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CrCl
3、Cl
2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:P
4O+Cl
2→POCl
3+P
2Cl
6 可令P
4O前的系数为1,Cl
2的系数为x,则
1P4O+xCl
2→POCl
3+3/2P
2Cl
6 ,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:Fe
3C+HNO
3=Fe(NO
3)
3+CO
2↑+NO
2↑+H
2O
复杂化合物Fe
3C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→CaS
x+Ca
2S
2O
3+H
2O
生成物CaS
x、Ca
2S
2O
3中的S
x、S
2作为一个整体标价为-2、+4价,则化合价升降关系为:
S
x 0→-2 降2×2
S
2 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H
2O、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:
- 一般方法:从左向右配。
- 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。
吸热反应:
吸收热量的反应,即生成物的总能量大于反应物的总能量,反应需要吸收能量
放热反应:
放出热量的反应,即生成物的总能量小于反应物的总能量,反应释放出能量
放热反应和吸热反应的比较:
影响化学平衡的因素:
(1)浓度在其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,都可以使化学平衡向正反应方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,都可以使化学平衡向逆反应方向移动。
(2)压强对反应前后气体总体积发生变化的反应,在其他条件不变时,增大压强会使平衡向气体体积缩小的方向移动,减小压强会使平衡向气体体积增大的方向移动。对于反应
来说,加压,
增大、
增大,
增大的倍数大,平衡向正反应方向移动:若减压,
均减小,
减小的倍数大,平衡向逆反应方向移动,加压、减压后v一t关系图像如下图:
(3)温度在其他条件不变时,温度升高平衡向吸热反应的方向移动,温度降低平衡向放热反应的方向移动
对于
,加热时颜色变深,降温时颜色变浅。该反应升温、降温时,v—t天系图像如下图:
(4)催化剂由于催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率,所以催化剂对化学平衡无影响,v一t图像为
稀有气体对化学反应速率和化学平衡的影响分析:
1.恒温恒容时
充入稀有气体
体系总压强增大,但各反应成分分压不变,即各反应成分的浓度不变,化学反应速率不变,平衡不移动。
2.恒温恒压时
充入稀有气体
容器容积增大
各反应成分浓度降低
反应速率减小,平衡向气体体积增大的方向移动。
3.当充入与反应无关的其他气体时,分析方法与充入稀有气体相同。
化学平衡图像:
1.速率一时间因此类图像定性揭示了
随时间(含条件改变对化学反应速率的影响)变化的观律,体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征,以及平衡移动的方向等。
2.含量一时间一温度(压强)图常见的形式有下图所示的几种(C%指某产物百分含量,B%指某反应物百分含量),这些图像的折点表示达到平衡的时间,曲线的斜率反映了反应速率的大小,可以确定T(p)的高低(大小),水平线高低反映平衡移动的方向。
3.恒压(温)线该类图像的纵坐标为物质的平衡浓发(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强 (p),常见类型如下图:
小结:
1.图像分析应注意“三看”
(1)看两轴:认清两轴所表示的含义。
(2)看起点:从图像纵轴上的起点,一般可判断谁为反应物,谁为生成物以及平衡前反应进行的方向。
(3)看拐点:一般图像在拐点后平行于横轴则表示反应达平衡,如横轴为时间,由拐点可判断反应速率。
2.图像分析中,对于温度、浓度、压强三个因素,一般采用“定二议一”的方式进行分析
平衡移动方向与反应物转化率的关系:
1.温度或压强改变引起平衡向正反应方向移动时,反应物的转化率必然增大。
2.反应物用量的改变
(1)若反应物只有一种时,如aA(g)
bB(g)+ cc(g),增加A的量,平衡向正反应方向移动,但反应物 A的转化率与气体物质的化学计量数有关:
(2)若反应物不止一种时,如aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g):
a.若只增加A的量,平衡向正反应方向移动,而A的转化率减小,B的转化率增大。
b.若按原比例同倍数的增加反应物A和B的量,则平衡向正反应方向移动,而反应物的转化率与气体物质的计量数有关:
c.若不同倍增加A、B的量,相当于增加了一种物质,同a。
3.催化剂不改变转化率。
4.反应物起始的物质的量之比等于化学计量数之比时,各反应物转化率相等。
浓度、压强影响化学平衡的几种特殊情况:
1.当反应混合物中存在固体或纯液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或纯液体的量,对平衡基本无影响。
2.南于压强的变化对非气态物质的浓度基本无影响,因此,当反应混合物中不存在气态物质时,压强的变化对平衡无影响。
3.对于气体分子数无变化的反应,如
,压强的变化对其平衡无影响。这是因为,在这种情况下,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。
4.对于有气体参加的反应,同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度,应视为压强对平衡的影响,如某平衡体系中,
,
,当浓度同时增大一倍时,即让
,此时相当于压强增大一倍,平衡向生成NH3的方向移动。
5.在恒容的密闭容器中,当改变其中一种气体物质的浓度时,必然同时引起压强改变,但判断平衡移动的方向时,心仍从浓度的影响去考虑:如
,平衡后,向容器中再通入反应物
,使 c(NO2)增大,平衡正向移动;如向容器中再通入生成物 N2O4,则使c(N2O4)增大,平衡逆向移动。但由于两种情况下,容器内的压强都增大,故对最终平衡状态的影响是一致的,如两种情况下,重新达到平衡后,NO2的百分含量都比原平衡时要小
溶液的酸碱性:
(1)pH=-lg[c(H
+)],在溶液的c(H
+)很小时,用pH来表示溶液的酸度。
(2)pH越大,c(H
+)越小,c(OH
-)越大,酸性越弱,碱性越强。pH越小,c(H
+)越大,c(OH
-)越小,酸性越强,碱性越弱。
(3)pH的范围:0~14
(4)溶液酸碱性判断:
当c(H
+)>c(OH
-)时,溶液呈酸性;
当c(H
+)>=c(OH
-)时,溶液呈键性;
当c(H
+)<c(OH
-)时,溶液呈中性。
(5)关于pH相同的酸(含强酸和弱酸)
①溶液中c(H
+)相等(填“相等”或“不等”)。
②溶液中溶质的物质的量的浓度:强酸<弱酸(填“>”或“<”)。
③耗碱规律:pH和溶液体积均相同的HCl、H
2SO
4、CH
3COOH与碱完全反应时,消耗碱物质的量最多的是CH
3COOH。
④稀释规律:分别加水稀释m倍时,溶液的物质的量的浓度均变为原来的1/m,强酸中c(H
+)变为原来的1/m,但弱酸中c(H
+)减小小于(填“大于”或“小于”)m倍,故稀释后弱酸酸性强于强酸。
溶液的pH:
1.定义:溶液里H+的物质的量浓度的负对数叫做pH。
2.表达式:
3.含义: pH越大,c(H+)越小,c(O-一)越大,酸性越弱,碱性越强。pH越小,c(H+)越大,c(OH-)越小,酸性越强,碱性越弱。
4.适用范围:
c(H+)很小时,用pH来表示溶液的酸碱度更方便。所以,pH适用于酸、碱的稀溶液之间],pH取值范刚为0~14。
5.溶液的酸碱性和pH:
二次电池:
(1)蓄电池:蓄电池是可以反复使用、放电后可以充电使活性物质复原、以便再重新放电的电池,也称二次电池。其广泛用于汽车、发电站、火箭等部门。由所用电解质的酸碱性质不同分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。
①酸性铅蓄电池铅蓄电池由一组充满海绵状金属铅的铅锑合金格板做负极,由另一组充满二氧化铝的铅锑合金格板做正极,两组格板相间浸泡在电解质稀硫酸中,放电时,电极反应为:
负极:Pb+SO
42-=PbSO
4+2e
- 正极:PbO
2+SO
42-十4H
++2e
-=PbSO
4+2H
2O
总反应:Pb+PbO
2+2H
2SO
4=2PbSO
4十2H
2O
放电后,正负极板上都沉积有一层PbSO
4,放电到一定程度之后又必须进行充电,充电时用一个电压略高于蓄电池电压的直流电源与蓄电池相接,将负极上的PbSO
4还原成Pb,而将正极上的PbSO
4氧化成PbO
2,
充电时发生放电时的逆反应:阴极:PbSO
4+2e
-=Pb+SO
42-阳极:PbSO
4+2H
2O=PbO
2+SO
42-+4H
++2e
- 总反应:2PbSO
4+2H
2O=Pb+PbO
2+H
2SO
4 ②碱性蓄电池日常生活中用的充电电池就属于这类。它的体积、电压都和干电池差不多,携带方便,使用寿命比铅蓄电池长得多,使用信当可以反复充放电上千次,但价格比较贵。商品电池中有镍-镉(Ni-Cd)和镍一铁(Ni-Fe)两类,它们的电池反应是:
Cd+2NiO(OH)+2H
2O
2Ni(OH)
2+Cd(OH)
2 Fe+2NaO(OH)+2H
2O
2Ni(OH)
2+Fe(OH)
2 反应是在碱性条件下进行的,所以叫碱性蓄电池。
(2)银锌蓄电池 银锌电池是一种高能电池,它质量轻、体积小,是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。目前,有一种类似干电池的充电电池,它实际是一种银锌蓄电池,电解液为KOH溶液。 常见的钮扣电池也是银锌电池,它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒,盒内靠正极盒一端充由Ag
2O和少量石墨组成的正极活性材料,负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料,电解质溶液为KOH浓溶液,溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜,将电极与电解质溶液隔开。
负极:Zn+2OH
--2e
-=Zn(OH)
2 正极:Ag
2O+H
2O+2e
-=2Ag+2OH
-? 银锌电池跟铅蓄电池一样,在使用一段时间后就要充电,充电过程表示如下:
阳极:2Ag+2OH
--2e
-=Ag
2O+H
2O
阴极:Zn(OH)
2+2e
-=Zn+2OH
-?
总反应式:Zn+Ag
2O+H
2O
Zn(OH)
2+2Ag
一粒钮扣电池的电压达1.59V,安装在电子表里可使用两年之久。
原电池:
1.定义:将化学能转化为电能的装置。
2.工作原理:
以铜-锌原电池为例
(1)装置图:
(2)原理图:
3.实质:化学能转化为电能。
4.构成前提:能自发地发生氧化还原反应。
5.电极反应:
负极:失去电子;氧化反应;流出电子
正极:得到电子;氧化反应;流入电子
6.原电池正负极判断的方法:
①由组成原电池的两级材料判断,一般是活泼金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
②根据电流方向或电子流动方向判断,电流是由正极流向负极,电子流动方向是由负极流向正极。
③根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向,在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极。
④根据原电池两级发生的变化来判断,原电池的负极总是失电子发生氧化反应,正极总是得电子发生还原反应。
⑤X极增重或减重:X极质量增加,说明溶液中的阳离子在X极(正极)放电,反之,X极质量减少,说明X极金属溶解,X极为负极。
⑥X极有气泡冒出:发生可析出氢气的反应,说明X极为正极。
⑦X极负极pH变化:析氢或吸氧的电极发生反应后,均能使该电极附近电解质溶液的pH增大,X极附近的pH增大,说明X极为正极。
原电池中的电荷流动:
在外电路(电解质溶液以外),电子(负电荷)由负极经导线(包括电流表和其他用电器)流向正极,使负极呈正电性趋势、正极呈负电性趋势。在内电路(电解质溶液中),阳离子(带正电荷)向正极移动,阴离子 (带负电荷)向负极移动。这样形成了电荷持续定向流动,电性趋向平衡的闭合电路。
电极反应式的书写:
1.根据装置书写电极反应式
(1)根据电源确定阴、阳两极→确定阳极是否是活性电极→据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。
(2)在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下,将两极电极反应式合并即得总反应式。
2.由氧化还原反应方程式书写电极反应式
(1)找出发生氧化反应和还原反应的物质→确定两极名称和生成物→利用电子守恒分别写出两极反应式。
(2)若写出一极反应式,而另一极反应式不好写,可用总反应式减去已写出的电极反应式,即得另一电极反应式。