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
大气污染:
(1)大气污染源:颗粒物、硫的氧化物、氮的氧化物、CO 碳氢化合物、氟氯代烷
(2)大气污染危害:危害人体健康、影响动植物的生长、严重时会影响地球的气候
(3)全球性三大环境问题:酸雨、臭氧层受损、温室效应
①酸雨:正常雨水:PH约为5.6 酸雨:PH小于5.6 我国为硫酸型酸雨,烧煤炭造成
硫酸型:硫的氧化物转化 SO
2+H
2O=H
2SO
3 2H
2SO
3+O
2=2H
2SO
4 大气中烟尘和O
3作催化剂
硝酸型:氮的氧化物转化 3NO
2+H
2O=2HNO
3+NO↑
②臭氧层:自然界的臭氧90%集中在距地面15-50km的大气平流层中 吸收自太阳的大部分紫外线
引起臭氧层受损物质 氟氯代烷(致冷剂)、哈龙(含溴的灭火剂)、CCl
4、N
2O、NO、核弹爆炸产物
保护臭氧层公约:《保护臭氧层维也纳公约》 《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书公约》
③温室效应:太阳短波辐射可以透过大气射入地面,而地面增暖后放出的长短辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收,从而产生大气变暖的效应
温室效应后果:荒漠将扩大,土地侵蚀加重,森林退向极地,旱涝灾害严重,雨量将增加7-11%;温带冬天更湿,夏天更旱;热带也将变得更湿,干热的副热带变得更干旱,两极冰块将熔化,使海平面上升1米多,引起厄尔尼诺现象
引起温室效应的物质:CO
2、CH
4、N
2O、氟氯代烷
改善大气质量:
①减少煤等化石燃料燃烧产生污染:改善燃煤质量、改进燃烧装置、技术和排烟设备、发展洁净煤技术和综合利用、调整和优化能源结构
煤的综合利用: 煤的的干馏、煤的气化、煤的液化
煤的气化 C+H
2O(g)=CO+H
2 煤的液化 CO+2H
2→CH
3OH
煤的脱硫 2CaCO
3+O
2+2SO
2=2CaSO
4+2CO
2 ②减少汽车等机动车尾气污染
尾气污染(占大气污染排出总量的40-50%):CO、NO
2、NO、碳氢化合物
使用无铅汽油:四乙基铅作抗爆震剂,铅对神经系统损害大
尾气系统加催化转化器:前半部 2CO+2NO
2CO
2+N
2 后半部 2CO+O
22CO
2 C
7H
16+11O
27CO
2+8H
2O
常见化学肥料:
1、氮肥
①作用:氮是合成蛋白质、核酸和叶绿素的重要元素,氮肥充足会使植物枝繁叶茂、果实硕大。缺少氮元素,会使植物生长发育迟缓或停滞,光合作用减慢等。外观表现为植株矮小,瘦弱,叶片发黄,严重时叶脉为棕色。
②氮肥的特性
a.氮盐与碱混合受热可产生一种无色、有刺激性气味的气体,它能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。例如: NaOH+NH
4NO
3=NaNO
3+H
2O+NH
3↑
检验按根离子(NH
4+)时,需有可溶性碱和红色石蕊试纸。
b.氨水是氨气的水溶液,溶于水的氨气大部分与水反应生成一水合氨。一水合氨在水中发生电离,生成铵根离子和氢氧根离子。由于氨水中存在的阴离子全部是OH
-,所以氨水呈碱性,一水合氨属于碱类。请注意,通常情况下氨水指氨气溶于水后生成的一水合氨(NH3·H2O),切勿将氨水的化学式写成NH4OH,因为氨水中没有NH4OH存在。
c.碳酸氢按受热分解:NH4HCO3==NH3↑+ CO2↑+H2O↑。
③氮的固定将氮气转化为氮的化合物的方法。如:豆科植物根部的根瘤菌能把空气中的氮气转化为含氮化合物,这类植物无需或只需少量使用氮肥。
2、磷肥
①作用:磷能促进作物生长,增强抗寒、抗旱能力。若缺乏磷元素,常表现为生长迟缓、产量降低,但磷过量则会引起作物贪青晚熟,结实率下降。外观表现为植株特别矮小,叶片出现紫色。
②常见磷肥有磷矿粉[Ca3(PO4)2]、钙镁磷肥(钙和镁的磷酸盐)、过磷酸钙[磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2 和CaSO4的混合物]等。
3、钾肥
①作用:钾肥能保证各种代谢过程的顺利进行、促进植物生民、增强抗病虫害和抗倒伏能力。若缺乏钾元素,常表现为茎秆软弱、容易倒伏、叶片的边缘和尖端呈褐色,并逐渐焦枯。
②常见钾肥有硫酸钾(K2SO4)、氯化钾(KCl)和草木灰(主要成分为K2CO3)等。
(4)复合肥
含两种或两种以土营养元素的化肥。
①特点能同时均匀地供给作物几种养分,充分发挥营养元素间的互补作用,有效成分高。
②种类磷酸按〔磷酸二氢铵NH4H2PO4和磷酸氢二按 (NH4)2HPO4的混合物」、硝酸钾(KNO3)。
常见氮肥及性质:
名称 |
化学式 |
性质 |
注意事项 |
尿素 |
CO(NH2)2 |
白色或淡黄色晶体,易溶 于水,含氮量不超过46.7%, 肥效高且持久,对土壤无 不良影响 |
—— |
碳酸氢铵 |
NH4HCO3 |
白色晶体,易溶于水,受潮 时常温下就能分解,温度越 高,分解越快,在土壤中不 残留有害杂质,含氮量低于 17.7% |
防分解,贮存和运输时 都要密封.不要受潮或暴 晒,施肥后掩盖或立即 灌溉,不要与碱性物质 混合使用 |
硝酸铵 |
NH4NO3 |
白色晶体,易溶于水,高温 或受猛烈撞击时易爆炸,含 氮量低于35%,对土壤无不 良影响 |
不要与易燃物质或碱性 物质混合在一起,结块 时,不要用铁锤砸碎 |
硫酸铵 |
(NH4)2SO4 |
白色固体,易溶于水,常温 下性质稳定,不宜长期大量 使用,否则会使土壤酸化、 板结硬化 |
不能与碱性物质混合, 不宜长期大量使用 |
氨水 |
NH3·H2O |
氨气的水溶液,易挥发,显碱性 |
运愉、扩存、使用时要 防挥发 |
化肥和农家肥的比较:
|
|
所含元素种类少,但营养元素含量大 |
常含有多种营养元素,但营养元素含量较少 |
一般易溶于水,易被农作物吸收,肥效较快 |
一般较难溶于水,经腐熟后逐步转化为可溶于水、能被作物吸收的物质,肥效慢但肥期较长 |
便于工业生产,成本较高 |
便于就地取材,成本低廉 |
长期使用会破坏土壤的结构,使果蔬、谷物含有超量化肥,影响人体健康;化肥还会造成水体污染,引起水体富营养化 |
能改良土壤结构 |
使用化肥、农药的利与弊: ①利:化肥、农药对提高农作物的产量具有重要的作用。
②弊:
a.不合理施用化肥会带来很多环境问题,一方面化肥中含有一些重金属元素、有毒有机物和放射性物质,施人后会引起潜在的土壤污染;另一方面化肥在施用过程中,因某些成分的积累、流失或变化,引起土壤酸化,水域中氮和磷含量升高,氮化物和硫化物气体排放等,造成土壤退化和水、大气环境的污染。
b.农药本身有毒,在杀灭病虫害的同时也带来了对自然环境的污染和对人体健康的危害。
使用化肥的注意事项: ①铰态氮肥不能与碱性物质(如碱、草木灰等)一起使用,因为铵态氮肥中的NH
4+遇到OH
-会生成易挥发的NH
3,降低肥效。
②使用氨水或磷酸氢铵时要防止挥发,立即灌溉或用土盖上,人要站在上风口,因氨气对人的眼、鼻等膜有刺激作用。
③硝酸按受热易分解,在高温或猛烈撞击时易发生爆炸。所以当硝酸铵受潮结块时,不要用铁锤砸碎。
④硫酸按不易长时间使用,以免造成土壤酸性增强或土壤板结。
化肥鉴别的方法:①一看、二闻、三溶看外观,氮肥、钾肥为白色晶体,磷肥是灰白色粉末;闻气味,碳酸氢按有强烈的氨味,可直接将它与其他氮肥相区别;加水溶解,氮肥、钾肥全部溶于水,磷肥大多不溶于水。铵盐的鉴别:(NH
4)
2SO
4、NH
4NO
3等和熟石灰混合研磨,放出具有刺激性气味的氨气。
②氮肥的简易鉴别氮肥中的氨水呈液态,碳酸氧钱有强烈的氨味,据此可直接将它们与其他氮肥相区别。其他常见氮肥可按下列步骤鉴别:
注意硫酸铵、氯化铵、硝酸铵同时鉴别时,不能先加硝酸银溶液鉴别氯化铵,因为硝酸银与硫酸铵反应,可能生成微溶物硫酸银,也可能出现沉淀。所以要区分含SO
42-、Cl
-和NO
3-的三种物质时,一般是先加硝酸钡来鉴别出含有SO
42-的物质,再加入硝酸银,鉴别出含有Cl
-的物质,无现象的则是含有NO
3-的物质。
③化肥鉴别歌鉴别化肥简易行,无锈铁片火烧红;化肥分别铁上放,各自现象皆不同;遇铁冒烟化成水,定是尿素不可疑;若是只熔不冒烟,刺鼻气味是磷铵;一阵烟后冒火星,必是硝铵显神通;铁上发出紫火焰,吱吱微响是硫铵;要想测知氯化铵,触铁味如浓盐酸;磷肥多为灰白色,置于红铁味难闻;放于红铁爆噼啪,无氨味者硫酸钾,氨化磷肥与有别,无烟臭气呛煞人;上述现象若不符,其中有诈须谨慎;认真鉴别把握准,防止上当把钱费。
化学反应速率的求算:
首先要熟练掌握化学反应速率的含义,明确中各个量的含义和单位,如:以具体某一种物质 B表示的化学反应速率为。△c的单位一般用mol/L表示,而△t的单位一般用s(秒)、min (分钟)、h(小时)等表示,所以v的单位可以是等。对于反应,有,利用这一关系,可以很方便地求算出不同物质表示的v的数值:
化学反应速率图像及其应用:
1.物质的量(或浓度)一时间图像及应用此类图像能说明反应体系各组分(或某一组分)在反应过程中的浓度变化情况。如A(g) +B(g)
3C(g)的反应情况如图所示,
要注意此类图像各曲线的折点(达平衡)时刻相同,各物质浓度变化符合化学方程式中的计量数关系。例如:某温度时,在恒容(VL)容器中,X、Y、z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如下图所示。
根据图像可进行如下计算:
(1)计算某物质在O一t3刻的平均反应速率、转化率,如
Y的转化率为
.
(2)确定化学方程式中各物质的化学计量数之比如X、Y、z三种物质的化学计量数之比为: (n1一n3):(n2一n3):n2。
2.全程速率一时间图像如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化出现的情况,如图所示,
解释原因:AB段(v增大),因反应为放热反应,随反应的进行,温度升高,导致反应速率增大;BC段(v减小),则主要因为随反应的进行,溶液中 c(H+)减小,导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段的主要矛盾,认真分析。
3.速率一温度(压强)图像这类图像有两种情况:一是不隐含时间变化的速率一温度(压强)图,二是隐含时间变化的速率一温度 (压强)图。以
,△H< 0为例,V一T(P)图像如下: