SO2与NaHCO3反应产物的讨论

关于这两者的反应,看到不少网友认为与SO2的量有关:
SO2少量:SO2 + 2NaHCO3 = Na2SO3 + 2CO2 + H2O
SO2过量:SO2 + NaHCO3 = NaHSO3 + CO2

但我认为,不管SO2是否过量,都是生成NaHSO3才对。理由是,H2CO3酸性大于HSO3(虽然是略大,也是大),两者对应的盐溶液碱性则为:NaHCO3碱性小于Na2SO3(根据酸越弱,对应的盐水解能力就越强,其水溶液碱性就越强)。那么上述第一个反应碱性相对弱的NaHCO3制备得了碱性相对强的Na2SO3。这显然违背了复分解反应中相对强的酸/碱制备相对弱的酸/碱这一规律。

所以应该是不管SO2是否过量,都应该是发生SO2 + NaHCO3 = NaHSO3 + CO2这一反应。H2SO3酸性强于H2CO3,则有NaHCO3水溶液碱性强于NaHSO3,满足相对强的碱制备相对弱的碱这一复分解反应的规律。类似于CO2与苯酚钠的反应,不管CO2是否过量,都是得到NaHCO3而不可能得到Na2CO3
因为酸性:H2CO3>苯酚>HCO3,对应盐的碱性:NaHCO3<苯酚钠<Na2CO3

另外,如果把SO2通入Na2CO3,生成产物才与SO2的量有关:
SO2极少量:SO2 + 2Na2CO3 + H2O= 2NaHCO3 + Na2SO3方程1
SO2较少量(相对于向上述反应继续通入一定量的SO2):因为Na2SO3的碱性比NaHCO3强,SO2先与Na2SO3反应:SO2 + H2O + Na2SO3 = 2NaHSO3。与方程1合并得到:
SO2 + Na2CO3 + H2O= NaHCO3 + NaHSO3方程2
SO2过量时,最后与NaHCO3反应:SO2 + NaHCO3 = NaHSO3 + CO2,与方程2合并得到:
2SO2 + Na2CO3 + H2O= 2NaHSO3 + CO2

NH3与O2的催化氧化中为什么不能直接生成NO2

在NH3与O2的催化氧化中,发生的反应是:4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
因为生成的NO如果跟O2接触,很容易就会被氧化成NO2:2NO + O2 = 2NO2
所以就会有同学认为,上面两个反应一合并,就可以直接得到:
4NH3 + 7O2 = 4NO2 + 6H2O
这是否就是该反应存直接生成的NO2可能?

事实上是不能的!这是因为NH3与O2的催化氧化是一个强放热的反应,(焓变为-903.74 kJ/mol),反应放出的热量使体系温度升高假设生成了二氧化氮,氨气催化氧化放出的热量也足以使二氧化氮分解为一氧化氮和氧气:2NO2 = 2NO + O2(NO2在150度开始分解,600度左右完全分解。氨的催化氧化体系温度可达800度左右)。也就是说,4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O与2NO + O2 = 2NO2这两个反应没有连续性。只有等第一个反应完成后,体系温度降下来了能够稳定生成NO2时才可能发生。所以两个反应不能简单合并,不能认为该条件下可以直接生成NO2。这也是因为NO的热稳定性比NO2好所决定的。

那该反应有没有可能生成N2呢?NH3中的N呈-3价,可以被氧化成N2、NO、NO2。最终氧化成什么样的产物,应该是根据氧化剂的氧化能力所决定的。在催化剂且高温的作用下,O2的氧化能力更强,N2会继续被氧化,不可能停留在N2

当然,如果NH3在纯O2气中燃烧是可以生成稳定的N2的:4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
但需要注意的是,必需是纯O2,NH3在空气中的不能燃烧的。

氢键会影响物质的溶解度吗

高中阶段,对于氢键的了解和应用,基本都是限于它对物质的熔沸点的影响。存在氢键的物质会使物质的熔沸点反常升高。但对于“氢键会增大物质的溶解度”这一说法,得细分。如NH3与NH3分子之间的氢键,只影响NH3的熔沸点,但NH3分子与溶剂H2O之间也可以形成氢键(NH3分子中的氢原子与H2O分子中氧原子上的孤对电子会形成相互作用,或者是H2O分子中的氢原子与NH3分子中氮原子上的孤对电子形成相互作用),这种溶质分子与溶剂分子之间存在的氢键就会使溶质的溶解度增大。

次氯酸钠在碱性条件下氧化亚铁离子

原题节选:(2015 安徽卷,10)下列有关NaClO和NaCl混合液的叙述正确的是:

C.向该溶液中滴入少量FeSO4溶液,反应的离子方程式为:2Fe2+ + ClO + 2H+ = 2Fe3+ + Cl + H2O

分析:这个选项肯定是错的,因为题目注明是NaClO和NaCl混合液,这个溶液由于NaClO的水解,肯定是呈碱性的。碱性环境中的反应方程式,不可有H+出现。那么选项中的这个离子方程式可不可以是酸性的NaClO氧化Fe2+呢?阿柯觉得也不可能,因为如果是酸性的,那么由于强酸制弱酸原理,肯定会有HClO生成,则方程中应该会出现HClO才对。不扯太远,回到这个题目上。那么C选项的正确离子方程式到底是怎么写呢?

根据氧化还原关系可以列出:Fe2+ + ClO→Fe3+ + Cl

根据价态升降守恒,先配出系数:2Fe2+ + ClO→2Fe3+ + Cl

可以看出上式左边正电荷少于右边,根据离子方程式配平的平衡电荷原则,可以在左边加上H+或者在右边加OH上使两边电荷守恒。

但前面已经分析了,该反应液呈碱性,所以不可能加H+,则是右边加2OH从而得到:2Fe2+ + ClO→2Fe3+ + Cl+ 2OH

得到上式后, 左边少H,碱性环境,就补水(酸性环境,少H补H+),再得到:2Fe2+ + ClO + H2O→2Fe3+ + Cl+ 2OH

别以为上式就是对的,细看一下,式中的Fe3+和OH不共存,应该会得到Fe(OH)3↓ 才对。但如是写成Fe(OH)3↓ 了而原子不守恒了,电荷也不守恒了。

对于此,网上绝大多数的网友都仅是给出正确答案:6Fe2+ + 3ClO + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 4Fe3+ + 3Cl

而对于这个答案到底怎么弄出来的,没有细说。这里关键的Fe3+为什么没有完全形成沉淀?有些网友也说什么碱性不强,Fe3+没有完全沉淀。学生对这种解释显然不能接受!其实我们可以再由OH和Fe3+写出一个离子方程式:Fe3+ + 3OH= Fe(OH)3↓,然后与2Fe2+ + ClO + H2O=2Fe3+ + Cl+ 2OH合并,最小公倍数法消去不共存的OH,可得答案:6Fe2+ + 3ClO + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 4Fe3+ + 3Cl

关于物质熔沸点比较的几点疑问

对于一些同主族或同周期,能运用元素周期律的递变规律比较熔沸点的就不在此再重复了。只说两个例子:

一、硫单质与金属钠的沸点高低。

这应该是运用晶体类型看熔、沸点规律。常见的晶体有原子晶体、金属晶体、离子晶体、分子晶体。原子晶体沸点>离子晶体>分子晶体。而金属单质和合金属于金属晶体,其中熔、沸点一般较高(但也有低的)。而原子晶体之间的熔沸点比较,则由原子晶体成键元素之间的共价键大小而决定,共价键越短,键能越大,熔沸点越高。判断一个共价键键长可由组成该共价键两原子的半径大小而推出。

硫单质属于份子晶体(有S2、S4、S6、S8等多种分子,还有由多个S原子构成的大分子),而金属钠属于金属晶体,所以金属钠的熔点高于单质硫。

PS:区分是分子晶体还是原子晶体,主要根据组成该物质的结构而定。如原子晶体,是由原子间以共价键相连成无限网状,如二氧化硅中硅连氧,氧连硅,无限下去。分子晶体则是有限的一个一个的分子组成。

二、氢气和氮气的沸点高低比较。

这两者都属于气体分子,沸点应该由范德华力(分子间作用力)决定。如果这两者可以用分子间作用力比较,则根据分子量越大,分子间的作用力越大,熔沸点越高的原则:氮气沸点>氢气。

但范德华力的前提是,结构性质相似的物质才适用。但氢气和氮气虽然都是双原子分子,但结构相似吗?一个是氢氢单键,一个是氮氮三键,硬说结构相似,很牵强吧?希望有同行指点一下。在此谢过~

守恒法在化学计算题中的应用(一)

原题节选:

(4)反应③在X(为HNO3)溶液温度、浓度不同时,产物也不同,则过量的D(为Fe)分别与一定量不同温度、浓度的X的稀溶解反应时,若4mol X参加反应转移了3mol电子,此时反应的离子方程式为___________________________________;若5mol X参加反应转移了4mol电子,此时X的还原产物可能是下列选项中的________:a.NO,b.N2O,c.N2,d.NH4NO3

解析:过量的铁与稀硝酸反应,铁肯定被氧化成+2价,因为反应转移电子为3mol,则铁被氧化时失去的电子也为3mol。建立关系式:

再由Fe(NO3)2的分子式得到关系:

参与反应的HNO3一共是4mol,Fe(NO3)2中没变价的N为3mol,则被还原的HNO3只有1mol。1mol+5价的N被还原,要转移3mol电子,则N肯定是降到+2价,所以得到HNO3被还原的产物为NO。则此时的离子方程式为:3Fe +8H+ + 2NO3 = 3Fe2+ + 2NO↑+ 4H2O

第二个空:根据上面的原理,

再由Fe(NO3)2的分子式得到关系:

参与反应的HNO3一共是5mol,Fe(NO3)2中没变价的N为4mol,则被还原的HNO3只有1mol。1mol+5价的N被还原,要转移4mol电子,则N肯定是降到+1价,所以得到HNO3被还原的产物为N2O,则b正确;若产物为d选项的NH4NO3,根据N原子守恒,则1molHNO3只能生0.5molNH4NO3,NO3中的N没变价,NH4+中的N为-3价,+5降至-3,转移电子数为8,0.5mol,则转移电子数也为4mol,即d答案也符合。

1mol金刚石有多少mol碳碳单键?1mol石墨有多少mol碳碳单键?

要解决这个问题,得从两者的结构说起:石墨为一层一层的,而金刚石是立体网状结构。具体如下图:

金刚石结构中,1个C原子共形成4个碳碳单键,但每个碳碳单键由2个C原子组成,则实际上1个C原子形成的碳碳单键数量=4*1/2=2个。而1mol金刚石有NA个碳原子,则1mol金刚石含有的碳碳单键数为2mol(或2NA个);而石墨一层一层的,1个碳原子形成3个碳碳单键,但每个碳碳单键由2个C原子组成,则实际上1个C原子形成的碳碳单键数量=3*1/2=1.5个。所以1mol石墨含有碳碳单键1.5mol(或1.5NA)。

但这些最大的问题是,碳原子最外层有4个电子,为什么石墨中的碳原子只形成3个碳碳单键?还有一个电子呢?石墨中剩下的那个未成键的电子与共平面的所有碳形成离域派(Л)键

烯烃被酸性高锰酸钾氧化是不是都会产生二氧化碳

在学习烷烃与烯烃性质对比时,经常会遇到这样一个问题:除去CH4含有的少量CH2=CH2时,不能使用酸性高锰酸钾的洗气瓶,因为被酸性高锰酸钾氧化时会产生CO2,引入新的杂质。那么是否意味着所有烯烃被酸性高锰酸钾氧化时都会产生呢CO2

当然不是!要理解好这个问题,得首先从烯烃被酸性高锰酸钾氧化的原来来分析:乙烯被酸性高锰酸钾氧化时,是先断开双键,然后在“断开”的两半,各接上一个氧原子。如:CH2=CH2双键断开时,得到两半“CH2=”和“=CH2”(这两半是一样的)。然后在断开的半个双键处接上一个氧,如:O=CH2。这个其实就是甲醛!醛基具有还原性,会断续被氧化成甲酸HCOOH。然而HCOOH分子中还是有醛基结构,会继续被氧化成HOCOOH。这个结构中1个碳原子接了2个羟基,会自动脱水,再形成一个碳氧双键,成为O=C=O,这个就是CO2。如下图:

再看CH3CH=CHCH3被酸性高锰酸钾氧化时,双键断开时,得到两半“CH3CH=”和“=CH2”,根据上述原理,两半接氧原子后得到CH3CHO和CH2O,两者氧化后最终得到CH3COOH和CO2。

但如果是CH3CH=CHCH3时,双键断开时,得到两半都是“CH3CH=”,则氧化后得到的只有CH3COOH。

综上所述,烯烃被酸性高锰酸钾氧化是到底有没有CO2,要看该烯烃有没有“=CH2”这一结构,如果有,这一结构最终会被氧化成CO2。

改用60mL0.50mol/L盐酸跟50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应

改用60mL0.50mol/L盐酸跟50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应,求出的中和热数值为什么和原来相同?

选修4或者必修2中,关于中和热测定时,盐酸与氢氧化钠的用量上,是使用50mL0.50mol/L盐酸和50mL0.55mol/LNaOH进行实验,氢氧化钠稍过量,可以保证盐酸完全反应,使测得的中和热误差减小。至于为什么不能使盐酸稍过量的原因,之前的一篇日志已分析过,在此就不用再重复了。但如果改用60mL0.50mol/L盐酸跟50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应,求出的中和热数值为什么和原来相同?这个用量的配比,不也是酸比碱稍多吗?为什么又没有影响?

中和热只是指生成1mol水时所释放出的热量,与反应酸碱的量多少是无关的。但反应酸和碱的量多了或少了,只会影响反应放出热量的多少,不会影响中和热求算的值。

关于反应热与焓变关系的一点理解

反应热是指化学反应中吸收或释放的热量,通常用焓变来表示。但焓变与反应热是两个不一样的概念,不能简单的等同。只是在恒压情况下化学反应的热效应在数值上与焓变值非常接近,所以用焓变表示反应热。高中阶段更是简单地认为焓变就是反应热。

但细想一下,把反应热与焓变简单等同起来,是存在很大的问题的。因为焓变是与物质的内能有关的一个物理量。焓变=生成物焓-反应物焓。但存在内能变化的不一定就是化学反应,比如液态水变成气态水, 是物理的过程,一样存在能量的变化,一样可以通过热化学方式的形式用焓变表示这一物理过程的能量变化。我们能说液态水变成气态水的焓变是反应热吗?显然不能吧?

对此,阿柯有如下2种理解:1.反应热是指物质变化(包括物理变化和化学变化)过程中吸收或释放的热量,这样下定义,感觉就不会与焓变=反应热这一理解冲突。但反应热包括物理变化的热效应,又很牵强。

2.反应热是指化学反应中吸收或释放的热量,通常用焓变来表示。但焓变不是只能用来表示反应热,也可以用来表示物理过程中的能量变化。这样一来,物理过程的热化学方程式就仅仅表示一个物理变化过程及其热效应,不是表示化学反应,其焓变更不能说是反应热。

两种理解,阿柯更支持2,希望同行、网友指正。

有关同系物概念的一个题目

原题:醇类化合物在香料中占有重要的地位,下面所列的是一些天然的或合成的醇类香料:

d043ad4bd11373f0ccd0c729a70f4bfbfaed049c

下列说法中正确的是(  )
A.可用酸性KMnO4溶液检验①中是否含有碳碳双键
B.②和③互为同系物,均能催化氧化生成醛
C.④和⑤互为同系物,可用核磁共振氢谱检验
D.等物质的量的上述5种有机物与足量的金属钠反应,消耗钠的量相同

答案为D,此题难点是C,C中的后半部分“可用核磁共振氢谱检验”是对的,但④和⑤不是同系物。

同系物的概念:一般的,我们把结构相似、分子组成相差若干个“CH2”原子团的有机化合物互相称为同系物。同系物一般出现在有机化学中,同系物必须是同一类物质(含有相同且数量相等的官能团,羟基例外,酚和醇不能成为同系物,如苯酚和苯甲醇)

同系物特点:

1.同系物一定符合同一通式;但符合同一通式的不一定是同系物。
2.同系物必为同一类物质。
3.同系物化学式一定不相同。
4.同系物的组成元素相同。
5.同系物结构相似,不一定完全相同。
6.同系物之间相差若干个CH2原子团。
对比④和⑤两种结构,似乎都符合同系物的概念和定义。问过度娘,有网友说④和⑤的结构不相似,如果把⑤结构“上面”O-CH3的O接在苯环与-CH2CH2OH之间形成-O-CH2CH2OH,或者将⑤结构“下面”的-OH接到上面的O-CH3形成-O-CH2OH,才算是结构相似。
按上述网友的理解,同系物的结构相似是否可以理解为:除去多出的n个CH2,剩下的应该是一样的(酚和醇除外),这样的结构才是相似,才是能互称为同系物。比如甲苯和二甲苯,都是苯的同系物,因为除去多出来的-CH2,都只剩下苯环;又如苯甲酸和苯乙酸,除去多出来的-CH2,也只剩苯甲酸结构。如果把题目中⑤结构“上面”O-CH3的O接在苯环与-CH2CH2OH之间形成-O-CH2CH2OH,然后把多出来的上面的CH2去掉,两者结构就一样了。如果不作这样的调整不管我们把⑤结构中那个位置的CH2去掉,都不可能得到和④一样的结构。
上述分析,如果有错,还望能指出,谢谢~