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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 单质铁 （浓、稀）硝酸 热化学方程式 影响化学反应速率的因素 化学反应速率的计算 试题正文
  • 填空题
    Ⅰ将一定质量的铁粉加入到装有100mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。
    （1）容器中剩有mg的铁粉，收集到NO气体448mL（标准状况下）。
    ① 所得溶液中的溶质的化学式是_______________；
    ② 原硝酸溶液的物质的量浓度为：________________mol/L
    （2）向上述固-液混合物中逐滴加入稀硫酸直到刚好不再产生气体为止，该气体遇空气变成红棕色。此时容器中有铁粉ng。
    ①此时溶液中溶质的化学式是__________；
    ②m-n的值为_____________g 。
    Ⅱ：向某密闭容器中加入0.3molA、0.1molC和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间的变化如下图中甲图所示。附图中乙图为t2时刻后改变容器中条件，平衡体系中反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种不同的条件，所用条件均不同。已知t3~t4阶段为使用催化剂［已知
    t0~ t1阶段c ( B)未画出］。
    （3）若 t1=15s ，则t0~ t1阶段以C浓度变化表示的反应速率为________________；

    （4）t4~t5阶段改变的条件为____________，B的起始物质的量为______________；
    （5）t5~t6阶段容器内A的物质的量共减少0. 03mol ，而此过程中容器与外界的热交换总量为akJ，写出该反应的热化学方程式________________________。
    本题信息：2009年河北省期末题化学填空题难度较难 来源:于丽娜
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本试题 “Ⅰ将一定质量的铁粉加入到装有100mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。（1）容器中剩有mg的铁粉，收集到NO气体448mL（标准状况下）。① 所得溶液中的溶质的化学式...” 主要考查您对

单质铁

（浓、稀）硝酸

热化学方程式

影响化学反应速率的因素

化学反应速率的计算

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铁元素：

在元素周期表中的位置：铁的原子序数26，位于周期表中第四周期，第Ⅷ族。
(1)物理性质：银白色、有金属光泽，密度较大，熔点较高，硬度较小，具有导电、导热、延展性，可被磁铁吸引。
(2)化学性质：较活泼的金属，+2、+3价两种价态
①与强氧化剂反应(如：Cl2 Br2 过量稀HNO3)生成+3价铁的化合物。如：


注：铁常温下在浓硫酸和浓硝酸中钝化，但加热可以反应，且被氧化成Fe3+
②与弱氧化剂反应(如S I2 H+ Cu2+)生成+2价铁的化合物，如：


③铁与氧气、水蒸气反应生成Fe3O4(FeO·Fe2O3)



铁的性质：

  1. 物理性质：铁是黑色金属，具有铁磁性
  2. 铁的化学性质：
     ①与强氧化剂反应(如：Cl2、 Br2 、过量稀HNO3)生成+3价铁的化合物。如：


    注：铁常温下在浓硫酸和浓硝酸中钝化，但加热可以反应，且被氧化成Fe3+
    ②与弱氧化剂反应(如S、 I2 、H+ 、Cu2+)生成+2价铁的化合物，如：


    ③铁与氧气、水蒸气反应生成Fe3O4(FeO·Fe2O3)



铁与稀硝酸的反应：

  1. 铁少量时：
  2. 铁过量时：3Fe+8HNO3==3Fe(NO3)2+2NO+4H2O

两式可通过2Fe3++Fe==3Fe2+联系起来。


注意：

  1. 铁元素性质活泼，自然界中的铁元素几乎都是以化合态存在，只有在陨石中存在游离态的铁元素。
  2. 过量的铁与氯气反应，不会生成FeCl2，因为铁还原三价铁必须在水溶液中进行。
  3. 金属与强氧化性酸反应，不会生成H2。

化学性质：

铁元素性质活泼，有较强的还原性。


铁三角关系：


硝酸的分子结构:

化学式(分子式)：HNO3，结构式：HO—NO2。 HNO3是由极性键形成的极性分子，故易溶于水，分子问以范德华力结合，固态时为分子晶体。


硝酸的物理性质和化学性质:

(1)物理性质：纯硝酸是无色油状液体, 开盖时有烟雾，挥发性酸[沸点低→易挥发→酸雾]
熔点：-42℃，沸点：83℃。密度：1.5 g/cm3，与水任意比互溶，98%的硝酸为发烟硝酸，69%以上的硝酸为浓硝酸。
(2)化学性质：
①具有酸的一些通性：例如：
(实验室制CO2气体时，若无稀盐酸可用稀硝酸代替)
②不稳定性：HNO3见光或受热发生分解，HNO3越浓，越易分解．硝酸分解放出的NO2溶于其中而使硝酸呈黄色。有关反应的化学方程式为：
③强氧化性：不论是稀HNO3还是浓HNO3，都具有极强的氧化性，HNO3浓度越大，氧化性越强。其氧化性表现在以下几方面
A. 几乎能与所有金属(除Hg、Au外)反应。当HNO3与金属反应时，HNO3被还原的程度(即氮元素化合价降低的程度)取决于硝酸的浓度和金属单质还原性的强弱。对于同一金属单质而言，HNO3的浓度越小，HNO3被还原的程度越大，氮元素的化合价降低越多。一般反应规律为：
    金属 + HNO3(浓) → 硝酸盐 + NO2↑ + H2O
    金属 + HNO3(稀) → 硝酸盐 + NO↑ + H2O
    较活泼的金属(如Mg、Zn等) + HNO3(极稀) → 硝酸盐 + H2O + N2O↑(或NH3等)
金属与硝酸反应的重要实例为：
①
该反应较缓慢，反应后溶液显蓝色，反应产生的无色气体遇到空气后变为红棕色(无色的NO被空气氧化为红棕色的NO2)。实验室通常用此反应制取NO气体。
②
该反应较剧烈，反应过程中有红棕色气体产生。此外，随着反应的进行，硝酸的浓度渐渐变稀，反应产生的气体是NO2、NO等的混合气体。

B. 常温下，浓HNO3能将金属Fe、A1钝化，使Fe、A1的表面氧化生成一薄层致密的氧化膜。因此，可用铁或铝制容器盛放浓硝酸，但要注意密封，以防止硝酸挥发变稀后与铁、铝反应。(与浓硫酸相似)

C. 浓HNO3与浓盐酸按体积比1∶3配制而成的混合液叫王水。王水溶解金属的能力更强，能溶解金属Pt、Au。

D. 能把许多非金属单质(如C、S、P等)氧化，生成最高价含氧酸或最高价非金属氧化物。例如：


E．能氧化某些具有还原性的物质，如等，应注意的是NO3-无氧化性，而当NO3-在酸性溶液中时，则具有强氧化性。例如，在Fe(NO3)2溶液中加入盐酸或硫酸，因引入了H+而使Fe2+被氧化为Fe3+；又如，向浓HNO3与足量的Cu反应后形成的Cu(NO3)2中再加入盐酸或硫酸，则剩余的Cu会与后来新形成的稀HNO3继续反应。 F. 能氧化并腐蚀某些有机物，如皮肤、衣服、纸张、橡胶等。因此在使用硝酸(尤其是浓硝酸)时要特别小心，万一不慎将浓硝酸弄到皮肤上，应立即用大量水冲洗，再用小苏打或肥皂液洗涤。
(3)保存方法：硝酸易挥发，见光或受热易分解，具有强氧化性而腐蚀橡胶，因此，实验室保存硝酸时，应将硝酸盛放在带玻璃塞的棕色试剂瓶中，并贮存在黑暗且温度较低的地方。
(4)用途：硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等。


三大强酸:

几种常见酸的比较:


浓硝酸与稀硝酸的氧化性比较：

由铜与硝酸反应的化学方程式知，浓硝酸被还原为NO2，氮的化合价由+5→+4；而稀硝酸被还原为NO，氮的化合价由+5→+2，由此得出稀硝酸具有更强的氧化能力的结论是错误的。因为氧化剂氧化能力的强弱取决于得电子能力的强弱，而不是本身被还原的程度。实验证明，硝酸越浓，得电子的能力越强，因而其氧化能力越强。如稀硝酸能将HI氧化为I2，而浓硝酸可将HI氧化为HIO3。


硝酸在氧化还原反应中，其还原产物可能有多种价态的物质：等，这取决于硝酸的浓度和还原剂还原性的强弱。除前面的实例外，锌与硝酸可发生如下反应：


浓硝酸的漂白作用:

在浓硝酸中滴入几滴紫色石蕊试液，微热，可观察到：溶液先变红后褪色，说明浓硝酸具有强氧化性，可以使某些有色物质褪色(氧化漂白)。但一般不用它作漂白剂，因为它还具有强腐蚀性。新制氯水或浓硝酸能使淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色，这不是因为它们的漂白性，而是因为发生了如下的化学反应：

这是因为过量的氯水或硝酸又把I2氧化成了HIO3而使试纸褪色的。
另外，浓H2SO4遇湿润的蓝色石蕊试纸的现象是先变红后变黑。这是由浓H2SO4的强酸性和脱水性造成的(脱水炭化而变黑)。


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。

影响化学反应速率的因素：

1．内因：参加反应的物质的结构及性质。
2．外因：主要是指浓度、温度、压强和催化剂，另外还有光、超声波、激光、搅拌、固体表面积、形成原电池等。
(1)浓度：其他条件相同时，增大反应物浓度，化学反应速率增大；减小反应物浓度，化学反应速率减小。在一定温度下，同体、纯液体的浓度视为定值，如C与CO2的反应、Na与H2O的反应中，C的量和Na、H2O 的量减少并不意味着其“浓度”减小，即不冈其量的增减而影响反应速率，但会因固体表面积的变化而改变反应速率。
(2)温度：其他条件相同时，升高温度，可以加快反应速率，实验测得，温度每升高10℃，化学反应速率通常增大到原来的2～4倍。
经验公式为
(3)压强：对于气体反应，当温度不变时，增大压强可以加快反应速率。对于气体反应体系，压强改变时有以下几种情况：
 
(4)催化剂：催化剂是能改变化学反应速率但在反应前后本身的质量和化学性质都不变的物质。对于某些化学反应，使用正催化剂能显著加快化学反应速率。
(5)其他因素：增大同体的表面积(如将块状改为粉末状)，可增大反应速率；光照一般也可增大某些反应的速率；形成原电池可以加快反应速率；此外，超声波、放射线、电磁波等因素也能影响反应速率。
3．外因对化学反应速率影响的微观解释

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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