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- 2021-07-08 发布
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年 级 高三 学 科 化学 版 本 苏教版
内容标题 高三第一轮复习:反应热和电化学
【本讲教育信息】
一. 教学内容:
反应热和电化学
二. 教学目标
了解反应热、吸热反应、放热反应的概念;了解反应热和焓变的涵义,了解焓变的表示
符号(ΔH)及其常用单位(kJ/mol),认识 ΔH的“-”、“+”与放热反应和吸热反应的对
应关系;
掌握热化学方程式的涵义和书写方法;了解盖斯定律的涵义,能用盖斯定律进行有关反
应热的计算。
了解电化学方面的有关知识和基本原理,掌握电化学一些相关规律;能熟练运用电化学
的有关理论知识解决生活实际中的相关问题。
三. 教学重点、难点
热化学方程式的书写及应用、盖斯定律;
原电池、电解池工作原理、电极反应式的书写,电化学原理的应用。
四. 教学过程
(一)反应热、放热反应和吸热反应的关系
1、反应热是指反应过程中释放或吸收的能量。在化学实验中,通常遇到的反应是在敞口
容器下进行的,此时的反应热等于反应过程中的热量的变化,用符号△H 表示,单位一般采
用 kJ/mol。
2、从化学键角度看,反应热近似等于反应物分子化学键断裂时吸收的总能量与生成物分
子化学键形成时释放的总能量的差值.
3、从能量的角度来看,放热反应是由于反应物分子总能量大于生成物分子的总能量,吸
热反应是由于生成物分子的总能量大于反应物分子的总能量.
如上图中,a 表示反应的活化能,b 表示反应热,该反应的 ΔH小于0,属于放热反应.
中学常见的放热反应有酸碱的中和反应、活泼金属与酸的反应、大多数化合反应、燃烧反应、
自发进行的氧化还原反应等;吸热反应有氢氧化钡与铵的反应、大多数分解反应、盐的水解
反应和弱电解质的电离等.
4、反应热和焓变
反应热是表示化学反应过程中整个体系的能量(即焓)增加或者减少的量值,
ΔH=H 产物—H 反应物
焓增加→吸热→则“△H>0”;
焓减少→放热→则“△H<0”。
5、反应热的计算
(1)根据键能数据计算;ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。
(2)根据热化学方程式计算;将 ΔH 看作热化学方程式中的一项,再按有关方程式的
计算步骤、格式进行计算,得出有关数据。
(3)中和热的计算:△H=Q/n=cm△t/n;其中:c=4.18J/(g·℃),m 为酸碱溶液的
质量和,△t=t2-t1,t1 是盐酸温度与 NaOH 溶液温度的平均值,n 为生成水的物质的
量。
燃烧热的计算:一定量的可燃物燃烧放出的总热量=燃烧热×可燃物的物质的量。
(4)盖斯定律
1840 年,俄国化学家盖斯从大量实验事实中总结出一条规律:化学反应不管是一步完
成还是分几步完成,其反应热是相同的。
即化学反应的反应热(能量)只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关,
而与具体反应进行的途径无关。如果一个反应可以分几步进行,则各分步反应的反应热之和
与该反应一步完成时的反应热相同,这就是盖斯定律。如:
有:△H1=△H2+△H3+△H4
应用:计算无法直接实验测量的反应的反应热。
6、热化学方程式
热化学方程式:能表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式。书写热化学
方程式时要注意以下几点:状态、物质的量、反应热的单位及符号、条件等。
热化学方程式不仅表示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。
7、中和热:酸碱完全中和生成1mol 水时所放出的热量称为中和热;
燃烧热:在 25℃、101kPa 时,1mol 纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热
量,叫做该物质的燃烧热。一般情况下,完全燃烧时,一般情况 C 生成 CO2;H 生成水;S
生成 SO2。中和热、燃烧热的单位一般用 kJ/mol 表示。
反应热和中和热的测定:
用于测定反应热的仪器称为量热计,测量时,一定要注意保温、隔热,要精确测量出过
程中的温度变化。
中和热的测定同样要注意保温、隔热,要用强酸与强碱的稀溶液在室温下进行,测量温
度时一定要读出最高点时的温度,计算时要将测量的热量换算成生成 1mol 水时所放出的能
量。
说明:
1、任何化学反应都有反应热。∆H 是物质所具有的能量在反应前后的变化量,若为吸热
反应,则变化后的物质所具有的能量增大,用“+”表示,即∆H>0;若为放热反应,则变
化后的物质所具有的能量减小,用“-”表示,即∆H<0。∆H 的单位为:kJ/mol
2、书写热化学方程式应注意的几点:
(1) 要注明反应的温度、压强,在化学方程式的右端注明反应热, ∆H<0 时为放热反
应,∆H>0 时为吸热反应, ∆H 的符号(“+”和“-”)和单位(kJ/mol) 。由于绝大多
数反应的∆H 是在常温常压下测定的,因此,可不注明温度和压强。
(2) 要注明反应物和生成物的状态,因为状态不同,物质所具有的能量不同,反应热
∆H 也不同。热化学方程式中不用“↑”“↓”。
(3) 热化学方程式各物质前的计量数不表示粒子个数,只表示物质的量,因此它可以
是整数,也可以是分数,计量数不相同,反应热数据也不同。
3、热化学方程式与数学上的方程式相似,可以移项,同时改变正负号,各项的系数包括∆H
的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数;
4、根据盖斯定律可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其∆H 相加或相减,得到一
个新的热化学方程式;
5、可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量×其燃烧热。
(二)电化学基础:
说明:
1、化学腐蚀与电化腐蚀
化学腐蚀 电化腐蚀
含义 金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物 不纯金属或合金与电解质溶液接
质接触发生氧化还原反应而消耗的过程 触发生原电池反应而消耗的过程
得失电子 金属直接将电子转移给具有氧化性的物
质
活泼金属将电子间接转移给氧化
性较强的物质
电流 无电流产生 有微弱的电流产生
腐蚀现象 金属单质 较活泼金属
事例 金属与 O2、Cl2 等物质直接反应 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀
2、金属的电化学腐蚀有两种情况:
⑴析氢腐蚀: 负极:Fe-2e-=Fe2+;正极反应为:2H++2e-=H2↑;
⑵吸氧腐蚀: 负极:Fe-2e-=Fe2+;正极反应为:2H2O+O2+4e− =4OH−
3、电解池与原电池的主要区别在于是否与外接电源相连。电解过程中阳离子的放电顺序:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+,即与金属活动性顺序表相反,金属(氢)
阳离子的氧化性越强,其越容易得到电子。
电解过程中阴离子的放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-,即阴离子的还原性越
强,其在电解池的阳极越容易失去电子。
4、电解原理在工业生产中有着广泛的应用。常用电解的方法制取比较活泼的金属,还可
以采用电解的方法对某些金属进行精炼提纯;也可以采用电解的方法制取氢氧化钠、氢气和
氯气等;电镀则是为了增强美观和金属的抗腐蚀能力。
5、原电池电极名称的判断方法
(1)根据电极材料的性质确定 金属—金属电极,活泼金属是负极,不活泼金属是正
极;金属—非金属电极,金属是负极,非金属是正极;金属—化合物电极,金属是负极,化
合物是正极。
(2)根据电极反应的本身确定 失电子的反应—氧化反应—负极;得电子的反应—还
原反应—正极
6、原电池电极反应式书写关键
(1)明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化;
(2)确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子,还是其他物质(如溶有或通入的
氧气);
(3)判断是否存在特定的条件(如介质中的微粒 H+、OH- 非放电物质参加反应),进
而推断电解质溶液的酸碱性的变化;
(4)总的反应式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。
7、原电池、电解池、电镀池判定
(1)若无外接电源,可能是原电池,然后根据原电池的形成条件判定;
(2)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,当阳极金属
与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池;
(3)若为无明显外接电源的串联电路,则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反
应的装置为原电池。
8、可充电电池的判断 放电时相当于原电池,负极发生氧化反应,正极发生还原反应;
充电时相当于电解池,放电时的正极变为电解池的阳极,与外电源正极相连,负极变为阴极,
与外电源负极相连。
9、电解的有关计算方法:
(1)串联电路中各电极得失电子数相等,即电路中通过的电量(电子总数)相等。通常
存在下列物质的量关系
H2~Cl2 ~ O2 ~Cu ~ 2Ag ~ 2H+ ~ 2OH-
2
1
(2)根据电极反应式或电解方程式列比例求解
【典型例题】
例 1. 有人设计出利用 CH4 和 O2 的反应,用铂电极在 KOH 溶液中构成原电池。电池的总
反应类似于 CH4 在 O2 中燃烧,则下列说法正确的是:
①每消耗 1molCH4 可以向外电路提供 8mole-
②负极上 CH4 失去电子,电极反应式 CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
③负极上是 O2 获得电子,电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后,溶液 pH 不断升高
A. ①② B. ①③ C. ①④ D. ③④
解析:本题是考查原电池原理在燃料电池中的具体应用,首先要判断出电池的正负极,
其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应,若发生的是失电子反应是原电池
的负极,反之是正极。CH4 在铂电极上发生类似于 CH4 在 O2 中燃烧的反应,即 CH4 →CO2,
严格讲生成的 CO2 还与 KOH 反应生成 K2CO3,化合价升高,失去电子,是电池的负极,电
极反应式为 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,1molCH4 参加反应有 8mole-发生转移,O2
在正极上发生反应,获得电子,电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-。虽然正极产生 OH
-,负极消耗 OH-,但从总反应 CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 可看出是消耗 KOH,所
以电池放电时溶液的 pH 值不断下降,故①②正确,③④错误。
答案:A
例 2. 某一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 NaCl 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,设计了如图所示装置,则电源
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
解析:石墨作电极电解饱和 NaCl 溶液发生的反应是
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
伴随反应进行过程中可能发生的副反应为 2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O,若使 Cl2
完全吸收制得有较强杀菌消毒能力的消毒液的主要成分是 NaClO 和 NaCl,怎样才能使产生
的 Cl2 与 NaOH 充分反应,只有发生器下端产生 Cl2 才能确保其被完全吸收,从中可推知电
源 a 为负极,b 为正极。
答案:B
例 3. 生物体中细胞膜内的葡萄糖,细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池,
下列有关判断正确的是:
A. 正极的电极反应可能是:O2+4e-+2H2O=4OH-
电解
B. 负极的可能反应是:O2+4e-+2H2O=4OH-
C. 负极的主要反应是 C6H12O6(葡萄糖)生成 CO2或 HCO3-
D. 正极的主要反应是 C6H12O6(葡萄糖)生成 CO2或 HCO3-
解析:本题属于原电池的电极反应式的书写。首先,我们要考虑在生物体内构成微型的
生物原电池的富氧液体、细胞膜以及葡萄糖。在该种情况下发生的氧化还原反应是:C6H12O6
+6O2→6CO2+6H2O,即葡萄糖的氧化反应。则根据原电池负极发生氧化反应,正极发生
还原反应的原则,可知:
(-)C6H12O6-24e-+30OH-=6HCO3-+18H2O(C 也可能以 CO32-或 CO2 的形式
存在)
(+)6O2+24e-+12H2O=24OH-
总的电极反应式为:C6H12O6+6O2+6OH-→6HCO3-+6H2O
综上所述,本题的答案为:AC
答案:AC
例 4. 已知蓄电池在放电时起原电池作用,充电时起电解池作用,铅蓄电池在放
电和充电时发生的化学反应可用下式表示:
据此判断下列叙述正确的是:
A. 放电时蓄电池负极的电极反应式为 PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O
B. 充电时蓄电池阴极的电极反应式为:PbSO4+2e-=Pb+SO42-
C. 用铅蓄电池来电解 CuSO4 溶液,要生成 1.6gCu,则该电池内部消耗硫酸 0.05mol
D. 用铅蓄电池充电时,若要使 3.03kgPbSO4 转变为 Pb 和 PbO2,则需通过 20mol 电子
解析:蓄电池充电时作为电解池,是把电能转化为化学能,而放电时则是原电池,是将
化学能转化为电能。
铅蓄电池放电的电极反应为:
负极:Pb+ -2e− =PbSO4↓
正极:PbO2+4H++ +2e− =PbSO4↓+2H2O
当放电进行到硫酸浓度降低到一定浓度时即停止放电,此时需要将蓄电池进行充电,其
电极反应为:
阳极:PbSO4+2H2O-2e− =PbO2+4H++
阴极:PbSO4+2e− =Pb+
蓄电池放电和充电的总反应式:
在蓄电池中每转移 2mol 电子,消耗的硫酸的物质的量为 2mol,而在用蓄电池作为电源
电解硫酸铜溶液时,通过的电子电量相同,则生成 1.6g 铜,转移的电子电量为 0.05mol,消
耗的硫酸也为 0.05mol,,当有 3.03kg PbSO4(10mol)转变为 Pb 和 PbO2时通过的电子电量
为 10mol。
答案: BC
SO4
2-
SO4
2-
SO4
2-
SO4
2-
例 5. 下图是 2004 年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催
化剂作用下提供质子(H+)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应,
电池总反应为 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。下列说法正确的是:
A. 左电极为电池的负极,a 处通入的物质是甲醇
B. 右电极为电池的负极,b 处通入的物质是空气
C. 负极反应式为:CH3OH+ H2O-6e-=CO2+6H+
D. 正极反应式为:O2+2H2O +4e-=4OH-
解析:本题用到的信息主要有:电池的总反应式:2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O。则
根据原电池的构成条件和原电池的工作原理进行分析判断。
负极发生氧化反应:CH3OH+ H2O-6e- CO2+6H+,质子从质子交换膜进入右边,
因此,左电极为负极,a 处通入的物质是甲醇;
右电极为正极,发生还原反应:O2+4H++4e-=2 H2O,此时 b 处通入的是氧气,由
于在电极反应过程中正、负极上通过的电子的电量相同,因此正极所消耗的 H+与负极所产
生的 H+基本相同,溶液中 H+基本不变,但由于生成了水,因此浓度有所减小。
综上所述,本题的答案为 AC
答案:AC
例 6. 有一硝酸盐晶体 M(NO3)x•nH2O,经测定,其摩尔质量为 242g/mol。取 1.21g 此
晶体溶于水,配制成 100mL 溶液。将此溶液置于电解池中用惰性材料作电极进行电解。当
有 0.01mol 电子通过电极时,溶液中全部金属离子即在电极上析出,经测定阴极增重 0.32g。
求:①M(NO3)x•nH2O 中 x 的值
②M 的相对原子质量和 n 的值。
解析:用惰性电极电解 M(NO3)x 溶液时,阴极电解反应式为:Mx++xe-=
M。现 M(NO3)x•nH2O 的物质的量为 =0.005mol,转移的电子的物质的量为 0.01mol,
则 x=2;由于生成的金属的质量为 0.32g;则 M= =64g/mol;又因为该物质的摩
尔质量为 242g/mol,则有:64+2(14+48)+18n=242,解得 n=3。
答案:①x=2,②M 的相对原子质量为 64,n 的值为 3
→
→
OnH 2⋅
mol005.0
g32.0
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