學習氧化還原反應,除了了解其本質之外,更重要的是知道如何去運用。其運用主要是氧化還原反應方程式的書寫及其配平。
(1) 基本技法
1.氧化還原反應方程式配平的依據(jù):三守恒
2.步驟:一標,二找,三定,四配,五查 。(先配平氧化還原反應主干:氧化劑、還原劑與氧化產物、還原產物)
3.課標例子:
請配平 C + HNO3(濃)- NO2 + CO2 + H2O
0+5+4+4分析:一標:C + HNO3(濃)- NO2 + CO2 + H2O
二找: 始態(tài) 終態(tài) 變化的總價數(shù) = 變化 × 系數(shù) 三定: 1 × 4 = 4
四配:C 的系數(shù)為 HNO3的系數(shù)為 ,用觀察法將其它系數(shù)配平
五查:經(jīng)檢查滿足質量守恒定律。配平后的化學方程式為:
C + 4 HNO3(濃)= 4 NO2 + CO2 + 2 H2O
(2) 特殊技法
1.整體配平法: eg: Cu2S + HNO3 ---- Cu(NO3) + NO2↑ + H2SO4 + H2O 2Cu ↑2 N↓1
S↑8
接下來就是電子得失守恒,或者說化合價升降守恒,一下子就可以把它配出來了,如下 Cu2S + 14 HNO3 === 2 Cu(NO3) + 10 NO2↑+ H2SO4 + 6 H2O 就ok了!
2.零價配平法:eg: Fe3C + HNO3 --- Fe(NO3)3 + CO2↑+ NO↑ + H2O 這個方程式按常規(guī)的化合價分析,復雜物質FeC3無法確定Fe和C的具體價態(tài),此時可以設組成該物質的各種元素價態(tài)都為0.這樣問題就迎刃而解:
用整體法可知Fe3C整體價態(tài)↑3x3+4,N↓3,然后用小公倍數(shù)法13x3以及3x13可知NO要配上13,F(xiàn)e(NO3)3要配上1,后根據(jù)原子守恒可配出得結果如下:
Fe3C + 22 HNO3 === 3Fe(NO3)3 + CO2↑+ 13NO↑ + 11H2O
小結:零價法較多適用于 :①難確定化合價的化合物不是以離子形式出現(xiàn);
②難用常規(guī)方法確定化合價的物 質在反應物中,而不是在生成物中。
3.局部法:這種方法主要運用在有機化學方程式,這里順便提一下。如甲苯變成苯甲酸,只有甲基變成羧基,其余都不變,所以只需研究甲基C的變化。
4.單質優(yōu)先法:有單質參加或生成的反應,以單質為標準計算化合價。
Eg:液氯可將氰酸鹽(OCN- )氧化為 N2, (其中OCN- 中N的化合價為:-3價 ),請配平下列化學方程式: KOCN + KOH + Cl2—CO2 + N2 + KCl + H2O
Cl:0→-1 ↑1x2
N2:-3→0 ↓3X2
所以可知在Cl2配上3,接下來的略···
5.萬能配平法:這個名字看起來似乎很神圣,其實也叫待定系數(shù)法。只是后的退路,比較繁瑣,也就是解方程。 (基本步驟:一設,二定,三列方程,四解,五驗)
Eg1: KMnO4 + KI + H2SO4 --- MnSO4 + I2 + KIO3 + K2SO4 + H2O
設aKMnO4+H2SO4+bKI=cMnSO4+dK2SO4+eI2+H2O+fKIO3(假定H2SO4系數(shù)是1,這樣H2O也是1,由氫數(shù)目可知)
則根據(jù)各元素不變K:a+b=2d+f
Mn:a=c
O:4a+4=4(c+d)+1+3f
S:1=c+d
I:b=2e+f
解得b=(5-5a)/3,c=a,d=1-a,e=(4-9a)/6,f=(4a-1)/3
可見要知道I2和KIO3的比例才可以配平,不然一個a對應一套系數(shù),就有無數(shù)種了。 此法看上去無腦又費字,其實卻是普遍適用,符合原子守恒本質,又可以保證再也沒有配不出的方程式的方法。(設系數(shù)為1的物質可以自便,隨意挑一種,解出的一組系數(shù)只要同乘以一個數(shù)調為簡整數(shù)比即可。)
配套練習:1. KMnO4 + KI + H2SO4 --- MnSO4 + I2 + KIO3 + K2SO4 + H2O 2. Fe3O4+ HNO3--- Fe(NO3)3+ NO+ H2O
3. Fe3O4+ HNO3(濃)---- Fe(NO3)3+ NO2+ H2O
4.Na2S3 + NaBrO 3+ NaOH --- NaBr + Na2SO4 + H2O
補充:缺項配平,基本技法:缺什么補什么,介質條件要注意。
練習:H2O2+Cr2(SO4)3 + — K2SO4+ H2O+
__KMnO4 +___K2C2O4 +________==__MnCl2 + __KCl +__CO2 + __H2O K2CrO4 H2O2+ Cr2(SO4)3+__——K2SO4+ K2CrO4+ H2O
NO3-+ CH3OH─ N2↑+ CO2↑+ H2O+ □專題二 化學反應原理專題
這個專題的知識涵蓋量很大,眾所周知,基本的就包括選修四,但這個版塊幾乎可以說是高中化學中難啃下的硬骨頭。請大家做好準備耐心學習!
基本知識點:(1)化學反應速率:高中所學習的反應速率(定量)是指在單位時間內某一種物質的濃度變化,基本單位有mol/(L·min)和mol/(L·s)。同一反應的兩種物質的化學反應速率沒有可比性。比較同一反應不同物質所代表的反應速率要注意把單位化統(tǒng)一。
(2)*燃燒熱:1mol物質完全燃燒后生成穩(wěn)定化合物所放出的熱量。
(3)*中和熱:酸堿中和生成一摩爾水后所放出的熱量。(注意中和熱的測定實驗,環(huán)形玻璃攪拌棒的操作,酸或堿中要有一方稍過量,中和熱的計算以及其中涉及到的數(shù)據(jù)的取舍問題)
(4)勒夏(沙)特列原理:減少變化但不可能抵消。
(5)化學平衡:很多反應都有限度,這就涉及到平衡問題,平衡即正逆反應速率相等。
(6)化學反應進行的方向:熵變,焓變及吉布斯自由能
(7)電解質:化合物(范疇),注意強弱(強弱只與物質內部的結構有關)之分;電解質溶液一定可以導電(X)。
(8)水的離子積常數(shù):Kw=1.0x10-14,,(KW=Ka/b·Kh),記住水的電離是微弱的。
*(9)溶液的酸堿度:牢記pH的定義,計算方式;氫離子濃度的負對數(shù);還有pH+pOH=14;pH和外界條件溫度的關系;酸堿滴定過程中pH存在突變區(qū)間;滴定管的相關問題。
*(10)水解:所謂水解,就是形成弱電解質促進水的電離,跟水的電離一樣,水解一般也是微弱的過程。水解是中和的逆反應。
*(11)難溶電解質的溶解平衡:再難溶的電解質在水中都會有相應的離子存在;Ksp引出的沉淀轉化問題;Ksp與Qc的關系(①QC大于Ksp溶液過飽和,有沉淀析出,直至溶液飽和,達到新的平衡;②Qc=Ksp,溶液飽和,沉淀與溶解處于平衡狀態(tài);③Qc小于Ksp溶液未飽和,無沉淀析出,可再繼續(xù)溶解直至飽和);Qc和溶度積的關系還廣泛運用于平衡移動的定量解釋。
(12)簡單電化學知識:A.構成原電池的條件:原電池的構成條件:①活潑性不同的兩電極;②電解質溶液;③形成閉合回路;④自發(fā)地氧化還原反應(本質條件)
B.鹽橋用一段時間后需要更換; C電子的流動方向和電流方向的關系(電子從原電池負極流出,在電解質溶液中以溶質離子為電荷載體以形成閉合回路;
D.熟讀鋅銀電池,二次電池鉛蓄電池的充放電的電極方程式; E.電解原理:用外接電源強力拉動電子的運動。 F.電解原理的應用→氯堿工業(yè)(電解飽和食鹽水),電鍍(以精煉銅為例,粗銅作為陽極,純銅作為陰極,**在陽極區(qū)會形成陽極泥),電冶金(活潑金屬的冶煉常用電解法,如鈉鎂鋁)。建議研究電解熔融氯化鈉的設備!
G.金屬的電化學腐蝕與防護:電化學腐蝕類型:例證,放氧生酸型和放輕生堿性;防護:外加電流的陰極保護法和犧牲陽極的陰極保護法。化學腐蝕:直接發(fā)生化學反應。 H.3Fe2++2[Fe(CN)]3-===Fe3[Fe(CN)6]2(帶有特征藍色的鐵氰化亞鐵沉淀)一. 畫能量變化圖像(更正教材中的圖像)
二. 熱化學方程式的書寫;主要主要在理綜化學板塊非選擇題的第二題出現(xiàn),并與蓋斯定律
結合運用,蓋斯定律,簡單地說就是方程式的加減,這個簡單。但是,記得只要方程式的系數(shù)翻倍或縮小,焓變就要隨之變化,說到焓變,就要涉及規(guī)范問題,數(shù)字前的正負號不要漏,數(shù)據(jù)加減勿大意,單位一定記得寫。例題 ① Cs+O2g=CO2g H=3935 kJ·mol1 ② 2COg+O2g=2CO2g H=566 kJ·mol1
③ TiO2s+2Cl2g=TiCl4s+O2g H=+141 kJ·mol1
則TiO2s+2Cl2g+2Cs=TiCl4s+2COg的H= 。 三. 化學反應速率:還是強調一下計算時的體積時間的單位問題
例題 N2+3H2=2NH3,,已知在一個體積恒定為2升的密閉容器中,H2的物質的量在5分鐘內由3摩爾變化為1.2摩爾,問v(NH3). 思考感悟 1.在反應mA+nB===pC+qD中,若v(A)=2 mol·L-1·min-1,而v(B)=1.5 mol·L-1·min-1,能否說明A表示的反應速率比B表示的反應速率快?
【提示】 不一定,因為化學反應速率與其化學計量數(shù)成正比,m、n數(shù)值不知道,故無法判斷。
2.固體物質對化學反應速率沒有影響嗎?
提示:固體反應物的濃度可視為常數(shù),若增加其用量,對化學反應速率無影響;但固體物質的顆粒大小會影響化學反應速率,如粉末狀的固體反應物比塊狀的接觸面積大,與同樣物質反應,化學反應速率較大。 四. 離子共存
有關離子共存問題注意事項
1.不發(fā)生下列四類離子反應
(1)不發(fā)生復分解反應,既不生成沉淀、氣體和難電離的物質。
①常見難溶物及微溶物在離子方程式中的寫法:
常見的難溶物[一些金屬、非金屬:Fe、Cu、S、Si等;某些氧化物Al2O3、CuO、SiO2等;難溶的酸:H2SiO3;難溶的堿:Mg(OH)2、Al(OH)3、Cu(OH)2、Fe(OH)3等;難溶的鹽:AgCl、AgBr、AgI、CaCO3、BaCO3、BaSO4等。];當有關離子濃度足夠大時,生成微溶物的反應也能發(fā)生。常見的微溶物有:CaSO4、Ag2SO4、MgCO3、Ca(OH)2等。例如:Ca2++SO42ˉ= CaSO4↓;由微溶物生成難溶物的反應也能發(fā)生。例如:Ca(OH)2+ CO32ˉ= CaCO3↓+2 OHˉ,CaSO4+ CO32ˉ= CaCO3↓+ SO42ˉ。
②生成難電離的物質
常見的難電離的物質(弱酸:HF、H2CO3、CH3COOH等;弱堿:NH3·H2O;其它:H2O、C6H5OH等。
反應規(guī)律:由強酸可制弱酸,有強堿可制弱堿。例如:鹽酸+Ca(ClO)2溶液=H++ClOˉ=HClO;稀醋酸+苯酚鈉溶液=CH3COOH+C6H5Oˉ=CH3COOˉ+C6H5OH;NH4Cl溶液+NaOH溶液=NH4++OHˉ=NH3·H2O;
③生成揮發(fā)性的物質:2H++SO32ˉ=SO2↑+H2O;NH4++OH3↑+H2O;(2)不發(fā)生溶液中的氧化還原反應。
(3)不發(fā)生徹底的相互促進的雙水解反應:如Fe3+與CO32ˉ、HCO3ˉ、ClOˉ;
3+22Al與AlOˉ、CO3ˉ、HCO3ˉ、Sˉ、HSˉ、ClOˉ等.
(4)不發(fā)生絡合反應。如Fe3+與SCNˉ。
2.注意無色溶液和有色離子的不匹配。常見的有色離子有:等等,均不能存在于無色溶液中。
3.注意溶液的隱含酸堿性,如pH=1的溶液隱含著溶液具有強酸性,不能存在大量的弱酸根離子CO32ˉ、、ClOˉ、AlOˉ等。
4.注意溶液中隱含的氧化性離子與還原性離子不能共存。如pH=1的溶液中含有大量的NO3ˉ,由于NO3ˉ的強氧化性,則不能再有Fe2+、S2ˉ
等還原性離子。
1.某無色透明的溶液,在pH=0和pH=14的條件下都能大量共存的是( ) ....
A.Fe2+、K+、SO42、NO3 B.Mg2+ 、NH4、SO42、Cl
----C.Na+、K+、SO42、NO3 D.Ba2+ 、Na+ 、MnO4 、SO42
2.下列澄清透明的溶液中,可能大量共存的離子組是 ....--+--
A.[Ag(NH3)2]+、K+、OH、NO3 B.Fe3+、NH4+、Cl、I
---C.H+、Al3+、SO42、F D.NH4+、Na+、Cu2+、Cl
3.下列離子在溶液中因發(fā)生氧化還原反應而不能大量共存的是 ( )
+---A.H3O、NO3、Fe2+、Na+ B.Ag+、NO3、Cl、K+
----C.K+、Ba2+、OH、SO42 D.Cu2+、NH4+、Br、OH
--4.常溫下,由水電離生成的c(H+)=1012 mol·L1的某溶液中,一定不能大量共存的離子
組是( )
-----A.Na+、Fe3+、NO3、SO42 B.K+、AlO2、CO32、Cl
-----C.Na+、K+、Cl、HSO3 D.Na+、CH3COO、C6H5O、OH
5. 在室溫下,某無色透明溶液中由水電離出來的H+和OH-濃度的乘積為1×10-24,則此溶
液中可能大量共存的離子組為
A.HCO3-、Al3+、Na+、SO42- B.I-、NO3-、K+、NH4+ ----
C.Cu2、Cl、SO42 、K D.SiO32、SO32、Na、Cl
6. 下列各組離子在堿性條件下可以大量共存,而在強酸性條件下不能大量其存的是
----A.Ca2+、Fe3+、NO3、Cl B.K+、Mg2+、HCO3、SO42
--一-C.Na+、K+、S2、SO32 D.Ba2+、Na+、I、NO3
7. 常溫下,下列各組離子在指定環(huán)境下能大量共存的是
++--A.pH=l的溶液中:Na、K、SO32、MnO4
++--B.pH=7的溶液中:Na、A13、Cl、SO42
++--C.pH>12的溶液中:Na、K、SO42、AlO2
++--D.pH=0的溶液中: Na、K、NO3、ClO
8. 某無色溶液與NH4HCO3作用能產生氣體(可加熱),此溶液中可能大量共存的離子組是
++++--2-2+A. Mg2、H、Zn2、SO2 B.Na、Ba、OH、SO44 +--+--+-
2--+C.MnO-、K、H、SO D.K、NO443、OH、Na ++-+
9.某溶液能使紅色的石蕊試紙先變藍色后褪色,則該溶液中可能大量共存的離子組是
A.K+、I—、AlO2—、MnO4— B.Na+、S2—、NO3—、SO42—
C.Al3+、NH4+、NO3—、F— D.K+、Cl—、ClO—、CO32—
10. 用pH大小表示溶液的酸堿性相對強弱有許多不足之處。因此,荷蘭科學家HenkVanLubeck引入了酸度(AG)的概念,即把電解質溶液中的酸度定義為c(H+)與c(OH)比值的對數(shù),酸度的計算公式表示為AG=lg [c(H+)/c(OH)]。常溫下,在AG=1的溶液中能大量共存的離子是。
--一-A.Ca2+、K+、Cl 、NO3 B.NH4+、Fe3+、I、SO42
---C.Na+ 、K+、ClO、S2 D.Na+、S2O32、AlO2—、K+
-----11. 將下列離子:Al3+、Na+、K+、NO3、OH、S2、MnO4、H+、Fe3+、NH4+、AlO2、
-CO32分成A、B兩組,每組中都含有六種離子(不少于兩種陽離子和兩種陰離子),且都能大量共存于溶液中,則A組含有的離子是 ,B組含有的離子是 。
答案:
五. 離子反應
*離子反應的活化能幾乎為0.
*離子反應總向某些離子濃度減小的方向進行
*微溶物質是生成物時如果反應物中沒有不溶物質,要加“↓”符號;
*微溶物的澄清溶液可以拆,如Ca(OH)2,CaSO4;若為濁液,物質不可拆;
—*熔融狀態(tài)時離子鍵可斷,共價鍵不可斷。eg.NH4HSO4(熔融)=NH4++HSO4
—在溶液中時,NH4HSO4= NH4++ SO42+H+
*離子反應的活化能幾乎為0.
【典例】
例1、下列電離方程式錯誤的是 ( ) 一
A.NaHCO3===Na++H++CO32 B.NaHSO4===Na++H++SO42 --
C.H2SO4===2H++SO42 D.KClO3===K++Cl+3O2
例 2.下列正確的是( )
—— A.溴化亞鐵溶液中通入過量氯氣:2Fe2++2Br+3Cl2=2Fe3++Br2+6Cl
B.碳酸鈉溶液中加入過量苯酚:C6H6OH+CO32--=C6H6O--+HCO3—
C.氯酸鈣溶液中通入少量二氧化碳:ClO--+H2O+CO2=HCO3--+HClO
D.氫氧化鈉溶液中通入氯氣:2Cl2+2OH-=2Cl-+2HClO
例 3.下列離子反應不正確的是( )
A.氫氧化鈉溶液中通入過量的二氧化硫:SO2+OH-=HSO3-
B.碳酸氫鈉溶液中滴入過量澄清石灰水:Ca2++2OH-+2HCO3-=CaCO3↓+CO32-+H2O
C.硝酸鐵溶液中加入過量的HI溶液:2Fe3++2I-=2Fe2++I2
D.硫化亞鐵酸溶:FeS+2H+=Fe2++H2S
E.硫化亞銅用硫酸溶解:Cu2S+2H+=2Cu++H2S
六. 三段式額書寫規(guī)范(滿分示例)
Eg往2L的容器中充入4molNH3和3molO2,4min后H2O(g)占混合氣體體積的40%,求V(N2). 解:設4min后水蒸氣生成量為6x mol
4NH3(g)+3O2
(g) 2N2(g)+6H2O(g)
---練習:(16分)燃煤廢氣中的氮氧化物(NO)、二氧化碳等氣體,常用下列方法處理,以實
現(xiàn)節(jié)能減排、廢物利用等。
(1)對燃煤廢氣進行脫硝處理時,常利用甲烷催化還原氮氧化物。如:
(2)將燃煤廢氣中的CO2轉化為甲醛的反應原理為:
已知在壓強為aMPa下,該反應在不同溫度,不同投料比時,CO2的轉化率見下圖:
①若溫度升高,則反應的平衡常數(shù)K將(填“增大”、“減小”或“不變”。下
同);若溫度不變,提高投料比[m(H2)/n(CO2)],則K將 ;該反應H 0(填“>”、“<”或“=”)
②若用甲醚作為燃料電池的原料,請寫出在堿性介質中電池負極的電極反應式
▲ ③在aMPa和一定溫度下,將6molH2和2mol CO2在2L密閉容器中混合,當該反
應達到平衡時,測得平衡混合氣中CH3OCH3的體積分數(shù)約為16.7%(即1/6),此時CO2的轉化率是多少?(寫出計算過程,計算結果保留2位有效數(shù)字。)
七. 化學平衡及平衡移動
1. 平衡特點:逆,等,動,定,變
2.平衡標志問題:eg1.下列方法中可以證明 2HI(g)⇌H2(g)+I2(g)已達平衡狀態(tài)的是__________。
①單位時間內生成 n mol H2 的同時生成 n mol HI;
②一個 H—H 鍵斷裂的同時有兩個 H—I鍵斷裂;
③百分組成ω(HI)=ω(I2);
④反應速率v(H2)=v(I2)=v(HI)/2時;
⑤c(HI):c(H2):c(I2)=2:1:1 時;
⑥溫度和體積一定時,某一生成物濃度不再變化;
⑦溫度和體積一定時,容器內壓強不再變化;
⑧條件一定,混合氣體的平均相對分子質量不再變化;⑨溫度和體積一定時,混合氣體的顏色不再變化;
⑩溫度和壓強一定時,混合氣體的密度不再變化。
Eg2. 可逆反應∶2NO22NO+O2在密閉容器中反應,達到平衡狀態(tài)的標志是:
( )
①單位時間內生成n molO2的同時生成2n molNO2 ②單位時間內生成n molO2
的同時,生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2 的物質的量濃度變化表示的反應速
率的比為2 : 2 : 1的狀態(tài) ④混合氣體的顏色不再改變的狀態(tài) ⑤混合氣體
的密度不再改變的狀態(tài)
⑥ 混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態(tài)
A. ①④⑥ B.②③⑤ C.①③④ D. ①②③④⑤
3.圖像問題 常見類型:n—t圖,c—t 圖,v—t圖等
例1.(C---t圖)反應A(g)+B(g) C(g)在密閉容器中進行。若存在三種情況:
①200℃,無催化劑;②500℃無催化劑;③500℃有催化劑;情況①是曲線 ,
情況②是曲線 ,情況③是曲線
思考:通過觀察圖象的平臺高低,可 得到什么結論?
(提示:熱效應,催化劑功效)
例2:合成氨反應:N2+3H2 2NH3+Q(Q>0)。圖中t1到t4時刻表示反應
平衡后,只改變某一條件(其他條件不變)時化學反應速率與時間的變化曲線。
請指出t1到t4時刻分別改變什么條件?
t1 t2 t3 t4 t
**平衡移動圖像解題技巧:①看面→即看橫坐標與縱坐標所表示的含義
②看線→即看曲線的變化趨勢與橫、縱坐標的關系
③看點→即看曲線的起點、拐點、終點等特征點
Eg1.(2010高考·天津)下列各表述與示意圖一致的是
A.圖①表示25 ℃時,用0.1 mol ·L-1鹽酸滴定20 mL 0.1 mol ·L-1NaOH
溶液,溶液的pH隨加入酸體積的變化
B.圖②中曲線表示反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) DH<0正、逆反應的平衡常數(shù)K隨溫度的變化
C.圖③表示10 mL 0.01 mol ·L-1 KMnO4酸性溶液與過量的0.1 mol ·L-1 H2C2O4溶液混合時,n(Mn2+)隨時間的變化
D.圖④中a、b曲線分別表示反應CH2CH2(g)+H2(g)―→CH3CH3(g) H<0使用和未使用催化劑時,反應過程中的能量變化
Eg2.(2009高考·廣東)取五等份NO2,分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中,發(fā)生反應:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0反應相同時間后,分別測定體系中NO2的百分含量(NO2%),并作出其隨反應溫度(T)變化的關系圖。下列示意圖中,可能與實驗結果相符的是( )
Eg3已知可逆反應:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O (g) ;
△H= -1025kJ·mol-1。若反應物起始物質的量相同,下列關于該反應的示意圖不正確的是 ( )
. 含 量
含量 D
八、平衡常數(shù)及計算
*H2O作為溶劑的時候不寫入平衡常數(shù)表達式
* K值越大,反應物轉化率越大,反應的進行程度越大;
* K只與反應溫度有關,與濃度無關;
* 化學平衡常數(shù)是指某一個具體反應的平衡常數(shù);
* 一般來說,反應的平衡常數(shù)K≥105,認為正反應進行得較完全;K ≤10-5則認為這個反應的正反應很難進行(逆反應較完全)。