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高二化學(xué)知識點總結(jié)
放熱反應(yīng)多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行,即ΔH<0的反應(yīng)大多能自發(fā)進(jìn)行。有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。如NH4HCO3與CH3COOH的反應(yīng)。有些吸熱反應(yīng)室溫下不能進(jìn)行,但在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行,如CaCO3高溫下分解生成CaO、CO2。
2、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向
熵是描述體系混亂度的概念,熵值越大,體系混亂度越大。反應(yīng)的熵變ΔS為反應(yīng)產(chǎn)物總熵與反應(yīng)物總熵之差。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)為熵增加反應(yīng),熵增加有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。
3、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響
ΔH-TΔS<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。
ΔH-TΔS=0反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。
ΔH-TΔS>0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。
在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下,自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH-TΔS<0的方向進(jìn)行,直至平衡狀態(tài)。
二、化學(xué)反應(yīng)的限度
1、化學(xué)平衡常數(shù)
(1)對達(dá)到平衡的可逆反應(yīng),生成物濃度的系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度的系數(shù)次方的乘積之比為一常數(shù),該常數(shù)稱為化學(xué)平衡常數(shù),用符號K表示 。
(2)平衡常數(shù)K的大小反映了化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的程度(即反應(yīng)限度),平衡常數(shù)越大,說明反應(yīng)可以進(jìn)行得越完全。
(3)平衡常數(shù)表達(dá)式與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān)。對于給定的可逆反應(yīng),正逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)。
(4)借助平衡常數(shù),可以判斷反應(yīng)是否到平衡狀態(tài):當(dāng)反應(yīng)的濃度商Qc與平衡常數(shù)Kc相等時,說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。
2、反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率
(1)平衡轉(zhuǎn)化率是用轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物的濃度與該反應(yīng)物初始濃度的比值來表示。如反應(yīng)物A的平衡轉(zhuǎn)化率的表達(dá)式為:
α(A)=
(2)平衡正向移動不一定使反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率提高。提高一種反應(yīng)物的濃度,可使另一反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率提高。
(3)平衡常數(shù)與反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率之間可以相互計算。
3、反應(yīng)條件對化學(xué)平衡的影響
(1)溫度的影響
升高溫度使化學(xué)平衡向吸熱方向移動;降低溫度使化學(xué)平衡向放熱方向移動。溫度對化學(xué)平衡的影響是通過改變平衡常數(shù)實現(xiàn)的。
(2)濃度的影響
增大生成物濃度或減小反應(yīng)物濃度,平衡向逆反應(yīng)方向移動;增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動。
溫度一定時,改變濃度能引起平衡移動,但平衡常數(shù)不變。化工生產(chǎn)中,常通過增加某一價廉易得的反應(yīng)物濃度,來提高另一昂貴的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。
(3)壓強(qiáng)的影響
ΔVg=0的反應(yīng),改變壓強(qiáng),化學(xué)平衡狀態(tài)不變。
ΔVg≠0的反應(yīng),增大壓強(qiáng),化學(xué)平衡向氣態(tài)物質(zhì)體積減小的方向移動。
(4)勒夏特列原理
由溫度、濃度、壓強(qiáng)對平衡移動的影響可得出勒夏特列原理:如果改變影響平衡的一個條件(濃度、壓強(qiáng)、溫度等)平衡向能夠減弱這種改變的方向移動。
【例題分析】
例1、已知下列熱化學(xué)方程式:
(1)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-25kJ/mol
(2)3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=-47kJ/mol
(3)Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19kJ/mol
寫出FeO(s)被CO還原成Fe和CO2的熱化學(xué)方程式 。
解析:依據(jù)蓋斯定律:化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成,其反應(yīng)熱是相同的。我們可從題目中所給的有關(guān)方程式進(jìn)行分析:從方程式(3)與方程式(1)可以看出有我們需要的有關(guān)物質(zhì),但方程式(3)必須通過方程式(2)有關(guān)物質(zhì)才能和方程式(1)結(jié)合在一起。
將方程式(3)×2+方程式(2);可表示為(3)×2+(2)
得:2Fe3O4(s)+2CO(g)+3Fe2O3(s)+CO(g)=6FeO(s)+2CO2(g)+2Fe3O4(s)+CO2(g);ΔH=+19kJ/mol×2+(-47kJ/mol)
整理得方程式(4):Fe2O3(s)+CO(g)=2FeO(s)+CO2(g);ΔH=-3kJ/mol
將(1)-(4)得2CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)-2FeO(s)-CO2(g);ΔH=-25kJ/mol-(-3kJ/mol)
整理得:FeO(s)+CO(s)=Fe(s)+CO2(g);ΔH=-11kJ/mol
答案:FeO(s)+CO(s)=Fe(s)+CO2(g);ΔH=-11kJ/mol
例2、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,因而得到重視,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作用電解質(zhì),CO為陽極燃?xì),空氣與CO2的混合氣體為陰極助燃?xì),制得?50℃下工作的燃料電池,完成有關(guān)的電池反應(yīng)式:
陽極反應(yīng)式:2CO+2CO32-→4CO2+4e-
陰極反應(yīng)式: ;
總電池反應(yīng)式: 。
解析:作為燃料電池,總的效果就是把燃料進(jìn)行燃燒。本題中CO為還原劑,空氣中O2為氧化劑,電池總反應(yīng)式為:2CO+O2=2CO2。用總反應(yīng)式減去電池負(fù)極(即題目指的陽極)反應(yīng)式,就可得到電池正極(即題目指的陰極)反應(yīng)式:O2+2CO2+4e-=2CO32- 。
答案:O2+2CO2+4e-=2CO32-;2CO+O2=2CO2
例3、下列有關(guān)反應(yīng)的方向說法中正確的是( )
A、放熱的自發(fā)過程都是熵值減小的過程。
B、吸熱的自發(fā)過程常常是熵值增加的過程。
C、水自發(fā)地從高處流向低處,是趨向能量最低狀態(tài)的傾向。
D、只根據(jù)焓變來判斷化學(xué)反應(yīng)的`方向是可以的。
解析:放熱的自發(fā)過程可能使熵值減小、增加或無明顯變化,故A錯誤。只根據(jù)焓變來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是片面的,要用能量判據(jù)、熵判據(jù)組成的復(fù)合判據(jù)來判斷,D錯誤。水自發(fā)地從高處流向低處,是趨向能量最低狀態(tài)的傾向是正確的。有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行。如在25℃和1.01×105Pa時,2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g);ΔH=56.7kJ/mol,(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);ΔH=74.9kJ/mol,上述兩個反應(yīng)都是吸熱反應(yīng),又都是熵增的反應(yīng),所以B也正確。
答案:BC。
化學(xué)反應(yīng)原理復(fù)習(xí)(二)
【知識講解】
第2章、第3、4節(jié)
一、化學(xué)反應(yīng)的速率
1、化學(xué)反應(yīng)是怎樣進(jìn)行的
(1)基元反應(yīng):能夠一步完成的反應(yīng)稱為基元反應(yīng),大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是分幾步完成的。
(2)反應(yīng)歷程:平時寫的化學(xué)方程式是由幾個基元反應(yīng)組成的總反應(yīng)?偡磻(yīng)中用基元反應(yīng)構(gòu)成的反應(yīng)序列稱為反應(yīng)歷程,又稱反應(yīng)機(jī)理。
(3)不同反應(yīng)的反應(yīng)歷程不同。同一反應(yīng)在不同條件下的反應(yīng)歷程也可能不同,反應(yīng)歷程的差別又造成了反應(yīng)速率的不同。
2、化學(xué)反應(yīng)速率
(1)概念:
單位時間內(nèi)反應(yīng)物的減小量或生成物的增加量可以表示反應(yīng)的快慢,即反應(yīng)的速率,用符號v表示。
(2)表達(dá)式:
(3)特點
對某一具體反應(yīng),用不同物質(zhì)表示化學(xué)反應(yīng)速率時所得的數(shù)值可能不同,但各物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的系數(shù)之比。
3、濃度對反應(yīng)速率的影響
(1)反應(yīng)速率常數(shù)(K)
反應(yīng)速率常數(shù)(K)表示單位濃度下的化學(xué)反應(yīng)速率,通常,反應(yīng)速率常數(shù)越大,反應(yīng)進(jìn)行得越快。反應(yīng)速率常數(shù)與濃度無關(guān),受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響。
(2)濃度對反應(yīng)速率的影響
增大反應(yīng)物濃度,正反應(yīng)速率增大,減小反應(yīng)物濃度,正反應(yīng)速率減小。
增大生成物濃度,逆反應(yīng)速率增大,減小生成物濃度,逆反應(yīng)速率減小。
(3)壓強(qiáng)對反應(yīng)速率的影響
壓強(qiáng)只影響氣體,對只涉及固體、液體的反應(yīng),壓強(qiáng)的改變對反應(yīng)速率幾乎無影響。
壓強(qiáng)對反應(yīng)速率的影響,實際上是濃度對反應(yīng)速率的影響,因為壓強(qiáng)的改變是通過改變?nèi)萜魅莘e引起的。壓縮容器容積,氣體壓強(qiáng)增大,氣體物質(zhì)的濃度都增大,正、逆反應(yīng)速率都增加;增大容器容積,氣體壓強(qiáng)減小;氣體物質(zhì)的濃度都減小,正、逆反應(yīng)速率都減小。
4、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
(1)經(jīng)驗公式
阿倫尼烏斯總結(jié)出了反應(yīng)速率常數(shù)與溫度之間關(guān)系的經(jīng)驗公式:
式中A為比例系數(shù),e為自然對數(shù)的底,R為摩爾氣體常數(shù)量,Ea為活化能。
由公式知,當(dāng)Ea>0時,升高溫度,反應(yīng)速率常數(shù)增大,化學(xué)反應(yīng)速率也隨之增大?芍瑴囟葘瘜W(xué)反應(yīng)速率的影響與活化能有關(guān)。
(2)活化能Ea。
活化能Ea是活化分子的平均能量與反應(yīng)物分子平均能量之差。不同反應(yīng)的活化能不同,有的相差很大。活化能 Ea值越大,改變溫度對反應(yīng)速率的影響越大。
5、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
(1)催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率影響的規(guī)律:
催化劑大多能加快反應(yīng)速率,原因是催化劑能通過參加反應(yīng),改變反應(yīng)歷程,降低反應(yīng)的活化能來有效提高反應(yīng)速率。
(2)催化劑的特點:
催化劑能加快反應(yīng)速率而在反應(yīng)前后本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變。
催化劑具有選擇性。
催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù),不引起化學(xué)平衡的移動,不能改變平衡轉(zhuǎn)化率。
二、化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨
1、合成氨反應(yīng)的限度
合成氨反應(yīng)是一個放熱反應(yīng),同時也是氣體物質(zhì)的量減小的熵減反應(yīng),故降低溫度、增大壓強(qiáng)將有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動。
2、合成氨反應(yīng)的速率
(1)高壓既有利于平衡向生成氨的方向移動,又使反應(yīng)速率加快,但高壓對設(shè)備的要求也高,故壓強(qiáng)不能特別大。
(2)反應(yīng)過程中將氨從混合氣中分離出去,能保持較高的反應(yīng)速率。
(3)溫度越高,反應(yīng)速率進(jìn)行得越快,但溫度過高,平衡向氨分解的方向移動,不利于氨的合成。
(4)加入催化劑能大幅度加快反應(yīng)速率。
3、合成氨的適宜條件
在合成氨生產(chǎn)中,達(dá)到高轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率所需要的條件有時是矛盾的,故應(yīng)該尋找以較高反應(yīng)速率并獲得適當(dāng)平衡轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件:一般用鐵做催化劑 ,控制反應(yīng)溫度在700K左右,壓強(qiáng)范圍大致在1×107Pa~1×108Pa 之間,并采用N2與H2分壓為1∶2.8的投料比。
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