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關鍵詞:合金化熱鍍鋅層;電解剝離;掃描電鏡;電化學
Abstract: in this paper, by using scanning electron microscope, X raydiffraction, constant potential method, to determine theelectrochemical reaction of galvannealing coating structure withsufficiently low potential scan rate. By scanning electron microscope method and electrolytic stripping method respectively, hot galvanizedlayer of different alloying time of electrochemical and describe the phenomenon, observed phenomena will also carry on the scanning electron microscope result contrast analysis. Hot galvanizing alloyelectrolytic stripping at sufficiently low potential scan rate, can make the coating of each phase by phase solubility analysis, by making use of the measured data and the original dissolution potential contrast,electrochemical phenomena that the corresponding alloy structure of hot galvanized coating and conclusion.
Keywords: galvannealed layer; electrolysis; scanning electron microscope; electrochemical
中圖分類號:TU512.2文獻標識碼:A
簡介:
熱鍍鋅合金化起源于80年代,熱鍍鋅合金化鍍層具有耐蝕性、涂裝性、焊接性的特點,已廣泛應用于汽車制造等相關制造業,具有廣泛的應用前景。合金化鍍層的組織結構具有復雜性,在鍍層組織、工藝、性能關系的研究中,鍍層組織的電化學分析是一個難點,是研究其他關系的前提。熱鍍鋅合金化鍍層受大氣和海洋腐蝕的實驗方法從室外發展到室內的同時,其研究和分析方法也逐步向多元化特點,更多的電化學研究方法已經逐步被廣泛應用。
電化學方法,即是根據溶液中物質的電化學性質及其變化規律,建立在以電位、電導、電流和電量等電學量與被測物質某些量之間的計量關系的基礎之上,進行定性和定量相結合的分析方法。基礎是在電化學池中所發生的電化學反應。電化學池由電解質溶液和浸入其中的兩個電極組成,兩電極用外電路接通.在兩個電極上發生氧化還原反應,電子通過連接兩電極的外電路從一個電極流到另一個電極。根據溶液的電化學性質,如電極電位、電流、電導、電量等,與被測物質的化學或物理性質。如電解質溶液的化學組成 、濃度、氧化態與還原態的比率等之間的關系,將被測定物質的濃度轉化為一種電學參量加以測量。
恒電流法,即是采用足夠低的電位掃描速度,在平衡電極電位較低的相溶解過程中,平衡電極電位較高的其余各處于相對穩定狀態,可使鍍層各相產生選擇性逐相溶解,能清晰地顯示各相的溶解過程。通過選取適當的電解質溶液,采用足夠低的掃描速度,可區分出鍍層各相的溶解過程,基本避免了各相之間同時溶解。電化學實驗儀器為Solartron 1287 A恒電位儀和Sola巾on 1255B阻抗普儀。動電位極化曲線的掃描速率為20 mV/min,電位掃描區間為-100mV 到100mV(相對于開路電位),陰陽極掃描均從開路電位開始。電化學阻抗測試頻率范圍為8 kHz-9 mHz,方向為從高頻開始到低頻結束,測試時擾動電位的幅度為5 mV。 熱鍍鋅合金化鍍層樣品表面形貌觀察采用冷場發射掃描電回熱鍍鋅合金化鍍層進行掃描的。
電化學分析討論
無論什么條件下,熱鍍鋅合金化含量由0%至10%時合金抗腐蝕性能隨合金含量增大而增強;熱鍍鋅含量由10%至20%時,抗腐蝕性能隨熱鍍鋅合金化含量增加而減弱;熱鍍鋅合金由20%至30%時,抗腐蝕性能又隨熱鍍鋅合金化含量的提高而增強;當熱鍍鋅合金化含量大于30%時,雖然腐蝕速度較低,但在不同介質中與66Al2Zn相比,表現為不穩定,規律不明顯并出現個別點蝕。就金屬腐蝕而言,如果預先采用涂層防護(包括防腐涂料和表面處理技術)和電化學保護(包括犧牲陽極和外加電流陰極保護方法)對金屬進行保護,其中25%-40 %的損失可以得到有效避免[1-2]。
以掃描電鏡、背散射及EDS能譜表征和分析手段對熱鍍鋅合金化鍍層鍍層的表面結構、形貌及腐蝕性能進行了詳細研究。同時利用循環伏安、動電位極化曲線、電化學阻抗及腐蝕電位等電化學手段詳細研究了熱鍍鋅合金化鍍層的腐蝕電化學行為。結果表明,熱鍍鋅合金化鍍層鍍層元明顯的孔洞和漏鍍,但表面有明顯的凹陷、不平及少許的微孔,其表面主要由熱鍍鋅合金化鍍層相組成的網絡狀結構形貌。結果表明,熱鍍鋅合金化鍍層的腐蝕速度隨熱鍍鋅合金化含量的增加是波動的,呈現出波浪形變化特點。 其次,從電子化電阻及腐蝕電流的變化可以看出:不同合金成分的鍍層,其電阻數值在5Al2Zn處明顯升高,腐蝕電流則相應降低;隨著合金成分中熱鍍鋅合金化含量的增加,該二參數發生相反的變化,至25Al2Zn處,電阻達到整個熱鍍鋅合金化含量的最低值,而相應的腐蝕電流則達到最高值;熱鍍鋅合金化含量的電阻值不斷上升,腐蝕電流不斷下降,熱鍍鋅合金化含量大于35%后,腐蝕電流趨于平穩。
從上述分析可以看到,電阻與腐蝕電流所反映的腐蝕狀態基本一致,即電阻值越大則腐蝕電流數值越小,對腐蝕后樣品電阻與腐蝕電流數值的測定也獲得了與此一致的結果。可知,熱鍍鋅合金化鍍層的腐蝕電子化速度很慢,比純熱鍍鋅合金化的腐蝕速度低1-2倍;而熱鍍鋅合金化鍍層腐蝕速率與純熱鍍鋅合金化鍍層的相接近,均高于其它成分鍍層的腐蝕速度。熱鍍鋅合金化系統的腐蝕速度隨鍍層中鋁含量的增加而呈現出非線性的變化。從影響腐蝕的各種因素上分析,為了解熱鍍鋅合金化的影響機制,有待在腐蝕產物、合金微觀結構等方面進一步開展工作。
結論
第一,熱鍍鋅合金化鍍層的電化學腐蝕結果與合金成分有關,熱鍍鋅合金可分為整體腐蝕和晶間腐蝕,晶間腐蝕危害性大于整體腐蝕[2],其中55Al2Zn合金鍍層和5Al2Zn合金鍍層抗蝕性能最好,而25Al2Zn合金鍍層抗蝕性能最差。第二,熱鍍鋅合金化的大小對抗蝕性能在各階段的影響。熱鍍鋅合金化含量由0%至10%時合金抗腐蝕性能隨合金含量增大而增強;熱鍍鋅含量由10%至20%時,抗腐蝕性能隨熱鍍鋅合金化含量增加而減弱;熱鍍鋅合金由20%至30%時,抗腐蝕性能又隨熱鍍鋅合金化含量的提高而增強;當熱鍍鋅合金化含量大于30%時,雖然腐蝕速度較低,但在不同介質中與66Al2Zn相比,表現為不穩定,規律不明顯并出現個別點蝕。第三,熱鍍鋅合金化含量在10%、20%和30%出現的三個特異點,說明了熱鍍鋅合金化的加入對提高耐蝕性能并不呈現線性規律。應進一步從腐蝕產物、微觀結構等方面開展深入的研究。第四,可以定性判斷熱鍍鋅合金化鍍層合金相種類及不同合金化時間鍍層中合金相的相對含量,但不能定量地給出鍍層中合金相的含量。第五,用電解剝離的方法在足夠低的電位掃描速度下可以使熱鍍鋅合金化鍍層中的各相逐相溶解,利用測得的極化曲線和各相的初始溶解電位實現對熱鍍鋅合金化鍍層鍍層中電化學定量分析。
參考文獻
[1]陸柱.可持續發展戰略與腐蝕防護技術[J],腐蝕與防護,1997, (2).
[2]張杰.熱浸鍍鑄及其合金海水中腐蝕行為研究[C].青島:中國科學院研究生院,2005.
正文:學習最忌諱盲目。常有這樣的學生,面對教科書,一會兒翻翻這本,一會兒摸摸那本,最終卻不知道自己該做些什么。這種情況在很大程度上都是由學習無計劃造成的。
制訂學習計劃,首先必須注意三個問題。
第一,明確所要達到的目標。比如:是要夯實基礎,還是要提高答題能力;是要應付即將到來的一次會考,還是面向高考等遠期目標,這一切,心里一定要有一個底。
第二,自身的定位。明確自己掌握了哪些,欠缺了哪些,優勢在哪里,劣勢在哪里。
第三,時間的允許。最主要的應該是讓學習計劃有時間可執行,而不至于成為一紙空文。
要充分地利用時間搞好學習,離不開制訂學習計劃和日程表。計劃是指對學習的長期打算和安排,而日程表是指處理現在的學習任務較具體的逐日計劃。
要制定學習計劃,不僅要遵循上述的一些基本準則,還要體現如下一些具體要求:
1)要從實際出發,講究實效
做什么都要講究實效,要量力而行。在制訂計劃時,要充分考慮自己的實際能力和水平,突出重點。目標任務不要訂的太高,否則還不如不訂。對那些自己學起來感到吃力的學科,可以多分配一些時間;對自己不大困難的,則相對少花點時間。
2)要和老師的教學同步、協調
計劃的目標是為了提高學習效率,是為了幫助自己學習,因此要處處與老師的教學配合協調、同步,只有這樣才會促進自己的學習。
3)要張弛有度,留有余地
計劃畢竟是一種設想,并不等于現實,在付諸實施的過程中,還可能會受到各種各樣的突況的影響,因此要留有適度、靈活機動的時間,做到張弛有度。
4)要留有適當的休息時間
人的大腦活動是有一定限度的,用長了會產生厭倦、疲勞的感覺,效率就會降低,如果在安排時間表時一點休息時間也沒有,那么連續學習兩小時,就會出現厭煩、注意力不集中和對學習內容不滿的情緒。所以在安排時間時,應設計出相應的休息時間。總的來說,在學習25-35分鐘后,中學生在學習40-50分鐘后,即應休息一會兒,休息時間可確定在5分鐘左右,太長了也不好,否則會使學習勁頭喪失,不利于繼續學習。
需要注意的是,腦力勞動的疲勞不同于體力勞動的疲憊,它主要是對學習厭倦和興趣不足,而不是真正的無法繼續下去。所以,休息時間不必太長,變換一下活動方式、身體姿勢,或到外面散散步,聽聽音樂,唱唱歌等,都是很好的休息。
一、對圖表的分析能力和數據處理能力弱
例1.(2010•福建高考)化合物Bilirubin在一定波長的光照射下發生分解反應,反應物濃度隨反應時間變化如圖所示,計算反應4~8min間的平均反應速率和推測在反應16min時反應物的濃度,結果應是( )
A.2.5μmol•L-1•min-1和2.0μmol•L-1
B.2.5μmol•L-1•min-1和2.5μmol•L-1
C.3.0μmol•L-1•min-1和3.0μmol•L-1
D.5.0μmol•L-1•min-1和3.0μmol•L-1
錯解剖析:看到題目以后,感覺無從下手,沒有認真對圖表進行分析和數據處理,毫無依據的選了一個答案,導致錯誤。
解析:本題考查化學反應速率的計算,意在考查考生對圖表的分析能力和數據處理能力。4~8min間化合物Bilirubin的濃度變化為Δc=10μmol•L-1,則v(Bilirubin)=10μmol•L-14min=2.5μmol•L-1•min-1;根據圖示,每隔4min化合物Bilirubin的濃度減小一半,則16min時化合物Bilirubin的濃度為8min時濃度的1/4,故16min時其濃度為10μmol•L-1×1/4=2.5μmol•L-1,B項正確。
答案:B
二、沒有正確理解速率之比與方程式的計量系數之比的關系
例2.(2010•海南高考)對于化學反應3W(g)+2X(g)4Y(g)+3Z(g),下列反應速率關系中正確的是( )
A.v(W)=3v(Z)B.2v(X)=3v(Z)
C.2v(X)=v(Y)D.3v(W)=2v(X)
錯解剖析:易錯選A、B、D。錯誤地認為化學計量數應該是速率前面的值,造成錯誤。
解析:速率之比等于方程式的計量系數之比。A項,v(W)=v(Z);B項,3v(X)=2v(Z);D項,2v(W)=3v(X)。C項正確。
答案:C
三、忽視化學反應速率的變化特點
例3.一定溫度下,在固定體積的密閉容器中發生下列反應:2HI(g)H2(g)+I2(g)。若c(HI)由0.1mol•L-1降到0.07mol•L-1時,需要15s,那么c(HI)由0.07mol•L-1降到0.05mol•L-1時,所需反應的時間為( )
A.等于5sB.等于10s
C.大于10sD.小于10s
錯解剖析:本題極易錯選B,僅僅根據數據進行計算,錯誤地認為化學反應是一個勻速變化,在相同的時間段內化學反應速率是不變的。
解析:c(HI)從0.1mol•L-1降到0.07mol•L-1過程中:v(HI)=Δc/Δt=0.03mol•L-1/15s=0.002mol•L-1•S-1。假設v(HI)不變,則c(HI)從0.07mol•L-1降到0.05mol•L-1時,Δt=Δc/v=0.02mol•L-1/0.002mol•L-1•s-1=10s。然而反應速率受濃度變化的影響,濃度越大反應速率越快,而0.07mol•L-1比0.1mol•L-1小,反應速率較慢,所需反應時間應大于10s。
答案:C
四、受思維定勢的干擾
例4.用鐵片與稀硫酸反應制H2,下列措施不能使H2的生成速率加大的是( )
A.加熱B.改用濃硫酸
C.滴加少量CuSO4溶液D.改鐵片為鐵粉
錯解剖析:本題極易錯選C,原因在于忽略化合物的特性以及原電池原理的應用。滴加少量CuSO4溶液,使硫酸的濃度減小,但鐵能與CuSO4反應生成銅并附在鐵片表面,與硫酸構成原電池,加快反應速率。
解析:加快反應速率的主要措施,有增大反應物濃度、升高溫度、增大壓強、使用催化劑、增大反應物的接觸面等。本題似乎A、B、D都可以實現目的,但濃硫酸在常溫條件下會將鐵鈍化,因此B措施不可行。
答案:B
五、讀圖轉化信息能力差
例5.一定溫度下,在2L的密閉容器中發生如下反應:A(s)+2B(g)xC(g),ΔH<0。B、C的物質的量隨時間變化的關系如圖1,達平衡后在t1、t2、t3、t4時都只改變了一種條件,逆反應速率隨時間變化的關系如圖2。
下列有關說法正確的是( )
A.x=2,反應開始2min內,v(B)=0.1mol/(L•min)
B.t1時改變的條件是降溫,平衡逆向移動
C.t2時改變的條件可能是增大c(C),平衡時B的物質的量分數增大
D.t3時可能是減小壓強,平衡不移動;t4時可能是使用催化劑,c(B)不變
錯解剖析:易錯選A或C。錯選A,當x=2時,v (B)=(0.3mol/L-0.1mol/L)/2min=0.1mol/(L•min);錯選C,若增大c(C),反應將向逆反應方向移動,B的物質的量增大,所以B的物質的量分數增大。錯選A是沒有看清圖,縱軸表示物質的物質的量,而反應速率的公式中分子是濃度的變化;錯選C是模糊了物質的量和物質的量分數之間的關系,物質的量增加并不意味著物質的量分數增加。
解析:本題主要涉及化學平衡圖像的識別和判斷,圖1是物質的量-時間圖,圖2為速率-時間圖。A中,當x=2時,v(B)=(0.3mol-0.1mol)/2L/2min=0.05mol/(L•min);B中,此反應ΔH<0,降溫平衡正向移動;C中,結合圖2,逆反應速率增大,平衡逆向移動,B的物質的量增大,但是總的物質的量也在增大,所以B的物質的量分數不一定增大;D中,改變壓強,平衡不移動,使用催化劑,平衡亦不移動。
答案:D
六、沒理解透徹外界條件對化學平衡的影響
例6.一定溫度下發生可逆反應:A(s)+2B(g)2C(g)+D(g),
SymbolDA@ H<0。現將1molA和2molB加入甲容器中,將4molC和2molD加入乙容器中,此時控制活塞P,使乙的容積為甲的2倍,t1時兩容器內均達到平衡狀態(如圖1所示,隔板K不能移動)。下列說法正確的是( )
A.保持溫度和活塞位置不變,在甲中再加入1molA和2molB,達到新的平衡后,甲中C的濃度是乙中C的濃度的2倍
B.保持活塞位置不變,升高溫度,達到新的平衡后,甲、乙中B的體積分數均增大
C.保持溫度不變,移動活塞P,使乙的容積和甲相等,達到新的平衡后,乙中C的體積分數是甲中C的體積分數的2倍
D.保持溫度和乙中的壓強不變,t2時分別向甲、乙中加入等質量的氦氣后,甲、乙中反應速率變化情況分別如圖2和圖3所示(t1前的反應速率變化已省略)
錯解剖析:易錯選A或C。錯選A是因為在甲中再加入1molA和2molB與開始加入的加在一起與乙中物質的量相當,但體積只有乙的一半,所以認為A正確;錯選C是因為甲的量相當于乙中的量的一半,當體積相等時就有C正確。錯選A、C都是忽略了在改變條件時,該平衡發生了移動,因此必須在新的條件下考慮各組分量的關系。
解析:做好此題的關鍵,是分析清楚改變條件平衡如何移動。A中可以建立假設的思維模型,設甲的體積與乙的相等,按兩次投料后建立平衡,此時與乙等效,再將甲的體積縮小為原來的一半,平衡會逆向移動,C的濃度就會小于乙中C的濃度的2倍;B中升高溫度,平衡逆向移動,B的體積增加,而氣體總體積卻減少,甲、乙中B的體積分數均增大;C中相當于壓縮乙,增大壓強,平衡逆向移動,乙中C的體積分數小于甲中C的體積分數的2倍;D中由于K不動,增加氦氣不影響平衡移動,而乙由于增加了氣體的量,活塞右移,體積增大,壓強減小,所以平衡發生正向移動。
答案:BD
七、沒注意到隱含條件
例7.如圖所示裝置為裝有活塞的密閉容器,內盛22.4mL一氧化氮。若通入11.2mL氧氣(氣體體積均在標準狀況下測定),保持溫度、壓強不變,則容器內的密度( )
A.等于1.369g/L
B.等于2.054g/L
C.在1.369g/L和2.054g/L之間
D.大于2.054g/L
錯解剖析:易錯選B。依據反應2NO+O22NO2進行計算,由題目所給的條件,混合氣體的質量為30g/mol×0.001mol+32g/mol×0.0005mol=0.046g,這時混合氣體的密度為0.046g/0.0224L≈2.054g•L-1,誤選B。
解析:上述解答沒有注意到存在化學平衡2NO2N2O4。由于平衡的存在,溫度壓強不變的條件下,平衡右移,造成混合氣體的體積小于22.4mL,密度一定大于2.054g•L-1。
答案;D
八、對化學反應是否達到平衡的標志判斷不準確
例8.在一個不傳熱的固定容積的密閉容器中,可逆反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g),達到平衡的標志是:①反應速率v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=1∶3∶2,②各組分的物質的量濃度不再改變,③體系的壓強不再發生變化,④混合氣體的密度不變(相同狀況),⑤體系的溫度不再發生變化,⑥2×v(N2)(正反應)=1×v(NH3)(逆反應),⑦單位時間內3molH―H斷鍵反應同時2molN―H也斷鍵反應。說明反應已經達到平衡的一組是( )
A.①②③⑤⑥B.②③④⑤⑥
C.②③⑤⑥D.②③④⑥⑦
錯解剖析:易錯選A、C、D。誤選A是將化學反應速率和化學平衡中的正、逆反應速率混為一談。①只能表示正反應速率,而不能表示正、逆反應速率之間的關系。⑥說明N2減少的速率和NH3(作為逆反應的反應物)減少的速率與方程式的系數成正比,正、逆反應速率相等,應為平衡的標志。誤選C是認為④不是達到平衡的標志,其原因是思維定勢和綜合應用能力較弱。本反應的氣體總質量不變(反應物和生成物皆為氣體),混合氣體的物質的量減小,平均摩爾質量增大,密度增大,密度不變應視為達到平衡的標志。誤選D的原因是疏忽大意較多,忽略了每摩爾氨分子含有3molN―H鍵,單位時間內3molH―H斷鍵反應同時6molN―H也斷鍵反應,才能表示正、逆反應速率相等。
解析:對達到化學平衡狀態的標志,描述是多方面的:從微觀上分析,單位時間內形成化學鍵的鍵數、得失電子數等,都可以表示反應速率;從宏觀上分析,各物質的濃度、體系內物質的顏色、體系的壓強、體系的溫度、混合氣體的平均摩爾質量等,都可以反映出各物質的百分組成變化。在表示反應速率時,一定是表示正反應速率和逆反應速率相等。在討論百分組成變化時,要注意觀察方向,如氣體的顏色,要注意適用的范圍,如從壓強、混合氣體的平均摩爾質量上判斷,僅適用于反應前后氣體的物質的量不等的反應。
答案:B
九、沒有真正理解量的變化
例9.在一個密閉容器中,可逆反應aA(g)bB(g)達到平衡后,保持溫度不變,將容器體積增大一倍,當達到新的平衡時,B的濃度是原來的60%,則( )
A.平衡向正反應方向移動了
B.物質A的轉化率減小了
C.物質B的質量分數增加了
D.a>b
錯解剖析:沒有真正理解量的變化(體積變化引起濃度變化)關系。根據題意,當體積增大時,B的濃度減小,即增大體積(減小壓強)時平衡向左移動,因此A的轉化率減小;根據平衡移動原理,可知a>b。錯選BD。
解析:當容器的體積增大一倍時,若平衡不發生移動,B的濃度應該為原來的50%。但題目指出,新平衡中B的濃度為原來的60%(大于50%),說明平衡發生移動,而且朝正反應方向移動。
答案:AC
十、對等效平衡理解不深
例10.600K時,在容積可變的透明容器內,反應2HI(g)I2(g)+H2(g)達到平衡狀態A。保持溫度不變,將容器的容積壓縮成原容積的一半,達到平衡狀態B。
(1)按上圖所示的虛線方向觀察,能否看出兩次平衡容器內顏色深淺的變化?并請說明理由。
(2)按上圖所示的實線方向觀察(活塞無色透明),能否看出兩次平衡容器內顏色深淺的變化?并請說明理由。
錯解剖析:從實線方向觀察,根據A、B兩狀態下的I2的濃度關系:cB(I2)=2cA(I2),誤以為能觀察到容器內顏色的變化。
解析:狀態A與狀態B的不同點是:PB=2PA,但題設反應是氣體物質的量不變的反應,即由狀態A到狀態B,雖然壓強增大到原來的2倍,但是平衡并未發生移動,所以對體系內的任何一種氣體特別是I2(g)而言,下式是成立的:cB[I2(g)]=2cA[I2(g)]。對第(2)小問,可將有色氣體I2(g)沿視線方向全部虛擬到活塞平面上――猶如夜晚看碧空里的星星,都在同一平面上,則視線方向上的I2分子多,氣體顏色就深;反之,則淺。
答案:(1)可以觀察到顏色深淺的變化。由于方程式兩邊氣體物質的量相等,容積減半,壓強增大到2倍時,I2(g)及其他物質的物質的量均不變,但濃度卻增大到原來的2倍,故可以看到I2(g)紫色加深。 (2)不能觀察到顏色深淺的變化。因為由狀態A到狀態B,平衡并未發生移動,盡管cB[I2(g)]=2cA[I2(g)],但vB[I2(g)]=12vA[I2(g)],即視線方向上可觀察到的I2(g)分子數是相同的,故不能觀察到顏色深淺的變化。
十一、原理不清,應用不明
例11.在體積恒定的密閉容器中發生反應N2O4(g)2NO2(g),ΔH=+57kJ/mol。在溫度為T1、T2時,平衡體系中NO2的體積分數隨壓強變化曲線如圖所示。下列說法正確的是( )
A.A、C兩點的反應速率:A>C
B.A、C兩點氣體的顏色:A點淺,C點深
C.由狀態B到狀態A,可以用升溫的方法
D.A、C兩點氣體的平均相對分子質量:A>C
錯解剖析:(1)忽視條件造成錯誤判斷。判斷B選項時忽視“體積恒定的密閉容器中”這一關鍵條件,錯誤地認為就是減小體積的結果,導致判斷C點的顏色比A點深。(2)原理錯誤遷移。C選項,B狀態到A狀態是壓強不變,研究溫度對反應速率的影響,沒有將NO2的體積分數和平衡移動原理聯系起來,導致錯誤。(3)定量判斷,主觀臆斷。在解答諸如密度、相對分子質量判斷的題目時,不依據具體條件和公式進行判斷,不認真分析物質的聚集狀態、氣體體積或物質的量、質量導致錯誤判斷,誤選D選項。
解析:選項A,在其他條件不變時,壓強越大反應速率越大,達到化學平衡的時間越短,因P2>P1,C點的反應速率大于A點的反應速率;選項B,壓強增大,平衡向逆反應方向移動,NO2的物質的量減小,但容器體積恒定,所以NO2的濃度變小,顏色變淺,故C點的顏色比A點淺;選項C,由狀態B到狀態A,NO2的體積分數增大,平衡向正反應方向移動,生成NO2的反應為吸熱反應,故加熱升溫即可;選項D,A點氣體總的物質的量大于C點氣體總的物質的量,而氣體的體積和質量不變,根據氣體的平均相對分子質量M=m總氣體n總氣體,A點氣體的平均相對分子質量小于C點。
答案:C
十二、對化學平衡常數的定義和意義不清楚
例12.(2010•濰坊質檢)某溫度下,在一個2L的密閉容器中,加入4molA和2molB進行如下反應:3A(g)+2B(g)4C(s)+2D(g),反應一段時間后達到平衡,測得生成1.6molC,則下列說法正確的是( )
A.該反應的化學平衡常數表達式是K=c4(C)•c2(D)c3(A)•c2(B)
B.此時,B的平衡轉化率是40%
C.增大該體系的壓強,化學平衡常數增大
D.增加B,B的平衡轉化率增大
錯解剖析:沒有認識到物質C是固體,導致錯選A;看清楚C是固體,增大壓強,平衡向右移動,生成物濃度增大,反應物濃度減小,誤認為化學平衡常數增大,忽略了平衡常數只與溫度有關,導致錯選C;增加B,平衡右移,誤認為B的平衡轉化率增大,導致錯選D。
解析:化學平衡常數的表達式中不能出現固體或純液體,而物質C是固體,A錯誤;根據化學方程式可知,平衡時減少的B的物質的量是1.6mol×0.5=0.8mol,所以B的轉化率為40%,B正確;增大壓強時平衡常數不變,平衡常數只與溫度有關,C錯誤;增加B,平衡右移,A的轉化率增大,而B的轉化率減小,D錯誤。
答案:B
十三、化學平衡計算類試題不按規律走入誤區
例13.恒溫下,將amolN2與bmolH2的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中,發生如下反應:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。
(1)若反應進行到某時刻t時,nt(N2)=13mol,nt(NH3)=6mol,則a= 。
(2)反應達平衡時,混合氣體的體積為716.8L(標準狀況下),其中NH3的含量(體積分數)為25%。平衡時NH3的物質的量是 mol。
(3)原混合氣體與平衡混合氣體的總物質的量之比(寫出最簡整數比,下同):n(始)∶n(平)= 。
(4)原混合氣體中,a∶b= 。
(5)達到平衡時,N2和H2的轉化率之比:α(N2)∶α(H2)= 。
(6)平衡混合氣體中,n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)= 。
錯解剖析:解平衡類試題不運用三段式解題法,易出現思維混亂,找不到平衡時量與起始量的關系。不能熟練快速地使用題設條件,導致無法準確進行運算。
解析:(1)由反應的化學方程式得知,反應掉的N2和生成NH3的物質的量之比為1∶2。設反應掉的N2的物質的量為xmol,則x∶6=1∶2,解得x=3,a=13+3=16。
(2)n平(NH3)=716.8L22.4L•mol-1×25%=32mol×25%=8mol
(3)(4)(5)(6)N2+3H22NH3 n總
開始時ab0a+b
轉化x3x2x
平衡時 a-xb-3x2x32
2x32=0.25 x=4
由關系式a-x+b-3x+2x=32
求得:b=24,所以n(始)∶n(平)=(a+b)∶32=5∶4
a∶b=16∶24=2∶3,α(N2)∶α(H2)=416∶1224=1∶2
平衡混合氣體中,n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=(a-x)∶(b-3x)∶2x=12∶12∶8=3∶3∶2
答案:(1)16 (2)8 (3)5∶4 (4)2∶3 (5)1∶2 (6)3∶3∶2
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1.一定溫度下,向容積為2L的密閉容器中通入兩種氣體發生化學反應,反應中各物質的物質的量變化如圖所示,對該反應的推斷合理的是( )
A.該反應的化學方程式為3B+4D6A+2C
B.反應進行到1s時,v(A)=v(D)
C.反應進行到6s時,B的平均反應速率為0.05mol/(L•s)
D.反應進行到6s時,各物質的反應速率相等
2.利用反應2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g),ΔH=-746.8kJ/mol,可凈化汽車尾氣,如果要同時提高該反應的速率和NO的轉化率,采取的措施是( )
A.降低溫度
B.增大壓強同時加催化劑
C.升高溫度同時充入N2
D.及時將CO2和N2從反應體系中移走
3.現有下列兩個圖像:
下列反應中符合上述圖像的是( )
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0
B.2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH>0
C.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH<0
D.H2(g)+CO(g)C(s)+H2O(g) ΔH>0
4.已知在一定條件下有CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。在某一容積為2L的密閉容器中,加入0.2mol的CO和0.2mol的H2O,在催化劑存在的條件下,高溫加熱,發生如下反應:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),ΔH=akJ/mol。反應達平衡后,測得c(CO)∶c(CO2)=3∶2,下列說法正確的是( )
A.反應放出的熱量為0.04akJ
B.平衡時H2O的轉化率為40%
C.若將容器的體積壓縮為1L,有利于該反應平衡正向移動
D.判斷該反應達到平衡的依據是CO、H2O、CO2、H2的濃度都相等
5.可逆反應①X(g)+2Y(g)2Z(g)、②2M(g)N(g)+P(g)分別在密閉容器的兩個反應室中進行,反應室之間有無摩擦、可滑動的密封隔板。反應開始和達到平衡狀態時有關物理量的變化如圖所示:
下列判斷正確的是( )
A.反應①的正反應是吸熱反應
B.達平衡(Ⅰ)時體系的壓強與反應開始時體系的壓強之比為14∶15
C.達平衡(Ⅰ)時,X的轉化率為511
D.在平衡(Ⅰ)和平衡(Ⅱ)中M的體積分數相等
6.某溫度下,在一個2L的密閉容器中,加入4molA和2molB進行如下反應:3A(g)+2B(g)4C(?)+2D(?)。反應一段時間后達到平衡,測得生成1.6molC,且反應的前后壓強之比為5∶4(相同的溫度下測量),則下列說法正確的是( )
A.該反應的化學平衡常數表達式是K=c4(C)•c2(D)c3(A)•c2(B)
B.此時,B的平衡轉化率是35%
C.增大該體系的壓強,平衡向右移動,化學平衡常數增大
一、電極反應式的書寫難點突破
1.燃料電池電極反應式的書寫
燃料電池的總反應式一般是可燃燃料與O2的反應,其電極反應式的書寫步驟是:①找出總反應中的氧化劑、還原劑,判斷未變價物質是否是電解質溶液。②還原劑是負極反應物,失電子;氧化劑是正極反應物,得電子。預測并試探性地寫出可能的反應式。③根據電解質溶液成分進行適當的增減、修正和改寫。④將兩極反應式等電子相加,對比所得反應式與總反應式是否一致。
(1)電解質溶液呈堿性
例1.某甲烷—氧氣燃料電池的結構如下圖所示,該電池的兩個電極均由多孔碳制成,以30%KOH溶液為電解質溶液,氣體由多孔碳孔隙逸出并在電極表面放電,其總反應的化學方程式
A.用多孔碳作電極,是為了增大氣體與溶液的接觸面積,加快氣體的放電速率
B.若b處通入的氣體為氧氣,則B極為負極
C.當發生反應的O2為5.6L(標準狀況)時,則有2mol電子發生轉移
(2)電解質溶液呈酸性
例2.一種新型乙醇電池用磺酸類質子作溶劑,比甲醇電池效率高出32倍。電池總反應為:,電池示意圖如右圖。下面對這種電池的說法正確的是()
A.b極為電池的負極
B.電池工作時電子由a極沿導線經燈泡再到b極
D.設每個電子所帶電量為q庫侖,則1mol乙醇被氧化產生庫侖的電量
電量,故D選項不正確。答案為B。
(3)電解質是熔融鹽
陰極反應式:。
總反應式:。
解析:本題一是電極名稱特殊,一般電池電極叫正、負極,而本題叫陰、陽極;二是電極方程式特殊,一般陽極(負極)是在方程式的左邊減去電子,而本題是在右邊加上電子。上述兩點特殊給試題解答帶來困難。本題可采用逆向思維法,先寫出難度較小的總反應式,再用總反應式-陽極反應式,即可得陰極反應式。由于總反應方程式為:,用總(4)電解質是熔融氧化物
例4.美國研究人員在《科學》雜志上說,他們開發出了一種新的固體氧化物燃料電池,在用碳氫化合物——異辛烷作燃料時能源轉換效率有望達到50%,電解質是用一層以氧化鋯為主、含有少量釕和鈰的催化重整多孔薄膜,它在高溫下能傳導。這種新型燃料電池經過更多試驗后,能廣泛應用于汽車、飛機,甚至眾多家庭。下列說法正確的是()
C.固體電解質的作用是傳遞電子
D.電池中陰離子向正極移動
由上可知,電極反應其實也是一種離子反應,既要遵循書寫離子方程式的一切規則,又要考慮離子之間能否大量共存,生成物是否發生后續反應等。如各種燃料電池的正極都是O2得高溫熔融鹽環境中產物為CO2。現圖示如下:
另外,一般來說,一極有某離子消耗,另一極就應該有某離子生成,但兩極消耗和生成的離子數目不一定相等。掌握上述規律可使電極反應方程式的書寫變得簡單。
2.新型電源電極反應式的書寫
各種新能源電池逐步進入實用階段,尤其是車用電池發展很快。為了讓學生在一個全新問題情境下答題,新能源電池電極反應式的書寫成了近幾年高考考查的熱點。面對新型原電池,要在燃料電池電極方程式書寫方法的基礎上,結合新信息研讀,再對比、聯想經典原電池,全方位思考才能寫出正確的電極反應式。
例5.(2013年安徽理綜)熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源,一種熱激活電池的基本結構如下圖所示,其中作為電解質的無水混合物受熱熔融后,電池即可瞬0間
B.放電過程中,向負極移動
D.常溫時,在正負極間接上電流表或檢流計,指針不偏轉
3.可充電電池電極反應式的書寫
電池充電時,原電池的正極要接充電電源的正極,負極要接充電電源的負極,此時原電池變成了電解池。充電電極反應式的書寫,可在放電反應式的基礎上,把電子從一邊移到另一邊,并把得(或失)電子改為失(或得)電子,然后再將電極反應式中的產物與反應物顛倒即可。
例6.某新型二次鋰離子電池結構如下圖,電池內部是固體電解質,充電、放電時允許Li+在其間通過(圖中電池內部“”表示放電時Li+的遷移方向)。充電、放電時
A.外電路上的“”表示放電時的電流方向
解析:由Li+的遷移方向,可知電池結構圖的上部是電池的負極,下部是電池的正極,外電路上的“”表示放電時電子的流動方向,故A選項不正確。根據總反應式中元素價態二、易錯點分析
錯解:原電池的兩極最少要有一極能與電解質溶液發生反應才能構成原電池,而銅片和石墨都不與稀硫酸反應,所以不能構成原電池,故A選項正確。因不能構成原電池,溶液中沒有任何反應,所以B、C、D選項都不正確。答案為A。
分析:上述解法是錯誤的,原因是我們平時見到的和所舉的原電池的例子中,都是有一極電極材料能與電解質溶液直接發生反應的,從而形成思維定式,產生錯覺,認為只有一極電極材料能與電解質溶液發生反應時才能形成原電池。其實形成原電池的三個條件中,沒有要求電極材料必須有一極與電解質溶液反應。雖然銅片和石墨都不與稀硫酸反應,但還是能構成原電池(這種電池屬于金屬腐蝕,電壓很低,沒有實用價值),且銅片為原電池的負極,發生的反應為:,銅片逐漸溶解,銅極附近溶液要緩慢變成藍色,B選項三、命題趨勢分析
1.向新型電源方向命題
例1.(2013年全國理綜Ⅱ)“ZEBRA”蓄電池的結構如下圖所示,電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔。下列關于該電池的敘述錯誤的是()
A.電池反應中有NaCl生成
B.電池的總反應是金屬鈉還原三價鋁離子
一、學習主體分層,讓課堂教學全面兼顧
在實施分層教學之初,首先要對班級學生的學習情況進行調查和統計,充分了解他們的內心需求與性格特點,然后進行小組分層。比如,將學習能力強,綜合素質高的優等生劃分為C組;將基礎知識掌握能力強,具有一定思維能力的中等生劃分為B組;將學習能力弱,基礎知識掌握偏差的后進生劃分為A組。當小組劃分完畢之后,我們可以針對三組具體學情的不同而為他們制定符合自身能力的學習目標。這樣一來,一方面可以實現課堂教學上的減負,一方面還能降低高中生的壓迫感,從而讓他們在輕松愉悅的氛圍中感受知識。
比如在學習《硫和氮的氧化物》時,我給三組學生定下了這樣的學習目標:A組后進生學習能力偏差,基礎知識掌握薄弱,在位該組布置任務的時候,主要以基礎知識的掌握為總目標,目的在于提高他們對化學知識的認知,讓他們在學習的時候有據可依;B組學生的基礎知識相對扎實,但是對相關習題的解答能力偏弱,所以在保留A組學生任務的同時,適當地為B組學生布置一定量的練習題,繼而培養他們的實踐能力;C組學生不僅基礎知識掌握強,而且常規練習題較之也無太大的難度。這時,我們可以適當地為他們布置一些發散性強,其具有探究性價值的調查題,以便讓他們所學知識反饋到生活當中。
二、課堂提問分層,讓探究活動全民開展
問題永遠都是學習道路上不可缺少的存在,提問的價值在于喚醒學生探究意識,引導學生發現更多的知識,繼而充實自身,讓他們在學習的道路上更進一步。以《物質的分類》為例,當初步講完課程之后,學生尚缺乏一定的思維框架,只是模糊地了解某些知識,還無法形成一個完整的體系。這時,假如缺乏合理的引導和鞏固,那么學生將很容易忘記所學,或者模糊自己的認知。而在這個背景下,課堂提問的價值變呈現出來了。
同樣以上述案例為例,在講解完畢之后,為了幫助學生構建全面的知識結構,我是這樣對提問進行分層規劃的:“通過本節課的學習,大家初步了解了《物質的分類》的知識,請三組同學分別回答以下問題。A組的學生思考一下,物質都分為哪兩大類?我們生活中的食用鹽和白糖屬于純凈物,還是混合物呢?請B組的學生思考一下,如何對單質和化合物進行區分?我們日常生活中看到的鐵門,或者是礦泉水,它們屬于哪種物質呢?請C組的同學思考一下,為何不同的液體使用不同的物質會出現不同的變化?比如農藥波爾多液不能用鐵或鋁儲存,這是為什么呢?”這樣,不僅會讓課堂提問變得具有梯度性,同時還能確保每一層面學生都能投入到思考探究中,從而讓課堂學習變得百花齊放。
三、課后作業分層,讓習題訓練鞏固知識
作業是鞏固學生所學知識,提高學生應用能力的重要途徑。但是在以往的課堂教學中,老師在布置作業的時候大多數都遵從“題海戰術”的規則,布置的作業不僅量大,而且難度失衡。這樣不僅讓學生覺得厭惡,同時還會打消他們的積極性。久而久之,便開始有學生“談化學而色變”。那么是不是作業量大、多才是好的呢?其實不然。如果作業量很大,卻無法激發學生的熱情,無法深化他們的理解,那么只能讓學習變得事倍功半。所以,規劃作業不僅要注意學生個體情況,還要把握度,讓有限的作業發揮最大的價值。
比如在學完《開發利用金屬礦物和海水資源》時,我是這樣分層規劃作業的:A組學生基礎環節薄弱,在習題演練中存在短板。所以在為他們布置習題的時候不能過難,要以基礎知識的解答為主。如,從海水中提取金屬鎂的生產步驟有哪些?冶煉金屬的常用方法有幾種等。這樣一來,不會因為習題過難而對A組學生帶來困難感,還能間接提升他們化學思維,喚醒他們的自信心;B組學生較之A組,他們對基礎知識的把握相對牢固,這時假如給他們布置基礎性習題,反而無法起到鍛煉的效果。所以,我們可以適當地為他們布置一些計算性,或者難度偏高的習題,目的在于培養他們的解題技巧,為他們日后考試打下良好鋪墊;C組學生綜合能力強,在布置習題的時候,除了延續A組和B組問題的同時,我們還可以進行延伸提問。以A組學生的問題為例,我們可以C學生又紙面習題延伸到對生活問題的探究,從而加深他們的動手能力與思維能力。當然,我們可以適當地選取一些奧林匹克競賽習題讓他們進行解答,一方面可以開闊他們的視野,二來還能提高他們的解題技巧。
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