催化剂及催化作用的概念:
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概念 |
催化剂 |
在化学反应中能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有改变的物质。 |
催化作用 |
催化剂在化学反应中所起的作用 |
催化剂的特点:
催化剂概念的要点可概括为“一变”“二不变”。
(1)“一变”是指催化剂能改变其他物质的化学反应速率,这里“改变”包括加快和减慢,也就是说催化剂可以加快反应速率,也可以减慢反应速率。
(2)“二不变”指催化剂本身的化学性质不变。
易错点:①催化剂一般有选择性,即仅能对某一反应或某一类型的反应起催化作用。如二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂,但对其他的反应不一定是。
②对某些反应来说,催化剂也可能不止一种,如能催化过氧化氢分解的催化剂除二氧化锰外,还有硫酸铜溶液、红砖粉(主要成分为氧化铁)等。
③催化剂可以重复使用。
催化剂在化工生产中的作用: 催化剂在化工生产中有重要作用,人多数化工生产都有催化剂参与。例如,在石油炼制过程中,用高效催化剂生产汽油、煤油等;在汽车尾气处理,归用催化剂促进有害气体的转化;酿造工业和制药工业都要用酶作催化剂,某些酶制剂还是宝贵的药物。
定义: 化学反应不仅有物质的变化,还伴随着能量的变化,通常表现为热量变化。有些化学反应会放出热量(称为放热反应),如燃烧、镁和盐酸反应等;也有些反应会吸收热量(称为吸热反应),如碳与二氧化碳反应(C+CO
22CO)。
常见的吸热反应:化学上把最终表现为吸收热量的反应叫吸热反应,初中化学所涉及的吸热反应主要有以下几种:
①C+CO2
2CO
C+2CuO
2Cu+CO
2↑
CaCO
3CaO+CO
2↑
3CO+Fe
2O
32Fe+3CO
2 可见,一般反应条件为高温的反应是吸热反应。
常见的放热反应:
化学上把最终表现为放出热量的反应叫放热反应,初中化学所涉及的放热反应主要有以下几种:
①燃烧:所有燃烧均会放热,如CH
4+2O
2CO
2+2H
2O,H
2+Cl
22HCl;
②酸碱中和:酸与碱反应生成盐和水,同时放出热量,如H
2SO
4+2NaOH==Na
2SO
4+2H
2O
③活拨金属与酸发生置换反应生成H
2,同时放出热量,如Mg+2HCl==MgCl
2+H
2↑,Zn+H
2SO
4== ZnSO
4+H
2↑。
④缓慢氧化也是放热反应,如铁生锈、食物腐烂过程中均放出热量。
⑤其他:如双氧水分解是放热反应
人类生活对能量的利用: ①生活燃料的利用:做饭、取暖等;
②利用燃料烧烧产生的能量:发电、制陶瓷、冶炼金属和发射火箭;
③利用爆炸产生的巨大能量:开山炸石、拆除违规建筑;
④食物在体内发生缓慢氧化放出热量,维持体温
自燃:
1. 概念:自燃是由缓慢氧化引起的自发燃烧。如果缓慢氧化产生的热量不能及时散失,就会越积越多,当温度升高到可燃物的着火点时,如果再遇到氧气就会引起自发的燃烧,这就是自燃。
爆炸:
1. 概念:通常说的爆炸指可燃物拒有限空间内急速燃烧,短时间内聚积大量的热量,使气体体积迅速膨胀引起的爆炸。
自燃:
露在地表的煤层,由于气候炎热,发生缓慢氧化反应而导致自燃。
贮存棉花、饲草的仓库,沾满机器油的破布、棉丝等堆积时间长了,通风不好有时就会自燃。在干燥的季节,森林也会自燃。
在坟地里出现“磷火”也是一种自燃现象。
人和动物机体里含磷的有机物腐败分解能生成磷化氢气体。这种气体着火点很低,接触空气就会自燃。在缺乏科学知识的时代,常把这种自燃现象说成是“鬼火”。
平时将白磷浸泡在冷水里,防止自燃。白磷的着火点低(40℃),可用它做自燃实验。取出少许白磷溶解在二硫化碳中,然后把溶液倒在滤纸上,待二硫化碳挥发后,白磷在滤纸上与空气中氧气充分接触就会自燃。
爆炸:
爆炸是我们日常生活中常见的观象,但有的爆炸仅仅是由物理变化引起的,如轮胎爆炸;有螳爆炸则是由化学变化引起的,如火药爆炸,汽油、液化气等燃料的爆炸等。其中,由化学变化引起的爆炸是学习的重点,这种类型的爆炸主要是由于:
①在有限的空间 (如炸弹)内,发生急速的燃烧,短时问聚积大量的热,使气体的体积迅速膨胀;
②氧气的浓度高,或者可燃物 (气体、粉尘)与氧气的接触面积很大,燃烧范围广,周围的空气迅速猛烈膨胀。防止这类爆炸的方法:通风,禁止烟火等。
燃烧,缓慢氧化,自燃,爆炸(由化学变化引起)的比较:
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燃烧 |
缓慢氧化 |
自燃 |
爆炸 |
概念 |
可燃物与氧气发生的一种发光放热的剧烈的氧化反应 |
缓慢进行的氧化反应 |
由缓慢氧化引起的自发燃烧 |
可燃物在有限空间内发生的急速燃烧 |
能量变化 |
放热明显 |
放出热量随时散失 |
放热明显 |
放热明显 |
温度 |
达到可燃物的着火点 |
未达到可燃物的着火点 |
达到可燃物的着火点 |
达到可燃物的着火点 |
是否发光 |
发光 |
无明显发光现象 |
发光 |
发光 |
联系 |
均属于氧化反应,均放出热量 |
易燃易爆物的安全知识:
(1)易燃物:一般来说,易燃物指的是那些易燃的气体和液体,容易燃烧、自燃或遇水可以燃烧的固体,以及一些可以引起其他物质燃烧的物质等。常见的有硫;磷、酒精,液化石油气、氢气、乙炔、沼气、石油产品、面粉、棉絮等。
(2)易爆物:指的是那受热或受到撞击时.容易发生爆炸的物质。
(3)一些与燃烧和爆炸有关的图标:
(4)再生产、运输、使用、储存易燃、易爆物时的注意事项:
①对厂房和仓库的要求:与周围建筑物间有足够的防火距离。车间,仓库要有防火、防爆、通风、静电除尘、消防等器材设备,严禁烟火,杜绝一切可能产生火花的因素。容器要求:要牢固、密封、警示标志明显且要注明物品名称、化学性质、注意事项。
③存放要求:单存、单放、远离火种:注意通风。
④运输要求:轻拿轻放、勿撞击。
⑤工作人员要求:严禁烟火、人走电断。
火灾自救及逃生策略:(1)可燃性气体泄漏时的注意事项当室内天然气、液化石油气、煤气泄漏后室内充满可燃性气体.在此环境中打电话或打开换气扇开关,可能产生电火花,造成爆炸、所以应先关闭总阀、开窗通风,并在杜绝一切明火的同时,查找泄露的原因。
(2)火灾自救策略
①迅速找到安全通道;
②火灾时上层空气中氧气少,毒气浓度大,所以要匍匐前进:
③房间发生火灾时不能随时开门开窗,开门开窗会增加氧气量,使火势更加凶猛;
④火灾时,会产生大量浓烟,使人窒息,因此最好用湿布捂住口鼻;
⑤在山林中遇到火灾时,应逆风而跑,因为顺着风更容易被烧伤或发生危险。
爆炸极限:(1)概念:可燃性气体在空气中达到一定浓度时,遇到明火会发生爆炸,人们把容易导致爆炸的空气中可燃性气体的体积分数范围,称为该气体的爆炸极限。
①当可燃性气体在混合气体中的含量高于爆炸极限的上限时,可燃性气体可以安静地燃烧;而低于爆炸极限的下限时,则无法燃烧。
②我们通常所说额可燃性气体检验纯度,其实就是检验可燃性气体有没有达到爆炸极限,只要超过爆炸极限的上限,可燃性气体就可以安静的燃烧。
(2)几种常见物质的爆炸极限
可燃物 |
爆炸极限 |
甲烷 |
5%-15% |
丙烷 |
2.2%-9.5% |
乙醇 |
3.4%-19% |
氢气 |
4.0%-75% |
一氧化碳 |
12.5%-74% |
液化气 |
2.0%-12% |
水煤气 |
7.0%-72% |
粉尘爆炸实验:(1)实验装置及步骤
下面是模拟粉尘爆炸的一个实验:如下图所示,在无盖小塑料筒里放入干燥面粉,点燃蜡烛,用塑料盖盖住金属筒,迅速鼓入大量空气,不久,便会听到“砰”的一声,爆炸的气浪将金属筒的塑料盖掀起。
(2)现象:砰的一声响,伴随着一团火光产生,放热,塑料盖被掀起。
(3)分析:面粉被吹起,与空气充分接触,又被蜡烛点燃,在有限空间内发生急剧地燃烧,并让出大量热,产生的气浪将塑料盖掀起,说明可燃物的粉尘在有限的空间内急剧燃烧,能发生爆炸。
定义:
金属活动性指金属单质在水溶液中失去电子生成金属阳离子的性质。
常见金属活动性顺序: K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au
金属活动性顺序表的意义 (1)金属的位置越靠前,它的活动性越强
(2)位于氢前面的金属能置换出酸中的氢(强氧化酸除外)。
(3)位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来(K,Ca,Na除外)。
(4)很活泼的金属,如K、Ca、Na与盐溶液反应,先与溶液中的水反应生成碱,碱再与盐溶液反应,没有金属单质生成。如:
2Na+CuSO
4+2H
2O==Cu(OH)
2↓+Na
2SO
4+H
2↑
(5)不能用金属活动性顺序去说明非水溶液中的置换反应,如氢气在加热条件下置换氧化铁中的铁:
Fe
2O
3+3H
22Fe+3H
2O
金属原子与金属离子得失电子能力的比较
金属活动性顺序表的应用 (1)
判断某些置换反应能否发生 a.判断金属与酸能否反应:
条件:
①金属必须排在氢前面
②酸一般指盐酸或稀硫酸
b.判断金属与盐溶液能否反应:
条件:
①单质必须排在盐中金属的前面
②盐必须可溶于水
③金属不包含K、Ca、Na
(2)
根据金属与盐溶液的反应判断滤液、滤渣的成分。如向CuSO
4,AgNO
3混合液中加铁粉,反应后过滤,判断滤液和滤渣成分。铁与CuSO
4和AgNO
3溶液反应有先后顺序,如果铁足量,先将AgNO
3中的Ag完全置换后再置换CuSO
4中的Cu,那么溶液中只有FeSO
4;如果铁的量不足,应按照“先后原则”分别讨论滤液和滤渣的成分。
(3)根据金属活动性顺序表判断金属与酸反应的速率或根据反应速率判断金属的活动性顺序。如镁、锌、铁三种金属与同浓度的稀H
2SO
4反应产生氢气的速率:Mg>Zn>Fe,则可判断金属活动性Mg>Zn>Fe,
(4)
利用金属活动性顺序表研究金属冶炼的历史。金属活动性越弱,从其矿物中还原出金属单质越容易; 金属活动性越强,从其矿物中还原出金属单质越难。所以越活泼的金属越不易冶炼,难于冶炼的金属开发利用的时间就越迟。
(5)
应用举例 a.湿法炼铜我国劳动人民在宋代就掌握了湿法炼铜技术,即将铁放入硫酸铜溶液中置换出铜: Fe+CuSO
4=FeSO
4+Cu。
b.从洗相废液中回收银洗相废掖中含有大量的硝酸银,可用铁置换回收: Fe+2AgNO
3==Fe(NO
3)
2+2Ag。
c.处理工业废水中的铜、汞离子工业废水中常含铜、汞等金属离子,这些离子对生物有很大的危害,在排放前必须进行处理,可用铁置换回收:Fe+CuSO
4==FeSO
4+Cu
d.实验室选择金属与酸反应制取氢气在金属活动性顺序表中,H之前的金属都能跟稀 H
2SO
4、稀HCl反应产生氢气,但Zn之前的金属与酸反应太快。不便操作;Zn之后的金属与酸反应太慢,花费时间太长,从经济效益和反应速率多方而考虑,Zn是最合适的金属。
金属与混合溶液的反应 (1)将一种金属单质放入几种金属的盐溶液的混合液中时,其中排在金属活动性顺序表巾最靠后的金属最先被置换出来,然后再依次置换出稍靠后的金属。简记为“在金属活动性顺序中,距离远,先反应”。如将金属Zn。放入FeSO
4和CuSO
4的混合溶液中,Zn先与CuSO
4发生置换反应,与CuSO
4反应完后再与FeSO
4 发生置换反应。根据金属锌的最不同可分为以下几种情况:
金属锌的量 |
析出金属 |
滤液的成分 |
锌不足(不能与CuSO4溶液完全反应) |
Cu |
ZnSO4、FeSO4、CuSO4 |
锌不足(恰好与CuSO4溶液完全反应) |
Cu |
ZnSO4、FeSO4 |
锌不足(不能与FeSO4溶液完全反应) |
Fe、Cu |
ZnSO4、FeSO4 |
锌适量(恰好与FeSO4溶液完全反应) |
Fe、Cu |
ZnSO4 |
锌足量 |
Zn、Fe、Cu |
ZnSO4 |
(2)将几种不同的金属放入同一种盐溶液中,发生反应的情况与将一种金属放入几种金属的盐溶液中相似,也是在金属活动性顺序表中,距离越远的先反应,然后是距离较远的反应。
金属与酸反应生成氢气图像问题的分析方法:(1)等质氢图:两种金属反应产生的氢气质量相同,此图反映两种情况:
①酸不足,金属过虽,产生的氢气质量由酸的质量决定。
②酸足量,投放的两种金属与酸反应产生氢气的质量恰好相同,如6.5g锌和5.6g铁分别投入足量的盐酸中反应产生的氢气质量相同。
(2)等质等价金属图:如等质量的镁、铁、锌与足量的酸反应生成的金属离子都是+2价,产生氢气的速率和质量不同。此图反映出:
①金属越活泼,图示反应物的线越陡,如Mg线比Zn线陡,Zn线比Fe线陡,说明活泼性Mg>Zn>Fe
②金属的相对原子质量越小。等质量时,与酸反应产生的氢气越多,曲线的拐点越高,因此,相对原子质量Zn >Fe>Mg。
可简单概括为:越陡越活,越高越小。
(3)等质不等价金属图:铝、镁、锌与酸反应生成金属离子的化合价分别为+3、+2、+2,此图反映出等质不等价金属与酸反应不仅速率不同而且生成的氢气的质量与金属化合价有关。
可用下面式子计算氢气质量:
金属与酸或盐溶液反应前后溶液密度变化的判断方法:金属与酸的反应和金属与盐溶液的反应均为置换反应,反应后溶液的溶质发生了改变,导致溶液的溶质质量分数、溶液的密度也随之改变。反应前后溶液的密度的变化取决于反应前后溶液中溶质的相对分子质量的相对大小。
(1)反应后溶液密度变小:如Fe+CuSO
4== FeSO
4+Cu,在该反应中,反应前溶液中的溶质为CuSO
4,其相对分子质量为160;反应后溶液中的溶质为FeSO
4,其相对分子质量为152,由于152<160,故该反应后溶液密度变小。
(2)反应后溶液密度变大:如Zn+H
2SO
4== ZnSO
4+H
2↑,在该反应中,反应前溶液中的溶质为H
2SO
4,相对分子质量为98;反应后溶液中溶质为ZnSO
4,相对分子质童为161,由于161>98。故该反应后溶液密度变大。
真假黄金的鉴别:
黄金是一种具有金黄色光泽的金属、化学性质极不活泼。黄铜的外形与黄金非常相似,所以不法分子常用黄铜(Zn,Cu合金)来冒充黄金。但二者之间的性质有很大差异,可用多种方法鉴别。
方法一:取少量金黄色金属块于试管中,加入少量稀盐酸或稀硫酸,若有气泡产生(Zn+2HCl==ZnCl
2 +H
2),则原试样为黄铜;若没有气泡产生,则原试样为黄金。
方法二:取少量金黄色金属块,用天平称其质量,用量筒和水测出其体积,计算出金属块的密度与黄金的密度对照,若密度相等,则为黄金;若有较大的差异,则为黄铜。
方法三:取少员金黄色金属块在火焰上加热,若金属块表面变黑(2Cu+O
22CuO,则原试样为黄铜;若无变化,则为黄金。
方法四:取少讨金黄色金属块于试管中,向试管中加人适量的硫酸铜溶液,若金属块表而出现红色物质且溶液颜色变浅(Zn+CuSO
4==ZnSO
4+Cu),则原试样为黄铜;若无变化,则原试样为黄金。
酸碱指示剂: 跟酸或碱的溶液起作用而显示不同颜色的物质,叫酸碱指示剂,通常也简称指示剂。
紫色石蕊试液和无色酚酞试液的显色:紫色石蕊试液和无色酚酞试液是两种常用的酸碱指示剂,它们与酸性、碱性溶液作用时显示的颜色见下表:
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酸性溶液 |
碱性溶液 |
中性溶液 |
石蕊试液 |
红 |
蓝 |
紫 |
酚酞试液 |
无 |
红 |
无 |
易错点:①变色的是指示剂,而不是酸或碱的溶液。如盐酸使紫色石蕊试液变红,不能说成紫色石蕊试液使盐酸变红,但可以说紫色石蕊试液遇盐酸变红。
②酸或碱的溶液能使紫色石蕊试液或酚酞试液变色,但能使紫色石蕊试液或酚酞试液变色的不一定是酸或碱的溶液,还可能是酸性盐溶掖或碱性盐溶液。如碳酸钠溶液能使紫色石蕊试液变蓝,但碳酸钠不是碱,而是盐。
酸碱指示剂的代用品: 在自然界里,有许多植物色素在不同的酸碱性溶液中.都会发生特定的颜色变化。这些植物色素可以用作石蕊和酚酞等指示剂的代用品。一些植物的色素及其在酸碱性溶液中的颜色变化如下:
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代用指示剂的颜色 |
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在酸性溶液中 |
在中性溶液中 |
在碱性溶液中 |
牵牛花 |
红色 |
紫色 |
蓝色 |
苏木 |
黄色 |
红棕色 |
玫瑰红色 |
紫萝卜皮 |
红色 |
紫色 |
黄绿色 |
月季花 |
浅红色 |
红色 |
黄色 |
美人蕉 |
淡红色 |
红色 |
绿色 |