一、化學實驗安全
1、(1)做有毒氣體的實驗時,應在通風廚中進行,並注意對尾氣進行適當處理(吸收或點燃等)。進行易燃易爆氣體的實驗時應注意驗純,尾氣應燃燒掉或作適當處理。
(2)燙傷宜找醫生處理。
(3)濃酸撒在實驗台上,先用Na2CO3(或NaHCO3)中和,後用水衝擦乾淨。濃酸沾在皮膚上,宜先用幹抹布拭去,再用水衝淨。濃酸濺在眼中應先用稀NaHCO3溶液淋洗,然後請醫生處理。
(4)濃鹼撒在實驗台上,先用稀醋酸中和,然後用水衝擦乾淨。濃鹼沾在皮膚上,宜先用大量水沖洗,再塗上硼酸溶液。濃鹼濺在眼中,用水洗淨後再用硼酸溶液淋洗。
(5)鈉、磷等失火宜用沙土撲蓋。
(6)酒精及其他易燃有機物小面積失火,應迅速用濕抹布撲蓋。
二、混合物的分離和提純分離和提純的方法
過濾用於固液混合的分離一貼、二低、三靠如粗鹽的提純
蒸餾提純或分離沸點不同的液體混合物防止液體暴沸,温度計水銀球的位置,如石油的蒸餾中冷凝管中水的流向如石油的蒸餾
萃取利用溶質在互不相溶的溶劑裏的溶解度不同,用一種溶劑把溶質從它與另一種溶劑所組成的溶液中提取出來的方法選擇的.萃取劑應符合下列要求:和原溶液中的溶劑互不相溶;對溶質的溶解度要遠大於原溶劑用四氯化碳萃取溴水裏的溴、碘
分液分離互不相溶的液體打開上端活塞或使活塞上的凹槽與漏斗上的水孔,使漏斗內外空氣相通。打開活塞,使下層液體慢慢流出,及時關閉活塞,上層液體由上端倒出如用四氯化碳萃取溴水裏的溴、碘後再分液
蒸發和結晶用來分離和提純幾種可溶性固體的混合物加熱蒸發皿使溶液蒸發時,要用玻璃棒不斷攪動溶液;當蒸發皿中出現較多的固體時,即停止加熱分離NaCl和KNO3混合物
化學反應條件的優化——工業合成氨
1、合成氨反應的限度
合成氨反應是一個放熱反應,同時也是氣體物質的量減小的熵減反應,故降低温度、增大壓強將有利於化學平衡向生成氨的方向移動。
2、合成氨反應的速率
(1)高壓既有利於平衡向生成氨的方向移動,又使反應速率加快,但高壓對設備的要求也高,故壓強不能特別大。
(2)反應過程中將氨從混合氣中分離出去,能保持較高的反應速率。
(3)温度越高,反應速率進行得越快,但温度過高,平衡向氨分解的方向移動,不利於氨的合成。
(4)加入催化劑能大幅度加快反應速率。
3、合成氨的適宜條件
在合成氨生產中,達到高轉化率與高反應速率所需要的條件有時是矛盾的,故應該尋找以較高反應速率並獲得適當平衡轉化率的反應條件:一般用鐵做催化劑,控制反應温度在700K左右,壓強範圍大致在1×107Pa~1×108Pa之間,並採用N2與H2分壓為1∶2.8的投料比。
汽車燃料的清潔化
同學先進行討論:①汽車燃料為什麼要進行清潔化?②如何進行清潔化?
1.汽車燃料清潔化的原因
使用尾氣催化裝置只能減小有害氣體的排放量,無法從根本上杜絕有害氣體的產生,而要有效地杜絕有害氣體的產生,汽車燃料就必須清潔化。
2.清潔燃料車:
壓縮天然氣和石油液化氣為燃料的機動車
清潔燃料車的優點?
①大大降低了對環境的污染(排放的CO、NOx等比汽油汽車下降90%以上);
②發動機汽缸幾乎不產生積炭現象;
③可延長髮動機的使用壽命。
3.汽車最理想的清潔燃料——氫氣
討論為什麼説H2是汽車最理想的清潔燃料?
(1)相同質量的煤、汽油和氫氣,氫氣釋放能量最多
(2)氫氣燃燒後生成水,不會污染環境。
氫作燃料需要解決的哪些問題?
1、大量廉價氫的製取
2、安全貯氫
介紹兩種方便的制氫方法:
①光電池電解水制氫
②人工模仿光合作用制氫
1、各類有機物的通式、及主要化學性質
烷烴CnH2n+2僅含C—C鍵與鹵素等發生取代反應、熱分解、不與高錳酸鉀、溴水、強酸強鹼反應
烯烴CnH2n含C==C鍵與鹵素等發生加成反應、與高錳酸鉀發生氧化反應、聚合反應、加聚反應
炔烴CnH2n-2含C≡C鍵與鹵素等發生加成反應、與高錳酸鉀發生氧化反應、聚合反應
苯(芳香烴)CnH2n-6與鹵素等發生取代反應、與氫氣等發生加成反應
(甲苯、乙苯等苯的同系物可以與高錳酸鉀發生氧化反應)
鹵代烴:CnH2n+1X
醇:CnH2n+1OH或CnH2n+2O有機化合物的性質,主要抓官能團的特性,比如,醇類中,醇羥基的性質:1.可以與金屬鈉等反應產生氫氣,2.可以發生消去反應,注意,羥基鄰位碳原子上必須要有氫原子,3.可以被氧氣催化氧化,連有羥基的碳原子上必要有氫原子。4.與羧酸發生酯化反應。5.可以與氫鹵素酸發生取代反應。6.醇分子之間可以發生取代反應生成醚。
苯酚:遇到FeCl3溶液顯紫色醛:CnH2nO羧酸:CnH2nO2酯:CnH2nO2
2、取代反應包括:滷代、硝化、鹵代烴水解、酯的水解、酯化反應等;
3、最簡式相同的有機物,不論以何種比例混合,只要混和物總質量一定,完全燃燒生成的CO2、H2O及耗O2的量是不變的。恆等於單一成分該質量時產生的CO2、H2O和耗O2量。
4、可使溴水褪色的物質如下,但褪色的原因各自不同:
烯、炔等不飽和烴(加成褪色)、苯酚(取代褪色)、醛(發生氧化褪色)、有機溶劑[CCl4、氯仿、溴苯(密度大於水),烴、苯、苯的同系物、酯(密度小於水)]發生了萃取而褪色。較強的無機還原劑(如SO2、KI、FeSO4等)(氧化還原反應)
5.能使高錳酸鉀酸性溶液褪色的物質有:
(1)含有碳碳雙鍵、碳碳叁鍵的烴和烴的衍生物、苯的同系物
(2)含有羥基的化合物如醇和酚類物質
(3)含有醛基的化合物
(4)具有還原性的無機物(如SO2、FeSO4、KI、HCl、H2O2
6.能與Na反應的有機物有:醇、酚、羧酸等——凡含羥基的化合物
7、能與NaOH溶液發生反應的有機物:
(1)酚:(2)羧酸:(3)鹵代烴(水溶液:水解;醇溶液:消去)(4)酯:(水解,不加熱反應慢,加熱反應快)(5)蛋白質(水解)
8.能發生水解反應的物質有:鹵代烴、酯(油脂)、二糖、多糖、蛋白質(肽)、鹽
9、能發生銀鏡反應的有:醛、甲酸、甲酸某酯、葡萄糖、麥芽糖(也可同Cu(OH)2反應)。
計算時的關係式一般為:—CHO——2Ag
注意:當銀氨溶液足量時,甲醛的氧化特殊:HCHO——4Ag↓+H2CO3
反應式為:HCHO+4[Ag(NH3)2]OH=(NH4)2CO3+4Ag↓+6NH3↑+211.
10、常温下為氣體的有機物有:
分子中含有碳原子數小於或等於4的烴(新戊烷例外)、一氯甲烷、甲醛。
H2O
11.濃H2SO4、加熱條件下發生的反應有:
苯及苯的同系物的硝化、磺化、醇的脱水反應、酯化反應、纖維素的水解
12、需水浴加熱的反應有:
(1)、銀鏡反應(2)、乙酸乙酯的水解(3)苯的硝化(4)糖的水解
凡是在不高於100℃的條件下反應,均可用水浴加熱。
13、解推斷題的特點是:抓住問題的突破口,即抓住特徵條件(即特殊性質或特徵反應),如苯酚與濃溴水的反應和顯色反應,醛基的氧化反應等。但有機物的特徵條件不多,因此還應抓住題給的關係條件和類別條件。關係條件能告訴有機物間的聯繫,如A氧化為B,B氧化為C,則A、B、C必為醇、醛,羧酸類;又如烯、醇、醛、酸、酯的有機物的衍變關係,能給你一個整體概念。
14、烯烴加成烷取代,衍生物看官能團。
去氫加氧叫氧化,去氧加氫叫還原。
醇類氧化變醛,醛類氧化變羧酸。
光照滷代在側鏈,催化滷代在苯環
1、在解計算題中常用到的恆等:原子恆等、離子恆等、電子恆等、電荷恆等、電量恆等,用到的方法有:質量守恆、差量法、歸一法、極限法、關係法、十字交法和估算法。
(非氧化還原反應:原子守恆、電荷平衡、物料平衡用得多,氧化還原反應:電子守恆用得多)
2、電子層結構相同的離子,核電荷數越多,離子半徑越小;
3、體的熔點:原子晶體>離子晶體>分子晶體中學學到的原子晶體有:Si、SiC、SiO2=和金剛石。原子晶體的熔點的比較是以原子半徑為依據的:金剛石>SiC>Si(因為原子半徑:Si>C>O).
4、分子晶體的熔、沸點:組成和結構相似的物質,分子量越大熔、沸點越高。
5、體的帶電:一般説來,金屬氫氧化物、金屬氧化物的膠體粒子帶正電,非金屬氧化物、金屬硫化物的膠體粒子帶負電。
6、氧化性:MnO4->Cl2>Br2>Fe3+>I2>S=4(+4價的S)
例:I2+SO2+H2O=H2SO4+2HI
7、有Fe3+的溶液一般呈酸性。
8、能形成氫鍵的物質:H2O、NH3、HF、CH3CH2OH。
9、水(乙醇溶液一樣)的密度小於1,濃度越大,密度越小,硫酸的密度大於1,濃度越大,密度越大,98%的濃硫酸的密度為:1.84g/cm3。
10、子是否共存:
(1)是否有沉澱生成、氣體放出;
(2)是否有弱電解質生成;
(3)是否發生氧化還原反應;
(4)是否生成絡離子[Fe(SCN)2、Fe(SCN)3、Ag(NH3)+、[Cu(NH3)4]2+等];
(5)是否發生雙水解。
1——原子半徑
(1)除第1週期外,其他週期元素(惰性氣體元素除外)的原子半徑隨原子序數的遞增而減小;
(2)同一族的元素從上到下,隨電子層數增多,原子半徑增大。
2——元素化合價
(1)除第1週期外,同週期從左到右,元素正價由鹼金屬+1遞增到+7,非金屬元素負價由碳族-4遞增到-1(氟無正價,氧無+6價,除外);第一章物質結構元素週期律
1.原子結構:如:的質子數與質量數,中子數,電子數之間的關係
2.元素週期表和週期律
(1)元素週期表的結構
A.週期序數=電子層數
B.原子序數=質子數
C.主族序數=最外層電子數=元素的正價數
D.主族非金屬元素的負化合價數=8-主族序數
E.週期表結構
(2)元素週期律(重點)
A.元素的金屬性和非金屬性強弱的比較(難點)
a.單質與水或酸反應置換氫的難易或與氫化合的.難易及氣態氫化物的穩定性
b.價氧化物的水化物的鹼性或酸性強弱
c.單質的還原性或氧化性的強弱
(注意:單質與相應離子的性質的變化規律相反)
B.元素性質隨週期和族的變化規律
a.同一週期,從左到右,元素的金屬性逐漸變弱
b.同一週期,從左到右,元素的非金屬性逐漸增強
c.同一主族,從上到下,元素的金屬性逐漸增強
d.同一主族,從上到下,元素的非金屬性逐漸減弱
C.第三週期元素的變化規律和鹼金屬族和鹵族元素的變化規律(包括物理、化學性質)
D.微粒半徑大小的比較規律:
a.原子與原子b.原子與其離子c.電子層結構相同的離子
(3)元素週期律的應用(重難點)
A.“位,構,性”三者之間的關係
a.原子結構決定元素在元素週期表中的位置
b.原子結構決定元素的化學性質
c.以位置推測原子結構和元素性質
B.預測新元素及其性質
3.化學鍵(重點)
(1)離子鍵:
A.相關概念:
B.離子化合物:大多數鹽、強鹼、典型金屬氧化物
C.離子化合物形成過程的電子式的表示(難點)
(AB,A2B,AB2,NaOH,Na2O2,NH4Cl,O22-,NH4+)
(2)共價鍵:
A.相關概念:
B.共價化合物:只有非金屬的化合物(除了銨鹽)
C.共價化合物形成過程的電子式的表示(難點)
(NH3,CH4,CO2,HClO,H2O2)
D極性鍵與非極性鍵
(3)化學鍵的概念和化學反應的本質:
1常用來制葡萄糖的是澱粉
2能發生皂化反應的是油脂
3水解生成氨基酸的是蛋白質
4水解的最終產物是葡萄糖的是澱粉、纖維素、麥芽糖
5能與Na2CO3或NaHCO3溶液反應的是乙酸
6有毒的物質是甲醇(含在工業酒精中);NaNO2(亞硝酸鈉,工業用鹽)
7能與Na反應產生H2的是含羥基的物質(如乙醇、苯酚)
8能發生水解的是酯、油脂、二糖、多糖、蛋白質
9能還原成醇的是醛
10能作植物生長調節劑、水果催熟劑的是乙烯
一、化學反應的速率
1、化學反應是怎樣進行的
(1)基元反應:能夠一步完成的反應稱為基元反應,大多數化學反應都是分幾步完成的。
(2)反應歷程:平時寫的化學方程式是由幾個基元反應組成的總反應。總反應中用基元反應構成的反應序列稱為反應歷程,又稱反應機理。
(3)不同反應的反應歷程不同。同一反應在不同條件下的反應歷程也可能不同,反應歷程的差別又造成了反應速率的不同。
2、化學反應速率
(1)概念:
單位時間內反應物的減小量或生成物的增加量可以表示反應的快慢,即反應的速率,用符號v表示。
(2)表達式:v=△c/△t
(3)特點
對某一具體反應,用不同物質表示化學反應速率時所得的數值可能不同,但各物質表示的化學反應速率之比等於化學方程式中各物質的係數之比。
3、濃度對反應速率的影響
(1)反應速率常數(K)
反應速率常數(K)表示單位濃度下的化學反應速率,通常,反應速率常數越大,反應進行得越快。反應速率常數與濃度無關,受温度、催化劑、固體表面性質等因素的影響。
(2)濃度對反應速率的影響
增大反應物濃度,正反應速率增大,減小反應物濃度,正反應速率減小。
增大生成物濃度,逆反應速率增大,減小生成物濃度,逆反應速率減小。
(3)壓強對反應速率的影響
壓強隻影響氣體,對只涉及固體、液體的反應,壓強的改變對反應速率幾乎無影響。
壓強對反應速率的影響,實際上是濃度對反應速率的影響,因為壓強的改變是通過改變容器容積引起的。壓縮容器容積,氣體壓強增大,氣體物質的濃度都增大,正、逆反應速率都增加;增大容器容積,氣體壓強減小;氣體物質的濃度都減小,正、逆反應速率都減小。
4、温度對化學反應速率的影響
(1)經驗公式
阿倫尼烏斯總結出了反應速率常數與温度之間關係的經驗公式:
式中A為比例係數,e為自然對數的底,R為摩爾氣體常數量,Ea為活化能。
由公式知,當Ea>0時,升高温度,反應速率常數增大,化學反應速率也隨之增大。可知,温度對化學反應速率的影響與活化能有關。
(2)活化能Ea。
活化能Ea是活化分子的平均能量與反應物分子平均能量之差。不同反應的活化能不同,有的相差很大。活化能Ea值越大,改變温度對反應速率的影響越大。
5、催化劑對化學反應速率的影響
(1)催化劑對化學反應速率影響的規律:
催化劑大多能加快反應速率,原因是催化劑能通過參加反應,改變反應歷程,降低反應的活化能來有效提高反應速率。
(2)催化劑的特點:
催化劑能加快反應速率而在反應前後本身的質量和化學性質不變。
催化劑具有選擇性。
催化劑不能改變化學反應的平衡常數,不引起化學平衡的移動,不能改變平衡轉化率。
1.原電池的定義
電能的把化學能轉變為裝置叫做原電池。
2.原電池的工作原理
將氧化還原反應中的還原劑失去的電子經過導線傳給氧化劑,使氧化反應和還原反應分別在兩個電極上進行,從而形成電流。
3.構成條件
兩極、一液(電解質溶液)、一回路(閉合迴路)、一反應(自發進行的氧化還原反應)。
4.正負極判斷
負極:電子流出的極為負極,發生氧化反應,一般較活潑的金屬做負極
正極:電子流入的極為正極,發生還原反應,一般較不活潑金屬做正極
判斷方法:
①由組成原電池的兩極電極材料判斷:一般是活潑的金屬為負極,活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極。
注意:Cu-Fe(Al)與濃HNO3組成的原電池以及Mg-Al與NaOH溶液組成的原電池例外。
②根據電流方向或電子流動方向判斷:電流是由正極流向負極;電子流動方向是由負極流向正極。
③根據原電池兩極發生的變化來判斷:原電池的負極總是失電子發生氧化反應,其正極總是得電子發生還原反應。
④根據現象判斷:溶解的電極為負極,增重或有氣泡放出的電極為正極
⑤根據離子的流動方向判斷:在原電池內的電解質溶液,陽離子移向的極是正極,陰離子移向的極是負極。
5.電子、電流、離子的移動方向
電子:負極流向正極
電流:正極流向負極
陽離子:向正極移動
陰離子:向負極移動
6.電極反應式(以銅-鋅原電池為例)
負極(Zn):Zn-2e-=Zn2+(氧化反應)
正極(Cu):Cu2++2e-=Cu(還原反應)
總反應:Zn+Cu2+=Zn2++Cu
7.原電池的改進
普通原電池的缺點:正負極反應相互干擾;原電池的電流損耗快。
①改進辦法:
使正負極在兩個不同的區域,讓原電池的氧化劑和還原劑分開進行反應,用導體(鹽橋)將兩部分連接起來。
②鹽橋:
把裝有飽和KCl溶液和瓊脂製成的膠凍的玻璃管叫做鹽橋。膠凍的作用是防止管中溶液流出。
③鹽橋的作用:
鹽橋是溝通原電池兩部分溶液的橋樑。鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉移,使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續進行。導線的作用是傳遞電子,溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內電路。
a.鹽橋中的電解質溶液使原電池的兩部分連成一個通路,形成閉合迴路
b.平衡電荷,使原電池不斷產生電流
④鹽橋的工作原理:
當接通電路之後,鋅電極失去電子產生鋅離子進入溶液,電子通過導線流向銅電極,並在銅電極表面將電子傳給銅離子,銅離子得到電子變成銅原子。鋅鹽溶液會由於鋅溶解成為Zn2+而帶上正電,銅鹽溶液會由於銅的析出減少了Cu2+而帶上了負電,從而阻止電子從鋅片流向銅片,導致原電池不產生電流。
鹽橋中的鉀離子進入硫酸銅溶液,鹽橋中的氯離子進入硫酸鋅溶液,使硫酸銅溶液和硫酸鋅溶液均保持電中性,使氧化還原反應得以持續進行,從而使原電池不斷產生電流。
【説明】鹽橋使用一段時間後,由於氯化鉀的流失,需要在飽和氯化鉀溶液中浸泡,以補充流失的氯化鉀,然後才能正常反覆使用。
⑤原電池組成的變化:
原電池變化:改進後的原電池由兩個半電池組成,電解質溶液在兩個半電池中不同,兩個半電池中間通過鹽橋連接。
改進後電池的'優點:原電池能產生持續、穩定的電流。
1、化學反應的反應熱
(1)反應熱的概念:
當化學反應在一定的温度下進行時,反應所釋放或吸收的熱量稱為該反應在此温度下的熱效應,簡稱反應熱。用符號Q表示。
(2)反應熱與吸熱反應、放熱反應的關係。
Q>0時,反應為吸熱反應;Q0,反應吸收能量,為吸熱反應。
ΔH<0,反應釋放能量,為放熱反應。
(4)反應焓變與熱化學方程式:
把一個化學反應中物質的變化和反應焓變同時表示出來的化學方程式稱為熱化學方程式,如:H2(g)+
O2(g)=H2O(l);ΔH(298K)=-285.8kJ·mol-1
書寫熱化學方程式應注意以下幾點:
①化學式後面要註明物質的聚集狀態:固態(s)、液態(l)、氣態(g)、溶液(aq)。
②化學方程式後面寫上反應焓變ΔH,ΔH的單位是J·mol-1或kJ·mol-1,且ΔH後註明反應温度。
③熱化學方程式中物質的係數加倍,ΔH的數值也相應加倍。
3、反應焓變的計算
(1)蓋斯定律
對於一個化學反應,無論是一步完成,還是分幾步完成,其反應焓變一樣,這一規律稱為蓋斯定律。
(2)利用蓋斯定律進行反應焓變的計算。
常見題型是給出幾個熱化學方程式,合併出題目所求的熱化學方程式,根據蓋斯定律可知,該方程式的ΔH為上述各熱化學方程式的ΔH的代數和。
(3)根據標準摩爾生成焓,ΔfHmθ計算反應焓變ΔH。
對任意反應:aA+bB=cC+dD
ΔH=[cΔfHmθ(C)+dΔfHmθ(D)]-[aΔfHmθ(A)+bΔfHmθ(B)]
一、化學反應的速率
1、化學反應是怎樣進行的
(1)基元反應:能夠一步完成的反應稱為基元反應,大多數化學反應都是分幾步完成的。
(2)反應歷程:平時寫的化學方程式是由幾個基元反應組成的總反應。總反應中用基元反應構成的反應序列稱為反應歷程,又稱反應機理。
(3)不同反應的反應歷程不同。同一反應在不同條件下的反應歷程也可能不同,反應歷程的差別又造成了反應速率的不同。
2、化學反應速率
(1)概念:
單位時間內反應物的減小量或生成物的增加量可以表示反應的快慢,即反應的速率,用符號v表示。
(2)表達式:
(3)特點
對某一具體反應,用不同物質表示化學反應速率時所得的數值可能不同,但各物質表示的化學反應速率之比等於化學方程式中各物質的係數之比。
3、濃度對反應速率的影響
(1)反應速率常數(K)
反應速率常數(K)表示單位濃度下的化學反應速率,通常,反應速率常數越大,反應進行得越快。反應速率常數與濃度無關,受温度、催化劑、固體表面性質等因素的影響。
(2)濃度對反應速率的影響
增大反應物濃度,正反應速率增大,減小反應物濃度,正反應速率減小。
增大生成物濃度,逆反應速率增大,減小生成物濃度,逆反應速率減小。
(3)壓強對反應速率的影響
壓強隻影響氣體,對只涉及固體、液體的反應,壓強的改變對反應速率幾乎無影響。
壓強對反應速率的影響,實際上是濃度對反應速率的影響,因為壓強的改變是通過改變容器容積引起的。壓縮容器容積,氣體壓強增大,氣體物質的濃度都增大,正、逆反應速率都增加;增大容器容積,氣體壓強減小;氣體物質的濃度都減小,正、逆反應速率都減小。
4、温度對化學反應速率的影響
(1)經驗公式
阿倫尼烏斯總結出了反應速率常數與温度之間關係的經驗公式:
式中A為比例係數,e為自然對數的底,R為摩爾氣體常數量,Ea為活化能。
由公式知,當Ea>0時,升高温度,反應速率常數增大,化學反應速率也隨之增大。可知,温度對化學反應速率的影響與活化能有關。
(2)活化能Ea。
活化能Ea是活化分子的平均能量與反應物分子平均能量之差。不同反應的活化能不同,有的相差很大。活化能Ea值越大,改變温度對反應速率的影響越大。
5、催化劑對化學反應速率的影響
(1)催化劑對化學反應速率影響的規律:
催化劑大多能加快反應速率,原因是催化劑能通過參加反應,改變反應歷程,降低反應的活化能來有效提高反應速率。
(2)催化劑的特點:
催化劑能加快反應速率而在反應前後本身的質量和化學性質不變。
催化劑具有選擇性。
催化劑不能改變化學反應的平衡常數,不引起化學平衡的移動,不能改變平衡轉化率。
二、化學反應條件的優化——工業合成氨
1、合成氨反應的限度
合成氨反應是一個放熱反應,同時也是氣體物質的量減小的熵減反應,故降低温度、增大壓強將有利於化學平衡向生成氨的方向移動。
2、合成氨反應的速率
(1)高壓既有利於平衡向生成氨的方向移動,又使反應速率加快,但高壓對設備的要求也高,故壓強不能特別大。
(2)反應過程中將氨從混合氣中分離出去,能保持較高的反應速率。
(3)温度越高,反應速率進行得越快,但温度過高,平衡向氨分解的方向移動,不利於氨的合成。
(4)加入催化劑能大幅度加快反應速率。
3、合成氨的適宜條件
在合成氨生產中,達到高轉化率與高反應速率所需要的條件有時是矛盾的,故應該尋找以較高反應速率並獲得適當平衡轉化率的反應條件:一般用鐵做催化劑,控制反應温度在700K左右,壓強範圍大致在1×107Pa~1×108Pa之間,並採用N2與H2分壓為1∶2。8的投料比。
電能轉化為化學能——電解
1、電解的原理
(1)電解的概念:
在直流電作用下,電解質在兩上電極上分別發生氧化反應和還原反應的過程叫做電解。電能轉化為化學能的裝置叫做電解池。
(2)電極反應:以電解熔融的NaCl為例:
陽極:與電源正極相連的電極稱為陽極,陽極發生氧化反應:2Cl-→Cl2↑+2e-。
陰極:與電源負極相連的電極稱為陰極,陰極發生還原反應:Na++e-→Na。
總方程式:2NaCl(熔)2Na+Cl2↑
2、電解原理的應用
(1)電解食鹽水製備燒鹼、氯氣和氫氣。
陽極:2Cl-→Cl2+2e-
陰極:2H++e-→H2↑
總反應:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)銅的電解精煉。
粗銅(含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt)為陽極,精銅為陰極,CuSO4溶液為電解質溶液。
陽極反應:Cu→Cu2++2e-,還發生幾個副反應
Zn→Zn2++2e-;Ni→Ni2++2e-
Fe→Fe2++2e-
Au、Ag、Pt等不反應,沉積在電解池底部形成陽極泥。
陰極反應:Cu2++2e-→Cu
(3)電鍍:以鐵表面鍍銅為例
待鍍金屬Fe為陰極,鍍層金屬Cu為陽極,CuSO4溶液為電解質溶液。
陽極反應:Cu→Cu2++2e-
陰極反應:Cu2++2e-→Cu
1、二、三週期的同族元素原子序數之差為8。
2、三、四周期的同族元素原子序數之差為8或18,ⅠA、ⅡA為8,其他族為18。
3、四、五週期的同族元素原子序數之差為18。
4、五、六週期的同族元素原子序數之差為18或32。
5、六、七週期的同族元素原子序數之差為32。
氧族元素
1能使帶火星的木條復燃的氣體O2
2能使品紅褪色的氣體SO2(顏色可復現)、Cl2(顏色不可復現)
3能使澄清的石灰水變渾濁的氣體CO2、SO2
4濃硫酸的特性吸水性、脱水性、氧化性、難揮發
5檢查腸胃用作“鋇餐”的BaSO4
6檢驗SO先加稀鹽酸酸化,再加入BaCl2溶液,有白色沉澱
7某溶液加入鹽酸產生刺激氣味氣體,該溶液中定含有:
8引發酸雨的污染物SO2
氮族元素
1常用作金屬焊接保護氣、代替稀有氣體填充燈泡、保存糧食水果的氣體N2
2在放電情況下才發生反應的兩種氣體N2與O2
3遇到空氣立刻變紅棕色的氣體NO
4有顏色的氣體Cl2(黃綠色)、NO2(紅棕色)
5造成光化學煙霧的污染物NO2
6極易溶於水的氣體NH3、HCl
7NH3噴泉實驗的現象和原理紅色噴泉
8NH3的空間結構三角錐形
9溶於水顯鹼性的氣體NH3
1、化學反應的速率
(1)概念:化學反應速率通常用單位時間內反應物濃度的減少量或生成物濃度的增加量(均取正值)來表示。
計算公式:
①單位:mol/(L·s)或mol/(L·min)
②B為溶液或氣體,若B為固體或純液體不計算速率。
③以上所表示的是平均速率,而不是瞬時速率。
④重要規律:
速率比=方程式係數比
變化量比=方程式係數比
(2)影響化學反應速率的因素:
內因:由參加反應的物質的結構和性質決定的(主要因素)。
外因:①温度:升高温度,增大速率
②催化劑:一般加快反應速率(正催化劑)
③濃度:增加C反應物的濃度,增大速率(溶液或氣體才有濃度可言)
④壓強:增大壓強,增大速率(適用於有氣體參加的反應)
⑤其它因素:如光(射線)、固體的表面積(顆粒大小)、反應物的狀態(溶劑)、原電池等也會改變化學反應速率。
2、化學反應的限度——化學平衡
(1)在一定條件下,當一個可逆反應進行到正向反應速率與逆向反應速率相等時,反應物和生成物的濃度不再改變,達到表面上靜止的一種“平衡狀態”,這就是這個反應所能達到的限度,即化學平衡狀態。
化學平衡的移動受到温度、反應物濃度、壓強等因素的影響。催化劑只改變化學反應速率,對化學平衡無影響。
在相同的條件下同時向正、逆兩個反應方向進行的反應叫做可逆反應。通常把由反應物向生成物進行的反應叫做正反應。而由生成物向反應物進行的反應叫做逆反應。
在任何可逆反應中,正方應進行的同時,逆反應也在進行。可逆反應不能進行到底,即是説可逆反應無論進行到何種程度,任何物質(反應物和生成物)的物質的量都不可能為0。
(2)化學平衡狀態的特徵:逆、動、等、定、變。
①逆:化學平衡研究的對象是可逆反應。
②動:動態平衡,達到平衡狀態時,正逆反應仍在不斷進行。
③等:達到平衡狀態時,正方應速率和逆反應速率相等,但不等於0。即v正=v逆≠0。
④定:達到平衡狀態時,各組分的濃度保持不變,各組成成分的含量保持一定。
⑤變:當條件變化時,原平衡被破壞,在新的條件下會重新建立新的平衡。
(3)判斷化學平衡狀態的標誌:
①VA(正方向)=VA(逆方向)或nA(消耗)=nA(生成)(不同方向同一物質比較)
②各組分濃度保持不變或百分含量不變
③藉助顏色不變判斷(有一種物質是有顏色的)
④總物質的量或總體積或總壓強或平均相對分子質量不變(前提:反應前後氣體的總物質的量不相等的反應適用,即如對於反應)
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