高中化學選修四的知識點
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高中化學選修四的知識1
化學反應速率和化學平衡
一、化學反應速率
1.化學反應速率(v)
⑴ 定義：用來衡量化學反應的快慢，單位時間內反應物或生成物的物質的量的變化
⑵ 表示方法：單位時間內反應濃度的減少或生成物濃度的增加來表示
⑶ 計算公式：v=Δc/Δt(υ：平均速率，Δc：濃度變化，Δt：時間)單位：mol/(L·s)
⑷ 影響因素：
① 決定因素(內因)：反應物的性質(決定因素)
② 條件因素(外因)：反應所處的條件
注意：
(1)參加反應的物質為固體和液體，由于壓強的變化對濃度幾乎無影響，可以認為反應速率不變。
(2)惰性氣體對于速率的影響
①恒溫恒容時：充入惰性氣體→總壓增大，但是各分壓不變，各物質濃度不變→反應速率不變
②恒溫恒體時：充入惰性氣體→體積增大→各反應物濃度減小→反應速率減慢
二、化學平衡
(一)1.定義：
化學平衡狀態：一定條件下，當一個可逆反應進行到正逆反應速率相等時，更組成成分濃度不再改變，達到表面上靜止的一種“平衡”，這就是這個反應所能達到的限度即化學平衡狀態。
2、化學平衡的特征
逆(研究前提是可逆反應)
等(同一物質的正逆反應速率相等)
動(動態平衡)
定(各物質的濃度與質量分數恒定)
變(條件改變，平衡發生變化)
3、判斷平衡的依據
(二)影響化學平衡移動的因素
1. 濃度對化學平衡移動的影響
(1)影響規律：在其他條件不變的情況下，增大反應物的濃度或減少生成物的濃度，都可以使平衡向正方向移動;增大生成物的濃度或減小反應物的濃度，都可以使平衡向逆方向移動
(2)增加固體或純液體的量，由于濃度不變，所以平衡不移動
(3)在溶液中進行的反應，如果稀釋溶液，反應物濃度減小，生成物濃度也減小， V正減小，V逆也減小，但是減小的程度不同，總的結果是化學平衡向反應方程式中化學計量數之和大的方向移動。
2、溫度對化學平衡移動的影響
影響規律：在其他條件不變的情況下，溫度升高會使化學平衡向著吸熱反應方向移動，溫度降低會使化學平衡向著放熱反應方向移動。
3、壓強對化學平衡移動的影響
影響規律：其他條件不變時，增大壓強，會使平衡向著體積縮小方向移動;減小壓強，會使平衡向著體積增大方向移動。
注意：
(1)改變壓強不能使無氣態物質存在的化學平衡發生移動
(2)氣體減壓或增壓與溶液稀釋或濃縮的化學平衡移動規律相似
4.催化劑對化學平衡的影響：由于使用催化劑對正反應速率和逆反應速率影響的程度是等同的，所以平衡不移動。但是使用催化劑可以影響可逆反應達到平衡所需的時間。
5.勒夏特列原理(平衡移動原理)：如果改變影響平衡的條件之一(如溫度，壓強，濃度)，平衡向著能夠減弱這種改變的方向移動。
三、化學平衡常數
(一)定義：在一定溫度下，當一個反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數比值。符號：K
(二)使用化學平衡常數K應注意的問題：
1、表達式中各物質的濃度是變化的濃度，不是起始濃度也不是物質的量。
2、K只與溫度(T)有關，與反應物或生成物的濃度無關。
3、反應物或生產物中有固體或純液體存在時，由于其濃度是固定不變的，可以看做是“1”而不代入公式。
4、稀溶液中進行的反應，如有水參加，水的濃度不必寫在平衡關系式中。
(三)化學平衡常數K的應用：
1、化學平衡常數值的大小是可逆反應進行程度的標志。K值越大，說明平衡時生成物的濃度越大，它的正向反應進行的程度越大，即該反應進行得越完全，反應物轉化率越高。反之，則相反。一般地，K>105時，該反應就進行得基本完全了。
2、可以利用K值做標準，判斷正在進行的可逆反應是否平衡及不平衡時向何方進行建立平衡。(Q：濃度積)
Q〈K:反應向正反應方向進行;
Q=K:反應處于平衡狀態 ;
Q〉K:反應向逆反應方向進行
3、利用K值可判斷反應的熱效應
若溫度升高，K值增大，則正反應為吸熱反應
若溫度升高，K值減小，則正反應為放熱反應
四、等效平衡
1、概念：在一定條件下(定溫、定容或定溫、定壓)，只是起始加入情況不同的同一可逆反應達到平衡后，任何相同組分的百分含量均相同，這樣的化學平衡互稱為等效平衡。
2、分類
(1)定溫，定容條件下的等效平衡
第一類：對于反應前后氣體分子數改變的可逆反應：必須要保證化學計量數之比與原來相同;同時必須保證平衡式左右兩邊同一邊的物質的量與原來相同。
第二類：對于反應前后氣體分子數不變的可逆反應：只要反應物的物質的量的比例與原來相同即可視為二者等效。
(2)定溫，定壓的等效平衡
只要保證可逆反應化學計量數之比相同即可視為等效平衡。
五、化學反應進行的方向
1、反應熵變與反應方向：
(1)熵:物質的一個狀態函數，用來描述體系的混亂度，符號為S. 單位：J?mol-1?K-1
(2)體系趨向于有序轉變為無序，導致體系的熵增加，這叫做熵增加原理，也是反應方向判斷的依據。
(3)同一物質，在氣態時熵值最大，液態時次之，固態時最小。即
S(g)〉S(l)〉S(s)
2、反應方向判斷依據
在溫度、壓強一定的條件下，化學反應的判讀依據為：
ΔH-TΔS〈0 反應能自發進行
ΔH-TΔS=0 反應達到平衡狀態
ΔH-TΔS〉0 反應不能自發進行
注意：
(1)ΔH為負，ΔS為正時，任何溫度反應都能自發進行
(2)ΔH為正，ΔS為負時，任何溫度反應都不能自發進行
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化學反應與能量
一、焓變、反應熱
1.反應熱：一定條件下，一定物質的量的反應物之間完全反應所放出或吸收的熱量
2.焓變(ΔH)的意義：在恒壓條件下進行的化學反應的熱效應
(1)符號：△H
(2)單位：kJ/mol
3.產生原因：
化學鍵斷裂——吸熱
化學鍵形成——放熱
放出熱量的化學反應。(放熱>吸熱) △H 為“-”或△H <0
吸收熱量的化學反應。(吸熱>放熱)△H 為“+”或△H >0
常見的放熱反應：
①所有的燃燒反應
②酸堿中和反應
③大多數的化合反應
④金屬與酸的反應
⑤生石灰和水反應
⑥濃硫酸稀釋、氫氧化鈉固體溶解等
常見的吸熱反應：
① 晶體Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl
② 大多數的分解反應
③ 以H2、CO、C為還原劑的氧化還原反應
④銨鹽溶解等
二、熱化學方程式
書寫化學方程式注意要點:
①熱化學方程式必須標出能量變化。
②熱化學方程式中必須標明反應物和生成物的聚集狀態(g,l,s分別表示固態，液態，氣態，水溶液中溶質用aq表示)
③熱化學反應方程式要指明反應時的溫度和壓強。
④熱化學方程式中的化學計量數可以是整數，也可以是分數
⑤各物質系數加倍，△H加倍;反應逆向進行，△H改變符號，數值不變
三、燃燒熱
1.概念：25 ℃，101 kPa時，1 mol純物質完全燃燒生成穩定的化合物時所放出的熱量。燃燒熱的單位用kJ/mol表示。
注意以下幾點：
①研究條件：101 kPa
②反應程度：完全燃燒，產物是穩定的氧化物
③燃燒物的物質的量：1 mol
④研究內容：放出的熱量。(ΔH<0，單位kJ/mol)
四、中和熱
1.概念：在稀溶液中，酸跟堿發生中和反應而生成1mol H2O，這時的反應熱叫中和熱。
2.強酸與強堿的中和反應其實質是H+和OH-反應，其熱化學方程式為：
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)
ΔH=-57.3kJ/mol
3.弱酸或弱堿電離要吸收熱量，所以它們參加中和反應時的中和熱小于57.3kJ/mol。
4.中和熱的測定實驗
五、蓋斯定律
1.內容：化學反應的反應熱只與反應的始態(各反應物)和終態(各生成物)有關，而與具體反應進行的途徑無關，如果一個反應可以分幾步進行，則各分步反應的反應熱之和與該反應一步完成的反應熱是相同的。
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水溶液中的離子平衡
一、弱電解質的電離
1、定義：
電解質：在水溶液中或熔化狀態下能導電的化合物,叫電解質。
非電解質：在水溶液中或熔化狀態下都不能導電的化合物。
強電解質：在水溶液里全部電離成離子的電解質。
弱電解質：在水溶液里只有一部分分子電離成離子的電解質。
2、電解質與非電解質本質區別：
電解質——離子化合物或共價化合物
非電解質——共價化合物
注意：①電解質、非電解質都是化合物
②SO2、NH3、CO2等屬于非電解質
③強電解質不等于易溶于水的化合物(如BaSO4不溶于水，但溶于水的BaSO4全部電離，故BaSO4為強電解質)——電解質的強弱與導電性、溶解性無關。
3、電離平衡：在一定的條件下，當電解質分子電離成離子的速率和離子結合成時，電離過程就達到了平衡狀態，這叫電離平衡。
4、影響電離平衡的因素：
A、溫度：電離一般吸熱，升溫有利于電離。
B、濃度：濃度越大，電離程度越小;溶液稀釋時，電離平衡向著電離的方向移動。
C、同離子效應：在弱電解質溶液里加入與弱電解質具有相同離子的電解質，會減弱電離。
D、其他外加試劑：加入能與弱電解質的電離產生的某種離子反應的物質時，有利于電離。
5、電離方程式的書寫：用可逆符號弱酸的電離要分布寫(第一步為主)
6、電離常數：在一定條件下，弱電解質在達到電離平衡時，溶液中電離所生成的各種離子濃度的乘積，跟溶液中未電離的分子濃度的比是一個常數。叫做電離平衡常數，(一般用Ka表示酸，Kb表示堿。)
7、影響因素：
a.電離常數的大小主要由物質的本性決定。
b.電離常數受溫度變化影響，不受濃度變化影響，在室溫下一般變化不大。
C.同一溫度下，不同弱酸，電離常數越大，其電離程度越大，酸性越強。如：H2SO3>H3PO4>HF>CH3COOH>H2CO3>H2S>HClO
二、水的電離和溶液的酸堿性
1、水電離平衡：
水的離子積：KW=c[H+]·c[OH-]
25℃時, [H+]=[OH-] =10-7mol/L;
KW=[H+]·[OH-]=110-14
注意：KW只與溫度有關，溫度一定，則KW值一定。KW不僅適用于純水，適用于任何溶液(酸、堿、鹽)
2、水電離特點：
(1)可逆
(2)吸熱
(3)極弱
3、影響水電離平衡的外界因素：
①酸、堿：抑制水的電離
②溫度：促進水的電離(水的電離是吸熱的)
③易水解的鹽：促進水的電離
4、溶液的酸堿性和pH：
(1)pH=-lgc[H+]
(2)pH的測定方法：
酸堿指示劑——甲基橙、石蕊、酚酞。
變色范圍：
甲基橙 3.1~4.4(橙色)
石蕊5.0~8.0(紫色)
酚酞8.2~10.0(淺紅色)
pH試紙—操作玻璃棒蘸取未知液體在試紙上，然后與標準比色卡對比即可。
注意：
①事先不能用水濕潤PH試紙;
②廣泛pH試紙只能讀取整數值或范圍。
三 、混合液的pH值計算方法公式
1、強酸與強酸的混合：(先求[H+]混：將兩種酸中的H+離子物質的量相加除以總體積，再求其它)
[H+]混 =([H+]1V1+[H+]2V2)/(V1+V2)
2、強堿與強堿的混合：(先求[OH-]混：將兩種酸中的OH離子物質的量相加除以總體積，再求其它)
[OH-]混=([OH-]1V1+[OH-]2V2)/(V1+V2)
(注意 :不能直接計算[H+]混)
3、強酸與強堿的混合：(先據H+ + OH- ==H2O計算余下的H+或OH-，①H+有余，則用余下的H+數除以溶液總體積求[H+]混;OH-有余，則用余下的OH-數除以溶液總體積求[OH-]混，再求其它)
四、稀釋過程溶液pH值的變化規律：
1、強酸溶液：稀釋10n倍時，pH稀=pH原+ n(但始終不能大于或等于7)
2、弱酸溶液：稀釋10n倍時，pH稀〈pH原+n(但始終不能大于或等于7)
3、強堿溶液：稀釋10n倍時，pH稀= pH原-n (但始終不能小于或等于7)
4、弱堿溶液：稀釋10n倍時，pH稀〉pH原-n (但始終不能小于或等于7)
5、不論任何溶液，稀釋時pH均是向7靠近(即向中性靠近);任何溶液無限稀釋后pH均接近7
6、稀釋時，弱酸、弱堿和水解的鹽溶液的pH變化得慢，強酸、強堿變化得快。
五、強酸(pH1)強堿(pH2)混和計算規律
1、若等體積混合
pH1+pH2=14，則溶液顯中性pH=7
pH1+pH2≥15，則溶液顯堿性pH=pH2-0.3
pH1+pH2≤13，則溶液顯酸性pH=pH1+0.3
2、若混合后顯中性
pH1+pH2=14，V酸：V堿=1：1
pH1+pH2≠14，V酸：V堿=1：10〔14-(pH1+pH2)〕
六、酸堿中和滴定：
1、中和滴定的原理
實質：H++OH—=H2O 即酸能提供的H+和堿能提供的OH-物質的量相等。
2、中和滴定的操作過程：
(1)①滴定管的刻度，O刻度在上，往下刻度標數越來越大，全部容積大于它的最大刻度值，因為下端有一部分沒有刻度。滴定時，所用溶液不得超過最低刻度，不得一次滴定使用兩滴定管酸(或堿)，也不得中途向滴定管中添加。
②滴定管可以讀到小數點后一位。
(2)藥品：標準液;待測液;指示劑。
(3)準備過程：
準備：檢漏、洗滌、潤洗、裝液、趕氣泡、調液面。(洗滌：用洗液洗→檢漏：滴定管是否漏水→用水洗→用標準液洗(或待測液洗)→裝溶液→排氣泡→調液面→記數據V(始)
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鹽類的水解(只有可溶于水的鹽才水解)
1、鹽類水解：在水溶液中鹽電離出來的離子跟水電離出來的H+或OH-結合生成弱電解質的反應。
2、水解的實質：水溶液中鹽電離出來的離子跟水電離出來的H+或OH-結合,破壞水的電離，是平衡向右移動，促進水的電離。
3、鹽類水解規律：
①有弱才水解，無弱不水解，越弱越水解;誰強顯誰性，兩弱都水解，同強顯中性。
②多元弱酸根，濃度相同時正酸根比酸式酸根水解程度大，堿性更強。(如:Na2CO3 >NaHCO3)
4、鹽類水解的特點：
(1)可逆(與中和反應互逆)
(2)程度小
(3)吸熱
5、影響鹽類水解的外界因素：
①溫度：溫度越高水解程度越大(水解吸熱，越熱越水解)
②濃度：濃度越小，水解程度越大(越稀越水解)
③酸堿：促進或抑制鹽的水解(H+促進陰離子水解而抑制陽離子水解;OH-促進陽離子水解而抑制陰離子水解)
6、酸式鹽溶液的酸堿性：
①只電離不水解：如HSO4-顯酸性
②電離程度>水解程度，顯酸性(如: HSO3- 、H2PO4-)
③水解程度>電離程度，顯堿性(如：HCO3- 、HS- 、HPO42-)
7、雙水解反應：
(1)構成鹽的陰陽離子均能發生水解的反應。雙水解反應相互促進，水解程度較大，有的甚至水解完全。使得平衡向右移。
(2)常見的雙水解反應完全的為：Fe3+、Al3+與AlO2-、CO32-(HCO3-)、S2-(HS-)、SO32-(HSO3-);S2-與NH4+;CO32-(HCO3-)與NH4+其特點是相互水解成沉淀或氣體。雙水解完全的離子方程式配平依據是兩邊電荷平衡，如：2Al3+ + 3S2- + 6H2O == 2Al(OH)3↓+ 3H2S↑
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原電池：
1、概念：化學能轉化為電能的裝置叫做原電池。
2、組成條件：
①兩個活潑性不同的電極
②電解質溶液
③電極用導線相連并插入電解液構成閉合回路
3、電子流向：
外電路：負極——導線——正極
內電路：鹽橋中陰離子移向負極的電解質溶液，鹽橋中陽離子移向正極的電解質溶液。
4、電極反應：以鋅銅原電池為例：
負極：
氧化反應：Zn-2e=Zn2+(較活潑金屬)
正極：
還原反應：2H++2e=H2↑(較不活潑金屬)
總反應式：Zn+2H+=Zn2++H2↑
5、正、負極的判斷：
(1)從電極材料：一般較活潑金屬為負極;或金屬為負極，非金屬為正極。
(2)從電子的流動方向負極流入正極
(3)從電流方向正極流入負極
(4)根據電解質溶液內離子的移動方向陽離子流向正極，陰離子流向負極。
(5)根據實驗現象
①溶解的一極為負極
②增重或有氣泡一極為正極
第二節 化學電池
1、電池的分類：化學電池、太陽能電池、原子能電池
2、化學電池：借助于化學能直接轉變為電能的裝置
3、化學電池的分類：一次電池、二次電池、燃料電池
4、常見一次電池：堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鋰電池等
5、二次電池：放電后可以再充電使活性物質獲得再生，可以多次重復使用，又叫充電電池或蓄電池。
6、二次電池的電極反應：鉛蓄電池
7、目前已開發出新型蓄電池：銀鋅電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子電池
8、燃料電池：是使燃料與氧化劑反應直接產生電流的一種原電池。
9、電極反應：一般燃料電池發生的電化學反應的最終產物與燃燒產物相同，可根據燃燒反應寫出總的電池反應，但不注明反應的條件。
負極發生氧化反應，正極發生還原反應，不過要注意一般電解質溶液要參與電極反應。以氫氧燃料電池為例，鉑為正、負極，介質分為酸性、堿性和中性。
當電解質溶液呈酸性時：
負極：2H2-4e-=4H+
正極：O2+4 e-4H+ =2H2O
當電解質溶液呈堿性時：
負極：2H2+4OH--4e-=4H2O
正極：O2+2H2O+4 e-=4OH-
另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)。電極反應式為：
負極：CH4+10OH--8e- =CO32-+7H2O;
正極：4H2O+2O2+8e- =8OH-。
電池總反應式為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
10、燃料電池的優點：能量轉換率高、廢棄物少、運行噪音低
11、廢棄電池的處理：回收利用