化学反应的热效应、电化学讲义加习题.doc

2011级高一化学竞赛辅导专题 化学反应与能量变化 一、化学反应的热效应及焓变目标要求：1、反应热概念的含义和中和热的测量； 2、热化学方程式的正确书写； 3、反应焓变的计算（盖斯定律）。反应热产生原因：类型比较放热反应吸热反应定义有热量放出的化学反应吸收热量的化学反应形成原因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键强弱关系生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断裂旧键时吸收的总能量生成物分子成键时释放出的总能量小于反应物分子断裂旧键时吸收的总能量常见的放热反应：活泼金属与水或酸的反应 酸碱中和反应 燃烧反应 多数化合反应常见的吸热反应：多数分解反应，如CaCO3 CaO+CO22NH4Cl（s）+Ba(OH)28H2O（s）BaCl2+2NH3 +10H2OC(s)+H2O(g) CO+H2 CO2+C 2CO弱电解质的电离及盐类水解一、化学反应的反应热（一）反应热1、定义：当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。2、反应热的意义：描述化学反应释放或吸收热量的物理量.3、符号：Q 吸热反应Q0 放热反应Q0 ，为“+” 说明：H的正负与Q是一致的 放热反应：HH2（4）对于等压条件下的化学反应，若只存在化学能与热能之间的相互转化时（当化学能只转化为热能，不考虑转化为电能、光能、机械能等其他能量形式），则该反应的反应热等于焓变，表示为：Qp=H （Qp为等压反应热）我们可以借助于反应焓变示意图来理解反应焓变与反应热之间的关系。焓焓反应物反应产物反应物H 0H IBrClOHNO3SO42(等含氧酸根离子)F若S2、I、Br、Cl放电，产物是S、I2、Br2、Cl2；若OH放电，则得H2O和O2。（2）阴极产物的判断：阳离子放电顺序：AgHg2Fe3Cu2H（指酸电离)Pb2Sn2Fe2Zn2Al3Mg2NaCa2K【规律总结】电极反应式的书写步骤：列物质、标得失选离子、配电荷配个数、巧用水四类型电解质分类：电解水型：含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐电解电解质型：无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐常见酸碱盐溶液的电解规律(惰性阳极)电解反应类型电解质类型规律例PH变化电解质溶液复原法电解水含氧酸实质电解水H2 + O2电解稀H2SO4降低加 H2O强碱溶液实质电解水H2 + O2电解NaOH溶液升高加 H2O活泼金属含氧酸盐实质电解水H2 + O2电解Na2SO4溶液不变加 H2O电解质分解无氧酸酸H2 + 非金属2HClH2Cl2升高加 HCl不活泼金属无氧酸盐盐金属 + 非金属CuCl2CuCl2-加 CuCl2放氧生酸不活泼金属含氧酸盐盐+ 水金属+O2+酸2CuSO42H2O 2CuO22H2SO4降低加 CuO（CuCO3）放氢生碱活泼金属无氧酸盐盐+水H2 +非金属+碱2KCl2H2O H2Cl22KOH升高加 HCl二、电解原理的应用 1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气阳极：2Cl2eCl2阴极：2H+2eH2 反应方程式：2NaCl2H2OH2Cl22NaOH离子方程式：2Cl2H2OH2Cl22OH2、电镀：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法电极、电解质溶液的选择：阳极：镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液 MneMn+阴极：待镀金属（镀件）：溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，附着在金属表面MnneM电解质溶液：含有镀层金属离子的溶液做电镀液镀铜反应原理： 阳极(纯铜)：Cu2eCu2阴极(镀件)：Cu22eCu电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液 电镀应用之一：铜的精炼：阳极：粗铜；阴极：纯铜；电解质溶液：硫酸铜 3、电冶金电冶金：使矿石中的金属阳离子获得电子，从它们的化合物中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝电解氯化钠：通电前，氯化钠高温下熔融：NaClNaCl通直流电后：阳极：2Na2e2Na 阴极：2Cl2eCl2【规律总结】原电池、电解池、电镀池的判断规律 若无外接电源，又具备组成原电池的三个条件。有活泼性不同的两个电极；两极用导线互相连接成直接插入连通的电解质溶液里；较活泼金属与电解质溶液能发生氧化还原反应（有时是与水电离产生的H+作用），只要同时具备这三个条件即为原电池。若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属离子属同种元素时，则为电镀池。若多个单池相互串联，又有外接电源时，则与电源相连接的装置为电解池成电镀池。若无外接电源时，先选较活泼金属电极为原电池的负极（电子输出极），有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。金属的电化学腐蚀和防护【知识点】一、金属的电化学腐蚀（1）金属腐蚀内容： （2）金属腐蚀的本质：都是金属原子 失去 电子而被氧化的过程（3）金属腐蚀的分类：化学腐蚀：金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀 电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。（4）电化学腐蚀的分类：析氢腐蚀：腐蚀过程中不断有氢气放出条件：潮湿空气中形成的水膜,酸性较强（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体）电极反应：负极: Fe 2e- = Fe2+ 正极: 2H+ + 2e- = H2 总式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 吸氧腐蚀：反应过程吸收氧气条件：中性或弱酸性溶液电极反应：负极: 2Fe 4e- = 2Fe2+ 正极: O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 总式：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 离子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2生成的 Fe(OH)2被空气中的O2氧化，生成 Fe(OH)3 ， 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3x H2O（铁锈主要成分）规律总结：金属腐蚀快慢的规律：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：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措施的腐蚀防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲负极的正极保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀二、金属的电化学防护1、利用原电池原理进行金属的电化学防护（1）牺牲阳极的阴极保护法原理：原电池反应中，负极被腐蚀，正极不变化应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护（2）外加电流的阴极保护法原理：通电，使钢铁设备上积累大量电子，使金属原电池反应产生的电流不能输送，从而防止金属被腐蚀应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应。2、改变金属结构：把金属制成防腐的合金,如不锈钢。3、把金属与腐蚀性试剂隔开：电镀、油漆、涂油脂、表面钝化等。反应热专项练习1、热化学方程式C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)；H +131.3kJ/mol表示（）A碳和水反应吸收131.3kJ能量B1mol碳和1mol水反应生成一氧化碳和氢气并吸收131.3kJ热量C1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成一氧化碳气体和氢气，并吸热131.3kJD1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.1kJ2、已知甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为55.625kJg1。下列热化学方程式中不正确的是（）ACH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(l)；H 890kJ/molBCH4(g)+O2(g)=CO2(g)+H2O(l)；H 445kJ/molC DCH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(l)；H55.625kJ/mol3、在烃分子中去掉2个氢原子形成一个双键是吸热反应，大约需117kJ/mol125KJ/mol的热量，但1，3环己二烯失去2个氢原子变成苯是放热反应，H 23.4kJ/mol，以上事实表明（）A1，3环己二烯加氢是吸热反应B苯加氢生成环己烷是吸热反应C1，3环己二烯比苯稳定D苯比1，3环己二烯稳定4、X、Y二元素的原子，当它们分别获得两个电子形成稀有气体元素原子层结构时，X放出的热量大于Y放出的热量；Z、W两元素的原子，当它们分别失去一个电子形成稀有气体元素原子的电子层结构时，吸收能量W大于Z。则X、Y和Z、W分别形成的化合物中，离子化合物可能性最大的是（）AZ2X BZ2Y CW2X DW2Y5、在同温同压下，下列各组热化学方程式Q2Q1的是（）A2H2(g)O2(g)2H2O(l)；HQ1 2H2(g)O2(g)2H2O(g)；HQ2BS(g)O2(g)SO2(g)；HQ1 S(s)O2(g)SO2(g)；HQ2C C(s)O2(g)CO2(g)；HQ2DH2(g)Cl2(g)2HCl(g)；HQ1 6、100gC不完全燃烧所得产物中，CO所占体积为1/3，CO2为2/3，且： 与这些碳完全燃烧相比，损失的热量为（）A39.292kJ B3274.3kJ C784.92kJ D2489.44kJ7、强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应：H(aq)OH(aq)H2O(l)；H57.3kJ/mol，向1L0.5molL1的NaOH溶液中加入下列物质：稀醋酸；浓H2SO4；稀硝酸，恰好完全反应的热效应H1、H2、H3的关系正确的是（）AH1H2H3BH1H3H2CH1H3H2DH1H3H28、对下列化学反应热现象，不正确的说法是（）A放热的反应发生时不必加热B化学反应一定有能量变化C化学反应一般地说，吸热反应需要加热后才能发生D化学反应热效应数值与反应物质多少有关9、以NA代表阿伏加德罗常数，则关于热化学方程式C2H2(g)+O2=2CO2(g)+H2O(l)；H-1300kJ/mol的说法中，正确的是（）A有10NA个电子转移时，该反应放出1300kJ的能量B有NA个水分子生成且为液体时，吸收1300kJ的能量C有2NA个碳氧共用电子对生成时，放出1300kJ的能量D有8NA个碳氧共用电子对生成时，放出1300kJ的能量10、完全燃烧一定质量的无水乙醇，放出的热量为Q，已知为了完全吸收生成的二氧化碳，消耗掉8molL1的氢氧化钠溶液50mL，则无水乙醇的燃烧热放出的热量不可能是（）A10Q B10Q5Q C大于10Q D小于5Q11、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发生反应C反应物和生成物所具有的总能量决定了放热还是吸热D吸热反应在一定条件下(如常温、加热等)也能发生反应12、1840年盖斯根据一系列实验事实得出规律，他指出：“若是一个反应可以分步进行，则各步反应的反应热总和与这个反应一次发生时的反应热相同。”这是在各反应于相同条件下完成时的有关反应热的重要规律，称为盖斯定律。已知金刚石和石墨分别在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：C（金刚石、s)O2(g)CO2(g)；H395.41kJ/mol，C（石墨、s）O2(g)CO2(g)；H393.51kJ/mol，则金刚石转化石墨时的热化学方程式为：_。由此看来更稳定的碳的同素异形体为：_。若取金刚石和石墨混合晶体共1mol 在O2中完全燃烧，产生热量为QkJ，则金刚石和石墨的物质的量之比为_（用含Q的代数式表示）。13、0.3mol气态高能燃料乙硼烷（分子式B2H6），在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ的热量，则其热化学方程式为_。又已知H2O(l)H2O(g)；H44kJmol1，则11.2L标准状况下的乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是_kJ。14、称取等质量为(ag)胆矾两份。把一份溶于bg水中，测知其溶解时吸收Q1kJ热量；把另一份脱水后溶于bg水中，测得其溶解时放热Q2kJ。(1)胆矾的溶解热为_kJmol1，是_(填”吸热”或“放热”)(2)无水硫酸铜的溶解热为_kJmol1，是_过程。(3)从以上数据可知，胆矾脱水是_过程，1mol胆矾脱水需_kJmol1热量。15、目前大部分城市居民所使用的燃料主要是管道煤气，使用天然气作为居用燃料对环境更为有利。管道煤气的主要成分是CO、H2和少量烃类，天然气的主要成分是CH4。它们的燃烧反应如下： 根据以上化学方程式判断：燃烧相同体积的管道煤气和天然气，消耗空气体积较大的是_。因此燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的改进方法是_进风口（填增大或减小），如不作改进可能产生的不良结果是_。管道煤气中含有的烃类，除甲烷外，还有少量乙烷、丁烷等，它们的某些性质见下表：试根据以上某个关键数据解释冬天严寒的季节有时管道煤气火焰很小，并且呈断续状态的原因是_。17、在101kPa时，H2在1.00molO2中完全燃烧生成2.00mol液态H2O。（1）放出571.6kJ的热量，H2的燃烧热为_，表示H2燃烧热的热化学方程式为 （2）1.00L 1.00mol/L H2SO4溶液与2.00L 1.00mol/L NaOH溶液完全反应，放出114.6kJ的热量，该反应的中和热为_，表示其中和热的热化学方程式为_。18、将V1 mL 1.00 molL1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1V250 mL)。下列叙述正确的是()A做该实验时环境温度为22B该实验表明化学能可以转化为热能CNaOH溶液的浓度约为1.00 molL1D该实验表明有水生成的反应都是放热反应反应热 答案与提示1、C 依据反应热的概念，表示按照方程式系数的物质的量反应时吸收或放出的热量，单位是kJmol1，该方程式表示：1mol碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气，并吸收131.3kJ的热量。特别要指明水的状态。2、D 题目中给出的数据意义是：燃烧1g的甲烷放出55.625kJ的热量，应该换算成燃烧1mol甲烷放出的热量为890kJ。热化学方程式为：CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(l)；H890kJmol1其他系数与热量相对应的方程式均正确。3、D由题可知：，因为苯的能量比环己二烯能量低，故苯比环己二烯稳定，故C错；环己二烯加氢是放热过程，A错；苯加氢到环己烷由上图可知是放热过程，B错。4、A X、Y获得两个电子就达到稳定结构，故它们属于VIA族，由于X得到电子放出的热量多，故X形成的离子更稳定，即X的非金属性比Y强；Z、W失去一个电子达到稳定结构，它们属于IA族，W失去电子吸收的能量多，则W比Z难失电子，故金属性Z大于W。形成离子化合物最可能是金属性强的与非金属性强的元素化合，即Z2X。5、C 反应放出或吸收的热量的多少，跟反应物和生成物的聚集状态有密切关系。A中两式仅生成物中水的状态不同，由于生成液态水比生成气态水放热多，所以Q1Q2；B中两式仅硫的状态不同，由于固态硫变成气态硫要吸收热量，所以Q1Q2；C中固态碳与氧气完全反应生成二氧化碳，放出的热量Q2应大于不完全燃烧时生成一氧化碳放出的热量Q1；D中二式各物质的量不同，有Q12Q2的关系，故本题的答案应为C。6、C 在100gC中有 变为CO，有 变为CO2，故与C完全燃烧相比，损失的热量就是CO继续燃烧放出的热量，依据热化学方程式，知损失的热量为 。7、D 因为稀醋酸是弱电解质，在电离时吸热，浓H2SO4溶于水时放热。故中和时放出的热量Q(H2SO4)Q(HNO3)Q(CH3COOH)，又因放热反应中，H为负值，即HQ，故H2H3H1。8、AC A错。在放热反应中有一些需加热以提供必需的能量来引发反应，如煤的燃烧。C错在有些吸热反应并不需要加热，如Ba(OH)2晶体与NH4Cl的反应，CH3COOH的电离等吸热过程，均不需要加热。9、AD A项中的10NA个电子转移即有1molC2H2燃烧，所以放出的热量为1300kJ，D项中有8NA个碳氧共用电子对，即有2mol CO2 生成，故放出1300kJ的热量。10、CD NaOH与CO2反应可生成Na2CO3，也可以生成NaHCO3，若生成Na2CO3，则n(NaOH)0.4mol。 所以此时1mol乙醇完全燃烧放出5Q热量，若反应产物为Na2CO3和NaHCO3的混合物，则1mol乙醇完全燃烧放出的热量为5Q10Q之间。 11CD此类题可举例证明。A、煤的燃烧需要加热才能发生，但，煤燃烧放热。B、也可用A的例子说明。C、当反应物的总能量生成物的总能量时，反应放热；反之吸热。D吸热反应在一定条件下(如常温、加热等)也能发生反应12、解析：由盖斯定律，要得到金刚石和石墨的转化关系，可将两个热化学方程式相减即可。设反应的热效应为H3，则H3H1H2395.41kJ/mol393.51kJ/mol1.90kJ/mol。即C（金刚石、S）C（石墨、s）；H1.90kJ/mol。可见金刚石转化为石墨放出热量，说明石墨的能量更低，比金刚石稳定。由十字交叉法： 可得二者物质的量比。答案：C（金刚石、s）C（石墨、s）；H1.90kJ/mol；石墨； 13、解析：1molB2H6(g)完全燃烧，生成液态水放出的热量为649.5kJ0.32165kJ。因此热化学方程式为：B2H6(g)3O2B2H3(s)3H2O(l)；H2165kJmol1。若反应生成的3mol H2O(l)全部转化为气态水，则需吸收热量44kJmol13mol132kJ，则0.5mol B2H6(g)完全燃烧生成气态水时放出的热量为： 答案：B2H6(g)3O2(g)B2H3(s)3H2O(l)；H2165kJmol1 ；1016.514、解析：由溶解热的定义：一定温度及压力下（通常为298K和101kPa），一定量的溶质溶解于某溶剂中产生的热效应。溶质的量为1mol时为摩尔溶解热，中学把溶解热理解为摩尔溶解热。因此，可计算如下：CuSO45H2O(s)CuSO4(aq)5H2O(l)；H250g Qa g Q1 所以 ag胆矾失水后溶于水中放出Q2kJ热量CuSO45H2OCuSO4250g160ga g CuSO4(s)CuSO4(ag)；H160gQ Q2 所以