化学自习室移动版

第一章化学反应的热效应

1、燃烧热中的生成指定产物：碳元素变为CO₂(g)，氢元素变为H₂O(l)，硫元素变为SO₂(g)，氮元素变为N₂(g)，磷元素变为P₂O₅(s)，卤族元素变为HX(g)等。

2、研究与实践：了解火箭推进剂

(1)液氢和液氧。

(2)混肼－50(肼和偏二甲肼的50/50重量份混合物)和四氧化二氮。

肼：N₂H₄。偏二甲肼：(CH₃)₂N－NH₂。

(3)RP－1高精炼煤油和液氧。

(4)肼和四氧化二氮。

3、最早研究反应热的是法国化学家拉瓦锡和法国数学家、天文学家拉普拉斯，他们利用冰量热计(即以被熔化了的冰的质量来计算热量)测定了碳单质的燃烧热。

第二章化学反应速率与化学平衡

1、飞秒化学

要跟踪和检测化学反应中某些寿命极短的中间体或过渡态，必须采用10^－15~10^－12s的时间分辨技术，这种对超快速化学反应的研究被形象地称为飞秒(FS，1FS=10^－15S)化学。

这些研究对了解化学反应机理、控制反应进程、充分利用物质和能源等非常重要。

2、研究与实践：汽车尾气及治理

(1)尾气的成分及其危害

固体悬浮颗粒：引起呼吸系统疾病，甚至激发恶性肿瘤。

一氧化碳：削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统。

氮氧化物：对呼吸系统有危害。

碳氢化合物：与氮氧化物形成光化学烟雾，引起眼睛红肿和喉炎。

铅：铅是有毒的重金属元素，积累中毒，可引发心血管系统疾病，并影响肝、肾等重要器官及神经系统。

二氧化硫：对呼吸系统有危害。还容易形成酸雨。

二氧化碳：造成温室效应。

(2)通过多种途径了解尾气的治理。

①我国汽车尾气的排放标准：2023年7月1日起全国实施的国六排放标准6B。

②汽车尾气三元催化转化技术

三元催化器，汽车排气系统中的机外净化装置，将汽车尾气排出的CO、HC(碳氢化合物)和NO_x等转变为二氧化碳、水和氮气。

③柴油汽车的选择性催化还原(ScR)技术

选择性催化还原法是指柴油汽车尾气在催化剂的作用下，利用还原剂(如尿素)与烟气中的NOX生成N₂和H₂O。

3、1898年，德国的弗兰克和卡罗研究出了氮气与碳化钙(CaC₂)、水蒸气反应制备氨的方法。

CaC₂＋N₂=Δ=CaCN₂＋C (CaCN₂氰氨基化钙)

CaCN₂＋3H₂O=CaCO₃＋2NH₃↑

4、1908年，德国化学家哈伯申请了循环法合成氨的专利。主要包括以下过程：气体通过高温催化剂；低温除氨后再次循环，通过高温催化剂；全过程在一定压强下进行；进出催化剂床的冷、热气体进行热交换；用蒸发成品氨来冷却离开催化剂的气体。1909年申报了高压专利，以及用锇作催化剂和用铀－碳化铀作催化剂的专利。

5、德国化学家博施进行工业化生产试验。所面临的问题有

(1)设计获得大量廉价原料气体的方法：采用水煤气(主要成分为H₂和CO)作为氢气的来源；氮气由液化空气分离法提供。

(2)寻找高效、稳定的催化剂：最后筛选出了合成氨工业用催化剂：铁系催化剂。

(3)开发适合高温、高压下的合成设备：找到了用熟铁作衬里的办法。

哈伯完成了合成氨的基础开发工作，博施实现了合成氨的工业化，这种合成氨的工业方法被称为“哈伯－博施法”。

6、羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂，能防止某些害虫和真菌的危害。制取方法如下：

CO(g)＋H₂S(g)⇌COs(g)＋H₂(g)

第三章水溶液中的离子反应与平衡

1、盐类水解的应用：

(1)用Na₂CO₃溶液清洗油污时，加热可以增强去污效果，原因就在于升温可以促进Na₂CO₃的水解，使溶液中c(OH^－)增大。

(2)在实验室中配制FeCl₃溶液时，常将FeCl₃晶体溶于较浓的盐酸中，然后加水稀释到所需的浓度，目的就是通过增大溶液中H^＋的浓度来抑制FeCl₃的水解。

(3)人们常用可溶性的铝盐、铁盐作净水剂，就是利用Al^3＋、Fe^3＋的水解。Al^3＋水解生成的Al(OH)₃胶体、Fe^3＋水解生成的Fe(OH)₃胶体可以使水中细小的悬浮颗粒聚集成较大的颗粒而沉降，从而除去水中的悬浮物，起到净水的作用。

(4)如果盐的水解程度很大，则可用于无机化合物的制备。例如，用TiCl₄制备TiO₂的反应可表示如下：在制备时加入大量的水，同时加热，促使水解趋于完全，所得TiO₂·xH₂O经焙烧得到TiO₂(类似的方法也可用于制备SnO、SnO₂等)。TiO₂的化学性质非常稳定，是一种白色颜料，广泛用于涂料、橡胶和造纸等工业。

2、明矾［化学式为KAl(SO₄)₂·12H₂O］溶液呈酸性，原因是Al^3＋水解，Al^3＋＋3H₂O⇌Al(OH)₃＋3H^＋。

3、在实验室配制Na₂S溶液时，常滴加几滴NaOH溶液。

4、草木灰与铵态氮肥不能混合施用，其原因是草木灰中的K₂CO₃水解显碱性，铵态氮肥水解显酸性，混合施用相互促进水解，造成铵态氮肥生成氨气挥发，降低肥效。

5、Sb₂O₃(三氧化二锑)可用作白色颜料和阻燃剂等。在实验室中可利用SbCl₃的水解反应制取Sb₂O₃(SbCl₃的水解分三步进行，中间产物有SbOCl等)，其总反应可表示为：2SbCl₃＋3H₂O⇌Sb₂O₃＋6HCl

为了得到较多的Sb₂O₃，操作时要将SbCl₃缓慢加入大量水中，反应后期还要加入少量氨水。

6、SOCl₂(亚硫酰氯)是一种液态化合物，沸点为77°C。

(1)SOCl₂与水反应的化学方程式为SOCl₂＋H₂O=SO₂↑＋2HCl↑。

(2)将AlCl₃溶液蒸干并灼烧得不到无水AlCl₃，而将SOCl₂与AlCl₃·6H₂O混合并加热，可得到无水AlCl₃，原因是AlCl₃·6H₂O中分解出来的结晶水，与SOCl₂反应生成HCl，抑制了AlCl₃的水解。

7、锅炉除水垢：为了除去水垢中的CaSO₄，可先用Na₂CO₃溶液处理，使CaSO₄转化为疏松、易溶于酸的CaCO₃，然后用酸除去。

8、各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成CuSO₄溶液，并向深部渗透，遇到深层的闪锌矿(Zns)和方铅矿(PbS)，便慢慢地使它们转化为铜蓝(CuS)。

9、氟化物预防龋齿的化学原理

牙齿表面的釉质层的主要成分是难溶的羟基磷灰石［Ca₅(PO₄)₃OH］。

口腔中的细菌在分解食物的过程中会产生有机酸。有机酸产生的H^＋使羟基磷灰石溶解：Ca₅(PO₄)₃OH＋4H^＋=5Ca^2＋＋3HPO₄^2－＋H₂O。

在牙膏中添加氟化物，能预防龋齿。氟离子能与羟基磷灰石发生反应，生成氟磷灰石［Ca₅(PO₄)₃F］：Ca₅(PO₄)₃OH(s)＋F^－(aq)=Ca₅(PO₄)₃F(s)＋OH^－(aq)。氟磷灰石的溶解度比羟基磷灰石的小，更能抵抗酸的侵蚀。氟离子还能抑制口腔细菌产生酸。

添入牙膏中的氟化物有一氟磷酸钠(Na₂PO₃F)、氟化钠(NaF)和氟化锶(SrF₂)等。

高氟地区的人群、6岁以下的儿童等不宜使用含氟牙膏。

10、研究与实践：了解水处理过程中的化学原理

(1)水的硬度以及常用的硬水软化的方法

①碳酸盐硬度(暂时硬度)：主要是由钙、镁的碳酸氢盐[Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂]所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度。

碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去。

②非碳酸盐硬度(永久硬度)：主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。

这类硬度不能用加热分解的方法除去。

反渗透法能够实现降低水中各种离子，实现硬度的降低。

(2)工业锅炉水垢的主要成分、危害、处理方法

工业锅炉水垢的主要成分是CaCO₃、Mg(OH)₂、CaSO₄、MgCO₃等。

危害：硬垢导热性差，浪费燃料或电力。硬垢热胀冷缩和受力不均，增加锅炉爆裂甚至爆炸的危险性。硬垢会附着重金属离子。

处理方式：用酸溶解。

11、在化学分析中，以AgNO₃标准溶液滴定溶液中的Cl^－时，采用K₂CrO₄为指示剂，利用Ag^＋与CrO₄^2－反应生成砖红色沉淀指示滴定终点。

第四章化学反应与电能

1、锂离子电池

(1)是一种二次电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li^＋在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li^＋从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

(2)锂离子电池构造是把锂离子嵌入碳(石油焦炭和石墨)中形成负极。正极材料常用Li_xCOO₂，也用Li_xNiO₂和Li_xMn₂O₄等，电解液用LiPF₆＋二甲基碳酸酯(DMC)等。

(3)一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨，正极材料为LiCOO₂(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF₆(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)。该电池放电时的反应原理可表示如下。

负极：LixC_y－xe^-=xLi^＋＋C_y

正极：Li_1－xCoO₂＋xLi^＋＋xe^-=LiCoO₂

总反应可表示为：LixC_y＋Li_1－xCoO₂=LiCoO₂＋C_y

(4)注意：锂离子电池不是锂电池。锂电池的负极为金属锂，锂离子电池的负极为石油焦炭和石墨。锂离子电池的反应温和，危险性低。

2、历史上第一个化学电源

1789年，意大利生理学家伽法尼发现挂铜钩的蛙腿接触铁栏杆就会抽搐。他认为这是“动物电”。

意大利物理学家伏打认为肌肉收缩可能是受到了电刺激。

伏打在1792~1796年发现只要两种不同的金属接触，中间隔着湿的硬纸等，都会起电。

伏打设计了一种能检验电量的验电器。

1799年，伏打研制了能维持一定电流的电堆。这种电堆能为科研、生产提供稳恒电源。

3、普通锌锰电池：

Zn＋2NH₄Cl＋2MnO₂=Zn(NH₃)₂Cl₂＋2MnO(OH)

负极：Zn＋2NH₃－2e^-=[Zn(NH₃)₂]^2＋

正极：2MnO₂＋2e^-＋2NH₄^＋= 2MnO(OH)＋2NH₃

4、电解与元素的发现

5、电有机合成己二腈

阳极：H₂O－2e^-=1/2O₂↑＋2H^＋

阴极：2CH₂=CCN＋2H^＋＋2e^-=C(CH₂)₄CN

总反应：2CH₂=CCN＋H₂O→电解→c(CH₂)₄CN＋1/2O₂↑

6、用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr₂O₇^2－)时，以铁板作阴、阳极，电级反应为：

阳极：Fe－2e^-=Fe^2＋

阴极：2H₂O＋2e^-=H₂↑＋2OH^－

处理过程中还发生反应：

Cr₂O₇^2－＋6Fe^2＋＋14H^＋=2Cr^3＋＋6Fe^3＋＋7H₂O，最后Cr^3＋以Cr(OH)₃，Fe^3＋以Fe(OH)₃形式除去。

7、白铁皮：薄钢板表面镀上一层锌。马口铁：薄钢板表面镀上一层锡。

发蓝处理：用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理(生成一层致密的四氧化三铁薄膜)。

8、黄铜：铜锌合金。白铜：铜镍合金。青铜：原指铜锡合金，后来除黄铜﹑白铜以外的铜合金均称青铜。

9、锌银纽扣电池的总反应：Zn＋Ag₂O=ZnO＋2Ag(碱性电池KOH为电解质)

10、一种用于心脏起搏器的微型电池的电极材料是石墨和锂，电解质溶液为等物质的量的LiCl、AlCl₃溶解在SOCl₂中形成的溶液。这种电池的总反应为

8L i＋3SOCl₂=6L iCl＋Li₂SO₃＋2S。

11、研究与实践：暖贴的设计与制作

暖贴的使用原料：铁粉、活性炭、蛭石、无机盐和水等。

暖贴的发热原理：电化学的氧化还原反应。

负极：Fe－2e^-=Fe^2＋

正极：O₂＋2H₂O＋4e^-=4OH^－

总反应：2Fe＋O₂＋2H₂O=2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂＋2H₂O＋O₂=4Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃=Fe₂O₃＋3H₂O

当撕开明胶层后，空气中的氧气进入与铁粉发生氧化反应，铁粉被氧化后就会释放出热量。其中，活性炭可以吸附空气中的水分，保证氧化过程顺利进行，同时还可以使热量均匀散发。蛭石则是一种防火材料，具有保温的作用，它和活性炭一起将铁粉散开，避免暖贴发热太快而导致灼伤。无机盐和水则作为催化剂，可以促使铁粉更快地氧化，加快热量的释放。