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高中三年级化学

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首页 高中三年级化学知识 氧化还原反应的配平 金属硫化物 盖斯定律 化学平衡常数 金属的冶炼 试题正文
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    “细菌冶金”是利用某些细菌的特殊代谢功能开采金属矿石，例如溶液中亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气将黄铁矿（主要成分FeS2）氧化为Fe2(SO4)3，并使溶液酸性增强；利用Fe2(SO4)3作氧化剂溶解辉铜矿石（主要成分Cu2S），然后加入铁屑进一步得到铜，其流程如图

    （1）黄铁矿氧化过程的化学反应方程式为____________________。
    （2）完成溶解辉铜矿石（Cu2S）和进一步得到铜的离子反应方程式：
    ①___Cu2S＋___Fe3＋＋___H2O___Cu2＋＋___Fe2＋＋______＋___SO42-
    ②_____________________。
    （3）工业上以辉铜矿为原料，采取火法熔炼工艺生产铜。该过程中有如下反应：
    2Cu2S(s)+3O2 (g)====2Cu2O(s)+2SO2(g)     △H= m kJ/mol
    2Cu2O(s)+Cu2S (s)===6Cu(s)+SO2(g)      △H= n kJ/mol
    则Cu2S(s)+O2(g)===2Cu(s)+SO2(g)    △H=______；该工艺炼铜的副产品SO2用于制硫酸，
    SO2转化为SO3的反应为：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，该反应的平衡常数表达式为K=_______
    （4）请评价细菌冶金的优点__________________（说一点即可）
    本题信息：2012年安徽省月考题化学填空题难度较难 来源:于丽娜
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本试题 ““细菌冶金”是利用某些细菌的特殊代谢功能开采金属矿石，例如溶液中亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气将黄铁矿（主要成分FeS2）氧化为Fe2(SO4)3，并使溶液酸性增强...” 主要考查您对

氧化还原反应的配平

金属硫化物

盖斯定律

化学平衡常数

金属的冶炼

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  • 氧化还原反应的配平
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配平简介：
化学反应方程式严格遵守质量守恒定律，书写化学反应方程式写出反应物和生成物后，往往左右两边各原子数目不相等，不满足质量守恒定律，这就需要通过配平来解决。


配平原则：
(1)电子守恒原则：反应中还原剂失去电子的总数与氧化剂得到电子的总数相等
(2)电荷守恒原则：若为离子反应，反应前后离子所带正负电荷总数相等
(3)质量守恒原则：反应前后各元素的原子个数相等

配平步骤：
(1)一标：标明反应前后化合价有变化的元素的化合价
(2)二等：通过求最小公倍数使化合价升降总值相等
(3)三定：确定氧化剂与还原剂的化学计量数
氧化剂(还原剂)化学计量数=降(升)价的最小公倍数÷1mol氧化剂(还原剂)降(升)价总数
(4)四平：用观察法配平其他物质的化学计量数
(5)五查：检查质量与电荷、电子是否分别守恒

配平技巧：
(1)逆向配平法：部分氧化还原反应、自身氧化还原反应等可用逆向配平法，即选择氧化产物、还原产物为基准物来配平（一般从反应物很难配平时，可选用逆向配平法）
例：
通过表明氧化产物、还原产物化合价的升降，确定CrCl3、Cl2的计量数为2和3，然后再用观察法配平。
(2)设“1”配平法：设某一反应物或生成物(一般选用组成元素较多的物质作基准物)的化学计量数为1，其余各物质的化学计量数可根据原子守恒原理列方程求得。
例：P4O+Cl2→POCl3+P2Cl6
可令P4O前的系数为1，Cl2的系数为x，则
1P4O+xCl2→POCl3+3/2P2Cl6 ，再由Cl原子守恒得2x=3+3/2×6 得x=6 即可配平
(3)零价配平法：先令无法用常规方法确定化合价的物质中各元素均为零价，然后计算出各元素化合价的升降值，并使元素化合价升降总数相等，最后用观察法配平其他物质的化学计量数。
例：Fe3C+HNO3＝Fe(NO3)3+CO2↑+NO2↑+H2O
复杂化合物Fe3C按照常规方法分析，无法确定其Fe和C的具体化合价，此时可令组成物质的各元素化合价为零价，根据化合价升降法配平。

再用观察法确定物质的化学计量数。
(4)整体标价法：当某元素的原子在某化合物中有数个时，可将它作为一个整体对待，根据化合物中元素化合价代数和为零原则予以整体标价。
例：S+Ca(OH)2→CaSx+Ca2S2O3+H2O
生成物CaSx、Ca2S2O3中的Sx、S2作为一个整体标价为-2、+4价，则化合价升降关系为：
Sx  0→-2  降2×2
S2  0→+4  升4×1
即可配平。
(5)缺项配平法：一般先确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量系数，再通过比较反应物与生成物，确定缺项（一般为H2O、H+或OH-），最后观察配平。
(6)有机氧化还原反应的配平：有机物中元素的化合价一般来讲，氢元素显+1价，氧元素显-2价，然后再根据化合价的代数和为零求酸碳元素的平均化合价。



氧化还原反应方程式配平的一般方法与步骤：

  1. 一般方法：从左向右配。
  2. 步骤：标变价，找变化，求总数，配系数。
  • 标出元素化合价变化的始态和终态
  • 求升价元素或降价元素化合价的变化数
  • 求化合价变化数的最小公倍数，分别作为氧化剂或还原剂的系数
  • 配平变价元素
  • 用观察法配平其他元素
  • 检查配平后的方程式是否符合质量守恒定律（离子方程式还要看电荷是否守恒）
    如：

特殊技巧：

配平时若同一物质内既有元素的化合价上升又有元素的化合价下降，若从左向右配平较困难，可以采用从右向左配平，成为逆向配平法。



金属硫化物：

(1)碱金属硫化物（Li----Cs）全部易溶于水。(硫化铵在低温下0度左右易溶于水，但是在常温下会逐渐分解为氨和硫化氢)
(2)碱土金属硫化物（除了Be）（Mg----Ba）易溶于水，但是同时完全水解为氢氧化物和硫氢化物。
(3)铝，铍，铬的硫化物全部水解为硫化氢气体和氢氧化物沉淀。
(4)FeS，ZnS，MnS，NiS，CoS不溶于水但溶于稀盐酸。
(5)Bi2S3，SnS，SnS2，PbS，CdS，Bi2S5等不溶于水和稀盐酸，只溶于浓盐酸。
(6)CuS，Cu2S，Ag2S不溶于水，稀盐酸，浓盐酸，只溶于浓硝酸。
(7)Hg2S，HgS不溶于水，浓稀盐酸，浓硝酸，只溶于王水。


金属硫化物的溶解性归纳：

1．溶于水的有：等，由于的水解，此类金属硫化物的水溶液显碱性：。
2．不溶于水但溶于稀盐酸的有：FeS、ZnS、MnS等。如：。
3．不溶于稀盐酸但溶于浓盐酸的有：Cds、SnS、PbS等。
4．不溶于浓盐酸但溶于硝酸溶液的有：CuS等。
5．仅溶于王水的有：HgS等。
注意：遇水后，都水解，且相互促进，反应方程式为，因而不能与水共存，只能在干态下制取。

硫的价态转化规律：

硫元素的价态比较多，常见的有-2、0、+4、+6 价，它们间的转化关系是：现将它们在化学反应中复杂的变化规律归结如下：
1．邻位价态转化规律
(1)是硫元素的最低价态，只有还原性。它与氧化剂反应，其价态一般会升至相邻的价态()。
(2)S能发生自身氧化还原反应(即歧化反应)，在反应时分别升至和降至与其相邻的价态。如
(3)处于中间价态，既有氧化性又有还原性。与弱氧化剂作用时，被氧化成相邻的高价态；与弱还原剂作用时，被还原成相邻的低价态。如

(4)是硫元素的最高价态，只有氧化性。遇到还原剂时，其价态一般降至相邻的价态()。如
2．跳位转化规律
 (1)遇到强氧化剂时，价态会发生跳位转化。如

(2)反应条件改变时，硫的价态也会发生跳位转化。如

3．互不换位规律
(1)发生氧化还原反应时，只能转化为中间价态，不可能互换位置。如
(2)相邻价态的两物质问不发生氧化还原反应。 之间均不发生氧化还原反应。


盖斯定律的内容：

不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。换句话说，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与反应进行的途径无关。如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一一步完成时的反应热是相同的，这就是盖斯定律。

盖斯定律的意义：

利用盖斯定律可以间接计算某些不能直接测得的反应的反应热。例如：的△H无法直接测得，可以结合下面两个反应的△H，利用盖斯定律进行计算。

根据盖斯定律，就可以计算出所给反应的△H。分析上述两个反应的关系，即知


盖斯定律在反应热大小比较中的应用:

1．同一反应生成物状态不同时

若按以下思路分析：

2．同一反应物状态不同时

3．两个有联系的不同反应相比

并且据此可写出下面的热化学方程式：

定义：

在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，也不管反应物起始浓度大小，最后都达到平衡，这时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值是个常数，用K表示，这个常数叫化学平衡常数。

化学表平衡达式：

对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)来说，化学平衡表达式：
化学平衡常数的意义：

①表示该反应在一定温度下，达到平衡时进行的程度，K值越大，正反应进行的越彻底，对反应物而言转化率越高。
②某一温度下的K′与K比较能够判断反应进行的方向
K′>K，反应正向进行；K′<K，反应逆向进行；K′=K，反应处于平衡状态
(3)化学平衡常数与浓度、压强、催化剂无关，与温度有关，在使用时必须指明温度。
(4)在计算平衡常数时，必须是平衡状态时的浓度。
(5)对于固体或纯液体而言，其浓度为定值，可以不列入其中。
(6)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，若反应方向改变，则平衡常数改变，且互为倒数关系。如：在一定温度下，



化学平衡常数的应用：

1．K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向反应进行的程度越大，反应物转化率越大；反之，正向反应进行的程度就越小，反应物转化率就越小，即平衡常数的大小可以衡量反应进行的程度，判断平衡移动的方向，进行平衡的相关计算。
2．若用浓度商(任意状态的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，符号为Qc)与K比较，可判断可逆反应是否达到平衡状态和反应进行的方向。
3．利用K值可判断反应的热效应若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
4．计算转化率及浓度依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。
金属的冶炼：

(1)把金属从化合态变为游离态。常用冶炼法：用碳一氧化碳氢气等还原剂与金属氧化物在高温下反应。
(2)冶炼的原理
①还原法：金属氧化物（与还原剂共热）－－→游离态金属
②置换法：金属盐溶液（加入活泼金属）－－→游离态金属
③火法冶炼（Pyrometallurgy）又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。
④湿式冶金（Hydrometallurgy）　湿法冶金这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。此法主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。现在世界上有75％的锌和镉是采用焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。这种方法已大部分代替了过去的火法炼锌。其他难于分离的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都采用湿法冶金的技术如溶剂萃取或离子交换等新方法进行分离，取得显著的效果。
(3)常见金属冶炼：
①汞：热分解法：2HgO2Hg+O2(气体)
②铜：置换法：CuSO4+Fe==Cu+FeSO4（又叫湿法炼铜）
③铝：电解法：2Al2O34Al+3O2(注意不能用AlCl3,因为AlCl3不是离子化合物）
④镁：电解法：MgCl2(l)Mg(s)+Cl2(g)↑
⑤钠：电解法：2NaCl2Na+Cl2↑
⑥钾：原理是高沸点金属制低沸点金属：Na+KCl==K+NaCl(反应条件是高温，真空。）
⑦铁：热还原法：2Fe2O3+3C2Fe+3CO2↑

炼铁和炼钢的比较:



铝的冶炼:

(1)由铝土矿制氧化铝
①将铝土矿中的氧化铝水合物溶解在氢氧化钠溶液中：

②向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，析出氢氧化铝：

③使氢氧化铝脱水生成氧化铝：
 
(2)电解氧化铝制备铝
电解时，以氧化铝、冰晶石(Na2AlF6)熔融液为电解质，其中也常加入少量的氟化钙等帮助降低熔点；阳极和阴极以碳素材料做成，在电解槽的钢板和阴极碳素材料之间还要放置耐火绝缘材料。
①主要设备——电解槽
 
②电极反应式
阳极反应：
阴极反应：
总反应：


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