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- 2021-05-13 发布
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化学基本理论复习专题一
质量守恒定律 阿伏加德罗常数及定律
[知识规律总结]
一、质量守恒定律
1.内容
参加化学反应的物质的质量总和等于反应后生成的物质的质量总和。
2.实质
化学反应前后元素的种类和原子的个数不发生改变。
二、阿伏加德罗定律
1.内容
在同温同压下,同体积的气体含有相同的分子数。即“三同”定“一同”。
2.推论
(1)同温同压下,Vl/V2=nl/n2
(2)同温同体积时,p1/p2=n1/n2=N1/N2
(3)同温同压等质量时,V1/V2=M2/M1
(4)同温同压同体积时,
注意:
阿伏加德罗定律也适用于不反应的混合气体。
三、阿伏加德罗常数
物质的量是以阿伏加德罗常数来计量的,0.012kg碳-12所含的碳原子数就是阿伏加德罗常数(NA)。6.02×1023mol-1是它的近似值。
注意:
叙述或定义摩尔时一般用“阿伏加德罗常数”,在具体计算时常取6.02×1023mol-1。
[思维技巧点拔]
一、质量守恒定律的直接应用
[例1] 有一在空气里暴露过的KOH固体样品,经分析其含水7.65%,含K2CO3 4.32%。其余是KOH。若将ag样品放入b mL 1mol/L的盐酸中,使其充分作用后,多余酸用25.25mL c mol/L的KOH溶液恰好中和完全。蒸发所得溶液,得到固体质量的表达式中(单位g)( )
A.只含有a B.只含有b C.可能含有b D.一定有a、b和c
[解析]
本题如使用Cl原子守恒的方法可大大简化解题步骤。由题意,反应后溶液为KCl溶液,其中的Cl-来自盐酸,所以所得KCl固体的物质的量与HCl的物质的量相等,即为0.001bmol,质量为0.0745bg。如果解题时使用ag这个数据,也能获得答案,此时答案中也会含有b,请读者自行解答。
正确答案为:C。
[例2] 在一定条件下,16gA和22gB恰好反应生成C和4.5gD。在相同条件下,8gA和15gB反应可生成D和0.125molC.从上述事实可推知C的式量为 。
[解析]
根据质量守恒定律,当16gA与22gB恰好反应生成4.5gD的同时,生成C的质量应为16十22一4.5=33.5g,当8gA和15gB反应时,根据判断B是过量的,A与C的质量关系应是16:33.5=8:x,x=16.75g,M(C)=16.75g/0.125mol=134g/mol,即C的式量为134。
二、阿伏加德罗常数的直接应用
[例3] 下列说法正确的是(NA表示阿伏加德罗常数值)( )
A.标准状况下,以任意比例混合的甲烷和丙烷混合物22.4L,其所含有的分子数为NA
B.标准状况下,1L辛烷完全燃烧后,所生成气态产物的分子数为 NA
C.常温常压下,活泼金属从盐酸中置换出1molH2时发生转移的电子数为2NA
D.常温常压下,1mol氦气含有的核外电子数为4NA
[解析]
阿伏加德罗定律所述的气体包括混合气体。标准状况下,22.4L混合气体所含有的分子数为NA
,所以选项A正确。标准状况下。辛烷是液体,不能使用标准状况下气体的摩尔体积22.41/mol这一量,所以1L辛烷的物质的量不是1/22.4mol,选项B错误。每生成1molH2时必有2molH+获得2mol电子,即转移电子数为2NA,选项C正确。1个氦原子核外有2个电子,氦气是单原子分子,所以1mol氦气含有2mol电子,所以选项D错误。
正确答案为:AC。
三、阿伏加德罗定律与化学方程式计算的综台应用
[例4] 在一定条件下,有aLO2和O3的混合气体,当其中的O3全部转化为O2时,体积变为1.2aL,求原混合气中O2和O3的质量百分含量。
[解析]
由阿伏加德罗定律,结合化学方程式的意义可知,化学方程式中气体物质的化学计量数之比等于其体积比,所以此题实际是应用阿伏加德罗定律的题。
设混合气体中O3占xL,则O2为
四、阿伏加德罗定律与质量守恒定律的综合应用
[例5] 在某温度时,一定量的元素A的氢化物AH3在一定体积密闭容器中可完全分解成两种气态单质,此时压强增加了75%。则A单质的一个分子中有 个A原子,AH3分解反应的化学方程式为 。
[解折]
由阿伏加德罗定律的推论:相同温度和压强时,p1/p2=N1/N2得反应前后气体的分子数之比为1:1.75=
4:7,可理解为反应式左边气体和反应式右边气体系数之和的比为4:7,再按氢原子守恒不妨先将反应式写为4AH3=A( )十6H2,再由A原子守恒得A右下角的数字为4。
本题答案为:4,4AH3=A4十6H2。
五、阿伏加德罗定律与化学平衡的综合应用
[例6] 1体积SO2和3体积空气混合后,在450℃以上通过V2O5催化剂发生如下反应:2SO2(气)+O2(气) 2SO3(气),若在同温同压下测得反应前后混合气体的密度比为0.9:1。则反应掉的SO2是原有SO2的 %。
[解析]
由阿伏加德罗定律的推论可知: 体积。
设参加反应的SO2为x体积,由差量法
2:1=x:0.4解得x=0.8体积,所以反应掉的体积是原有 。
六、阿伏加德罗定律与热化学方程式的综合应用
[例7] 将4g甲烷和适量氧气混合后通入一密闭容器中,点燃使之恰好完全反应,待恢复到原温度后,测得反应前后压强分别为3.03×105Pa和1.01X105Pa,同时又测得反应共放出222.5kJ热量。试根据上述实验数据,写出该反应的热化学方程式。
[解析]
书写热化学方程式有两个注意事项:一是必须标明各物质的聚集状态,二是注明反应过程中的热效应。要写本题的热化学方程式,需要解决两个问题,一是水的状态,二是反应过程中对应的热效应。由阿伏加德罗定律的推论可知:
,根据甲烷燃烧反应的化学方程式可知,水在该状态下是液体(想一想,如为气体则反应前后的压强比应为多少?),因4g甲烷燃烧时放出222.5kJ热量,则1mol甲烷燃烧时放出的热量为 。
本题答案为:
专题二
氧化还原再打造
一.氧化还原反应中的有关判断
1.氧化还原反应、氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物的判断
氧化还原反应的实质是电子的转移,特征是反应前后元素的化合价发生了变化。我们判断某反应是否为氧化还原反应,可根据反应前后元素的化合价是否发生了变化这一特征。氧化还原反应中的概念一般是成对出现的,理清概念是解决问题的关键。
表2—1 氧化还原反应中反应物与生成物的关系
反应物
变化特点
生成物
还原剂
失、高、氧
氧化产物
氧化剂
得、低、还
还原产物
2.氧化性、还原性强弱的判断
(1)根据元素的化合价
若物质中元素具有最高价,则该元素只有氧化性;物质中元素具有最低价时,该元素只有还原性;物质中元素具有中间价时,该元素既有氧化性又有还原性。对于同一种元素,价态越高,其氧化性就越强;价态越低,其还原性就越强。
(2)根据氧化还原反应方程式
在同一氧化还原反应中,氧化性:氧化剂>氧化产物
还原性:还原剂>还原产物
氧化剂的氧化性越强,则其对应的还原产物的还原性就越弱;还原剂的还原性越强,则其对应的氧化产物的氧化性就越弱。
(3)根据金属活动性顺序表
在金属活动性顺序表中,金属的位置越靠前,其还原性就越强(铂金除外);金属的位置越靠后,其阳离子的氧化性就越强。
(4)根据元素周期表
同周期元素,随着核电荷数的递增,氧化性逐渐增强,还原性逐渐减弱。
同主族元素,随着核电荷数的递增,氧化性逐渐减弱,还原性逐渐增强。
(5)根据反应的难易程度
氧化还原反应越容易进行(表现为反应所需条件越简单),则氧化剂的氧化性和还原剂的还原性就越强。
(6)其它条件
一般溶液的酸性越强或温度越高,则氧化剂的氧化性和还原剂的还原性就越强,反之则越弱。
注意:
①氧化还原性的强弱只与该原子得失电子的难易程度有关,而与得失电子数目的多少无关。得电子能力越强,其氧化性就越强;而失电子能力越强,其还原性就越强。
②同一元素相邻价态间不发生氮化还原反应。
二、氧化还原反应方程式的配平
1.依据原则
在氧化还原反应中,元素得失电子的总数(或化合价升降的总数)相等。
2.配平方法
一标、二找、三定、四平、五查。(具体参见下面的例题)
思维技巧点拔
一、氧化性和还原性强弱的判断
[例1] 根据反应式:(1) ,(2) ,可判断离子的还原性从强到弱的顺序是
解析:
根据“氧化剂+还原剂=氧化产物+还原产物”中“氧化剂的氧化性>氧化产物,还原剂的还原性>还原产物”,根据⑴有还原性I->Fe2+,根据⑵有还原性Fe2+>Br-。
正确选项为:B。
[例2] G、Q、X、Y、Z均为氯的含氧化合物,我们不了解它们的分子式(或化学式),但知道它们在一定条件下具有如下的转换关系(未配平)
这五种化合物中氯元素的化合价由低到高的顺序为
[解析]
根据氧化还原反应的特征可知,氧化还原反应中元素化合价有升必有降。由(1)得化合价Q>G,因为该反应为歧化反应,G中氯元素的化合价必介于Q和-1价氯之间。同理由(3)结合(1)得化合价Q>Y>G,由(2)得化合价X>Q,由(4)结合(2)得化合价X>Z>Q。
正确答案为:B。
二、氧化还原反应方程式配平的常见题型
1.定项配平
[例3] 配平下列方程式,将系数填在空格内:
[解析]
分析反应前后Cl和P的化合价变化,每个氯原子由,化合价升高数为6,而每个P原子化合价由0变为+5,P4中4个P的原子降低数为20,由最小公倍数可得HClO3前的系数为10,P4前的系数为3,其它元素原子的系数使用观察法配平。配平的中间步骤可表示如下:
2.缺项配平
[例4] 完成并配平下列化学方程式:
解析:
比较反应式两边的原子或原子团可知,右边有18个离子,左边只有1个 离子,应在HCl前加18,再比较反应式两边H、O原子个数不等。可见未知生成物中含有氢、氧元素,未知物应为水,由原子个数守恒得系数为8。
本题答案为:
3.未知量配平
[例5] 由硫可得多硫化钠Na2Sx,x值一般为2~6,已知Na2Sx与NaClO反应的化学方程式如下:
试配平上述方程式,若某多硫化钠在反应中消耗的NaClO和NaOH的物质的量之比为2:1,试以求得的x值写出该多硫化钠的分子式_________。
[解析]
本题解答的关键必须正确标出Na2Sx中硫的化合价,由化合物中化合价的代数和等于零这一原则得硫的化合价为 。分析反应前后元素的化合价变化情况,硫元素由 升高到+6价,每个硫原子净升高级为,x个硫原子共升高6x+2,NaClO中氯元素的化合价由+1降到—1价,净降低数为2,根据最小公倍数可得Na2Sx前的系数为1,NaClO和NaCl前的系数为3x+1。
其它物质前面的系数使用观察法配平。
本题答案为:
根据“反应中消耗的NaClO和NaOH的物质的量之比为2:1”有,算出x=5。多硫化钠的化学式为Na2S5。
4.有机氧化还原反应方程式配平
[例6]
当KMnO4消耗0.05mol时,产生的CO2的体积为_______L(标准状况)。
[解析]
有机氧化还原反应方程式的配平与无机氧化还原反应方程式相似,关键是正确标定有机物中碳的化合价。为了方便地标出碳的化合物,在遇到有机物用结构简式表示时,一定要把它写成分子式。
根据最小公倍数,可得KMnO4和MnSO4前的系数为2,H2C2O4前的系数为5,其它使用观察法配平。配平后的反应式可得关系式2 KMnO4~10CO2,设产生CO2的体积为xL,由2:224=0.05:x解得x=5.6。
本题正确答案为:
三、有关氧化还原反应的计算
[例7] 一定条件下硝酸铵受热分析的未配平化学方程式为,在反应中被氧化与被还原的氮原子之比为( )
A.1:1 B.5:4 C.5:3 D.3:5
[解析]
本题使用电子守恒法解答比较简单,本反应的实质是中-3价氮和 中+5价氮归中变为N2中的0价氮。
N:-3→0 ↑3×5
N:+5→0 ↓5×3
由上可知,被氧化与被还原的氮原子个数比为5:3。
本题正确答案为:C。
高考名题赏析
例1:在两个容积相同的容器中,一个盛有HCl气体,另一个盛有H2和Cl2的混合气体。在同温同压下,两容器内的气体一定具有相同的( )
(A)原子数 (B)密度 (C)质量 (D)质子数
(2003年全国理综试题)
解析:
根据阿伏加德罗定律:同温同压同体积的气体具有相同的物质的量。则本题n(HCl)=n(H2)+n(Cl2),因为无论是H2、O2还是HCl均为双原子分子,所以在该条件下,两容器中一定具有相同的原子数,但由于H2与Cl2的体积比不定,故不能确定密度、质量和质子数是否相同。
综上分析,本题答案为:(A)。
例2:要配制浓度约为2mol·L—1NaOH溶液100mL,下面的操作正确的是( )
(A)称取8gNaOH固体,放入250mL烧杯中,用100mL量筒量取100mL蒸馏水,加入烧杯中,同时不断搅拌至固体溶解
(B)称取8gNaOH固体,放入100mL量筒中,边搅拌,边慢慢加入蒸馏水,待固体完全溶解后用蒸馏水稀释至100mL
(C)称取8g NaOH固体,放入100mL容量瓶中,加入适量蒸馏水,振荡容量瓶使固体溶解,再加水到刻度,盖好瓶塞,反复摇匀
(D)用100mL量筒量取40mL5mol·L—1NaOH溶液,倒入250mL烧杯中,再用同一量筒取60mL蒸馏水,不断搅拌下,慢慢倒入烧杯中
(2003年全国高考试题)
解析:
本题需要明确以下几点:
①溶质(NaOH)质量或浓溶液体积是否正确;
②NaOH固体溶于水放热,不能在量器(量筒和容量瓶)中溶解;
③粗略配制一定物质的量浓度的溶液不一定要严格按照:计算→称量→溶解→转移→洗涤→定容→摇匀的步骤在容量瓶中配制。
明确了上述几个问题,本题不难得出答案:(A)、(D)。
例3:若1.8g某金属跟足量盐酸充分反应,放出2.24L(标准状况)氢气,则该金属是( )
A.Al B.Mg C.Fe D.Zn
(2004全国老课程卷)
解析:
可设金属显+2价,则放出2.24LH2对应金属为0.1mol,所以金属的摩尔质量为18g/mol。
答案:A
例4:用NA表示阿伏加德罗常数,下列叙述中正确的是( )
A.0.1mol·L-1稀硫酸100mL中含有硫酸根个数为0.1NA
B.1molCH3+(碳正离子)中含有电子数为10NA
C.2.4g金属镁与足量的盐酸反应,转移电子数为 2NA
D.12.4g白磷中含有磷原子数为0.4NA
(2004北京理综)
答案:D
解析:
考查的知识点为“物质的量及物质的量浓度、粒子数目、氧化还原反应中得失电子数目”。
A:H2SO42H++SO42-c(SO42-)=0.1mol/L,V=0.1L。
∴n(SO42-)=0.1mol/L×0.1L=0.01mol0.01NA(A错);
B:CH3+1mol中含8mol电子,∴电子数应为8NA,(B错)
C:Mg+2H+→Mg2++H2↑转移电子
24g 2NA
2.4g 0.2NA(C错)
D:考查白磷的化学式P4,1mol P4中有4NA磷原子。12.4g相当于0.1mol P4
∴有0.4 NA磷原子(正确)。
例5:下列说法不正确的是 ( )
A.磷酸的摩尔质量与6.02×1023个磷酸分子的质量在数值上相等
B.6.02 ×1023个氮分子和6.02×1023个氢分子的质量比等于14:1
C.32 g氧气所含的原子数目为2×6.02×1023
D.常温常压下,0.5 ×6.02 ×1023个一氧化碳分子所占体积是11.2 L
(2004全国卷Ⅰ)
答案:D
解析:
常温常压不是标准状况,故气体摩尔体积不是22.4 L/mo1。
例6:代表阿伏加德罗常数值,下列说法正确的是( )
A.9g重水所含有的电子数为
B.1mol MgCl2中含有离子数为
C. 氯气与足量NaOH溶液反应转移的电子数为
D.1molC10H22分子中共价键总数为
(2004天津卷)
答案:D
解析:
1mol C10H22分子中有9mol C-C键,22mol C-H键,共有共价键31NA。
例7:阿伏加德罗常数约为6.02×1023mol-1。下列叙述中正确的是( )
A.标准状况下,2.24L苯中约含有3.612x1023个碳原子
B.常温常压下,氧气和臭氧的混合物16g中约含有6.02×1O23个氧原子
C.25℃时,1 L pH=13的氢氧化钠溶液中约含有6.02×l023个氢氧根离子
D.0.5mol CH4中约含有3.01×1024个电子
(2002江苏卷)
答案:BD
解析:
标况下苯不是气体,2.24L苯不是0.1mo1,故A项不正确;25℃时,1L pH=13的NaOH溶液含OH- 0.1mo1,约含有6.02×1022个OH-离子,故C项不正确;所以选B、D。
例8:等物质的量的N2、O2、CO2混合气体通过Na2O2后,体积变为原体积的(同温同压),这时混合气体中N2、O2、CO2物质的量之比为( )
A.3:4:1 B.3:3:2 C.6:7:3 D.6:9:10
(2004上海卷)
答案:A
解析:
由题给的体积变化可设原有9L气体,N2、O2、CO2三种气体各3L;由 可知,9体积N2、O2、CO2与Na2O2反应后变应为8体积,说明有2体积CO2反应,同时生成1体积O2,所以,反应后三种气体的体积比为,故选A。
例9:设NA为阿伏加德罗常数。下列叙述中正确的是 ( )
A.46g NO2和N2O4混合气体中含有原子数为3NA
B.标准状况下22.4 L H2中含中子数为2NA
C.1 L 1mol/L醋酸溶液中离子总数为2NA
D.1 mol Mg与足量O2或N2反应生成MgO或Mg3N2均失去2NA个电子
(2004上海卷)
答案:AD
解析:
H2的中子数为0,故B项不正确;醋酸为弱电解质,不完全电离,故C项不正确,所以选AD。
例10:久置空气中会发生颜色变化,但颜色变化不是由于跟氧气反应引起的物质是( )
A.过氧化钠固体 B.亚硫酸钠固体 C.硫酸业铁晶体 D.苯酚晶体
(2004老课程)
答案:A
解析:
Na2O2本身淡黄色,在空气中易与水和CO2反应生成白色的固体;Na2SO3本身无色,易被O2氧化生成硫酸钠; FeSO4·7H2O本身淡绿色,易被氧化成红褐色的+3铁的化合物;无色的苯酚易被氧化成粉色的物质。
例11:为确定下列置于空气中的物质是否变质,所选检验试剂(括号内物质)不能达到目的的是( )
A.Na2SO3溶液(BaCl2) B.FeCl2溶液(KSCN)
C.KI(淀粉溶液) D.HCHO溶液(石蕊试液)
(2004北京理综)
答案:A
解析:
A:Na2SO3在空气中变质成Na2SO4,用BaCl2检验其是否变质,不能达到目的,Na2SO3、Na2SO4与BaCl2反应均有白色沉淀产生。
B:FeCl2与KSCN无明显现象,当Fe2+→Fe3+后,溶液立即变血红色。
C:KI(淀粉溶液)中I-与淀粉溶液相遇无明显变化,但当I-→I2时溶液立即呈蓝色。
D:HCHO溶液氧化生成HCOOH,甲酸可使紫色石蕊变红,而甲醛与石蕊不作用。∴B、C、D中检验试剂均可达到目的。
例12:从矿物学资料查得,一定条件下自然界存在如下反应:
14CuSO4+5FeS2+12H2O====7Cu2S↓+5FeSO4+12H2SO4,下列说法正确的是( )
A.Cu2S既是氧化产物又是还原产物
B.5molFeS2发生反应,有10mol电子转移
C.产物中的SO42-离子有一部分是氧化产物
D.FeS2只作还原剂
(2004北京理综)
答案:C
解析:
考查的知识点是“氧化还原反应中氧化产物,还原产物,氧化剂还原剂概念的辨析,反应中电子转移数目的判断”。
14CuSO4+5FeS2+12H2O=7Cu2S↓+5FeSO4+12H2SO4,反应中 , 降低总数为21,显然还有,故反应后有17SO42-(+6价S),而反应前有14SO42-,可见Cu2S只是还原产物,5mol FeS2参加反应转移电子数为21mol ,部分SO42-为氧化产物,FeS2既是作氧化剂,又做还原剂,∴选项C为正确答案,此题有一定难度。
例13:在一定温度下,某无水盐R在水中溶解度为23g,向R的饱和溶液中加入该无水盐,保持温度不变,析出R的结晶水合物Wg,从原饱和溶液中析出溶质R的质量为( )
A. B.
C. D.
(2004天津理综)
答案:A
解析:
从原溶液中析出的溶液质量为(Wg-Bg),所以从原饱和溶液中析出溶质R的质量为:
例14:某化学反应的反应物和产物如下:
KMnO4 + KI+ H2SO4→ MnSO4 + I2 + KIO3 + K2SO4 + H2O
(1)该反应的氧化剂是 ____________。
(2)如果该反应方程式中I2和KIO3的系数都是5
①KMnO4的系数是________________
②在下面的化学式上标出电子转移的方向和数目
KMnO4+ KI+ H2SO4
(3)如果没有对该方程式中的某些系数作限定,可能的配平系数有许多组。原因是
________________________________________________________________。
(2004上海化学试卷)
答案:
(1) KMnO4
(2) ① 8 ②
(3) 该反应式含两种氧化产物,两者的比例和氧化剂的用量都可发生变化
解析:
根据化合价升降法配平,结合电子得失平衡原理加以分析即可。
点评:
本题考查基本理论部分中的氧化还原反应的配平,电子转移的表示方法及其电子得失平衡原理,侧重应用能力的考查。
例15:有三种不同质量比的氧化铜与炭粉的混合物样品①、②、③。甲、乙、丙三同学各取一种样品,加强热充分反应,测定各样品中氧化铜的量。
(1)甲取样品①强热,若所得固体为金属铜,将其置于足量的稀硝酸中微热,产生1.12L气体(标准状况),则样品①中氧化铜的质量为________g。
(2)乙取样品②ag强热,生成的气体不能使澄清的石灰水变浑浊。再将反应后的固体与足量的稀硝酸微热,充分反应后,有bg固体剩余,该剩余固体的化学式为 。样品②中氧化铜质量为 g(以含a、b的代数式表示)
(3)丙称量样品③强热后剩余的固体,质量比原样品减小了cg,若该固体为金属铜,则样品③中氧化铜物质的量(n)的取值范围为 。
(2004北京理综)
答案:
(1)6.0 (2)C ; (3)
解析:
①
比较简单 3CuO ~ 3Cu ~ 8HNO3 ~ 2NO
3×80 2×22.4
利用关系法: x=6.0g 1.12
②
∴设CuO为xg,C为a-x,则参加反应碳的质量为a-b-x,生成CO为重要信息不能忽视。
③
丙中的反应:
两个反应,耗碳量相同,但耗CuO的量不同,则生成Cu的量不同。但要认真审题,要求算氧化铜的物质的量;反应后固体质量全为铜,说明反应物均恰好反应完全。
若按反应①发生
若按反应②进行
∴丙中氧化铜的取值范围为
本题首先需要想到CuO+C的反应情况有2种,否则无法进行讨论。