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化学选修四所有知识点总结
第1章、化学反响与能量转变
化学反响的实质是反响物化学键的断裂和生成物化学键的形成,化学反响过程中陪伴着能量的开释或汲取。
一、化学反响的热效应
1、化学反响的反响热
(1)反响热的观点:
当化学反响在必定的温度下进行时,反响所开释或汲取的热量称为该反响在此温度下的热效应,简称反响热。用
符号Q表示。
(2)反响热与吸热反响、放热反响的关系。
Q>0时,反响为吸热反响;Q<0时,反响为放热反响。
(3)反响热的测定
测定反响热的仪器为量热计,可测出反响前后溶液温度的变化,依据系统的热容可计算出反响热,计算公式如
下:
Q=-C(T2-T1)
式中C表示系统的热容,T1、T2分别表示反响前和反响后系统的温度。实验室常常测定中和反响的反响热。
2、化学反响的焓变
(1)反响焓变
物质所拥有的能量是物质固有的性质,能够用称为“焓”的物理量来描绘,符号为H,单位为kJ·mol-1。
反响产物的总焓与反响物的总焓之差称为反响焓变,用ΔH表示。
(2)反响焓变ΔH与反响热Q的关系。
关于等压条件下进行的化学反响,若反响中物质的能量变化所有转变成热能,则该反响的反响热等于反响焓变,其数学表达式为:Qp=ΔH=H(反响产物)-H(反响物)。
(3)反响焓变与吸热反响,放热反响的关系:
ΔH>0,反响汲取能量,为吸热反响。
ΔH<0,反响开释能量,为放热反响。
(4)反响焓变与热化学方程式:
把一个化学反响中物质的变化和反响焓变同时表示出来的化学方程式称为热化学方程式,如:H2(g)+O2(g)=
H2O(l);H(298K)=-·mol-1
书写热化学方程式应注意以下几点:
①化学式后边要注明物质的齐集状态:固态(s)、液态(l)、气态(g)、溶液(aq)。
②化学方程式后边写上反响焓变ΔH,ΔH的单位是J·mol-1或kJ·mol-1,且ΔH后注明反响温度。
③热化学方程式中物质的系数加倍,ΔH的数值也相应加倍。
3、反响焓变的计算
(1)盖斯定律
关于一个化学反响,不论是一步达成,仍是分几步达成,其反响焓变同样,这一规律称为盖斯定律。
(2)利用盖斯定律进行反响焓变的计算。
常有题型是给出几个热化学方程式,归并出题目所求的热化学方程式,依据盖斯定律可知,该方程式的
ΔH为上述
各热化学方程式的ΔH的代数和。
(3)依据标准摩尔生成焓,
fHmθ计算反响焓变ΔH。
对随意反响:aA+bB=cC+dD
θ
θ
θ
θ
ΔH=[cfHm(C)+dfHm(D)]-[afHm(A)+bfHm(B)]
第2章、化学均衡
一、化学反响的速率
1、化学反响是如何进行的
(1)基元反响:能够一步达成的反响称为基元反响,大部分化学反响都是分几步达成的。
(2)反响历程:平常写的化学方程式是由几个基元反响构成的总反响。总反响顶用基元反响构成的反响序列称为反响历
程,又称反响机理。
(3)不一样反响的反响历程不一样。同一反响在不一样条件下的反响历程也可能不一样,反响历程的差异又造成了反响速率的不
同。
2、化学反响速率
(1)观点:
单位时间内反响物的减小量或生成物的增添量能够表示反响的快慢,即反响的速率,用符号v表示。
(2)表达式:v=△c/△t
(3)特色
对某一详细反响,用不一样物质表示化学反响速率时所得的数值可能不一样,但各物质表示的化学反响速率之比等于
化学方程式中各物质的系数之比。
3、浓度对反响速率的影响
(1)反响速率常数(K)
反响速率常数(K)表示单位浓度下的化学反响速率,往常,反响速率常数越大,反响进行得越快。反响速率常数与
浓度没关,受温度、催化剂、固体表面性质等要素的影响。
(2)浓度对反响速率的影响
增大反响物浓度,正反响速率增大,减小反响物浓度,正反响速率减小。
增大生成物浓度,逆反响速率增大,减小生成物浓度,逆反响速率减小。
(3)压强对反响速率的影响
压强只影响气体,对只波及固体、液体的反响,压强的改变对反响速率几乎无影响。
压强对反响速率的影响,其实是浓度对反响速率的影响,由于压强的改变是经过改变容器容积惹起的。压缩容
器容积,气体压强增大,气体物质的浓度都增大,正、逆反响速率都增添;增大容器容积,气体压强减小;气体物质
的浓度都减小,正、逆反响速率都减小。
4、温度对化学反响速率的影响
(1)经验公式
阿伦尼乌斯总结出了反响速率常数与温度之间关系的经验公式:
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式中A为比率系数,e为自然对数的底,R为摩尔气体常数目,Ea为活化能。
由公式知,当Ea>0时,高升温度,反响速率常数增大,化学反响速率也随之增大。可知,温度对化学反响速率
的影响与活化能相关。
(2)活化能Ea。
活化能Ea是活化分子的均匀能量与反响物分子均匀能量之差。不一样反响的活化能不一样,有的相差很大。活化能
值越大,改变温度对反响速率的影响越大。
5、催化剂对化学反响速率的影响
(1)催化剂对化学反响速率影响的规律:
Ea
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催化剂大多能加速反响速率,原由是催化剂能经过参加反响,改变反响历程,降低反响的活化能来有效提升反响速率。
(2)催化剂的特色:
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催化剂能加速反响速率而在反响前后自己的质量和化学性质不变。
催化剂拥有选择性。
催化剂不可以改变化学反响的均衡常数,不惹起化学均衡的挪动,不可以改变均衡转变率。
二、化学反响条件的优化——工业合成氨
1、合成氨反响的限度
合成氨反响是一个放热反响,同时也是气体物质的量减小的熵减反响,故降低温度、增大压强将有益于化学均衡向生
成氨的方向挪动。
2、合成氨反响的速率
(1)高压既有益于均衡向生成氨的方向挪动,又使反响速率加速,但高压对设施的要求也高,故压强不可以特别大。
(2)反响过程中将氨从混淆气中分别出去,能保持较高的反响速率。
(3)温度越高,反响速率进行得越快,但温度过高,均衡向氨分解的方向挪动,不利于氨的合成。
(4)加入催化剂能大幅度加速反响速率。
3、合成氨的适合条件
在合成氨生产中,达到高转变率与高反响速率所需要的条件有时是矛盾的,故应当找寻以较高反响速率并获取适合平
衡转变率的反响条件:一般用铁做催化剂,控制反响温度在700K左右,压强范围大概在1×107Pa~1×108Pa之间,并
采纳N2与H2分压为1∶。
二、化学反响的限度
1、化学均衡常数
(1)对达到均衡的可逆反响,生成物浓度的系数次方的乘积与反响物浓度的系数次方的乘积之比为一常数,该常数称为
化学均衡常数,用符号K表示。
(2)均衡常数K的大小反应了化学反响可能进行的程度(即反响限度),均衡常数越大,说明反响能够进行得越完整。
(3)均衡常数表达式与化学方程式的书写方式相关。关于给定的可逆反响,正逆反响的均衡常数互为倒数。
(4)借助均衡常数,能够判断反响能否到均衡状态:当反响的浓度商Qc与均衡常数Kc相等时,说明反响达到均衡状
态。
2、反响的均衡转变率
(1)均衡转变率是用转变的反响物的浓度与该反响物初始浓度的比值来表示。如反响物A的均衡转变率的表达式为:
α(A)=
(2)均衡正向挪动不必定使反响物的均衡转变率提升。提升一种反响物的浓度,可使另一反响物的均衡转变率提升。
(3)均衡常数与反响物的均衡转变率之间能够互相计算。
3、反响条件对化学均衡的影响
(1)温度的影响
高升温度使化学均衡向吸热方向挪动;降低温度使化学均衡向放热方向挪动。温度对化学均衡的影响是经过改变
均衡常数实现的。
(2)浓度的影响
增大生成物浓度或减小反响物浓度,均衡向逆反响方向挪动;增大反响物浓度或减小生成物浓度,均衡向正反响
方向挪动。
温度一准时,改变浓度能惹起均衡挪动,但均衡常数不变。化工生产中,常经过增添某一价廉易得的反响物浓
度,来提升另一昂贵的反响物的转变率。
(3)压强的影响
Vg=0的反响,改变压强,化学均衡状态不变。
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Vg≠0的反响,增大压强,化学均衡向气态物质体积减小的方向挪动。
(4)勒夏特列原理
由温度、浓度、压强对均衡挪动的影响可得出勒夏特列原理:假如改变影响均衡的一个条件(浓度、压强、温度等)均衡向能够减弱这类改变的方向挪动。
三、化学反响的方向
1、反响焓变与反响方向
放热反响多半能自觉进行,即ΔH<0的反响大多能自觉进行。有些吸热反响也能自觉进行。如NH4HCO3与CH3COOH
的反响。有些吸热反响室温下不可以进行,但在较高温度下能自觉进行,如CaCO3高温下分解生成CaO、CO2。
2、反响熵变与反响方向
熵是描绘系统杂乱度的观点,熵值越大,系统杂乱度越大。反响的熵变ΔS为反响产物总熵与反响物总熵之差。产生气
体的反响为熵增添反响,熵增添有益于反响的自觉进行。
3、焓变与熵变对反响方向的共同影响
ΔH-TΔS<0反响能自觉进行。
ΔH-TΔS=0反响达到均衡状态。
ΔH-TΔS>0反响不可以自觉进行。
在温度、压强必定的条件下,自觉反响老是向ΔH-TΔS<0的方向进行,直至均衡状态。
第3章、水溶液中的电离均衡
一、水溶液
1、水的电离
H2O?H++OH-
水的离子积常数KW=[H+][OH-],25℃时,KW=×10-14mol2·L-2。温度高升,有益于水的电离,KW增大。
2、溶液的酸碱度
室温下,中性溶液:[H+]=[OH-]=×10-7mol·L-1,pH=7
+-+--
酸性溶液:[H]>[OH],[H]>×107mol·L1,pH<7
3、电解质在水溶液中的存在形态
(1)强电解质
强电解质是在稀的水溶液中完整电离的电解质,强电解质在溶液中以离子形式存在,主要包含强酸、强碱和绝大部分盐,书写电离方程式时用“=”表示。
(2)弱电解质
在水溶液中部分电离的电解质,在水溶液中主要以分子形态存在,少部分以离子形态存在,存在电离均衡,主要包含弱酸、弱碱、水及很少量盐,书写电离方程式时用“?”表示。
二、弱电解质的电离及盐类水解
1、弱电解质的电离均衡。
(1)电离均衡常数
在必定条件下达到电离均衡时,弱电解质电离形成的各样离子浓度的乘积与溶液中未电离的分子浓度之比为一常数,叫电离均衡常数。
弱酸的电离均衡常数越大,达到电离均衡时,电离出的H+越多。多元弱酸分步电离,且每步电离都有各自的电离均衡常数,以第一步电离为主。
(2)影响电离均衡的要素,以CH3COOH?CH3COO-+H+为例。
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加水、加冰醋酸,加碱、升温,使CH3COOH的电离均衡正向挪动,加入CH3COONa固体,加入浓盐酸,降温使CH3COOH电离均衡逆向挪动。
2、盐类水解
(1)水解实质
盐溶于水后电离出的离子与水电离的H+或OH-联合生成弱酸或弱碱,进而打破水的电离均衡,使水持续电离,称
为盐类水解。
(2)水解种类及规律
①强酸弱碱盐水解显酸性。
NH4Cl+H2O?NH3·H2O+HCl
②强碱弱酸盐水解显碱性。
CH3COONa+H2O?CH3COOH+NaOH
③强酸强碱盐不水解。
④弱酸弱碱盐双水解。
Al2S3+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑
(3)水解均衡的挪动
加热、加水能够促使盐的水解,加入酸或碱能抑制盐的水解,此外,弱酸根阴离子与弱碱阳离子相混淆时互相促
进水解。
三、离子反响
1、离子反响发生的条件
(1)生成积淀
既有溶液中的离子直接联合为积淀,又有积淀的转变。
(2)生成弱电解质
主假如H+与弱酸根生成弱酸,或OH-与弱碱阳离子生成弱碱,或H+与OH-生成H2O。
(3)生成气体
生成弱酸时,好多弱酸能分解生成气体。
(4)发生氧化复原反响
强氧化性的离子与强复原性离子易发生氧化复原反响,且大多在酸性条件下发生。
2、离子反响可否进行的理论判据
(1)依据焓变与熵变判据
对ΔH-TΔS<0的离子反响,室温下都能自觉进行。
(2)依据均衡常数判据
离子反响的均衡常数很大时,表示反响的趋向很大。
3、离子反响的应用
(1)判断溶液中离子可否大批共存
互相间能发生反响的离子不可以大批共存,注意题目中的隐含条件。
(2)用于物质的定性查验
依据离子的特征反响,主假如积淀的颜色或气体的生成,定性查验特***离子。
(3)用于离子的定量计算
常有的有酸碱中和滴定法、氧化复原滴定法。
(4)生活中常有的离子反响。
硬水的形成及融化波及到的离子反响许多,主要有:
Ca2+、Mg2+的形成。
CaCO3+CO2+H2O=Ca2++2HCO3-
MgCO3+CO2+H2O=Mg2++2HCO3-
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加热煮沸法降低水的硬度:
Ca2++2HCO3-=CaCO3↓+CO2↑+H2O
Mg2++2HCO3-=MgCO3↓+CO2↑+H2O
或加入Na2CO3融化硬水:
Ca2++CO32-=CaCO3↓,Mg2++CO32-=MgCO3↓
四、积淀溶解均衡
1、积淀溶解均衡与溶度积
(1)观点
当固体溶于水时,固体溶于水的速率和离子联合为固体的速率相等时,固体的溶解与积淀的生成达到均衡状态,
称为积淀溶解均衡。其均衡常数叫做溶度积常数,简称溶度积,用Ksp表示。
PbI2(s)?Pb2+(aq)+2I-(aq)
+
-
-
9mol3·L
-
Ksp=[Pb2
][I
]2=×10
3
(2)溶度积Ksp的特色
Ksp只与难溶电解质的性质和温度相关,与积淀的量没关,且溶液中离子浓度的变化能惹起均衡挪动,但其实不改变溶度
积。
Ksp反应了难溶电解质在水中的溶解能力。
2、积淀溶解均衡的应用
(1)积淀的溶解与生成
依据浓度商Qc与溶度积Ksp的大小比较,规则以下:
Qc=Ksp时,处于积淀溶解均衡状态。
Qc>Ksp时,溶液中的离子联合为积淀至均衡。
Qc<Ksp时,系统中如有足量固体,固体溶解至均衡。
(2)积淀的转变
依据溶度积的大小,能够将溶度积大的积淀可转变成溶度积更小的积淀,这叫做积淀的转变。积淀转变实质为沉
淀溶解均衡的挪动。
第四章电化学
一、化学能转变成电能——电池
1、原电池的工作原理
(1)原电池的观点:
把化学能转变成电能的装置称为原电池。
(2)Cu-Zn原电池的工作原理:
如图为Cu-Zn原电池,此中Zn为负极,Cu为正极,构成闭合回路后的现象是:Zn片渐渐溶解,Cu片上有气泡产
生,电流计指针发生偏转。该原电池反响原理为:Zn失电子,负极反响为:Zn→Zn2++2e-;Cu得电子,正极反响
为:2H++2e-→H2。电子定向挪动形成电流。总反响为:Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu。
(3)原电池的电能
若两种金属做电极,开朗金属为负极,不开朗金属为正极;若一种金属和一种非金属做电极,金属为负极,非金
属为正极。
2、化学电源
(1)锌锰干电池
负极反响:Zn→Zn2++2e-;
正极反响:2NH4++2e-→2NH3+H2;
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(2)铅蓄电池
负极反响:Pb+SO42-=PbSO4+2e-
正极反响:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O
放电时总反响:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。
充电时总反响:2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4。
(3)氢氧燃料电池
负极反响:2H2+4OH-→4H2O+4e-
正极反响:O2+2H2O+4e-→4OH-
电池总反响:2H2+O2=2H2O
二、电能转变成化学能——电解
1、电解的原理
(1)电解的观点:
在直流电作用下,电解质在两上电极上分别发生氧化反响和复原反响的过程叫做电解。电能转变成化学能的装置叫做电解池。
(2)电极反响:以电解熔融的NaCl为例:
阳极:与电源正极相连的电极称为阳极,阳极发生氧化反响:2Cl-→Cl2↑+2e-。
阴极:与电源负极相连的电极称为阴极,阴极发生复原反响:Na++e-→Na。
总方程式:2NaCl(熔)=(电解)2Na+Cl2↑
2、电解原理的应用
(1)电解食盐水制备烧碱、***气和氢气。
阳极:2Cl-→Cl2+2e-
阴极:2H++e-→H2↑
总反响:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)铜的电解精华。
粗铜(含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt)为阳极,精铜为阴极,CuSO4溶液为电解质溶液。
阳极反响:Cu→Cu2++2e-,还发生几个副反响
Zn→Zn2++2e-;Ni→Ni2++2e-
Fe→Fe2++2e-
Au、Ag、Pt等不反响,堆积在电解池底部形成阳极泥。
阴极反响:Cu2++2e-→Cu
(3)电镀:以铁表面镀铜为例
待镀金属Fe为阴极,镀层金属Cu为阳极,CuSO4溶液为电解质溶液。
阳极反响:Cu→Cu2++2e-
阴极反响:Cu2++2e-→Cu
3、金属的腐化与防备
(1)金属腐化
金属表面与四周物质发生化学反响或因电化学作用而受到损坏的过程称为金属腐化。
(2)金属腐化的电化学原理。
生铁中含有碳,遇有雨水可形成原电池,铁为负极,电极反响为:Fe→Fe2++2e-。水膜中溶解的氧气被复原,正
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极反响为:O2+2H2O+4e-→4OH-,该腐化为“吸氧腐化”,总反响为:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,Fe(OH)2又立刻被
氧化:4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,Fe(OH)3分解转变成铁锈。若水膜在酸度较高的环境下,正极反响为:2H++
2e-→H2↑,该腐化称为“析氢腐化”。
(3)金属的防备
金属处于干燥的环境下,或在金属表面刷油漆、陶瓷、沥青、塑料及电镀一层耐腐化性强的金属防备层,损坏原
电池形成的条件。进而达到对金属的防备;也能够利用原电池原理,采纳牺牲阳极保护法。也能够利用电解原理,采
用外加电流阴极保护法。
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