2019届一轮复习苏教版化学反应中的能量变化专题提升学案 19页

化学反应中的能量变化 专题提升 一、电化学中的交换膜 ‎1.交换膜的功能 使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。‎ ‎2.交换膜在中学电化学中的作用 ‎(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸)。‎ ‎(2)用于物质的制备、分离、提纯等。‎ ‎3.离子交换膜的类型 常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。‎ ‎[例1]　(2017·合肥质检)目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法，阳(阴)离子交换膜不允许阴(阳)离子通过。则下列叙述中错误的是(　　)‎ A.NaOH、H2均在Ⅰ区产生 B. 图中a为阴离子交换膜 C.使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2，阻止二者之间的反应 D.电解时往Ⅲ区的溶液中滴加几滴甲基橙，溶液先变红后褪色 解析　Ⅰ区是阴极室，H＋(H2O)放电生成氢气，同时促进水的电离，生成氢氧化钠，Ⅱ区Na＋通过a进入I区，故a应该是阳离子交换膜；Ⅲ区和电源的正极相连，为阳极，Cl－放电生成氯气，Ⅱ区Cl－通过b进入Ⅲ区，故b应该是阴离子交换膜；氯气溶于水显酸性，同时次氯酸还具有漂白性，所以滴入甲基橙后溶液先变红后褪色。错误的是B。‎ 答案　B ‎[例2]　加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：3I2＋6KOH==‎ ‎=5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。下列说法中正确的是(　　)‎ A.电解过程中OH－从a极区通过离子交换膜c进入b极区 B.随着电解进行，KOH溶液浓度会逐渐减小 C.a电极反应式：I－－6e－＋6OH－=== IO＋3H2O，a极区的KI最终转变为KIO3‎ D.当阳极有0.1 mol I－放电时，阴极生成‎6.72 L H2‎ 解析　与外加电源正极相连的是电解池的阳极，即a电极是阳极，故b电极是阴极；题意知阳极区的物质有：KOH、KI、KIO3、H2O，阳极将发生失电子的氧化反应，失电子能力：I－＞OH－＞IO，故发生反应I－—6e－＋6OH－=== IO＋3H2O，在阴极上H＋(H2O)放电，6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，电解总反应为：‎ I－＋3H2OIO＋3H2↑，故电解时KOH浓度会增大；b极区OH－会通过c进入a极区，c应为阴离子交换膜。正确的是C。‎ 答案　C ‎[例3]　(2017·无锡两市六校联考)工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。下列说法中不正确的是(　　)‎ A.阴极材料可以是Fe，含氧酸根杂质不参与电极反应 B.该电解槽的阴极反应式为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ ‎ C.通电后，该电解槽阴极附近溶液的pH会逐渐减小 ‎ D.除去杂质后，氢氧化钾溶液从出口B导出来 解析　该电解槽中阴离子放电顺序OH－＞含氧酸根离子，阳离子放电顺序H＋＞K＋，故此电解反应的实质是电解水，阴极反应是2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，通电后阴极区的pH会增大，阳极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，电解总反应是2H2O2H2↑＋O2↑，阳极区c(OH―)减小，K＋会通过阳离子交换膜流向阴极与产生的OH－结合，以KOH溶液的形式从B口导出。由此可得出A、D正确，B、C错误。‎ 答案　BC 二、电化学中的介质对电极反应的影响 电化学中常见的五大介质(以CH3OH 、O2 燃料电池为例)‎ 介质一：K2SO4中性溶液 总反应式：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O ‎(－)负极：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2＋12H＋‎ ‎(＋)正极： ‎ 介质二：KOH碱性介质 总反应式：2CH3OH　＋ 3O2 ＋4OH－=== 2CO＋6H2O ‎(－)负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O ‎(＋)正极： ‎ 介质三：H2SO4溶液酸性　‎ 总反应式：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O ‎(－)负极：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2＋12H＋‎ ‎(＋)正极： ‎ 介质四：熔融盐介质，如熔融的K2CO3‎ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2 ＋4H2O ‎(－)负极：2CH3OH－12e－＋6CO===8CO2＋4H2O ‎(＋)正极： ‎ 介质五：掺杂Y2O3的ZrO3固体电解质，在高温下能传导正极生成的O2－ ‎ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2 ＋4H2O ‎(－)负极：2CH3OH－12e－＋6O2－===2CO2＋4H2O ‎(＋)正极： ‎ 答案　3O2＋12e－＋6H2O===12OH－　3O2＋12e－＋6H2O===12OH－　3O2＋12e－＋12H＋===6H2O　3O2＋12e－＋6CO2===6CO　3O2＋12e－===6O2－‎ 规律　首先要分析介质是否参与总反应，然后写出总反应方程式，O2在不同介质中的转化关系(O2得电子转化为O2－，碱性(中性)溶液中转化为OH－；酸性溶液中转化为H2O，熔融碳酸盐中转化为CO；固体氧化物转化为O2－)，写出正极反应，利用相减法(总反应—正极反应＝负极反应)，写出负极反应。‎ ‎[例4]　一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为 CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋ 。下列有关说法正确的是(　　)‎ A.检测时，电解质溶液中的H＋ 向负极移动 ‎ B.若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗‎4.48 L氧气 C.电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D.正极上发生的反应为O2＋4e－ ＋2H2O===4OH－‎ 解析　 解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中，阳离子要往正极移动，故A错；因电解质溶液是酸性的，不可能存在OH－ ，故正极的反应式为O2＋4H＋ ＋4e－ ===2H2O，转移4 mol电子时消耗1 mol O2，则转移0.4 mol电子时消耗(标准状况下)‎2.24 L O2，故B、D错；电池反应式即正负极反应式之和，将两极的反应式相加可知C正确。‎ 答案　C ‎[例5]　某燃料电池以Ca(HSO4)2固体为电解质传递H＋ ，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O。‎ 请回答：‎ ‎(1)H＋ 由 极通过固体酸电解质传递到另一极(填a或b)。‎ ‎(2)b极上发生的电极反应式 。‎ 解析　a极为负极，b极为正极，电极反应式分别为 负极：2H2－4e－ ===4H＋ ‎ 正极：O2＋4e－ ＋4H＋ ===2H2O，其中正极上的H＋ 来自负极生成的H＋ 。‎ 答案　(1)a　 (2)O2＋4e－＋4H＋ ===2H2O 专题测试(四)‎ 一、单项选择题 ‎1.某反应过程能量变化如图所示，‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A.反应过程a有催化剂参与 B.该反应为放热反应，热效应等于ΔH C.改变催化剂，可改变该反应的反应热 D.有催化剂的条件下，反应的活化能等于E1＋E2‎ 解析　过程b的活化能小，有催化剂参加，A错误；反应物能量大于生成物能量，为放热反应，B正确；催化剂不影响反应热，C错误；有催化剂条件下，反应的活化能为E1，D错误。‎ 答案　B ‎2.某小组进行电化学研究，甲同学设计如图所示的装置图，乙同学利用甲的装置和桌面其他的药品与材料，不能完成的实验是(　　)‎ A.使甲同学的正极变为负极 B.设计一个新的原电池 C.在碳电极上镀锌 D.使锌电极受到保护 解析　A项，将铜与石墨相连，以AgNO3溶液作电解质，铜为负极，正确；B项，铝－铜－AgNO3溶液、铝－铜－CuSO4溶液等均可以组成新的原电池，正确；C项，镀锌是电解池，错误；D项，锌与铝相连，锌作正极，受到保护，正确。‎ 答案　C ‎3.某研究性学习小组设计了用化学电源使LED灯发光的装置，‎ 示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A.锌是负极，电子从锌片经导线流向铜片 B.氢离子在铜片表面被还原 C.锌质量减少‎65 g时，铜电极表面析出氢气‎22.4 L D.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换 解析　锌质量减少‎65 g时，在标准状况下铜电极表面析出氢气是‎22.4 L，C错误。‎ 答案　C ‎4.下列有关电化学装置完全正确的是(　　)‎ A B C D 铜的精炼 铁上镀银 防止Fe被腐蚀 构成铜锌原电池 解析　电解精炼铜时，应该用粗铜作阳极，纯铜作阴极，故A错误；铁上镀银时，应该用银作阳极，铁作阴极，故B错误；C是外加电流的阴极保护法，正确；铜锌原电池中，锌应插入硫酸锌溶液中，铜应插入硫酸铜溶液中，故D错误。‎ 答案　C ‎5.下列说法正确的是(　　)‎ A.镀锌铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈 B.铜的金属活泼性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀 C.实验室利用Zn和稀硫酸反应制氢气时，滴加少量CuSO4可加快反应速率 D.铅蓄电池在放电过程中，负极质量减少，正极质量增加 解析　A项，镀层是锌，当镀层破坏时，易形成电化学腐蚀而使相对活泼金属被腐蚀，即锌的腐蚀会加剧，铁受到保护，错误；B项，在海轮外壳上应装上比铁活泼的锌，不能用铜，否则加快铁的腐蚀，错误；C项，Zn置换出Cu，在稀硫酸中构成原电池，加快反应速率，正确；D项，铅蓄电池负极反应为：Pb－2e－＋SO===PbSO4，PbSO4不溶于水，负极质量增加，错误。‎ 答案　C ‎6.已知：CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH1‎ C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH2‎ CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH3‎ CuO(s)＋CO(g)===Cu(s)＋CO2(g)　ΔH4‎ ‎2CuO(s)＋C(s)===2Cu(s)＋CO2(g)　ΔH5‎ 下列关于上述反应焓变的判断不正确的是(　　)‎ A.ΔH1＞0 B.ΔH2＞0‎ C.ΔH2＜ΔH3 D.ΔH5＝2ΔH4＋ΔH1 ‎ 解析　前两个反应为吸热反应，所以ΔH1、ΔH2均大于0，A、B正确；第3个反应为ΔH3＝ΔH2－ΔH1，ΔH2＝ΔH3＋ΔH1，由前分析ΔH1、ΔH2均大于0，所以ΔH2>ΔH3，错误。‎ 答案　C ‎7.某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则下列说法正确的是(　　)‎ A.电流方向：电极Ⅳ―→Ⓐ―→电极Ⅰ B.电极Ⅰ发生还原反应 C.电极Ⅱ逐渐溶解 D.电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu 解析　根据原电池的构成原理，可知电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极，电极Ⅲ为阳极，电极Ⅳ为阴极。电子流向为电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ，故电流方向为电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ， A项正确；电极Ⅰ为负极，发生氧化反应，B项错误；电极Ⅱ为正极，Cu2＋在此被还原， C项错误；电极Ⅲ为阳极，活性阳极Cu在此被氧化，D项错误。‎ 答案　A ‎8.(2018·苏北三市一模)一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是(　　)‎ A.a电极发生还原反应 B.H＋由右室通过质子交换膜进入左室 C.b电极反应式为：2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O D.电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极 解析　b电极NO→N2发生还原反应(为正极)，溶液呈酸性，用H＋平衡电荷，电极反应为：2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，A项错误，C项正确。a极发生氧化反应：C6H6O－28e－＋11H2O===6CO2＋28H＋，H＋在左侧生成，右侧消耗，H＋从左室移向右室，B错误；电流由正极(b)流向负极(a)，D项错误。‎ 答案　C ‎9.(2016·课标全国Ⅱ，11)Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　)‎ A.负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋‎ B.正极反应式为Ag＋＋e－===Ag C.电池放电时Cl－由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应：Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑‎ 解析　根据题意，Mg－海水－AgCl电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。A项，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，正确；B项，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋ 2Ag，错误；C项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确；D项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应：Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，正确。‎ 答案　B ‎10.(2017·课标全国Ⅱ，11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H‎2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)‎ A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为：Al3＋＋3e－===Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 解析　A项，根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。‎ 答案　C 二、不定项选择题 ‎11.下列依据热化学方程式得出的结论正确的是(　　)‎ A.已知NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则含‎4.0 g NaOH的稀溶液与稀醋酸完全中和，放出小于5.73 kJ的热量 B.已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，则氢气的燃烧热为241.8 kJ·mol－1‎ C.已知‎2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1、‎2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝b kJ·mol－1，则a0)，但该反应是气体体积增大的反应(ΔS>0)，故在一定条件下能自发进行；在阴极上CO2得电子生成CO，电极反应式为2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－。(2)由图示看出，石墨电极上是O2－失电子生成了O2，为电解池的阳极，故TiO2为阴极，连接电源的负极，在该电极上TiO2得电子生成Ti单质的同时得到O2－，电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－。(3)a室是阳极室，海水中OH－失电子生成H2O和O2，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。(4)在循环Ⅱ中，阳极上Mn2＋失电子生成MnO2，电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋。(5)①由图示可看出，在左室内生成了H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故右室中NO2失电子生成NO，电极反应式为NO2－e－＋H2O===NO＋2H＋。②由电极反应式可知，每有 0.1 mol NO2气体参与反应转移0.1 mol电子，即在阴极上有0.1 mol H＋得电子，故通过阳离子交换膜的H＋为0.1 mol。(6)由图可知，阳极材料是Fe和Cu，故电解时阳极上的Fe和Cu同时失电子，结合电解质中的O2－生成CuFe2O4，电极反应式为Cu＋2Fe－8e－＋4O2－===CuFe2O4。(7)电解MnSO4‎ 溶液时，阳极上Mn2＋失电子生成MnO2，阴极上H＋得电子生成H2，故阴极附近溶液的pH升高。(8)①根据图可知阳极应为甲醇失电子得到CO2，电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋。②合金吸氢后得到仅含一种金属的氢化物，其中氢的质量分数为0.077时该物质为MgH2，则生成的一种金属单质为Al，由此写出反应化学方程式为Mg17Al12＋17H2===17MgH2＋12Al。‎ 答案　(1)ΔS>0　2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－‎ ‎(2)负　TiO2＋4e－===Ti＋2O2－(或Ca2＋＋2e－===Ca、2Ca＋TiO2===2CaO＋Ti)‎ ‎(3)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ‎(4)Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋‎ ‎(5)①NO2－e－＋H2O===NO＋2H＋　②0.1‎ ‎(6)Cu＋2Fe－8e－＋4O2－===CuFe2O4‎ ‎(7)Mn2＋＋2H2OMnO2↓＋H2↑＋2H＋　增大 ‎(8)①CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋‎ ‎②Mg17Al12＋17H2===17MgH2＋12Al