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。
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
定义:
在一定温度、浓度的条件下,弱电解质在溶液中电离成离子的速率与离子结合成分子的速率相等时,电离过程就到了电离平衡状态,叫弱电解质的电离平衡。
电离平衡的特征:
(1)等:
(2)动:
的动态平衡
(3)定:条件一定,分子与离子浓度一定。
(4)变:条件改变,平衡破坏,发生移动。
盐类水解原理的应用:
(1)盐水解的规律:
①谁弱谁水解,谁强显谁性,越弱越水解,都弱都水解,无弱不水解
②多元弱酸根、正酸根离子比酸式酸根离子水解程度大得多,故可只考虑第一步水解
(2)具体分析一下几种情况:
①强碱弱酸的正盐:弱酸的阴离子发生水解,水解显碱性;如:Na
2CO
3、NaAc等
②强酸弱碱的正盐:弱碱的阳离子发生水解,水解显酸性;如:NH
4Cl、FeCl
3、CuCl
2等;
③强酸强碱的正盐,不发生水解;如:Na
2SO
4、NaCl、KNO
3等;
④弱酸弱碱的正盐:弱酸的阴离子和弱碱的阳离子都发生水解,溶液的酸碱性取决于弱酸和弱碱的相对强弱,谁强显谁性;
⑤强酸的酸式盐只电离不水解,溶液显酸性,如:NaHSO
4;而弱酸的酸式盐,既电离又水解,此时必须考虑其电离和水解程度的相对大小:若电离程度大于水解程度,则溶液显酸性,如:NaHSO
3、NaH
2PO
4;若水解程度大于电离程度,则溶液显碱性,如:NaHCO
3、NaHS、Na
2HPO
4等。
(3)几种盐溶液pH大小的比较强酸强碱盐pH=7、强碱弱酸盐pH>7、强酸弱碱盐pH<7
根据其相应的酸的酸性大小来比较,盐溶液对应的酸的酸性越强,其盐溶液的pH越小如:HClO酸性小于H
2CO
3,溶液pH NaClO>Na
2CO
3 酸式盐溶液酸碱性的判断:
酸式盐的水溶液显什么性,要看该盐的组成微粒。
1.强酸的酸式盐只电离,不水解,溶液一定显酸性。如溶液:
2.弱酸的酸式盐溶液的酸碱性,取决于酸式酸根离子的电离程度和水解程度的相对大小。
(1)若电离程度小于水解程度,溶液显碱性。例如溶液中:溶液显碱性。NaHS溶液、Na2HPO4溶液亦显碱性
(2)若电离程度大于水解程度,溶液显酸性。例如溶液中:溶液显酸性溶液亦显酸性。
盐溶液蒸干后所得物质的判断:
1.考虑盐是否分解。如加热蒸干溶液,因分解,所得固体应是
2.考虑氧化还原反应。如加热蒸干溶液,因易被氧化,所得固体应是
3.盐水解生成挥发性酸时,蒸干后一般得到弱碱,如蒸干溶液,得盐水解生成不挥发性酸时,蒸干后一般仍为原物质,如蒸干溶液,得
4.盐水解生成强碱时,蒸干后一般得到原物质,如蒸干溶液,得到等。
5.有时要多方面考虑,如加热蒸干溶液时,既要考虑水解,又要考虑的分解,所得固体为
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。
电解池:
(1)电解:使电流通过电解质溶液且在阴、阳极两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
(2)装置:电解池(电解槽)
(3)特点:将电能转化为化学能。
形成条件:①与电源相连的两个电极,②电解质溶液或熔融电解质,③形成闭合回路
(4)阴离子放电顺序:S
2->I
->Br
->Cl
->OH
->SO
42->NO
3->F
- 阳离子放电顺序:Ag
+>Hg
2+>Fe
3+>Cu
2+>H
+>Pb
2+>Sn
2+>Fe
2+>Zn
2+>Al
3+>Mg
2+>Na
+>Ca
2+>K
+
(5)电解时溶液pH值的变化规律电解质溶液在电解过程中,有时溶液pH值会发生变化。判断电解质溶液的pH值变化,有时可以从电解产物上去看。
①若电解时阴极上产生H
2(消耗H
+),阳极上无O
2产生,电解后溶液pH值增大;
②若阴极上无H
2,阳极上产生O
2,则电解后溶液pH值减小;
③若阴极上有H
2,阳极上有O
2,且(相当于电解水),则有三种情况:
a如果原溶液为中性溶液,则电解后pH值不变;
b如果原溶液是酸溶液,则pH值变小;
c如果原溶液为碱溶液,则pH值变大;
④若阴极上无H
2,阳极上无O
2产生,电解后溶液的pH可能也会发生变化。如电解CuCl
2溶液(CuCl
2溶液由于Cu
2+水解显酸性),一旦CuCl
2全部电解完,pH值会变大,成中性溶液。
(6)电解反应类型:从参加反应的物质来分电解反应可分成五类:
①H
2O型:实质是电解水。如电解硝酸钠、氢氧化钠、硫酸等溶液。
②溶质型:溶质所电离出来的离子发生氧化还原,如电解氯化铜、溴化氢等溶液。
③硫酸铜溶液型:电解产物是金属、氧气与酸。如电解硫酸铜溶液生成单质铜、氧气和硫酸,电解硝酸银溶液时生成单质银、氧气和硝酸。
④氯化钠溶液型:电解产物是非金属单质、氢气与碱。如电解氯化钠溶液时生成氯气、氢气和氢氧化钠,电解溴化钾溶液时生成溴单质、氢气和氢氧化钾。
⑤电镀型:镀层金属作阳极,阳极反应是:M-ne
-=Mn
+,镀件作阴极,阴极反应是:Mn
++ne
-=M。(电解精炼与电镀,实质上是相同的)
原电池、电解池、电镀池的比较:
电化学计算的基本方法和技巧:
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液的pH计算、相对原子质量的计算,根据电量求产物的量或根据产物的量求电量等。通常有下列三种方法。
1.根据电子守恒法
计算用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物的量的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
2.根据总反应式计算
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。
3.根据关系式计算
运用得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系式。如以通过4mole一为桥梁可构建电极产物之间的如下关系式:
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用这个关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
特别提醒:在电化学计算中,还常利用和来计算电路中通过的电量。