考點35膠體
1.復習重點
1.掌握溶液、懸濁液、乳濁液、膠體的概念,區(qū)別及鑒別它們的方法;
2.掌握膠體的本質(zhì)特征及性質(zhì);
3.了解Fe(OH)3、AgI、硅酸溶膠的制備方法;
4.掌握膠體的凝聚方法
2.難點聚焦
(一)分散系的概念、種類
1、分散系:由一種物質(zhì)(或幾種物質(zhì))以粒子形式分散到另一種物質(zhì)里所形成的混合物。分散系中分散成粒子的物質(zhì)叫做分散質(zhì);另一種物質(zhì)叫分散劑。
2、分散系的種類及其比較:
根據(jù)分散質(zhì)微粒的大小,分散系可分為溶液、膠體和濁液(懸濁液和乳濁液)。由于其分散質(zhì)微粒的大小不同,從而導致某些性質(zhì)的差異,F(xiàn)將它們的比較如下:
分散系
溶液
膠體
懸濁液、乳濁液
微粒直徑
小于1nm
1nm―100nm
大于100nm
外觀
均一透明
多數(shù)均一透明
不均一、不透明
分散質(zhì)微粒組成
單個分子或離子
許多離子、分子的集合體,或高分子
巨大數(shù)量分子或離子的集合體
能否透過濾紙
能
能
懸濁液不能
能否透過半透膜
能
不能
不能
實例
食鹽水,碘酒
Fe(OH)3膠體、淀粉膠體
泥水、牛奶
考點34酸堿中和滴定
1.復習重點
1、 理解中和滴定的基本原理
2、 掌握滴定的正確步驟,了解所用儀器的結(jié)構(gòu)(兩種滴定管)。
3、 理解指示劑的選用原則和終點顏色變化判定。
4、 學會誤差分析及成因
2.難點聚焦
考點33鹽類的水解
1.復習重點
1.鹽類的水解原理及其應用
2.溶液中微粒間的相互關系及守恒原理
2.難點聚焦
(一) 鹽的水解實質(zhì)
H2O H++OH―
AB== Bn― + An+
HB(n―1)― A(OH)n
當鹽AB能電離出弱酸陰離子(Bn―)或弱堿陽離子(An+),即可與水電離出的H+或OH―結(jié)合成電解質(zhì)分子,從而促進水進一步電離.
與中和反應的關系:
鹽+水 酸+堿(兩者至少有一為弱)
由此可知,鹽的水解為中和反應的逆反應,但一般認為中和反應程度大,大多認為是完全以應,但鹽類的水解程度小得多,故為萬逆反應,真正發(fā)生水解的離子僅占極小比例。
(二)水解規(guī)律
簡述為:有弱才水解,無弱不水解
越弱越水解,弱弱都水解
誰強顯誰性,等強顯中性
具體為:
1.正鹽溶液
①強酸弱堿鹽呈酸性
②強堿弱酸鹽呈堿性
③強酸強堿鹽呈中性
④弱酸堿鹽不一定
如 NH4CN CH3CO2NH4 NH4F
堿性 中性 酸性
取決于弱酸弱堿 相對強弱
2.酸式鹽
①若只有電離而無水解,則呈酸性(如NaHSO4)
②若既有電離又有水解,取決于兩者相對大小
電離程度>水解程度,呈酸性
電離程度<水解程度,呈堿性
強堿弱酸式鹽的電離和水解.
a) 以HmAn―表示弱酸酸式鹽陰離子的電離和水解平衡.
Hm+
抑制水解 抑制電離
增大[OH―] 促進電離 促進水離 [H+]增大
僅能存在于一定pH值范圍
如H3PO4及其三種陰離子隨溶液pH變化可相互轉(zhuǎn)化:
pH值增大
H3PO4 H2PO4― HPO42― PO43―
pH減小
③常見酸式鹽溶液的酸堿性
堿性:NaHCO3、NaHS、Na2HPO4、NaHS.
酸性:NaHSO3、NaH2PO4、NaHSO4
(三)影響水解的因素
內(nèi)因:鹽的本性.
外因:濃度、濕度、溶液堿性的變化
(1)溫度不變,濃度越小,水解程度越大.
(2)濃度不變,濕度越高,水解程度 越大.
(3)改變?nèi)芤旱膒H值,可抑制或促進水解。
(四)比較外因?qū)θ蹼娊赓|(zhì)電離和鹽水解的影響.
HA H++A――Q A―+H2O HA+OH――Q
溫度(T)T↑→α↑ T↑→h↑
加水 平衡正移,α↑ 促進水解,h↑
增大[H+] 抑制電離,α↑ 促進水解,h↑
增大[OH―]促進電離,α↑ 抑制水解,h↑
增大[A―] 抑制電離,α↑ 水解程度,h↑
注:α―電離程度 h―水解程度
思考:①弱酸的電離和弱酸根離子的水解互為可逆嗎?
②在CH3COOH和CH3COONO2的溶液中分別加入少量冰醋酸,對CH3COOH電離程度 和CH3COO―水解程度各有何影響?
(五)鹽類水解原理的應用
1.判斷或解釋鹽溶液的酸堿性
例如:①正鹽KX、KY、KZ的溶液物質(zhì)的量濃度相同,其pH值分別為7、8、9,則HX、HY、HZ的酸性強弱的順序是________________
②相同條件下,測得①NaHCO3 ②CH3COONa ③NaAlO2三種溶液的pH值相同。那實驗么它們的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序是_______________.
因為電離程度CH3COOH>HAlO2所以水解程度NaAlO2>NaHCO3>CH3COON2在相同條件下,要使三種溶液pH值相同,只有濃度②>①>③
2.分析鹽溶液中微粒種類.
例如 Na2S和NaHS溶液溶液含有的微粒種類相同,它們是Na+、S2―、HS―、H2S、OH―、H+、H2O,但微粒濃度大小關系不同.
3.比較鹽溶液中離子濃度間的大小關系.
(1)一種鹽溶液中各種離子濃度相對大小
①當鹽中陰、陽離子等價時
[不水解離子] >[水解的離子] >[水解后呈某性的離子(如H+或OH―)] >[顯性對應離子如OH―或H+]
實例:aCH3COONa. bNH4Cl
a.[Na+]>[CH3COO―] >[OH―] >[H+]
b.[Cl―] >[NH4+]>[OH―]
②當鹽中陰、陽離子不等價時。
要考慮是否水解,水解分幾步,如多元弱酸根的水解,則是“幾價分幾步,為主第一步”,實例Na2S水解分二步
S2―+H2O HS―+OH―(主要)
HS―+H2O H2S+OH―(次要)
各種離子濃度大小順序為:
[Na+]>[S2―] >[OH―] >[HS―] >[H+]
(2)兩種電解質(zhì)溶液混合后各種離子濃度的相對大小.
①若酸與堿恰好完全以應,則相當于一種鹽溶液.
②若酸與堿反應后尚有弱酸或弱堿剩余,則一般弱電解質(zhì)的電離程度>鹽的水解程度.
4.溶液中各種微粒濃度之間的關系
以Na2S水溶液為例來研究
(1)寫出溶液中的各種微粒
陽離子:Na+、H+
陰離子:S2―、HS―、OH―
(2)利用守恒原理列出相關方程.
10電荷守恒:
[Na+]+[H+]=2[S2―]+[HS―]+[OH―]
20物料守恒:
Na2S=2Na++S2―
若S2―已發(fā)生部分水解,S原子以三種微粒存在于溶液中。[S2―]、[HS―],根據(jù)S原子守恒及Na+的關系可得.
[Na+]=2[S2―]+2[HS―]+2[H2S]
30質(zhì)子守恒
H2O H++OH―
由H2O電離出的[H+]=[OH―],水電離出的H+部分被S2―結(jié)合成為HS―、H2S,根據(jù)H+(質(zhì)子)守恒,可得方程:
[OH―]=[H+]+[HS―]+2[H2S]
想一想:若將Na2S改為NaHS溶液,三大守恒的關系式與Na2S對應的是否相同?為什么?
提示:由于兩種溶液中微粒種類相同,所以陰、陽離子間的電荷守恒方程及質(zhì)子守恒是一致的。但物料守恒方程不同,這與其鹽的組成有關,若NaHS只考慮鹽本身的電離而不考慮HS―的進一步電離和水解,則[Na+]=[HS―],但不考慮是不合理的。正確的關系為[Na+]=[HS―]+[S2―]+[H2S]
小結(jié):溶液中的幾個守恒關系
(1)電荷守恒:電解質(zhì)溶液呈電中性,即所有陽離子所帶的正電荷總數(shù)與所有陰離子所帶的負電荷總數(shù)代數(shù)和為零。
(2)物料守恒(原子守恒):即某種原子在變化過程(水解、電離)中數(shù)目不變。
(3)質(zhì)子守恒:即在純水中加入電解質(zhì),最后溶液中[H+]與其它微粒濃度之間的關系式(由電荷守恒及質(zhì)子守恒推出)
練一練!
寫出0.1mol/L Na2CO3溶液中微粒向后三天守恒關系式。
考點32水的電離和溶液的PH
1.復習重點
1.通過對水的電離、離子積、pH定義等重要知識和方法遷移應用的練習,提高認知能力;
2.靈活解答水的電離平衡的相關問題;
3.掌握混合溶液pH計算的方法,并能運用數(shù)學工具解決一些有關pH計算的綜合問題
4.培養(yǎng)學習過程中探究、總結(jié)的習慣。
2.難點聚焦
(一)溶液的酸堿性及pH的值
溶液呈的酸堿性何性,取決于溶液中[H+]、[OH―]的相對大。簆H值的大小取決于溶液中的[H+]大小
pH=-lg[H+],pOH=-lgKw=pKw
溶液酸堿性
[H+]與[OH―]關系
任意濕度
室溫(mol/L)
pH值(室溫)
酸性
[H+]>[OH―]
[H+]>1×10―7
<7
中性
[H+]=[OH―]
[H+]=[OH―]=1×10―7
=7
堿性
[H+]<[OH―]
[H+]>1×與10―7
>7
(1)酸性越強,pH值越小,堿性越強,pH值越大,pH值減小一個單位,[H+]就增大到原來的10倍,pH值減小n個單位,[H+]的增大到原來的10n倍.
(2)任意水溶液中[H+]≠0,但pH可為0,此時[H+]=1mol/L,一般[H+]>1mol/L時,pH<0,故直接用[H+]表示.
(3)判斷溶液呈中性的依據(jù)為:[H0]= [OH―]或pH=pOH=pKw
只有當室溫時,Kw=1×10―14
[H+]=[OH―]=10―7mol/L
溶液呈中性
pH=pOH=pKw=7
分析 原因:H2O H++OH-Q
由于水的電離是吸熱的,濕度越高,電離程度越大,kw越大.
中性:pH=pOH=pKw
Tㄊ→Kwㄊ→pH+pOHㄋ
Tㄋ→Kwㄋ→pH=pOHㄊ
如:
中性時Ph=pKw=6<7.
圖示:不同濕度(T1>T2)時溶液中[H+]與[OH―],pH與pOH關系
圖一 圖二
想一想:圖一與圖二有哪些不同?為何不同?
提示:(①形狀 ②T1、T2相對位置)
③簡平分錢劃分的兩個區(qū)域酸堿性不同。建議以[H+]、[OH―]=Kw,和pH+pOH=pKw兩個關系或考慮,并注意濕度不同時Kw的影響。)
(4)溶液pH的測定方法:
①酸堿指示劑 ②pH試紙 ③pH計其中①只傳判定pH范圍
②pH試紙也只能確定在某個值左右(對照標準比色卡),無法精確到小數(shù)點后1倍。另外使用時不能預先潤濕試紙。否則相當于又稀釋了待測液,測定結(jié)果誤差大。
③pH計測定較精確.
(二)酸堿溶液的稀釋前后pH值的變化。
由于強酸或強堿在水中完全電離,加水稀釋后不會有溶質(zhì)進一步電離,故僅僅是體積增大的因素導致酸溶液中的[H+]或堿溶液中的[OH―]減小.
弱酸或弱堿由于在水中不完全電離,加水稀釋同時,能促使其分子進一步電離,故導致相應[H+]或[OH―]減小的幅度降低。
例如 ①等物質(zhì)的量濃度的鹽酸和醋酸,氫氧化鈉和氨水分別加水稀釋。溶液的pH值變化,圖示如下:
②若把上述問題,換成等pH值,圖示又怎樣呢?
強酸弱酸稀釋 強、弱堿稀釋
前后 前后
pH=a pH(HCl)=a+n<7 pH=b Ph(NaOH)=b-n>7
pH(HAC)<a+n<7
pH(NH3?H
△pH(HCl)=n △pH(NaOH)=n
△pH(HAC)<n △pH(NH3?H2O)<n
△pH(HCl)>△pH(HAC) △pH(NaOH)>△pH(NH3?H2O)
注意:
①酸無論怎樣稀釋,不可能成為堿性;若無限稀釋,則pH只能無限接近7且小于7.
②堿無論怎樣稀釋,不可能成為酸性;若無限稀釋,則pH只能無限接近7且大于7
③當起始強酸、弱酸的pH相同,稀釋后為達仍相同,則稀釋倍數(shù)一定是弱酸大小強酸(強堿、弱堿類同)
(三)有關pH的計算
1.溶液簡單混合(不發(fā)生反應,忽略混合時體積變化)
強酸:pH=pH小+0.3
若等體積混合,且△pH≥2
強堿:pH=pH大-0.3
若不等體積混合,物質(zhì)的量濃度 強酸[H+]總=
分別為M1、M2體積分別為 強堿[OH―]總=
V1、V2的一元強酸或強堿
注意:強酸直接由[H+]總求pH值
強堿由[OH―]總求pOH,后再求pH值.
2.強酸和強堿混合(發(fā)生中和反應,忽略體積變化)可能情況有三種:
①若酸和堿恰好中和. 即nH+=nOH―,pH=7.
②若酸過量,求出過量的[H+],再求pH值.
③若堿過量,求出過量的[OH―],求出pOH后求pH值.
特例:若強酸與強堿等體積混合
①若pH酸+pH堿=14,則完全中和pH=7.
②若pH酸+pH堿>14,則堿過量pH≈pH堿-0.3
③若pH酸+pH堿<14,則酸過量pH≈pH酸+0.3
討論:
pH=a的HCl溶液和pH=b的NaOH溶液按體積比V1 :V2混合.當混合液分別呈中性、酸性、堿性時,且V1 :V2=10n時,a+b分別為多少?
分析 ①呈中性:即pH=7.
nH+=nOH―
10―a?V1=10―(14-b)?V2
V1 :V2=10―14+a+b
10n=
n=a+b-14
a+b=14+n
②若呈酸性. 即pH<7
nH+>nOH―
10―a?V1>10―(14-b)?V2
V1 :V2>10―14+a+b
10n>10-14+ a+b
a+b<14+n
、廴舫蕢A性,即pH>7,同理可知
a+b>14+n
想一想:若V1 :V2=1 :10n=10―n,三種情況的結(jié)果又如何呢?
3.關于酸、堿混合時的定性判斷(常溫)
酸與堿混合時發(fā)生中和反應,但不一定恰好完呈中和。即使恰好完全中和,也不一定溶液呈中性,由生成的鹽能否水解及水解情況而定,另外酸堿的強弱不同,提供反應物的量不同也影響著反應后溶液的性質(zhì)。一般酸或堿過量化生成的鹽水解對溶液的酸堿性影響大。
下面把常見的幾種情況分列出來.
①等物質(zhì)的量濃度的一元弱酸一元強堿溶液等體積混合溶液pH>7(由生成的強堿弱酸鹽水解決定)
②等物質(zhì)的量濃度的一元強酸與一元弱堿溶液等體積混合后溶液pH<7(由生成的強酸弱堿鹽水解決定)
③等物質(zhì)的量濃度的一元強酸與強堿溶液等體積混合后溶液pH=7(因生成強酸強堿鹽不水解)
想一想:若酸或堿之一是多元,情況又怎樣?
④當pH=pOH的強酸與強堿溶液以等體積混合后pH=7(與酸、堿的幾元性無尖)
⑤當pH=3的某一元酸溶液與pH=11的一元強堿以等體積混合后pH≤7。(考慮酸有強弱之分,若分弱酸,制反應后酸過量)
⑥當pH=3的某一元強酸pH=11的一元堿溶液的以等體積混合后pH≥7(同理⑤,弱堿過量)
⑦將pH=3的酸溶液和pH=11的堿溶液以等體積混合后溶液pH=無法確定.
再想一想:⑤⑥⑦與酸、堿的幾元性有無關系?
3.例題精講
知識點一:水的電離
【例1】(1)與純水的電離相似,液氨中也存在著微弱的電離:2NH3 NH4++NH2-
據(jù)此判斷以下敘述中錯誤的是 ( )
A.液氨中含有NH3、NH4+、NH2-等微粒
B.一定溫度下液氨中C(NH4+)?C(NH2-)是一個常數(shù)
C.液氨的電離達到平衡時C(NH3) = C(NH4+) = C(NH2-)
D.只要不加入其他物質(zhì),液氨中C(NH4+) = C(NH2-)
(2)完成下列反應方程式
①在液氨中投入一小塊金屬鈉,放出氣體――――――――――――――――――――――――――――
②NaNH2溶于水的反應――――――――――――――――――――――――――――――――――
③類似于“H++OH―=H2O”的反應――――――――――――――――――――――――――――
解析:此題要求掌握水自偶的實質(zhì)(水分子電離產(chǎn)生的H+與H2O結(jié)合形成H3O+)以及水的電離平衡,并能遷移應用于對于NH3電離的認識:NH3分子電離產(chǎn)生H+和NH2―,H+與NH3結(jié)合生成NH4+,液氨電離產(chǎn)生等量的NH2―與NH4+,一定溫度下離子濃度乘積為一常數(shù);NH4+類似于H+,NH2―類似于OH―。具備上述知識后,就可順利完成解題。
答案:(1)C
(2)①2Na+2NH3=H2↑+2NaNH2
②NaNH2+H2O=NaOH+NH3↑或NH2―+H2O=OH―+NH3↑
③NH2―+NH4+ =2NH3↑或NH4Cl+NaNH2=2NH3↑+NaCl
知識點二:水的離子積
【例2】某溫度下純水中C(H+) = 2×10-7 mol/L,則此時溶液中的C(OH-) = ___________。
若溫度不變,滴入稀鹽酸使C(H+) = 5×10-6 mol/L,則此時溶液中的C(OH-) = ___________。
解析:由水電離產(chǎn)生的H+與OH-量始終相等,知純水中C(H+) = C(OH-)。根據(jù)純水中C(H+) 與C(OH-)可求出此溫度下水的Kw的值,由Kw的性質(zhì)(只與溫度有關,與離子濃度無關),若溫度不變,稀鹽酸中Kw仍為此值,利用此值可求出鹽酸中的C(OH-)。
答案:純水中 C(OH-) = C(H+) = 2×10-7 mol/L
Kw = C(H+)?C(OH-) = 2×10-7×2×10-7 = 4×10-14
稀鹽酸中 C(OH-) = Kw / C(H+) = (4×10-14) / (5×10-6) = 8×10-9 mol/L
【例3】 .難溶化合物的飽和溶液存在著溶解平衡,例如:
AgCl(s) Ag++Cl―,Ag2CrO4(s) 2Ag++CrO42―,在一定溫度下,難溶化合物飽和溶液離子濃度的乘積為一常數(shù),這個常數(shù)用Ksp表示。
已知:Ksp(AgCl)=[Ag+][Cl-]=1.8×10-10
Ksp(Ag2CrO4)=[Ag+]2[CrO42-]=1.9×10-12
現(xiàn)有0.001摩/升AgNO3溶液滴定0.001摩/升KCl和0.001摩/升的K2CrO4的混和溶液,試通過計算回答:
(1)Cl-和CrO42-中哪種先沉淀?
(2)當CrO42-以Ag2CrO4形式沉淀時,溶液中的Cl-離子濃度是多少? CrO42-與Cl-能否達到有效的分離?(設當一種離子開始沉淀時,另一種離子濃度小于10-5mol/L時,則認為可以達到有效分離)
解析:(1)當溶液中某物質(zhì)離子濃度的乘積大于Ksp時,會形成沉淀。幾種離子共同沉淀某種離子時,根據(jù)各離子積計算出所需的離子濃度越小越容易沉淀。(2)由Ag2CrO4沉淀時所需Ag+濃度求出此時溶液中Cl―的濃度可判斷是否達到有效分離。
解答:(1)AgCl飽和所需 Ag+濃度[Ag+]1=1.8×10-7摩/升
Ag2CrO4飽和所需Ag+濃度[Ag+]2==4.36×10-5摩/升
[Ag+]1<[Ag+]2,Cl-先沉淀。
(2) Ag2CrO4開始沉淀時[Cl-]==4.13×10-6<10-5,所以能有效地分離。
知識點三:水的電離平衡的移動
【例4】 :某溶液中由水電離出來的C(OH―)=10-12mol/L,則該溶液中的溶質(zhì)不可能是( )
A、HCl B、NaOH C、NH4Cl D、H2SO4
解析:由水電離反應式知:此溶液水電離產(chǎn)生的C(H+)=C(OH―) =10-12mol/L,若溶液中的H+全部來自水的電離,則此溶液顯堿性,是因溶有堿類物質(zhì)所致,若溶液中的H+不僅為水電離所產(chǎn)生,則此溶液顯酸性,為酸性物質(zhì)電離所致。NH4Cl不可能電離產(chǎn)生H+。
解答:C
下列兩題為上題的變式,分析一下變在何處?解題方法、思路與上題是否一樣?差異何在?
(1)室溫下,在純水中加入某物質(zhì)后,測得溶液中由水電離產(chǎn)生的C(H+)=10-12mol/L,則加入的物質(zhì)可能是(假設常溫下碳酸、氫硫酸的第一步電離度為0.1%) ( )
A、通入CO2 B、通入H2S C、通入NH3 D、加入NaHSO4
(2)某溶液中水電離產(chǎn)生的C(H+)=10-3mol/L,,該溶液中溶質(zhì)可能是( )
①Al2(SO4)3 ②NaOH ③NH4Cl ④NaHSO4
A、①② B、①③ C、②③ D、①④
【例5】能促進水的電離,并使溶液中C(H+)>C(OH―)的操作是 ( )
(1)將水加熱煮沸 (2)向水中投入一小塊金屬鈉 (3)向水中通CO2 (4)向水中通NH3 (5)向水中加入明礬晶體 (6)向水中加入NaHCO3固體 (7)向水中加NaHSO4固體
A、(1)(3)(6)(7) B、(1)(3)(6) C、(5)(7) D、(5)
解析:本題主要考查外界條件對水的電離平衡的影響,請按如下思路完成本題的解:本題涉及到哪些條件對水的電離平衡的影響?各自對水的電離平衡如何影響?結(jié)果任何(C(H+)與C(OH―)相對大。?歸納酸、堿、鹽對水的電離平衡的影響。
解答: D
知識點四:pH的定義方法
【例6】、下列溶液,一定呈中性的是 ( )
A.由等體積、等物質(zhì)的量濃度的一元酸跟氫氧化鈉溶液混合后所形成的溶液
B.[H+]=1×10-7mol?L-1的溶液
C.pH=14-pOH 的溶液
D.pH=pOH 的溶液 (2000年化學試測題)
解析:此題要求將教材中定義pH方法遷移應用于表示pOH以及pH與pOH的關系,根據(jù)pH的定義方法,可定義pOH= ?lgC(OH?),將室溫下水的離子積的表達式C(H+)×C(OH―)=10?14兩邊取負對數(shù),?lgC(H+)?lgC(OH?)= ?lg10?14,整理得pH+pOH=14。應用所得關系式分析可得答案。
解答:D
點評:pOH= ?lgC(OH?)、pH+pOH=14兩個關系式及其應用均不在教學大綱和考綱范圍內(nèi),我們不一定要掌握,但將教材中的知識、方法加以遷移應用,進行探究發(fā)現(xiàn)是教學大綱和考綱提出的能力要求。此題作為全國高考化學測試題具有重要的指導意義,值得大家認真去領悟,在隨后的2001年上海高考題以及2002年全國理科綜合高考題中又出現(xiàn)了類似的題目。
為更好地表示溶液的酸堿性,科學 家提出了酸度(AG)的概念,AG=,則下列敘述正確的是
A 中性溶液的AG=0
B 酸性溶液的AG<0
C 常溫下0.lmol/L氫氧化鈉溶液的AG=12
D 常溫下0.lmol/L鹽酸溶液的AG=12( 2001年上海)
有人曾建議用AG表示溶液的酸度(acidity arede),AG的定義為AG=lg([H+]/[OH-])。下列表述正確的是
A 在
B 在
C 在
D 在
知識點五:溶液pH的計算
【例7】室溫下將n體積pH=10和m體積pH=13兩種NaOH溶液混合得pH=12的NaOH溶液,則n:m=――――――――――――――
解析:此題是關于兩種不反應的溶液混合后溶液pH值的計算,根據(jù)混合前后溶質(zhì)(NaOH)量守恒,列式求解
解答:pH=10 C(H+)=10-10mol/L C(OH―) =10-4mol/L
pH=
pH=
10-4?n + 10-1?m = (n+m) ×10-2
n :m = 100 :11
規(guī)律: 有關混合溶液的pH計算,題設條件可千變?nèi)f化,正向、逆向思維,數(shù)字與字母交替出現(xiàn),但基本題型只有兩種:(1)混合后不反應,(2)混合后反應。對于溶液的稀釋,可將水作為濃度為0的溶液,仍屬混合后不反應一類,這一類混合溶液的pH應介于兩種溶液的pH之間,因而酸、堿溶液無論加多少水稀釋,其最終pH均不可能等于純水的pH(即常溫不可能為7)。
混合溶液pH的計算方法也很簡單,即設法求出混合溶液的C(H+),若是溶液顯堿性,則必須先求出溶液的C(OH―),然后再換算為C(H+)或按OH―量守恒列式求解。
【例8】25ºC,若10體積的某強堿溶液與1體積的某強酸溶液混合后,溶液呈中性,則混合之前,該堿的pH與強酸的pH之間該滿足的關系是_______________________
分析:由題意知,本題為酸、堿混合后完全中和,根據(jù)中和反應的實質(zhì)可知,酸中n(H+)與堿中n(OH-)相等,故有C(H+)酸V酸 == C(OH-)堿V堿,由此關系列式可求得結(jié)果。
解答:設酸的pH為a,C(H+)酸=10-a,堿的pH為b,C(OH-)堿=10-14 / 10-b=10- (14 - b)
因為混合后溶液呈中性,所以C(H+)酸V酸 == C(OH-)堿V堿
10-a ×V = 10 - (14 - b) ×10V = 10 - (13 - b) ×V
10-a = 10 - (13 - b)
兩邊取負對數(shù):-lg10-a = -lg10 - (13 - b),a=13-b a+b=13
即酸的pH與堿的pH之和為13
點評:上面解法盡管可順利地得出本題的解,但題中的酸堿體積比可以任意變換,則每一變換都得重新求解,這就啟發(fā)我們能否找出酸、堿pH與兩者體積比之間的關系呢?同時若混合后不顯中性其關系又會怎樣呢?
將上面的解改為:
C(H+)酸V酸 == C(OH-)堿V堿
10-a ×V酸 = 10 - (14 - b) ×V堿
10-a?10-b=10-14?(V堿 / V酸)
兩邊取負對數(shù)得:a+b=14?lg(V堿 / V酸)
若混合后溶液顯酸性――――――――――――――――――――――――:
若混合后溶液顯堿性―――――――――――――――――――――――――:
同學們在學習中要善于總結(jié)、積累,把自己積累的經(jīng)驗、成果用于指導自己的學習。例如掌握了上述關系后,解下列題目就很輕松。
在20℃時,有PH值為x(x£6)的鹽酸和PH值為y(y³8)的NaOH溶液,取Vx升該鹽酸同該NaOH溶液中和,需Vy升NaOH溶液
(1)若x+y=14時,則=
(2)若x+y=13時,則=
(3)若x+y>14時,則=
(表達式),且Vx Vy(填<、>或=)
4.實戰(zhàn)演練
一 選擇題
1.水是一種極弱的電解質(zhì),在室溫下平均每n個水分子只有一個水分子能電離,則n是 ( )
A.1×10-4
B. 55.6×
2.將1mol?L-1H2SO4溶液100mL與質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液50g混合均勻后,滴入甲基橙指示劑,此時溶液的顏色是 ( )
A.淺紫色 B.黃色 C.紅色 D.無色
3.pH定義為pH=-lg{c(H+)},pOH定義為pOH=-lg{c(OH-)},Kw表示25℃時水的離子積常數(shù),則弱酸性溶液中的c(H+)可表示為 ( )
A、Kw/pOH mol/L B、10pOH-14 mol/L
C、10 14-pOH mol/L D、10-pOH mol/L
4.能使水的電離平衡正向移動,而且所得溶液呈酸性的是 ( )
A.將水加熱到100℃時,水的pH=6 B.向水中滴加少量稀硫酸
C.向水中滴加少量NaHCO3 D.向水中加入少量明礬晶體
5. 常溫下某溶液中水電離出的C(H+) = 1×10-13 mol/L,則下列說法中正確的是 ( )
A.該溶液一定呈酸性 B.該溶液一定呈堿性
C.該溶液中一定有C(OH-) = 0.1mol/L D.該溶液的pH值為1或13
6.25℃時,在水電離出的C(H+)=1×10-5摩/升的溶液中,一定能大量共存的是 ( )
A.Al3+、NH4+、SO42-、Cl- B. Mg2+、K+、SO42-、HCO3-
C.K+、Na+、Cl-、SO42- D.Ba2+、Cl-、Na+、PO43-
7.有①、②、③三瓶體積相等,濃度都是1mol/L的HCl溶液,將①加熱蒸發(fā)至體積減小一半,在②中加入CH3COONa固體(加入后溶液仍呈酸性),③不作改變,然后以酚 酞作指示劑,用溶液滴定上述三種溶液,消耗的NaOH溶液的體積是 ( )
A、①=③>② B、③>②>① C、①=②=③ D、①<②=③
8.NH4Cl溶于重水(D2O)生成一水合氨和水合離子的化學式為 ( )
A、NH3?D2O和HD2O+ B、NH3?HDO和D3O+
C、NH2D?D2O和DH2O+ D、NH2D?HDO和D3O+
9.室溫時,pH=10的氨水和Na2CO3溶液中,水電離產(chǎn)生的C(H+)前者與后者之比 ( )
A.1∶1 B.10¯10∶10¯4 C.10¯4∶10¯10 D10¯10∶10¯7
10.25℃,向VmLpH = a的NaOH溶液中滴加pH = b的鹽酸10VmL時,溶液中Cl―的物質(zhì)的量恰好等于加入Na+的物質(zhì)的量,則此時(a+b)的值為 ( )
A、13 B、14 C、15 D、無法判斷
11.在醫(yī)院中,為酸中毒病人輸液不應采用 ( )
A 0.9%氯化鈉溶液 B 0.9%氯化銨溶液
C 1.25%碳酸氫鈉溶液 D 5%葡萄糖溶液
12.若室溫時PH=a的氨水與PH=b的鹽酸等體積混和,恰好完全反應,則該氨水的電離度可表示為 ( ) A.10(a+b-12)% B.10(a+b-14)% C.10(12-a-b)% D.10(14-a-b)%
13.把40毫升Ba(OH)2溶液加入到120毫升鹽酸中,所得的溶液的PH值為2。如果混和前Ba(OH)2和鹽酸兩種溶液PH值之和為14,則鹽酸的物質(zhì)的量濃度接近于 ( )
A.0.015摩/升 B.0.02摩/升 C.0.03摩/升 D.0.04摩/升
14.已知NaHSO4在水中的電離方程式為NaHSO4 =Na+ +H+ + SO42―。某溫度下,向pH=6的蒸餾水中加入NaHSO4晶體,保持溫度不變,測得溶液pH為2,對于該溶液,下列敘述不正確的是 ( )
A、該溫度高于25℃
B、水電離出來的c (H+)=1.0×10-10 mol/L
C、c (H+)= c (OH―)+C(SO42―)
D、該溫度下加入等體積pH值為12的NaOH溶液可使反應后的溶液恰好呈中性
15.能表示人體大量喝水時,胃液的pH變化的是 ( )
pH pH pH pH
7 7 7 7
0 V(H2O) 0 V(H2O) 0 V(H2O) 0 V(H2O)
A B C D
16.4體積pH=9的Ca(OH)2溶液跟1體積pH=13的NaOH溶液混合后,溶液中氫離子濃度為 ( )
A.5×10-13mol/L B.2×10-12mol/L
C.1/5(4×10-9 + 1×10-13)mol/L D.1/5(4×10-5 + 1×10-1)mol/L
17.a、b、c、d四種溶液PH值都小于7,已知四種溶液中[H+]和[OH-]之和由大到小的順序是b>a>d>c,則這四種溶液PH值由大到小的順序是
( )
A.c>d>a>b B.b>a>d>c C.a>b>c>d D.無法確定
18. 有下列四種溶液:(1)HCl (2)AlCl3(3)NaOH (4)Na2CO3,此四種溶液中水的電離度分別為a1、a2、a3、a4已知a1=a3,a2=a4且=106,則四種溶液的PH值不可能是 ( )
A、5 5 10 10 B、4 4 10 10
C、3 5 11 9 D、5 3 9 11
19.NaH是―種離子化合物,它跟水反應的方程式為:NaH+H2O→NaOH+H2↑,它也能跟液氨、乙醇等發(fā)生類似的反應,并都產(chǎn)生氫氣。下列有關NaH的敘述錯誤的是 ( )
A 跟水反應時,水作氧化劑 B NaH中H-半徑比Li+半徑小
C 跟液氨反應時,有NaNH2生成 D 跟乙醇反應時,NaH被氧化
20、常溫下某溶液,水電離出的c (OH-)=1.0×10-4 mol/L,該溶液中溶質(zhì)可能是 ( )
①Al2(SO4)3 ②NaOH ③NH4Cl ④NaHSO4
A、①② B、①③ C、②③ D、①④
二 填空題
21.測得某溶液的pH = 6.5,且氫離子與氫氧根離子物質(zhì)的量相等,此溶液呈_____性。測定溫度______室溫(填高于、低于或等于),其理由是 。 將此溫度下pH=11的NaOH溶液aL與pH=1的H2SO4溶液bL混合。
(1)若所得混合液為中性,則a┱b 。
(2)若所得混合液的pH=2,則a┱b 。
22、水的電離平衡曲線如圖所示。
(1) 若以A點表示25℃時水的電離平衡的離子
濃度,當溫度升高到100℃時,水的電離平衡狀
態(tài)移動到B點,則此時水的離子積
從________變化到_________。
(2) 將pH=8的Ba(OH)2溶液與pH=5的稀鹽酸混
合,并保持100℃的恒溫,致使混合溶液
的pH=7,則Ba(OH)2和鹽酸的體積比為__________________。
(3) 已知AnBm的離子積為[c(Am+)]n[c(Bn-)]m,若某溫度下Ca(OH)2的溶解度為0.74g,設飽和溶液的密度為1g/mL,其離子積約為______________。
三 計算題
23、某溫度下的溶液中c (H+)=1.0×10x mol/L,c (OH-)=1.0×10y mol/L。x與y的關系如右圖所示;
(1)求該溫度下,中性溶液的pH。
(2)求該溫度下0.01mol/LnaOH溶液的PH
(3)該溫度下,pH=a的醋酸溶液與pH=b的NaOH溶液等體積混合,恰好完全反應,
求此醋酸溶液中醋酸的電離度。
24.(7分)向50ml0.018mol/L的AgNO3溶液中加入50ml0.02mol/L的鹽酸,生成了沉淀。如果溶液中C(Ag+)和C(Cl―)的乘積是一個常數(shù),C(Ag+)? C(Cl―)=1.0×10―10,當溶液中C(Ag+)? C(Cl―)>常數(shù),則有沉淀產(chǎn)生,反之沉淀溶解,求
(1)沉淀生成后溶液中C(Ag+)是多少?
(2)如果向沉淀生成后的溶液中再加入50mL0.001mol/L的鹽酸,是否產(chǎn)生沉淀,為什么?
答案
1 B 2 C 3 B 4D 5 D 6 AC 7 D 8 B 9 B 10 C 11 B 12 A 13 B 14 D
15 D 16 A 17 A 18 A 19 B 20 B
21 中, 高于 。 水的離解反應:H2O=H+ +OH- 吸熱反應,升溫有利于水的離解,使Kw
增大 (1)10┱1 (2)9┱2
22 (1) 10-14 10-12 (2) 2 :9 (3) 4×10-3
23(1) 7.5 (2)13 (3)1017-a-b%
24.解:⑴由Ag++Cl―=AgCl
可知沉淀后C(Cl-)=(0.02―0.018)50/(50+50)=0.001mol/L
所以C(Ag+)=1×10-10/0.001=1×10―7mol/L
⑵再加入50mL鹽酸后 C(Ag+)=1×10-7×100/(100+50)=2/3×10-7mol/L
C(Cl-)=0.001mol/L
C(Ag+)×C(Cl-)=2/3×10-7х10-3=2/3•10-14<1×10-12
所以不產(chǎn)生沉淀
考點31電離平衡
1.復習重點
1.強、弱電解質(zhì)的概念及電離方程式的書寫;
2.弱電解質(zhì)的電離平衡;電離平衡常數(shù)。
2.難點聚焦
(一)強電解質(zhì)、弱電解質(zhì)
1.相互關系
否――非電解質(zhì)
化合物 是――強電解質(zhì)
能
否――弱電解質(zhì)
熱或水的作用
電解質(zhì) 自由移動離子
電離
思考:一種物質(zhì)的水溶液能導電,原物質(zhì)一定是電解質(zhì)嗎?
分析:不一定!關鍵要分清發(fā)生電離散是否要原物質(zhì)本身。有可能溶于水時就發(fā)生了化學變化
如(1)Cl2 氯水
↓ ↓
即不是電解質(zhì) HCl.HclO
又不是非電解質(zhì) 發(fā)生電離
(2)CO2 碳酸溶液
↓ ↓
非電解質(zhì) H2CO3電離
(3)Na2O NO2OH溶液
↓ ↓
雖不是本身電離子 NaOH電離
但可在熔融態(tài)電
離,故它屬強電
解質(zhì)
2.比較強、弱電解質(zhì)
強電解質(zhì)
弱電解質(zhì)
電離程度
完全
部分
電離平衡
不、不可逆
有、可能
過程表示
溶液中存在的微粒
(水分子不計)
====
只有電離出的陰、陽離子,不存在電解質(zhì)分子
即有電離出的陰、陽離子(少部分),又有電解質(zhì)分子(大部分)。
電離方程式
H2SO4====2H++SO42―
CaCl2====Ca2++2Cl―
NH3?H2O NH4++OH―
H2S H++HS―,HS― H++S2―
實例
絕大多數(shù)的鹽(包括難溶性鹽);
強酸:H2SO4、HCl、HclO4等;
強堿:Ba(OH)2、Ca(OH)2等。
注意:多元強酸電離一步完成且完全
如 HnA====Nh++An―
而多元弱酸的電離是分步進行的,且第二步電離比第一步電離困難,第三步電離比第二步電離更困難,但每步電離都存在相應的電離平衡,因此應分步書寫電離方程式。例如磷酸的電離方程式應寫三步:
H3PO4 H++H2PO4―, H2PO4― H++HPO42― HPO42― H++PO43―,不能合并成H3PO4 3H++PO43―。由于磷酸溶液中的[H+]主要由第一步電離決定,因此磷酸的電離方程式有時也可只寫第一步。
對HnA弱酸而言,電離方程式可只考慮:
HnA H++Hn+A―
想一想:為什么多元的酸電離下一步比上一步困難,電離程度小得多,甚至可忽略?
(二)弱電解質(zhì)的電離平衡
(1)概念
弱電解質(zhì)的電離平衡是指在一定條件下(濕度、濃度),弱電解質(zhì)電離成離子的速率和離子結(jié)合成分子的速率相等的狀態(tài)。
(2)特點
①動――動態(tài)平衡:V(聞子化)=V(分子化)≠0。在電離方程式中用“ ”表示。
②定――平衡時各組成成分一定,即平衡時溶液中離子濃度和分子濃度保持不變
③變――條件改變,平衡被打破。
(3)影響電離平衡的因素
與化學平衡一樣,外界條件的改變也會引起移動.
以0.1mol/1 CH3COOH溶液為例:
項目
變化
項目
加水
升溫
加入固體
NaOH
加入無水
CH3COONa
通入氣體
HCl
加入等濃度的CH3COOH
平衡移動
右移
右移
右移
左移
左移
不移動
H+的物質(zhì)的量(mol)
增大
增大
減小
減小
增大
增大
[H+]濃度(mol)
減小
增大
減小
減小
增大
不變
PH值
增大
減小
增大
增大
減小
不變
導電能力
減弱
增強
增強
增強
增強
不變
(三)電解質(zhì)溶液導電能力的強弱與電解質(zhì)強弱影響溶液導電能力的因素:
①自由移動離子濃度的大小。(主要決定因素)濕度一定,離子濃度越在,導電能力越強。
②濕度:濕度越高,導電能力越強。(與金屬導電相反)
③離子電荷數(shù):電荷數(shù)越高,導電能力越強。
由此可知:強電解質(zhì)溶液的導電能力不一定比弱電解質(zhì)強。
如 較濃醋酸的導電能力可比極稀HCl溶液強。 CaCO3雖為強電解質(zhì),但溶于水所得溶液極稀,導電能力極差。
思考:若在某溶液中加入一種物質(zhì),出現(xiàn)沉淀,則溶液的導電能力一定減弱嗎?(濕度不變)
分析:不一定。關鍵要看溶液中離子濃度有無顯著變化。如:
(1)若在H2SO4溶液中加Ba(OH)2,因生成BaSO4沉淀和極難電離的水,使溶液中離子濃度降低,導電能力降低。
(2)若在H2SO4溶液中加BaCl2,雖有沉淀BaSO4生成,但同時生成了HCl,相當于1molSO42―被2molCl―代替,故導電能力有所增強。
(3)若在HCl溶液中加AgNO3,則導電能力幾乎不變。
(四)水的電離平衡
1. 實驗證明,純水微弱的導電性,是極弱的電解質(zhì):
2.
H2O H++OH―
起始(mol) 55.6 0 0
電離(mol) 10―7 10―7 10―7
平衡(mol)55.6-10―7 10―7 10―7
2.影響Kw的因素
Kw與溶液中[H+]、[OH―]無關,與濕度有關。
水的電離為吸熱過程,所以當濕度升高時,水的電離程度增大,Kw也增大。
例如
3.影響水的電離平衡因素
(1)濕度,升濕度促進水的電離,降溫則相反
(2)向純水中引入H+或OH―,會抑制水的電離
(3)向純水中引入弱酸酸根陰離子或弱堿陽離子,將促進水的電離,此乃為鹽類水解的實質(zhì)。
3. 酸、堿、鹽溶液中水電離的定量計算。(列表比較如下:)
[H+]水與[OH―]水關系
x的計算式
室溫x值
對水電離影響
純水
[H+]水=[OH―]水
x=
x=1×10―7mol/L
對水電離影響
酸溶液
x=
x<1×10―7mol/L
堿溶液
x=
抑制
正
鹽
溶
液
強酸弱堿鹽
強堿弱酸鹽
強堿強酸鹽
x=[H+]
x>1×10―7mol/L
促進
x=[OH―]
x=
x=1×10―7mol/L
無
注[H+]水、[OH―]水指水電離出的H+、OH―濃度
[H+]水、[OH―]指指溶液中的H+、OH―濃度
由上表可得重要規(guī)律:
(1)在任意濕度、任意物質(zhì)的水溶液中(含純水)的水本身電離出的[H+]水≡[OH―]水
(2)酸和堿對水的電離均起抑制作用
①只要堿的pH值相等(不論強弱、不論幾元)對水的抑制程度相等,堿也同理。
②若酸溶液的pH值與堿溶液的pOH值相等,則兩種溶液中水的電離度相等。
如pH=3的鹽酸溶液與pH=11的氨水溶液在室溫下,由水電離出的
[H+]水=[OH―]水==10―11mol/L
(3)在凡能水解的鹽溶液中,水的電離均受到促進,且當強酸弱的堿鹽的pH和強堿弱酸鹽的pOH值相等時(同一濕度),則促進程度相等。
(4)較濃溶液中水電離出[H+]的大小:
①酸溶液中[OH―]等于水電離的[H+]
②堿溶液中[H+]等于水電離的[H+]
③強酸弱堿鹽溶液中的[H+]等于水電離出[H+]
④強堿弱酸鹽溶液中的[OH―]等于水電離出的[H+]
如pH=4的NH4Cl溶液與pH=10的NaAc溶液中,(室溫)由水電離出的
[H+]水=[OH―]水==10―4mol/L
3.例題精講
例1.下列四種溶液中,由水電離出的[H+]之比(依次)為( )
①pH=0的鹽酸 ②0.1mol/L的鹽酸 ③0.01mol/L的NaOH溶液 ④pH=11的NaOH溶液
(A)1 :10 :100 :1000 (B)0 :1 :12 :11
(C)14 :13 :12 :11 (D) 14 :13 :2 :3
解析①[H+]=1mol/L [H+]水=[OH―]=1×10―14mol/L
②[H+]=1mol/L [H+]水==1×10―13mol/L
③[OH―]=1×10―2mol/L [H+]水==1×10―12mol/L
④[OH―]=1×10―3mol/L [H+]水==1×10―11mol/L
例2.某濕度下,純水中的[H+]=2×10―7mol/L,則此時[OH―]=______,若濕度不變,滴入稀硫酸使[H+]=5×10―6mol/L,則[OH―]=_______,由水電離出[H+]為,該純水的PH值_______(填>、<、==
解析
純水中 H2O H++OH―
mol/L 2×10―7 2×10―7
加酸后,水的電離平衡逆向移動,使[OH―]減小,可由Kw、[H+]求出[OH―],此濕度下Kw值為2×10―7 ×2×10―7= 4×1―14
[OH―]==8×10―9mol/L
由水電離的[H+]=[OH―]=8×10―11mol/L
該濕度下Ph= -lg×10―7= 7?lg2<7.
例3.常溫下某溶液中,由水電離出的[H+]為1×10―12mol/L,該溶液中一定能大量共存的離子組是( )
A.K+、Na+、SO42―、NO3― B.Na+、K+、S2―、CO32―
C.Fe2+、Mg2+、Cl―、SO42― D.NH4+、Cl―、K+、SO32―
解析 常溫、由水電離出的[H+]=×10―11mol/L<1×10―7mol/L說明水的電離受到抑制。此溶液可能是pH=1酸溶液,也可能為pH=13的堿溶液,選項B、D中的S2―、CO32―、SO32―不能存在于強酸性溶液中,C中的Fe2+、Mg2+、D中的NH42+、D中的NH4+與OH―均不能大量存共存,故本題答案A。
例4.在圖(1)所示的裝置中,燒杯中盛放的是Ba(OH)2溶液,當從滴定管中逐漸加入某種溶液(A)時,溶液的導電性的變化趨勢如圖(2)所示。
圖1 圖2
該根據(jù)離子反應的特點分析:A溶液中含有的溶質(zhì)可能是_________或__________(至少寫出兩種),并寫出相應的離子反應的離子方程式:
________________________________、____________________________
解析:從圖2可分析知,隨著A的加入溶液導電能力迅速降低,說明A必定能與Ba(OH)2發(fā)生反應,使溶液中離子濃度變得極小,故不僅與Ba2+反應轉(zhuǎn)化為沉淀,還要與OH―反應生成水或其它弱電解質(zhì),當反應完全后,過量A的加入,導電能力又顯著上升,說明A應為強電解質(zhì),故A可能是H2SO4或CuSO4或MgSO4或(NH4)2SO4等。
離子方程式:2H++SO42―+Ba2++2OH―=BaSO4↓+2H2O
Mg2++SO42―+Ba2++2OH―=BaSO4↓+Mg(OH)2
想一想:A可否為Na2SO4或H2CO3溶液?為什么?
4.實戰(zhàn)演練
考點30合成氨條件的選擇
1.復習重點
1.如何應用化學反應速率和化學平衡原理,選擇合成氨的適宜條件。
2.了解應用化學原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。
2.難點聚焦
1.合成氨條件的選擇
工業(yè)上用N2和H2合成氨:
N2+3H2 2NH3+Q
從反應速率和化學平衡兩方面看,選擇什么樣的操作條件才有利于提高生產(chǎn)效率和降低成本呢?
從速率看,溫度高、壓強大(即N2、H2濃度大)都會提高反應速率;
從化學平衡看,溫度低、壓強大都有利于提高N2和H2的轉(zhuǎn)化率。
可見,壓強增大,從反應速率和化學平衡看都是有利于合成氨的。但從生產(chǎn)實際考慮,壓強越大,需要的動力越大,對材料的強度和設備的制造要求越高,將使成本增大。故一般合成氨廠采用的壓強是20~50MPa帕斯卡。
而溫度升高,有利于反應速率但不利于N2和H2的轉(zhuǎn)化率。
如何在較低的溫度下保持較大轉(zhuǎn)化率的情況下,盡可能加快反應速率呢?選用合適的催化劑能達到這個目的。那么,較低的溫度是低到什么限度呢?不能低于所用催化劑的活性溫度。目前使用的催化劑是以鐵為主體的多成分催化劑――又稱鐵觸媒。其活性溫度為450℃~550℃,即溫度應在450~550℃為宜。將來如制出活性溫度更低、活性也很在的新型催化劑時,合成氨使用的溫度當然比現(xiàn)在要低,轉(zhuǎn)化率就能更高了。
選擇適宜的條件:根據(jù)N2+3H2 2NH3+Q這一反應的特點,運用化學反應速
率和化學平衡的理論來選擇適宜條件。該反應為可逆、體積減小、正反應為放熱等特點。
(1)適宜的壓強:為何強調(diào)適宜?壓強越大、有利于NH3的合成,但太大,所需動力大,材料強度高,設備制造要求高,成本提高,選擇2×107~5×107Pa壓強。
思考:工業(yè)上生產(chǎn)H2SO4:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)為何不采用加壓方法?(因為在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已達91%,不需要再加壓)
(2)適宜的溫度:溫度越低越有利于NH3的合成,為何還要選擇5000C高溫?因為溫度越低,反應速率越小,達平衡時間長,單位時間產(chǎn)量低,另外5000C時,催化劑活性最大。
(3)使用催化劑
(4)及時分離出NH3,并不斷補充N2和H2(N2要過量,提高成本較高的H2轉(zhuǎn)化率)
小結(jié):合成氨的適宜條件:
壓強:20~50MPa帕斯卡
溫度:
催化劑:鐵觸媒
2.合成氨工業(yè)簡述
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