化學(xué)反應(yīng)原理復(fù)習(xí)(二)

　　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)。總反應(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)壓強對反應(yīng)速率的影響

　　壓強只影響氣體，對只涉及固體、液體的反應(yīng)，壓強的改變對反應(yīng)速率幾乎無影響。

　　壓強對反應(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。可知，溫度對化學(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?；罨?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，故壓強不能特別大。

　　(2)反應(yīng)過程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。

　　第3章、物質(zhì)在水溶液中的行為

　　一、水溶液

　　1、水的電離

　　H2OH++OH-

　　水的離子積常數(shù)KW=[H+][OH-]，25℃時，KW=1.0×10-14mol2·L-2。溫度升高，有利于水的電離， KW增大。

　　2、溶液的酸堿度

　　室溫下，中性溶液：[H+]=[OH-]=1.0×10-7mol·L-1，pH=7

　　酸性溶液：[H+]>[OH-]，[ H+]>1.0×10-7mol·L-1，pH<7

　　堿性溶液：[H+]<[OH-]，[OH-]>1.0×10-7mol·L-1，pH>7

　　3、電解質(zhì)在水溶液中的存在形態(tài)

　　(1)強電解質(zhì)

　　強電解質(zhì)是在稀的水溶液中完全電離的電解質(zhì)，強電解質(zhì)在溶液中以離子形式存在，主要包括強酸、強堿和絕大多數(shù)鹽，書寫電離方程式時用“=”表示。

　　(2)弱電解質(zhì)

　　在水溶液中部分電離的電解質(zhì)，在水溶液中主要以分子形態(tài)存在，少部分以離子形態(tài)存在，存在電離平衡，主要包括弱酸、弱堿、水及極少數(shù)鹽，書寫電離方程式時用“ ”表示。

　　二、弱電解質(zhì)的電離及鹽類水解

　　1、弱電解質(zhì)的電離平衡。

　　(1)電離平衡常數(shù)

　　在一定條件下達到電離平衡時，弱電解質(zhì)電離形成的各種離子濃度的乘積與溶液中未電離的分子濃度之比為一常數(shù)，叫電離平衡常數(shù)。

　　弱酸的電離平衡常數(shù)越大，達到電離平衡時，電離出的H+越多。多元弱酸分步電離，且每步電離都有各自的電離平衡常數(shù)，以第一步電離為主。

　　(2)影響電離平衡的因素，以CH3COOHCH3COO-+H+為例。

　　加水、加冰醋酸，加堿、升溫，使CH3COOH的電離平衡正向移動，加入CH3COONa固體，加入濃鹽酸，降溫使CH3COOH電離平衡逆向移動。

　　2、鹽類水解

　　(1)水解實質(zhì)

　　鹽溶于水后電離出的離子與水電離的H+或OH-結(jié)合生成弱酸或弱堿，從而打破水的電離平衡，使水繼續(xù)電離，稱為鹽類水解。

　　(2)水解類型及規(guī)律

　?、購娝崛鯄A鹽水解顯酸性。

　　NH4Cl+H2ONH3·H2O+HCl

　?、趶妷A弱酸鹽水解顯堿性。

　　CH3COONa+H2OCH3COOH+NaOH

　?、蹚娝釓妷A鹽不水解。

　　④弱酸弱堿鹽雙水解。

　　Al2S3+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑

　　(3)水解平衡的移動

　　加熱、加水可以促進鹽的水解，加入酸或堿能抑止鹽的水解，另外，弱酸根陰離子與弱堿陽離子相混合時相互促進水解。

　　三、沉淀溶解平衡

　　1、沉淀溶解平衡與溶度積

　　(1)概念

　　當(dāng)固體溶于水時，固體溶于水的速率和離子結(jié)合為固體的速率相等時，固體的溶解與沉淀的生成達到平衡狀態(tài)，稱為沉淀溶解平衡。其平衡常數(shù)叫做溶度積常數(shù)，簡稱溶度積，用Ksp表示。

　　PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq)

　　Ksp=[Pb2+][I-]2=7.1×10-9mol3·L-3

　　(2)溶度積Ksp的特點

　　Ksp只與難溶電解質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān)，與沉淀的量無關(guān)，且溶液中離子濃度的變化能引起平衡移動，但并不改變?nèi)芏确e。

　　Ksp反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力。

　　2、沉淀溶解平衡的應(yīng)用

　　(1)沉淀的溶解與生成

　　根據(jù)濃度商Qc與溶度積Ksp的大小比較，規(guī)則如下：

　　Qc=Ksp時，處于沉淀溶解平衡狀態(tài)。

　　Qc>Ksp時，溶液中的離子結(jié)合為沉淀至平衡。

　　Qc

　　(2)沉淀的轉(zhuǎn)化

　　根據(jù)溶度積的大小，可以將溶度積大的沉淀可轉(zhuǎn)化為溶度積更小的沉淀，這叫做沉淀的轉(zhuǎn)化。沉淀轉(zhuǎn)化實質(zhì)為沉淀溶解平衡的移動。

　　四、離子反應(yīng)

　　1、離子反應(yīng)發(fā)生的條件

　　(1)生成沉淀

　　既有溶液中的離子直接結(jié)合為沉淀，又有沉淀的轉(zhuǎn)化。

　　(2)生成弱電解質(zhì)

　　主要是H+與弱酸根生成弱酸，或OH-與弱堿陽離子生成弱堿，或H+與OH-生成H2O。

　　(3)生成氣體

　　生成弱酸時，很多弱酸能分解生成氣體。

　　(4)發(fā)生氧化還原反應(yīng)

　　強氧化性的離子與強還原性離子易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，且大多在酸性條件下發(fā)生。

　　2、離子反應(yīng)能否進行的理論判據(jù)

　　(1)根據(jù)焓變與熵變判據(jù)

　　對ΔH-TΔS<0的離子反應(yīng)，室溫下都能自發(fā)進行。

　　(2)根據(jù)平衡常數(shù)判據(jù)

　　離子反應(yīng)的平衡常數(shù)很大時，表明反應(yīng)的趨勢很大。

　　3、離子反應(yīng)的應(yīng)用

　　(1)判斷溶液中離子能否大量共存

　　相互間能發(fā)生反應(yīng)的離子不能大量共存，注意題目中的隱含條件。

　　(2)用于物質(zhì)的定性檢驗

　　根據(jù)離子的特性反應(yīng)，主要是沉淀的顏色或氣體的生成，定性檢驗特征性離子。

　　(3)用于離子的定量計算

　　常見的有酸堿中和滴定法、氧化還原滴定法。

　　(4)生活中常見的離子反應(yīng)。

　　硬水的形成及軟化涉及到的離子反應(yīng)較多，主要有：

　　Ca2+、Mg2+的形成。

　　CaCO3+CO2+H2O=Ca2++2HCO3-

　　MgCO3+CO2+H2O=Mg2++2HCO3-

　　加熱煮沸法降低水的硬度：

　　Ca2++2HCO3-CaCO3↓+CO2↑+H2O

　　Mg2++2HCO3-MgCO3↓+CO2↑+H2O

　　或加入Na2CO3軟化硬水：

　　Ca2++CO32-=CaCO3↓，Mg2++CO32-=MgCO3↓

　　【例題分析】

　　例1、在一定條件下，將2mol/LSO2和1mol/LO2放入密閉容器中反應(yīng)：2SO2+O22SO3，在2s時測得物質(zhì)的量濃度c(SO2)=0.8mol/L。求用SO2、O2、SO3表示該反應(yīng)的速率分別是多少?

　　解析：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法：

　　若用反應(yīng)物表示：

　　則v(反應(yīng)物)=

　　若用生成物表示：

　　則v(生成物)=

　　解：　　　　　2SO2(g)　+　O2(g)　2SO3(g)

　　起始濃度：　 2mol/L　　　1mol/L　　 　　0

　　變化濃度：　 1.2mol/L　　0.6mol/L　　1.2mol/L

　　2s 末時濃度：0.8mol/L　　0.4mol/L　　1.2mol/L

　　例2、25℃下，在1.00L、0.30mol/LAgNO3溶液中加入0.50L、0.060mol/L的CaCl2溶液，能否生成AgCl沉淀，生成AgCl的質(zhì)量是多少?最后溶液中c(Ag+)為多少?

　　解析：(1)兩溶液混合后離子被稀釋

　　離子積Qsp=c(Ag+)·c(Cl-)=0.020mol/L×0.040mol/L=8.0×10-4(mol/L)2

　　查表可知Ksp(AgCl)=1.80×10-10

　　Qsp>Ksp(AgCl)

　　所以有AgCl生成。

　　則　　　　AgCl(s)Ag(aq)　+Cl-(aq)

　　開始濃度(mol/L)　　　0.020　　　0.040

　　變化濃度(mol/L)　　0.020-x　　　0.020-x

　　平衡濃度(mol/L)　　　x　　　　　0.040-(0.02-x)

　　(2)因為c(Cl-)>c(Ag+)，所以Cl-是過量的，沒有達到沉淀平衡時溶液中c(Ag+)=0.020mol/L

　　Ksp(AgCl)=x·[0.040-(0.02-x)]=1.80×10-10

　　x=9.0×10-9　　　　c(Ag+)=xmol/L=9.0×10-9mol/L

　　析出AgCl質(zhì)量為：

　　m(AgCl)=(0.020-9.0×10-9)mol/L×1.50L×143.5g/mol=4.3g

　　答：能生成AgCl沉淀，生成的AgCl的質(zhì)量是4.3g，最后溶液中c(Ag+)是9.0×10-9mol/L。

　　例3、有一包固體粉末，可能含有的離子有K+、SO42-、Fe3+、Na+、Cl-、NO3-、S2-、 HCO3-。取試樣加蒸餾水全部溶解，溶液呈無色透明，用硝酸酸化，無明顯現(xiàn)象。取上述酸化后的溶液分別做以下兩個實驗：①先加入Ba(NO3)2溶液，無明顯象，然后加入AgNO3溶液，有白色沉淀產(chǎn)生。②濃縮后加入銅片、濃硫酸共熱，有紅棕色氣體產(chǎn)生。對試樣進行焰色反應(yīng)，火焰呈淺紫色。

　　試回答下列問題：

　　(1)這包粉末中肯定不存在的離子是　　　　　　;肯定存在的離子是　　　　　　　。

　　(2)寫出試驗①中有關(guān)的離子方程式　　　　　　，實驗②中的化學(xué)方程式　　　　　　　　。

　　解析：因溶液無色透明，肯定無Fe3+，用硝酸酸化無明顯現(xiàn)象，肯定無S2-和HCO3-。加Ba(NO3)2無現(xiàn)象說明沒有SO42-;加AgNO3溶液有白色沉淀產(chǎn)生，說明存在Cl-;加銅片濃硫酸共熱，有紅棕色氣體產(chǎn)生，也不能說明原溶液有NO3-，因為加硝酸酸化時引入了NO3-;焰色反應(yīng)呈淺紫色說明有K+。

　　答案：(1)Fe3+、S2-、HCO3-、SO42-;Cl-、K+;(2)Ag++Cl-=AgCl↓

　　KNO3+H2SO4(濃)HNO3+KHSO4; Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

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