高考化学创新复习知识组块三三个守恒原则.docx
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高考化学创新复习知识组块三三个守恒原则
知识组块三三个守恒原则
命题点
1.熟悉常见元素的化合价。
能根据化合价正确书写化学式(分子式),或根据化学式判断化合价;
2.了解原子构成。
了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系;
3.了解原子结构示意图、分子式、结构式和结构简式的表示方法;
4.能正确书写化学方程式和离子方程式,并能进行有关计算;
5.了解原电池和电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式;
6.了解电解质在水溶液中的电离,以及电解质溶液的导电性;
7.离子浓度大小比较,熟悉溶液中的三个守恒:
电荷守恒、物料守恒和质子守恒及其应用。
关联点
质量守恒、电子守恒、电荷守恒是三个非常重要的原则,在复杂的问题分析及计算中经常使用。
它们之间是一个什么样的关系呢?
下面我们从另一问题入手。
电荷为零的物体或系统称之为电中性,即不显电性,我们把这个涉及物质电现象的基本原则称为电中性原则。
在初中化学,我们就学习了原子结构的内容,原子是由原子核和核外电子构成。
原子核由质子和中子构成的,一个质子带一个单位的正电,中子不带电,电子带一个单位的负电,又由于一个原子中质子数等于核外电子数,所以原子呈电中性。
从微观的角度看,物质是由原子构成的,尽管原子间有电子得失或电子对的偏移,但也呈电中性。
由此推衍一个体系(如溶液,或一个化学反应体系),也是呈电中性。
看下面的例子:
H2Cl2
化学方程式:
2HCl+Fe=FeCl2+H2↑
离子方程式:
2H++Fe=Fe2++H2↑
以上图示中被圈定的部分均呈电中性,但离子方程式左端带两个单位正电,是因为去掉两个Cl-。
左右同时两端去掉相同个数的Cl-,由此产生一个新的原则——电荷守恒原则,依照化学方程式的质量守恒、电子守恒,一个氧化还原反应型的离子方程式要遵循三个守恒原则。
因此电中性原则是质量守恒、电子守恒、电荷守恒的基础,它们之间关系如下图:
电荷守恒
电中性原则原子物质体系
质量守恒电子守恒
基础派生
另外,需要注意的是电中性与溶液呈中性是有区别的,后者指溶液中H+与OH-的浓度相等。
设问点
1.配平依据是什么?
对于化学方程式,非氧化还原反应根据质量守恒来配平,氧化还原反应依据电子守恒来配平;对于离方程式中,非氧化还原反应先后根据电荷守恒、质量守恒来配平,氧化还原反应先后根据电子守恒、电荷守恒、质量守恒来配平;对于能通过观察法配平的方程式,要用三个守恒再检验一下,确保无误。
2.电荷守恒在离子反应定量推断试题中如何应用?
解与离子反应有关的定量推断类试题,需要掌握定量推断最后一种离子存在的方法:
如果多种离子共存,且只有一种离子的物质的量未知,可以用电荷守恒来确定最后一种离子是否存在,即阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数。
3.如何利用三个守恒原则比较离子浓度大小?
研究电解质溶液时也有三个守恒,即电荷守恒、物料守恒、质子守恒。
电荷守恒就是上面谈到电荷守恒;物料守恒是质量守恒的变形,是原子或离子之间存在特殊的数量关系;质子守恒是从溶剂(一般指水)角度重新考虑H+和OH-的关系。
(1)电荷守恒
如NaHCO3溶液中:
n(Na+)+n(H+)=n(HCO
)+2n(CO
)+n(OH-)推出:
c(Na+)+c(H+)=c(HCO
)+2c(CO
)+c(OH-)。
(2)物料守恒
电解质溶液中由于电离或水解因素,离子会发生变化变成其他离子或分子等,但离子或分子中某种特定元素的原子的总数是不会改变的。
如NaHCO3溶液中n(Na+)∶n(C)=1∶1,推出:
c(Na+)=c(HCO
)+c(CO
)+c(H2CO3)。
(3)质子守恒
质子守恒是指电解质溶液中粒子电离出的H+数等于接受的H+数加上游离的H+数。
如Na2S水溶液中质子守恒式可表示为:
c(H3O+)+2c(H2S)+c(HS-)=c(OH-)或c(H+)+2c(H2S)+c(HS-)=c(OH-)。
质子守恒的关系式也可以由电荷守恒与物料守恒推导得到。
离子浓度大小比较蕴含在守恒体系之中,如在NH4Cl溶液中,电荷守恒的关系式为c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),据盐类水解知识可知该溶液呈弱酸性,c(H+)>c(OH-),则c(NH4+)<c(Cl-)。
4.如何计算转移电子数?
在一个氧化还原反应中,有的元素化合价的升高,也有化合价降低的元素,元素化合价升高是因为失去电子或电子对偏离,降低是因为得到电子或电子对偏向,化合价升高数等于化合价降低数。
所以,氧化剂得到电子的数目或还原剂失去的电子数即为转移电子数。
(1)1mol物质完全反应转移电子数的计算
1mol物质完全反应转移电子数列举
分类
转移电子数
实例
非金属单质
Cl2
NA
Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
2NA
Cl2+H2
2HCl
N2
4NA
N2+O2
2NO
6NA
N2+3H2
2NH3
O2
2NA
O2+2Na
Na2O2
4NA
2O2+3Fe
Fe3O4
S
2NA
S+H2
H2S
4NA
S+O2
SO2
F2
2NA
F2+H2=2HF
C
2NA
2C+SiO2
Si+2CO
4NA
C+O2(足量)
CO2
H2
2NA
H2+2Na=2NaH
2NA
2H2+O2
2H2O
金属单质
Na
NA
4Na+O2=2Na2O
Al
3NA
2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe
Fe
2NA
S+Fe
FeS
3NA
3Cl2+2Fe
2FeCl3
Cu
NA
2Cu+S
Cu2S
2NA
2Cu+O2
2CuO
因此,1mol物质完全反应转移电子数,不能简单看物质的外层电子数,一定要视具体的反应来确定。
(2)利用价态变化规律来确定转移电子数
例如:
在H2S+H2SO4(浓)=S↓+SO2↑+2H2O反应中,H2S做还原剂,H2SO4做氧化剂,S是氧化产物,SO2是还原产物,所以转移电子数为2e-。
还有KClO3+6HCl(浓)=KCl+Cl2↑+3H2O,Cl2既是氧化产物也是还原产物,所以转移电子数为5e-。
(3)多种氧化剂与一种还原剂反应或多种还原剂与一种氧化剂反应时,如FeS+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+S↓+2H2O,FeS中Fe和S均失电子,此时HNO3做氧化剂,只要计算出得到的电子数即为该反应转移的电子数,此反应转移电子数为3e-。
(4)对于多步连续进行的氧化还原反应,只要中间各步反应过程中电子无损耗,可讲各步转移电子数相加。
(5)在电学问题中,根据电子守恒计算:
阴阳两极转移的电子的物质的量相等,若多个电解池串联,则每个电极转移的电子的物质的量相等。
根据电极反应式或电解反应式进行相关计算:
注意混合溶液的电解要分清阶段,理清两极电解过程的电子守恒。
根据关系式计算:
借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁,建立计算所需的关系。
5.如何判断羧酸与醇的酯化反应中物质的特征?
例.把9.0g乙二酸和某二元醇混合,在一定条件下完全酯化,生成Wg环酯和3.6g水,则该醇的相对分子质量可以表示为。
解析:
已知乙二酸和某二元醇,在一定条件下酯化生成环酯,所以,1mol乙二酸和1mol该二元醇酯化时一定脱去2molH2O,设二元醇式量为M,质量为X。
即:
乙二酸+二元醇→环酯+2H2O
M 36g
9.0g X Wg 3.6g
由质量守恒定律可知:
9.0+X=W+3.6,则X=(W-5.4)g,那么,由化学方程式的比例关系可知二元醇的物质的量为0.1mol,二元醇式量M=(W-5.4)/0.1=10W-54。
集训点
一、单项选择题(每个小题只有一个正确选项)
1.2012·课标全国卷]已知温度T时水的离子积常数为KW,该温度下,将浓度为amol·L-1的一元酸HA与bmol·L-1的一元碱BOH等体积混合,可判定该溶液呈中性的依据是( )
A.a=b
B.混合溶液的pH=7
C.混合溶液中,c(H+)=
mol·L-1
D.混合溶液中,c(H+)+c(B+)=c(OH-)+c(A-)
2.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO
)=6mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4L气体(标准状况),假设电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液c(K+)为2mol·L-1B.上述电解过程中共转移2mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.5molD.电解后溶液中c(H+)为2mol·L-1
3.在标准状况下将1.92g铜粉投入一定量浓HNO3中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12L,则混合气体中NO的体积为( )
A.112mL B.1008mLC.224mLD.448mL
4.银锌碱性蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。
电池放电时的反应原理是Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2。
现用该蓄电池电解含有0.04molCuSO4和0.04molNaCl的混合溶液400mL,工作一段时间后测得蓄电池消耗了0.72gH2O(电解池的电极均为惰性电极)。
下列叙述不正确的是( )
A.该电池正极反应为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
B.阳极产生的气体在标准状况下为0.448L
C.阴极析出铜为2.56g
D.电解后溶液的pH=1(溶液的体积变化忽略不计)
5.下列溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是( )
A.25℃时,pH=7的NH4Cl与NH3·H2O的混合溶液:
c(H+)=c(OH-)=c(NH
)=c(Cl-)
B.0.1mol/LNa2S溶液:
c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+c(H2S)
C.25℃时,pH=2的HCOOH与pH=12的NaOH等体积混合:
c(HCOO-)+c(H+)D.0.1mol/LNa2CO3溶液与0.1mol/LNaHCO3溶液等体积混合:
3c(CO32-)+3c(HCO3-)+3c(H2CO3)=2c(Na+)
6.水溶液X中只可能溶有K+、Mg2+、Al3+、AlO2-、SiO32-、SO32-、CO32-、SO42-中的若干种离子。
某同学对该溶液进行了如下实验:
下列判断正确的是( )
A.气体甲一定是纯净物B.沉淀甲是硅酸和硅酸镁的混合物
C.K+、AlO2-和SiO32-一定存在于溶液X中D.CO32-和SO42-一定不存在于溶液X中
7.2014·四川卷]设NA为阿伏伽德罗常数的值。
下列说法正确的是( )
A.高温下,0.2molFe与足量水蒸气反应,生成的H2分子数目为0.3NA
B.室温下,1LpH=13的NaOH溶液中,由水电离的OH-数目为0.1NA
C.氢氧燃料电池正极消耗22.4L(标准状况)气体时,电路中通过的电子数目为2NA
D.5NH4NO3
2HNO3+4N2↑+9H2O反应中,生成28gN2时,转移的电子数目为3.75NA
8.2015·安徽卷,13]25℃时,在10mL浓度均为0.1m