高考第二轮复习——反应热和电化学学案含答案

高考第二轮复习——反应热和电化学学案含答案

年 级 高三 学 科 化学 版 本 苏教版 内容标题 高三第二轮复习：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。DH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DH>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DH<0。DH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， DH<0时为放热反应，DH>0时为吸热反应， DH的符号（“＋”和“－”）和单位（kJ/mol） 。由于绝大多数反应的DH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DH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DH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DH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质接触发生氧化还原反应而消耗的过程 不纯金属或合金与电解质溶液接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）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 电解 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－‎ 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 例5. 下图是2019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＋3O22CO2＋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