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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 吸热反应、放热反应 热化学方程式 化学平衡常数 溶度积常数 原电池电极反应式的书写 化学反应速率的计算 试题正文
  • 填空题
    “低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用 CO2，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。
    (1)用电弧法合成的贮氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式:
    ___C+___KMnO4+____H2SO4==___CO2↑+__MnSO4+_K2SO4+____H2O。
    (2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通人体积为2L的恒容密闭容器中，发生反应：
    CO(g) +H2O(g)CO2(g)+ H2(g)，得到如下三组数据：

    ①实验1中以v(CO2)表示的反应速率为___（取两位小数，下同）。
    ②该反应为____（填“吸”或“放”）热反应，在实验2的条件下，平衡常数K=___ 。
    (3)已知常温常压下：
    ①2CH3OH(l) +3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1 275.6 kJ. mol-1
    ②2CO(g) +O2(g)==2CO2(g) △H=-566.0 kJ. mol-1
    ③H2O(g)==H2O(l) △H=-44.0 kJ.mol-1
    写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：_____。
    (4)某实验小组根据甲醇燃烧的原理，设计如图所示的装置。

    ①该电池正极的电极反应为___ ②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总的化学反应方程式为___ 。
    (5) CO2在自然界中循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物，其Ksp=2.8×10-9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合
    可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mol?L-1，则生
    成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为___。

    本题信息：2011年模拟题化学填空题难度较难 来源:杨云霞
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本试题 ““低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用 CO2，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。(1)...” 主要考查您对

氧化还原反应的配平

吸热反应、放热反应

热化学方程式

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原电池电极反应式的书写

化学反应速率的计算

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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。



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：


热化学方程式：

1．定义表示反应所放出或吸收热量的化学方程式，叫做热化学方程式。
2．表示意义不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明厂化学反应中的能量变化。例如：：，表示在25℃、101kPa下，2molH2(g)和1mol O2(g)完全反应生成2molH2O(l)时要释放571．6kJ 的能量。
热化学反应方程式的书写：

热化学方程式与普通化学方程式相比，在书写时除厂要遵守书写化学方程式的要求外还应注意以下问题：
1．注意△H的符号和单位 △H只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边。若为放热反应，△H为“-”；若为吸热反应，△H为“+”。△H的单位一般为kJ／moJ。
2．注意反应条件反衄热△H与测定条件(温度、压强等)有关。因此书写热化学方程式时应注明△H的测定条件。绝大多数△H是是25℃、101kPa下测定的，此条件下进行的反应可不注明温度和压强。
3．注意物质的聚集状态反应物和生成物的聚集状态不同，反应热△H不同。因此，必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。气体用“g”，液体用：l“，固体用“s”，溶液用“aq”。
4．注意热化学方程式的化学计量数
(1)热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子数或原子数，因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。
(2)热化学方程式中的反应热表示反应已完成时的热量变化，由于△H与反应完成的量有关，所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与△H相对应，如果化学计量数加倍，则△H也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。

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。
溶度积常数：

在AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)中，当溶解速率与结晶速率相等时，达到平衡状态，Ksp(AgCl)=[ Ag+][ Cl-]为一常数，该常数称为难难溶电解质的溶度积常数，简称溶度积。用Ksp表示
(1)溶度积的通式：，
(2)溶度积规律：
①离子积： ，
Qc为离子积，表达式中离子浓度是任意的，为此瞬间溶液的实际浓度，其值不确定，但对一难溶电解质，在一定温度下，Ksp为一定值。
②溶度积规则：
A. 当Qc>Ksp时，沉淀从溶液中析出来，体系不断析出沉淀，直至达到平衡(此时Qc=Ksp)
B. 当Qc=Ksp时，沉淀于饱和溶液平衡
C. 当Qc<Ksp时，溶液不饱和，若体系中有沉淀，则沉淀会溶解直至平衡(此时Qc=Ksp)。

原电池电极反应式的书写：

(1)以铜锌原电池为例：
负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+
正极（Cu）：2H++2e-=H2↑
(2)正负极反应式的书写技巧：
①先确定原电池的正负极，在两极的反应物上标出相同数目的电子得失。
②根据物质放电后生成物的组成和电解质溶液中存在的离子，找到电极反应中还需要的其它离子。此时要注意溶液的酸碱性，从而判断应该是H+、OH-还是H2O参与了反应。因Zn反应后生成了Zn(OH)2，而KOH为电解质，可知负极上OH-参与了反应。MnO2生成了MnO(OH)，即增加了氢元素，可知正极上有水参与了反应。
③根据电子守恒和电荷守恒写出电极反应式，即要注意配平和物质的正确书写形式，应按照离子方程式的书写要求进行。②中反应的电极反应式为：
负极：Zn+2OH--2e-＝Zn(OH)2 正极：2MnO2+2H2O+2e-＝2MnO(OH)+2OH-
（若只要求写正极的反应式，也可以写成MnO2+H2O+e-＝MnO(OH)+OH-）
原电池总反应式的书写：将正负电极反应相加，即为原电池总反应式。

原电池正、负极的判断方法：

原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，判断正极和负极的方法有以下几种。
1．由组成原电池的两极材料判断一般相对较活泼的金属为负极，相对不活泼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在外电路，电流由正檄流向负极；电子由负极流向正极
3．根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。
4．根据原电池两极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。
5．X极增重或减轻工作后，X极质量增加，说明X极有物质析出，X 极为正极：反之，X极质量减少，说明X极金属溶解，X 极为负极
6．X极有气泡冒出工作后，x极上有气泡冒出，一般是发生了析出H，的电极反应，说明x极为正极。
7．X极附近pH的变化析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而工作后，X极附近pH增大了，说明X极为正极。
8．特例在判断金属活泼性的规律中，有一条为“当两种金属构成原电池时，活泼金属作负极，不活泼金属作正极”，但这条规律也有例外情况，如Mg和Al为原电池的两极，KOH为电解质溶液时，虽然Mg比Al活泼，但因Mg不和KOH反应，所以Mg作原电池的正极等。


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：

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