化學(xué)反應(yīng)原理復(fù)習(xí)(一)

　　第1章、化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化

　　1、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱

　　(1)反應(yīng)熱的概念：

　　當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)，簡(jiǎn)稱反應(yīng)熱。用符號(hào)Q表示。

　　(2)反應(yīng)熱與吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)的關(guān)系。

　　Q>0時(shí)，反應(yīng)為吸熱反應(yīng);Q<0時(shí)，反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

　　(3)反應(yīng)熱的測(cè)定

　　測(cè)定反應(yīng)熱的儀器為量熱計(jì)，可測(cè)出反應(yīng)前后溶液溫度的變化，根據(jù)體系的熱容可計(jì)算出反應(yīng)熱，計(jì)算公式如下：

　　Q=-C(T2-T1)

　　式中C表示體系的熱容，T1、T2分別表示反應(yīng)前和反應(yīng)后體系的溫度。實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。

　　2、化學(xué)反應(yīng)的焓變

　　(1)反應(yīng)焓變

　　物質(zhì)所具有的能量是物質(zhì)固有的性質(zhì)，可以用稱為“焓”的物理量來描述，符號(hào)為H，單位為kJ·mol-1。

　　反應(yīng)產(chǎn)物的總焓與反應(yīng)物的總焓之差稱為反應(yīng)焓變，用ΔH表示。

　　(2)反應(yīng)焓變ΔH與反應(yīng)熱Q的關(guān)系。

　　對(duì)于等壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，若反應(yīng)中物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化為熱能，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱等于反應(yīng)焓變，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Qp=ΔH=H(反應(yīng)產(chǎn)物)-H(反應(yīng)物)。

　　(3)反應(yīng)焓變與吸熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)的關(guān)系：

　　ΔH>0，反應(yīng)吸收能量，為吸熱反應(yīng)。

　　ΔH<0，反應(yīng)釋放能量，為放熱反應(yīng)。

　　(4)反應(yīng)焓變與熱化學(xué)方程式：

　　把一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的變化和反應(yīng)焓變同時(shí)表示出來的化學(xué)方程式稱為熱化學(xué)方程式，如：H2(g)+O2(g)=H2O(l);ΔH(298K)=-285.8kJ·mol-1

　　書寫熱化學(xué)方程式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　?、倩瘜W(xué)式后面要注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)：固態(tài)(s)、液態(tài)(l)、氣態(tài)(g)、溶液(aq)。

　?、诨瘜W(xué)方程式后面寫上反應(yīng)焓變ΔH，ΔH的單位是J·mol-1或 kJ·mol-1，且ΔH后注明反應(yīng)溫度。

　?、蹮峄瘜W(xué)方程式中物質(zhì)的系數(shù)加倍，ΔH的數(shù)值也相應(yīng)加倍。

　　3、反應(yīng)焓變的計(jì)算

　　(1)蓋斯定律

　　對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，無論是一步完成，還是分幾步完成，其反應(yīng)焓變一樣，這一規(guī)律稱為蓋斯定律。

　　(2)利用蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)焓變的計(jì)算。

　　常見題型是給出幾個(gè)熱化學(xué)方程式，合并出題目所求的熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律可知，該方程式的ΔH為上述各熱化學(xué)方程式的ΔH的代數(shù)和。

　　(3)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，ΔfHmθ計(jì)算反應(yīng)焓變ΔH。

　　對(duì)任意反應(yīng)：aA+bB=cC+dD

　　ΔH=[cΔfHmθ(C)+dΔfHmθ(D)]-[aΔfHmθ(A)+bΔfHmθ(B)]

　　二、電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)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(zhì)在兩上電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程叫做電解。電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫做電解池。

　　(2)電極反應(yīng)：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(fā)生氧化反應(yīng)：2Cl-→Cl2↑+2e-。

　　陰極：與電源負(fù)極相連的電極稱為陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)：Na++e-→Na。

　　總方程式：2NaCl(熔)2Na+Cl2↑

　　2、電解原理的應(yīng)用

　　(1)電解食鹽水制備燒堿、氯氣和氫氣。

　　陽極：2Cl-→Cl2+2e-

　　陰極：2H++e-→H2↑

　　總反應(yīng)：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(zhì)溶液。

　　陽極反應(yīng)：Cu→Cu2++2e-，還發(fā)生幾個(gè)副反應(yīng)

　　Zn→Zn2++2e-;Ni→Ni2++2e-

　　Fe→Fe2++2e-

　　Au、Ag、Pt等不反應(yīng)，沉積在電解池底部形成陽極泥。

　　陰極反應(yīng)：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(zhì)溶液。

　　陽極反應(yīng)：Cu→Cu2++2e-

　　陰極反應(yīng)： Cu2++2e-→Cu

　　三、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池

　　1、原電池的工作原理

　　(1)原電池的概念：

　　把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置稱為原電池。

　　(2)Cu-Zn原電池的工作原理：

　　如圖為Cu-Zn原電池，其中Zn為負(fù)極，Cu為正極，構(gòu)成閉合回路后的現(xiàn)象是：Zn片逐漸溶解，Cu片上有氣泡產(chǎn)生，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該原電池反應(yīng)原理為：Zn失電子，負(fù)極反應(yīng)為：Zn→Zn2++2e-;Cu得電子，正極反應(yīng)為：2H++2e-→H2。電子定向移動(dòng)形成電流?？偡磻?yīng)為：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu。

　　(3)原電池的電能

　　若兩種金屬做電極，活潑金屬為負(fù)極，不活潑金屬為正極;若一種金屬和一種非金屬做電極，金屬為負(fù)極，非金屬為正極。

　　2、化學(xué)電源

　　(1)鋅錳干電池

　　負(fù)極反應(yīng)：Zn→Zn2++2e-;

　　正極反應(yīng)：2NH4++2e-→2NH3+H2;

　　(2)鉛蓄電池

　　負(fù)極反應(yīng)：Pb+SO42-PbSO4+2e-

　　正極反應(yīng)：PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O

　　放電時(shí)總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。

　　充電時(shí)總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4。

　　(3)氫氧燃料電池

　　負(fù)極反應(yīng)：2H2+4OH-→4H2O+4e-

　　正極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-→4OH-

　　電池總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O

　　3、金屬的腐蝕與防護(hù)

　　(1)金屬腐蝕

　　金屬表面與周圍物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或因電化學(xué)作用而遭到破壞的過程稱為金屬腐蝕。

　　(2)金屬腐蝕的電化學(xué)原理。

　　生鐵中含有碳，遇有雨水可形成原電池，鐵為負(fù)極，電極反應(yīng)為：Fe→Fe2++2e-。水膜中溶解的氧氣被還原，正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-→4OH-，該腐蝕為“吸氧腐蝕”，總反應(yīng)為：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2又立即被氧化：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3分解轉(zhuǎn)化為鐵銹。若水膜在酸度較高的環(huán)境下，正極反應(yīng)為：2H++2e-→H2↑，該腐蝕稱為“析氫腐蝕”。

　　(3)金屬的防護(hù)

　　金屬處于干燥的環(huán)境下，或在金屬表面刷油漆、陶瓷、瀝青、塑料及電鍍一層耐腐蝕性強(qiáng)的金屬防護(hù)層，破壞原電池形成的條件。從而達(dá)到對(duì)金屬的防護(hù);也可以利用原電池原理，采用犧牲陽極保護(hù)法。也可以利用電解原理，采用外加電流陰極保護(hù)法。

　　第2章、化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率(1、2節(jié))

　　原電池的反應(yīng)都是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，電解池的反應(yīng)很多不是自發(fā)進(jìn)行的，如何判定反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行呢?

　　一、化學(xué)反應(yīng)的方向

　　1、反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向

　　放熱反應(yīng)多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行，即ΔH<0的反應(yīng)大多能自發(fā)進(jìn)行。有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。如NH4HCO3與CH3COOH的反應(yīng)。有些吸熱反應(yīng)室溫下不能進(jìn)行，但在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行，如CaCO3高溫下分解生成CaO、CO2。

　　2、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向

　　熵是描述體系混亂度的概念，熵值越大，體系混亂度越大。反應(yīng)的熵變ΔS為反應(yīng)產(chǎn)物總熵與反應(yīng)物總熵之差。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)為熵增加反應(yīng)，熵增加有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。

　　3、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響

　　ΔH-TΔS<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。

　　ΔH-TΔS=0反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

　　ΔH-TΔS>0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。

　　在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH-TΔS<0的方向進(jìn)行，直至平衡狀態(tài)。

　　二、化學(xué)反應(yīng)的限度

　　1、化學(xué)平衡常數(shù)

　　(1)對(duì)達(dá)到平衡的可逆反應(yīng)，生成物濃度的系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度的系數(shù)次方的乘積之比為一常數(shù)，該常數(shù)稱為化學(xué)平衡常數(shù)，用符號(hào)K表示 。

　　(2)平衡常數(shù)K的大小反映了化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的程度(即反應(yīng)限度)，平衡常數(shù)越大，說明反應(yīng)可以進(jìn)行得越完全。

　　(3)平衡常數(shù)表達(dá)式與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān)。對(duì)于給定的可逆反應(yīng)，正逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)。

　　(4)借助平衡常數(shù)，可以判斷反應(yīng)是否到平衡狀態(tài)：當(dāng)反應(yīng)的濃度商Qc與平衡常數(shù)Kc相等時(shí)，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

　　2、反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率

　　(1)平衡轉(zhuǎn)化率是用轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物的濃度與該反應(yīng)物初始濃度的比值來表示。如反應(yīng)物A的平衡轉(zhuǎn)化率的表達(dá)式為：

　　α(A)=

　　(2)平衡正向移動(dòng)不一定使反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率提高。提高一種反應(yīng)物的濃度，可使另一反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率提高。

　　(3)平衡常數(shù)與反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率之間可以相互計(jì)算。

　　3、反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡的影響

　　(1)溫度的影響

　　升高溫度使化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng);降低溫度使化學(xué)平衡向放熱方向移動(dòng)。溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響是通過改變平衡常數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

　　(2)濃度的影響

　　增大生成物濃度或減小反應(yīng)物濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng);增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

　　溫度一定時(shí)，改變濃度能引起平衡移動(dòng)，但平衡常數(shù)不變?；どa(chǎn)中，常通過增加某一價(jià)廉易得的反應(yīng)物濃度，來提高另一昂貴的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。

　　(3)壓強(qiáng)的影響

　　ΔVg=0的反應(yīng)，改變壓強(qiáng)，化學(xué)平衡狀態(tài)不變。

　　ΔVg≠0的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向氣態(tài)物質(zhì)體積減小的方向移動(dòng)。

　　(4)勒夏特列原理

　　由溫度、濃度、壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響可得出勒夏特列原理：如果改變影響平衡的一個(gè)條件(濃度、壓強(qiáng)、溫度等)平衡向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。

　　【例題分析】

　　例1、已知下列熱化學(xué)方程式：

　　(1)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) 　　　ΔH=-25kJ/mol

　　(2)3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) 　　ΔH=-47kJ/mol

　　(3)Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) 　　　　ΔH=+19kJ/mol

　　寫出FeO(s)被CO還原成Fe和CO2的熱化學(xué)方程式 。

　　解析：依據(jù)蓋斯定律：化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。我們可從題目中所給的有關(guān)方程式進(jìn)行分析：從方程式(3)與方程式(1)可以看出有我們需要的有關(guān)物質(zhì)，但方程式(3)必須通過方程式(2)有關(guān)物質(zhì)才能和方程式(1)結(jié)合在一起。

　　將方程式(3)×2+方程式(2);可表示為(3)×2+(2)

　　得：2Fe3O4(s)+2CO(g)+3Fe2O3(s)+CO(g)=6FeO(s)+2CO2(g)+2Fe3O4(s)+CO2(g);ΔH=+19kJ/mol×2+(-47kJ/mol)

　　整理得方程式(4)：Fe2O3(s)+CO(g)=2FeO(s)+CO2(g);ΔH=-3kJ/mol

　　將(1)-(4)得2CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)-2FeO(s)-CO2(g);ΔH=-25kJ/mol-(-3kJ/mol)

　　整理得：FeO(s)+CO(s)=Fe(s)+CO2(g);ΔH=-11kJ/mol

　　答案：FeO(s)+CO(s)=Fe(s)+CO2(g);ΔH=-11kJ/mol

　　例2、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而得到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作用電解質(zhì)，CO為陽極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣體為陰極助燃?xì)?，制得?50℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：

　　陽極反應(yīng)式：2CO+2CO32-→4CO2+4e-

　　陰極反應(yīng)式：　　　　　　　　　　　　　;

　　總電池反應(yīng)式：　　　　　　　　　　　　　　　。

　　解析： 作為燃料電池，總的效果就是把燃料進(jìn)行燃燒。本題中CO為還原劑，空氣中O2為氧化劑，電池總反應(yīng)式為：2CO+O2=2CO2。用總反應(yīng)式減去電池負(fù)極(即題目指的陽極)反應(yīng)式，就可得到電池正極(即題目指的陰極)反應(yīng)式：O2+2CO2+4e-=2CO32- 。

　　答案：O2+2CO2+4e-=2CO32-;2CO+O2=2CO2

　　例3、下列有關(guān)反應(yīng)的方向說法中正確的是(　　 )

　　A、放熱的自發(fā)過程都是熵值減小的過程。

　　B、吸熱的自發(fā)過程常常是熵值增加的過程。

　　C、水自發(fā)地從高處流向低處，是趨向能量最低狀態(tài)的傾向。

　　D、只根據(jù)焓變來判斷化學(xué)反應(yīng)的方向是可以的。

　　解析：放熱的自發(fā)過程可能使熵值減小、增加或無明顯變化，故A錯(cuò)誤。只根據(jù)焓變來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是片面的，要用能量判據(jù)、熵判據(jù)組成的復(fù)合判據(jù)來判斷，D錯(cuò)誤。水自發(fā)地從高處流向低處，是趨向能量最低狀態(tài)的傾向是正確的。有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行。如在25℃和1.01×105Pa時(shí)，2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g);ΔH=56.7kJ/mol，(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);ΔH=74.9kJ/mol，上述兩個(gè)反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，又都是熵增的反應(yīng)，所以B也正確。

　　答案：BC。

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