高考化学 全书资料包素材 新人教版选修4

1 第第 1 1 章章 化学反应与能量变化第化学反应与能量变化第 1 1 节节 化学反应的热效应化学反应的热效应 学习目标 1 了解化学反应中的能量变化 2 了解反应热和焓变的涵义 并能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算 3 能用热化学方程式表示化学能与热能的的相互转化关系 理解热化学反应方程式的意义 4 了解标准摩尔生成焓的定义 知识梳理 1 通常情况下 化学反应中能量的变化主要是 和 之间的转化 几乎 所有化学反应都伴随着 的释放和吸收 2 反应热是指 通常 用 表示 反应吸热时 表示为 反应放热时 则表示为 3 反应热通常用 来测量 其计算公式 Q C T1 T2 中 C 表示 T1 T2分别表示 4 各取 1 0 mol L 1的盐酸 100mL 并分别加入 100mL1 0mol L 1的 NaOH 溶液 KOH 溶液 测得的反应热 填 相同 或 不同 原因是 在实际操作中往往让酸或碱略过量 这样做的目的是 5 化学反应的反应热是因反应前后 不同而产生的 用符号 的变化来 描述与反应热有关的能量变化 对于在等压条件下的化学反应 如果反应中物质的能量 变化只转化成热能 而没有转化为电能 光能等其他形式的能 则该反应的反应热就等 于 反应完成时 反应产物的总焓 填 大于 或 小 于 反应物的总焓 该反应就是放热反应 否则就是吸热反应 6 在热化学中 常用热化学方程式把一个化学反应中 的变化和 的变化同时表示出来 H2 g 1 2O2 g H2O l H 298K 285 8KJ mol 1表示 若将方程式改为 2H2 g O2 g 2H2O l H 298K 571 6KJ mol 1则表示 两者的意义 填 相同 或 不同 7 盖斯定律是指 2 8 标准摩尔生成焓是指 对于任意反应 aA bB Cc dD 其 H 学习导航 1 方法指导 化学方程式是学习热化学的重要工具 化学反应所释放的能量是当今世界上 重要的能源之一 国防上用的火箭燃料 高能电池等 都是利用化学反应所释放的能量的 而化学反应中的能量变化通常表现为热能的变化 所以从能量的角度考虑化学变化的问题 认识并掌握热化学方程式可以帮助我们较全面地认识化学反应的本质 1 反应热 放热反应 反应过程中有热量放出的化学反应 其反应物的总焓大于反应产物的总焓 如酸 碱中和反应 煤 石油等化石燃料的燃烧等 吸热反应 反应过程中吸收热量的化学反应 其反应物的总焓小于反应产物的总焓 如 电 解质的电离 灼热的碳与 CO2的反应等 2 盖斯定律及反应热的简单计算 盖斯定律是计算反应热的重要依据 在生产和科学研究中有重要意义 它表示 化学反应的 反应热只与反应的始态 各反应物 和终态 各生成物 有关 而与反应进行的具体途径无 关 例如 H H1 H2 或 H1 H H2 所以热化学方程间可进行 等数 学运算 H 也同样可以 3 热化学方程式 热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化 也表明了化学反应中的能量变化 而能量变化与外界的温度和压强都有关 故应指明外界条件 若不指明 一般指 101KPa 和 298K 的外界条件 不同状态的同种物质参加化学反应时 其能量变化不相同 因此书写热化学方程式 时 一定要标明反应物或生成物的聚集状态 热化学方程式中的化学计量数可以用整数 也可以用分数 因为它只表示物质的量 当计量数改变时 H 也应随之改变 H 的 一定要标明 其单位是 KJ mol 1 mol 1不是指 1mol 某反应物或生成 物 而是指 1mol 这样的反应 H AB C H1 H2 3 4 标准摩尔生成焓 稳定单质的标准摩尔生成焓为 0 生成焓是指由稳定单质生成化合物时的热效应 焓变 生成的化合物常以 1mol 为 基准 生成焓与反应的条件有关 标准摩尔生成焓的计算是生成物的标准摩尔生成焓之和减去反应物的标准摩尔生成 焓之和 二者不可颠倒 且计算时不要遗漏化学方程式中的化学计量数 2 例题解析 例 1 已知 25 101kPa 下 石墨 金刚石燃烧的热化学方程式分别为 C 石墨 O2 g CO2 g H 393 51 kJ mol 1 C 金刚石 O2 g CO2 g H 395 41 kJ mol 1 据此判断 下列说法中正确的是 A 由石墨制备金刚石是吸热反应 等质量时 石墨的能量比金刚石的低 B 由石墨制备金刚石是吸热反应 等质量时 石墨的能量比金刚石的高 C 由石墨制备金刚石是放热反应 等质量时 石墨的能量比金刚石的低 D 由石墨制备金刚石是放热反应 等质量时 石墨的能量比金刚石的高 解析 从题意知 1 mol 金刚石燃烧生成 CO2放出的热量比 1 mol 石墨燃烧生成 CO2放 出的热量多 说明石墨的能量比金刚石的低 因此由石墨制备金刚石应是吸热反应 所以 A 正确 例 2 已知 l g O 2 1 g H 22 H2O g H1 a kJ 1 mol 2 g O g H2 22 2H2O g H2 b kJ 1 mol 3 g O 2 1 g H 22 H2O l H3 c kJ 1 mol 4 g O g H2 22 2H2O l H4 d kJ 1 mol 下列关系式中正确的是 A a c 0B b d 0 C 2a b 0 D 2c d 0 解析 氢气的燃烧为放热反应 因此上述四个反应的 H 均小于 0 且等量的氢气完全反 应生成液态水比生成气态水时放出的热量多 因此选 C 例 3 已知在 1 105Pa 298K 条件下 2mol 氢气燃烧生成水蒸气放出 484kJ 热量 下列热 化学方程式正确的是 A H2O g H2 g 1 2O2 g H 242kJ mol 1 B 2H2 g O2 g 2H2O l H 484kJ mol 1 4 C H2 g 1 2O2 g H2O g H 242kJ mol 1 D 2H2 g O2 g 2H2O g H 484kJ mol 1 解析 热化学方程式的书写要求有三 标明各物质的聚集状态 B 项水为液态 排除 化学计量数可以使整数或分数 且与热量成正比 用 H 表示时 吸热 其值为正 放热 其值为负 H2与 O2反应生成水蒸气是放热反应 H 应为负值 排除 C D 故选 A 例 4 已知热化学方程式 2H2O l 2H2 g O2 g H 571 6kJ mol 1和 2H2 g O2 g 2H2O g H 483 6kJ mol 1 当 1g 液态水变为气态水时 其 热量变化为 放出 吸收 2 44KJ 4 88KJ 88KJ A 和 B 和 C 和 D 和 解析 2H2O l 2H2 g O2 g H 571 6kJ mol 1 1 2H2 g O2 g 2H2O g H 483 6kJ mol 1 2 根据盖斯定律 由 1 2 得 2H2O l 2H2O g H 88 0kJ mol 1 可知 18g 液态水变为气态水时 吸收 44 0kJ 的热量 则 1g 液态水变为气态水时 吸收的热量为 44 18 2 44KJ 因此选 D 例 5 利用标准摩尔生成焓计算 H2还原 Fe3O4反应的焓变 解析 在 298K 时各物质的标准摩尔生成焓如下 Fe3O4 s 4H2 g 3Fe s 4H2O g fHm 298 K KJ mol 1118 4 0 0 241 82 基础训练 1 下列说法中 正确的是 A 在化学反应中 发生物质变化的同时不一定发生能量变化 B H 0 表示放热反应 H 0 表示吸热反应 C H 的大小与热化学方程式中的计量数无关 D 反应产物的总焓大于反应物的总焓时 H 0 2 热化学方程式中化学式前的化学计量数表示 A 分子个数 B 原子个数 C 物质的质量 D 物质的量 3 下列物质加入水中 显著放热的是 A 生石灰 B 固体 NaOH C 无水乙醇 D 固体 NH4NO3 5 4 下列说法正确的是 A 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B 任何放热反应在常温条件下一定能自发进行 C 反应物和生成物所具有的总焓决定了反应是放热还是吸热 D 吸热反应在一定条件下 如常温 加热等 也能发生反应 5 沼气是一种能源 它的主要成分是 CH4 0 5molCH4完全燃烧生成 CO2和液态水时放出 445KJ 的热量 则下列热化学方程式中正确的是 A 2CH4 g 4O2 g 2CO2 g 4H2O l H 890kJ mol 1 B CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890kJ mol 1 C CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890kJ mol 1 D 1 2CH4 g O2 g 1 2CO2 g H2O l H 890kJ mol 1 6 今有如下三个热化学方程式 H2 g 1 2O2 g 2H2O g H aKJ mol 1 H2 g 1 2O2 g H2O l H bkJ mol 1 2H2 g O2 g 2H2O l H ckJ mol 1 关于它们的下列表述正确的是 A 它们都是吸热反应 B a b 和 c 均为正值 C a b D 2b c 7 已知下列三个热化学方程式 C s H2O g CO g H2 g H 131 5KJ mol H2 g Cl g 2HCl g H 92 3KJ mol H2 g 1 2O2 g H2O g H 241 8kJ mol 1 则上述三个反应的反应热大小关系正确的是 A B C D 8 1gH2燃烧生成液态水放出 142 9KJ 的热量 表示该反应的热化学方程式正确的是 A 2H2 g O2 g 2H2O l H 142 9kJ mol 1 B 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 1 C 2H2 O2 2H2O H 571 6kJ mol 1 D H2 g 1 2O2 g H2O g H 285 8kJ mol 1 9 同温同压下 下列各热化学方程式中热量数值最小的是 A 2A l B l 2C g H Q1 6 B 2A g B g 2C g H Q2 C 2A g B g 2C l H Q3 D 2A l B l 2C l H Q4 10 酒精燃烧的化学方程式为 C2H6O 3O22CO2 3H2O 完全燃烧一定量的无水酒精 放 出的热量 Q 为完全吸收生成的 CO2 消耗 8mol L 1的 NaOH 溶液 50mL 时恰好生成正盐 则燃烧 1mol 无水酒精所放出的热量为 A 0 2Q B 0 1Q C 5Q D 10Q 11 下列反应既属于氧化还原反应 又是吸热反应的是 A 铝片与稀盐酸反应 B 灼热的碳与 CO2反应 C Ba OH 2 8H2O 与 NH4Cl 反应 D 甲烷在氧气中的燃烧反应 12 已知在 25 101kPa 下 lgC8H18 辛烷 燃烧生成二氧化碳和液态水时放出 48 40kJ 热 量 表示上述反应的热化学方程式正确的是 A C8H18 1 22 5O2 g 8CO2 g 9H2O g H 48 40kJ mol 1 B C8H18 1 22 5O2 g 8CO2 g 9H2O 1 H 5518kJ mol 1 C C8H18 1 22 5O2 g 8CO2 g 9H2O 1 H 5518kJ mol 1 D C8H18 1 22 5O2 g 8CO2 g 9H2O 1 H 48 40kJ mol 1 13 将 0 3mol 气态高能燃料乙硼烷 B2H6 在氧气中燃烧 生成固态三氧化二硼和液态水 放出 649 5KJ 热量 请写出反应的热化学方程式 14 已知 C2H6O g 3O2 g 2CO2 g 3H2O g H1 H2O g H2O l H2 C2H6O g C2H6O l H3 若使 23g C2H6O l 完全燃烧生成液态水 则放出的热量为 用含 H1 H2 H3的式子表示 15 已知下列热化学方程式 C s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 1 CO g 1 2 O2 g CO2 g H 283 0kJ mol 1 计算 1mol 固态碳粉燃烧生成 CO g 放出的热量 并写出相应的热化学方程式 拓展提高 1 已知 l g O 2 1 g H 22 H2O g H1 a kJ 1 mol 7 2 g O g H2 22 2H2O g H2 b kJ 1 mol 3 g O 2 1 g H 22 H2O l H3 c kJ 1 mol 4 g O g H2 22 2H2O l H4 d kJ 1 mol 下列关系式中正确的是 A a c 0 B b d 0 C 2a b 0 D 2c d 0 2 知 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H Q1kJ mol 1 g O g H2 22 2H2O g H2 Q2 kJ 1 mol g O g H2 22 2H2O l H2 Q3 kJ 1 mol 常温下 取体积比 4 1 的甲烷和氢气的混合气体 11 2L 标准状况下 经完全燃烧后恢复 至室温 则放出的热量为 A 0 4Q1 0 05Q3 B 0 4Q1 0 05Q2 C 0 4Q1 0 1Q3 D 0 4Q1 0 2Q2 3 在火箭推进器中装有强还原剂肼 N2H4 和强氧化剂 H2O2 当它们混合时 即产生大 量的 N2和水蒸气 并放出大量热 已知 0 4mol 液态肼和足量 H2O2反应 生成氮气和水 蒸气 放出 256 65KJ 的热量 1 写出该反应的热化学方程式 2 已知 H2O l H2O g H 44 kJ 1 mol 则 16g 液态水气化时 放出的热量是 KJ 3 上述反应应用于火箭推进剂 除释放大量的热和快速产生大量气体外 还有一个很突 出的优点是 4 已知 N2 g 2O2 g 2NO2 g H 67 7 kJ 1 mol N2H4 g O2 g N2 g 2H2O g H 534 kJ 1 mol 根据盖斯定律写出肼与 NO2完全反应的热化学方程式 第 2 节 电能转化为化学能 电解 学习目标 1 了解电解池的工作原理 能用电极反应表示化学能和电能的转化关系 2 了解铜的电解精炼 3 了解铜的电镀 知识梳理 8 一 电解原理 1 金属是靠 导电 电解质溶液是依靠 而导电 2 右图是电解熔融氯化钠的装置图 请思考 3 通电前 熔融的氯化钠中存在 离子 4 通电前这些离子做 运动 5 通电后 极上逐渐覆盖了一层银白色的物质 这是因为析 出了 极上有气泡产生 并可闻到 的气味 该 气体是 可见通电后 两电极上都发生了化学变化 6 与电源正极相连的电极我们称之为 在这一极上发生的 电极反应式为 而与电源负极相连的电极我们称之 为 在这一极上发生的电极反应为 由 实验可知熔融的氯化钠通电时 在两极上均发生了氧化还原反应 有 新物质生成 此过程中 能转化为 能 7 电解 的过程叫做电解 二 电解池 把 的装置叫做电解池或电解槽 1 组成电解池的条件是 2 右图是电解饱和食盐水的装置图 请思考以下问题 现象电极反应式 阴极 阳极 总反应的化学方程式 三 铜的电解精炼 画出电解精炼铜的装置图 并写出两电极的反应 石墨铁 电解熔融氯化钠 PtPt 电解饱和食盐水 9 四 电镀铜 1 以铁上镀铜为例 说明电镀所满足的基本条件 2 电镀后阳极质量 阴极质量 电解液浓度 学习导航 1 方法指导 电极反应及电极产物的判断规律 电解质溶液在通直流电时 对电解产物的判断 既要 考 虑阴阳离子的氧化还原能力 还要考虑电极材料 离子浓度 溶液酸碱性等 判断电解产物 首先要注意电极材料 再根据电解质溶液的离子放电顺序进行判断 1 惰性电极电解 Pt Au 碳棒 阳离子放电顺序 Ag Hg2 Cu2 H Pb2 Fe2 阴离子放电顺序 S2 I Br Cl OH 含氧酸根例子 下面分四种情况进行说明 电解质中溶质的阳离子放电 阴离子不放电 即阳离子的氧化性强于 H 而阴离子的还原 性弱于 OH 产物为酸 O2及金属单质 电解后溶液 pH 减小 如 a 电解 AgNO3溶液产物为 Ag 和 O2 HNO3 4 AgNO3 2H2O 电解 4Ag O2 4HNO3 b 电解 CuSO4溶液产物为 Cu 和 O2 H2SO4 2CuSO4 2H2O 电解 2Cu O2 2H2SO4 电解质中溶质的阴离子放电 阳离子不放电 即阳离子的氧化性弱于 H 而阴离子的还原 性强于 OH 产物为碱 H2及非金属单质 电解 NaCl K2S KBr NaI 等水溶液都产生氢 气 电解后溶液 pH 增大 如 2KI 2H2O 电解 2KOH I2 H2 电解过程中阴阳离子都放电 即阳离子的氧化性强于 H 而阴离子的还原性强于 OH 如 电解 CuCl2水溶液或 H 与 S2 I Br Cl 组成的酸 CuCl2 电解 Cu Cl2 2HCl 电解 H2 Cl2 电解过程中阴阳离子都不放电 即阳离子的氧化性弱于 H 而阴离子的还原性弱于 OH 如电解 Na2SO4 NaOH HNO3 H2SO4等水溶液 电解质仅起到增强导电性的作用 pH 的 变化应分两种情况考虑 若原溶液是饱和溶液 则溶液浓度不再改变 pH 也不再改变 若原 10 溶液是不饱和溶液 则随着水的电解 溶液浓度增大 又有三种情形 若原溶液是酸性的 则酸性会更强 pH 减小 如 H2SO4等 若原溶液是碱性的 则碱性会更强 pH 增大 如 NaOH 等 若原溶液是中性的 则 pH 不变 如 K2SO4等 2 金属电极做阳极时 金属阳极比电解质溶液中的阴离子容易放电 所以易于失去电子被氧化而溶解 形成金属 阳离子进入溶液中 此时溶液中的阴离子不放电 具体应用有 电镀和金属的精炼 比如 用铜棒做电极电解 NaCl 溶液时 电极反应为 阳极 Cu 2e Cu2 阴极 2H 2e H 2 2 例题解析 例 1 下图中x y分别是直流电源的两极 通电后发现a极板质量增加 b极板有无色无臭气体放出 符合 这一情况的是 解析 根据题意 a 极板质量增加 说明电解时有金属析出 发生还原反应 a 极应是阴极 x 电极应是负极 所以选项 c 不符合题意 选项 B 为 NaOH 溶液 电解时不可能有金属在阴 极析出 故选项 B 也不符合题意 题中已知 b 极板有无色无臭气体放出 则此气体为氧气 故选项 D 不符合题意 因此答案为 A 例 2 pH a 的某电解质溶液中 插入两支惰性电极通直流电一段时间后 溶液的 pH a 则该电解质可能是 A NaOH B H2SO4 C AgNO3 D Na2SO4 解析 电解 NaOH 溶液相当于电解水 NaOH 溶液浓度增大 使溶液的 pH 升高 A 符合要 求 电解 H2SO4和电解 Na2SO4溶液相似 都使溶液浓度增大 所以溶液的 pH 分别减小 不 变 两者均不符合要求 电解 AgNO3溶液生成 HNO3 溶液的 pH 减小 所以答案为 A 例 3 下列有关用惰性电极电解 AgNO3溶液一段时间后的说法正确的是 A 电解过程中阴极质量不断增加 B 电解过程中溶液的 pH 不断升高 a 极板b 极板x 电极y 电极 A锌石墨负极CuSO4 B石墨石墨负极NaOH C银铁正极AgNO3 D铜石墨负极CuCl2 a b xy 11 C 此时向溶液中加入适量的 Ag2O 固体可使溶液恢复电解前的状况 D 电解后两极产生的气体体积比为 2 1 解析 处理有关电解问题首先注意电极材料 在此基础上写出电机反应和总的电解方程式 根据总的电解反应式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化 分析溶液的 pH 变化必须 注意原溶液的 pH 情况 用惰性电极电解 AgNO3溶液 总的电解方程式为 4 AgNO3 2H2O 电解 4Ag O2 4HNO3 可知 阴极上析出银 阳极上放出氧气 故 A 正确 D 错误 由于生成 HNO3 溶液的 Ph 应不断降低 B 错误 要使溶液恢复电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应 2Ag2O 4HNO3 4 AgNO3 2H2O 得到的物质恰好是反应掉的物质 可使溶液恢复电 解前的状况 C 正确 故正确答案为 A C 例 4 下图装置中 通电后可观察到 Cu 极溶解 下列说法中正确的是 A a 极是直流电源的正极 B Fe 极是阳极 C Pt 极产生的气体体积是 Ag 极产生气体体积的 2 倍 D 硫酸铜溶液的浓度不变 解析 这是两电解池串连的情况 其特点是 所有电极上通过的电量相等 其电极及电极反 应互不影响 与单个电解池相同 Cu 极溶解 则其必为阳极 电解池中阳极质量不可能增加 阴极质量不可能减小 Fe 极是阴极 b 极是直流电源的负极 a 极是直流电源的正极 Pt 极 为阳极 Ag 极为是阴极 电解H2SO4溶液 Pt 极产生 O2 Ag 极产生 H2 O2应为 H2的 1 2 电解 CuSO4溶液 Cu 为阳极 Fe 极是阴极 是向 Fe 极上镀铜的过程 硫酸铜溶液的浓度不 变 PtAg CuFe 电源 ab H2SO4CuSO4 12 基础训练 1 下列关于铜电极的叙述正确的是 A 在电解池中 铜做阳极时 溶液中的阴离子在铜极上失电子 B 用电解法精炼铜时粗铜做阴极 C 在镀件上电镀铜时 可用金属铜做阳极 D 电解稀硫酸制 O2 H2时 铜做阳极 2 用惰性电极电解下列溶液 一段时间后 再加入一定质量的另一种物质 中括号内 溶 液能与原来溶液完全一样的是 A CuCl2 CuO B NaOH Na2O C NaCl HCl D CuSO4 Cu OH 2 3 下列叙述中不正确的是 A 电解池的阳极上发生氧化反应 阴极上发生还原反应 B 不能自发进行的氧化还原反应可通过电解的原理实现 C 电镀时 电镀池里的阳极材料发生氧化反应 D 电解饱和食盐水时 阳极得到氢氧化钠溶液和氢气 4 用惰性电极电解下列溶液 电解一段时间后 阴极质量增加 电解质溶液的 pH 下降的是 A CuCl2 B AgNO3 C BaCl2 D H2SO4 5 电解 CuCl2溶液时 如果阴极上有 1 6g 铜析出 则阳极上产生气体的体积 标准状况 约 为 A 0 28L B 0 56L C 0 14L D 11 2L 6 用含少量银和锌的粗铜做阳极 纯铜片做阴极 CuSO4溶液做电解液 电解一段时间后 阳极质量减少了 x g 则 A 电解液质量增加 x g B 阴极质量增加 x g C 阴极质量增加 a g a x D 阴极质量增加 b g b x 7 当用铜做电极电解硫酸铜水溶液时 在阴极的产物是 A Cu B Cu 和 O2 C O2 D H2 8 下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是 A 粗铜极做阳极 B 电解时 阳极发生氧化反应 而阴极发生的反应为 Cu2 2e Cu C 粗铜中所含 Ni Fe Zn 等金属杂质 电解后以单质形式沉积槽底 形成阳极泥 D 电解铜的纯度可达 99 95 99 98 13 9 用惰性电极实现电解 下列说法正确的是 A 电解稀硫酸溶液 实质上是电解水 故溶液 p H 不变 B 电解稀氢氧化钠溶液 要消耗 OH 故溶液 pH 减小 C 电解硫酸钠溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为 1 2 D 电解氯化铜溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为 1 1 10 用两个惰性电极插入 500mLAgNO3溶液中 通电电解 当电解液的 pH 从 6 0 变为 3 0 时 设电解时阴极没有氢气逸出 且电解液在电解前后体积变化可以忽略 电极上析出银 的质量大约是 A 27mg B 54 mg C 108 mg D 216 mg 11 在外界提供相同电量的条件下 Cu2 或 Ag 分别按 Cu2 2e Cu 或 Ag e Ag 在电 极上放电 其析出铜的质量为 1 92g 则析出银的质量为 A 1 62g B 6 48g C 3 24g D 12 96g 12 某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液 通电时 为使 Cl2被完全吸收 制得有较强杀菌能力的消毒液 设计了如图的装 置 则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是 A a 为正极 b 为负极 NaClO 和 NaCl B a 为负极 b 为正极 NaClO 和 NaCl C a 为阳极 b 为阴极 HClO 和 NaCl D a 为阴极 b 为阳极 HClO 和 NaCl 13 右图是电解 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 A a 为负极 b 为正极 B a 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 14 从 H Na Cu2 Cl SO42 五种离子中恰当地组成电解质 按下列要求进行电 解 1 以碳棒为电极 使电解质质量减少 水量不变进行电解 则可采用的电解质是 2 以铂片为电极 使电解质质量不变 水量减少进行电解 则可采用的电解质是 3 以碳棒为阳极 铁棒为阴极 使电解质和水量都减少 进行电解 可采用的电解质是 15 在 25 时 用石墨电极电解 2 0L2 5mol LCuSO4溶液 如有 0 20 mol 电子发生转移 请 回答下列问题 14 1 阴极发生 反应 电极反应式为 2 阳极发生 反应 电极反应式为 3 电解后得到的铜的质量是 得到氧气的体积是 标准状况 溶液 的 pH 是 4 如用等质量的两块铜片代替石墨做电极 电解后两铜片的质量相差 电解液的 pH 拓展提高 1 通以相等的电量 分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞 亚汞的化合价为 1 溶液 若 还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比 n 硝酸银 n 硝酸亚汞 2 1 则下列表述正确的 是 A 在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比 n 银 n 汞 2 1 B 在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等 C 硝酸亚汞的分子式为 HgNO3 D 硝酸亚汞的分子式为 Hg2 NO3 2 2 工业上为了处理含有 Cr2O72 酸性工业废水 采用下面的处理方法 往工业废水中加入适 量 NaCl 以铁为电极进行电解 经过一段时间 有 Cr OH 3和 Fe OH 3沉淀生成 工业 废水中铬元素的含量已低于排放标准 请回答下列问题 1 两极发生反应的电极反应式 阳极 阴极 2 写出 Cr2O72 变为 Cr3 的离子方程式 3 工业废水中有酸性变为碱性的原因是 4 填 能 或 不能 改用石墨电极 原因是 3 在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体 上层液体中插入两根 石 墨电极 圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒 可以上下搅动液体 装置如右图 接通电源 阳极周围的液体呈现棕色 且颜色由浅变深 阴极上 有气泡生成 停止通电 取出电极 用搅棒上下剧烈搅动 静置后液体又分成 两层 下层液体呈紫红色 上层液体几乎无色 根据上述实验回答 1 阳极上的电极反应式为 2 阴极上的电极反应式为 3 原上层液体是 4 原下层液体是 5 搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是 15 6 要检验上层液体中含有的金属离子 其方法是 现象 是 第 3 节 化学能转化为电能 电池 学习目标 1 了解原电池的工作原理 结合电池反应和相关实验 体验化学能和电能的转化过程 能 用电池反应表示化学能和电能的转化关系 2 了解常见的化学电源的种类和工作原理 认识化学能与电能相互转化的实际意义 并能 应用原电池原理分析 解释金属的腐蚀的原因 探究防止金属腐蚀的措施 加深对化学变化 本质的认识 知识梳理 一 原电池 1 原电池是 的装置 2 原电池的构成条件 1 两个活泼性不同的电极 2 3 3 电极材料构成 负极 还原性较强的物质 如 正极 氧化性较强的物质 如 4 原电池的工作原理 以铜锌原电池为例 电解质是稀硫酸 二 化学电源 5 作为化学电源的电池有 电池 电池 电池 其中可能造成 环境污染的是 电池 可反复充放电的是 电池 负极正极 e 电流 还原反应 电极反应式 氧化反应 电极反应式 电解质溶液Zn2 H 16 6 几种电池的比较 电池电极材料电极反应电池反应 锌锰干电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池 三 金属的腐蚀与防护 7 金属腐蚀是指 8 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀 条件 有无电流 现象 9 钢铁的腐蚀 腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因 1 析氢腐蚀 酸性环境 负极 正极 2 吸氧腐蚀 负极 正极 10 金属的防护方法 1 在金属表面覆盖 如 2 牺牲阳极保护法 即将 的金属作为保护极 与被保护金属相连构 成 的金属将作为负极发生 反应而消耗 被保护 金属作为正极就可以避免腐蚀 3 阴极电保护法 即将被保护金属与外加直流电源的 极相连让其成为阴极 而将 外加直流电源的 极接到一些废铁上 使废铁成为阳极 学习导航 1 方法指导 1 原电池正负极的判断 根据构成原电池的电池材料判断 活泼金属做负极 17 根据电子流向或电流方向确定 电子流出的一极或电流流入的一极为负极 根据氧化还原反应确立 发生氧化反应 还原剂 的一般为负极 2 判断金属腐蚀快慢的规律 不纯的金属或合金 在潮湿的空气中形成微电池发生电化腐蚀 活泼金属因被腐蚀而损耗 金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关 与构成微电池的材料有关 两极材料的活动性差别越大 电动势越大 活动性相差越 大 氧化还原反应的速度越快 活泼金属被腐蚀的速度就越快 与金属所接触的电解质强弱有关 活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非金属溶液 中的腐蚀 在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀 一般说来可用下列原则判断 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐蚀措施的腐蚀 2 例题解析 例 1 由铜 锌和稀硫酸组成的原电池工作时 电解质溶液的 pH 怎样变化 A 不变 B 先变小后变大 C 逐渐变大 D 逐渐变小 解析 根据原电池工作的总反应 Zn 2H Zn2 H2 只要原电池不断工作 该反应就 不断发生 溶液中的 C H 逐渐减小 溶液中的 pH 将不断增大 因此答案选 D 例 2 在原电池和电解质的电极上所发生的反应 同属氧化反应或同属还原反应的是 A 原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应 B 原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应 C 原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应 D 原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应 解析 据原电池 电解池的基本知识 原电池的正极发生还原反应 负极发生氧化反应 电 解池的阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应 因此选 B C 例 3 在如图所示的装置中 a 的金属性比氢要强 b 为碳棒 关于此装置的各种叙述不正 确的是 A 碳棒上有气体放出 pH 变大 B a 是正极 b 是负极 C 导线中有电子流动 电子从 a 极到 b 极 D a 极上发生了氧化反应 解析 显然 电极 a b 与电解质溶液稀 H2SO4组成原电池 因活泼性 a b 碳棒 所以 a 为电池的负极 b 为正极 电极反应式 a 负极 a ne an 氧化反应 b 正极 nH ne n 2H2 还原反应 由于正极 H 放电消耗 溶液中 C H 减小 pH 变 G a b 稀 H2SO4 18 大 在外电路中 电子由 a 流出经电流计流向 b 极 因此选 B 例 4 航天技术中使用的氢 氧燃料电池具有高能 轻便和不污染环境等优点 氢 氧燃 料电池酸式和碱式两种 它们放电时的电池总反应方程式都可表示为 2H2 O2 2H 2O 酸式 氢 氧燃料电池的电解质是酸 其负极反应可表示为 2H2 4e 4H 则其正极反应表示为 碱式氢 氧燃料电池的电解质是碱 其正极反应表示为 O2 2H2O 4e 4OH 则其负极反应可表示为 解析 原电池正极发生还原反应 O2 2H2O 4e 4OH 在酸性溶液中 4OH 4H 4H2O 故正极反应式为 O2 4H 4e 2H2O 原电池负极发生还原反应 2H2 4e 4H 在碱性溶液中 4OH 4H 4H2O 所以负极反应式为 2H2 4OH 4e 4H2O 基础训练 1 下列说法中正确的是 A 原电池是把电能转化为化学能的装置 B 原电池中电子流出的一极是正极 发生氧化反应 C 原电池两极均发生氧化还原反应 D 原电池中的阳离子向正极移动 2 下列各反应中 属于原电池反应的是 A 氧化铝膜破坏后 金属铝被迅速氧化 B 白铁镀锌层破损后 还能阻止铁被氧化 C 红热的铁与水接触表面上形成蓝黑色的保护层 D 铁丝在氯气中燃烧产生大量棕黄色的烟 3 某原电池 将两金属 X Y 用导线连接 同时插入相应的电解质溶液中 发现 Y 电极质量 增加 则可能是下列情况中的 A X 是负极 电解质溶液为 CuSO4溶液 B X 是负极 电解质溶液为稀 H2SO4溶液 C X 是正极 电解质溶液为 CuSO4溶液 D X 是正极 电解质溶液为稀 H2SO4溶液 4 埋在地下的输油铸铁管道 在下列各种情况下 被腐蚀速度最慢的是 A 在含铁元素较多的酸性土壤中 B 在潮湿输送透气的土壤中 C 在干燥致密不透气的土壤中 D 在含碳粒较多 潮湿透气的土壤中 5 下图为氢氧燃料电池原理示意图 按照此图的提示 下列叙述不正确的是 19 A a 电极是负极 B b 电极的电极反应为 eOH44 22 2OOH C 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 6 镍 镉 Ni Cd 可充电电池 可以发生如下反应 Cd OH 2 2Ni OH 2 Cd 2NiO OH 2H2O 由此可知 该电池的负极材料是 A Cd B NiO OH C Cd OH 2 D Ni OH 2 7 下列关于金属腐蚀的说法不正确的是 A 金属在潮湿空气中的腐蚀实质是 M nH2O M OH n n 2H2 B 金属的化学腐蚀的实质是 M ne Mn 电子直接转移给氧化剂 C 金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行 D 在潮湿的中性环境中 金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀 8 家用炒菜锅用水清洗放置后 出现红棕色的锈斑 在此变化过程中不发生的化学反应是 A 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 B 2Fe 2H2O O2 2Fe OH 2 C 正极反应 2H2O O2 4 e 4OH D 负极反应 Fe 3 e Fe 3 9 下列事实不用原电池原理解释的是 A 轮船吃水线以下的船壳上装有一定数量的锌块 B 铝片不用特殊方法保存 C 纯锌与稀硫酸反应时 滴入少量 CuSO4溶液后反应速率加快 充电 放电 20 D 镀锌铁比镀锡铁更耐用 10 有 A B C D 四种金属 将 A 与 B 用导线连接起来浸入电解质溶液中 B 不易腐蚀 将 A D 分别投入等浓度的盐酸中 D 比 A 反应剧烈 将铜浸入 B 的盐溶液中 无明显变 化 若将铜浸入 C 的盐溶液中 有金属 C 析出 据此判断这四种金属的活动性由强到弱的顺 序是 A D C A B B D A B C C D B A C D B A D C 11 电子表中电子计算器的电源常用微型银锌原电池 其电极分别为 Ag2O 和 Zn 电解质溶液 为 KOH 溶液 放电时锌极上的电极反应是 Zn 2OH 2e Zn OH 2 氧化银电极上的 反应式为 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应式为 Ag2O H2O Zn Zn OH 2 2Ag 下列说法正确的是 A 锌是负极 氧化银是正极 B 锌发生还原反应 氧化银发生氧化反应 C 溶液中OH 向正极移动 K H 向负极移动 D 随着电极反应的不断进行 电解质溶液的 pH 逐渐增大 12 碱性电池具有容量大 放电电流大的特点 因而得到广泛应用 锌 锰碱性电池以氢氧 化钾溶液为电解液 电池总反应式为 Zn s 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列说法错误的是 A 电池工作时 锌失去电子 B 电池正极的电极反应式为 2MnO2 s H2O 1 2e Mn2O3 s 2OH aq C 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极 D 外电路中每通过 O 2mol 电子 锌的质量理论上减小 6 5g 13 一种新型的燃料电池 它以多孔镍板为电极插入 KOH 溶液中 然后分别向两极通入乙烷 和氧气 其总反应为 2C2H6 7O2 8KOH 4K2CO3 10H2O 有关此电池的推断正 确的是 A 正极反应为 14H2O 7O2 28e 28OH B 放电一段时间后 负极周围的 pH 升高 C 每消耗 1 mol C2H6 则电路上转移的电子为 14 mol D 放电过程中 KOH 的物质的量浓度不变 14 原电池 电解池 电镀池的比较 原电池电解池电镀池 定 义 装 21 置 判 断 形 成 条 件 电 极 名 称 电 极 反 应 电 子 流 向 15 由 A B C D 四种金属按下表中装置进行实验 根据实验现象填表 装 置 现象金属 A 不断溶解C 的质量增加A 上有气体产生 正极反应式 四种金属活 动性由强到 弱的顺序 G A B G CB G D A 稀 H2SO4CuSO4溶液稀 H2SO4 22 16 选择适宜的材料和试剂设计一个原电池 以便完成下列反应 2FeCl3 Cu 2 FeCl2 2CuCl2 1 画出装置图 2 电极材料和电解质溶液各是什么 3 写出电极反应式 拓展提高 1 氢 氧燃料电池是将 H2和 O2分别通入电池 穿过浸入 20 40 的 KOH 溶液的多孔碳 电极 其电极反应式为 2H2 4OH 4e 4H2O 和 O2 2H2O 4e 4OH 则下列叙述正 确的是 A 通 H2的一极是正极 通 O2的一极是负极 B 通 O2的一极是正极 通 H2的一极是负极 C 工作一段时间后电解质溶液的 pH 增大 D 工作时负极区附近 pH 增大 2 已知电解饱和食盐水可制得 Cl2 又已知铅蓄电池放电时发生如下反应 正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 负极 Pb SO42 2e PbSO4 现拟用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水制氯气 0 05mol 电池内 H2SO4的消耗量至少是 A 0 025mol B 0 05mol C 0 10mol D 0 20mol 3 将铂丝插入 KOH 溶液做电极 然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气 可以形成原电池 由于发生的反应类似于甲烷的燃烧 所以称做燃料电池 根据两极上反应的实质判断 通入甲烷的一极为电池的 极 这一极的电极反应式为 4 熔融盐燃料电池具有高的发电效率 因而受到重视 可用 Li2CO3和 Na2CO3的 熔融盐混 合物做电解质 CO 为负极燃气 空气与 CO2的混合气体为正极助燃气 制得在 650 下 工作的燃料电池 完成上述有关的电池反应式 正极反应式 负极反应式 总电池反应式 5 有一位喜欢追赶时髦的富翁决定建一艘海上游艇 为了使游艇奢侈豪华 他不惜重金让造 船师用昂贵 漂亮 对海水有很强抗腐蚀能力的镍铜合金将船底包起来 由于这种镍铜 合金的机械强度不够大 于是造船师不得不用特种的钢来制造游艇的许多零件 在一片 赞美声中 游艇徐徐下水 畅游于碧海波涛之中 可是时间不长 这艘游艇的底部千疮 百孔 过早地结束了生命 你知道这是为什么吗 答 ab cd ef A B C K 23 6 如图 A 为直流电源 B 为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸 C 为电镀槽 接通电路后 发现 B 上的 c 点显红色 请填空 1 电源 A 上的 a 为 极 2 滤纸 B 上发生的总化学方程式为 欲在电镀槽中实现铁上镀锌 接通 K 点 使 c d 两点短路 则电极 e 上发生的反应为 电极 f 上发生的反应为 槽中盛放的镀液可以是 或 只要求填两种电解质溶液 科学前沿 新能源 可燃冰 冰 怎么会 可燃 即使是二氧化碳在超低温状态下形成的 干冰 也不可燃 但确有 可 燃冰 存在 它是甲烷类天然气被包进水分子中 在海底低温与压力下形成的一种类似冰的透 明结晶 据专家介绍 1 立方米 可燃冰 释放出的能量相当于 164 立方米的天然气 目前国 际科技界公认的全球 可燃冰 总能量 是所有煤 石油 天然气总和的 2 3 倍 美国和日本 最早在各自海域发现了它 我国近年来也开始对其进行研究 可燃冰 的主要成分是甲烷与水分子 CH4 H2O 它的形成与海底石油 天然气的形成过 程相仿 而且密切相关 埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中 厌气性细菌把有机 质分解 最后形成石油和天然气 石油气 其中许多天然气又被包进水分子中 在海底的低 温与压力下又形成 可燃冰 这是因为天然气有个特殊性能 它和水可以在温度 2 5 摄氏度 内结晶 这个结晶就是 可燃冰 有天然气的地方不一定都有 可燃冰 因为形成 可燃冰 除了压力主要还在于低温 所 以一般在冰土带的地方较多 长期以来 有人认为我国的海域纬度较低 不可能存在 可燃冰 而实际上我国东海 南海都具备生成条件 东海底下有个东海盆地 面积达 25 万平方公里 经 20 年勘测 该盆地已获得 1484 亿 立方米天然气探明加控制储量 尔后 中国工程院院士 海洋专家金翔龙带领的课题组根据 天然气水化物存在的必备条件 在东海找出了 可燃冰 存在的温度和压力范围 并根据地温 梯度 结合东海地质条件 勾画出 可燃冰 的分布区域 计算出它的稳定带的厚度 对资源 量做了初步评估 得出 蕴藏量很可观 结论 这为周边地区在新世纪使用高效新能源开辟了 更广阔的前景 24 世界第一艘燃料电池潜艇 U 31 2003 年 4 月 7 日 德国基尔港升起了一颗世界级的明星 它是一艘奇特的潜艇 名字叫 U31 国际主要媒体都往它这儿聚焦 庆贺世界第一艘燃料电池潜艇下水及首次试航 全德 国的人都为 U31 自豪 因为它闯开了常规潜艇的一条发展新路 成为世界潜艇发展史上的一 个新里程碑 到 2004 年春服役后 它就是 世界范围内最先进的常规动力潜艇 传统的柴 电动力潜艇在水下潜航 2 3 天 就会耗尽电池能量 必须浮上水面给蓄电池充电 显然 这增加了潜艇暴露的危险性 而 U31 就没有这种烦恼 因为它在水下就能自行充电 取得了 不依赖空气 的技术突破 突破出在动力舱 它采用性能优越的混合动力系统 即燃料电池 动力系统和柴 电动力系统混合使用 但奇迹主要出在燃料电池动力系统 这个系统由 9 组聚 四氟乙烯燃料电池 14 吨液氧贮存柜和 1 7 吨气态氢贮存柜等 3 部分组成 它的燃料电池尺 寸小 无腐蚀 功率密度大 使用寿命长 热交换器 排出泵 冷却水泵 催化剂罐 燃料 电池电子设备 斩波器和逆变器等是燃料电池的主要部分 它不用空气 而是将氢燃料和氧 化物放到特殊燃烧室内进行电化学反应 直接转换成电能 输出的直流电直接驱动电动机 电动机带动桨轴 推进潜艇航行 每组燃料电池的输出功率为 34 千瓦 9 组总功率 306 千瓦 用燃料电池提供的动力驱动 U31 可在水下连续潜行 3 周 铝的冶炼史 传说拿破仑三世的刀叉具是用铝制造的 筵席上 他为多数客人提供金餐具 而只让 少数客人使用铝餐具 是为了让用铝餐具的客人留下更深刻印象 1885 年 在美国首都华盛顿特区落成的华盛顿纪念碑上的顶帽也是用金属铝制造的 因为在 19 世纪 铝是一种珍贵的金属 人们最初得到的铝粒如同珍宝 它的价格