化学反应与能量变化.ppt

期末复习 专题一 化学反应与能量变化 一、专题1 化学反应与能量变化主要内容 化学反应应中的热热效应应 化学反应应的焓变焓变 反应热应热 的测测量与计计算 能源的充分利用 化学能与电电能的转转化 原电电池的工作原理 化学电电源 电电解池的工作原理及应应用 金属的腐蚀蚀与防护护 金属的电电化学腐蚀蚀 金属的电电化学防护护 2 定量测定 热化学方程式 定量计算 根据盖斯定律 化学反应的热 效应 反应热 反应的焓变 等温 等温、等压 二、各单元知识点的内在联系 1.“化学反应中的热效应”各知识点的内在关系 2. “化学能与电能的转化”各知识点的内在关系 原电池工作原理（电极反应） 原电池装置中电流的产生 原电池装置 能量转化 盐桥的作用 纽扣电池 铅蓄电池 燃料电池 原电池的电极反应和总反应的书写 各类化学电池的工作原理分析 金属的电化腐蚀牺牲阳极阴极防护法 “化学能与电能的转化”各知识点的内在关系 熔融NaCl通电前后的离子运动 电解池的工作原理 不能自发的氧化还原反应 能量转化 惰性电极电解 氯化铜溶液 氯化钠溶液 各类电解的应用分析 电镀原理分析 金属的电化腐蚀外加电源阴极保护法 可溶性电极电解 三、几个重、难点 1.有关焓变：教材第2页：在化工生产和科 学实验中，化学反应通常在敞口容器中进行 ，反应体系的压强与外界相等，即反应是在 恒压条件下进行的。在恒温、恒压条件下（ 严格说来，只做体积功，不做其他功），化 学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的 焓变（H）。 焓变:在恒温、恒压的条件下，化学反应过程 中所吸收或释放的热量称为反应的焓变 . 符号： H单位： kJ/mol 规定： 当H为“”（ H0）时，为吸热反应. 从键能上看：H反应物总键能生成物总键能 从总能量上看： H=E生成物总能量-E反应物总能量 1).焓变与各物质的能量的关系 从总能量上看： H=E生成物总能量E反应物总能量 吸热反应 生成物 反应物 能 量 吸收 热量 放出 热量 反应过程中能量变化曲线图： 生成物 反应物 能 量 放热反应 H生成物总能量反应物总能量 H0或 H为“”H0 或H为“” H0 H0 A 化学反应的本质是什么？ 化学键的断裂和形成 旧键断裂需要 能量， 新键形成会 能量。放 出 吸 收 2).焓变与各物质的键能的关系 从键能上看： H反应物总键能生成物总键能 （吸收的能量） 放出的能量） C C 下列各组热化学方程式中,化学反应的H前者大于后者 的是: C(s)+ O2(g)=CO2(g) H1 C(s)+ O2(g)=CO(g) H2 S(s)+O2(g)=SO2(g) H3 S(g)+ O2(g)=SO2(g) H4 H2(g)+ O2(g)=H2O(l) H5 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H6 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) H7 CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s) H8 3）.焓变大小的比较 已知 （1）H2( g )1/2O2 ( g ) H2O ( g ) H1 = a kJ/mol （2）2H2( g )O2 ( g ) 2H2O ( g ) H2 = b kJ/mol （3） H2( g )1/2O2 ( g ) H2O ( l ) H3 = c kJ/mol （4） 2H2( g )O2 ( g ) 2H2O ( l ) H4 = d kJ/mol 则a、b、c、d的关系正确的是 。 A、ad0 C、2a=b0 C 反应热大小的比较 2.热化学方程式 1）反应物和生成物要标明其聚集状态。 2）方程式右端用H 标明恒压条件下反应放出或吸收的 热量。 3）热化学方程式中各物质前的化学计量数只表示物质的 量，因此可以是整数或分数。 4）对于同一反应，当化学计量数不同时，其H 也不同 ，即H 的值与计量数成正比,当化学反应逆向进行时, 数值不变,符号相反。 5)可逆反应中的H数值是指该反应完全进行时的数值。 6）要注明反应的温度和压强（一般不注明,为101kPa， 25（298K） A 已知在1105Pa，298K条件下，2mol氢氢气燃烧烧生成水 蒸气放出484kJ热热量，下列热热化学方程式正确的是 ( ) A.H2O（g）H2（g）1/2O2（g）； B. H242kJmol1 B.2H2（g）O2（g）2H2O（l）； C. H484kJmol1 C.H2（g）1/2O2（g）H2O（g）； D. H242kJmol1 D.2H2（g）O2（g）2H2O（g）； H484kJ 3.盖斯定律 一个化学反应，不论是一步完成，还是分几 步完成，其总的热效应是完全相同的。 关键是：化学反应的H仅与反应的起始状态 和最终状态有关，与反应的途径无关。 意义：可以计算一些很难测定的反应的热效应 或者可以利用已知反应的焓变去求未知反应的 焓变。 A A 4.中和热的测量与计算 5.原电池原理 1）.概念：把化学能转变为电能的装置叫 原电池。 2).构成原电池的条件： 因为原电池反应的本质是氧化还原反应，所以从理论上讲 ：任何自发的氧化还原反应都可用于制作原电池。 必须自发进行氧化还原反应。 电解质溶液（两电极必须插入电解质溶液）。 两个电极必须相连并形成闭合回路。 必须有两种活泼性不同的导电材料作电极。 A BC EFMN 下列哪几个装置能形成原电池（ ）。 D V XV VX X X V ABDE CuSO4 09年福建理综11控制适合的条件，将反应2Fe3 2I 2Fe2I2设计成如右图所示的原电池。下 列判断不正确的是（ ）。 A反应开始时，乙中 石墨电极上发生氧化反应 B反应开始时，甲中 石墨电极上Fe3被还原 C电流计读数为零时， 反应达到化学平衡状态 D电流计读数为零后， 在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极 D 1）简单原电池的电极式反应书写 Cu、Fe作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中 ：Cu作_极, Fe作_极 电极反应式是：负极： 正极： 总反应式是： 如将稀硫酸改为浓硝酸则： Cu作 极, Fe作 极 电极反应式是：负极 _ 正极 _ 总反应式是：Cu+4HNO 3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2 +2H2O 正负 Fe-2e-=Fe2+ 2H+2e-=H2 Fe+H2SO4=FeSO4+H2 负正 Cu-2e-=Cu2+ 2NO3-+4H+2e-=2NO2 +2H2O 变式： 技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、 无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两 种，它们放电时的总反应都可以表示为 2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负 极反应可表示为2H2-4e-=4H+ ，则其正极反应式 为_ _。碱式电池的电解质 是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其 负极反应可表示为 _。 O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 考查热点：燃料电池 氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便 ，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是 某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将 图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a 极的电极反应式： ，考 此时电池内总的反应式 ： 。 燃料电池的电极反应式书写 KOH溶液 CH4O2 H2O a b CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 写出燃料反应方程式 CH4+O2CO2+H2O 燃料电池的电极反应式书写规律: 写出燃烧反应； 根据电解液改写燃料电池总反应； 写出正极的电极反应式 由电子转移数目及原子守恒，电荷守 恒写出负极的电极反应式。 或者由燃料电池总反应减去正极的电极 反应式得负极的电极反应式。 负极：CH4 CO32- -4 +4 -8e-+10OH- +7H2O 燃料电池的正极： O2+4e-=2O2- 酸性介质：O2-+2H+=H2O 碱性或中性介质：O2-+ H2O = 4OH- 熔融碳酸盐介质：O2-+CO2=CO32- 已知爱迪生蓄电池在碱性条件下的电池反应式为： Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2 试写出放电时的正、负极,充电时的阴、阳极的电 极反应式。 放电正极:NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH- 2）可充电电池的电极式反应书写 放电负极:Fe-2e-+2OH-= Fe(OH)2 充电： 阴极：Fe(OH)2+2e-= Fe+2OH- 阳极：Ni(OH)2+2OH-2e-= NiO2+2H2O Fe-2e-=Fe2+ ，Fe2+2OH- =Fe(OH)2 可充电电池电极反应式的书写规律: 看清楚 “充电、放电” 的方向 放电的过程应用原电池原理， 充电的过程应用电解池原理 （2006年广东东高考）某可充电电的锂锂离子电电池以LiMn2O4为为正极 ，嵌入锂锂的碳材料为负为负 极，含Li+导电导电 固体为电为电 解质质。放电电 时时的电电池反应为应为 ：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。下列说说法正确的是 （ ） A、放电时电时 ，LiMn2O4发发生氧化反应应 B、放电时电时 ，正极反应为应为 ：Li+LiMn2O4e-=Li2Mn2O4 C、充电时电时 ，LiMn2O4发发生氧化反应应 D、充电时电时 ，阳极反应为应为 ：Li+e-=Li B 6.电解原理及其应用 电解时电极反应式的书写规律 (1)电极反应：阴极发生还原反应，电极与电源负极相连，且为惰 性电极，本身不参与反应，溶液中的阳离子得电子；阳极与电源正 极相连，发生氧化反应，若为活性电极，则本身参与反应，若为惰 性电极，则是溶液中的阴离子失电子。 (2)书写电极反应式时应注意 首看电极：主要是看阳极是何种类型的电极，若为活性电极，电 极本身被氧化，发生氧化反应。 再看离子：搞清电解质溶液中存在哪些离子，根据放电顺序，书 写电极反应式。 水溶液中始终有H和OH,放电顺序中H、OH之后的离子一 般不参与电极反应。 1阳极产物的判断 首先看电极，若是活性电极(除金、铂外的金属)，则电极材料本身 失电子，电极被溶解形成阳离子进入溶液；若是惰性电极(如石墨、铂 、金等)，则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断，放电顺序： 阳极：金属(除Au、Pt外)S2IBrClOH含氧酸根离子F。 2阴极产物的判断 1）直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断、阳离子放电顺序： AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2Al3Mg2 NaCa2K。 (2)根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列两点： Fe3得电子能力大于Cu2，但第一阶段只能被还原为Fe2； Pb2、Sn2、Fe2、Zn2控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液 中放电；Al3、Mg2、Na、Ca2、K只有在熔融状态下放电。 (上海市高考题)如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为 石墨电极。则下列有关的判断正确的是 ( ) Aa为负极，b为正极 Ba为阳极，b为阴极 C电解过程中，d电极质量增加 D电解过程中，氯离子浓度不变 变式： 某电解池内盛有CuSO4溶液，插入两根电极，接通直流电源后，欲达 到如下要求：阳极质量不变，阴极质量增加，电解液 pH减小， 则应选用的电极是题 ( ) A阴阳两极都有石墨 B铜作阳极，铁作阴极 C铁作阳极，铜作阴极 D铂作阳极，铜作阴极 C AD 惰性电极电解规律 类类型电电极反应应特点实实例 电电解 对对象 电电解质质 浓浓度 pH 使电电解质质 溶液复原 电电解水型阴：2H2e H2 阳：4OH4e 2H2OO2 NaOH水增大增大水 H2SO4水增大减小水 Na2SO4水增大不变变水 电电解电电解 质质型 电电解质电质电 离出的阴、阳 离子分别别在两极放电电 HCl电电解质质减小增大氯氯化氢氢 CuCl2电电解质质减小氯氯化铜铜 放H2生碱 型 阴极：H2O放H2生成碱 阳极：电电解质质阴离子放 电电 NaCl 电电解质质 和水 生成新 电电解质质 增大氯氯化氢氢 放O2生酸 型 阴极：电电解质质阳离子放 电电 阳极：H2O放O2生成酸 CuSO4 电电解质质 和水 生成新 电电解质质 减小氧化铜铜 如图所示，下列关于实验现象的描述正确的是 ( ) a电电极b电电极X溶液实验现实验现 象 A石墨石墨CuCl2a电电极质质量增加，b电电极放出无色气体 BFe石墨KNO3a电电极质质量增加，b电电极放出无色气体 CFeCuCuSO4 a电电极质质量增加，b电电极质质量减少 D石墨石墨HCl a电电极放出无色气体， b电电极放出无色气体 C 电解过程两极产物的定量计算是高考的基本能力要求， 正确理解 电解原理，运用得失电子守恒的方法，求解两极产物的量是考查学 生基本计算能力的题型。 1.将0.2 mol AgNO3、0.4 mol Cu(NO3)2、0.6 mol KCl溶于水，配成 100 mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，若在一极析出0.3 mol Cu ，此时在另一极上产生的气体体积(标准状况)为 ( ) A.4.48 L B5.6 L C6.72 L D7.84 L B 2某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量 之比为31。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电极产物， 可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是 ( ) A阴极自始至终只析出H2 B阳极先析出Cl2，后析出O2 C电解最后阶段为电解水 D溶液pH不断增大，最后为7 D 3(2010成都期末)以惰性电极电解CuSO4溶液