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化学反应原理全套课件


第二章 化学反应速率和化学平衡
第二节 影响化学反应速率的因素

化 学 反 应 速 率 的 影 响 因 素

主要因素:参加反应的物质的性质

次要因素:

外界条件:

浓度、压强、温度、催化剂等 光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大 小、溶剂的性质、原电池等。

/>
一、浓度对反应速率的影响
1、结论:当其它条件不变时,增加 反应物的浓度,可增大反应速率。 2、微观解释
单位体积内活化分子数增多 有效碰撞次数增多,反应速率加快

活化分子百分数不变(与温度、活化能有关)

3、适用范围

适用范围:气体、溶液

(固体或纯液体的浓度视为常数)

二、压强对反应速率的影响
1、结论:当其它条件不变时,增加压强, 可增大反应速率。 2、微观解释
单位体积内活化分子数增多 有效碰撞次数增多,反应速率加快

活化分子百分数不变(与温度、活化能有关)

3、适用范围
只适用于气体
(必须引起反应或生成物气体浓度改变)

三、温度对反应速率的影响
1、结论:当其它条件不变时,升高温度,化 学反应速率一般要加快。 2、微观解释
活化分子百分数增加(主要) 碰撞频率提高(次要)

3、适用范围
所有状态 所有反应 温度每升高10 ℃ ,v增大到原来的 2 ~ 4 倍

四、催化剂对反应速率的影响
1、结论:使用催化剂可加快化学反应速率 2、微观解释
降低反应所需的活化 能使得活化分子百 分数增加

活化分子能量

有催化剂
反应物平均能量

生成物平均能量

3、适用范围
催化剂具有专一性

1、足量铁粉与一定量盐酸反应,为了减慢反

应速率,但不减少氢气的产量,可加入下列
物质中的

A、水

B、NaOH固体

C、Na2CO3固体

D、NaCl溶液

2、增加压强,下列反应速率不会变大的是 A、碘蒸气和氢气化合成碘化氢 B、稀硫酸和氢氧化钠溶液反应 C、二氧化碳通入澄清石灰水中 D、氨的催化氧化

5、在一定温度下的密闭容器中发生的反应

N2+2O2=2NO2,下列措施能加快反应速率
的是

A、缩小体积使压强增大
B、恒容,充入氮气

C、恒压,充入He
D、恒容,充入He

增大反应物的浓度使反应速率加快的主要原因( A ) 对于气体参与体系增大压强使反应速率加快的主要原因 是( A ) 升高温度使反应速率加快的主要原因是( C) 使用催化剂使反应速率加快的主要原因是( D) A、活化分子百分数不变,但提高单位体积内活化分子的 总数 B、 增大分子的运动速率而使有效碰撞增加 C、 升高反应物分子的能量,使活化分子的百分数增加 D、降低反应所需的能量,使活化分子百分数增加

1、将一定浓度的盐酸倒入碳酸钙中,若作如下改变的情况,其 中能使最初的化学反应速率增大的是 A、盐酸的浓度不变,而使盐酸的用量一倍 ( BG )

B、盐酸的浓度增大一倍,而使盐酸的用量减少到原来的一半
C、盐酸的浓度和用量都不变,增加碳酸钙的量 D、盐酸和碳酸钙不变,增大压强一倍 E、加入CaCl2溶液 F、加入CaCl2固体

G、将CaCO3用CaCO3粉末代替

下列四种情况中最早出现浑浊的是: (C ) (1)10℃时0.1 mol /L Na2S2O3和0.1 mol /L H2SO4各 5 mL (2)10℃时0.1 mol /L Na2S2O3和0.1 mol /L H2SO4 各5 mL,加水10mL (3) 20℃ 时0.1 mol /L Na2S2O3和0.1 mol /L H2SO4各 5 mL (4) 20℃ 时0.2mol /L Na2S2O3和0.1 mol /L H2SO4各5 mL,加水10 mL

2、硫代硫酸钠( Na2S2O3)与稀硫酸发生如下 反应:Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S↓+H2O

第二章 化学反应速率和化学平衡
第三节 化学平衡

一、可逆反应与不可逆反应
1、可逆过程
溶解 固体溶质

结晶

溶液中的溶质

本质:溶解速率 = 析出速率 现象:浓度不变或溶质质量不变 过程的可逆性是了解过程限度的基础, 过程的限度取决于过程可逆性的大小。

2、可逆反应
在同一条件下,既能向正反应方向进行 同时又能向逆反应方向进行的反应

特点:同一条件、同时进行、反应物生成物 同时存在(反应不能进行到底)

V=1L的密闭容器,800℃,1atm,

CO + H2O

催化剂

高温

CO2 + H2

根据浓度对反应速率的影响 试画出该反应的速率与时间的图象

V
V正


V正 V逆

V正=V逆

V逆



t

这时,反应仍在进行,但是四种物质的浓度均保持不变,达 到动态平衡,这就是我们今天要重点研究的重要概念—化学 平衡状态

二、化学平衡状态
1、化学平衡状态
指在一定条件下的可逆反应里,正反应

和逆反应的速率相等,反应混合物中各
组分的质量或浓度保持不变的状态。

强 调 三 点

前提:可逆反应,反应物产物 均处于同一反应体系中,T,P 等条件保持不变 实质:正反应速率=逆反应速率 标志:反应混合物中各组分的 浓度保持不变的状态

化学平衡状态的特征
可逆反应; (1)逆:
(2)等: 正反应速率=逆反应速率

(3)动: 动态平衡(正逆反应仍在进行)
(4)定:反应混合物中各组分的浓度保持不变,

各组分的含量一定。
(5)变: 条件改变,原平衡被破坏,在新的条

件下建立新的平衡。
(6)同: 条件相同,某一可逆反应无论是从正反

应开始还是从逆反应开始,最终均可达 到同一平衡状态。

在一定温度下,反应X2(g)+Y2(g) 2XY(g) 达到平衡的标志是 ⑴ 单位时间内同时生成 n mol X2 和n mol XY ⑵ 单位时间内生成 2n molXY的同时生成n mol Y2 ⑶ 容器内总压强不随时间变化 ⑷ 单位时间内有 n mol X—X键断裂,同时有n mol Y—Y键断裂 ⑸ 单位时间内生成 n mol X2 同时生成n mol Y2 ⑹ V正=V逆=0

在一定温度下,反应X2(g)+Y2(g)

2XY(g)

达到平衡的标志是
⑺ X2、Y2或XY的浓度不再随时间的改变而改变

⑻ 容器中X2、Y2、XY物质的量之比为 1∶1∶2
⑼ X2、Y2的物质的量浓度相等 ⑽ 容器中气体的总质量不随时间的改变而改变 ⑾ 若只有X2有颜色,容器中的颜色不随时间的 改变而改变

判断可逆反应达到平衡状态?
[试试看看]: 在一定温度下,可逆反应A(气)+3B(气) 达到平衡的标志是( AC ) A. C的生成速率与C分解的速率相等 2C(气)

B. 单位时间内生成nmolA,同时生成3nmolB
C. A、B、C的浓度不再变化

D. A、B、C的分子数比为1:3:2

[试试看看]: 在一定温度下,可逆反应A(s)+2B(g) 达到平衡的标志是 ( AB ) A. 混合气体的密度不再变化

3C(g)

B. 单位时间内生成1 molA,同时生成3 molC C. A的浓度不再变化

D. A、B、C的分子个数比为1:2:3

[试试看看]: 下列说法中可以充分说明反应:

P(气)+Q(气) R(气)+S(气) , 在恒温下已达 平衡状态的是( B )
A. 反应容器内压强不随时间变化 B. P和S的生成速率相等

C. 反应容器内P、Q、R、S四者共存
D. 反应容器内总物质的量不随时间而 变化

化学平衡的移动
在一定条件下,一个可逆反应 达到平衡以后,如果反应条件(浓 度、温度或压强等)改变了,原来的平
衡就会被破坏,平衡混合物里各组分的 百分含量也随着改变,从而在新的条件 动动脑 下达到新的平衡

化学平衡被破坏的本质原因是什么?

v正

≠ v逆

二、影响化学平衡移动的因素
1、浓度对化学平衡的影响

Fe3++3SCN— 黄

Fe(SCN)3 红

Cr2O72 — +H2O 橙

2CrO42— + 2H+ 黄

[思考]:颜色变化说明了什么物质生成多了? [结论]:其它条件不变时,

增大反应物的浓度
减小生成物的浓度
平衡向着正反应方向移动

浓度的变化对化学平衡的影响
V
V?(正) V(正)
V(正)= V(逆) V?(正)=V?(逆)

V
V(正)
V(正) = V(逆)

V?(逆)

V?(正)
V?(逆)

V(逆)

V?(正)=V?(逆)

V(逆)

0

t1

t2

t3

t

0

t1

t2 t3

t

①增大反应物浓度

②减小生成物浓度

结论:增加反应物浓度或减小生成物的浓度都可使 V?正>V?逆 平衡正向移动 平衡正向移动 浓度引起平衡移动的v-t图分析

二、影响化学平衡移动的因素
2、 温度对化学平衡的影响
[观察实验]: 2NO2
红棕色

N2O4
无色

△H<0

[现象]:温度高,颜色深;温度低,颜色浅。

[ 结论]:
在其它条件不变的情况下,温度升高,会使平 衡向着吸热反应的方向移动;温度降低会使平 衡向着放热方向移动。

思考练习:
1、在二氧化硫转化为三氧化硫的过程中, 应该怎样通过改变浓度和压强的方法来提高 该反应的程度?增加氧气的浓度 2、可逆反应H2O(g)+C(s) CO(g)+H2(g) 在一定条件下达平衡状态,改变下列条件, 能否引起平衡移动?CO浓度有何变化? ①增大水蒸气浓度 ②加入更多的碳 ③增加H2浓度

3.在一定条件下,发生CO+NO2 CO2+NO的 反应,达到化学平衡后,降低温度,混合物颜色 变浅,下列有关此反应的说法正确的是 ( A ) A.正反应为放热反应 B.正反应为吸热反应 C.降温后CO的浓度增多 D.降温后各物质的浓度不变

二、影响化学平衡移动的因素
3、 压强对化学平衡的影响 [分析实验]:2NO2
[ 结论]:
1、在其它条件不变的情况下, 增大压强,平衡向着气 体分子数减小的方向移动。 2、对于反应前后气体不变的反应平衡不移动

N2O4

[思考]:加压前后颜色有什么变化?为什么?

压强的变化对化学平衡的影响 (反应前后气体分子数有变化的体系)
V
V(正)
V(正)= V(逆)

V?(小)
V?(大)=V?(小)

V
V(正)
V(正) = V(逆)

V?(大)

V(逆)

V?(大) V(逆)

V?(大)=V?(小)

0

t1

t2

t3

t

0

t1

t2 t3

V?(小)

t

①增大压强

②减小压强

结论:增加压强可使平衡向气体体积减小的方向移 V?小>V?大 平衡向气体 V?大>V?小 平衡向气 动;减小压强可使平衡向气体体积增大的方向移动. 体积减小的方向移动 体体积增大的方向移动 压强引起平衡移动的v-t图分析

对于反应前后气体分子数目不变的反应
V V(正) V正?= V逆? V(正) V正?= V逆?

V

V(逆)
0

V(逆)

③增大压强

t

0

④减小压强

t

V?正=V?逆 平衡不移动

压强引起平衡移动的相关v-t图分析

化学平衡的移动原理 勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个条件(如 浓度、压强或温度等),平衡就向能够减 弱这种改变的方向移动——勒夏特列原理

减弱这种改变(只是减弱)

练习:
P
1、2NO2
2、2NH3

P

N2O4
N2 +3H2







3、CO +H2O(g)

CO2 +H2

4、CH3COOH +C2H5OH CH3COOC2H5(液) +H2O

练习:判断平衡移动的方向 1、CaO+3C 2、4NH3+5O2 CaC2+CO P T

△H >0
4NO+6H2O(气)

加C
通入O2 通入O2

△H <0
3、3NO2+H2O
4、N2+O2 5、CaCO3

△H <0 2NO △H >0

2HNO3+NO

CaO+CO2 △H >0 6、2NH3 500~600 N2+ 3H2 ℃ △H >0

加入CaCO3

加入 NH4Cl

牙齿的损坏实际是牙釉质[Ca5(PO4)3OH] 溶解的结果。在口腔中存在着如下平衡: Ca5(PO4)3OH 5Ca2+ + 3PO43- + OH-

当糖附着在牙齿上发酵时,会产生H+,试用 化学平衡理论说明经常吃甜食对牙齿的影响。

四、化学平衡图像
1、速率平衡图像
像谁动,谁在上 上下动,看速率

v(逆) v v(正) v(逆) v(正) v(逆) t1 t2 t3 t4 t5 t6 t v(正)

上图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化 的关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但 都没有改变各物质的初始加入量。下列说法 中正确的是 ( A) A.t2时加入了催化剂 B.t3时降低了温度 C.t5时增大了压强 D.t5时增大了X浓度

2、拐点图像
先拐先平数值大,固定一个看其他
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g); △H =QkJ/mol

C%
T2

判断:

T1

T1 > T2
Q

0

t1

t2

时间

>

0

mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g); △H =QkJ/mol

A转化率
P2

判断:

P1

P1 P2
m+n < p+q

0

t1

t2

时间

在相同压强不同温度下的反应: A(g)+B(g) C(g); A的含量和温度的关系如右图所示,下列结论 正确的是 ( C ) A% A.T1>T2,正反应吸热 B.T1<T2,正反应吸热 T1 T2 C.T1>T2,正反应放热 0 D.T1<T2,正反应放热 t

A%表示A物质的百分含量

2、在密闭容器中进行下列反应: M(g)+N(g) R(g)+2L,在不同条件下R 的百分含量R%的变化情况如下图,下列叙述正 确的是( C)

A、正反应吸热,L是气体
B、正反应吸热,L是固体

C、正反应放热,L是气体
D、正反应放热,L是固体或液体

3、等温、等压图像
竖直做垂线
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g); △H=QkJ/mol A 等温线 转 判断: 化 率 Q <0 1.01?107Pa 1.01?106Pa m+n > p+q 1.01?105Pa 0 T 温度

mA(g)+nB(g)
等压线 转 化 率

pC(g)+qD(g); △H=QkJ/mol
300?C 200?C

判断: m+n

100?C

Q>0 0 P 压强

<

p+q

五、等效平衡
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压),由不同 的起始加入达到相同的平衡效果,即平衡时 各物质的百分含量分别相同。这样的化学平 衡互称为等效平衡。

1、恒温恒容,a+b≠c+d
将生成物按反应方程式完全转化至反应

物,若反应物物质的量相同,即可达
到同一平衡状态,也互为等效平衡。

2SO2 +

催化剂 O2 高温

2SO3(气)

(1)







(2)




0.7

2 0.6 1.2

(3)1.4

某t

0.8

0.4

在一个恒温恒容的密闭容器中,加入2mol A 和 1mol B,发生反应 : 2 A(气)+ B(气) 4C (气)

下列配比作为起始物质,可达到同一平衡状态 的是( ) A、4mol A + 2 mol B B、4mol C C、1.6 mol A + 0.8mol B + 0.8mol C D、 4mol A + 2 mol B + 3mol C

BC

2、恒温恒容,a+b=c+d
将生成物按反应方程式完全转化至反应物,
若反应物物质的量比相同,即互为等效

平衡状态

3、恒温恒压条件
将生成物按反应方程式完全转化至反应

物,若反应物物质的量相同,即可达
到同一平衡状态,也互为等效平衡。

在一个恒温恒容的密闭容器中,充入2 molA和1molB,发生反应:2A + B xC 达平衡后,C的体积分数为a%, 若维持容器体积不变,0.6molA、0.3 molB、1.4molC为起始物质,达到平衡 后,C的体积分数不变,则x值为



A.只能为2

B.只能为3

C.可能为2,也可能为3 D.无法确定

ABCD
恒温恒压下 ,以下列配比发生反应:N2 + 3 H2 2 NH3互为等效平衡状态的是 N2 H2 NH3

A.
B. C.

1 mol
0.5 mol 2 mol

3 mol
1.5 mol 6 mol

0 mol
0 mol 0 mol

D.

0 mol

0 mol

2 mol

在一个体积恒定的密闭容器中,加入2 mol A和 1mol B,发生反应 :2 A(气)+ B (气) 3C (气) + D (气) ,若达平衡 时,C的浓度为W mol/L。在恒温恒容条件下, 按下列配比作为起始物质,达平衡后,C的浓 度仍为W mol/L的是:

A、4mol A + 2 mol B

B、3mol C + 1 mol D

BC

C、1 mol A + 0.5mol B + 1. 5mol C + 0. 5mol D

D、 4mol A + 2 mol B + 3mol C + 1 mol D

在一个体积恒定的密闭容器中,N2与H2反应合成 氨的反应达到平衡后,容器中含 1molN2. 3molH2 .1molNH3,保持温度不变,向 该容器中再加1molN2. 3molH2.1molNH3,下列 说法正确的是( ) A.正.逆反应速率同时增大,平衡不移动 B.正.逆反应速率同时增大,NH3百分含 量增大 C.正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡 向逆反应移动

B

D.正.逆反应速率不变,平衡不移动

综合练习2:
有两只密闭容器A 和B,A有一个可移动的活塞,保持 恒压,B保持恒容.开始时向A.B中分别充入等量的 体积比为2:1的SO2和O2的混合气体,并使二者容 积相等,试判断: 1)反应开始时及反应进行中A与B反应速率的大小关 系 2)当两容器均达平衡后,SO2转化率的大小关系

3)达平衡后,向A.B中再分别充入等量的体积比为
2:1的SO2和O2的混合气体 重新达到平衡后,A 中SO3的质量分数( 不变),B中SO3的质量分数 ( 增大 )[增大,减小,不变]

六、化学平衡常数
1、定义
在一定温度下,当一个可逆反应达到化学 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 叫做该反应的化学平衡常数(简称平衡 常数)。

2、表达式及单位 mA+nB pC+qD cp (C) ·c q(D) cm (A) · n(B) c

K=

K的单位为(mol·-1)?n L

3、注意问题
①K只受到温度影响,与浓度无关

②纯固体、液体浓度,一般不出现在表达式中
③同一反应,系数不同,K值不同 例 N2 (g) + 3 H2 (g) 1/2N2 (g) + 3/2 H2 (g) K 1 ? K2 , K1 = K2 2 2NH3 (g) K1

NH3 (g) K2

4、化学平衡常数意义
①判断反应进行的程度
一般来说, K >105,认为正反应进行得较完全 K <10-5 认为 正反应很难进行(逆反应较完全) 10-5 ≤K ≤ 105 认为是可逆反应

N2(g)+O2(g)

2NO(g) K =1×10-30(298K)

②判断反应△H 若正反应是吸热反应,升高温度, K 值增大; 若正反应是放热反应,升高温度,K值减少。 例:反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g) △H<0,起 始浓度相同,平衡常数与温度的关系如下: 623K 66 .9 698K 54.4 763K 45.9 △

温度 平衡常数

③判断反应方向
对于可逆反应: mA(g)+nB (g)
p q

pC(g)+qD(g)

c (C )c ( D) QC ? m n c ( A)c ( B)
? QC > k , 正
c p (C )c q ( D) QC ? m c ( A)c n ( B)

?? 逆
??逆
??逆

未达平衡,逆向进行。 达平衡,平衡不移动。 未达平衡,正向进行。

QC = k ,? 正 QC < k , ? 正

例题:高炉炼铁中发生的反应有: FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g); △H < 0

(1)该反应的浓度平衡常数表达式K =_________; (2)已知1100℃时,K =0.263.温度升高,化学平衡移 减小 动后达到新的平衡,平衡常数K ________(填增大, 减小或不变). (3) 1100℃时,测得高炉中 c(CO2)=0.025mol/L,c(CO)=0.1mol/L,在这种情况 否 下,该反应是否处于平衡状态________(填是或否), 此时反应速率是v正________v逆(填 >, <, =). >

例1:在某温度下,将H2(g)和I2(g)各0.1mol混 合物充入10L的密闭容器中,充分反应达到平 衡后,测得c(H2)=0.0080mol/L,求: (1)该反应的平衡常数
(2)在上述温度下,若充入的H2(g)和I2(g)各 0.2mol,求达平衡时各物质的浓度。

例2:在密闭容器中充入 2.0mol CO和 10mol H2O(g),发生反应:
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 800℃时反应达平衡,若k=1.

求: CO转化为CO2的 转化率。

? 1 、在某温度下,可逆反应: ? mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常数为K,下列说法正确的 是( AD ) ? A.K越大,达到平衡时,反应进行的程度 越大. ? B.K越小,达到平衡时,反应物的转化率 越大. ? C.K随反应物浓度改变而改变. ? D.K随温度改变而改变.

? 2、在一定体积密闭容器中,进行如下反应: CO2(g)+H2(g) CO(g) +H2O(g), ? 其平衡常数K和温度t的关系如下:

t/? C

700

800

830 1000 1200

k

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

? (1)k的表达式为: ? (2)该反应为

吸热 反应(“吸热”或“放热”)

(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据( ) A.容器中压强不变 B.混合气体中CO浓度不变 C.v(H2)正=v(H2O)逆 D.c(CO2)=c(CO) (4)若c(CO2) .c(H2)=c(CO) .c(H2O),此时温度为 .

例1:合成氨的反应N2+3H2?2NH3在某温 度下各物质的浓度平衡是:[N2]=3mol·L 1, [H2]=9mol·-1,[NH3] =4mol·-1求该 L L 反应的平衡常数和N2、H2的初始浓度。

K=7.32×10-3 初始[N2]、[H2]为5、15mol·-1。 L

练习3:在2L的容器中充入 1mol CO和 1mol H2O(g), 发生反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 800℃时反应达平衡,若k=1.求: (1)CO的平衡浓度和转化率。

(2)若温度不变,上容器中充入 的是1mol CO和 2mol H2O(g), CO和H2O(g),的平衡浓度和转化率是 多少。
(3)若温度不变,上容器中充入 的是1mol CO和 4mol H2O(g), CO和H2O(g),的平衡浓度和转化率是 多少。 (4)若温度不变,要使CO的转化率达到90%,在 题干的条件下还要充入 H2O(g) 物质的量为多少。

多重平衡规则 若干方程式相加(减),则总反应的平衡 常数等于分步平衡常数之乘积(商) 例1: 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 K1

2NO2 (g) 2NO (g) +O2(g)

N2O4

K2

N2O4 (g) K = K1? K2

例2:
C (s) + CO2(g) C (s) + H2O (g)
CO (g) +H2O (g)

2CO(g) CO (g) + H2 (g)
CO2 (g) + H2 (g)

K K1
K2

K = K1/K2

对于可逆反应: mA(g)+nB (g)

pC(g)+qD(g)

c (C )c ( D) QC ? m n c ( A)c ( B)
QC > k 逆向进行 平衡不移动 正向进行

p

q

QC = k
QC < k

K >105,认为正反应进行得较完全 K <10-5 认为 正反应很难进行(逆反应较完全) 10-5 ≤K ≤ 105 认为是可逆反应 N2(g)+O2(g) 2NO(g) K =1×10-30(298K)

常温下下列反应向那个方向进行?

A. (NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) B. 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)

C. MgCO3(s)=MgO(s)+CO2(s)
D. CO(g)=C(s)+1/2O2

化学反应进行的快慢 ——化学反应速率
化学反应原理 化学反应的限度 ——化学平衡 化学反应进行的方向 —— ?

第二章 化学反应速率和化学平衡
第四节 化学反应进行的方向

镁条燃烧;

酸碱中和;
铁器暴露在潮湿空气中会生锈;

甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧,
锌遇CuSO4溶液自动反应生成Cu和ZnSO4等

①自然界中水总是从高处往低处流;

②电流总是从高电势流向低电势;
③室温下冰块自动融化;

④墨水扩散;
⑤食盐溶解于水; ⑥火柴棒散落等。

自发过程:在一定条件下,不借助外部力 量就能自动进行的过程
自发反应: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,就称 为自发反应。

镁条燃烧;

酸碱中和;
甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧

自然界中水总是从高处往低处流;
电流总是从高电势流向低电势;

1、反应方向的焓判据(能量判据)
体系趋向于从高能状态转变为低能状态 这时体系会对外做功或者释放热量
△H<0的放热反应有利于反应自发进行

“放热反应可以自发进行,吸热反应不 能自发进行”,你同意这种观点吗?

NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)= CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) △H=+37.3KJ/mol

(NH4)2CO3(s)= NH4HCO3(s)+NH3 (g)

△H=+37.3KJ/mol

室温下冰块自动融化;

室温下水变水蒸气
硝酸铵溶解于水;

墨水扩散;
火柴棒散落等。

2、反应方向的熵判据(混乱度判据)
①熵
状态函数,符号为“S”.单位: J?mol-1?K-1 热力学上用来表示混乱度 混乱度越高,熵值就越大。 △S=S生成物总熵-S反应物总熵

S(s) <

S(l)



S(g)

②熵判据 在与外界隔离的体系中,自发过程将导致 体系的熵增大,这个原理叫做熵增原理

大多数自发进行的反应趋向于使体系的 混乱度增大(即熵变△S>0)的倾向,
化学反应的△S越大,越有利于反应自发进行

判断下列过程的熵变大于零还是小于零 1、H2O(s)→H2O(l)→H2O(g) △S>0 2、CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) △S>0

3、NaOH(s)=Na+(aq)+OH-(aq)
4、N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

△S>0 △S<0

少数熵减小的反应,在一定条件下 也可以自发地进行

焓变 ?H<0

?H>0 ?H<0 ?H>0

熵变 ?S>0 ?S<0 ?S<0

反应能否自发进行
自发进行 不自发进行 不能定性判断 不能定性判断

?S>0

CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) △H>0 反应在常温常压下不能自发进行,但在 较高温度下可以自发进行 反应能否自发进行,还与什么因素有关?

3、自由能判据(复合判据)
G:自由能,状态函数
△G:自由能变化量(自由能变) △G= △H—T· △S △G<0的反应可自发进行 △G>0的反应不可自发进行

练习3 碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分 解产生氨气,对其说法中正确的是 A A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气 体,使体系的熵增大。 B、碳铵分解是因为外界给予了能量 C、碳铵分解是吸热反应,根据能量判据 不能自发分解 D、碳酸盐都不稳定,都能自发分解。

信息:体系自由能变化( ?G )综合考虑了焓变

和熵变对反应体系的影响: ?G= ?H-T?S(T为 热力学温度)。在恒温、恒压下,用?G判断化学 反应自发进行的方向显得更为科学(当?G <0时 可自发进行)[吉布斯自由能]。

?H
<0 >0 >0 <0

?S
>0 <0 >0 <0

?G
<0 >0

反应在该状况下 能否自发进行 自发进行 不自发进行

低温时>0,高温时<0 低温不自发,高温自发 低温时<0,高温时>0 低温自发,高温不自发

练习:
下列说法不正确的是 C A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素, 多数的能自发进行的反应是放热反应。 B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值,其体系 的混乱程度越大,熵值越大。 C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是 吸热

D. 一个反应能否自发进行,与焓变和熵变的共同 影响有关

? 下列说法正确的是∶( C ) ? A、凡是放热反应都是自发的,由于吸热 反应都是非自发的; ? B、自发反应一定是熵增大,非自发反应 一定是熵减少或不变; ? 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。
? 自发进行的反应一定是∶( D ) ? A、吸热反应; B、放热反应; ? C、熵增加反应;D、熵增加或者放热反 应。

? 250C和1.01×105Pa时,反应 ? 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2 (g); ? △H=+56.76kJ/mol,自发进行的 原因是∶( D ) ? A、是吸热反应; ? B、是放热反应; ? C、是熵减少的反应; ? D、熵增大效应大于能量效应。

某化学反应其△H= —122 kJ· -1, mol ?S=231 J· -1· -1,则此反应在下 mol K 列 哪种情况下可自发进行 (A ) 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

2KClO3(s)==2KCl(s)+3O2(g) △H = -78.03 -1· -1 △S = 494.4 J· mol K
-1 kJ· mol

CO(g)==C(s,石墨)+1/2O2(g)

△H = 110.5

-1 kJ· mol

△S = -89.36 J· -1· -1 mol K

第三章 水溶液中的离子平衡
第一节 弱电解质的电离

一、强弱电解质
1、电解质与非电解质
①电解质 在水溶液中或熔化状态下能导电的化合物 范围: 化合物 前提: 水溶液 或 熔化状态 自身 导电 常见的电解质:酸 碱 盐 金属氧化物 水

②非电解质 在水溶液中和熔化状态下都不导电的化合物 常见的非电解质 非金属氧化物(除H)

乙醇等绝大多数有机物
NH3

练习: 指出下列物质属于电解质、非电解质 H2SO4、HCl、SO3、Cl2、KOH、 AgNO3、CO、H2O、NH3、Na2SO4、 BaSO4、Al(OH)3、CuSO4· 2O、Cu、 5H 盐酸、CH3COOH

练习: 指出下列物质属于电解质、非电解质 H2SO4、HCl、SO3、Cl2、KOH、 AgNO3、CO、H2O、NH3、Na2SO4、 BaSO4、Al(OH)3、CuSO4· 2O、Cu、 5H 盐酸、CH3COOH

a. Na b. Br2 c.CaO d.Al2O3 e. SO3 f. H2S g. H2SO4 h. HCl i. HClO j. HF k. Ba(OH)2 l. NH3?H2O m. NaCl n. BaSO4 o. H2O p. C2H5OH (1) 属于电解质的有 c d f g h i j k l m n o (2) 属于非电解质的有 e p (3) 属于强电解质的有 c d g h k m n (4) 属于弱电解质的有 f ijlo

单 质 纯 净 物 物 质 混 合 物 电解质

化 合 物
非电解质

为什么有强酸,弱酸?
为什么有强碱,弱碱?

2、强弱电解质
①强电解质 在水中能够全部电离的电解质 强酸 强碱 大多数盐
②弱电解质

在水中只能部分电离的电解质
弱酸 弱碱 水

3、电解质导电的原因
在水溶液或熔融状态下

电离出自由移动的带电微粒(离子)

什么是弱电解质? 在水中只能部分电离的电解

既然是部分电离以CH3COOH为例
在水中都存在哪些例子 CH3COOH H+ + CH3COO—

电离:电解质,溶于水或熔融状态下

离解出自由移动离子的过程
电离方程式 KCl
++Cl— =K

二、弱电解质的电离
1、强酸、强碱的电离
强酸、强碱一步、完全电离
++Cl— HCl =H

NaOH

++OH— =Na

++SO 2— H2SO4 =2H 4

2、弱电解质的电离
弱酸、弱碱可逆电离 多元弱酸分步、可逆电离,第一步为主 CH3COOH NH3· 2O H H2CO3


H+ + CH3COO— NH4 + OH H+ H+ + HCO3 + CO3
+ —





HCO3

2—

Mg(OH)2

Mg2+

+ 2OH



3、盐类的电离
酸式酸根继续可逆电离
NaCl
++Cl— =Na ++H++SO 2— 水溶液 NaHSO4 =Na 4 ++HSO — 熔融状态 NaHSO4 =Na 4 ++HCO — NaHCO3 =Na 3 — ++ CO 2 — HCO3 H 3

? 写出下列物质的电离方程式 H++ClO(1) HClO (2) KHSO4 = K++H++SO42(3) CaCO3 = Ca2++CO32(4) Cu(OH)2 Cu2++2OH(5) NaHCO3
=

Na++HCO3-

HCO3-

H+ + CO32-

? 下列电离方程式书写正确的是( C ) A. BaSO4 Ba2++SO42B. H3PO4 3H++PO43C. Al(OH)3 H++AlO2-+H2O D. NaHS=Na++H++S2-

3、电离平衡常数
CH3COOH H+ + CH3COO—
? ?

c (CH3COO ) ? c (H ) Ka ? c (CH3COOH)

NH3· 2O H

NH4 + OH
?

+



c ( NH4 ) ? c (OH? ) Kb ? c ( NH3 ? H 2 O)

H2CO3
HCO3


H+
H+
?

+ HCO3
+ CO3
?





2—

c (HCO 3 ) ? c (H ) K1 ? =4.4×10—7 c (H 2 CO3 )
c (CO3 ) ? c (H ) =4.7×10—11 K2 ? ? c (HCO 3 )
2? ?

K1>>K2,因此以第一步电离为主

在醋酸溶液中,存在如下电离平衡: CH3COOH H+ + CH3COO— 正 加入固体NaOH,电离平衡向______反应方向 减小 移动,c(H+)____________ 逆 加入固体CH3COONa,电离平衡向______反 减小 应方向移动,c(H+)____________ 逆 滴入少量浓硫酸,电离平衡向______反应方向 增大 移动, c(H+)____________ 不变 加入同浓度的醋酸,电离平衡______,

不变 c(H+)____________

4、电离平衡的移动
电离吸热 CH3COOH 越稀越电离,越热越电离 H+ + CH3COO—

升高温度,电离平衡向______反应方向移 正 增大 动,c(H+)____________ 加水,电离平 衡向 正 减小 C(H+) 。 反应方向移动,

HA 移动方向

++A— H

△H

> 0


c(H+)

c(A )

升高温度 降低温度
加入HA

加入H2O
加浓硫酸

加NaOH
加NaA

BOH 移动方向

++OH— B

△H

> 0
+

c(OH )



c(B )

升高温度 降低温度
加入BOH

加大量水
加浓硫酸

加NaOH
加BCl

? .下列叙述正确的是( A )
A.强弱电解质的根本区别在于电离时是否 存在电离平衡 B.所有的离子化合物都是强电解质,所有 的共价化合物都是弱电解质 C.强电解质的水溶液中只有离子,没有分 子 D.强电解质融化状态下都能导电

? 一定量的盐酸跟过量的铁粉反应时,为减 缓反应速率而不影响生成氢气的总量,可 向盐酸中加入适量的( BDEF ) ? A.NaOH(固) B.H2O C.NH4Cl(固) D.CH3COONa (固) E.降低温度 F. NaCl溶液

+浓度相同、体积相等的三种酸 有H

a、盐酸 b、硫酸 c、醋酸,同时加 入足量的锌,则开始反应时速率 a=b=c ______,反应完全后生成H2的质 量_________。 a=b<c

已知盐酸和醋酸的溶液中C(H+)相等。现 将这两种溶液各10毫升,分别跟足量的锌片 反应。在如下的叙述中正确的是(A)两种 B 酸液的物质的量浓度相等。

(B)开始反应时两种酸液的反应速率相等,但 盐酸的反应速率下降较快。 (C)开始反应时两种酸液的反应速率相等,但 醋酸的反应速率下降较快。 (D)完全反应后两种酸液产生的氢气的量相同

把0.05molNaOH固体分别加入100mL下列液体 中,溶液的导电性变化不大的是( BD) A.自来水 B. 0.5mol/LNH4Cl溶液 C. 0.5mol/L 醋酸 D. 0.5mol/L盐酸

第三章 水溶液中的离子平衡
第二节 水的电离和 溶液的酸碱性

一、水的电离
1、水的电离
H2O+H2O H3O++OH—

H2O
?

H++OH—
?

K电离

c (H ) ? c (OH ) ? c ( H 2 O)
? ?

c(H 2O) ? K电离 ? c(H ) ? c(OH )

c(H 2O) ? K电离 ? c(H ) ? c(OH )
c(H 2O) ? K电离 ? K w

?

?

K w ? c (H ) ? c (OH )

?

?

2、水的离子积常数
Kw水的离子积常数,简称水的离子积

K w ? c (H ) ? c (OH )
KW只与温度有关,与氢离子,氢氧根浓度无关

?

?

25℃ , KW= 10—14
T升高 KW增大

H 2O

HCl

NaOH

对水的电离 平衡的影响 水的电离 C H+、COH溶液中 C H+、COHC H+ 与 COH-比较

不动 C H+ — COH- — C H+ — COH- —
10-14


C H+ COHC H+ COH-

← ↓ ↓ ↑ ↓
C H+ ↓ COH↓ ↓ C H+ ↑ COH-

C H+= COH- C H+> COH- C H+ < COH-

CH+×COH溶液酸碱性

10-14

10-14







二、溶液的酸碱性与pH
1、溶液的酸碱性
常温下 中性溶液 CH+ = COH- = 1×10—7mol/L 碱性溶液 CH+<COH- COH->1×10—7mol/L 酸性溶液 CH+>COH- C + > 1×10—7mol/L H

练习:
?有关水的离子积
1、在水中加入稀盐酸后,水的离子积是否发生改变? 2、在水中加入强碱后,水的离子积是否发生改变? 3、在酸碱溶液中,水电离出来的C H+和COH-是否相等? 4、100℃时,水的离子积为10-12,求C H+为多少? 5、求1mol/L盐酸溶液中水电离出来C H+的为多少? 6、在酸溶液中水电离出来的C H+和酸电离出来的C H+什 么关系?

?有关溶液的酸碱性---正误判断
1、如果C H+不等于COH-则溶液一定呈现酸碱性。 2、在水中加酸会抑制水的电离, √ 3、如果CH+/ COH-的值越大则酸性越强。 4、任何水溶液中都有CH+和COH-。



√ ×



5、 CH+等于10-6mol/L的溶液一定呈现酸性。 6、对水升高温度, CH+增大,酸性增强。

×

250C,口算下列溶液的c(H+): ⑴ 0.01mol/L H2SO4 ⑵ 1.0×10-4 mol/L HCl溶液

⑶ 1.0×10-4 mol/L NaOH溶液
⑷ 0.005 mol/L Ba(OH)2溶液

练习

1、在25℃时,0.1 mol· -1 的硫酸中,水的KW值为 L A.大于1×10-14 B.小于1×10-14 C -14 C.等于1×10 D.无法确定

BD 2、在下列叙述中,正确的是 A.在任何条件下,纯水的c (H+)=10-7 mol· -1 L B.在任何条件下,纯水都呈中性 C.在100℃时,纯水的 c (H+) < 10-7 mol· -1 L D.在100℃时,纯水中 c (H+) > 10-7 mol· -1 L

3、在25℃时,水的离子积常数KW=1×10-14 , 在100℃时,KW=1×10-12 ,说明 AB A.水的电离过程是一个吸热过程 B.100℃时,KW 较大 C.KW 与电离平衡无直接关系 D.25℃时的c(H+)比100℃的时c(H+)大

4、往纯水中加入下列物质,能使水的电离平 衡发生移动的是 BD A.NaCl固体 B.NaOH固体 C.乙醇 D.CH3COOH

2、溶液的酸碱性pH
① pH pH= —lg c(H+)
pOH= —lg c(OH )


pOH+ pH = —[lg c(OH )+ lg c(H+) ]
= —lg [c(OH )· +) ] c(H




= —lg (Kw) = —lg (1×10—14) = 14

2、溶液的酸碱性pH
① pH pH= —lg c(H+)
pOH= —lg c(OH )


pOH+ pH = 14
CH+ ↑ ,pH ↓

CH+ ↓ ,pH ↑

②pH与溶液酸碱性的关系
中性溶液 CH+ = COH- pH =7

碱性溶液
酸性溶液

CH+<COH-

pH>7

CH+>COH-

pH<7

③pH的适用范围

取值范围: 10—14 mol/L ≤ CH+≤ 1mol / L 14 ≥ pH ≥ 0
注意:当 CH+﹥ 1 mol/L 或 COH-﹥1 mol/L时, 一般不用 pH 表示,而直接用浓度表示。

④pH的计算

酸性溶液,直接求pH
碱性溶液,先求pOH,再求pH

混合溶液,先判断酸碱性,在根据以上方法求
无限稀释接近7

三、pH的应用
1、酸碱指示剂的变色
①甲基橙:酸红,碱黄 ②石蕊:酸红,中紫,碱蓝 ③酚酞:酸无色,碱红色

【例1】 现有浓度为0.1mol/L的HCl溶液和0.1mol/L 的NaOH溶液,按下列比例混合后,求新 溶液的pH(0.05mL约为一滴溶液的体积)
HCl溶液 24.95mL 25.00mL NaOH溶液 混合液pH 25.00mL 25.00mL 石蕊颜色

5 7

红 紫

25.05mL

25.00mL

10



【例2】 现有某未知浓度的HCl溶液和0.1mol/L的 NaOH溶液,按下列比例混合,求HCl溶液 的pH(0.04mL约为一滴溶液的体积)
HCl溶液 24.95mL 25.00mL 25.05mL NaOH溶液 25.00mL 25.00mL 25.00mL HCl的浓度 石蕊颜色 紫色 紫色 紫色

0.1002 0.1000 0.0998

2、酸碱滴定突跃

四、实验测定酸碱滴定曲线
1、仪器
滴定管 滴定管夹 铁架台 锥形瓶

装酸, 高锰酸钾 酸式滴定管: 滴定管 玻璃旋塞,碱溶液腐蚀

的使用 碱式滴定管: 装碱(胶皮管)

刻度:

0刻度在上(与量筒不同)

取液: 在刻度范围内取液,不够再装,液 体不能放完。 酸式: 旋转旋塞

放液: 碱式: 挤压玻璃球

2、药品:
指示剂(甲基橙或酚酞) 已知酸(碱)未知碱(酸) 3、滴定的关键:
准确测定两溶液的体积

准确判断滴定终点

4、操作:
(1)滴前准备: 漏不漏 ①检查

活塞是否灵活
橡皮,玻璃球

②洗涤仪器

滴定管: 自来水,蒸馏水,盛装液(润洗)
锥形瓶: 自来水,蒸馏水 (不用盛装液洗)

(2)装液:

标准液: 装入滴定管中(排、调、记) 未知液: 锥形瓶中(加指示剂2~3滴)

(3)滴定:

右手: 持锥形瓶
左手: 控制旋塞(或玻璃球) 眼睛: 注视锥形瓶内溶液颜色的变化 注意: ①先快后慢 ②滴定终点:半分钟不褪色

(4)读数:
(5) 重复2~3次

平视(小数点后两位)

(6) 计算:取平均值

5、误差分析:
仪器洗涤: (1)盛标准液的滴定管未用标准液洗 偏高

(2)锥形瓶用待测液洗
视线:

偏高
偏低

(1)滴前仰视,滴后平视

(2)滴前平视,滴后俯视
(3)滴前仰视,滴后俯视

偏低
偏低 偏高

其它

(1)滴定管尖嘴有气泡(开始有,终时无)
(2)滴完悬液滴 偏高 偏低

(3)震荡锥形瓶把液体溅出 (4)纯水入锥形瓶 不变

第三章 水溶液中的离子平衡
第三节 盐类的水解

一、探究盐溶液的酸碱性
盐溶液 NaCl Na2CO3 NaHCO3 酸碱性 中 碱 碱 盐类型 强酸强碱 弱酸强碱 弱酸强碱

NH4Cl
Na2SO4


中 碱 酸

强酸强碱
强酸强碱 强酸强碱

CH3COONa
(NH4)2SO4

强酸强碱

谁强显谁性 盐溶液 NaCl Na2SO4 NaHCO3 Na2CO3 CH3COONa NH4Cl 碱性 酸碱性
中性

盐类型 强酸 强碱 弱酸 强碱 强酸 弱碱

(NH4)2SO4

酸性

以CH3COONa为例写出溶液中存在的平衡 CH3COONa =Na+ + CH3COO— H2O H++OH— C + < C H OH 溶液碱性,水的电离平衡向 正 向移动

CH+哪里去了? H+ + CH3COO—
CH3COOH

二、盐溶液呈不同酸碱性的原因
1、盐类水解
①定义 水溶液中盐电离出的离子跟水电离出 的H+或OH-生成弱电解质的反应。 ②实质 电离出的弱酸根或弱阳离子与水电离出的 H+或OH-结合成弱电解质促进水的电离 ③条件 有弱阴离子或弱阳离子

2、盐类水解规律
能溶才水解
谁弱谁水解 谁强显谁性

1. 下列溶液PH小于7的是

A、 溴化钾 C、 硫化钠

B、 硫酸铜 D、 硝酸钡

2. 下列溶液能使酚酞指示剂显红色的是 A 、碳酸钾 B、 硫酸氢钠 C、 碳酸氢钠 D、 氯化铁 3.下列离子在水溶液中不会发生水解的是 A 、 NH4 3+ C 、 Al
+

B、 SO4 _ D、F

2_

4.氯化铵溶液中离子浓度从大到小排 列正确的是:

A NH4 、H 、OH 、Cl
B C D
_ + +

+

+

-

_

Cl 、 NH4 、H 、OH H 、 Cl 、 NH4 、OH Cl、 NH4 、 OH 、H
+ + + _ +

_

_

同物质的量浓度NaX、NaY、NaZ三种正盐

溶液,测得溶液的pH分别是7、9、10,则
相对应的酸:HX、HY、HZ的酸性比较。

HX>HY>HZ

相同条件,相同物质的量浓度的下列七种 溶 液 : Na2CO3 、 NaClO 、 CH3COONa 、 Na2SO4、NaOH、(NH4)2SO4、NaHSO4, pH值由大到小的顺序为: >7: NaOH>NaClO>Na2CO3>CH3COONa> =7: Na2SO4> <7: (NH4)2SO4>NaHSO4

3、盐类水解方程式的书写 谁弱写谁
盐类的水解可以看作酸碱中和反应的逆过程。
一般来说水解程度很微弱“ ”

↓ 一般不生成沉淀与气体,无“ ”或 ↑ “ ” 多元弱酸根分步水解

①常见阴离子

CH3COO—、 ClO— 、CN—、F—、AlO2 — CO32—、 SiO32—、 SO32—、 S2—、 PO43—
HCO3—、 HSO3—、 HS—、HPO42— 、H2PO4— ②常见阳离子 NH4+、 Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Cu2+

三、影响盐类水解的主要因素 和盐类水解反应的利用
1、影响盐类水解的主要因素
①内部因素
盐的本性 :越弱越易水解 温度:水解反应△H>0 越热越水解 ②外部 因素 浓度:越稀越水解 溶液的酸、碱性:加酸 加碱 加盐

强碱弱酸盐NaA: A +H2O
移动
升高温度 降低温度



HA +OH




c(H+)

c(A ) c(OH )



pH

加大量水
加浓硫酸

加NaOH
加NaA

强酸弱碱盐BCl: B++H2O
移动
升高温度 降低温度

H++BOH


c(H+)

c(B ) c(OH )

+

pH

加大量水
加浓硫酸

加NaOH
加BCl

3mL CH3COONa溶液后,滴加酚酞,有何现象? 将溶液加热后,颜色有何变化?

0.1mol/L的NaCl溶液中 ①存在哪些离子 Na+、Cl、H+、OH— ②设[Na+] 、[Cl—] 、[H+] 、[OH—]分别表 示四种离子的物质的量浓度,则完成下列 各关系式子

建立一个只含有[Na+]、[Cl—]的等式
建立一个只含有[Na+] 、[Cl—] 、[H+] 、 [OH—]的等式 建立一个只含有[H+]、[OH—]的等式

a.建立一个只含有[Na+]、[Cl—]的等式 [Na+]=[SO42—] b.建立一只含有[Na+] 、[Cl—] 、[H+] 、[OH—] 的等式 [Na+]+[H+]=[Cl—]+[OH—] c.建立一个只含有[H+]、[OH—]的等式 [H+]=[OH—]

0.1mol/L的Na2SO4溶液中 ①存在哪些离子 Na+、SO42—、H+、OH— ②设[Na+] 、[SO42—] 、[H+] 、[OH—]分别 表示四种离子的物质的量浓度,则完成下 列各关系式子

建立一个只含有[Na+]、[SO42—]的等式
建立一个只含有[Na+] 、[SO42—] 、[H+] 、 [OH—]的等式 建立一个只含有[H+]、[OH—]的等式

a.建立一个只含有[Na+]、[SO42—]的等式 1 [Na+]=[SO42—] 溶质浓度关系 2 b.建立一个只含有[Na+] 、[SO42—] 、[H+] 、 [OH—]的等式 [Na+]+[H+]=2[SO42—]+[OH—]溶液中的电荷关系 c.建立一个只含有[H+]、[OH—]的等式 [H+]=[OH—] 水电离出的两种离子的关系

4、水溶液中的三个守恒
①物料守恒 溶液中某一组分的原始浓度应该等于 它在溶液中各种存在形式的浓度之和 ②电荷守恒 溶液中正负电荷总数相等 ③质子守恒 水电离出的H+存在形式各浓度之和与 水电离出的OH—存在形式各浓度之和相等

【例1】写出CH3COONa溶液中的三个守恒

Na+、CH3COO—、 CH3COOH、H+、OH—
物料守恒 [CH3COO—]+[CH3COOH]=[Na+]

电荷守恒 [CH3COO—]+[OH—]=[Na+]+[H+]
质子守恒 [OH—]=[CH3COOH]+[H+]

【例2】写出Na2CO3溶液中的三个守恒

Na+、 CO3 2— 、HCO3 — 、 H2CO3、H+、OH— 物料守恒 1 [Na+]=[CO 2—]+[HCO —] +[H CO ] 3 3 2 3 2 电荷守恒 [H+]+[Na+]=2[CO3 2—]+[HCO3—] +[OH—]
质子守恒 [OH—] =[HCO3—] +2[H2CO3]+[H+]

写出NH4Cl溶液中的三个守恒

写出CuCl2溶液中的三个守恒

相同浓度的下列溶液中, c(CO32-)的大小关系依次( ) ① Na2CO3 ②NaHCO3 ③ NH4HCO3④(NH4)2CO3

5、盐类水解反应的利用
①盐类水解与温度 实验室配制 FeCl3 CuSO4 溶液为何易浑浊, 如何克服?

将FeCl3 CuSO4 溶液蒸干灼烧,最终得到什 么物质? 为什么生活中常用Na2CO3溶液代替NaOH 溶液去油污?热水好还是冷水好?

②双水解 泡末灭火器是 Al2(SO4)3 溶液和 NaHCO3 溶 液混合产生 大量 CO2 来灭火的,分析产 生CO2的原理 草木灰不能与铵态氮肥混用

③胶体(纳米材料)制备 明矾为何会净水

氢氧化铁胶体的制备

④其它问题

相同浓度,相同温度的Na2CO3 、NaHCO3 水解程度哪个大,pH值哪个大? 要使CH3COONa中 CH3COO- 浓度与 Na+ 浓度相等,应采取什么措施?
长期使用 (NH4)2SO4 化肥,土壤会酸化 Mg 放入 NH4Cl 溶液中会有小气泡

第三章 水溶液中的离子平衡
第四节 难溶电解质的溶解平衡

【知识回顾】§2-3可逆过程 溶解 固体溶质 溶液中的溶质 结晶 为什么饱和溶液不再溶解溶质?

本质:溶解速率 = 析出速率 现象:浓度不变或晶体质量不变
向小试管加少量水中,再加入AgCl,则 溶液是否达到饱和呢?

如何来表示呢?

+和Cl—的反应真能进行到底吗? 一、Ag

1、沉淀溶解平衡
在一定条件下,难溶电解质溶解成离子的 速率等于离子重新结合成沉淀的速率,溶 液中各离子的浓度保持不变的状态

2、沉淀溶解平衡的表示
AgCl(s) Ag+(aq)+Cl— (aq)

3、沉淀溶解平衡的特点
动、等、定、变(一切平衡的特点)

4、沉淀溶解平衡的影响因素
①内因:电解质本身的性质。 绝对不溶的物质是没有的
不同难物其溶解度差别也很大

只要是饱和溶液都存在溶解平衡。

难溶

微溶 1g

可溶

易溶 10g m

0.01g

②外因
温度:升温,多数溶解 (气体,Ca(OH)2除外) 浓度:加水,溶解;加相同离子,沉淀。 压强(气体): 加压,多数溶解

AgCl(s)
p

Ag+(aq)+Cl— (aq)
q

c (C )c ( D) K? m n c ( A)c ( B)

K ? c( Ag ) ? c(Cl )

?

?

5、沉淀溶解平衡常数
沉淀溶解平衡常数KSP,又称溶度积
BmAn (s)
m ?

Bm+ (aq)+An—(aq)
n -

K ? c (B ) ? c (A )
AgCl(s) Ag+(aq)+Cl— (aq)
? ?

K sp ? c(Ag ) ? c(Cl )

二、沉淀反应的应用
1、沉淀的生成
①调pH值 如:工业原料氯化铵中混有氯化铁,加氨水 调pH值至7-8 Fe3+ + 3NH3?H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+ ②加沉淀剂 工业除去沉淀Cu2+、Hg2+等,以Na2S、H2S 做沉淀剂

Cu2++S2-=CuS↓ Hg2++S2-=HgS↓

2、沉淀的溶解
原理:化学平衡移动 ①难溶于水的盐溶于酸中 CaCO3溶于盐酸 FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2溶于强酸
②难溶于水的盐溶其它物质中

如:AgCl溶于NH3的水溶液中

3、沉淀的转化
原理:不同物质的Ksp不同,以此进行转化
①锅炉除水垢 锅炉水垢中含有CaSO4 ,可先用Na2CO3溶液 处理,使 之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3

CaSO4

SO42- + Ca2+ + CO32CaCO3

当 Qc > Ksp时
过饱和溶液,有沉淀生成

当 Qc = Ksp时
饱和溶液,为溶解平衡状态 当 Qc < Ksp时 不饱和溶液,无沉淀生成

②矿物的转化

③分步沉淀

第四章 电化学基础
第一节 原电池

思考题
1、锌片和铜片插入稀硫酸的现象是什么? 2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中, 现象是什么? 3、铜片为什么有气泡产生? 4、如何检验证明是那种情况? 5、电子流向如何? 6、该装置实现了怎样的能量转化?

把化学能直接转化为电能的装置——原电池

1、原电池的构成条件
①两极: 正极:较不活泼的金属或非金属(如石墨) 负极:较活泼的金属

②电解质溶液 ③形成闭合回路

下列装置中属于原电池的是

失e-,沿导线传递,有电流产生

氧化反应
Zn-2e-=Zn2+

还原反应

负极 锌——铜 正极
原电池
阴离子

2H++2e-=H2↑

电解质溶液

阳离子

负极: Zn-2e-=Zn2+ (氧化反应) 电 极 正极: 2H++2e-=H2↑ (还原反应) 反 应 总反应: Zn+2H+=Zn2++H2↑ (离子方程式)

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ (化学方程式)

2、原电池反应原理
电子:负极→正极 电流:正极→负极

①粒子流向

溶液中阴离子→负极 溶液中阳离子→正极

负极:氧化反应 ②电极 活泼金属失电子变阳离子 正极:还原反应 反应 溶液中离子得电子 总反应:负极金属与电解液的离子反应

3、化学电池的反应本质
氧化还原反应
原电池将自发的氧化还原反应分割为 氧化、还原两个反应在负、正两极同 时不同地进行,正负两极上进出电子 总数相等。 根据电子守恒原理进行计算

练习
1、判断下列哪些装置构成了原电池?若不是,请说明理由; 若是,请指出正负极名称,并写出电极反应式.


(×)


(×)

负极: Zn-2e=Zn2+ ③ (∨) 正极: 2H++2e=H2↑ 总反应: Zn+2H+=Zn2++H2↑

负极: Zn-2e-=Zn2+
④ (∨)

正极: 2H++2e-=H2↑ Zn+2H+=Zn2++H2↑ 总反应:

负极: Fe-2e-=Fe2+
⑤ (∨)

正极: Cu2++2e-=Cu 总反应:Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+CuSO4=Cu+FeSO4



(×)

Zn-2e-=Zn2+ 负极:


(∨)

正极: Cu2++2e-=Cu 总反应:Zn+Cu2+=Zn2++Cu 或 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu

2、如图所示,在铁圈和银圈的焊接处,用一根棉线将其悬 在盛水的烧杯中,使之平衡;小心的向烧杯中央滴入 CuSO4溶液,片刻后可观察到的现象是 ( D )
A. 铁圈和银圈左右摇摆不定;

B. 保持平衡状态;
C. 铁圈向下倾斜; D. 银圈向下倾斜;

等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量 的稀H2SO4,同时向a中加入少量的CuSO4 溶液,下列图表示产生H2的体积(V)与 时间(t)的关系,其中正确的是:D

X、Y、Z都是金属,把X浸入Z的硫酸盐溶 液中,X的表面有Z析出,X与Y组成原电池 时,Y为负极。X、Y、Z三种金属的活动性 顺序为 A、X>Y > Z

B、X > Z > Y
C C、Y > X > Z

D、Y > Z > X

把A、B、C、D四块金属片用导线两两相连, 浸入稀硫酸中组成原电池。若A、B相连时, A为负极;C、D相连时,D上产生大量气泡; A、C相连时,电流由C经导线流向A;B、D 相连时,电子由D经导线流向B,则此4种金属 的活动性由强到弱的顺序为 A、A>B>C > D B B、A > C > D > B C、C > A > B > D D、 B > A > C > D

4、原电池电极反应的书写方法
①总反应 负极金属与电解质溶液的离子反应

②负极反应 负极金属失电子变成阳离子的反应 ③正极反应 总反应减去负极反应

第四章 电化学基础
第二节 化学电源

一、一次电池
一次电池 放电之后不能充电(内部的氧化还原反应不可逆)

1、碱性锌锰电池

碱性锌锰干电池

负极是Zn、正极是MnO2 、电解质是KOH 负极:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
正极: 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

总反应: 2MnO2+2H2O+Zn=Zn(OH)2+2MnOOH

2、银锌纽扣电池
负极是Zn、正极是Ag2O 、电解质是KOH 负极:Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O
正极: Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-

总反应: Ag2O+Zn=ZnO+2Ag

二、二次电池
能量: 化学能

放电 充电 电能

蓄电池放电过程工作原理

负极:Pb Pb-2e-+SO42- =PbSO4 (难溶于水) 正极:PbO2 PbO2 +2e - +SO42-+4H + =PbSO4 +2H2O
总反应: Pb + PbO2 +2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O 2PbSO4 +2H2O
充电 放电

Pb + PbO2 +2H2SO4

放电过程为化学电池!

镍镉电池:

负极:Cd 正极:NiO(OH)
电解质:KOH 镍镉电池应用:收录机、无线对讲 机、电子闪光灯、电动剃须刀等 缺点:如不会回收会严重污染环境

可充电的绿色电池 锂电池:

负极:锂
应用: 常用在电话机、照相机、汽车、计算机等中, 此外在工业、医学、军事上也有广泛的应用。

三、燃料电池
1、燃料电池的构成
燃料 电解质溶液 :
电解质
溶液

O2

KOH等强碱、 H2SO4等强酸、NaCl等盐溶液
电极材料 :多孔性镍、铂

2、燃料电池的电极反应的书写

①先写总反应:燃料在氧气中的燃烧
若有CO2生成,且电解质为强碱时, 考虑CO2+2OH =CO3
— 2—

+H2O

②再写正极 反应:

碱性 O2+2H2O+4e-=4OH- 酸性 O2+4H++4e-= 2H2O

③最后写负极反应: 总反应减去正极反应 常见燃料:H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等

第四章 电化学基础
第三节 电解池

下列属于原电池装置的是
Fe C
C C

H 2SO4 溶 液

CuCl2 溶 液

A

B

B装置会出现怎么样的现象呢?

一、电解原理
1、电解池的构成条件
把电能转变为化学能的装置,又叫电解池 ①两极 阴极:与电源负极相连 阳极:与电源正极相连 两极材料可同可不同 石墨、 Au 或Pt作为电极时称惰性电极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路 ④直流电源

2、电解池的反应原理
←e— 负极 还原反应 ↓e— ←e— 正极

↑e—
石墨||石墨

氧化反应

阴极

阳极

电解质溶液 阴离子 阳离子
Cu2++ 2e-=Cu 2Cl--2e-=Cl2↑
2↑

-+Cu2+电解 总反应: 2Cl =Cu+Cl

2、电解池的反应原理 阳氧阴还
电子: 负极→阴极 阳极→正极 ①粒子 电流: 正极→阳极 阴极→负极 流向 溶液中阴离子 →阳极 放电 溶液中阳离子 →阴极 放电 阳极:氧化反应 ②电极 电极金属或溶液阴离子失电子 阴极:还原反应 反应 溶液阳离子得电子变单质 总反应:阴阳极反应相加

3、电解池中离子放电顺序
①阳极:
金属>S2-> I-> Br-> Cl-> OH- >含氧酸根> F- 金属要求活动性Ag以前

②阳极: Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>
Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>较大浓度时 + Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
先于H 放电

3、电解池中离子放电顺序
①阳极:
金属>S2-> I-> Br-> Cl-> OH- 金属要求活动性Ag以前

②阳极: Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>
Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

4、电解反应的书写
①找出溶液中所有离子
②按放电顺序写出阴阳极反应 ③加和得到总反应

若H+、OH-由水电离
则总反应中需将其变成H2O

所有总反应的条件均为电解

练习
电极材料

电解池
可以相同可以不同
阴阳极由外电源决定

原电池
不同
正负极由电极材料决定
极 负极:氧化反应 正极:还原反应 化学能→电能 负→导线→正 本身是电源,外接用电器

电极名称 与电源负极相连的为阴极 活泼性较强的金属做负
与电源正极相连的为阳极

电极反应
能量变换 电子流向 特征

阳极:氧化反应 阴极:还原反应 电能→化学能 负→阴 阳→正

有外加电源

下列装置是否属于电解池?若是,写出电极反应
C C

Fe

C

Fe

C

Fe

C

Fe

C

Fe

Cu

H 2SO4 溶 液

H 2SO4 溶 液

CH 3 CH 2 OH

CuCl2 溶 液

HCl CuCl2 混 溶 合 液

CuCl2 溶 液

A

B

C

D

E

F

练习:
类型 实例
H2SO4

电极反应 阳极:

实际电 电解质溶 溶液PH 解对象 液浓度

电解质溶 液复原

增大 H2O 增大 增大
HCl CuCl2

减小 增大 不变 增大 增大 增大

电解 4OH--4e- =2H2O+O2↑ NaOH 水型 阴极:
Na2SO4 4H++ 4e- =2H2 ↑

加H2O 加H2O 加H2O 加HCl 加CuCl2 加HCl

阳: 2Cl--2e - =Cl2 ↑

HCl 阴: 2H++ 2e - =H ↑ 2 电解 电解 CuCl2 阳: 2Cl--2e - =Cl2 ↑ 质型 阴: Cu 2++ 2e - = Cu
阳: 2Cl--2e - =Cl2 ↑ NaCl 电解 阴: 2H++ 2e - =H2 ↑

减小 减小
部分离子 浓度减小 部分离子 浓度减小

电解 质和 CuSO 阳: 4OH--4e- =2H2O+O2↑ 4 水型 阴: 2Cu 2++ 4e- =2 Cu

电解质 和水

减小

加CuO

二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水制烧碱、氯气、氢气
工业上用电解饱和食盐水溶液的方法来制取 NaOH、Cl2和H2,并以它们为原料生产一系 列化工产品,称为氯碱工业 阳:2Cl- —2e-=Cl2↑ 阴:2H++2e- =H2 ↑ 总:2NaCl+2H2O = 2NaOH + H2↑+Cl2↑
电解

2、电镀
①定义
是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其 他金属或合金的过程 ②装置 阳极 :镀层金属(与电源正极相连)

阴极 :待镀金属制品(与电源负极相连)
电镀液:含镀层金属离子的溶液

③电极反应
阳极:(镀层) M —ne— = Mn+ 阴极:(待镀) Mn++ne— =M

3、电冶金
①对象:钠、钙、镁、铝这样的活泼金属
②电解液: 熔融的态电解质 ③实例 2NaCl (熔融) 2Al2O3 (熔融)
电解

2Na+Cl2↑ 电解 4Al+3O2↑ 冰晶石

不能用AlCl3代替Al2O3 冰晶石用来降低Al2O3熔点

第四章 电化学基础
第四节 金属的电化学腐蚀与防腐

阅读:你有何感想?
金属腐蚀 ? 我国作为世界上钢铁产量最多的国家(2005年全国 生产钢材37117.02万吨) ,每年被腐蚀的铁占到 我国钢铁年产量的十分之一,因为金属腐蚀而造成的 损失占到国内生产总值的2%~4%;约合人民币: 3000亿元( 2005年我国国内生产总值将达15万亿 元) 。 ? 根据各国调查结果,一般说来,金属腐蚀所造成的经 济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。 ? 另据国外统计,金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火 灾、风灾和地震(平均值)损失的总和,在这里还不 包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接 损失。

? 金属腐蚀的主要害处,不仅在于金属本身的损失, 更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属 本身要大到无法估量。 ? 腐蚀不仅造成经济损失,也经常对安全构成威胁。

? 国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故,如飞机因 某一零部件破裂而坠毁;桥梁因钢梁产生裂缝而塌 陷;油管因穿孔或裂缝而漏油,引起着火爆炸;化 工厂中储酸槽穿孔泄漏,造成重大环境污染;管道 和设备跑、冒、滴、漏,破坏生产环境,有毒气体 如Cl2、H2S、HCN等的泄漏,更会危及工作人员 和附近居民的生命安全。

? 面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害 事实,大家有没有想过,铁怎么会被 腐蚀?怎样防腐?

一、金属的电化学腐蚀
1、金属腐蚀
是指金属或合金跟接触的气体或液体发 生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。

2、金属腐蚀类型
①化学腐蚀 金属与接触到的干燥气体(O2、Cl2、SO2) 或非电解质液体(石油)等发生化学反应而 引起的腐蚀

②电化学腐蚀 不纯金属与电解质溶液接触,形成 原电池,使金属失去电子被氧化

2、金属的电化学腐蚀类型
①析氢腐蚀
发生条件:酸性

负极Fe: Fe-2e-=Fe2+
正极C: 2H++2e-=H2↑ 总反应: Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ↑

②吸氧腐蚀 常见

发生条件: 中性、碱性
负极Fe: 2Fe-4e-=2Fe2+

正极C:O2+2H2
总反应:

-=4OH— O+4e

2Fe+2H2O+O2= 2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 Fe2O3 · 2O(铁锈) nH

课堂练习
1、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:

(1) 若液面上升,则溶液呈 中性或碱性 性,发生
Fe–2e-=Fe2+ , 吸氧 腐蚀,电极反应式为:负极: O2+2H2O+4e-=4OH- 正极: (2) 若液面下降,则溶液呈 酸性 性,发生 析氢 腐蚀,电极反应式为: 负极: Fe–2e-=Fe2+ 2H++2e-=H2↑。 正极:

二、金属的电化学防腐
1、牺牲阳极法
原理 : 形成原电池反应时,让被保护金属做 正极,不反应,起到保护作用;而活 泼金属反应受到腐蚀。

2、外加电流法
将被保护金属与另一附加电极作为电解池的 两个极,使被保护的金属作为阴极,在外加直 流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于 防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。

辅助阳极 (不溶性)

外加电流的阴极保护法示意图


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