高中化學(xué)選修4知識點總結(jié)
高中化學(xué)選修四是最難的部分,知識點也比較瑣細,正因為如此,我們面對這本書的時候更要好好認真去學(xué),小編在這里整理了學(xué)習(xí)這本書的所有知識點,希望能幫助到大家。
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第一章 化學(xué)反應(yīng)與能量
考點1:吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)
1、吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的區(qū)別
特別注意:反應(yīng)是吸熱還是放熱與反應(yīng)的條件沒有必然的聯(lián)系,而決定于反應(yīng)物和生成物具有的總能量(或焓)的相對大小。
2、常見的放熱反應(yīng)
①一切燃燒反應(yīng);
②活潑金屬與酸或水的反應(yīng);
③酸堿中和反應(yīng);
④鋁熱反應(yīng);
⑤大多數(shù)化合反應(yīng)(但有些化合反應(yīng)是吸熱反應(yīng),如:N2+O2=2NO,CO2+C=2CO等均為吸熱反應(yīng))。
3、常見的吸熱反應(yīng)
①Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應(yīng);
②大多數(shù)分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
③等也是吸熱反應(yīng);
④水解反應(yīng)
考點2:反應(yīng)熱計算的依據(jù)
1.根據(jù)熱化學(xué)方程式計算
反應(yīng)熱與反應(yīng)物各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比。
2.根據(jù)反應(yīng)物和生成物的總能量計算
ΔH=E生成物-E反應(yīng)物。
3.根據(jù)鍵能計算
ΔH=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和。
4.根據(jù)蓋斯定律計算
化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始態(tài)(各反應(yīng)物)和終態(tài)(各生成物)有關(guān),而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。即如果一個反應(yīng)可以分步進行,則各分步反應(yīng)的反應(yīng)熱之和與該反應(yīng)一步完成時的反應(yīng)熱是相同的。
溫馨提示:
①蓋斯定律的主要用途是用已知反應(yīng)的反應(yīng)熱來推知相關(guān)反應(yīng)的反應(yīng)熱。
②熱化學(xué)方程式之間的“+”“-”等數(shù)學(xué)運算,對應(yīng)ΔH也進行“+”“-”等數(shù)學(xué)計算。
5.根據(jù)物質(zhì)燃燒放熱數(shù)值計算:Q(放)=n(可燃物)×|ΔH|。
第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡
考點1:化學(xué)反應(yīng)速率
1、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法___________。
化學(xué)反應(yīng)速率通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度和生成物濃度的變化來表示。表達式:___________ 。
其常用的單位是__________ 、 或__________ 。
2、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
1)內(nèi)因(主要因素)
反應(yīng)物本身的性質(zhì)。
2)外因(其他條件不變,只改變一個條件)
3、理論解釋——有效碰撞理論
(1)活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子:能夠發(fā)生有效碰撞的分子。
②活化能:如圖
圖中:E1為正反應(yīng)的活化能,使用催化劑時的活化能為E3,反應(yīng)熱為E1-E2。(注:E2為逆反應(yīng)的活化能)
③有效碰撞:活化分子之間能夠引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的碰撞。
(2)活化分子、有效碰撞與反應(yīng)速率的關(guān)系
考點2:化學(xué)平衡
1、化學(xué)平衡狀態(tài):一定條件(恒溫、恒容或恒壓)下的可逆反應(yīng)里,正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等,反應(yīng)混合物(包括反應(yīng)物和生成物)中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。
2、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征
3、判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)
考點3:化學(xué)平衡的移動
1、概念
可逆反應(yīng)中舊化學(xué)平衡的破壞、新化學(xué)平衡的建立,由原平衡狀態(tài)向新化學(xué)平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過程,稱為化學(xué)平衡的移動。
2、化學(xué)平衡移動與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系
(1)v正>v逆:平衡向正反應(yīng)方向移動。
(2)v正=v逆:反應(yīng)達到平衡狀態(tài),不發(fā)生平衡移動。
(3)v正
3、影響化學(xué)平衡的因素
4、“惰性氣體”對化學(xué)平衡的影響
①恒溫、恒容條件
原平衡體系體系總壓強增大―→體系中各組分的濃度不變―→平衡不移動。
②恒溫、恒壓條件
原平衡體系容器容積增大,各反應(yīng)氣體的分壓減小―→體系中各組分的濃度同倍數(shù)減小
5、勒夏特列原理
定義:如果改變影響平衡的一個條件(如C、P或T等),平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。
原理適用的范圍:已達平衡的體系、所有的平衡狀態(tài)(如溶解平衡、化學(xué)平衡、電離平衡、水解平衡等)和只限于改變影響平衡的一個條件。
勒夏特列原理中“減弱這種改變”的解釋:外界條件改變使平衡發(fā)生移動的結(jié)果,是減弱對這種條件的改變,而不是抵消這種改變,也就是說:外界因素對平衡體系的影響占主要方面。
第三章 水溶液中的離子平衡
一、弱電解質(zhì)的電離
1、定義:電解質(zhì):在水溶液中或熔化狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物,叫電解質(zhì)。
非電解質(zhì):在水溶液中或熔化狀態(tài)下都不能導(dǎo)電的化合物。
強電解質(zhì):在水溶液里全部電離成離子的電解質(zhì)。
弱電解質(zhì):在水溶液里只有一部分分子電離成離子的電解質(zhì)。
2、電解質(zhì)與非電解質(zhì)本質(zhì)區(qū)別:
電解質(zhì)——離子化合物或共價化合物 非電解質(zhì)——共價化合物
注意:①電解質(zhì)、非電解質(zhì)都是化合物 ②SO2、NH3、CO2等屬于非電解質(zhì)
③強電解質(zhì)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(zhì))——電解質(zhì)的強弱與導(dǎo)電性、溶解性無關(guān)。
3、電離平衡:在一定的條件下,當(dāng)電解質(zhì)分子電離成 離子的速率 和離子結(jié)合成 時,電離過程就達到了 平衡狀態(tài) ,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(yīng):在弱電解質(zhì)溶液里加入與弱電解質(zhì)具有相同離子的電解質(zhì),會減弱電離。D、其他外加試劑:加入能與弱電解質(zhì)的電離產(chǎn)生的某種離子反應(yīng)的物質(zhì)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(shù):在一定條件下,弱電解質(zhì)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(shù)。叫做電離平衡常數(shù),(一般用Ka表示酸,Kb表示堿。)
表示方法:ABA++B- Ki=[ A+][B-]/[AB]
7、影響因素:
a、電離常數(shù)的大小主要由物質(zhì)的本性決定。
b、電離常數(shù)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(shù)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-] =10-7 mol/L ; KW= [H+]·[OH-] = 1_10-14
注意:KW只與溫度有關(guān),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 KW〈1_10-14
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 KW 〉1_10-14
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(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(zhì)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(zhì)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(jù)H++ OH-==H2O計算余下的H+或OH-,①H+有余,則用余下的H+數(shù)除以溶液總體積求[H+]混;OH-有余,則用余下的OH-數(shù)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(guī)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(guī)律w
.w.w.k.s.5.u.c.o.m
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(zhì):H++OH—=H2O 即酸能提供的H+和堿能提供的OH-物質(zhì)的量相等。
2、中和滴定的操作過程:
(1)儀②滴定管的刻度,O刻度在上 ,往下刻度標(biāo)數(shù)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(shù)點后 一位 。
(2)藥品:標(biāo)準(zhǔn)液;待測液;指示劑。
(3)準(zhǔn)備過程:
準(zhǔn)備:檢漏、洗滌、潤洗、裝液、趕氣泡、調(diào)液面。(洗滌:用洗液洗→檢漏:滴定管是否漏水→用水洗→用標(biāo)準(zhǔn)液洗(或待測液洗)→裝溶液→排氣泡→調(diào)液面→記數(shù)據(jù)V(始)
(4)試驗過程
3、酸堿中和滴定的誤差分析
誤差分析:利用n酸c酸V酸=n堿c堿V堿進行分析
式中:n——酸或堿中氫原子或氫氧根離子數(shù);c——酸或堿的物質(zhì)的量濃度;
V——酸或堿溶液的體積。當(dāng)用酸去滴定堿確定堿的濃度時,則:
c堿=
上述公式在求算濃度時很方便,而在分析誤差時起主要作用的是分子上的V酸的變化,因為在滴定過程中c酸為標(biāo)準(zhǔn)酸,其數(shù)值在理論上是不變的,若稀釋了雖實際值變小,但體現(xiàn)的卻是V酸的增大,導(dǎo)致c酸偏高;V堿同樣也是一個定值,它是用標(biāo)準(zhǔn)的量器量好后注入錐形瓶中的,當(dāng)在實際操作中堿液外濺,其實際值減小,但引起變化的卻是標(biāo)準(zhǔn)酸用量的減少,即V酸減小,則c堿降低了;對于觀察中出現(xiàn)的誤差亦同樣如此。綜上所述,當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)酸來測定堿的濃度時,c堿的誤差與V酸的變化成正比,即當(dāng)V酸的實測值大于理論值時,c堿偏高,反之偏低。
同理,用標(biāo)準(zhǔn)堿來滴定未知濃度的酸時亦然。
七、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(jié)合生成弱電解質(zhì)的反應(yīng)。
2、水解的實質(zhì): 水溶液中鹽電離出來的離子跟水電離出來的H+或OH-結(jié)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(guī)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(yīng)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(yīng):
(1)構(gòu)成鹽的陰陽離子均能發(fā)生水解的反應(yīng)。雙水解反應(yīng)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(yīng)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(jù)是兩邊電荷平衡,如:2Al3++ 3S2- + 6H2O == 2Al(OH)3↓+3H2S↑
8、鹽類水解的應(yīng)用:
水解的應(yīng)用 | 實例 | 原理 |
1、凈水 | 明礬凈水 | Al3++3H2O? Al(OH)3(膠體)+3H+ |
2、去油污 | 用熱堿水冼油污物品 | CO32-+H2O? HCO3-+OH- |
3、藥品的保存 | ①配制FeCl3溶液時常加入少量鹽酸 | Fe3++3H2O? Fe(OH)3+3H+ |
②配制Na2CO3溶液時常加入少量NaOH | CO32-+H2O? HCO3-+OH- | |
4、制備無水鹽 | 由MgCl2·6H2O制無水MgCl2 在HCl氣流中加熱 | 若不然,則: MgCl2·6H2OMg(OH)2+2HCl+4H2O Mg(OH)2MgO+H2O |
5、泡沫滅火器 | 用Al2(SO4)3與NaHCO3溶液混合 | Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑ |
6、比較鹽溶液中離子濃度的大小 | 比較NH4Cl溶液中離子濃度的大小 | NH4++H2O? NH3·H2O+H+ c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH)- |
9、水解平衡常數(shù)(Kh)
對于強堿弱酸鹽:Kh=Kw/Ka(Kw為該溫度下水的離子積,Ka為該條件下該弱酸根形成的弱酸的電離平衡常數(shù))
對于強酸弱堿鹽:Kh=Kw/Kb(Kw為該溫度下水的離子積,Kb為該條件下該弱堿根形成的弱堿的電離平衡常數(shù))
電離、水解方程式的書寫原則
1)、多元弱酸(多元弱酸鹽)的電離(水解)的書寫原則:分步書寫
注意:不管是水解還是電離,都決定于第一步,第二步一般相當(dāng)微弱。
2)、多元弱堿(多元弱堿鹽)的電離(水解)書寫原則:一步書寫
八、溶液中微粒濃度的大小比較
☆☆基本原則:抓住溶液中微粒濃度必須滿足的三種守恒關(guān)系:
①電荷守恒::任何溶液均顯電 中 性,各陽離子濃度與其所帶電荷數(shù)的乘積之和=各陰離子濃度與其所帶電荷數(shù)的乘積之和
②物料守恒:(即原子個數(shù)守恒或質(zhì)量守恒)
某原子的總量(或總濃度)=其以各種形式存在的所有微粒的量(或濃度)之和
③質(zhì)子守恒:即水電離出的H+濃度與OH-濃度相等。
九、難溶電解質(zhì)的溶解平衡
1、難溶電解質(zhì)的溶解平衡的一些常見知識
(1)溶解度 小于 0.01g的電解質(zhì)稱難溶電解質(zhì)。
(2)反應(yīng)后離子濃度降至1_10-5以下的反應(yīng)為完全反應(yīng)。如酸堿中和時[H+]降至10-7mol/L<10-5mol/L,故為完全反應(yīng),用“=”,常見的難溶物在水中的離子濃度均遠低于10-5mol/L,故均用“=”。
(3)難溶并非不溶,任何難溶物在水中均存在溶解平衡。
(4)掌握三種微溶物質(zhì):CaSO4、Ca(OH)2、Ag2SO4
(5)溶解平衡常為吸熱,但Ca(OH)2為放熱,升溫其溶解度減少。
(6)溶解平衡存在的前提是:必須存在沉淀,否則不存在平衡。
2、溶解平衡方程式的書寫
意在沉淀后用(s)標(biāo)明狀態(tài),并用“?”。如:Ag2S(s)? 2Ag+(aq)+S2-(aq)
3、沉淀生成的三種主要方式
(1)加沉淀劑法:Ksp越小(即沉淀越難溶),沉淀越完全;沉淀劑過量能使沉淀更完全。
(2)調(diào)pH值除某些易水解的金屬陽離子:如加MgO除去MgCl2溶液中FeCl3。
(3)氧化還原沉淀法:
(4)同離子效應(yīng)法
4、沉淀的溶解:
沉淀的溶解就是使溶解平衡正向移動。常采用的方法有:①酸堿;②氧化還原;③沉淀轉(zhuǎn)化。
5、沉淀的轉(zhuǎn)化:
溶解度大的生成溶解度小的,溶解度小的生成溶解度更小的。
如:AgNO3 →AgCl(白色沉淀)→ AgBr(淡黃色)→AgI (黃色)→ Ag2S(黑色)
6、溶度積(Ksp)
1)、定義:在一定條件下,難溶電解質(zhì)電解質(zhì)溶解成離子的速率等于離子重新結(jié)合成沉淀的速率,溶液中各離子的濃度保持不變的狀態(tài)。
2)、表達式:AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq)
Ksp= [c(An+)]m ?[c(Bm-)]n
3)、影響因素:
外因:①濃度:加水,平衡向溶解方向移動。
②溫度:升溫,多數(shù)平衡向溶解方向移動。
4)、溶度積規(guī)則
QC(離子積)>KSP 有沉淀析出
QC=KSP 平衡狀態(tài)
QC
第四章 電化學(xué)
1.原電池的工作原理及應(yīng)用
1.概念和反應(yīng)本質(zhì)
原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。
2.原電池的構(gòu)成條件
(1)一看反應(yīng):看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。
(2)二看兩電極:一般是活潑性不同的兩電極。
(3)三看是否形成閉合回路,形成閉合回路需三個條件:①電解質(zhì)溶液;②兩電極直接或間接接觸;③兩電極插入電解質(zhì)溶液中。
3.工作原理
以鋅銅原電池為例
(1)反應(yīng)原理
電極名稱 | 負極 | 正極 |
電極材料 | 鋅片 | 銅片 |
電極反應(yīng) | Zn-2e-===Zn2+ | Cu2++2e-===Cu |
反應(yīng)類型 | 氧化反應(yīng) | 還原反應(yīng) |
電子流向 | 由Zn片沿導(dǎo)線流向Cu片 | |
鹽橋中離子移向 | 鹽橋含飽和KCl溶液,K+移向正極,Cl-移向負極 |
(2)鹽橋的組成和作用
①鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。
②鹽橋的作用:a.連接內(nèi)電路,形成閉合回路;b.平衡電荷,使原電池不斷產(chǎn)生電流。
2.電解的原理
1.電解和電解池
(1)電解:在電流作用下,電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。
(2)電解池:電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。
(3)電解池的構(gòu)成
①有與電源相連的兩個電極。
②電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))。
③形成閉合回路。
2.電解池的工作原理
(1)電極名稱及電極反應(yīng)式(電解CuCl2溶液為例)
總反應(yīng)式:
(2)電子和離子的移動方向
①電子:從電源負極流出后,流向電解池陰極;從電解池的陽極流出后流向電源的正極。
②離子:陽離子移向電解池的陰極,陰離子移向電解池的陽極。
3.陰陽兩極上放電順序
(1)陰極:(與電極材料無關(guān))。氧化性強的先放電,放電順序:
(2)陽極:若是活性電極作陽極,則活性電極首先失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。
若是惰性電極作陽極,放電順序為
3.化學(xué)電源
1.日常生活中的三種電池
(1)堿性鋅錳干電池——一次電池
正極反應(yīng):2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-;
負極反應(yīng):Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;
總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。
(2)鋅銀電池——一次電池
負極反應(yīng):Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;
正極反應(yīng):Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-;
總反應(yīng):Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。
(3)二次電池(可充電電池)
鉛蓄電池是最常見的二次電池,負極材料是Pb,正極材料是PbO2。
①放電時的反應(yīng)
a.負極反應(yīng):Pb+SO42--2e-===PbSO4;
b.正極反應(yīng):PbO2+4H++SO42-+2e-===PbSO4+2H2O;
c.總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。
②充電時的反應(yīng)
a.陰極反應(yīng):PbSO4+2e-===Pb+SO42-;
b.陽極反應(yīng):PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO42-;
c.總反應(yīng):2PbSO4+2H2O電解=====Pb+PbO2+2H2SO4。
注 可充電電池的充、放電不能理解為可逆反應(yīng)。
2.“高效、環(huán)境友好”的燃料電池
氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,可分酸性和堿性兩種。
種類 | 酸性 | 堿性 |
負極反應(yīng)式 | 2H2-4e-===4H+ | 2H2+4OH--4e-===4H2O |
正極反應(yīng)式 | O2+4e-+4H+===2H2O | O2+2H2O+4e-===4OH- |
電池總反應(yīng)式 | 2H2+O2===2H2O | |
備注 | 燃料電池的電極不參與反應(yīng),有很強的催化活性,起導(dǎo)電作用 |
4.電解原理的應(yīng)用
1.氯堿工業(yè)
(1)電極反應(yīng)
陽極反應(yīng)式:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反應(yīng))
陰極反應(yīng)式:2H++2e-===H2↑(還原反應(yīng))
(2)總反應(yīng)方程式
2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(3)氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程圖
2.電鍍
下圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖,據(jù)此回答下列問題:
(1)鍍件作陰極,鍍層金屬銀作陽極。
(2)電解質(zhì)溶液是AgNO3溶液等含鍍層金屬陽離子的鹽溶液。
(3)電極反應(yīng):
陽極:Ag-e-===Ag+;
陰極:Ag++e-===Ag。
(4)特點:陽極溶解,陰極沉積,電鍍液的濃度不變。
3.電解精煉銅
(1)電極材料:陽極為粗銅;陰極為純銅。
(2)電解質(zhì)溶液:含Cu2+的鹽溶液。
(3)電極反應(yīng):
陽極:Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;
陰極:Cu2++2e-===Cu。
4.電冶金
利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶煉鈉
2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
電極反應(yīng):
陽極:2Cl--2e-===Cl2↑;陰極:2Na++2e-===2Na。
(2)冶煉鋁
2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
電極反應(yīng):
陽極:6O2--12e-===3O2↑;
陰極:4Al3++12e-===4Al。
5.金屬的腐蝕與防護
1.金屬腐蝕的本質(zhì)
金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。
2.金屬腐蝕的類型
(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕
類型 | 化學(xué)腐蝕 | 電化學(xué)腐蝕 |
條件 | 金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸 | 不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸 |
現(xiàn)象 | 無電流產(chǎn)生 | 有微弱電流產(chǎn)生 |
本質(zhì) | 金屬被氧化 | 較活潑金屬被氧化 |
聯(lián)系 | 兩者往往同時發(fā)生,電化學(xué)腐蝕更普遍 |
(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕
以鋼鐵的腐蝕為例進行分析:
類型 | 析氫腐蝕 | 吸氧腐蝕 |
條件 | 水膜酸性較強(pH≤4.3) | 水膜酸性很弱或呈中性 |
電極反應(yīng) | 負極 | Fe-2e-===Fe2+ |
正極 | 2H++2e-===H2↑ | O2+2H2O+4e-===4OH- |
總反應(yīng)式 | Fe+2H+===Fe2++H2↑ | 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 |
聯(lián)系 | 吸氧腐蝕更普遍 |
3.金屬的防護
(1)電化學(xué)防護
①犧牲陽極的陰極保護法—原電池原理
a.負極:比被保護金屬活潑的金屬;
b.正極:被保護的金屬設(shè)備。
②外加電流的陰極保護法—電解原理
a.陰極:被保護的金屬設(shè)備;
b.陽極:惰性金屬或石墨。
(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),如制成合金、不銹鋼等。
(3)加防護層,如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。
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