )
A.ClO- B.Cu2+ C.OH- D.K+
解析:ClO-、Cu2+因水解而促进水的电离,OH-抑制水的电离,因此均破坏水的电离平衡,而K+与H2O、H+、OH-均不反应,因此对水的电离平衡无影响。
答案:D
成功体验2下列关于盐类水解的叙述中,错误的是( )
A.盐类水解是中和反应的逆反应
B.盐类水解过程是吸热过程
C.酸式盐的水溶液一定显酸性
D.盐溶液的酸碱性主要取决于形成盐的酸和碱的相对强弱
解析:NaHCO3是酸式盐,但其水溶液显碱性。
答案:C
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成功体验3物质的量浓度相同的下列溶液中,符合按pH由小到大的顺序排列的是( )
A.Na2CO3、NaHCO3、NaCl、NH4Cl
B.Na2CO3、NaHCO3、NH4Cl、NaCl
C.(NH4)2SO4、NH4Cl、NaNO3、Na2S
D.NH4Cl、(NH4)2SO4、Na2S、NaNO3
解析:本题主要利用盐类水解的原理判断盐溶液酸碱性的强弱。(NH4)2SO4、NH4Cl溶液因 水解而呈酸性,因(NH4)2SO4中的
浓度大于NH4Cl溶液中的 浓度,故前者pH较小;NaNO3溶液呈中性(pH=7);Na2S溶液因S2-水解而使溶液呈碱性(pH>7),选C。
答案:C
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成功体验4NaHSO3溶液显酸性。原因是 。(用离子方程式和必要的文字说明)
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考向二 水解离子方程式的书写
【例题5】 下列物质在常温下发生水解时,对应的离子方程式正确的是( )
答案:B
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成功体验5下列各方程式中,属于水解反应的是 ( )
解析:A项,CO2与水化合生成弱电解质H2CO3,不属于水解反应;B项,HS-与OH-发生反应生成S2-和H2O,为酸碱中和反应;C项是HS-的电离而不是水解。
答案:D
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成功体验6下列水解离子方程式正确的是 (填序号)。
答案:DF
重点难点探究
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1.下列关于盐溶液呈酸碱性的说法错误的是( )
A.盐溶液呈酸碱性的原因是破坏了水的电离平衡
B.NH4Cl溶液呈酸性是由于溶液中c(H+)>c(OH-)
C.在CH3COONa溶液中,由水电离的c(OH-)≠c(H+)
D.水电离出的H+(或OH-)与盐中的弱酸根离子(或弱碱阳离子)结合,造成盐溶液呈碱(或酸)性
重点难点探究
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解析:盐溶液呈酸碱性的原因,就是破坏了水的电离平衡,使溶液中c(H+)≠c(OH-),故A对;溶液显酸性则一定有c(H+)>c(OH-),故B对;根据水的电离方程式:H2O H++OH-,水在任何溶液中电离出的c(OH-) =c(H+),但在CH3COONa溶液,由于生成了弱电解质CH3COOH,使得c(OH-) >c(H+),故显碱性,所以C项说法错误;水电离出的H+和OH-与盐中弱酸阴离子或弱碱阳离子结合生成弱电解质,正是造成盐溶液呈酸碱性的原因,所以D对。
答案:C
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2.0.1 mol·L-1的下列物质的水溶液,只存在一种分子的是( )
A.NaF B.NH4Cl C.HClO D.HNO3
解析:F-、 会发生水解生成HF分子、NH3·H2O分子。HClO是弱电解质,在溶液中部分电离。HNO3是强电解质,其溶液中的分子只有H2O一种。
答案:D
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3.有四种物质的量浓度相同且由+1价阳离子A+、B+和-1价阴离子X-、Y-组成的盐溶液。据测定,常温下AX溶液和BY溶液的pH都为7,AY溶液的pH>7,BX溶液的pH<7。据此推断,可能不水解的盐是( )
A.AX B.BX C.AY D.BY
解析:常温时,AX溶液和BY溶液的pH都为7,说明形成BY和AX的酸碱的强弱相当,可能是强酸强碱,也可能是强弱相当的弱酸弱碱。AY溶液的pH>7,则说明Y-所对应的酸一定是弱酸,BX溶液的pH<7 ,则说明B+所对应的碱一定是弱碱,X-和A+所对应的酸和碱应是相对较强的,它们所形成的盐AX有可能不发生水解。
答案:A
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4.常温下,在pH都等于9的NaOH和CH3COONa两种溶液中,设由水电离产生的OH-浓度分别为a mol·L-1与b mol·L-1,则a和b关系为( )
A.a>b B.a=10-4b
C.b=10-4a D.a=b
解析:NaOH抑制水的电离,所以由水电离出的c(OH-)等于溶液中的c(H+)等于10-9 mol·L-1。CH3COONa水解,促进了水的电离,所以由水电离出的c(OH-)=(10-14÷10-9)mol·L-1=10-5 mol·L-1,
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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5. (1)25 ℃时,pH=12.0的KOH溶液中,由水电离出来的c(OH-)= mol·L-1;pH=12.0的KCN溶液中,由水电离出来的c(OH-)= mol·L-1。
(2)在25 ℃时,pH=4的HCl溶液和pH=4的NH4Cl溶液中c(OH-)各为多少 在上述两溶液中,NH4Cl溶液中由水电离的c(OH-)是HCl溶液中的多少倍
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:(1)25 ℃时,pH=12.0的KOH溶液中,由水电离出的c(OH-)等于由水电离出来的c(H+),c(OH-)=10-12 mol·L-1;pH=12.0的KCN溶液中,由水电离出来的c(OH-)就是溶液中的c(OH-),所以c(OH-)=10-2 mol·L-1。
(2)在25 ℃时,pH=4的HCl溶液和pH=4的NH4Cl溶液中c(OH-)均为1×10-10 mol·L-1;在上述两溶液中,NH4Cl溶液中由水电离出的c(OH-)是HCl溶液中由水电离出的c(OH-)的
答案:(1)10-12 10-2
(2)两溶液中c(OH-)均为1×10-10 mol·L-1
1×106倍(共50张PPT)
第2课时 影响盐类水解的主要因素和盐类水解反应的利用
阅读思考
自主检测
任务一、认真阅读教材第56页到第57页的内容,自主学习影响盐类水解的主要因素:
1.研究化学反应时,一般从哪两个方面考虑
提示研究化学反应时,可以从两方面考虑,一是反应物本身的性质,二是反应条件。
阅读思考
自主检测
2.影响盐类水解的因素有哪些
提示从反应物考虑,盐类水解反应的发生是由于其能与水作用生成弱电解质(弱酸或弱碱),如果生成弱电解质的倾向越大,对水电离平衡的影响越大,溶液中c(H+)和c(OH-)的差别就越大,即水解的程度越大。以生成弱酸为例:
阅读思考
自主检测
也就是说生成盐的弱酸(或弱碱)越弱,即越难电离,该盐的水解程度越大。
从反应条件考虑,水解反应是可逆反应,影响水解程度的因素可以从引起水解平衡的因素分析、寻找。
任务二、认真阅读教材第57页到第58页的内容,自主学习盐类水解反应的利用:
1.为什么加热可以增强纯碱溶液的去污能力
提示纯碱溶液清洗油污时,加热可以增强其去污力的原因,在于升温可以促进碳酸钠的水解,使溶液中c(OH-)增大。
2.配制FeCl3溶液时为什么要加入少量盐酸
提示配制FeCl3水溶液时,加入少量的盐酸,是为了抑制水解以防止溶液浑浊。
阅读思考
自主检测
3.铝盐和铁盐为什么可以用于净水
提示部分盐在水解时,可生成难溶于水的氢氧化物,当生成的氢氧化物呈胶体状态且无毒时,可用作净水剂,例如铝盐、铁盐。
4.用TiCl4制备TiO2的原理是什么
提示用TiCl4制备TiO2的反应可表示如下:
制备时加入大量的水,同时加热,促进水解趋于完全,所得TiO2·xH2O经焙烧得TiO2。
阅读思考
自主检测
1.下列过程或现象与盐类水解无关的是( )
A.纯碱溶液去油污
B.小苏打溶液与AlCl3溶液混合产生气体和沉淀
C.加热稀醋酸溶液其pH稍有减小
D.硫化钠溶液显碱性
答案:C
2.下列说法中正确的是( )
A.配制FeCl3溶液时,将FeCl3固体溶解在稀硫酸中,然后再用水稀释到所需要的浓度
B.加热蒸干Na2CO3溶液可得到Na2CO3固体
C.Na2CO3溶液可以保存在带磨口塞的玻璃瓶中
D.泡沫灭火器中使用的原料是碳酸钠溶液和硫酸铝固体
答案:B
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探究问题
1.从反应物性质考虑,FeCl3是否易发生水解 水解的生成物是什么 写出其水解反应的离子方程式。
提示从反应物性质考虑,FeCl3中含有Fe3+易发生水解。水解的生成物是Fe(OH)3。其水解反应的离子方程式为Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+。
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2.应用平衡移动原理,以FeCl3水解为例,分析外界条件对盐类水解的影响。
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提示
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知识点拨
一、影响盐类水解的主要因素
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说明:(1)内因:主要因素是盐本身的性质,组成盐的酸根对应的酸越弱或阳离子对应的碱越弱,水解程度就越大(越弱越水解)。例如,酸性:HFCH3COONa。
(2)外因:①温度:水解是吸热过程,故升高温度,水解程度增大,反之,则减小。②浓度:增大盐溶液的浓度,水解平衡向右移动,但水解程度减小;加水稀释可以促进水解,使平衡右移,水解程度增大。③酸、碱性:向盐溶液中加入H+,可以促进阴离子的水解,抑制阳离子的水解;向盐溶液中加入OH-,可以促进阳离子的水解,抑制阴离子的水解。④加入相互促进水解的离子,两种离子的水解程度均增大。
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(3)加水稀释能水解的盐溶液,所有溶质粒子浓度都减小,相对的c(H+)或c(OH-)增大。
如加水稀释CH3COONa溶液,c(CH3COO-)、c(CH3COOH)、c(OH-)均减小,但由于温度不变,KW不变,所以c(H+)增大,即水解显碱性的盐,加水稀释时,c(H+)增大;水解显酸性的盐,加水稀释时,c(OH-)增大。
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二、盐类水解反应在生产、生活中的应用
1.用热纯碱溶液去污
加热可促进Na2CO3的水解,使溶液中c(OH-)增大,去污能力增强。
2.配制易水解的盐溶液
如配制FeCl3水溶液时,加入少量的盐酸,以防止溶液浑浊。
3.用盐作净水剂
如铝盐、铁盐溶于水时,水解生成氢氧化物胶体,可以净水。
4.制备胶体
向沸水中滴加FeCl3饱和溶液,并加热至沸腾以增大Fe3+的水解程度,从而制备Fe(OH)3胶体。
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5.泡沫灭火器灭火原理
Al2(SO4)3溶液与小苏打溶液发生相互促进的水解反应,产生CO2气体和Al(OH)3沉淀,将燃烧物质与空气隔离开来。
6.制备无机化合物
如用TiCl4制备TiO2,其反应的方程式为TiCl4+(x+2)H2O(过量) TiO2·xH2O↓+4HCl。
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考向一 盐类水解的影响因素
【例题1】 向纯碱溶液中滴入酚酞溶液。
(1)观察到的现象是 ,
原因是 ;
(2)若微热溶液,观察到的现象是 ,原因是 ;
(3)若向溶液中加入少量氯化铁溶液,观察到的现象是 ,
原因是 ;
(4)若再向该溶液中滴入过量的氯化钡溶液,观察到的现象是 ,原因是 。
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解析:碳酸钠属于弱酸强碱盐,水解呈碱性:Na2CO3+H2O NaOH+NaHCO3,水解反应是吸热反应。
(1)碳酸钠水解,溶液呈碱性,碱使酚酞溶液变红;
(2)加热促进碳酸钠水解,溶液碱性更强,所以溶液颜色变深;
(3)氯化铁溶液与OH-反应生成红褐色的氢氧化铁沉淀,减小了溶液中OH-的浓度,促进碳酸根离子水解,并产生二氧化碳,相当于发生相互促进的水解反应;
(4)向溶液中加入过量的氯化钡溶液,生成碳酸钡沉淀,降低了溶液中 的浓度,减弱了碳酸根离子的水解程度,溶液碱性减弱直至消失,溶液褪色。
重点难点探究
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答案:(1)溶液变红 碳酸根离子水解:
(2)红色变深 加热,碳酸根离子水解平衡向生成OH-的方向移动,溶液碱性增强
(3)溶液红色变浅,同时生成红褐色沉淀,有气泡产生 氯化铁溶液与OH-反应生成红褐色氢氧化铁沉淀,溶液中OH-浓度减小,促进碳酸钠水解,并产生二氧化碳
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答案:B
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规律方法点拨 盐类水解的影响因素:
若以CH3COONa溶液的水解平衡为例:CH3COO-+H2O CH3COOH+OH-则结果如下:
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成功体验1对滴有酚酞溶液的下列溶液,操作后颜色变深的是( )
A.明矾溶液加热
B.CH3COONa溶液加热
C.氨水中加入少量NH4Cl固体
D.小苏打溶液中加入少量NaCl固体
解析:明矾水解显酸性,加热促进水解,酚酞在酸性溶液中不显色,故A项错误;CH3COONa水解显碱性,加热促进水解,c(OH-)增大,溶液红色加深,B项正确;氨水显弱碱性,NH4Cl水解显酸性,溶液中c(OH-)减小,红色变浅,C项错误;加入少量NaCl固体对NaHCO3水解不产生影响,溶液颜色无变化,D项错误。
答案:B
重点难点探究
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考向二 盐类水解的应用
题型一 配制盐溶液
【例题3】 在氯化铁溶液中存在下列水解平衡:FeCl3+3H2O Fe(OH)3+3HCl ΔH>0。
回答下列问题:
(1)加热FeCl3溶液,溶液的颜色会不断加深,得到一种红褐色透明液体,向这种液体中加入MgCl2溶液,产生的现象为 。
(2)在配制FeCl3溶液时,为防止浑浊,应加入 。
(3)为了除去MgCl2酸性溶液中的Fe3+,可在加热搅拌的条件下加入MgCO3固体,过滤后再加入足量盐酸。MgCO3固体能除去Fe3+的原因是 。
重点难点探究
重要考向探究
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解析:(1)加热FeCl3溶液得到Fe(OH)3胶体,加入电解质MgCl2使胶体聚沉而得到红褐色沉淀。(2)为防止浑浊,应加入盐酸抑制FeCl3水解。(3) 与Fe3+发生相互促进的水解反应,生成的Fe(OH)3过滤除去。
答案:(1)生成红褐色沉淀 (2)少许盐酸 (3)MgCO3能与H+反应,促进了Fe3+的水解,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而被除去
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
规律方法点拨 盐类水解的应用:
(1)设计物质水溶液的配制方法。
凡配制能水解的盐溶液时,通常需采取防水解措施。
①配制强酸弱碱盐溶液:滴几滴相应的强酸,可使水解平衡向左移动,抑制弱碱阳离子的水解。如配制FeCl3的水溶液:FeCl3溶于水时发生水解反应 ,因有Fe(OH)3的生成而使溶液变浑浊,通常先将FeCl3溶于稀盐酸中,抑制Fe3+ 的水解,使溶液保持澄清,再加水稀释至所需浓度。
②配制强碱弱酸盐溶液:应加入少量强碱,抑制弱酸根离子水解。如配制硫化钠的水溶液时,应先滴入几滴氢氧化钠溶液,再加水稀释至所需浓度。
重点难点探究
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(2)选择试剂的保存方法。
某些实验试剂贮存时要考虑到盐的水解。如Na2SO3溶液因水解使溶液呈碱性,OH-与玻璃的主要成分SiO2反应生成硅酸盐,使试剂瓶颈与瓶塞黏结,因而不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶贮存,可用带橡胶塞或软木塞的试剂瓶保存。
(3)解决离子能否大量共存问题。
在水溶液中水解相互促进的离子:
①若相互促进程度较小,则可以大量共存,如 和CH3COO-、
等;
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成功体验2普通泡沫灭火器是常用的灭火器材,内置的玻璃器皿里盛硫酸铝溶液,外面的铁质器皿里盛碳酸氢钠溶液。回答下列问题:
(1)不能把硫酸铝溶液盛在铁质器皿里的原因是 (用离子方程式表示);不能把碳酸氢钠溶液盛在玻璃器皿里的原因是 (用离子方程式表示)。
(2)灭火时打开阀门,并将泡沫灭火器倒置,此时发生反应的离子方程式是 。
(3)不用溶解度较大的碳酸钠代替碳酸氢钠的原因是 。
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题型二 溶液蒸干所得固体问题
【例题4】 在蒸发皿中加热蒸干并灼烧(低于400 ℃)下列物质的溶液,可以得到该固体物质的是( )
A.AlCl3 B.NaHCO3 C.Fe2(SO4)3 D.KMnO4
解析:AlCl3加热水解生成的HCl易挥发,促进水解,灼烧最终所得的固体是Al2O3,A不符合题意;NaHCO3受热分解得到Na2CO3,B不符合题意;Fe2(SO4)3水解生成的H2SO4难挥发,灼烧后所得的固体依然为Fe2(SO4)3,C符合题意;KMnO4加热分解,D不符合题意。
答案:C
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规律方法点拨 盐溶液蒸干后产物的判断方法:
加热盐溶液,需分析盐溶液水解生成的酸的性质。如果是易挥发性酸,如AlCl3、FeCl3等溶液,最终蒸干得到的是金属氢氧化物,灼烧得到金属氧化物。如果是难挥发性酸,如MgSO4、Fe2(SO4)3等溶液,最终得到它们的溶质固体;
加热盐溶液,需分析加热盐溶液的过程中,溶质是否发生氧化还原反应,如Na2SO3易被氧化为Na2SO4;
加热盐溶液,需分析加热盐溶液的过程中,溶质是否容易分解,如Ca(HCO3)2受热易分解为CaCO3。
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成功体验3下列说法正确的是( )
A.将AlCl3溶液和Al2(SO4)3溶液分别加热、蒸干、灼烧,所得固体成分相同
B.配制FeSO4溶液时,将FeSO4固体溶于稀盐酸中,然后稀释至所需浓度
C.加热的方法可以除去KCl溶液中的Fe3+
D.洗涤油污常用热的碳酸钠溶液
答案:D
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答案:C
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⑤混合溶液中各离子浓度比较,根据电离程度、水解程度的相对大小综合分析。
a.分子的电离程度大于对应离子的水解程度在0.1 mol·L-1 NH4Cl和0.1 mol·L-1的氨水混合溶液中:由于NH3·H2O的电离程度大于
的水解程度,导致溶液呈碱性。溶液中各离子浓度的大小顺序为c( )>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)。
b.分子的电离程度小于对应离子的水解程度
在0.1 mol·L-1 HCN和0.1 mol·L-1 NaCN混合溶液中:由于HCN的电离程度小于CN-的水解程度,导致溶液呈碱性。溶液中各离子浓度的大小顺序为c(Na+)>c(CN-)>c(OH-)>c(H+)。
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(2)解决电解质溶液中离子浓度关系问题时,首先分析离子浓度大小的关系是相等还是不等。
①若使用的是“>”或“<”,应主要考虑“电离”和“水解”。
②若用“=”连接,应根据“守恒”原理,视不同情况,从下列几个方面思考:若等号一端全部是阴离子或阳离子,应首先考虑电荷守恒;若等号一端各项中都含有同一种元素时,首先考虑这种元素的原子守恒;若等号一端为c(H+)或c(OH-)时,首先考虑是否符合水电离过程中的守恒关系。
a.电荷守恒:电荷守恒是指溶液必须保持电中性,即溶液中所有阳离子的电荷总浓度等于所有阴离子的电荷总浓度。
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成功体验4常温时将
0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合后(若混合后两者的体积可以相加),恰好完全反应,则下列有关所得混合液的说法正确的是( )
A.所得混合液中c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)
B.混合后溶液pH=7
C.所得混合液中存在c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0.05 mol·L-1
D.混合后溶液中存在c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=c(Na+)+c(H+)
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解析:二者混合后溶质为CH3COONa。根据物料守恒,反应后的溶液中c(CH3COOH)+c(CH3COO-)= ×0.1 mol·L-1=0.05 mol·L-1,C正确。CH3COONa水解显碱性,pH>7,B不正确;离子浓度大小顺序为c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),A不正确;由电荷守恒知,c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-),D不正确。
答案:C
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1.向未知溶液中加入CH3COONa晶体,测得c(Na+)与c(CH3COO-)几乎相等,则原来的溶液可能是( )
A.HCl溶液 B.NaOH溶液
C.KCl溶液 D.KOH溶液
解析:CH3COO-发生水解反应:CH3COO-+H2O CH3COOH+OH-,要想使溶液中的c(Na+)与c(CH3COO-)几乎相等,就要保证该平衡逆向移动并且原溶液中不能含有这两种离子,故选D。
答案:D
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2.下列过程或现象与盐类水解无关的是( )
A.纯碱溶液去油污
B.铁在潮湿的环境下生锈
C.加热氯化铁溶液颜色变深
D.浓硫化钠溶液有臭味
解析:纯碱去油污利用其水解显碱性,A与水解有关;铁生锈主要是Fe在潮湿条件下发生电化学腐蚀,B与水解无关;加热氯化铁时使FeCl3水解为红褐色Fe(OH)3胶体,颜色加深,C与水解有关;浓硫化钠溶液有臭味是因为Na2S水解产生少量的H2S气体,D与水解有关。
答案:B
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3.25 ℃时,浓度均为0.2 mol·L-1的NaHCO3和Na2CO3溶液中,下列判断不正确的是( )
A.均存在电离平衡和水解平衡
B.存在的粒子种类相同
C.c(OH-)前者大于后者
D.分别加入NaOH固体,恢复到原温度,c( )均增大
答案:C
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4.在CH3COONa溶液中,各离子的浓度由大到小排列顺序正确的是( )
A.c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
B.c(CH3COO-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)
C.c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)
D.c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+)
解析:在CH3COONa溶液中,由于CH3COO-的水解,使得c(Na+)>c(CH3COO-);并且由于水解,使溶液显碱性,故c(OH-)>c(H+);由于盐的水解程度比较小,所以c(CH3COO-)>c(OH-),即A项正确。
答案:A
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5.室温下,向一定量1 mol·L-1氨水中逐滴加入物质的量浓度相同的盐酸,直至盐酸过量。请分析上述实验过程,回答下列问题:
(1)实验过程中水的电离程度变化趋势是先 后 。(填“变大”“变小”或“不变”)
(2)实验过程中,当溶液pH恰好等于7时,此时溶液中主要溶质的化学式是 ,溶液中离子浓度的大小顺序是
。
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解析:(1)因为酸碱抑制水的电离,可水解的盐促进水的电离,所以向氨水中加入盐酸时,二者反应生成
从而促进水的电离,当HCl过量时,H+又抑制水的电离。
(2)若氨水和盐酸恰好反应时,溶质为NH4Cl,其水解溶液呈酸性,溶液pH=7时,说明氨水稍过量,所以溶质为NH4Cl和NH3·H2O,据电荷守恒结合盐类水解微弱的特点得出:
c( )=c(Cl-)>c(H+)=c(OH-)。
答案:(1)变大 变小 (2)NH4Cl和NH3·H2O
c( )=c(Cl-)>c(H+)=c(OH-)(共43张PPT)
第四节 难溶电解质的溶解平衡
阅读思考
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任务一、认真阅读教材第61页到第62页的内容,思考回答下列问题,自主学习沉淀溶解平衡的建立:
1.向AgNO3溶液中加入过量NaCl溶液,溶液中的Ag+能否完全沉淀 试从AgCl的溶解度角度加以分析说明。
提示从固体溶解平衡的角度,我们不难理解AgCl在溶液中存在下述两个过程:一方面,在水分子作用下,少量Ag+和Cl-脱离AgCl的表面溶入水中;另一方面,溶液中的Ag+和Cl-受AgCl表面正、负离子的吸引,回到AgCl的表面析出——沉淀。在一定温度下,当沉淀溶解和生成的速率相等时,得到AgCl的饱和溶液,即建立下列动态平衡:
沉淀、溶解之间这种动态平衡的存在,决定了Ag+与Cl-反应不能完全进行到底。
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2.为什么通常情况下,可以认为离子之间生成难溶电解质的反应能够进行完全呢
提示不同电解质在水中的溶解度差别很大,例如AgCl和AgNO3;但难溶电解质与易溶电解质之间并无严格的界限,习惯上将溶解度小于0.01 g的电解质称为难溶电解质。对于常量的化学反应来说,0.01 g是很小的,因此一般情况下,相当量的离子互相反应生成难溶电解质,可以认为反应完全了。
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任务二、认真阅读教材第62页到第63页的内容,思考回答下列问题,自主学习沉淀反应的应用:
1.以除去氯化铵中含有的杂质氯化铁和除去废水中Cu2+、Hg2+为例,说明如何利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的
提示工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,使其溶解于水,再加入氨水调节pH至7~8,可使Fe3+生成Fe(OH)3沉淀而除去。
以Na2S、H2S等作沉淀剂,使某些金属离子如Cu2+、Hg2+等,生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀。
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2.以难溶于水的碳酸钙溶于盐酸为例,说明如何利用平衡移动原理使难溶电解质溶解
阅读思考
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3.沉淀转化的实质是什么 一般来说,沉淀转化的方向是什么 以除去锅炉水垢中的CaSO4为例,说明对于一些用酸或其他方法不能溶解的沉淀,如何利用沉淀转化的方法达到溶解的目的
提示沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。一般来说,溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现,两者的差别越大,转化越容易。
可先用Na2CO3溶液处理,使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3,而后用酸去除。从CaSO4到CaCO3的沉淀转化中,并存着两个沉淀溶解平衡:
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1.在AgCl饱和溶液中尚有AgCl固体存在,当向溶液中加入0.1 mol·L-1的盐酸时,下列说法正确的是( )
A.AgCl沉淀溶解平衡正向移动
B.AgCl溶解度增大
C.溶液中c(Ag+)增大
D.溶液中c(Cl-)增大
答案:D
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2.下列说法中正确的是( )
A.物质的溶解性为难溶,则该物质不溶于水
B.溶度积小的物质一定比溶度积大的物质溶解度小
C.绝对不溶解的物质是不存在的
D.升高温度,某种难溶物的Ksp一定减小
答案:C
3.石灰乳中存在下列平衡:Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq)。加入下列溶液,可使Ca(OH)2明显减少的是 ( )
A.Na2CO3溶液 B.KCl固体
C.NaOH溶液 D.CaCl2溶液
答案:A
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探究问题
1.在涉及无机物的制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中,常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。请举例说明常见生成沉淀的方法。
提示①调节pH法:如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,使其溶于水,再加入氨水调节pH至7~8,可使Fe3+转变为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下:
②加沉淀剂法:如以Na2S、H2S等作沉淀剂,使某些金属离子如Cu2+、Hg2+等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀,也是分离、除去杂质常用的方法。反应如下:
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2.水垢的主要成分为什么是CaCO3和Mg(OH)2,而不是CaCO3和MgCO3
提示天然水中含有Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2等钙盐和镁盐,煮沸时二者均可分解生成CaCO3和MgCO3,由于Mg(OH)2比MgCO3更难溶,MgCO3就与 水解生成的OH-结合生成更难溶的Mg(OH)2。
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3.虽然溶洞都是十分坚硬的碳酸盐质岩石,但由于长期沉浸在地下水中被溶解,特别是当水中含有二氧化碳时,其溶解速度更加迅速。这样一年又一年,坚硬的岩层就会被溶蚀出一个个洞穴。当溶有石灰质的地下水再次滴入洞中时,由于环境中压力、温度的变化,使水中的二氧化碳逸出,从而降低了水对石灰质的溶解力,这样原本溶解在水中的部分石灰质,会因为过于饱和而沉淀析出,长时间的累积就会形成一根根形态各异的钟乳石、石柱和石笋。你能用沉淀溶解平衡知识结合相关的化学方程式加以解释吗
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知识点拨
一、沉淀溶解平衡
1.沉淀溶解平衡的定义
在一定温度下,当沉淀溶解和生成的速率相等时,即达到溶解平衡。
2.沉淀溶解平衡的建立
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3.沉淀溶解平衡的特征
4.反应完全的标志
对于常量的化学反应来说,化学上通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,反应就达完全。
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5.沉淀溶解平衡的影响因素
(1)内因:溶质本身的性质。绝对不溶的物质是没有的;同是微溶物质,溶解度差别也很大;易溶溶质的饱和溶液中也存在溶解平衡。
(2)外因:包括浓度、温度等,遵循勒夏特列原理。
①浓度:加水,平衡向溶解方向移动。
②温度:升温,多数平衡向溶解方向移动;少数平衡向生成沉淀的方向移动[如Ca(OH)2的溶解平衡]。
③同离子效应:向平衡体系中加入相同的离子,使平衡向生成沉淀的方向移动。
④化学反应:向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶的物质或气体的离子时,平衡向溶解方向移动。
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6.溶度积
(1)定义:在一定温度下,难溶强电解质MmNn溶于水形成饱和溶液时,溶质的离子与该固态物质之间建立动态平衡,这时的离子浓度幂的乘积是一个常数,叫做溶度积常数,简称溶度积。符号为Ksp。
(3)意义:溶度积Ksp反映了物质在水中的溶解能力。
(4)影响Ksp的因素:温度。
绝大多数难溶电解质的溶解是吸热过程,升高温度,向溶解方向移动,Ksp增大。少数难溶电解质的溶解是放热过程,升高温度,向生成沉淀的方向移动,Ksp减小,如Ca(OH)2。
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7.溶度积Ksp与离子积Qc的关系
通过比较溶度积与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。
(1)Qc>Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出,直至溶液饱和达到新的平衡;
(2)Qc=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态;
(3)Qc重点难点探究
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特殊说明:
(1)Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力,当化学式所表示的组成中阴离子与阳离子个数比相同时,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强。
(2)Ksp只与温度有关,有的沉淀溶解平衡是吸热的,升高温度,Ksp增大;有的沉淀溶解平衡是放热的,升高温度,Ksp减小。
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二、沉淀反应的应用
1.沉淀的生成
(1)调节pH法。
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2.沉淀的溶解
(1)原理:根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,只要不断减少溶解平衡体系中的相应离子,平衡就向沉淀溶解的方向移动,从而使沉淀溶解。
(2)溶解沉淀的试剂类型。
①用强酸溶解:例如,溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。
②用某些盐溶液溶解:例如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液,化学方程式为
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3.沉淀的转化
(1)实质:溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀。两种沉淀的溶解度差别越大,沉淀越容易转化。
(2)应用:①锅炉除水垢。
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特殊说明:
(1)溶液中含有几种离子,加入某沉淀剂均可生成沉淀,沉淀生成的先后顺序按离子积大于溶度积的先后顺序沉淀,即哪一种物质的离子积首先大于其溶度积,则那种物质首先变成沉淀,叫做分步沉淀。
(2)判断沉淀先后顺序的方法:(1)对同一类型的沉淀,Ksp越小越先沉淀,且Ksp相差越大分步沉淀越完全,如AgCl、AgBr、AgI。(2)对不同类型的沉淀,其沉淀先后顺序要通过计算才能确定,如AgCl和Ag2CrO4。
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考向一 沉淀溶解平衡
【例题1】 现向含AgBr的饱和溶液中:
(1)加入固体AgNO3,则c(Ag+) (填“变大”“变小”或“不变”,下同);
(2)加入更多的AgBr固体,则c(Ag+) ;
(3)加入AgCl固体,则c(Br-) ,c(Ag+) ;
(4)加入Na2S固体,则c(Br-) ,c(Ag+) 。
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解析:(1)向AgBr饱和溶液中加入AgNO3,溶解平衡逆向移动,但c(Ag+)变大。
(2)加入AgBr固体,对溶解平衡无影响,c(Ag+)不变。
(3)因AgCl溶解度大于AgBr,加入AgCl固体时,c(Ag+)变大,溶解平衡向左移动,c(Br-)变小。
(4)因Ag2S溶解度小于AgBr,加入Na2S固体时,生成Ag2S,溶解平衡向右移动,c(Br-)变大,但c(Ag+)变小。
答案:(1)变大 (2)不变 (3)变小 变大 (4)变大
变小
规律方法点拨 沉淀溶解平衡是化学平衡的一种,可利用勒夏特列原理来分析平衡移动的方向及离子浓度变化。
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成功体验1将足量AgCl分别放入:①5 mL水,②10 mL 0.2 mol·L-1的MgCl2溶液,③20 mL 0.5 mol·L-1的NaCl溶液,④40 mL 0.1 mol·L-1的盐酸中溶解至溶液饱和,各溶液中Ag+的浓度分别为a、b、c、d,它们由大到小的排列顺序是 。
解析:AgCl在溶液中存在溶解平衡AgCl(s) Cl-(aq)+Ag+(aq),所以氯离子浓度越大,Ag+的浓度就越小。②③④中氯离子的浓度分别是0.4 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.1 mol·L-1,所以顺序是a>d>b>c。
答案:a>d>b>c
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考向二 沉淀溶解平衡的应用
【例题2】 (1)已知在25 ℃时,Ksp[Mg(OH)2]=3.2×10-11,假设饱和Mg(OH)2溶液的密度为1 g·mL-1,试求Mg(OH)2的溶解度为 g。
(2)在25 ℃时,向0.02 mol·L-1的MgCl2溶液中加入NaOH固体,如要生成Mg(OH)2沉淀,应使溶液中的c(OH-)最小为 mol·L-1。
(3)25 ℃时,向浓度均为0.02 mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,先生成 沉淀(填化学式);当两种沉淀共存时,
{已知25 ℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2.0×10-20}
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解析:(1)设c(Mg2+)为x,则c(OH-)为2x。由Ksp[Mg(OH)2]=3.2×10-11=c(Mg2+)·c2(OH-)=x×(2x)2=4x3,解得c(Mg2+)=2×10-4 mol·L-1,则1 L溶液中(即1 L水中)溶解Mg(OH)2为2×10-4 mol,即1 000 g 水中溶解Mg(OH)2为:2×10-4 mol×58 g·mol-1=1.16×10-2 g,所以Mg(OH)2的溶解度为1.16×10-3 g。
(2)当c(Mg2+)·c2(OH-)=3.2×10-11时开始生成Mg(OH)2沉淀,则c2(OH-)= =1.6×10-9,解得c(OH-)=4×10-5 mol·L-1。
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(3)由于Ksp[Cu(OH)2]小于Ksp[Mg(OH)2],所以离子积首先达到并大于Ksp[Cu(OH)2]的数值而使Cu(OH)2先沉淀;当两种沉淀共存时,此时的溶液对Mg(OH)2和Cu(OH)2而言都是饱和的,OH-、Mg2+、Cu2+同时满足Ksp[Cu(OH)2]和Ksp[Mg(OH)2]的关系,因为它们都在同一溶液中,Ksp[Cu(OH)2]和Ksp [Mg(OH)2]的关系式中c(OH-)应相等,所以
答案:(1)1.16×10-3 (2)4×10-5 (3)Cu(OH)2 1.6×109
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规律方法点拨 (1)在计算难溶电解质溶液中离子平衡浓度时不要搞错计量数关系。如x mol·L-1铬酸银(Ag2CrO4)溶液中c(Ag+)是2x mol·L-1而不是x mol·L-1。
(2)类型不同的难溶电解质的溶度积大小不能直接反映出它们的溶液中离子浓度的大小,因为它们的溶度积表达式是不同的。Ksp与S的换算没有一个统一的公式,因电解质类型(阴、阳离子数目比)的不同而相异。
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成功体验2已知:某温度时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=1.1×10-12。向Cl-和 的浓度都为0.100 mol·L-1的混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液(忽略体积的变化)。下列说法中正确的是( )
A.首先得到的沉淀是Ag2CrO4
B.首先得到的沉淀是AgCl
C.同时得到AgCl与Ag2CrO4沉淀
D.将Ag2CrO4转化为AgCl比将AgCl转化为Ag2CrO4要难
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答案:B
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1.下列说法中正确的是( )
A.只有易溶电解质在溶液中才存在溶解平衡
B.难溶电解质在溶液中只存在溶解平衡,不存在电离平衡
C.溶解平衡只能通过电解质溶解于水时建立
D.溶解平衡时,电解质表面上的离子或分子脱离电解质的速率与溶液中的离子或分子回到电解质表面的速率相等
解析:溶解平衡发生在固体表面,是在一定条件下离子向溶剂中扩散和溶剂中离子在固体表面析出建立的平衡。溶解平衡时以上两种速率相等。
答案:D
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2.下列有关沉淀溶解平衡的说法正确的是( )
A.Ksp(AB2)小于Ksp(CD),则AB2的溶解度小于CD的溶解度
B.在氯化银的沉淀溶解平衡体系中,加入蒸馏水,氯化银的Ksp增大
C.在氯化银的沉淀溶解平衡体系中,加入碘化钾固体,氯化银沉淀可转化为碘化银沉淀
D.在碳酸钙的沉淀溶解平衡体系中,通入CO2气体,溶解平衡不移动
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解析:AB2与CD类型不同,不能用Ksp直接比较大小,A项错误;溶度积与温度有关,与物质的量浓度无关,加水稀释,平衡向溶解方向移动,但Ksp不变,B项错误;碘化银的溶解度更小,由溶解度小的沉淀可转化为溶解度更小的沉淀知,在氯化银的沉淀溶解平衡体系中,加入碘化钾固体,因生成碘化银而促进氯化银的溶解,C项正确;在碳酸钙的沉淀溶解平衡体系中通入CO2气体,会消耗 ,使碳酸钙溶解平衡右移,D项错误。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
3.某温度时,BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.加入Na2SO4可以使溶液由a点变到b点
B.通过蒸发可以使溶液由d点变到c点
C.d点无BaSO4沉淀生成
D.a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
4.向5 mL NaCl溶液中滴入一滴AgNO3溶液,出现白色沉淀,继续滴加一滴KI溶液并振荡,沉淀变为黄色,再滴入一滴Na2S溶液并振荡,沉淀又变成黑色,根据上述变化过程,分析此三种沉淀物的溶解度关系为( )
A.AgCl=AgI=Ag2S B.AgClC.AgCl>AgI>Ag2S D.AgI>AgCl>Ag2S
解析:沉淀溶解平衡总是向更难溶的方向转化,由转化现象可知三种沉淀物的溶解度关系为AgCl>AgI>Ag2S。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
5.工业上制取纯净的CuCl2·2H2O的主要过程是:①将粗制氧化铜(含少量FeO)溶解于稀盐酸中,加热、过滤;②对①所得滤液(pH为3)按下列步骤进行操作:
已知Cu2+、Fe2+在pH为4~5时不水解,Fe3+却几乎完全水解形成沉淀。请回答下列问题:
(1)X是 (填化学式),其反应的离子方程式是 。
(2)Y物质应具备的条件是 ,生产中Y可选 。
(3)溶液乙在蒸发结晶时应注意 。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:(1)根据框图,加入氧化剂X可把Fe2+氧化为Fe3+,而没有增加新杂质,所以X为Cl2或H2O2等。(2)结合题中信息,调节pH至4~5,使Fe3+全部沉淀,同时不引进新杂质,所以Y最好为CuO、Cu(OH)2等。(3)CuCl2溶液在蒸发结晶过程中发生水解Cu2++2H2O Cu(OH)2+2H+,可加入盐酸以抑制其水解,在蒸发时要不断搅拌且不能蒸干。
(2)调节溶液酸碱性,使pH为4~5,且不引进新杂质 CuO、Cu(OH)2等
(3)通入HCl气体(或加入盐酸),并不断搅拌且不能蒸干(共34张PPT)
第四章电化学基础
第一节 原电池
阅读思考
自主检测
任务一、认真阅读教材第71页的内容,思考回答下列问题,自主学习电流的获得。
1.将锌片放入CuSO4溶液中,可看到铜被置换出来,为什么反应时会放出热量,但没有电流产生
提示在此反应中,Zn原子把电子直接给了在溶液中与之接触的Cu2+,被氧化成Zn2+,进入溶液;而Cu2+在锌片上直接得到电子,被还原成Cu(相当于短路,所以反应时,有热量放出来),得不到电流。
阅读思考
自主检测
2.为什么锌片与CuSO4溶液在下图所示装置中反应,就有电流产生
锌铜原电池装置
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第71页到第72页的内容,思考回答下列问题,自主学习原电池原理。
1.实验4-1的实验目的是什么 实验过程中,需要哪些仪器和药品
提示实验目的为探究原电池工作原理;需要的实验用品有烧杯(2个)、电流计、导线、盐桥、锌片、铜片、ZnSO4溶液、CuSO4溶液。
2.什么是盐桥 盐桥的作用是什么
提示装有含琼脂的KCl溶液的玻璃弯管;其作用是连接两种溶液,形成通路。
阅读思考
自主检测
1.关于Cu-Zn-稀硫酸原电池中,下列说法在理论上正确的是( )
A.Cu为正极,有气泡产生,发生氧化反应
B.Zn为正极,有气泡产生,发生还原反应
C.Cu为负极,无气泡产生,发生还原反应
D.Zn为负极,无气泡产生,发生氧化反应
答案:D
2.如图所示的装置能构成原电池产生电流的是( )
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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探究问题
实验目的:研究原电池的工作原理。
实验装置:
实验现象:有盐桥存在时,锌片不断溶解,电流计指针发生偏转,铜片不断增厚;取出盐桥后,电流中断,指针迅速回零。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
1.有盐桥时,电流计指针发生偏转,说明有电流产生,该电流是如何产生的 产生电流的过程中,锌片、铜片上分别发生了什么变化 如何用电极反应式表示这一变化 从氧化还原反应的角度分析,各发生了氧化反应还是还原反应
提示当有盐桥存在时,在ZnSO4溶液中,锌片逐渐溶解,即Zn被氧化,Zn失去电子,形成Zn2+进入溶液,用电极反应式表示为Zn-2e- Zn2+;从锌片上释放出的电子,经过导线流向铜片;CuSO4溶液中的Cu2+从铜片上得到电子,被还原为Cu并沉积在铜片上,用电极反应式表示为Cu2++2e- Cu;随着反应的进行,左边烧杯的溶液中c(Zn2+)增大,右边烧杯的溶液中c(Cu2+)减小。同时,盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液,K+会移向CuSO4溶液,使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使原电池不断地产生电流。
重点难点探究
重要考向探究
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2.取出盐桥后,电路为什么会中断
提示取出盐桥后,由于Zn失去电子成为Zn2+进入溶液,使ZnSO4溶液因Zn2+增加而带正电;同时Cu2+获得电子成为金属铜沉积在铜片上,使CuSO4溶液因 相对增加而带负电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流中断,构不成原电池。
重点难点探究
重要考向探究
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知识点拨
1.原电池
(1)定义:将化学能转化为电能的装置。
(2)实质:利用能自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能。
2.原电池工作原理(以铜锌原电池为例)
重点难点探究
重要考向探究
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重点难点探究
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3.原电池形成的条件
(1)两个活动性不同的电极:活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作正极;
(2)电解质溶液;
(3)形成闭合回路。
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4.两种原电池的比较
甲装置所示原电池俗称单液原电池,锌片、铜片用导线相连后,都插入到稀硫酸中,所以,锌片上失去的电子一部分通过导线流向铜片,形成电流,还有一部分,直接传递给溶液中碰撞到锌片上的氢离子,这一部分电子不形成电流,这种原电池供电效率不高,且电流在较短时间内就会衰减。
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重要考向探究
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乙装置所示原电池俗称双液原电池,锌片、铜片用导线相连后,锌片插入ZnSO4溶液中,铜片插入稀硫酸中,这样就避免了锌片与稀硫酸的直接接触而发生反应造成的电能损失,锌失去的电子全部通过导线流向铜片,这种原电池供电效率高,且能提供较稳定的电流。
特别说明:盐桥的作用
盐桥中通常装含有琼脂的KCl饱和溶液。当盐桥存在时,使两个半电池中的溶液连成一个通路。随着反应的进行,盐桥中的Cl-向硫酸锌溶液方向移动,K+向稀硫酸方向移动,使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使电子不断从锌极流向铜极,能持续、稳定地产生电流。
重点难点探究
重要考向探究
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考向一 原电池正负极判断及电极反应式的书写
【例题1】 依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s) Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题:
(1)电极X的材料是 ;电解质溶液Y是 。
(2)银电极为电池的 极,发生的电极反应式为 ;X电极上发生的电极反应式为 。
(3)外电路中的电子是从 极流向 极。
重点难点探究
重要考向探究
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重要考向探究
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规律方法点拨 判断原电池正、负极的方法:
重点难点探究
重要考向探究
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成功体验1锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c( )减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
重点难点探究
重要考向探究
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答案:C
重点难点探究
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考向二 原电池的设计
【例题2】 某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe 3Fe2+,能实现该反应的原电池是( )
A.正极为Cu,负极为C,电解质为FeCl3溶液
B.正极为C,负极为Fe,电解质为Fe(NO3)3溶液
C.正极为Fe,负极为Zn,电解质为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为Ag,负极为Fe,电解质为CuSO4溶液
解析:将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应(电极反应式),即为负极 ,然后根据原电池的构成条件确定正、负极材料和电解质溶液。因此,本题负极必是Fe,正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体,电解质溶液为含Fe3+的盐溶液,所以B项正确。
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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规律方法点拨 (1)设计原电池原理:
原电池是一种将化学能转化为电能的装置,因此只有放热的氧化还原反应才可以设计成原电池。在电池中,通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动,将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行,使其成为两个“半反应”。
(2)设计原电池思路:
①电极材料的选择。负极一般是活动性强的金属材料,正极一般选用活动性比负极弱的金属材料或石墨等惰性电极。
②电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。
③保证设计出的原电池装置中,还原剂在负极上发生反应,氧化剂在正极上发生反应。
重点难点探究
重要考向探究
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成功体验2利用反应Zn+2FeCl3 ZnCl2+2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方格内画出实验装置图,并注明电极材料,写出电极反应式。
正极材料为 ,电极反应式为 ;
负极材料为 ,电极反应式为 。
重点难点探究
重要考向探究
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答案:
重点难点探究
重要考向探究
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1.下列关于原电池的叙述中正确的是( )
A.原电池能将化学能转变为电能
B.原电池负极发生的电极反应是还原反应
C.原电池在工作时其正极不断产生电子,并经外电路流向负极
D.原电池的电极只能由两种不同的金属构成
解析:原电池就是能将化学能转变为电能的装置,A正确;原电池负极失电子,发生的电极反应是氧化反应,B错误;原电池在工作时其负极不断产生电子,并经外电路流向正极,C错误;原电池的电极一般由活动性不同的电极材料构成,实际上金属与金属或金属与非金属导体均可,D错误。
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
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2.下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡
B.把镁条和铝条紧靠在一起浸入氢氧化钠溶液中,镁条表面出现气泡
C.把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁
D.把锌粒放入盛有稀盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速率加快
解析:选项A形成原电池,铜片作正极,表面出现氢气泡;选项B也形成原电池,但在强碱性溶液中,铝可以反应,镁不能,铝失去电子作负极,镁作正极,表面出现氢气泡;C选项铜片把三价铁离子还原为亚铁离子,不能置换出金属铁;D选项锌能置换出铜,锌铜形成无数微小原电池,加快气泡放出速率。
答案:C
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
3.下列装置可以形成原电池的是( )
解析:选项B中两电极材料相同;选项C中乙醇为非电解质;选项D中没有构成闭合回路。只有选项A符合原电池的构成条件。
答案:A
重点难点探究
重要考向探究
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4.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KCl饱和溶液的U形管)构成一个原电池(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是( )
①在外电路中,电子由铜电极流向银电极
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①② B.①②④
C.②③ D.①③④
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
答案:B
重点难点探究
重要考向探究
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5.由锌片、铜片和200 mL稀硫酸组成的原电池如右图所示。
(1)原电池的负极反应式为 ,
正极反应式为 。
(2)电流的方向是 。
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L
(标准状况)气体时,右侧烧杯中的H2SO4
恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,
共消耗 g锌,有 个电子通过了导线,原稀硫酸中c(H2SO4)= (设溶液体积不变)。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:产生0.075 mol H2,通过0.075 mol×2=0.15 mol电子,消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)=0.075 mol×65 g·mol-1=4.875 g,N(e-)=0.15 mol×6.02×1023 mol-1=9.03×1022,c(H2SO4)=
(2)由Cu极流向Zn极
(3)4.875 9.03×1022 1.5 mol·L-1
重点难点探究
重要考向探究
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6.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应:2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2。画出原电池的示意图并写出电极反应。
解析:构成原电池的基本条件,也是进行原电池设计的基本依据。
(1)根据电池反应写出电极反应式。
(2)找出两电极材料。
(3)找出电解质溶液。
(4)形成闭合回路。
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
答案:原电池设计如下图(共43张PPT)
第二节 化学电源
阅读思考
自主检测
任务一、认真阅读教材第74页的内容,思考回答下列问题,自主学习化学电源的概述。
1.化学电池与其他能源相比有何优点
提示与其他能源相比,电池有许多优点。例如,它的能量转换效率较高,供能稳定可靠,可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组,使用方便,易于维护,并可在各种环境下工作。
2.如何判断一种电池的优劣或是否适合某种需要
提示判断一种电池的优劣或是否适合某种需要,主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少[比能量,单位是(W·h)/kg,(W·h)/L],或者输出功率的大小(比功率,单位是W/kg,W/L)以及电池的可储存时间的长短,除特殊情况外,质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池,更适合使用者的需要。
阅读思考
自主检测
任务二、认真阅读教材第75~78页的内容,思考回答下列问题:
1.市售的一次电池常见的品种有哪些
提示市售一次电池品种很多,除熟知的普通锌锰干电池外,还有碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。
2.画一个碱性锌锰干电池的构造图,并标出正、负极及电池各部分的名称。
提示
碱性锌锰电池的构造
阅读思考
自主检测
3.铅蓄电池由哪几部分构成 铅蓄电池有哪些优缺点
提示铅蓄电池是最常见的二次电池,它由两组栅状极板交替排列而成,正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb,电解质是H2SO4溶液。
优点:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
缺点:比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
4.什么是燃料电池 燃料电池和一般化学电池相比有何特点
提示燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。它与一般化学电池不同,一般化学电池的活性物质储存在电池内部,故而限制了电池的容量,而燃料电池的电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件。它工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出,于是电池就连续不断地提供电能。
阅读思考
自主检测
1.下列有关化学电源的说法中不正确的是( )
A.化学电池能将化学能转化为电能
B.燃料电池能将全部化学能转化为电能
C.锌银电池的电解质是KOH,负极材料是Zn
D.一次电池包括碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等
答案:B
阅读思考
自主检测
2.据报道,锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染。其电池反应为2Zn+O2 2ZnO,原料为锌粒、电解质和空气,则下列叙述正确的是( )
A.锌为正极,空气进入负极反应
B.负极反应为Zn-2e- Zn2+
C.正极发生氧化反应
D.电解质可能是强酸
答案:B
阅读思考
自主检测
3.燃料电池是一种新型电池,它利用燃料在反应过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应如下:X极,
下列判断中,正确的是( )
A.X是负极
B.Y是正极
C.Y极发生还原反应
D.Y极发生氧化反应
答案:D
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探究问题
1.以甲烷燃料电池为例,说明如何根据总反应式(CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O)书写电池的电极反应式
提示根据总反应式书写电极反应式一般遵循如下步骤:
①根据总反应式标变价元素的化合价,根据化合价的变化写出氧化反应或还原反应:CH4被氧化,氧化产物是K2CO3,碳元素升高8价,转移电子数为8,所以氧化反应为CH4-8e-—— (电极反应式写离子方程式)。
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2.给可充电电池充电时,如何对接外接电源 以铅蓄电池为例,说明充电过程和放电过程的区别与联系是什么
提示①可充电电池充放电时的接法:
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知识点拨
一、化学电池
1.定义
化学电池是将化学能转变成电能的装置。
2.化学电池的分类
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二、常见的化学电池
1.一次电池
(1)碱性锌锰电池:
①组成:
正极:MnO2;负极:Zn;电解质:KOH。
②工作原理:
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(2)银锌电池:
①组成:
负极:Zn,正极:Ag2O,电解质:KOH。
②工作原理:
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2.二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)组成:
正极:PbO2;负极:Pb;电解质:H2SO4。
(2)工作原理:
铅蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应分为放电和充电两个过程。
①放电过程的电极反应、总反应:
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(3)离子移动的方向:
充电电池放电时,电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极,电子按负极→用电器→正极方向流动,形成电流,对用电器做功;充电时,电池中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极,电子按“外接电源的负极→充电电池的阴极∣溶液中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极∣充电电池的阳极→外接电源的正极”方向流动,形成电流,给充电电池充电。
3.燃料电池
(1)工作原理:
①连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。
②燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应,只是一个催化转化元件。
③工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出。
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(2)氢氧燃料电池:
氢氧燃料电池的构造:
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考向一 化学电源原理的应用
【例题1】 微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
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解析:C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率增大,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。
答案:A
规律方法点拨 (1)写电极反应式时,一定要注意电解质是什么,其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离子相对应,在碱性电解质中,电极反应式中不能出现H+;在酸性电解质中,电极反应式中不能出现OH-。
(2)正、负两极的电极反应式在得失电子相等时相加,即得总反应式。
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成功体验1近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂-铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为
下列说法不正确的是( )
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答案:B
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考向二 充电电池原理的应用
【例题2】 高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正确的是( )
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答案:C
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规律方法点拨 充电电池电极反应式书写时应注意的问题:
书写充电电池的电极反应式时,首先从放电过程入手,首先分析反应的总方程式,放电时负极发生氧化反应:元素化合价升高,通常是电极本身或电极中充入的气体失电子,正极则发生还原反应,元素的化合价降低;
其次分析充电过程:充电时的阴极反应式与放电时的负极反应式书写方向正好相反,充电时的阳极反应式与放电时的正极反应式书写方向相反;
第三,书写时特别注意两极反应生成的离子能否在电解质溶液中共存,若不能共存,则该离子还应与电解质溶液中的某种离子发生反应。
重点难点探究
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成功体验2一种碳纳米管能够吸附氢气,可做充电电池(如图所示)的碳电极,该电池的电解质溶液为6 mol·L-1 KOH溶液,下列说法中正确的是( )
A.充电时将碳电极与电源的正极相连
B.充电时阴极发生氧化反应
重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
解析:A项,碳纳米管能够吸附氢气,可做充电电池的负极,放电时氢气发生氧化反应,故充电时该电极与外接电源的负极相连,错误;B项,充电时阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,错误;C项,放电时镍电极为正极,得到电子,发生还原反应,其电极反应为:NiO(OH)+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,正确;D项,放电时碳电极反应为:H2-2e-+2OH- 2H2O,错误。
答案:C
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考向三 燃料电池原理的应用
【例题3】 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( )
重点难点探究
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答案:D
重点难点探究
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规律方法点拨 书写燃料电池的电极反应式应注意的问题:
(1)电池的负极一定是可燃性气体,失电子,发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2),得电子,发生还原反应。
(2)电极材料一般不参加化学反应,只起传导电子的作用。
(3)电极反应式作为一种特殊的离子方程式,也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。
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重要考向探究
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成功体验3
氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
右图为电池示意图,该电池电极表面镀了一层细小的
铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ,
在导线中电子的流动方向为 (用a、b表示)。
电池中的交换膜为阴离子交换膜,则溶液中OH-的移
动方向为由 池移向 池(填“左”或“右”)。
(2)负极反应式为 ,正极反应式为 。
重点难点探究
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重点难点探究
重要考向探究
随堂检测
1.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
解析:二次电池,即可充电电池,所以A项对。B中,在原电池中,活泼金属Zn是负极,负极失电子发生氧化反应,因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极),B项错。
答案:B
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2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液,电池总反应式为
下列说法错误的是( )
A.电池工作时,锌失去电子
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g
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重要考向探究
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答案:C
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解析:原电池中负极发生氧化反应,正极发生还原反应,通氧气的一极为正极,选项A不正确;根据电极反应式和电子守恒可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2,选项B正确;C项,由电极反应式可知,放电一段时间后,KOH的物质的量浓度减小,选项C不正确;负极周围的OH-参与电极反应,不断减少,水电离产生的H+就不断增加, 向负极移动,选项D不正确。
答案:B
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4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅、锑合金栅架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是
下列对铅蓄电池的说法错误的是( )
A.需要定期补充硫酸
B.工作时铅是负极,PbO2是正极
D.工作时电解质溶液的密度减小
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解析:铅蓄电池在工作时相当于原电池,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,所以Pb是负极,PbO2是正极。在工作时,负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的 反应生成PbSO4沉淀。放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸等量。在电池制备时,PbSO4的量是一定的,制成膏状的PbSO4干燥后安装,说明H2SO4不用补充。放电时,H2SO4被消耗,溶液中H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。
答案:A
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5.熔融盐燃料电池具有很高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制得在650 ℃下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式:
正极反应式: ;
总电池反应式: 。
解析:负极失去电子发生氧化反应;正极得到电子发生还原反应。依题意,总电池反应式应为CO的燃烧反应,即2CO+O2 2CO2,根据正极反应式+负极反应式=总电池反应式,可推知正极反应式。
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6.航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源,燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置,它可直接将化学能转化为电能。我国发射的“神舟”九号载人飞船是采用先进的甲烷电池为电能来源的,该电池以KOH溶液为电解质溶液,其总反应的化学方程式为
(1)写出正极反应式: 。
(2)消耗标准状况下的5.6 L O2时,有 mol电子发生转移。
(3)开始放电时,正极附近溶液pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:以KOH溶液为电解质溶液,正极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,故消耗标准状况下的5.6 L O2(即0.25 mol)时,有0.25 mol×4=1 mol电子发生转移,因正极生成OH-,故溶液的pH增大。(共43张PPT)
第三节 电解池
第1课时 电解原理
阅读思考
自主检测
任务、认真阅读教材第79页到第80页的内容,思考回答下列问题,自主学习电解原理:
1.什么是电解池 什么是放电
提示电解池是由电能转变成化学能的装置;放电是指离子到达电极时,失去或获得电子,发生氧化反应或还原反应的过程。
2.实验4-2的实验目的是什么 实验过程中需要哪些实验用品
提示实验4-2的实验目的是探究电解原理;实验用品有U形管、石墨电极(2根)、导线、电流计、直流电源、CuCl2溶液、淀粉碘化钾试纸。
3.什么是阴极 什么是阳极 分别与直流电源的哪一极相连
提示发生还原反应的一极是阴极,发生氧化反应的一极是阳极;阴极与直流电源的负极相连,阳极与直流电源的正极相连。
阅读思考
自主检测
4.在电解池中,断开电路和闭合电路时,离子的移动方向是什么
提示断开电路时,离子趋向杂乱无章的运动;闭合电路,电解池工作时,阴离子趋向阳极,阳离子趋向阴极。
5.0.1 mol·L-1CuCl2溶液中有哪些离子 来源于哪
里 阴、阳离子浓度的大小顺序分别如何
阅读思考
自主检测
1.将两个石墨棒与直流电源的两极相连,并插入氯化铜溶液中,则下列说法中正确的是( )
A.在两个电极上都有无色气体产生
B.与电源正极连接的一极上有气体产生
C.在阳极的石墨棒上有紫红色的金属析出
D.随着反应的进行,溶液的浓度越来越大
答案:B
阅读思考
自主检测
2.如图为电解Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
答案:D
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探究问题
实验目的:以电解氯化铜溶液为例研究电解的基本原理。
实验步骤:在U形管中注入CuCl2溶液,插入两根石墨棒作电极(如图),把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近,接通电源。
CuCl2溶液的电解
实验现象:阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜,在阳极石墨棒上有刺激性气味气体产生,且使湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色。
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1.分析上述电解池工作时,电子的流向、离子的运动方向,并在上图的基础上,绘制出电解池工作时,是如何构成闭合回路的
提示接通外接电源后,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,阳离子向阴极移动,在阴极上得电子,发生还原反应,阴离子向阳极移动,在阳极上失去电子,发生氧化反应,电子由阳极流出,并沿导线流回电源的正极,如图所示。
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2.根据上述实验现象分析,电解过程中在阴极、阳极上各发生什么反应 其电极反应式分别是什么 电解的总反应式是什么
提示氯离子在阳极上失去电子发生氧化反应,铜离子在阴极上得电子发生还原反应,电极反应式分别为
3.如何确定在阴极和阳极上的放电微粒
提示确定在阴极和阳极上的放电微粒时,需要依据放电顺序:阴极的放电顺序就是在阴极上得电子的氧化剂的氧化性由强到弱的顺序,阳极上的放电顺序就是在阳极上失电子的还原剂的还原性由强到弱的顺序。
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知识点拨
一、电解时电极产物的判断
1.基本思路
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2.离子放电顺序
(1)阴离子放电顺序。
(2)阳离子放电顺序。
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3.根据实验现象判断阴、阳极和电极产物
实际题目中往往不给出电解池的电源,而是给出一些实验现象,据此先判断出是何种离子放电,从而确定出电源的正负极和电解池的阴阳极,并进行有关问题的分析。
(1)滴入酚酞显红色的一极(说明H+放电,电极附近溶液显碱性)是阴极,接电源的负极;
(2)滴入石蕊显红色的一极(说明OH-放电,电极附近溶液显酸性)是阳极,接电源的正极;
(3)电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极,接电源的负极。
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二、酸、碱、盐溶液的电解规律
用惰性电极电解酸、碱、盐溶液,填写下表:
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考向一 电解池的结构
【例题1】 下图所示的装置能够组成电解池的是( )
解析:电解池的构成:①直流电源,②两个电极,③电解质溶液(或熔融电解质),④形成闭合回路。由此分析,可知答案为D。
答案:D
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【例题2】 某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验,滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。据此,下列叙述正确的是( )
A.铅笔端做阳极,发生还原反应
B.铂片端做阴极,发生氧化反应
C.铅笔端有少量的氯气产生
D.a点是负极,b点是正极
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答案:D
规律方法点拨 在电解池中,阴极发生还原反应,溶液中的阳离子放电;阳极发生氧化反应,阳极或溶液中的阴离子放电。如果溶液中有金属析出,则该极为阴极。电解池中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,电子从阳极出来,通过导线进入正极,电子从负极出来,通过导线到达阴极。
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成功体验1下列关于电解池的叙述中,不正确的是( )
A.与电源正极相连的是电解池的阴极
B.电解池是电能转化为化学能的装置
C.溶液中的阳离子移向阴极
D.在电解池的阳极发生氧化反应
解析:与电源正极相连的是电解池的阳极,与负极相连的是电解池的阴极。
答案:A
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考向二 电解池工作时电极反应式的书写
【例题3】 (1)若以惰性电极电解CuSO4溶液,试分析电极产物并写出电极反应式及总反应式。
(2)若将等物质的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水,对该溶液以惰性电极进行电解,试讨论两个电极可能的产物,并写出总反应式。
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规律方法点拨 电解池电极反应式及电解总反应式书写技巧:
(1)先判断出阴、阳极,再看阳极材料。若活性电极作阴极,只起导体的作用;若活性电极作阳极(指金属活动性顺序中Ag及Ag以前的金属),则电极材料失电子,发生氧化反应,电极被溶解,溶液中阴离子不能失电子。阴极本身被保护,溶液中阳离子放电。
(2)再依据阴、阳离子的放电顺序书写电极反应式;最后写电解总反应式。(注意溶液中的H+和OH-)
提醒:注意判断阳极溶解生成的阳离子是否与介质中的阴离子发生反应。
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成功体验2如图中,甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L-1 AgNO3溶液,乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L-1 CuCl2溶液,A、B、C、D均为质量相同的石墨电极,如果电解一段时间后,发现A极比C极重1.9 g,则
(1)电源E为 极,F为 极。
(2)A极的电极反应式为 ,析出物质的物质的量为 mol。
(3)B极的电极反应式为 ,析出气体的体积为 mL(标准状况)。
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(4)C极的电极反应式为 ,析出物质的物质的量为 mol。
(5)D极的电极反应式为 ,析出气体的体积为 mL(标准状况)。
(6)甲烧杯中滴入石蕊溶液, 极附近变红,如果继续电解,在甲烧杯中最终得到 溶液。
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考向三 用惰性电极电解电解质溶液规律的应用
【例题4】 从 、 、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是 (至少答一种,下同);
(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时,电解质的化学式可能是 ;
(3)两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式可能是 。
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解析:(1)该题找两极分别放出H2和O2的电解质,其阳离子是H+或比H+放电能力弱的Ba2+;阴离子是OH-或比OH-放电能力弱的 、 ,则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。
(2)阴极上的阳离子应是比H+放电能力强的Cu2+、Ag+,阳极上阴离子应是放电能力弱于OH-的 、 ,由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质,即符合题意。
(3)阴极放出的是H2,阳极是Cl-放电生成Cl2。
答案:(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2
(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3
(3)HCl、BaCl2
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【例题5】 用石墨作电极电解1 mol·L-1 CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5 mol·L-1时,停止电解,向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状态( )
A.CuSO4 B.CuO
C.Cu(OH)2 D.CuSO4·5H2O
由以上反应可知,电解使2 mol CuSO4和2 mol H2O变成了2 mol H2SO4,同时析出铜,放出O2,溶液中每生成2 mol Cu,则放出1 mol O2,故需补充CuO。
答案:B
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规律方法点拨 (1)解答电解题目的一般步骤:
首先,要看清阳极材料,若为活性电极,则电极本身失电子被氧化;若为惰性电极,则溶液中的阴离子失电子被氧化;且注意溶液中OH-的存在。
其次,要熟记各种阴、阳离子在溶液中的放电顺序,且注意溶液中H+的存在。
最后,正确写出相应的电极反应式及总反应方程式。
(2)电解后复原电解液的方法:
电解后要恢复原电解质溶液的浓度,须加适量的某物质,基本原则是“析出什么加什么”。如用惰性电极电解CuSO4溶液,阳极放出氧气,阴极析出铜,要恢复原溶液浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,当然也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与H2SO4反应生成水,使水量增加。
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成功体验3下图中能验证用惰性电极电解氯化钠溶液(含酚酞)的电解产物的装置是( )
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解析:电解饱和食盐水生成H2和Cl2,H2可用向下排空气法收集检验,Cl2可用碘化钾淀粉溶液检验,排除A、B。生成H2的一极为阴极,与电源负极相连,生成Cl2的一极为阳极,与电源正极相连,据此可知电子流向正确的为D项。
答案:D
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成功体验4用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得溶液中加入0.1 mol的Cu(OH)2后,恰好恢复到电解前溶液的浓度和pH,则电解过程中转移电子的物质的量为( )
A.0.1 mol B.0.2 mol
C.0.3 mol D.0.4 mol
解析:若只电解CuSO4,加入CuO即可恢复电解前的浓度,题中加入Cu(OH)2说明电解了0.1 mol CuSO4和0.1 mol H2O,故转移的电子数目为0.2 mol+0.2 mol=0.4 mol。
答案:D
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1.将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解,且电解时间足够长。有以下结论:①溶液中几乎没有Br-;②电解质溶液为无色;③最终溶液显碱性;④K+、Na+和 的浓度几乎没有变化。其中正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)( )
A.①②③ B.②③④
C.①②④ D.①③④
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解析:溶液中存在的阴离子有:Cl-、Br-、 、OH-,阳离子有:K+、Cu2+、Na+、H+。因用Pt电极电解足够长的时间,阴离子首先放电的是Br-,其次是Cl-,最后是OH-, 在溶液中不放电;阳离子先放电的是Cu2+,其次是H+。所以先电解CuBr2,阳极逸出Br2,阴极析出Cu,当CuBr2电解完毕时,相当于继续电解HCl(H+来自于水中),当Cl-被消耗尽时,则继续电解水。由于Cu2+转化为单质铜,电解液变为无色;Cl-放电时,水电离出的H+放电,使溶液中的c(OH-)增大;由于水被消耗,c(K+)、c(Na+)和c( )会增大。
答案:A
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2.用石墨棒作电极,在Na+、Cu2+、Cl-、 中选出适当离子组成电解质,电解其溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:
(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,电解质是 。
(2)当阴极析出金属,阳极放出O2时,电解质是 。
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,电解质是 。
(4)通过电子的物质的量与阴极析出金属的物质的量、阳极放出气体的物质的量之比为4∶2∶1时,电解质的化学式是 。
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解析:(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,则电解时放电离子分别为H+、OH-,实际被电解的物质为H2O,电解质为活泼金属含氧酸盐Na2SO4。
(2)当阴极析出金属、阳极放出O2时,电解时放电离子为金属离子、OH-,实际被电解的物质为H2O和电解质,应为CuSO4。
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,放电离子为H+、Cl-,则电解质应为NaCl。
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答案:(1)Na2SO4
(2)CuSO4
(3)NaCl
(4)CuSO4
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3.甲、乙两池电极材料都是铁棒与石墨棒,请回答下列问题:
(1)若两池中均为CuSO4溶液,反应一段时间后:
①有红色物质析出的是甲池中的 棒,乙池中的 棒。
②乙池中阳极的电极反应式是 。
(2)若两池中均为饱和NaCl溶液:
①写出乙池中总反应的离子方程式 。
②甲池中石墨棒电极上电极反应式是 ,
乙池中石墨棒电极上电极反应属于 (填“氧化反应”或“还原反应”)。
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第2课时 电解原理的应用
任务一、认真阅读教材第80页到第81页的内容,思考回答下列问题,自主学习电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气。
1.什么是氯碱工业
提示习惯上,把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
2.食盐水溶液中含有哪些离子 阴离子失电子的难易顺序和阳离子得电子的难易顺序如何 写出电极反应式和总反应式。
提示在食盐溶液中,存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子。通电时,在阳极,Cl-比OH-容易失去电子,氧化生成氯气;在阴极,H+比Na+容易得到电子,还原生成氢气。
阅读思考
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任务二、认真阅读教材第81页的内容,思考回答下列问题,自主学习电镀。
1.什么是电镀 电镀的目的是什么 镀层金属一般具有什么特点
提示电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度。镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易发生变化的金属(如铬、镍、银)和合金(如黄铜)。
阅读思考
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2.电镀时,如何设计阴极、阳极和电解液
提示电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,把镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
3.如何用电镀的方法电解精炼粗铜
提示电解时,用纯铜板作阴极,粗铜板作阳极,用CuSO4溶液作电解液。当通以直流电时,作为阳极的粗铜逐渐溶解,纯铜在阴极上析出,粗铜中的多数杂质沉积在电解槽的底部。
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任务三、认真阅读教材第81页到第82页的内容,思考回答下列问题,自主学习电冶金。
1.什么是金属冶炼
提示金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来:Mn++ne- M。
2.常常用电解法冶炼哪些金属
提示常常用电解法冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
3.利用电解法制备金属钠时,电解液是什么 阴极、阳极的电极反应式及总反应式分别是什么
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1.欲在金属表面镀银,应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是( )
A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液
C.Fe和AgNO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液
答案:B
2.在冶金工业中,常用电解法得到钠、镁、铝等金属,其原因是( )
A.都是轻金属
B.都是活泼金属
C.成本低廉
D.这些金属的化合物熔点较低
答案:B
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探究问题
实验目的:模拟电解原理的应用。
实验装置:如右图所示:
1.若用如图所示装置,模拟氯碱工业,则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么 电极反应式和总反应式分别是什么 用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点 如何改进
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2.若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么 电极反应式分别是什么 电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化
提示若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电极a是Cu,电极b是铁制品,电解质溶液是CuSO4溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。
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3.若用如图所示装置,模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质),则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么 电极反应式分别是什么 电镀过程中电解质溶液中Cu2+的浓度如何变化
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一、电解饱和食盐水——氯碱工业
1.原理
(1)电极反应式:
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2.氯碱工业的电解槽
由阳极(金属钛网)、阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。如图表示一个单元槽的示意图。
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二、电镀与电解精炼的比较
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考向一 氯碱工业原理的应用
【例题1】
如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是( )
A.装置中的离子交换膜只允许阳离子通过,不允许阴离子通过
B.装置中出口①处的物质是氢气,出口②处的物质是氯气
C.除去杂质后的NaOH溶液从出口B处导出
D.转移0.8 mol电子时产生H2 8.96 L(标准状况下)
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解析:阳离子交换膜只允许阳离子通过,A正确;①处是阳极,发生 ,B错误;②处H+放电后生成OH-,Na+通过离子交换膜从左室进入右室,所以除去杂质后的NaOH溶液从B口导出,C正确;生成1 mol H2转移2 mol电子,转移0.8 mol电子时生成0.4 mol H2,标准状况下为8.96 L,D正确。
答案:B
规律方法点拨 电解饱和食盐水时,电解产物之间能够发生化学反应,如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO,H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中,为避免这几种产物混合,需要使反应在特殊的电解槽中进行。工业上在阴极区和阳极区之间设置一个离子交换膜,阻止OH-向阳极区移动,使氯气与氢氧化钠不能发生反应,从而制得烧碱、氯气和氢气。
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成功体验1关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是( )
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液, 溶液呈现紫色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液, 溶液呈现无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈现中性
解析:电解NaCl溶液,阴极生成H2和NaOH,阳极生成Cl2。
答案:B
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考向二 电镀原理的应用
【例题2】 某同学欲在铜钥匙上镀锌,有关说法正确的是( )
A.用铜钥匙做阳极,碳棒做阴极,CuSO4溶液做电解质溶液
B.Zn与铜钥匙用导线相连插入ZnSO4溶液中
C.Zn做阳极,铜钥匙做阴极,ZnSO4溶液做电镀液电解
D.在电镀过程中溶液中的Zn2+浓度减小,Cu2+浓度增大
解析:锌为镀层金属,需做阳极,铜为镀件,需做阴极,含有镀层金属离子的溶液做电解液。
答案:C
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规律方法点拨 (1)电镀的特点:
①阳极材料是活性电极(金属活动性顺序Ag以前,即除Au、Pt),阳极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。
②一多、一少:“一多”指阴极上有镀层金属沉积,“一少”指阳极上有镀层金属溶解。
(2)电镀过程中电镀液浓度的变化情况:
①若电镀池的阳极为镀层金属,则阳极溶解产生的离子的物质的量等于溶液中的离子在阴极得电子析出的物质的量,此时,电镀液的浓度保持不变,电镀过程中,需要经常更换阳极材料。
②若电镀池的阳极为惰性电极,则阳极不溶解,但溶液中的离子在阴极得电子析出,此时,电镀液的浓度不断减小,电镀过程中,需要经常更换电镀液。
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成功体验2在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是( )
A.锌做阳极,镀件做阴极,溶液中含有锌离子
B.铂做阴极,镀件做阳极,溶液中含有锌离子
C.铁做阳极,镀件做阴极,溶液中含有亚铁离子
D.锌做阴极,镀件做阳极,溶液中含有亚铁离子
解析:电镀原理是镀层金属做阳极、镀件做阴极,含有镀层金属阳离子的电解质溶液做电镀液。
答案:A
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考向三 电解精炼原理的应用
【例题3】 以硫酸铜溶液做电解液,对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述正确的是( )
①粗铜与直流电源负极相连 ②阴极发生的反应为Cu2++2e- Cu ③电路中每通过3.01×1023个电子,得到的精铜质量为16 g ④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥
A.①③ B.②④ C.③④ D.②③
解析:粗铜做阳极,与电源正极相连;杂质Ag以单质的形式形成阳极泥。
答案:D
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规律方法点拨 (1)电解精炼过程:
电解精炼粗铜时,用含杂质的铜做阳极,精铜做阴极。反应过程中阳极上首先是比Cu活泼的金属失去电子成为离子,进入溶液,在阴极只有Cu2+得电子成为单质,然后是Cu失去电子成为离子,进入溶液,在阴极仍然只有Cu2+得电子成为单质,当金属铜放电完毕,活泼性比Cu差的金属掉落形成阳极泥,此时电路断路,电解结束;其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。
(2)电解精炼过程中,溶液中Cu2+浓度的变化情况:
阳极上比Cu活泼的金属放电时,溶液中的Cu2+在阴极上放电,浓度不断减小,然后当Cu放电时,生成一个铜离子进入溶液的同时,溶液中的一个铜离子得电子变成铜单质析出,溶液中的Cu2+浓度保持不变。
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成功体验3以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是( )
A.溶液中Cu2+浓度保持不变
B.粗铜接电源正极,发生还原反应
C.溶液中Cu2+向阳极移动
D.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
解析:电解精炼铜时利用了电解原理,电能转化为化学能,也有少量转化为热能。电解精炼时粗铜做阳极,发生氧化反应,精铜做阴极,发生还原反应。电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,在阴极上得电子。粗铜中的不活泼金属不能失电子,以阳极泥的形式沉积在阳极附近。
答案:D
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考向四 电化学的相关计算
【例题4】 如图所示,若电解5 min时,测得铜电极的质量增加2.16 g。
试回答:
(1)电源中X极是 (填“正”或“负”)极。
(2)通电5 min时,B中共收集到224 mL(标准状况下)气体,溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计),则通电前c(CuSO4)= 。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL,则电解后溶液的pH为 。(KW=1.0×10-14)
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解析:(1)铜极增重,说明银在铜极上析出,则铜极为阴极,X为负极。
(2)C中铜极增重2.16 g,即析出0.02 mol Ag,线路中通过0.02 mol电子。由4e-~O2,可知B中产生的O2只有0. 005 mol,即112 mL。但B中共收集到224 mL气体,说明还有112 mL气体是H2,即Cu2+全部在阴极放电后,H+接着放电产生了112 mL H2,则通过0.01 mol电子时,Cu2+已完全被还原。由2e-~Cu,可知n(Cu2+)=0.005 mol,则c(CuSO4)= =0. 025 mol·L-1。
(3)由4e-~4OH-知,A中生成0. 02 mol OH-,则c(OH-)=0.1 mol·L-1,c(H+)= mol·L-1=1.0×10-13 mol·L-1,pH=13。
答案:(1)负 (2)0. 025 mol·L-1 (3)13
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规律方法点拨 电化学的有关计算
(1)计算的原则:
①阳极还原剂失去的电子数=阴极氧化剂得到的电子数。
②串联电路中通过各电极的电子总数相等。
③电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
(2)计算的方法:
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(3)注意几个等量关系式:
①当电流通过一个或多个串联的电解池时,它们皆处于同一闭合电路中,所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。
②常见电化学计算的对应关系:
如电解中析出气体时,在同温、同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)=1∶1∶0.5。
总之,电解混合溶液时要注意电解的阶段性,电极反应式和总电池反应式,电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。
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成功体验4有一电解装置如图所示。图中B装置中盛有1 L 2 mol·L-1 Na2SO4溶液,A装置中盛有1 L 2 mol·L-1 AgNO3溶液。通电后,湿润的淀粉KI试纸的C端变蓝色,电解一段时间后,试完成下列问题。
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(1)A中发生反应的化学方程式为 。
(2)在B中观察到的现象是 。
(3)室温下,从电解开始到时间为t时,A、B装置中共收集到气体0.168 L(标准状况下),若电解过程中无其他副反应发生,且溶液体积变化忽略不计,则在t时,A中溶液的pH为 。
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(2)石墨电极表面有气泡产生,铜电极周围溶液变成蓝色,一段时间后U形管下部有蓝色沉淀产生
(3)2
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1.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是( )
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生氧化反应
D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
解析:电解时粗铜作阳极,与电源正极相连,失电子发生氧化反应;精铜作阴极,与电源负极相连,得电子发生还原反应,A、B、C错误。因为在金属活动性顺序中,Ag、Pt排在Cu的后面,所以电解时,Ag、Pt不会失电子,D正确。
答案:D
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2.在25 ℃时,将两个铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解,通电一段时间后,在阳极逸出a mol气体,同时有W g Na2SO4·10H2O晶体析出,若温度不变,此时剩余溶液中溶质的质量分数是( )
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解析:用惰性电极电解饱和硫酸钠溶液相当于电解水,2H2O 2H2↑+O2↑,阳极产生氧气。当阳极析出氧气a mol时,消耗水2a mol。当饱和溶液减少2a mol水即36a g水时,有晶体析出,留下溶液仍为饱和溶液,即将W g Na2SO4·10H2O晶体加入到36a g水中所得溶液仍为饱和溶液。该溶液中溶质的质量分数为
答案:C
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3.如图所示,通电5 min后,第③极增重2.16 g,此时CuSO4恰好电解完。设A池中原混合溶液的体积为200 mL。
(1)电源F为 极;第②极为 极;B池为 池。
(2)A池中第②极上的电极反应式为 。
(3)通电前A池中原混合溶液Cu2+的浓度为 。
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4.下图为相互串联的甲、乙两个电解池,甲池利用电解原理在铁上镀银,试回答:
(1)A是 、 (填电极材料和电极名称),电极反应式是 ;B是 、 (填电极材料和电极名称),电极反应式是 ,应选用的电解质溶液是 。
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(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液,开始电解一段时间,铁极附近呈 色;C极附近呈 色。
(3)若甲槽阴极增重43.2 g,则乙槽中阳极上放出的气体在标准状况下的体积是 mL。
若乙槽中剩余溶液仍为400 mL,则电解后所得NaOH溶液的物质的量浓度为 。
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第四节 金属的电化学腐蚀与防护
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任务一、认真阅读教材第84页的内容,思考并回答下列问题,自主学习金属腐蚀的危害。
1.列举生活中见到的金属腐蚀现象。
提示铁器生锈,铜制品长出铜绿。
2.列举金属腐蚀的危害。
提示金属被腐蚀后,在外形、色泽以及机械性能方面就会发生变化,从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低,直至报废。
金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌,地下金属管道发生泄漏,轮船船体损坏等等。
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任务二、认真阅读教材第84页到86页的内容,思考并回答下列问题,自主学习金属的电化学腐蚀原理。
1.什么是金属的腐蚀 金属的腐蚀一般可分为哪几种类型
提示金属腐蚀是金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。由于与金属接触的气体或液体物质不同,发生腐蚀的情况也不同,一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
阅读思考
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2.举例说明什么是化学腐蚀 化学腐蚀的速率与温度高低有什么关系 举例说明什么是电化学腐蚀
提示金属跟接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀,叫做化学腐蚀。例如,铁与氯气直接反应而腐蚀,钢管被原油中的含硫化合物腐蚀等。化学腐蚀的速率随着温度升高而加快。
不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈,就是电化学腐蚀最典型的例子。
3.为什么钢铁在干燥的空气中不易腐蚀,在潮湿的空气中却易腐蚀
提示干燥的空气中钢铁发生化学腐蚀,而在潮湿的空气中,钢铁表面形成一层电解质溶液的水膜,构成原电池,发生电化学腐蚀,增大了腐蚀速率。
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任务三、认真阅读教材第86页到87页的内容,思考并回答下列问题,自主学习金属的电化学防护。
1.金属的电化学防护方法有哪些
提示金属的电化学防护方法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
2.除了电化学防护外,金属的防护方法常见的还有哪些
提示除了电化学防腐蚀外,金属防腐蚀的方法还有很多种。例如把金属制成防腐的合金,如不锈钢,就是有效的方法。还可以采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等其他方法使金属与空气、水等物质隔离,以防止金属腐蚀。
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1.下列关于金属腐蚀的说法中正确的是( )
C.金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D.在潮湿的环境中,金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀
答案:B
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2.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是( )
A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈
D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生
答案:D
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3.为了防止钢铁锈蚀,下列防护方法中正确的是( )
A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B.在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨,一同浸入海水中
C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D.在电动输油管的铸铁管上接直流电源的正极
答案:C
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探究问题
1.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理是什么 写出钢铁发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀时的电极反应。
提示在潮湿的空气里,钢铁表面会形成一薄层水膜,水膜既可以溶解大气中的CO2、SO2、H2S等气体(此水膜中含有一定量的H+,溶液显酸性),也可以溶解一定量的氧气(此水膜酸性很弱或显中性),结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池,在这些原电池里,铁是负极,碳是正极,铁失去电子而被氧化,钢铁发生电化学腐蚀。具体的电极反应式如下
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2.钢铁腐蚀的快慢与哪些因素有关 如何防止钢铁被腐蚀
提示金属腐蚀的快慢是由金属的活动性决定的,同时与温度、金属表面的电解质溶液浓度以及组成原电池的正负极间的活动性差别的大小等因素有关。
常用金属的防护措施有如下几种:
(1)金属的防护措施:
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(2)电化学防护法:
①牺牲阳极的阴极保护法:将被保护的金属制品和活泼金属相连,让活泼金属作原电池的负极(阳极),失去电子;则金属制品作为原电池的正极(阴极)被保护下来的方法。
②外加电流的阴极保护法:将被保护的金属和电源的负极连接,另选一块能导电的惰性材料接电源正极。通电后,使金属表面产生负电荷(电子)的聚积,抑制了金属失电子,从而防止金属被腐蚀。
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知识点拨
一、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系
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二、牺牲阳极的阴极保护法与外加电流的阴极保护法的比较
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考向一 金属的腐蚀原理与防护方法
【例题1】 如图所示烧杯中试管内有一枚铁钉,放置
数天后观察:
(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于 腐蚀。
(2)若试管内液面上升,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,电极反应式:负极 ,正极 。
(3)若试管内液面下降,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,电极反应式:负极 ,正极 。
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解析:根据原电池的构成条件:有两种不同活性的电极材料(本题中Fe为负极,碳为正极)、有电解质溶液、形成闭合回路,可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果知:试管内液面上升,说明试管内压强减小,试管内气体被吸收,是铁钉吸氧腐蚀的结果,据此写出电极反应式;试管内液面下降,说明试管内气体压强增大,试管内产生了气体,是铁钉析氢腐蚀的结果,据此写出电极反应式。
答案:(1)电化学
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【例题2】 钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为 。
(2)为了降低某水库铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用 (填写字母序号)。该防护方法属于 法。
A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨
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(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的 极。该防护方法称为 。
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解析:(1)发生吸氧腐蚀时,负极上Fe失电子,正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,则锌会失去电子而溶解,Fe被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法,Na会与水反应生成NaOH,达不到保护铁闸门的目的。(3)属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。
(2)C 牺牲阳极的阴极保护
(3)负 外加电流的阴极保护法
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规律方法点拨 (1)判断电化学保护法的类型,应分清其基本原理,看是利用电解原理的外加电流的阴极保护法还是应用原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法,两者不能混淆。
(2)无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀,作为负极的铁都不断地被氧化。金属腐蚀主要是电化学腐蚀。
(3)由于通常情况下,金属表面不会遇到酸性较强的溶液,所以金属腐蚀的主要形式是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀代替。金属活动性顺序中位于氢前和氢后的金属都能发生吸氧腐蚀,但只有在氢前的金属才会发生析氢腐蚀。
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成功体验1如图装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。下列有关叙述错误的是 ( )
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
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解析:a为中性环境,发生吸氧腐蚀,氧气被消耗,气体压强减小;b中酸性较强,发生析氢腐蚀,有氢气放出,气体压强增大,所以红墨水柱两边的液面变为左高右低,选项B不正确。
答案:B
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成功体验2下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )
A.纯银器的表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B.当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层不能对铁制品起保护作用
C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
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解析:纯银器的表面在空气中易生成硫化物失去光泽,属于化学腐蚀,A项正确;当镀锡铁制品镀层破损后,由于铁比锡活泼,形成原电池时,铁作原电池的负极,加快铁的腐蚀,B项正确;锌比铁活泼,当在海轮外壳上连接锌块后,锌失电子而海轮外壳被保护,此法为牺牲阳极的阴极保护法,C项正确;要采用电解原理保护金属,应将金属与直流电源的负极相连,即作电解池的阴极,D项错误。
答案:D
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考向二 腐蚀的条件与腐蚀快慢的比较
【例题3】 如图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )
A.②①③④ B.④③①② C.④②①③ D.③②④①
解析:②③④实质均为原电池装置。③中Fe为正极被保护;②④中Fe为负极,均被腐蚀,但相对来说,Fe和Cu的金属活动性的差别比Fe和Sn的大,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀得快;①中发生化学腐蚀。
答案:C
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规律方法点拨 不同条件下金属腐蚀快慢的判断
(1)各种腐蚀的程度由大到小依次排列为:电解原理引起的腐蚀(即电解池的阳极)、原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)、化学腐蚀、有防护措施的腐蚀(即电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等)。
(2)活动性不同的两金属,其活动性越强,腐蚀得越快。
(3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
(4)对同一种金属来说,腐蚀快慢的规律如下:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
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成功体验3铁在下列情况下腐蚀最快的是( )
A.铁放在海水中
B.铁和锌连接放入海水中
C.铁和锡连接放入海水中
D.铁和锡连接放入淡水中
解析:铁放在海水中直接发生化学腐蚀;铁和锌连接放入海水中,锌作负极,铁作正极受到保护;铁和锡连接放入海水中,铁作负极发生电化学腐蚀,速率最快;而铁和锡连接放入淡水中,由于淡水中的离子浓度较小,所以腐蚀的速率比在海水中要慢。
答案:C
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1.下列关于电化学腐蚀和化学腐蚀的说法正确的是( )
A.电化学腐蚀没有发生氧化还原反应
B.化学腐蚀发生氧化还原反应
C.电化学腐蚀没有发生化学反应,化学腐蚀发生化学反应
D.电化学腐蚀有电子转移,化学腐蚀没有电子转移
解析:电化学腐蚀和化学腐蚀实质一样,两者都发生氧化还原反应,都是金属失电子,被氧化,但电化学腐蚀构成闭合回路,有电流产生,而化学腐蚀没有产生电流。
答案:B
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2.钢铁在潮湿的空气中往往发生电化学反应而被腐蚀,下列方程式在钢铁的电化学腐蚀过程中不存在的是( )
答案:D
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3.铁生锈是一种常见的自然现象,其主要反应的化学方程式为4Fe+3O2+xH2O 2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架,水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是( )
A.①
B.②
C.③
D.④
解析:④处没有和电解质溶液接触,不能构成原电池,锈蚀较慢;①②③处已与电解质溶液接触,但①②处含O2较少,所以③处腐蚀最快。
答案:C
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4.下列有关金属的保护方法的说法中正确的是( )
A.常使用的快餐杯表面有一层搪瓷,搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用
B.白铁(镀锌铁)镀层破损后,铁皮的腐蚀仍很慢
C.轮船的船壳水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阴极的阳极保护法
D.钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青,这是钢铁的电化学保护法
解析:A项中涂层破损后,铁直接暴露在空气中,因而搪瓷层不能对破损部分进行保护;B项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强,与铁构成原电池,锌作负极,保护铁不被腐蚀;C选项应是牺牲阳极的阴极保护法;D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。
答案:B
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5.用铝制饭盒盛放醋酸,一段时间后,饭盒被腐蚀,该种腐蚀属于 ,反应的化学方程式为 ;若用铝饭盒盛放食盐(含水时),一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀叫做 ,反应原理是(写电极反应式) 。
解析:铝制饭盒盛放醋酸,金属铝直接接触腐蚀性化学物质,发生的腐蚀是化学腐蚀;而用铝饭盒盛放食盐(含水时),铝—食盐水—C形成原电池,发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。
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6.潜艇的金属外壳浸在海水中,在海水和空气的作用下会被腐蚀。
(1)若海水呈中性,一艘钢制外壳的潜艇在海水中发生腐蚀的电极反应式为:
正极: ,
负极: 。
(2)为有效地保护潜艇,下列措施中最好的是 。
A.采用纯铁制造潜艇外壳
B.采用耐腐蚀的合金制造潜艇外壳
C.在潜艇外壳上涂一层油
D.在潜艇外壳上装一定数量的锌块
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解析:金属防护的方法很多,可以采取以下措施进行。
(1)改变金属的内部组织结构。合金钢中含有合金元素,使组织结构发生变化,耐腐蚀,如不锈钢。
(2)在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。
(3)电化学保护法:①外加电流的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。②牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极。(共25张PPT)
第一章 习题课
任务一
任务二
复习回顾本章所学内容,完善下列知识网,熟练掌握本章的知识结构。
任务一
任务二
任务一
任务二
任务一
任务二
任务一
任务二
1.利用盖斯定律计算反应热的一般步骤是什么
2.比较反应热的大小时,一般从哪几个方面考虑
探究活动一
探究活动二
随堂训练
【典型例题】 废旧印刷电路板的回收利用可实现资源再生,并减少污染。废旧印刷电路板经粉碎分离,能得到非金属粉末和金属粉末。
用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知:
在H2SO4溶液中,Cu与H2O2反应生成Cu2+和H2O的热化学方程式为 。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
探究活动一
探究活动二
随堂训练
规律方法点拨 1.利用叠加法书写热化学方程式或计算反应热的一般步骤
(1)若目标热化学方程式中的某种反应物在某个已知热化学方程式中作生成物(或目标方程式中的某种生成物在某个已知热化学方程式中作反应物),可把该热化学方程式的反应物和生成物颠倒,相应的ΔH改变符号。
(2)将每个已知热化学方程式两边同乘以某个合适的数,使已知热化学方程式中某种反应物或生成物的化学计量数与目标热化学方程式中的该反应物或生成物的化学计量数一致。热化学方程式中的ΔH也进行相应的换算。
(3)将已知热化学方程式进行叠加,相应的热化学方程式中的ΔH也进行叠加。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
2.利用盖斯定律书写热化学方程式的思维模型
先确定待求的化学方程式 找出待求热化学方程式中各物质在已知热化学方程式中的位置
根据待求热化学方程式中各物质的化学计量数和位置对已知热化学方程式进行处理,得到变形后的新热化学方程式 将新得到的热化学方程式进行加减,反应热也需要相应加减 写出待求的热化学方程式
探究活动一
探究活动二
随堂训练
学以致用黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为:
则x为( )
A.3a+b-c B.c-3a-b
C.a+b-c D.c-a-b
探究活动一
探究活动二
随堂训练
解析:由碳的燃烧热,可得热化学方程式:C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1=a kJ·mol-1 ①,对题目中的热化学方程式依次编号:②③④,根据盖斯定律,②=①×3+③-④,则ΔH=ΔH1×3+ΔH2-ΔH3,即x=3a+b-c,故A项正确。
答案:A
探究活动一
探究活动二
随堂训练
【典型例题】 比较下列各组热化学方程式中ΔH的大小(填“>”“<”或“=”)。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
解析:对于①组,1 mol C(s)完全燃烧比不完全燃烧放出的热量多,即|ΔH1|>|ΔH2| ,但ΔH1、ΔH2均小于0,所以ΔH1<ΔH2;对于②组,ΔH4=2ΔH3<0,所以ΔH3>ΔH4;对于③组,石灰石的分解是吸热反应,而生石灰与水的化合是放热反应,即ΔH5>0、ΔH6<0,所以ΔH5>ΔH6。
答案:①< ②> ③>
规律方法点拨 比较反应热的大小,一般从以下几个方面考虑:
1.根据反应规律和影响ΔH大小的因素直接进行比较
(1)比较“反应热”或ΔH的大小时,必须带“+”“-”符号;比较反应吸收或放出的热量时,只需比较ΔH的绝对值的大小即可。
(2)参加反应的物质物质的量不同,则反应热的数值也会发生相应的变化,如1 mol H2完全燃烧生成液态水时放出285.8 kJ的热量,2 mol H2完全燃烧生成液态水时则放出571.6 kJ的热量。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(3)同一反应中物质的聚集状态不同,反应热数值大小也不同。例如, ΔH2=-Q2,可以理解成固态硫变成气态硫后再发生变化,而由固态到气态是需要吸收能量的,所以Q1>Q2、ΔH1<ΔH2,故当同一反应中只由于聚集状态不同比较热量的大小时,反应物为固态时放出的热量少,当生成物为固态时放出的热量多。
(4)中和热为稀溶液中强酸与强碱生成1 mol H2O时的反应热。但当酸为浓硫酸时,由于浓硫酸稀释过程放热,此时生成1 mol H2O放出热量大于57.3 kJ。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
2.根据反应进行的程度比较
对于可逆反应,如3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,是指生成2 mol NH3时放出92.4 kJ的热量,而不是指3 mol H2和1 mol N2混合在一定条件下反应就可放出92.4 kJ的热量,实际上3 mol H2和1 mol N2混合在一定条件下反应放出的热量小于92.4 kJ,因为该反应的反应物不能完全转化为生成物。
3.根据反应物的性质比较
等物质的量的不同物质与同一种物质反应时,性质不同其反应热不同。如等物质的量的不同金属(或非金属)与同一种物质反应,金属(或非金属)越活泼反应越容易进行,放出的热量越多,ΔH越小。例如
探究活动一
探究活动二
随堂训练
学以致用下列各组反应中的ΔH大小比较正确的是( )
探究活动一
探究活动二
随堂训练
解析:依据盖斯定律固体硫变化为气态硫需要吸收热量,所以ΔH1<ΔH2,故A项正确;氢气和氧气反应生成液态水放热多,所以ΔH1<ΔH2,故B项错误;CH3COOH(aq)+NaOH(aq) CH3COONa(aq)+H2O(l)反应中醋酸是弱电解质,电离过程是吸热过程,反应ΔH1>ΔH2,故C项错误;D项中反应是同一反应,ΔH1=ΔH2,错误。
答案:A
探究活动一
探究活动二
随堂训练
1.室温下,将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 mol 的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2,CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为:CuSO4·5H2O(s) CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
探究活动一
探究活动二
随堂训练
答案:B
探究活动一
探究活动二
随堂训练
探究活动一
探究活动二
随堂训练
答案:A
探究活动一
探究活动二
随堂训练
上述反应热效应之间的关系式为ΔH4= ,联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为 。
解析:根据盖斯定律知反应③×2-反应②×2-反应①即可得反应④,则ΔH4=2ΔH3-2ΔH2-ΔH1。联氨具有强还原性,N2O4具有强氧化性,二者易发生自发的氧化还原反应,反应放出大量的热并产生大量气体,所以联氨和N2O4可用作火箭推进剂。
答案:2ΔH3-2ΔH2-ΔH1 反应放热量大、产生大量气体
探究活动一
探究活动二
随堂训练
4.(2016全国丙,节选)已知下列反应:
解析:按题中反应方程式先后顺序,编序号为①②③,根据盖斯定律,将反应①+②-③即可得目标反应,故ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
答案:ΔH1+ΔH2-ΔH3
探究活动一
探究活动二
随堂训练
5.(2016四川理综,节选)工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知25 ℃,101 kPa时:
则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是 。
解析:先写出Ca5(PO4)3F与H2SO4反应的化学方程式:
③Ca5(PO4)3F+5H2SO4 5CaSO4+3H3PO4+HF,设题中第一个热化学方程式为①、第二个热化学方程式为②,找出③与已知反应①②的关系:反应③=5反应①-反应②,则ΔH=5ΔH1-ΔH2。
答案:Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l) 5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g) ΔH=-418 kJ·mol-1(共55张PPT)
第二章 习题课
任务一
任务二
复习回顾本章所学内容,完善下列知识网,熟练掌握本章的知识结构。
任务一
任务二
任务一
任务二
1.如何根据化学平衡的移动方向判断下列内容
(1)物质的聚集状态 (2)气态反应物和生成物的化学计量数的大小 (3)化学反应焓变的正负 (4)反应物转化率的变化
2.化学反应速率和化学平衡的图像各有哪几种类型 如何解决关于化学反应速率和化学平衡的图像问题
探究活动一
探究活动二
随堂训练
【典型例题】 (2016山东师大附中月考)向2 L密闭容器中通入a mol气体A和b mol气体B,在一定条件下发生反应:
回答下列问题:
(1)反应2 min内,v(A)= ,v(B)= ;
(2)化学方程式中,x= 、y= 、p= 、q= ;
(3)反应平衡时,D为2a mol,则B的转化率为 ;
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(4)如果只升高反应温度,其他反应条件不变,平衡时D为1.5a mol,则该反应的ΔH 0(填“>”“<”或“=”);
(5)如果其他条件不变,将容器的容积变为1 L,进行同样的实验,则与上述反应比较:
①反应速率 (填“增大”“减小”或“不变”),理由是 ;
②平衡时反应物的转化率 (填“增大”“减小”或“不变”),理由是 。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(2)根据化学反应速率之比等于化学方程式的化学计量数之比,x∶y∶p∶q=2∶3∶1∶6,故x=2,y=3,p=1,q=6。
(3)反应平衡时,若生成D为2a mol,则消耗B为a mol,B的转化率为×100%。
(4)若只升高温度,其他反应条件不变,平衡时D为1.5a mol,则说明升温平衡向逆反应方向移动了,ΔH<0。
(5)如果其他条件不变,将容器容积变为1 L,则相当于加压,反应速率增大,平衡时反应物的转化率减小。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(2)2 3 1 6
(4)<
(5)①增大 体积减小,反应物的浓度增大,因而使反应速率增大
②减小 体积减小,气体的压强增大,平衡向气体分子数少的方向(即逆反应方向)移动,因而使反应物转化率减小
探究活动一
探究活动二
随堂训练
规律方法点拨 勒夏特列原理指出,改变影响平衡的一个条件,平衡就向减弱这种改变的方向移动。反之,如果知道了化学平衡移动的方向,也可以推测使化学平衡移动的条件。
1.根据化学平衡移动方向,判断物质的聚集状态
如可逆反应:2A(g)+nB( ) 2C(g)达到化学平衡后,若只增大压强,平衡向正反应方向移动,由此可判断B为气体;若增大压强,平衡并不移动,由此可判断B为固体或液体。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
2.根据化学平衡移动方向,判断化学方程式中气体反应物和气体生成物化学计量数的相对大小
如可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)在反应过程中A的百分含量[w(A)]随压强(p)变化的曲线如图所示。
由图示可知:增大压强,A的百分含量逐渐变小,即平衡向正反应方向移动。又因增大压强,平衡向气体体积缩小的方向移动,故a+b>c+d。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
根据化学平衡移动方向还可以判断化学方程式中某气体物质的化学计量数。如可逆反应:A(g)+nB(g) 3C(g),在恒温下,反应物B的转化率与压强的关系如图所示。
由图示可知:增大压强,B的转化率不变,即平衡不移动,则1+n=3,n=2。
3.根据化学平衡移动方向,判断化学反应的能量变化
如可逆反应:A(g)+B(g) 2C(g)达到平衡后,升高温度,C的体积分数增大,由此可判断正反应为吸热反应。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
4.根据化学平衡移动方向,判断混合气体的平均相对分子质量的变化
混合气体的平均相对分子质量为 ,对于反应物和生成物都是气体的可逆反应,当外界条件改变时,不管平衡怎样移动,混合气体的质量始终不变,故混合气体的平均相对分子质量与混合气体物质的量成反比。若平衡向气体物质的量减小的方向移动,混合气体的平均相对分子质量将变大,反之,平均相对分子质量将变小。
5.根据化学平衡移动方向,判断反应物的平衡转化率
(1)温度、压强对平衡转化率的影响:在其他条件不变的情况下,改变温度或改变气体反应物的容器容积(改变压强),若化学平衡向正反应方向移动,则反应物的平衡转化率一定增大;若平衡向逆反应方向移动,则反应物的平衡转化率一定减小。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(2)浓度对平衡转化率的影响:在其他条件不变的情况下,改变浓度,反应物的平衡转化率有可能增大,也有可能减小或不变。
①减小生成物的浓度,反应物的平衡转化率一定增大。
②对于多种物质参加的反应,增加某一反应物的浓度,其他反应物的平衡转化率一定增大,而该反应物本身的平衡转化率一般是减小的。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
③对于分解反应(即反应物只有一种),其平衡转化率要视反应前后物质的化学计量数而定。如对于可逆反应:mA(g) nB(g)+pC(g),增加反应物A的浓度,A的转化率变化情况有如下几种:
若m=n+p,A的转化率不变;
若m>n+p,A的转化率增大;
若m根据化学平衡移动还可以进行其他方面的判断,如正逆反应速率、各物质的平衡浓度(或百分含量)、产物的产率、体系的压强等。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
学以致用α1和α2分别为A在两个恒容容器中的平衡体系
的转化率,在温度不变的情况下,均增加A的物质的量,下列判断正确的是( )
A.α1、α2均减小 B.α1、α2均增大
C.α1减小,α2增大 D.α1增大,α2减小
解析:当反应物和生成物都只有一种时,不管增加反应物还是生成物的量,都相当于增大压强。根据平衡移动的原理,A(g) 2B(g)平衡将逆向移动,α1减小,2A(g) C(g)平衡将正向移动,α2增大。选项C符合题意。
答案:C
探究活动一
探究活动二
随堂训练
点拨解答有关平衡正向移动时的反应物转化率问题时,可采用虚拟法,即虚拟一种中间状态的平衡,它和第一个化学平衡是完全等效的,是第一个和第三个化学平衡的桥梁,有了这个桥梁,就能将第一个化学平衡和第三个化学平衡间接比较。只要将第一个化学平衡用这个虚拟平衡来代替,用这个虚拟平衡直接和第三个平衡比较,便能使复杂问题简单化。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
【典型例题】 已知NO2和N2O4可以相互转化:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0。现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一体积为1 L的恒温密闭容器中,反应物浓度随时间变化关系如图所示,回答下列问题:
(1)图中共有两条曲线X和Y,其中曲线 表示NO2浓度随时间的变化;a、b、c、d四个点中,表示化学反应处于平衡状态的点是 。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(2)前10 min内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)= mol·L-1·min-1;反应进行至25 min时,曲线发生变化的原因是 。
(3)若要达到与最后相同的化学平衡状态,在25 min时还可以采取的措施是 。
A.加入催化剂
B.缩小容器体积
C.升高温度
D.加入一定量的N2O4
探究活动一
探究活动二
随堂训练
解析:(1)根据浓度的变化程度来判断,浓度的变化量之比等于化学方程式中的化学计量数之比,浓度变化较大的为NO2即曲线X;当体系中物质的量浓度不再发生变化时,即达到平衡,所以b、d点均表示反应已达到平衡状态。
(2)NO2在0~10 min达到平衡时浓度变化了
0.4 mol·L-1,所以用NO2表示的反应速率为
0.04 mol·L-1·min-1;而在25 min时,NO2的浓度由
0.6 mol·L-1突变为1.0 mol·L-1,而N2O4的浓度在
25 min时没有发生改变,所以可得此时改变的条件是向容器中加入了0.4 mol NO2。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(3)加入NO2后平衡正向移动,所以若要达到与最后相同的化学平衡状态,还可通过增大压强,使平衡也同样正向移动;也可以向容器中充入一定量N2O4,因为这样相当于增大容器中气体的压强。
答案:(1)X bd (2)0.04 加入了0.4 mol NO2(或加入了NO2) (3)BD
探究活动一
探究活动二
随堂训练
规律方法点拨 一、常见速率、平衡图像的类型及其处理方法
1.物质的量(或浓度)、速率—时间图像
(1)物质的量(或浓度)—时间图像
此类图像能说明平衡体系中各组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况,解题时要注意各物质的物质的量(或浓度)变化量之比等于化学方程式中化学计量数之比。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(2)速率—时间图像(v-t图像)
①图像分析
既能表示反应速率的变化,又能表示平衡移动的速率—时间图像,如下图A、B、C所示:
A图:a.t=0时,v(正)>v(逆)=0,表明反应由正反应开始;b.t=t1时,v'(正)>v'(逆)=v(逆),表明在改变条件的瞬间,v(正)变大,v(逆)不变,是增大了反应物的浓度;c.t>t1时,v'(正)>v'(逆),表明平衡向正反应方向移动,随后又达到新的平衡状态。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
B图:a.t=0时,反应由正反应开始;b.t=t1时,v(正)、v(逆)在改变条件时同时增大;c.t>t1时,平衡向逆反应方向移动,随后又达到新的平衡状态。
C图:a.t=0时,反应由正反应开始;b.t=t1时,v(正)、v(逆)在改变条件时同倍数增大;c.t>t1时,平衡不移动。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
②规律总结——v-t图像的分析和绘制
a.在分析v-t图像时,要特别注意两个方面:一是反应速率的变化,即v(正)、v(逆)是都增大或都减小[条件改变的瞬间v'(正)、v'(逆)的起点与原平衡点不重合],还是一个增大(或减小)而另一个不变[条件改变的瞬间,v'(正)、v'(逆)中不变的那一个起点与原平衡点重合];二是平衡移动的方向,速率大的速率—时间曲线就在上面,且平衡向该方向移动。
b.画出v-t图像的“三段式”:第一步,画出原平衡建立的过程;第二步,依据条件改变时的速率变化,确定两个起点[是都在上还是都在下,或一个在上(下)另一个不变];第三步,依据平衡移动方向确定哪条曲线[v(正)或v(逆)]在上(下)面,完成图像。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
2.含量—时间—温度(压强)图像
常见形式有如下几种。[w(C)指某生成物的质量分数;w(B)指某反应物的质量分数]
(a用催化剂,b不用催化剂) (T2>T1,正反应为吸热反应)
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(T2>T1,正反应为放热反应)
(p1>p2,正反应为气体体积减小的反应)
(p1>p2,正反应为气体体积增大的反应)
探究活动一
探究活动二
随堂训练
3.其他类型
(1)恒压(温)线图像分析
该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如下所示:
探究活动一
探究活动二
随堂训练
(2)其他类型
如图所示是其他条件不变时,某反应物的最大(平衡)转化率(α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的a、b、c、d四个点中,表示v(正)>v(逆)的点是c,表示v(正)探究活动一
探究活动二
随堂训练
二、解决速率—平衡图像问题的一般方法
探究活动一
探究活动二
随堂训练
三、速率平衡图像题解题技巧
(1)先拐先平:
在含量(转化率)—时间曲线中,先出现拐点的则先达到平衡,说明该曲线反应速率快,表示温度较高、有催化剂、压强较大等。
(2)定一议二:
当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系,有时还需要作辅助线。
(3)三步分析法:
一看反应速率是增大还是减小;二看v(正)、v(逆)的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
探究活动一
探究活动二
随堂训练
学以致用1.一定温度下,在某密闭容器中发生反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g)并达到平衡状态。若保持温度不变,在t0时刻改变外界条件,反应速率发生如图所示的变化。则下列关于反应容器及反应条件变化的说法中正确的是( )
A.容器为恒压容器时,充入适量He
B.容器为恒压容器时,充入适量HI
C.容器为恒容容器时,充入适量He
D.容器为恒容容器时,充入适量HI
探究活动一
探究活动二
随堂训练
解析:恒容充入He时,对反应气体的浓度没有影响,正逆反应速率不变,所以C项错误。恒容充入HI时,相当于增大压强,而对于该反应,增大压强平衡不会移动,与图像不符,D项错误。恒压充入He,相当于减小压强,而对于该反应,减小压强平衡不会移动,与图像不符,A项错误。恒压充入HI时,体系的体积增大,H2和I2的浓度都变小,正反应速率减小;而充入的是纯HI,故HI的浓度增大,逆反应速率增大,而且最终达到平衡时,与原平衡态各物质的浓度完全一样,所以只有B项正确。
答案:B
探究活动一
探究活动二
随堂训练
2.已知可逆反应:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-1 025 kJ·mol-1。若反应物起始物质的量相同,下列关于该反应的示意图不正确的是( )
探究活动一
探究活动二
随堂训练
解析:升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡时一氧化氮的含量小,且达到平衡时需要的时间短,故A项正确,D项错误;B项增大压强,平衡向逆反应方向移动,平衡时一氧化氮的含量小,且达到平衡时需要的时间短,故正确;C项有无催化剂只影响到达平衡状态的时间,不影响平衡移动,故正确。
答案:D
探究活动一
探究活动二
随堂训练
3.在容积一定的密闭容器中发生可逆反应A(g)+2B(g) 2C(g) ΔH>0,平衡移动关系如右图所示。下列说法正确的是( )
A.p1B.p1>p2,纵坐标指C的质量分数
C.p1D.p1解析:根据图像分析知纵坐标所代表的物理量随温度的升高而增大,结合上述反应知温度升高平衡将向正反应方向移动,所以增大的物理量有A、B的转化率,C的质量分数和混合气体的平均摩尔质量;由题给反应知,随压强的增大,A、B的转化率,C的质量分数和混合气体的平均摩尔质量均增大,故B项正确。
答案:B
探究活动一
探究活动二
随堂训练
4.(2016北京海淀调研)温度为T时,向V L的密闭容器中充入一定量的A和B,发生反应:A(g)+B(g) C(s)+xD(g) ΔH>0,容器中A、B、D的物质的量浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
探究活动一
探究活动二
随堂训练
A.前10 min的平均反应速率v(D)=0.15 mol·L-1·min-1
C.若平衡时保持温度不变,压缩容器体积,平衡向逆反应方向移动
D.反应至15 min时,改变的条件是降低温度
解析:反应在前10 min的平均反应速率
mol·L-1·min-1,A项错误;根据物质的量浓度变化之比等于化学计量数之比,可知x=2,因C是固体,不能写入化学平衡常数表达式中,B项错误;反应前后气体的化学计量数相等,压缩容器体积平衡不移动,C项错误;由图像知,15 min时,D浓度减小,A、B浓度增大,而且变化较大,可知改变的条件是降低温度,D项正确。
答案:D
探究活动一
探究活动二
随堂训练
5. (2016山东潍坊月考)在容积不变的密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。下列各图表示当其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,其中分析正确的是( )
A.图Ⅰ表示温度对化学平衡的影响,且甲的温度较高
B.图Ⅱ表示t0时刻使用催化剂对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示t0时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
D.图Ⅳ中a、b、c三点中只有b点已经达到化学平衡状态
探究活动一
探究活动二
随堂训练
解析:根据“先拐先平条件高”判断乙的温度较高,A项错误;t0时刻,v(正)、v(逆)同时增大,而且增大倍数相同,故此时使用了催化剂,B项正确;t0时刻增大O2的浓度,v(正)突然增大,v(逆)在原平衡基础上增大,具有连续性,C项错误;图Ⅳ中a、b、c三点都是在不同温度下的平衡点,D项错误。
答案:B
探究活动一
探究活动二
随堂训练
6.合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。图1表示在一定的温度下此反应过程中的能量变化。图2表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下,改变起始物氢气的物质的量,平衡时NH3的质量分数w(NH3)的变化曲线。
探究活动一
探究活动二
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下列说法正确的是( )
A.该反应为自发反应,由图1可得加入适当的催化剂,E和ΔH都减小
B.图2中0~10 min内该反应的平均速率v(H2)=0.045 mol·L-1·min-1,从11 min起其他条件不变,压缩容器的体积为1 L,则n(N2)的变化曲线为d
C.图3中a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是b点
D.图3中T1和T2表示温度,对应温度下的平衡常数为K1、K2,则:T1>T2,K1>K2
探究活动一
探究活动二
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解析:加入催化剂,活化能E减小,但反应热ΔH不变,A项错误;图3中c点起始时加入的H2最多,N2的转化率最高,C项错误;因合成氨正反应是放热反应,升高温度,平衡左移,图3中当n(H2)相同时,T1温度下达到平衡时w(NH3)高于T2温度下达到平衡时w(NH3),所以T1答案:B
探究活动一
探究活动二
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1.(2016四川理综,6)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。设起始 ,在恒压下,平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如右图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的焓变ΔH>0
B.图中Z的大小为a>3>b
D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
探究活动一
探究活动二
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答案:A
探究活动一
探究活动二
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2. (2016全国甲,27)丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题:
(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:
两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是 ;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
探究活动一
探究活动二
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(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时,丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是 ;高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选,填标号)。
A.催化剂活性降低
B.平衡常数变大
C.副反应增多
D.反应活化能增大
图(a)
探究活动一
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(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ,理由是 。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。
图(b)
探究活动一
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解析:(1)从反应的焓变可看出这两个反应都为放热反应,且“1 mol反应”放出的热量大,故两个反应在热力学上的趋势很大。由于生成丙烯腈的反应为气体体积增大的放热反应,故要提高丙烯腈的产率可采取的措施为降温、降压。提高丙烯腈反应选择性的关键因素是使用合适的催化剂。
(2)图(a)中,低于460 ℃时的曲线不表示丙烯腈的产率,因为合成丙烯腈的反应为放热反应,温度降低时,丙烯腈的产率应增大,而非减小。高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的原因分析:催化剂活性降低,合成丙烯腈的反应速率减小,而副反应可能更多地发生,A项符合题意;平衡常数增大,丙烯腈的产率增大,B项不符合题意;副反应增多,可能导致丙烯腈产率降低,C项符合题意;反应活化能增大,并不影响平衡的移动,不会导致丙烯腈的产率变化,D项不符合题意。
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(3)由图(b)可知,当n(氨)/n(丙烯)在1.0左右时丙烯腈的产率达最大值,而副产物丙烯醛的产率达最小值。由反应①知,V(NH3)∶V(O2)∶V(C3H6)=2∶3∶2,而V(O2)∶V(空气)≈1∶5,则进料气的理论体积比约为V(NH3)∶V(空气)∶V(C3H6)=2∶15∶2,即1∶7.5∶1。
答案:(1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂
(2)不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1 该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
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3.(2016全国丙,27节选)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题:
(1)NaClO2的化学名称为 。
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323 K,NaClO2溶液浓度为5×10-3 mol·L-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
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①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式 。增加压强,NO的转化率 (填“提高”“不变”或“降低”)。
②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐 (填“增大”“不变”或“减小”)。
③由实验结果可知,脱硫反应速率 脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是 。
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探究活动二
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(3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。
①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均 (填“增大”“不变”或“减小”)。
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(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是 。
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第三章 习题课
任务一
任务二
复习回顾本章所学内容,完善下列知识网,熟练掌握本章的知识结构。
任务一
任务二
任务一
任务二
任务一
任务二
1.解决对某溶液加热蒸干时,是否得到原溶质的问题,常常考虑哪些方面的因素
2.盐类水解有哪些应用
3.溶液中存在哪些守恒关系 如何建立这些守恒关系 利用溶液中的守恒关系能解决哪些问题
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【典型例题】 下列物质的溶液在蒸发皿中加热蒸干、灼烧,可以得到该物质的固体的是( )
A.AlCl3 B.Na2SO3 C.KMnO4 D.MgSO4
解析:AlCl3的溶液在蒸发皿中加热蒸干、灼烧得到Al2O3;Na2SO3的溶液在蒸发皿中加热蒸干、灼烧得到Na2SO4;KMnO4加热分解。
答案:D
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规律方法点拨 解决溶液蒸干是否得到原溶质的问题时,常常需要从以下几个方面进行分析:
1.加热挥发性酸的弱碱盐的水合晶体或溶液时,得到水解产物(也可能再分解)。
例如,AlCl3溶液中存在水解平衡:AlCl3+ 3H2O Al(OH)3+3HCl,加热时因HCl挥发,使平衡右移,水解程度逐渐增大,生成Al(OH)3沉淀。若蒸干后再灼烧,Al(OH)3会分解2Al(OH)3 Al2O3+3H2O,最终得到Al2O3固体。加热AlCl3·6H2O晶体的过程与此相似。
若在加热蒸干过程中不断通入干燥的HCl气流,则可抑制AlCl3水解,同时带走水蒸气,最后得到无水AlCl3。如化工生产中制无水氯化镁:MgCl2·6H2O MgCl2+6H2O。
常见的挥发性酸的弱碱盐有MgCl2、AlCl3、FeCl3、Al(NO3)3、Fe(NO3)3等。
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2.加热挥发性酸的强碱盐溶液或不挥发性酸的弱碱盐溶液等,得到的固体一般为原溶质。
例如,Al2(SO4)3溶液中有水解平衡:Al2(SO4)3+6H2O 2Al(OH)3+3H2SO4。加热时,因水解吸热,平衡右移;又水分蒸发,H2SO4浓度增大,平衡左移。最终以左移为主,得到Al2(SO4)3固体。类似地,蒸干Na2CO3、NaAlO2、CH3COONa等溶液都得到原溶质。
3.某些盐溶液在加热过程中或蒸干后可能发生分解、氧化还原等反应,最终得到分解产物。
例如,加热Ca(HCO3)2溶液,得到CaCO3。蒸干NaHCO3溶液,得到Na2CO3。蒸干NaClO溶液,得到NaCl。蒸干Na2SO3溶液,得到Na2SO4等。
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4.加热阴、阳离子均易水解,且水解产物易挥发的盐的水溶液,蒸干时得不到任何物质,如(NH4)2S、(NH4)2CO3等。
5.加热蒸干易被氧化的盐溶液,蒸干后得到其氧化产物。
例如,FeSO4溶液蒸干后得到Fe2(SO4)3。Na2SO3溶液蒸干后得到Na2SO4。
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学以致用在蒸发皿中加热蒸干并灼烧下列物质的溶液,可以得到该固体物质的是( )
A.MgCl2 B.Al2(SO4)3
C.Ca(HCO3)2 D.(NH4)2CO3
解析:MgCl2溶液中存在水解平衡:MgCl2+2H2O Mg(OH)2+2HCl,加热时因HCl挥发,使平衡右移,水解程度逐渐增大,生成Mg(OH)2沉淀,经灼烧后得到MgO,A不符合题意;Ca(HCO3)2受热分解,最终得到CaCO3,C不符合题意;(NH4)2CO3受热促进双水解,最后以NH3和CO2的形式挥发掉,D不符合题意。
答案:B
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答案:D
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规律方法点拨
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答案:C
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填写下列空白:
(1)若溶液中只溶解了一种溶质,则该溶质是 ,上述四种离子浓度的大小顺序为 (填序号)。
(2)若上述关系中③是正确的,则溶液中的溶质为 ;若上述关系中④是正确的,则溶液中的溶质为 。
(3)若该溶液是由体积相等的稀盐酸和氨水混合而成,且恰好呈中性,则混合前c(HCl) c(NH3·H2O)(填“大于”“小于”或“等于”,下同),混合前酸中c(H+)和碱中c(OH-)的关系为c(H+) c(OH-)。
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答案:(1)NH4Cl ①
(2)NH4Cl和NH3·H2O NH4Cl和HCl
(3)小于 大于
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3.质子守恒规律:电解质溶液中,由于电离、水解等过程的发生,往往存在质子(H+)的转移,但转移过程中质子数量保持不变,称为质子守恒。如在NaHS溶液中,存在NaHS的电离和水解、H2O的电离,其质子转移情况可作如下分析:
根据质子守恒有c(H2S)+c(H3O+)=c(S2-)+c(OH-),即c(H2S)+c(H+)=c(S2-)+c(OH-)。
如在K2S溶液中,H2O电离出的OH-即存在如下关系:c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)。
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答案:D
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【典型例题】 泡沫灭火器内含有NaHCO3浓溶液(置于铁桶内)和浓Al2(SO4)3溶液(置于玻璃瓶内)。使用时把灭火器倒置即有泡沫喷出灭火。
(1)写出倒置灭火器时所发生反应的离子方程式: 。
(2)灭火器内NaHCO3溶液体积和Al2(SO4)3溶液体积之比约为5∶1,请估计两种溶液的物质的量浓度之比约为 ; 溶液稍过量更好些。
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学以致用已知NaHSO3溶液和Na2CO3溶液混合加热煮沸能产生CO2气体。下列说法中正确的是( )
A.NaHSO3溶液因水解而呈碱性
B.两溶液混合后产生CO2的原因是二者发生相互促进的水解反应
C.向NaHSO3溶液中加入三氯化铁溶液,既有沉淀生成又有气体生成
D.0.1 mol·L-1 NaHSO3溶液中:c( )+2c( )+c(OH-)-c(H+)=0.1 mol·L-1
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解析:由生成CO2知亚硫酸氢钠溶液呈酸性,A错误;相互促进的水解反应是在带相反电荷的微粒之间进行的,B错误;亚硫酸氢钠与三氯化铁溶液之间发生氧化还原反应,生成Fe2+和 ,无气体和沉淀生成,C错误;由 +c(OH-)=c(Na+)+c(H+)及c(Na+)=0.1 mol·L-1知D正确。
答案:D
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1. (2016全国乙,12)298 K时,在20.0 mL 0.10 mol·L-1氨水中滴入0.10 mol·L-1的盐酸,溶液的pH与所加盐酸的体积关系如图所示。已知0.10 mol·L-1氨水的电离度为1.32%,下列有关叙述正确的是( )
A.该滴定过程应该选择酚酞作为指示剂
B.M点对应的盐酸体积为20.0 mL
C.M点处的溶液中
c( )=c(Cl-)=c(H+)=c(OH-)
D.N点处的溶液中pH<12
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解析:氨水与盐酸中和生成氯化铵,氯化铵属于强酸弱碱盐,溶液显酸性,应选择在酸性范围变色的指示剂,指示剂可以为甲基橙,A选项错误;盐酸若为20 mL,二者恰好中和,此时溶液为酸性,若溶液pH=7,则盐酸体积必然小于20 mL,B选项错误;M点处溶液呈中性,c( )=c(Cl-),c(H+)=c(OH-),但c(Cl-)要远大于c(H+),C选项错误;由于N点为0.1 mol·L-1的氨水,根据电离度为1.32%,c(OH-)=0.1 mol·L-1×1.32%=0.00 132 mol·L-1,故pH<12,D选项正确。
答案:D
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答案:BD(共49张PPT)
第四章 习题课
任务一
任务二
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任务一
任务二
任务一
任务二
任务一
任务二
1.如何书写燃料电池的电极反应式 书写过程中应注意什么问题
2.离子交换膜法氯碱工业中,所用的电解槽的结构如何 离子交换膜的作用是什么
3.列表比较“原电池”“电解池”和“电镀池”的异同点。
4.解决电解池问题一般思路是什么 解答电解问题时应注意什么问题
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【典型例题】 用两根铂丝作电极插入KOH溶液中,再分别向两极通入甲烷气体和氧气,可形成原电池——燃料电池,该电池放电时发生的反应为CH4+2KOH+2O2 K2CO3+3H2O,下列说法错误的是( )
A.通甲烷的一极为负极,通氧气的一极为正极
B.放电时,通入O2一极附近溶液的pH升高
C.放电一段时间后,KOH的物质的量不发生变化
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答案:C
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规律方法点拨 1.燃料电池的组成
(1)电极:惰性电极。
(2)燃料:包括H2、烃(如CH4)、醇(如C2H5OH)、肼(N2H4)等。
(3)电解质:酸性电解质溶液,如H2SO4溶液;碱性电解质溶液,如NaOH溶液;熔融氧化物,如Y2O;熔融碳酸盐,如K2CO3等。
2.书写燃料电池反应式的基本步骤
(1)第一步:写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应,则总反应为加和后的反应。
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(2)第二步:写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,一般为以下四种情况:
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(3)第三步:根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。
电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系:电池的总反应式=电池正极反应式+电池负极反应式(消去电子)。故根据第一、二步写出的反应:电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式,注意在将两个反应式相减时,要约去正极的反应物O2。
3.实例
以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法:
(1)酸性条件
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学以致用某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为2H2+O2 2H2O,下列有关说法正确的是 ( )
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-
C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2
D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
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解析:此为燃料电池,充入还原剂H2的极为负极,电子从负极(a极)流向正极(b极),A项错。电解质为酸性,不可能有大量OH-存在,负极反应为H2-2e- 2H+,正极(b极)反应为O2+4e-+4H+ 2H2O,B项错。C项,气体的体积没有指明标准状况,故C错。由反应式知,负极(a极)产生H+,由酸电解质传到正极(b极),D项正确。
答案:D
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【典型例题】 氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下:
依据上图,完成下列填空。
(1)在电解过程中,与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为 ,
与电源负极相连的电极附近,溶液的pH (填“不变”“升高”或“下降”)。
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(2)如果精盐中 含量较高,必须添加钡试剂除去 ,该钡试剂可以是 (填字母)。
a. Ba(OH)2 b.Ba(NO3)2 c.BaCl2
(3)为有效除去Ca2+、Mg2+、 ,加入试剂的合理顺序为 (填字母)。
a.先加NaOH,后加Na2CO3,再加钡试剂
b.先加NaOH,后加钡试剂,再加Na2CO3
c.先加钡试剂,后加NaOH,再加Na2CO3
(4)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异,通过 (填操作名称,下同)、冷却、 、 除去NaCl。
(5)用隔膜法电解食盐水,电解槽分隔为阳极区和阴极区,防止Cl2和NaOH反应。采用无隔膜法电解冷的食盐水时,Cl2与NaOH充分接触,产物仅是NaClO和H2,相应的化学方程式为 。
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规律方法点拨 1.阳离子交换膜的作用
电解饱和食盐水是氯碱工业的基础,能制得氯气、氢气、氢氧化钠等重要的化工原料。电解过程中,在电场的作用下,阳离子向阴极移动,而阴离子向阳极移动。由于在阳极氯离子失去电子生成氯气,若不采取措施,氢氧根离子会向阳极移动,从而与氯气发生反应,既减少了氯气的产量,又会使得到的氢氧化钠不纯。因此,必须阻止氢氧根离子向阳极移动。
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目前,常用的隔膜有石棉隔膜和阳离子交换膜。石棉隔膜能阻止气体通过,但允许水分子及离子通过。由于氢氧根离子能透过隔膜,因此氯气会与氢氧根发生反应,导致制得的氢氧化钠不纯。阳离子交换膜只允许阳离子通过,而不允许阴离子及气体通过,也就是说,只允许钠离子通过,氯离子、氢氧根离子和氢气、氯气均不能通过。这样既可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气相混合,在一定条件下引起爆炸,又能避免氯气与氢氧化钠作用生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。
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2.原料的精制
(1)粗盐的成分:粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、 等杂质,不符合电解要求,因此必须经过精制。
(2)杂质的危害:Ca2+、Mg2+、Fe3+等金属离子在碱性环境中会产生沉淀,损坏离子交换膜,此外,杂质的存在会使得到的产品不纯。
(3)除杂质的过程:
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①除杂质时所加试剂的顺序要求是:a.Na2CO3必须在BaCl2之后;b.盐酸在过滤之后加入。
②试剂加入顺序有多种选择,如:a.BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl;b.BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl;c.NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。
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学以致用用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含Cl-、Br-、Na+、Mg2+)的装置如图所示(a、b为石墨电极)。下列说法中正确的是( )
A.电池工作时,正极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-
B.电解时,a电极周围首先生成Cl2
C.电解时,电子流动路径是:负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极
D.忽略能量损耗,当电池中消耗0.02 g H2时,b极周围会产生0.02 g H2
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解析:由于磷酸为电解质,电池的正极反应为O2+4H++4e- 2H2O,选项A不正确;a电极与原电池正极相连,为电解池的阳极,由于Br-还原性强于Cl-,因此Br-先放电生成Br2,选项B不正确;电解时,电子流动路径是:负极→阴极,阳极→正极,电子不能从溶液中通过,选项C不正确;根据电子守恒规律,当电池中消耗0.02 g H2时,b极周围会产生0.02 g H2,选项D正确。
答案:D
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【典型例题】 将Fe片和Zn片放入盛有NaCl溶液(其中滴有酚酞)的表面皿中,如图所示。最先观察到变为红色的区域为 ( )
A.Ⅰ和Ⅲ
B.Ⅰ和Ⅳ
C.Ⅱ和Ⅲ
D.Ⅱ和Ⅳ
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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答案:B
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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规律方法点拨 “三池”的比较与联系
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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区分原电池、电解池、电镀池方法:首先看有无外接电源:①若无则可能是原电池,然后按照原电池形成条件分析判定(看电极材料、电解质溶液,是否形成闭合回路等)。②若有外接电源,两极插入电解质溶液中,当阳极金属与电解质溶液中阳离子相同时则为电镀池,否则为电解池。
“两池”中电极的判断易混淆,现总结口诀如下:原电池,正负极;电解池,阴阳极;失去电子负(原电池)阳(电解池)极;发生氧化定无疑。
我们还可以根据上述原理总结出一些规律,如:质量增加的电极一般为原电池的正极、电解池的阴极;质量减轻的电极一般为原电池的负极、电解池的阳极。
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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学以致用下列四种装置中,溶液的体积均为250 mL,开始时电解质溶液的浓度均为0.10 mol·L-1,工作一段时间后,测得导线上均通过0.02 mol电子,若不考虑溶液体积的变化,则下列叙述正确的是( )
A.工作一段时间后溶液的浓度:①=②=③=④
B.工作一段时间后溶液的pH:④>③>①>②
C.产生气体的总体积:④>③>①>②
D.电极上析出固体的质量:①>②>③>④
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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解析:装置①是用惰性电极电解CuSO4溶液,电解时的总反应式为2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,当测得导线上通过0.02 mol电子时,共消耗0.01 mol CuSO4,生成0.01 mol Cu、0.005 mol O2和0.01 mol H2SO4。装置②为锌铜原电池装置,原电池的总反应式为Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑,当测得导线上通过0.02 mol电子时,共消耗0.01 mol H2SO4,还余0.015 mol H2SO4,生成0.005 mol H2,无固体析出。装置③为电镀锌装置,阴极铁棒上的电极反应式为Zn2++2e- Zn,随着电解的进行,电解液的浓度不发生变化,阴极上析出0.01 mol锌。装置④也相当于用惰性电极电解NaCl溶液,电解时的总反应式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,当测得导线上通过0.02 mol电子时,共消耗0.02 mol NaCl,生成0.02 mol气体和0.02 mol NaOH,无固体析出。
答案:B
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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【典型例题】 用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液,电解一段时间后,再加入W,能使溶液恢复到电解前的状态,符合题意的一组是( )
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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解析:电解NaCl溶液时,总方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑,显然加H2O不能恢复到电解前的状态,应通入适量HCl气体。电解CuSO4溶液时, 物质的量没变,加CuSO4溶液也不能复原。电解H2SO4实质是电解水,再加入适量水,可使H2SO4溶液复原。Ag作阳极、Fe作阴极电解AgNO3溶液,实质是Fe镀银,AgNO3溶液浓度不变,不需加AgNO3晶体。
答案:C
探究活动一
探究活动二
探究活动三
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规律方法点拨 1.明确电极反应规律
(1)阴极:得电子,发生还原反应。
①(一般)电极本身不参加反应;②一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子。
(2)阳极:失电子,发生氧化反应。
①若为金属(非惰性,Au、Pt除外)电极,电极失电子;②若为惰性电极,电解质溶液中阴离子“争”失电子。
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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2.准确判断离子放电顺序
离子的放电顺序主要取决于离子的本性,还与离子的浓度、溶液的酸碱性有关。
(1)阳离子放电顺序:
上述顺序表明,在金属活动性顺序中,越活泼的金属,其阳离子越难结合电子,但Fe3+氧化性较强,排在Cu2+之前。
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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(2)阴离子放电顺序:
若是活泼金属作阳极,因金属失电子能力强,阳极反应是电极材料本身失电子被氧化,而不是阴离子放电。
3.分析电解问题的基本思路
(1)通电前:电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH-)。
(2)通电时:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,结合放电顺序分析谁优先放电。
(3)写电极反应式,并结合题目要求分析电解结果,如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。
探究活动一
探究活动二
探究活动三
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4.判断电解后溶液pH变化的方法
根据原溶液的酸、碱性和电极产物即可对电解后溶液pH的变化做出正确的判断,其方法如下:
(1)若电极产物只有H2而无O2,则pH变大。
(2)若电极产物只有O2而无H2,则pH变小。
(3)若电极产物既有O2又有H2,原溶液呈酸性则pH变小,原溶液呈碱性则pH变大,原溶液呈中性则pH不变。
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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学以致用空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是( )
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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A.当有0.1 mol电子转移时,a极产生标准状况下1.12 L O2
B.b极上发生的电极反应是4H2O+4e- 2H2↑+4OH-
C.c极上发生还原反应,B中的H+可以通过隔膜进入A
D.d极上发生的电极反应是O2+4H++4e- 2H2O
解析:由图可知a为阴极、b为阳极、气体X为H2、气体Y为O2、c为正极、d为负极。正极、阴极发生还原反应,负极、阳极发生氧化反应,A项、B项、D项错误;在原电池中阳离子移向正极,C项正确。
答案:C
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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1. (2016全国乙,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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答案:B
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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2.(2016北京理综,12)用石墨电极完成下列电解实验。
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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解析:A项,电解NaCl溶液,a、d处试纸变蓝,为H+放电生成H2,剩余OH-,使试纸变蓝,正确;B项,b处为阳极,b处变红,局部褪色,说明溶液中的Cl-和OH-均放电,错误;C项,实验一相当于两个串联电路,所以c处的Fe作阳极,故Fe失去电子生成Fe2+,正确;D项,根据实验一的原理知,实验二相当于三个串联电解池,每个铜珠的左、右两侧分别作为两个电极,其中m为阴极,n为阴极,右边的铜珠中,与n相对的一侧为阳极,其与m作电极构成的电解池中,电解时会存在Cu2+在m处放电生成Cu,正确。
答案:B
探究活动一
探究活动二
探究活动三
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探究活动一
探究活动二
探究活动三
探究活动四
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答案:C