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专题1 章末共享专题
微专题一
微专题一 热化学方程式的书写与判断
一、书写热化学方程式的注意事项
（1）ΔH的单位 热化学方程式的右边必须写上ΔH，并用“空格”隔开。吸热反应的ΔH为“＋”，放热反应的ΔH为“－”，单位常用kJ/mol（或kJ·mol－1）。
（2）注明必要的测定条件 焓变与温度和压强等测定条件有关，故书写时必须注明反应的温度和压强，如不注明条件，即指25 ℃、1.01×105 Pa。
（3）注明物质的状态 物质的状态不同，化学反应焓变的值不同，因此必须在每种物质的化学式后面注明物质状态。
（4）明确化学计量数的含义 热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示物质的量，并不能表示物质的分子数，因此化学计量数可以是整数也可以是分数。
（5）化学计量数与ΔH的关系 热化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则ΔH的数值也加倍；若反应逆向进行，则ΔH改变符号，但绝对值不变。
二、热化学方程式正误判断
热化学方程式是表示参加反应的物质的量与反应热的关系的化学方程式。热化学方程式的书写除了遵循书写化学方程式的要求外，应侧重从以下几个方面予以考虑。
1.检查ΔH符号的正误
放热反应的ΔH为“－”，吸热反应的ΔH为“＋”，单位是kJ·mol－1，逆反应的ΔH与正反应的ΔH数值相同，符号相反。
2.检查是否注明物质的聚集状态
必须注明每种反应物和生成物的聚集状态，同一个化学反应，物质的聚集状态不同，ΔH数值不同
3.检查ΔH的数值与化学计量数是否对应
ΔH的大小与反应物的物质的量的多少有关，相同的反应，化学计量数不同时，ΔH不同。
4.特殊反应热
（1）书写表示燃烧热的热化学方程式时，可燃物的化学计量数为1；产物应为完全燃烧生成稳定的化合物，如C燃烧应生成CO2而不是CO，H2燃烧生成的是H2O（l），而不是H2O（g）。
（2）书写表示中和热的热化学方程式时，H2O的化学计量数为1，并以此配平其余物质的化学计量数。
[微训练一]
1.标准状态下，气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知HH、HO和OO键的键焓ΔH分别为436 kJ·mol－1、463 kJ·mol－1和495 kJ·mol－1，下列热化学方程式正确的是（ ）
A．H2O（g）===H2（g）＋O2（g） ΔH＝－485 kJ·mol－1
B．H2O（g）===H2（g）＋O2（g） ΔH＝＋485 kJ·mol－1
C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g） ΔH＝＋485 kJ·mol－1
D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g） ΔH＝－485 kJ·mol－1
答案：D
解析：任何化学反应的发生都是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。断键吸热，形成化学键放热。反应热就是断裂化学键吸收的热量与形成化学键释放的热量的差值。物质在反应过程中反应热即与物质的状态有关，也与物质的多少有关。1 mol气态水分解产生1 mol氢气和mol氧气的能量变化是：2×463－436－×495＝242.5 （kJ）。因此热化学方程式为H2O（g）===H2（g）＋O2（g） ΔH＝＋242.5 kJ/mol。A、B错误。2 mol气态水分解产生2 mol氢气和1 mol氧气，能量变化是485 kJ，物质分解吸收的热量与产物燃烧放出的热量数值相等，则热化学方程式是2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g） ΔH＝－485 kJ/mol。C错误，D正确。故选D。
2.完成下列反应的热化学方程式。
（1）沼气是一种能源，它的主要成分是CH4，常温下，0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2（g）和液态水时，放出445 kJ热量，则热化学方程式为 。
（2）已知H2S完全燃烧生成SO2（g）和H2O（l），H2S的燃烧热为a kJ·mol－1，写出H2S的燃烧热的热化学方程式 。
CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－890 kJ·mol－1
H2S（g）＋O2（g）===SO2（g）＋H2O（l） ΔH＝－akJ·mol－1
（3）已知，N2（g）＋H2（g）===N（g）＋3H（g）ΔH1＝＋akJ·mol－1
N（g）＋3H（g）===NH3（g） ΔH2＝－bkJ·mol－1
NH3（g）===NH3（l） ΔH3＝－ckJ·mol－1
写出N2（g）和H2（g）反应生成液氨的热化学方程式 。
（4）已知：①HF（aq）＋OH－（aq）===F－（aq）＋H2O（l）ΔH＝－67.7 kJ·mol－1
②H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l） ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
试写出HF电离的热化学方程式
______________________________________________________。
N2（g）＋3H2（g）===2NH3（l）ΔH＝－2（b＋c－a） kJ·mol－1
HF（aq）===F－（aq）＋H＋（aq） ΔH＝－10.4 kJ·mol－1
（5）SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中，只存在S—F键，已知1 mol S（s）转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，F—F键能为160 kJ·mol－1，S—F键能为330 kJ·mol－1，试写出S（s）和F2（g）反应生成SF6（g）的热化学方程式________________________________________。
S（s）＋3F2（g）===SF6（g） ΔH＝－1 220 kJ·mol－1
特别提醒
书写热化学方程式常见错误：
（1）漏写物质的聚集状态（漏一种就全错）。
（2）ΔH的符号“＋”“－”标示错误。
（3）ΔH的值与各物质化学计量数不对应。
（4）ΔH后不带单位或单位写错（写成kJ、kJ·mol等）。
微专题二
微专题二 ΔH的大小比较与计算
一、ΔH的大小比较
比较反应热的大小，一般从以下几个方面考虑：
1.比较“反应热”或ΔH的大小时，必须带“＋”“－”符号；比较“燃烧热”“中和热”时，只需比较数值大小即可。
2.参加反应的物质的量不同，则反应热的数值也会发生相应的变化，如1 mol H2完全燃烧生成液态水时放出285.8 kJ的热量，2 mol H2完全燃烧生成液态水时则放出571.6 kJ的热量。
3.对于可逆反应，如3H2（g）＋N2（g） 2NH3（g） ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，是指生成2 mol NH3时放出92.4 kJ的热量，而不是3 mol H2和1 mol N2混合，在一定条件下反应就可放出92.4 kJ的热量，实际3 mol H2和1 mol N2混合，在一定条件下反应放出的热量小于92.4 kJ，因为该反应的反应物不能完全转化为生成物。
4.同一反应中物质的聚集状态不同，反应热数值大小也不同。例如，S（g）＋O2（g）===SO2（g） ΔH1＝－Q1 kJ·mol－1；S（s）＋O2（g）===SO2（g） ΔH2＝－Q2 kJ·mol－1可以理解成固态硫变成气态硫后再发生变化，而由固态到气态是需要吸收能量的，所以Q1＞Q2、ΔH1＜ΔH2，故当同一反应中只由于聚集状态不同比较反应热的大小时，反应物为固态时放出的热量少，当生成物为固态时放出的热量多。
5.中和热为稀溶液中强酸和强碱生成1 mol H2O时的反应热。若酸为浓硫酸时，由于浓硫酸溶解放热，此时生成1 mol H2O放出的热量大于57.3 kJ。
二、焓变的计算
1.运用盖斯定律计算
计算反应热最基本的方法是应用盖斯定律。高考题中往往给出几个已知的热化学方程式，然后要求计算与之有关的目标热化学方程式的反应热，此时可应用盖斯定律进行计算。
2.根据热化学方程式计算
计算依据：对于相同的反应，反应热与反应物参加反应的物质的量成正比。若题目给出了相应的热化学方程式，则按照热化学方程式与ΔH的关系计算反应热；若没有给出热化学方程式，则根据条件先得出热化学方程式，再计算反应热。
注意 热化学方程式中各物质的化学计量数改变时，其反应热的数值应作相同倍数的改变。
3.根据反应物和生成物的能量计算
（1）计算公式：ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。
（2）根据燃烧热计算，要紧扣反应物为“1 mol”、生成物为指定产物。Q放＝n（可燃物）×|ΔH|。
4.根据反应物和生成物的键能计算
（1）计算公式：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。
（2）根据键能计算反应热的关键是正确找出反应物和生成物所含共价键的种类和数目，如1个H2O分子中含有2个H—O键，1个NH3分子中含有3个N—H键等。要注意晶体结构中化学键的情况，常见的有1 mol P4含有6 mol P—P键，1 mol晶体硅含有2 mol Si—Si键，1 mol石墨晶体中含有1.5 mol C—C键，1 mol金刚石含有2 mol C—C键，1 mol SiO2含有4 mol Si—O键等。
[微训练二]
1.（1）已知反应：
H2（g）＋O2（g）===H2O（g） ΔH1
N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g） ΔH2
N2（g）＋H2（g）===NH3（g） ΔH3
利用上述三个反应，计算4NH3（g）＋7O2（g）===4NO2（g）＋6H2O（g）ΔH＝ （用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的式子表示）。
解析：（1）①H2（g）＋O2（g）===H2O（g） ΔH1；②N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g） ΔH2；③N2（g）＋H2（g）===NH3（g） ΔH3；利用上述三个反应，结合盖斯定律由6×①＋2×②－4×③得到4NH3（g）＋7O2（g）===4NO2（g）＋6H2O（g）的ΔH为6ΔH1＋2ΔH2－4ΔH3。
6ΔH1＋2ΔH2－4ΔH3
（2）已知：C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g） ΔH＝a kJ·mol－1
2C（s）＋O2（g）===2CO（g） ΔH＝－220 kJ·mol－1
H—H键、O===O键和O—H键的键能分别为436 kJ·mol－1、496 kJ·mol－1和463 kJ·mol－1，则a＝ 。
＋132
解析：（2）已知①C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g） ΔH＝a kJ·mol－1，②2C（s）＋O2（g）===2CO（g） ΔH＝－220 kJ·mol－1；根据盖斯定律由①×2－②得2H2O（g）===O2（g）＋2H2（g） ΔH＝（2a＋220） kJ·mol－1，依据键能计算反应热可得4×463 kJ·mol－1－496 kJ·mol－1－2×436 kJ·mol－1＝（2a＋220） kJ·mol－1，解得a＝＋132。
2.（1）已知：
①2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）
ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
②2NO2（g）===N2O4（g） ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1
则反应N2O5（g）===2NO2（g）＋O2（g）的ΔH＝______kJ·mol－1。
解析：（1）根据盖斯定律，由①×－②得N2O5（g）===2NO2（g）＋O2（g） ΔH＝53.1 kJ·mol－1。
53.1
（2）SiHCl3在催化剂作用下发生反应：
①2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）
ΔH1＝48 kJ·mol－1
②3SiH2Cl2（g）===SiH4（g）＋2SiHCl3（g）
ΔH2＝－30 kJ·mol－1
则反应4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH为
kJ·mol－1。
114
解析：（2）根据盖斯定律，由①×3＋②得4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝114 kJ·mol－1。
（3）近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：
反应Ⅰ： 2H2SO4（l）===2SO2（g）＋2H2O（g）＋O2（g） ΔH＝＋551 kJ·mol－1
反应Ⅲ：S（s）＋O2（g）===SO2（g） ΔH＝－297 kJ·mol－1
反应Ⅱ的热化学方程式： 。
3SO2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）＋S（s） ΔH＝－254 kJ·mol－1
解析：由于反应Ⅱ是二氧化硫的歧化反应，且由题意可知其氧化产物和还原产物分别为H2SO4和S，根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应Ⅱ的化学方程式为3SO2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）＋S（s）。根据盖斯定律，反应Ⅰ与反应Ⅲ的热化学方程式相加得2H2SO4（l）＋S（s）===3SO2（g）＋2H2O（g） ΔH＝＋254 kJ·mol－1，所以反应Ⅱ的热化学方程式为：3SO2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）＋S（s） ΔH＝－254 kJ·mol－1。
3.根据要求回答下列问题：
（1）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应的热化学方程式如下：
①CH3OH（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋3H2（g）
ΔH＝＋49.0 kJ·mol－1
②CH3OH（g）＋O2（g）===CO2（g）＋2H2（g）
ΔH＝－192.9 kJ·mol－1
已知③H2O（g）===H2O（l） ΔH＝－44 kJ·mol－1，则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为______________________________________________________。
CH3OH（l）＋O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－764.7 kJ·mol－1
解析：（1）根据盖斯定律，3×②－2×①＋2×③得CH3OH（l）＋O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝3×（－192.9 kJ·mol－1）－2×（＋49.0 kJ·mol－1）＋2×（－44 kJ·mol－1）＝－764.7 kJ·mol－1。
（2）在微生物作用的条件下，经过两步反应被氧化成NO－3。这两步的能量变化如图：
第二步反应是 （填“放热”或“吸热”）反应。
1 mol（aq）全部氧化成（aq）的热化学方程式为
___________________________________________________________。
放热
（aq）＋O2（g）===（aq）＋2H＋（aq）＋H2O（l）ΔH＝－273 kJ·mol－1
解析：由图可知，第二步反应的反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应；第一步反应的热化学方程式为（aq）＋O2（g）===2H＋（aq）＋（aq）＋H2O（l） ΔH＝－273 kJ·mol－1。
（3）如图所示是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为 、 ，制得等量H2所需能量较少的是 。
H2O（l）===H2（g）＋O2（g） ΔH＝286 kJ·mol－1
H2S（g）===H2（g）＋S（s）ΔH＝20 kJ·mol－1
系统Ⅱ
解析：利用盖斯定律分别将系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）中的三个热化学方程式相加，即可得到系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式；系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的反应都是吸热反应，从热化学方程式可以看出，系统（Ⅱ）制备1 mol H2需要消耗20 kJ能量，而系统（Ⅰ）制备1 mol H2需要消耗286 kJ能量，故制等量H2系统（Ⅱ）消耗的能量较少。
4.把煤作为燃料可通过下列两种途径获得热量：
【途径Ⅰ】C（s）＋O2（g）===CO2（g） ΔH1＜0 ①
【途径Ⅱ】先制成水煤气：C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g） ΔH2＞0 ②
再燃烧水煤气：2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g） ΔH3＜0 ③
2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g） ΔH4＜0 ④
请回答下列问题：
（1）途径Ⅰ放出的热量 （填“大于”“等于”或“小于”）途径Ⅱ放出的热量。
（2）ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的等式关系是 。
等于
2ΔH1＝2ΔH2＋ΔH3＋ΔH4
解析：（1）由盖斯定律可知，途径Ⅰ和途径Ⅱ过程不同，但反应物和生成物相同，故两种途径放出的热量相等。（2）根据盖斯定律，由②×2＋③＋④，可得2C（s）＋2O2（g）===2CO2（g） ΔH＝2ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝2ΔH1。
（3）12 g炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳，放出110.35 kJ热量，其热化学方程式为________________________________________。
（4）已知通常状况下，每充分燃烧1 g CO并恢复到原状态，会释放10 kJ的热量。请写出表示CO燃烧热的热化学方程式：_________________________________________________________。
2C（s）＋O2（g）===2CO（g） ΔH＝－220.7 kJ·mol－1
CO（g）＋O2（g）===CO2（g） ΔH＝－280 kJ·mol－1
解析：（3）12 g炭粉为1 mol，其不完全燃烧的热化学方程式可写为2C（s）＋O2（g）===2CO（g） ΔH＝－220.7 kJ·mol－1（4）1 g CO的物质的量为mol，则1 mol CO反应生成CO2时放出的热量为280 kJ，据此写出热化学方程式：CO（g）＋O2（g）===CO2（g） ΔH＝－280 kJ·mol－1。
微专题三
微专题三 “三池比较”
原电池 电解池 电镀池
定义 将化学能转化为电能的装置 将电能转化为化学能的装置 用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的装置
装置 举例
形成 条件 ①活动性不同的两个电极； ②电解质溶液； ③构成闭合回路； ④能自发进行的氧化还原反应 ①直流电源； ②两个电极； ③电解质溶液或熔融电解质； ④构成闭合回路 ①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极；
②电镀液为含有镀层金属的盐溶液
电极 名称 负极：较活泼金属或能导电的非金属； 正极：较不活泼金属或能导电的非金属 阳极：与电源正极连接； 阴极：与电源负极连接（由外接电源决定） 名称同电解池，但有限定条件：
阳极：镀层金属；
阴极：待镀制品
电极 反应 负极：发生氧化反应，金属或燃料失电子； 正极：发生还原反应，溶液中阳离子或氧气得电子 阳极：发生氧化反应，溶液中阴离子或金属电极失电子被氧化； 阴极：发生还原反应，溶液中阳离子得电子 阳极：金属电极失电子被氧化；
阴极：电镀液中阳离子得电子被还原
电子流向 负极→正极 电源负极→阴极； 阳极→电源正极 同电解池
溶液中带 电粒子流向 阴离子向负极移动； 阳离子向正极移动 阳离子向阴极移动； 阴离子向阳极移动 同电解池
原理 举例 负极：Zn－2e－===Zn2＋； 正极：2H＋＋2e－===H2↑； 总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu； 总反应：CuCl2 Cu＋Cl2↑ 阳极：Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu；
溶液中Cu2＋浓度不变
主要 应用 ①金属的电化学腐蚀； ②牺牲阳极的阴极保护法； ③制造化学电源 ①电解食盐水； ②电冶金（冶炼K、Ca、Na等）； ③电解精炼铜 ①增强金属的抗腐蚀能力；
②增加美观和表面硬度
[微训练三]
1.甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，如图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。
请回答下列问题：
（1）a处应通入 （填“CH4”或“O2），b处电极上发生的电极反应式是 。
（2）电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH （填“增大”“减小”或“不变”，下同），装置Ⅱ中Cu2＋的物质的量浓度 。
（3）电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH－外还含有
（忽略水解）。
（4）在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷 L（标准状况下）。
CH4
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
减小
不变
1.12
解析：（1）装置Ⅱ要实现铁棒上镀铜，则Cu作阳极，Fe作阴极，则装置Ⅰ中a处电极为负极，b处电极为正极，负极上通入燃料，正极上通入氧化剂，所以a处通入的气体是CH4，电极反应为CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O，b处通入O2，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。（2）根据装置Ⅰ中电池总反应CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，KOH参加反应导致溶液中KOH浓度降低，则溶液的pH减小；装置Ⅱ中发生电镀，阳极上溶解铜的质量等于阴极上析出铜的质量，则溶液中Cu2＋的物质的量浓度不变。（3）装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH－外还含有。（4）装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，n（Cu）＝0.2 mol，则转移0.4 mol电子，串联电路中转移电子数相等，由CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O，可知消耗0.05 mol甲烷，标准状况下体积为1.12 L。
2.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉。铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：
（1）氢氧燃料电池能量转化的主要形式是 ，在导线中电子流动方向为_________（用a、b表示）。
（2）负极反应式为_____________________________________。
（3）电极表面镀铂粉的原因是________________________________
______________。
化学能转化为电能
a流向b
H2－2e－＋2OH－===2H2O
增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，
加快反应速率
解析：（1）原电池的实质为化学能转化成电能，总反应为2H2＋O2===2H2O，其中H2在负极失电子，即电子从a流向b。（2）负极为H2失电子生成H＋，但溶液为KOH溶液，故负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O。（3）铂粉的接触面积大，可以增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，可以加快反应速率。
（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li＋H2 2LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是 ，反应Ⅱ中的氧化剂是 。
②已知LiH固体密度为0.82 g·cm－3，用锂吸收224 L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比值为 。
③由②生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为 mol。
Li
H2O
8.71×10－4或
32
解析：（4）①反应Ⅰ中Li从0价升至＋1价，作还原剂，反应Ⅱ中H2O中的H从＋1价降至0价，作氧化剂。②在反应Ⅰ中当吸收10 mol H2时，生成20 molLiH，V＝＝×10－3 L＝195.12×10－3 L，则＝＝8.71×10－4。③反应Ⅱ中20 molLiH可生成20 mol H2，实际参加反应的H2为20 mol×80%＝16 mol，每1 mol H2生成H2O时，转移2 mol电子，故导线中通过电子的物质的量为16 mol×2＝32 mol。
3.如图所示为某串联电池装置，其中R为变阻器，用以调节电路电流。
（1）写出b、c电极的电极反应式，b： ，c： 。
（2）写出f电极反应式： ，向此电极区域滴入酚酞的现象为 。
（3）闭合K一段时间后，丙装置的电解质溶液pH （填“变大”“变小”或“不变”），原因是___________________________
______________________________________________________。
（4）电解一段时间后，丙装置溶液中析出芒硝（Na2SO4·10H2O），若此时通入CH4的体积为22.4 L（标准状况），则向丙装置中加入
g H2O就可以将析出的沉淀溶解并使溶液恢复到原有浓度。
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
溶液变红
不变
硫酸钠为强酸强碱盐，其水溶液呈
中性，用惰性电极电解硫酸钠溶液的实质是电解水，所以溶液pH不变
72
解析：由题图可知，甲、乙装置分别为电解质溶液呈酸、碱性的甲烷燃料电池，且二者串联，丙为电解硫酸钠溶液的装置。甲、乙装置中通入甲烷的电极为负极，即a、c电极为负极，通入氧气的电极为正极，即b、d电极为正极，则e电极为阳极，f电极为阴极。
（1）根据上述分析可知，b电极为正极，发生还原反应，电解质溶液为稀硫酸，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，c电极为负极，发生氧化反应，电解质溶液为氢氧化钾溶液，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O。（2）f电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解反应发生后，电极附近溶液显碱性，向此电极区域滴入酚酞，溶液变红色。
（3）丙为用惰性电极电解硫酸钠溶液的装置，由溶液中离子放电顺序可知，电解硫酸钠溶液相当于电解水，由于硫酸钠为强酸强碱盐，其水溶液呈中性，故电解过程中溶液pH不变。
（4）CH4的体积为22.4 L（标准状况），则其物质的量为1 mol，根据CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O可知，转移电子的物质的量为8 mol，则丙装置中电解消耗水的物质的量为4 mol，质量为4 mol×18 g·mol－1＝72 g，因此需要加入72 g水，可以将析出的沉淀溶解并使溶液恢复到原有浓度。
微专题四
微专题四 解答电解问题的规律方法
1.明确电极反应规律
（1）阴极：得电子，发生还原反应
①一般情况下，电极本身不参加反应；②一定是电解质溶液中的阳离子“争”得电子。
（2）阳极：失电子，发生氧化反应
①若为活性电极，则电极本身参加反应；②若为惰性电极，则电解质溶液中的阴离子失电子而被氧化。
2.准确判断离子的放电顺序
离子的放电顺序主要取决于离子的本性，还与离子的浓度、溶液的酸碱性有关。
（1）阳离子放电顺序（从强到弱）
Ag＋、Hg2＋、Fe3＋、Cu2＋、H＋（酸）、Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋、H＋（H2O）、Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋
注意： Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下才能放电。
（2）阴离子放电顺序（从强到弱）
S2－、I－、Br－、Cl－、OH－；最高价含氧酸根离子（如、、）
3.联系分析电解问题的基本思路模式
（1）通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子（包括水电离出的H＋和OH－）。
（2）通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁先放电（注意活泼金属作阳极时阳极本身被氧化）。
（3）写电极反应，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。
4.判断电解后溶液pH变化的方法
根据原溶液的酸碱性和电极产物即可对电解后溶液pH的变化作出正确的判断，其方法如下：
（1）若电极产物只有H2而无O2，则pH变大。
（2）若电极产物只有O2而无H2，则pH变小。
（3）若电极产物既有O2又有H2，原溶液呈酸性则pH变小，原溶液呈碱性则pH变大，原溶液呈中性则pH不变。
5.电化学计算
（1）根据电子守恒法计算
用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。
（2）根据总反应式中的计量关系进行计算
先写出电极反应式，再写出总反应式或直接运用总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。
（3）根据关系式计算
借得失电子守恒定律关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立所需的关系式。如关系式：O2～4e－～4H＋～4OH－～4Ag～2Cu。
[微训练四]
1.在100 mL H2SO4与CuSO4的混合液中，用石墨作电极电解，两极上均收集到2.24 L气体（标准状况），则原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为（ ）
A．1 mol·L－1 B．2 mol·L－1
C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1
解析：电解H2SO4和CuSO4的混合溶液，开始只有Cu和O2生成。当CuSO4溶液电解完全时，实质为电解H2SO4溶液，由电解过程可知，实质为电解水，生成H2和O2，在生成这两种气体时，H2和O2的体积比应为2∶1。由电极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，2Cu2＋＋4e－===2Cu，2H＋＋2e－===H2↑知，Cu2＋得电子数和H＋得电子数总和与OH－失去的电子数相等。即应有如下关系：×4＝×2＋x·2（x代表生成的Cu或消耗的Cu2＋的物质的量），x＝0.1 mol，因此，原混合溶液中，铜离子的物质的量浓度为＝1 mol·L－1。
答案：A
2.如图所示A为直流电源，B为电解槽，c、d为石墨电极，B中盛有100 mL NaCl和CuCl2的混合溶液，其中Cu2＋的物质的量浓度为0.1 mol·L－1，闭合S，d极收集到标准状况下的气体甲448 mL，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。假设溶液的体积变化忽略不计，不考虑电解产生的气体溶解和吸收。
请回答下列问题：
（1）电源的a极是 ，d极发生的电极反应为_______________。
（2）c极理论上收集到的气体的体积是 （标准状况）mL。
（3）假设100 mL溶液中，c（Cu2＋）＝a mol·L－1，c（Na＋）＝b mol·L－1，Cu2＋完全放电后，理论上d极共产生甲气体的体积V（标准状况）的范围是 （用含a、b的代数式表示）。
负极
2Cl－－2e－===Cl2↑
224
2.24a L≤V≤（2.24a＋1.12b） L
解析：（1）依题意知，Cl－在d极失去电子生成Cl2：2Cl－－2e－===Cl2↑，d极为电解池的阳极，c极为电解池的阴极，a极为电源负极。
（2）在该混合溶液中，Cl－在d极放电，n（Cl2）＝0.02 mol，n（e－）＝0.04 mol，Cu2＋（0.01 mol）在c极获得0.02 mol e－，剩余0.02 mol e－由H＋获得，生成0.01 mol H2，标准状况下的体积为224 mL。
（3）c（Cu2＋）＝a mol·L－1，当只有CuCl2提供的Cl－在d极放电时得到0.1a mol Cl2，c（Na＋）＝b mol·L－1，当溶液中所有的Cl－在d极放电时得到（0.1a＋0.05b）mol Cl2，故所得标准状况下Cl2的体积V的范围是2.24a L≤V≤（2.24a＋1.12b）L。
3.如图所示装置中，b极用金属M制成，a、c、d均为石墨电极，接通电源，金属M沉积于b极，同时a、d极上产生气泡。
请回答下列问题：
（1）a极为 极，c极发生的电极反应为____________________。
（2）电解开始时，在B烧杯的中央滴几滴淀粉溶液，观察到的现象是 ，电解进行一段时间后，罩在c极上的试管中也收集到了气体，此时c极上的电极反应为________________________。
（3）当d极上收集到44.8 mL（标准状况）气体时停止电解，a极上放出了 mol气体，若b极上沉积金属M的质量为0.432 g，则此金属的摩尔质量为 。
阳
2I－－2e－===I2
c极附近的溶液变为蓝色
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
0.001
108 g/mol
解析：（1）金属M沉积于b极，即b极发生的电极反应为M＋＋e－===M，故该电极是阴极；则a极为阳极，c极为阳极，c极发生氧化反应，电极反应为2I－－2e－===I2。（2）B烧杯中发生电解时，由（1）可知c极得到I2，与加入的淀粉作用会使溶液显蓝色，电解进行一段时间后，罩在c极上的试管中也收集到了气体，即I－放电结束后由OH－继续失去电子得到O2，发生的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。（3）d极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，收集到44.8 mL（标准状况）气体时转移电子的物质的量为×2＝0.004 mol，根据得失电子守恒及a极的电极反应4OH－－4e－===2H2O＋O2↑可知，a极产生的气体为0.001 mol；同理，b极沉积金属M的物质的量为0.004 mol，若b电极上沉积金属M的质量为0.432 g，则该金属的摩尔质量为108 g/mol。
4.如图所示是一个用铂丝作电极，电解MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色（指示剂的pH变色范围为6.8～8.0，酸性显红色，碱性显黄色）。
回答下列问题：
（1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是
（填标号）。
A．A管溶液由红变黄 B．B管溶液由红变黄
C．A管溶液不变色 D．B管溶液不变色
（2）写出A管中发生的电极反应：_______________________________________________________；
写出B管中发生的电极反应：__________________________。
AD
2H＋＋2e－===H2↑、Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
解析：（1）（2）A管内电极为电解池的阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，H＋来自于水的电离，A管内Mg2＋与OH－结合生成Mg（OH）2白色沉淀，由于H＋不断放电，电极附近溶液中c（OH－）>c（H＋），溶液由酸性变为碱性，颜色由红变黄；B管内电极为电解池的阳极，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，水电离出的OH－不断放电使B管内溶液的酸性增强，但溶液的颜色仍显红色。
（3）检验a管中气体的方法是_________________________________
_________________________________________；
检验b管中气体的方法是_____________________________________
_________________________________________。
（4）电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是__________________________________________________。
用拇指按住试管口，取出试管，靠近火焰，
松开拇指，有“噗”的响声，管口有蓝色火焰
用拇指按住试管口，取出试管，松开拇指，将带
有火星的木条伸入试管内，木条复燃
溶液呈红色、白色沉淀溶解（或大部分溶解）
解析：（3）可用点燃法检验H2，若听到“噗”的声音，且管口有蓝色火焰，则证明是H2；可用带火星的木条检验O2。（4）若电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内，B管溶液中的H＋会溶解A管内生成的Mg（OH）2沉淀，溶液仍是MgSO4溶液，仍显红色。
5.下图是一个化学过程的示意图。
（1）图中甲池是 装置（填“电解池”或“原电池”），其中OH－移向 极（填“CH3OH”或“O2”）。
（2）写出通入CH3OH的电极的电极反应式：__________________________________。
（3）向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊溶液，附近变红的电极为
电极（填“C”或“Ag”），并写出此电极的反应式：_______________________________。
（4）乙池中总反应的离子方程式为____________________________________。
原电池
CH3OH
CH3OH－6e－＋8OH－===＋6H2O
C
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
4Ag＋＋2H2O 4Ag＋O2↑＋4H＋
解析：（1）分析图中装置，甲池是碱性条件下的甲醇燃料电池，通入甲醇的电极为负极，通入O2的电极为正极，原电池工作时溶液中的阴离子向负极移动。（2）在碱性条件下甲醇的氧化产物为，由此写出电极反应式：CH3OH－6e－＋8OH－===＋6H2O。（3）C电极与原电池正极相连，则为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Ag电极与原电池负极相连，为阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，电解过程的总反应式为4Ag＋＋2H2O 4Ag＋O2↑＋4H＋，因此当向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊溶液时，附近变红的电极为C电极。
（5）当乙池中Ag电极的质量增加5.40 g时，乙池的pH是 （若此时乙池中溶液的体积为500 mL）；此时丙池某电极析出1.60 g某金属，则丙中的某盐溶液可能是 （填序号）。
A.MgSO4溶液 B．CuSO4溶液
C．NaCl溶液 D．AgNO3溶液
1
BD
解析：当乙池中Ag电极的质量增加5.40 g时，析出Ag的物质的量为0.05 mol，则生成H＋的物质的量为0.05 mol，由此可得溶液的pH＝1。根据放电规律，本题首先排除选项A和选项C。当乙池中Ag电极的质量增加5.40 g时，此时转移的电子数为0.05 mol，若丙池中电极上析出1.60 g金属铜，则正好转移0.05 mol电子，因此选项B正确。若丙池中为AgNO3溶液，且AgNO3溶液不足时，金属Ag全部析出后再电解水，析出Ag的质量也可能为1.6 g。(共48张PPT)
第三单元 金属的腐蚀与防护
课程目标
1.了解金属发生电化学腐蚀的本质。
2.知道金属腐蚀的危害。
3.了解防止金属腐蚀的措施。
图说考点
基 础 知 识
[新知预习]
一、金属的腐蚀
1.概念：金属腐蚀是指金属或合金与周围环境中的物质发生
而腐蚀损耗的现象。
2.特征：金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面会发生变化。
3.本质：金属 金属阳离子，即M－ne－===Mn＋
化学反应
4.分类：
（1）化学腐蚀：
金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀。
（2）电化学腐蚀：
指不纯的金属或合金与 溶液接触时会发生 反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。
电解质
原电池
二、钢铁的电化学腐蚀
1.钢铁的电化学腐蚀的分类：
电化学腐蚀
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：
析氢腐蚀 吸氧腐蚀
图形描述
条件 水膜 水膜呈 或
电极反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 2Fe－4e－===2Fe2＋
正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋2H2O＋O2===2Fe（OH）2
酸性较强
中性
酸性很弱
三、金属腐蚀的防护方法
1.金属的防护
正极
阴极
2.金属的电化学防护
（1）牺牲阳极的阴极保护法
应用 原理，让被保护金属作 极，另找一种活泼性较强的金属作 极。
如图所示：
原电池
正
负
（2）外加电流的阴极保护法
利用 原理，把被保护的钢铁设备作为 极，用 作为辅助阳极，两者均在电解质溶液（如海水）里，接外加 。
电解
阴
惰性电极
直流电源
[即时性自测]
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）铜器生锈是因为发生了析氢腐蚀。（ ）
（2）钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同，引起正极反应不同。（ ）
（3）当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用。（ ）
（4）要保护船舶外壳，可将铜块装在船舶外壳上。（ ）
（5）生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱。（ ）
（6）电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍。（ ）
×
√
×
×
√
√
2.埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，腐蚀最慢的是（ ）
A．在含铁元素较多的酸性土壤中
B．在潮湿疏松透气的土壤中
C．在干燥致密不透气的土壤中
D．在含炭粒较多的潮湿透气的中性土壤中
解析：铸铁如要腐蚀的最慢，既要防止化学腐蚀，又要防止电化学腐蚀，因此必须防酸（化学腐蚀Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑）、防水（以防形成电解质溶液）、防气（防止O2参与吸氧腐蚀），故选C。
答案：C
3.下列事实中，不能用电化学理论解释的是（ ）
A．轮船水线以下的船壳上安装一定数量的锌块
B．高温车间中钢铁设备的腐蚀
C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量CuSO4溶液后，反应速率提高
D．镀锌铁比镀锡铁耐用
解析：高温车间中钢铁设备的腐蚀是发生了一般的化学反应而被腐蚀的过程，其他选项都涉及原电池反应。
答案：B
4.如图所示的钢铁腐蚀中，下列说法正确的是（ ）
A．碳表面发生氧化反应
B．钢铁被腐蚀的最终产物为FeO
C．生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主
D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
答案：D
5.如图中，铁腐蚀由快到慢的顺序为（电解质溶液为水） 。
⑤>④>①>②>③>⑥
解析：①中由于水中溶解了氧气，铁与单质碳会形成原电池，发生电化学腐蚀，铁为负极；②中铁在油中，氧气难以溶解，无电解质溶液，不能形成原电池；③④都形成原电池，但③中铁为正极，受到保护；④中铁为负极，被氧化；⑤⑥都形成了电解池；⑤中铁与电源的正极相连，作阳极，氧化速率加快；⑥中铁与电源的负极相连，作阴极，受到保护。所以铁腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>①>②>③>⑥。
6.钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。
（1）钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中正、负两极的电极反应式分别为_________________________________________________。
（2）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用如图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用 。
A．铜 B．钠
C．锌 D．石墨
负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C
解析：（1）发生吸氧腐蚀时，负极上铁失电子，正极上O2得电子。
（2）铁闸门上连接一块比铁活泼的金属，如锌，可使锌失电子而保护铁。
（3）如图乙方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的 极上。
负
解析：（3）属于外加电流的阴极保护法。
技 能 素 养
提升点一 金属腐蚀的原理和类型
[例1] 下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是（ ）
A.图a中，铁钉易被腐蚀
B．图b中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
C．图c中，接通开关时Zn的腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
答案：B
解析：浓硫酸有吸水性，铁钉处在干燥的环境中，不易被腐蚀，A项错误；高温条件下，煤气灶中金属因被氧气氧化而腐蚀，属于化学腐蚀，B项正确；图c中，Zn腐蚀速率增大，但Zn上无气体放出，C项错误；钢铁发生电化学腐蚀时，负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。
状元随笔
化学腐蚀没有电流产生，电化学腐蚀因形成原电池有电流。
在电化学中，Fe一般只失去2e－。
[提升1] 如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是（ ）
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
解析：a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。
答案：B
状元随笔
NH4Cl溶液中水解使溶液呈酸性，故而发生析氢腐蚀。无论吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，负极都是Fe失去2e－，负极材料是铁，正极材料都是碳，只是正极上的电极反应不同。
[关键能力]
化学腐蚀与电化学腐蚀
化学腐蚀 电化学腐蚀
概念 金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀 不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化腐蚀
条件 金属与干燥气体或非电解质液体（如石油）等直接接触 不纯金属与电解质溶液接触
现象 无电流产生 有微弱电流产生
腐蚀本质 金属被氧化而腐蚀 较活泼的金属被氧化而腐蚀
示例 铁与氯气直接反应而腐蚀，钢管被原油中的含硫化合物腐蚀 钢铁在潮湿的空气中生锈
关系 化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，腐蚀速度更快，危害更严重
提升点二 金属腐蚀的快慢和防护
[例2] 如图所示，各烧杯中均盛有海水，铁在其中的腐蚀速率由快到慢的顺序为（ ）
A．②>①>③>④>⑤>⑥
B．⑤>④>③>①>②>⑥
C．⑤>④>②>①>③>⑥
D．⑤>③>②>④>①>⑥
解析：①中Fe 为负极，杂质碳为正极，属于钢铁的吸氧腐蚀。②③④实质均为原电池装置，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说Fe和Cu的活动性差别较Fe和Sn的大，故Fe—Cu原电池中Fe的腐蚀较快。⑤中Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极，加快了Fe的腐蚀。⑥中Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，阻止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知：铁在海水中的腐蚀速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
答案：C
破题思路：
状元随笔
根据装置中的电极材料和特点分析是原电池还是电解池。原电池负极被腐蚀，正极被保护。电解池的阳极被腐蚀，阴极被保护。金属的活动性差别越大腐蚀越快。
[提升2] 钢铁工业是国家工业的基础。请回答下列钢铁腐蚀、防护过程中的有关问题。
（1）生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式是_______________________________。
（2）下列装置可防止铁棒被腐蚀的是 （双选、填标号）。
2FeCl3＋Fe===3FeCl2
BD
解析：（1）铁锈的主要成分是氧化铁，与盐酸反应生成FeCl3，FeCl3与Fe反应生成FeCl2，该反应属于化合反应。（2）铁被保护的装置：原电池中，铁作正极；电解池中，铁作阴极。
（3）在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁
被腐蚀，如图所示装置。
①A电极对应的金属是 （填元素名称），
B电极上发生的电极反应是_____________________。
②若电镀前铁、铜两电极质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子的物质的量为 mol。
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更易被腐蚀，简要说明原因：__________________________________________________________。
铜
Cu2＋＋2e－===Cu
0.08
铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速了铁的腐蚀，而锌比铁活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为正极，减慢了铁的腐蚀（其他合理答案也可）
解析：（3）①电渡池中，镀层铜作阳极。②根据阳极电极反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极电极反应Cu2＋＋2e－===Cu，可知两极相差5.12 g时，阳极被氧化的铜和阴极析出的铜质量相等，即2.56 g，转移电子×2＝0.08 mol。③根据金属活动性：Zn>Fe>Cu，分析形成原电池后何种金属为负极可知原因。
状元随笔 金属防护的两个方法：
1.牺牲阳极的阴极保护法
即被保护金属做原电池的正极
2.外加电流的阴极保护法
即被保护金属做电解池的阴极
[关键能力]
判断金属腐蚀快慢的规律
（1）电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀（原电池原理的防护>电解原理的防护）。
（2）对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
（3）活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。
（4）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
状元随笔 腐蚀时，电解原理引起的腐蚀快；防护时，电解原理引起的防护好。
形成性自评
1.下列有关金属腐蚀和防护的说法中正确的是（ ）
A．金属腐蚀的本质是金属被还原
B．金属物品久置表面变暗主要是化学腐蚀的结果
C．镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
D．在海轮外壳连接锌块采用的是牺牲阳极的阴极保护法
解析：金属腐蚀的本质是金属被氧化，A项错误；金属物品久置表面变暗有的主要是电化学腐蚀的结果，如铁器生锈，B项错误；铁比锡活泼，镀锡铁板更易腐蚀，锌比铁活泼，镀锌铁板更耐腐蚀，C项错误；D项正确。
答案：D
2.某课外活动小组，将剪下的一块镀锌铁放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，按下图装置进行实验，数分钟后观察现象，下列现象中不可能出现的是（ ）
A．B中导气管里形成一段水柱
B．B中导气管中产生气泡
C．金属片剪口处溶液变红
D．锌被腐蚀
解析：镀锌铁片，放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞溶液，形成的原电池中，金属锌为负极，发生反应Zn－2e－===Zn2＋，铁为正极，发生反应2H2O＋O2＋4e－===4OH－。锥形瓶中金属锌发生吸氧腐蚀，瓶中气体压强减小，导气管里形成一段水柱，A项正确；原电池形成后没有气体生成，所以B中导气管不会产生气泡，B项错误；锥形瓶中金属锌发生吸氧腐蚀，生成了氢氧根离子，溶液显碱性，酚酞遇碱会显示红色，C项正确；形成的原电池中，金属锌为负极，发生反应Zn－2e－===Zn2＋，D项正确。
答案：B
3.埋在地下的钢管道可以用下图所示的方法进行电化学保护，下列说法中正确的是（ ）
A．该方法是将化学能转化成了电能
B．在此装置中钢管道做负极
C．该方法称为“外加电流的阴极保护法”
D．镁块上发生的电极反应：O2＋2H2O＋
4e－===4OH－
解析：构成的原电池中，是将化学能转化成了电能，A项正确；根据题图可知，该金属防护措施采用的是牺牲阳极的阴极保护法，钢管道做正极，B、C项错误；镁块做负极，电极反应为Mg－2e－＋2OH－===Mg（OH）2，D项错误。
答案：A
4.利用如图所示装置进行实验，开始时，a、b管中液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是（ ）
A．a管内发生吸氧腐蚀，b管内发生析氢腐蚀
B．一段时间后，a管内液面高于b管内液面
C．a管内溶液的pH增大，b管内溶液的pH减小
D．a、b管内具有的相同的电极反应式为Fe－
2e－===Fe2＋
答案：C
解析：U形管左侧是中性溶液，生铁丝发生吸氧腐蚀。右侧是酸性溶液，生铁丝发生析氢腐蚀，故A正确。U形管左侧发生吸氧腐蚀，导致a管内气体压强减小，U形管右侧发生析氢腐蚀，生成氢气，导致b管内气体压强增大，一段时间后，a管内液面高于b管内液面，故B正确。a管内铁失电子生成亚铁离子，氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，a管内总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，反应过程中消耗水，但因电解质溶液呈中性，所以a管内溶液的pH不变，b管内发生析氢腐蚀，消耗H＋，溶液的pH增大，故C错误。a、b管内构成的原电池中，铁都作负极，具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，故D正确。
5.为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如下图所示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间，下列对实验结束时现象的描述不正确的是（ ）
A．实验结束时，装置Ⅰ左侧的液面一定会下降
B．实验结束时，装置Ⅰ左侧的液面比装置Ⅱ的低
C．实验结束时，装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D．实验结束时，装置Ⅲ中的铁钉几乎没有被腐蚀
答案：B
6.如图所示水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察。
（1）铁钉逐渐生锈，铁钉的腐蚀属于 腐蚀
（填“化学”或“电化学”）。
（2）若试管内液面上升，则原溶液呈 ，
发生 腐蚀（填“析氢”或“吸氧”），电极反
应：负极为 ，正极为 。
（3）若试管内液面下降，则原溶液呈 ，发生 腐蚀（填“析氢”或“吸氧”），电极反应：负极为 ，正极为 。
（4）若溶液甲为水，溶液乙为海水，则铁钉在 （填“甲”或“乙”）溶液中腐蚀的速率快。
电化学
弱酸性或中性
吸氧
2Fe－4e－===2Fe2＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
较强的酸性
析氢
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
乙
解析：铁钉是铁合金，主要由铁和碳组成，外加电解质溶液，可构成原电池，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。依据腐蚀的条件、原理及结果可知，试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收，是发生吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内压强增大，生成气体，是发生析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。对于同一金属来说，在强电解质溶液中腐蚀的速率大于在弱电解质溶液中腐蚀的速率。
7.我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。
（1）采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为________________________________________________。
Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O
解析：复分解反应中各元素化合价均不变。
（2）如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中，负极是 （填图中字母“a”或“b”或“c”）；
②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2（OH）3Cl，其离子方程式为____________________________________________________；
③若生成4.29 g Cu2（OH）3Cl，则理论上耗氧体积为 L（标准状况）。
c
2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2（OH）3Cl↓
0.448
解析：（2）①铜做负极失电子，产物是Cu2＋；②4.29 g Cu2（OH）3Cl中含有0.04 mol Cu2＋，Cu－2e－===Cu2＋，则转移0.08 mol电子，需耗氧0.02 mol，标准状况下为0.448 L。
练后感悟
1.金属的电化学腐蚀是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀本质还是看构成原电池的首要条件：存在一个什么样的自发的氧化还原反应。
2.熟悉金属防护的两种方法的原理，即原电池和电解池的工作原理(共65张PPT)
第3课时 电解池的工作原理及应用
课程目标
1.了解电解池的结构，理解电解池的工作原理，能正确书写电极反应式和总反应。
2.了解饱和食盐水电解、电镀、电解精炼铜及电冶金等电解原理的应用。
3.掌握电解原理的相关计算。
图说考点
基 础 知 识
[新知预习]
一、电解原理
1.电解：
定义：使电流通过 而在阴、阳两极引起 的过程。
2.电解池：
（1）定义：将 转变为 的装置。
（2）构成条件：A.两个 ，B.电解质溶液或熔融电解质，C. ，D.构成 。
电解质溶液
氧化还原反应
电能
化学能
电极
直流电源
闭合回路
（3）工作原理（以惰性电极电解氯化铜为例）。
①实验装置：
②电池总反应：_________________________________________。
③电解池中离子的定向移动：阴离子移向 极，阳离子移向
极。
阴极
还原反应
Cu2＋＋2e－===Cu
有红色物质析出
阳极
氧化反应
2Cl－－2e－===Cl2↑
有黄绿色气体生成
CuCl2 Cl2↑＋Cu
阳
阴
二、电解原理的应用
1.电解饱和食盐水：
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2NaCl＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2NaOH
2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－
2.电镀：
（1）定义：利用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他
或合金的方法。
（2）目的：使金属增强 能力，增加美观度和表面硬度。
电解
金属
抗腐蚀
（3）实例（在铁件上镀铜）。
①阴极：a.材料： ，
b．电极反应式：____________________；
②阳极：a.材料： ，
b．电极反应式：____________________；
③电解质溶液： 溶液。
待镀金属制品
镀层金属离子
Fe
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu
Cu－2e－===Cu2＋
CuSO4
3.电解精炼铜：
纯铜
Cu2＋＋2e－===Cu
粗铜
Cu－2e－===Cu2＋
CuSO4溶液
4.电冶金：
（1）金属冶炼的本质：使矿石中的 获得电子，从它们的化合物中 出来，如Mn＋＋ne－===M。
（2）电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
（3）电解熔融的氯化钠。
阳极反应：____________________________________________；
阴极反应：_____________________________________________；
总反应：________________________________________________。
金属离子
还原
2Cl－－2e－===Cl2↑
Na＋＋e－===Na
2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑
[即时性自测]
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的反应。（ ）
（2）铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu＋2HCl CuCl2＋H2↑，因此还原剂铜的还原性强于还原产物氢气的还原性。（ ）
（3）电解水时为了增强其导电性，加入的电解质可以是NaOH。（ ）
（4）用石墨作电极电解氯化钠溶液一段时间后，加入盐酸就能使溶液复原。（ ）
（5）电解饱和食盐水时，在阳极区生成氢氧化钠。（ ）
（6）电解NaCl、KCl混合溶液，在阴极上首先析出金属Na。（ ）
（7）电镀时，电镀液的浓度保持不变。（ ）
×
×
√
×
×
×
√
2.电解CuCl2溶液的装置如图所示，其中c、d均为石墨电极。则下列有关判断正确的是（ ）
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
答案：C
解析：
3.下列关于用惰性电极电解NaCl溶液的叙述正确的是（ ）
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
解析：用惰性电极电解NaCl溶液，阳极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，有Cl2生成；阴极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈红色，A、C项错误。Cl2可与KI反应生成I2，I2溶于水呈棕色，B项正确。电解液中有NaOH生成，溶液呈碱性，D项错误。
答案：B
4.在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（ ）
A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Zn2＋
B．铂作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋
C.铁作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2＋
D．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋
解析：本题中镀层金属为锌，即金属锌作阳极；铁制品为待镀金属制品，即铁制品作阴极。需选用含有Zn2＋的溶液为电镀液。
答案：A
5.电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是（ ）
A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极
B．粗铜与直流电源负极相连，发生氧化反应
C．阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
解析：电解精炼铜时，粗铜作阳极，与直流电源正极相连，A、B项错误；阴极Cu2＋得电子，被还原为Cu，C项正确；Fe、Zn等金属活动性强于Cu的金属，在阳极失电子，以离子的形式进入电解液中，而不活泼的Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥，D项错误。
答案：C
6.从H＋、Cu2＋、Na＋、、Cl－五种离子中选择并恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：
（1）以石墨为电极，使电解质质量减少，水质量不变，进行电解，则可采用的电解质是_________________________。
（2）以石墨为电极，使电解质质量不变，水质量减少，进行电解，则可采用的电解质是_________________________________。
（3）以石墨为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水的质量都减少，进行电解，则电解质是___________________________________。
（4）以石墨为电极进行电解，若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能是________________________________。
（5）以石墨为电极进行电解，两极分别放出气体，且体积比为1∶1，电解质的化学式可能是_____________________________。
HCl、CuCl2
H2SO4、Na2SO4、NaHSO4
CuSO4、NaCl
CuSO4
HCl、NaCl
技 能 素 养
提升点一 电解池的工作原理及电解规律
[例1] 如右图所示为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置，则下列说法不正确的是（ ）
A．a极为电源负极
B．碘化钾淀粉溶液会变蓝
C．可以将惰性电极Ⅰ换为铜棒
D．电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
解析：用惰性电极电解CuCl2溶液，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故Ⅱ为阳极，则b极、a极分别为电源正极和负极，电极Ⅱ处产生Cl2，碘化钾淀粉溶液会变蓝。Ⅰ为阴极，其电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，电极Ⅰ是阴极，用铜棒不会影响电解。
答案：D
状元随笔
活性电极指除了Au、Pt等之外的金属都是活性电极，活性电极材料优先失电子，惰性电极指石墨、Pt、Au等。
[提升1] 如图所示，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极板处有无色、无味气体放出。符合这一情况的是附表中的（ ）
a极板 b极板 X电极 Z溶液
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
解析：由题意知，通电后a极板质量增加，说明有金属析出，由此可知，a极为电解池的阴极，则X为电源负极，B、C不符合；又b极放出的是无色、无味的气体，D不符合。
答案：A
状元随笔
先根据X电极确定阴、阳极再根据电解原理确定阴、阳两极电极反应。
[关键能力]
1.用惰性电极电解电解质溶液的一般规律
电解 类型 电解质类别（实例） 电极反 应特点 电解对象及 电解方程式 电解质 浓度 溶液pH 变化 溶液
复原
电解 水型 两者生 成的盐 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 水 2H2O 2H2↑＋O2↑ 增大 增大 加水
强碱 （NaOH） 减小
含氧酸 （H2SO4） 不变
电解 电解 质型 无氧酸 （HCl） 电解质的阴、阳离子分别在两极放电 电解质 2HCl H2↑＋Cl2↑ CuCl2 Cu＋Cl2↑ 减小 增大 加HCl
不活泼金属 的无氧酸盐 （CuCl2） 增大 加CuCl2
放H2 生碱 型 活泼金属的无氧酸盐（NaCl） 阴极：H2O（H＋）放电生成H2产生碱； 阳极：电解质的阴离子放电 电解质和水 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 生成新 电解质 增大 加HCl
放O2 生酸 型 不活泼金属的含氧酸盐（CuSO4） 阴极：电解质的阳离子放电； 阳极：H2O（OH－）放电产生O2生成酸 电解质和水 2CuSO4＋2H2O 2Cu＋2H2SO4＋O2↑ 生成新 电解质 减小 加CuO
状元随笔 利用坐标系掌握电解类型
2.电极反应式与电解方程式的书写（以石墨电极电解CuCl2溶液为例）
（1）电极反应式的书写
①确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的是阴极。
②分别写出两极上出现的离子。阴极：Cu2＋、H＋，阳极：Cl－、OH－。
③判断阴、阳极放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋，阳极：Cl－>OH－。
④写电极反应式。列物质→标得失→选离子、配电荷→配原子个数
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
（2）电解反应方程式的书写
①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。
②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“电解”。电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2 Cu＋Cl2↑
提升点二 电解原理的应用
[例2] 下图是常见的电化学装置图，①、③、④中电极均为惰性电极，下列说法错误的是（ ）
A.装置①中阳极反应为 2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
B．装置②中铜片为阳极，若铜片和铁制品的质量相等，电解一段时间后，电路中有2 mol电子转移，此时铜片和铁制品的质量差为128 g
C．装置③中b极为正极，该极上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．装置④中1 mol Na＋通过离子交换膜时，阴极上产生11.2 L H2
答案：D
解析：装置①为用惰性电极电解CuCl2溶液，A项正确；装置②为电镀铜装置，阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B项正确；装置③为氢氧燃料电池，b极通入O2，发生还原反应，作电池的正极，C项正确；D项中没有明确说明生成的H2所处的温度和压强，错误。
状元随笔
电镀特点：“一多一少、一不变”，“一多”指阴极上有镀层金属沉积，“一少”指阳极上金属溶解，“一不变”指电解质溶液的浓度不变。
（1）因为阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH会发生反应，因此工业上常用特殊的电解槽电解饱和食盐水，一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。
（2）阳极区Cl－放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。
[提升2] 电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式是____________________。
②Y电极上的电极反应式 ________________________。
检验该电极反应产物的方法是_____________________________________________。
③该反应的总反应方程式是_________________________________________。
2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色
2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
解析：（1）用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的淀粉—KI试纸变为蓝色。
（2）如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：
①X电极的材料是 ，电极反应式为______________________。
②Y电极的材料是 ，主要的电极反应式为________________。
纯铜
Cu2＋＋2e－===Cu
粗铜
Cu－2e－===Cu2＋
解析：（2）电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比Cu弱的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；Y电极的材料是粗铜，主要的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
[关键能力]
电解原理应用中的注意要点
1.电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
2.电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
3.电镀时，阳极（镀层金属）失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。
提升点三 电化学中的计算
[例3] 如图为相互串联的甲、乙两电解池，其中甲池为电解精炼铜的装置。
试回答下列问题：
（1）A是 极，材料是 ，电极反应为 ，B是 极，材料是 ，主要电极反应为 ，电解质溶液为 。
（2）乙池中若滴入少量酚酞溶液，电解一段时间后Fe极附近溶液呈
色。
（3）常温下，若甲池中阴极增重12.8 g，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为 。若此时乙池剩余液体为400 mL，且NaCl过量，则电解后得到碱液的物质的量浓度为 ，pH为 。
阴
纯铜
Cu2＋＋2e－===Cu
阳
粗铜
Cu－2e－===Cu2＋
CuSO4溶液
红
4.48 L
1.0 mol/L
14
解析：（1）甲为粗铜精炼装置，A是阴极，材料为纯铜，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B是阳极，材料为粗铜，主要电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，电解质溶液为CuSO4溶液等。（2）乙池为电解NaCl溶液的装置，其中铁作阴极，H＋放电，破坏了水的电离平衡，使水的电离平衡向右移动，阴极区溶液中OH－的浓度增大而呈碱性，使酚酞溶液变红色。（3）若甲池中阴极增重12.8 g，即生成了0.2 mol纯铜，转移0.4 mol电子，根据串联电路中转移电子数相等，并由乙池中阳极上的电极反应2Cl－－2e－===Cl2↑知，产生0.2 mol Cl2，标准状况下的体积为4.48 L；由阴极上的电极反应2H＋＋2e－===H2↑知，放电的H＋为0.4 mol，则溶液中生成0.4 mol OH－，若乙池中剩余液体为400 mL，则电解后得到的OH－的物质的量浓度为1.0 mol/L，c（H＋）＝＝1.0×10－14mol/L，故溶液的pH为14。
状元随笔
根据装置的特点，有外接直流电源，故该装置为串联的电解池，可分析出甲乙中的阴阳极。
[提升3] 在如图所示的装置中，通电5 min后，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题：
（1）电源中X极为直流电源的 极。
（2）溶液pH的变化情况：A （填“增大”“减小”或“不变”，下同），B ，C 。
（3）通电5 min后，B装置中共收集224 mL（标准状况下）气体，溶液体积为200 mL，则通电前该装置溶液中CuSO4的物质的量浓度为
（设电解前后溶液体积无变化）。
（4）若A装置中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，则电解后恢复至常温，溶液的pH为 （设电解前后溶液体积无变化）。
负
增大
减小
不变
0.025 mol·L－1
13
解析：根据实验现象分析出电源的正负极，进而确定三个电解池中电极的名称是解题的关键。（1）三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，故Y极是电源的正极，X极是电源的负极。（2）A装置中，电解KCl溶液生成KOH，溶液的pH增大；B装置中，电解CuSO4溶液生成H2SO4，电解K2SO4溶液的实质是电解水，溶液的pH减小；C装置中，电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋的浓度基本不变，溶液的pH不变。
（3）通电5 min后，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B装置中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，与事实不符。因此，B装置中的电解过程分为两个阶段，先电解CuSO4溶液生成O2，然后实质是电解水，生成O2和H2，即B装置中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，生成H2的物质的量为2y，则4x＋4y＝0.02 mol（电子守恒），x＋3y＝0.01 mol，解得x＝y＝0.002 5 mol，所以n（CuSO4）＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c（CuSO4）＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。（4）通电5 min后，A装置中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c（OH－）＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
状元随笔
电解时间较长时，电极可能会发生后续反应；计算电解后溶液pH的常规方法为依据电解总反应方程式分析计算。
[关键能力]
电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液组成和浓度的计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、根据电量求产物的量与根据产物的量求电量等计算。
不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
状元随笔
判断电极附近溶液pH变化时，依据电极反应式；判断溶液pH变化时，依据电解总反应式。
形成性自评
1.下列关于电解池的叙述正确的是（ ）
A．电解池中的闭合回路仅由电子的定向移动形成
B．电子从电源的负极经导线流向电解池的阳极，从电解池的阴极经导线流向电源的正极
C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动
D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等
解析：电解池中的闭合回路是由电子在导线中的定向移动和离子在溶液中的定向移动形成的，A项错误；电子从电源的负极经导线流向电解池的阴极，从电解池的阳极经导线流向电源的正极，B项错误；在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，C项错误。
答案：D
2.下列说法正确的是（ ）
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是把化学能转变成电能 ③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可能会实现 ⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生
A．①②③④ B．②③⑤
C．③④ D．①③④⑤
解析：从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故①对，②错。电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故③⑤对。某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可以实现，故④对。所以D选项符合题意。
答案：D
3.某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，设计了四个实验，你认为可行的方案是（ ）
答案：C
解析：Ag不能和HCl自发进行氧化还原反应，所以要使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，应设计成电解池，Ag失电子发生氧化反应，所以Ag做阳极，H＋得电子发生还原反应，所以电解质溶液中H＋放电，则只有C项符合条件。
4.用惰性电极进行电解，下列说法正确的是（ ）
A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液的pH不变
B．电解稀NaOH溶液，要消耗OH－，故溶液的pH减小
C．电解Na2SO4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CuCl2溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
解析：电解水后，H＋的浓度增大，溶液的pH减小，A项错误；电解NaOH溶液相当于电解水，OH－的浓度增大，溶液的pH增大，B项错误；电解Na2SO4溶液相当于电解水（2H2O 2H2↑＋O2↑），阴极上析出的H2和阳极上析出的O2的物质的量之比为2∶1，C项错误；电解CuCl2溶液的化学方程式为CuCl2 Cu＋Cl2↑，阴极上析出的Cu和阳极上析出的Cl2的物质的量之比为1∶1，D项正确。
答案：D
5.如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液。下列实验现象正确的是（ ）
A.逸出气体的体积，a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出
刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
解析：电解Na2SO4溶液时，a为阴极：4H＋＋4e－===2H2↑，b为阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；a极周围由于H＋放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH－放电溶液呈酸性，石蕊显红色。
答案：D
6.金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，用电解法可制备高纯度的镍（已知氧化性Fe2＋A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
解析：本题为课本中“电解精炼铜”的迁移应用。A项，阳极应发生氧化反应；C项，溶液中的阳离子主要为Ni2＋，根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化性顺序，阳极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，Cu、Pt在该条件下不失电子，阴极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，精炼过程中，电解质溶液中一定含有Ni2＋，Fe2＋、Zn2＋在该条件下不得电子，留在电解液中；B项比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不相等，当两极通过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等。
答案：D
7.用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是（ ）
A．用石墨做阳极，铁做阴极
B．阳极的电极反应式：Cl－－2e－＋2OH－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
答案：D
解析：阳极要产生具有强氧化性的ClO－，则铁只能做阴极，故石墨做阳极，A项正确；由题目信息可知，溶液中的离子为CN－和Cl－，而阳极产生ClO－，故阳极反应物一定是Cl－，即Cl－在阳极被氧化为ClO－，B项正确；阴极为水得电子生成氢气的反应，C项正确；由题目信息可知，该反应体系是碱性环境，故反应中不可能有H＋，除去CN－的正确离子方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===5Cl－＋2CO2↑＋N2↑＋2OH－，D项错误。
8.电渗析法在物质制备过程中有广泛应用。以石墨为电极，利用三室式电渗析法制备高氯酸、亚氯酸的装置如图所示。回答下列问题：
Ⅰ.利用三室式电渗析法制备高氯酸（HClO4）。M为NaClO4溶液。
（1）出口A处得到的产品是 （写化学式）。
（2）电解过程中，阴极区附近溶液的pH （填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）若C1极收集到22.4 L（标准状况）气体，则获得高氯酸 mol。
Ⅱ.利用三室电渗析法制备亚氯酸（HClO2）。M为NaClO2溶液。
（4）Na＋迁移方向是____________________________________。
（5）C1极的电极反应式为_______________________________。
（6）该过程制备的亚氯酸中含有少量氯酸（HClO3）杂质，其主要原因是 （用离子方程式表示）。（提示：HClO2是弱酸，HClO3是强酸）。
HClO4
增大
4
通过膜2向阴极区迁移
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
O2＋2HClO2===2＋2H＋
解析：（1）阴离子向阳极区移动，则膜1为阴离子交换膜，向阳极区移动，因阳极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则出口A处得到的产品是HClO4。（2）电解时，阴极发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则阴极区附近溶液的pH增大。（3）由阳极的电极反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，可知n（HClO4）＝4n（O2）＝4×＝4 mol。（4）Na＋为阳离子，阳离子向阴极区移动，即通过膜2向阴极区迁移。（5）C1极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。（6）阳极反应生成的O2将HClO2氧化为HClO3：O2＋2HClO2===2＋2H＋。
9.如图所示装置，C、D、E、F都是惰性电极，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：
（1）电源电极A名称为 。
（2）写出C和F的电极名称，以及电极反应式。
C：__________________________________________________
F：__________________________________________________
（3）若装置中通过0.02 mol电子时，通电后甲池溶液体积为200 mL，则通电后所得的H2SO4溶液的物质的量浓度为 mol·L－1。
（4）若装置中通过0.02 mol电子时，丁池中电解足量R（NO3）x溶液时，某一电极析出了a g金属R，则金属R的相对原子质量的计算公式为 （用含a、x的代数式表示）。
（5）现用丙池给铜件镀银，则H应该是 （填“铜件”或“银”）。
正极
阳极，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极，2H＋＋2e－===H2↑
0.05
50ax
铜件
解析：（1）C、D、E、F都是惰性电极，A、B为外接直流电源的两极，将直流电源接通后，F电极附近呈红色，说明F电极附近OH－浓度增大，溶液呈碱性，则F为阴极，所以C、E、G、I为阳极，D、F、H、J为阴极，A为正极、B为负极，C电极上OH－放电、D电极上Cu2＋放电、E电极上Cl－放电、F电极上H＋放电；（2）C为阳极，F为阴极，根据放电顺序书写电极反应式；（3）根据电解方程式：2CuSO4＋2H2O O2↑＋2Cu＋2H2SO4，结合c＝计算即可；（4）由得失电子守恒可知，电解R（NO3）x溶液时，某一极析出了a g金属R，结合Rx＋＋xe－===R进行计算；（5）电镀装置中，镀层金属必须作阳极，镀件作阴极，电镀液含有镀层金属阳离子。
练后感悟
1.电解池是将电能转化为化学能的装置，两电极是阴阳极，能结合外部电源或两电极上现象判断阴阳极。
2.放电顺序是解决问题的关键，放电顺序实际就是阴阳离子的失得电子能力的强弱。
3.计算过程中，遵循电荷守恒的思想。(共51张PPT)
第2课时 化学电源
课程目标
1.了解化学电源的种类及其工作原理。
2.了解化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。
3.能正确书写各类电池的电极反应式。
图说考点
基 础 知 识
[新知预习]
一、化学电池
1.化学电池是将 能变成 能的装置。
2.化学电池的分类
化学
电
一次
二次
燃料
二、常见的化学电池
1.一次电池（以碱性锌锰电池为例）
（1）组成：
正极： ；负极： ；电解质： 。
（2）工作原理：
负极反应：_____________________________________________；
正极反应：_____________________________________________。
总反应：_______________________________________________。
MnO2
Zn
KOH
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2
2.二次电池（以铅蓄电池为例）
（1）组成：
正极： ；负极： ；电解质： 。
（2）工作原理：
铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程，电极反应式如下：
①放电
负极：__________________________________________________；
正极：_________________________________________________；
总反应：Pb＋PbO2＋4H＋＋===2PbSO4＋2H2O
PbO2
Pb
稀H2SO4溶液
Pb－2e－＋===PbSO4
PbO2＋2e－＋4H＋＋===PbSO4＋2H2O
②充电
阴极：_______________________（还原反应）；
阳极：__________________________________（氧化反应）。
总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
③铅蓄电池的充、放电过程：
Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O。
PbSO4＋2e－===Pb＋
PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋
3.燃料电池（以氢氧燃料电池为例）
（1）基本构造：
（2）工作原理：
负极反应：___________________________________________；
正极反应：___________________________________________；
总反应：2H2＋O2===2H2O。
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
三、化学电池的使用
1.化学电池的优点
（1）化学电池的能量转换效率 ，供能稳定可靠。
（2）可以制成各种形状和 、不同 和 的电池及电池组。
（3）使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。
较高
大小
容量
电压
2.判断电池优劣的主要标准
（1）比能量：即单位质量或单位体积所能输出 的多少，单位（W·h）/kg（或W·h）/L。
（2）比功率：即单位质量或单位体积所能输出 的多少，单位W/kg或W/L。
（3）电池的可储存时间的 。
3.化学电池回收利用：废旧电池中含 和酸碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。
电能
功率
长短
重金属
[即时性自测]
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）碱性锌锰电池工作时电子由MnO2经外电路流向Zn极。（ ）
（2）锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，则其负极电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。（ ）
（3）铅蓄电池充电时PbO2在阳极上生成。（ ）
（4）燃料电池中通入燃料的一极为正极。（ ）
（5）氢氧燃料电池（酸性电解质）中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。（ ）
（6）废旧电池中含有汞、镉、铅、镍等重金属，随意丢弃会污染环境，应对废旧电池分类回收，集中处理。（ ）
×
×
√
×
√
√
2.下列有关化学电源的描述正确的是（ ）
①一次电池也叫干电池，其活性物质被消耗后不能再生
②二次电池也叫可充电电池，通过充电可使其活性物质再生 ③任何电池都是依据原电池的原理制造的 ④化学电源与其他能源相比，具有携带方便，可制成各种形状等优点 ⑤比能量与比功率，是判断电池优劣的主要标准
A．①②③④⑤ B．①②④⑤
C．③④⑤ D．①②③⑤
答案：B
解析：一次电池中电解质溶液为胶状，无法流动，故也叫做干电池，干电池中发生氧化还原反应的活性物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了，①正确；二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，②正确；部分电池(如太阳能电池)不是依据原电池的原理制造的，③错误；化学电源可以制成各种形状、大小不同的电池，④正确；比能量与比功率越大，则电池单位质量或单位体积所能输出的电能越大或者输出功率越大，比能量与比功率是判断电池优劣的主要标准，⑤正确。
3.下列说法正确的是（ ）
A．酸性锌锰干电池是一次电池，碱性锌锰干电池是二次电池
B．铅蓄电池是一次电池，锂离子电池是二次电池
C．燃料电池的能量转化率可达100%
D．废旧电池集中处理的主要目的是防止电池中的重金属污染水源及土壤
解析：一次电池是放电后不能再充电使其复原的电池，如酸性锌锰干电池、碱性锌锰干电池等；可充电电池又称二次电池或蓄电池，放电后可通过充电的方式使电池内的活性物质再生而继续使用的电池，如铅蓄电池、锂离子电池等，A、B项错误；燃料电池除将化学能转化为电能外，还有一部分转化为热能，能量转化率小于100%，C项错误；电池中含有的汞、镉、锰等重金属会污染土壤和水源，需要集中处理，D项正确。
答案：D
4.铅蓄电池是最常见的二次电池，电压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。电池总反应为Pb（s）＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O。
放电时，正极的电极反应是 ，电解质溶液中硫酸的浓度 （填“增大”“减小”或“不变”），当外电路中通过0.5 mol电子时，理论上负极板的质量增加
g。
PbO2＋4H＋＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
减小
24
解析：放电时装置为原电池，正极反应物PbO2得电子被还原成Pb2＋，Pb2＋与电解质溶液中的反应生成PbSO4，即正极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋＋2e－===PbSO4＋2H2O。放电过程中消耗H2SO4，所以电解质溶液中硫酸的浓度减小。根据负极的电极反应式Pb＋－2e－===PbSO4可知，当外电路中通过0.5 mol电子时，理论上有0.25 molPb转化为PbSO4，则负极板上增加了0.25 mol，即负极板质量增加24 g。
5.写出甲烷燃料电池在不同环境下的电极反应式。
（1）酸性条件
燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
燃料电池正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：___________________________。
（2）碱性条件
燃料电池总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===＋3H2O①
燃料电池正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：____________________________。
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O
（3）固体电解质（高温下能传导O2－）
燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
燃料电池正极反应式：O2＋4e－===2O2－②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：___________________________。
（4）熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下
电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
正极电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：________________________________。
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
CH4＋4－8e－===5CO2＋2H2O
技 能 素 养
提升点一 二次电池分析
[例1] 已知某镍镉（Ni Cd）电池的电解质溶液为KOH溶液，其充放电总反应为Cd＋2NiO（OH）＋2H2O Cd（OH）2＋2Ni（OH）2。有关该电池的说法正确的是（ ）
A．充电时阳极反应：Ni（OH）2＋OH－－e－===NiO（OH）＋H2O
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
解析：充电时，阳极上电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O，故A正确；充电时，电能转化为化学能，故B错误；放电时，负极上电极反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，所以溶液的碱性减弱，故C错误；放电时，电解质溶液中OH－向负极移动，故D错误。
答案：A
状元随笔
二次电池，放电时是原电池、充电时是电解池，要看清题目中充电和放电过程的方向。放电时，电极是正、负极，充电时两电极是阴、阳极。
[提升1] 用氟硼酸（HBF4，属于强酸）溶液代替硫酸溶液做铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应的化学方程式为Pb＋PbO2＋4HBF42Pb（BF4）2＋2H2O，
Pb（BF4）2为可溶于水的强电解质，下列说法中正确的是（ ）
A.放电时，负极反应为PbO2＋4HBF4－2e－===Pb（BF4）2＋＋2H2O
B．充电时，当正极质量减少23.9 g时转移0.2 mol电子
C．放电时，PbO2电极附近溶液的pH增大
D．充电时，Pb电极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O
答案：C
解析：放电时，负极反应为Pb－2e－===Pb2＋，A项错误；充电时，Pb2＋－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋，当正极质量增加23.9 g时转移0.2 mol电子，B项错误；放电时，PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，PbO2电极附近溶液的pH增大，C项正确；充电时，Pb电极的电极反应式为Pb2＋＋2e－===Pb，D项错误。
状元随笔
二次电池充电时电极反应式的书写及正误判断是该类题的难点，二次电池的充电和放电过程中，同一个电极的电极反应互为“逆反应”，故可以先按照原电池原理写出该极的电极反应式，然后物质颠倒，得失电子相反即可。
[关键能力]
解答二次电池相关问题的方法
在解答二次电池类题时，若给出电池总反应，相关问题的分析可按如下方法进行。
1.电极极性及两极反应物的判断：首先根据放电总反应式标出电子转移的方向和数目，则放电时失去电子的物质为负极反应物，其所在电极为负极，得到电子的物质为正极反应物，其所在电极为正极；然后根据充电反应是放电反应的逆过程，可判断充电时的阳极（阴极）即为放电时的正极（负极）。
2.电极反应的书写：根据放电总反应写出放电时正、负极的电极反应；正、负极电极反应的逆过程即为充电时的阳、阴极电极反应。
3.溶液中离子移动方向：放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
4.pH变化规律：消耗OH－（H＋）的电极周围，溶液的pH减小（增大），生成OH－（H＋）的电极周围，溶液的pH增大（减小）。若总反应消耗OH－（H＋），则电解质溶液的pH减小（增大）；若总反应生成OH－（H＋），则电解质溶液的pH增大（减小）；若总反应既不消耗也不生成OH－（H＋），则电解质溶液的pH变化情况由溶液的酸碱性及是否有水生成而定。
状元随笔 电池在充电时，正极接电源正极，负极接电源负极，即“正接正，负接负”。
提升点二 燃料电池
[例2] 甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（ ）
A．负极反应为CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O
B．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．随着不断放电，电解质溶液的碱性不变
D．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷直接燃烧的能量利用率大
解析：因甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，故该电池反应是CH4＋2OH－＋2O2===＋3H2O。从总反应可以看出，反应消耗OH－，故电解质溶液的碱性减弱，C项错误。在KOH溶液中，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，通入甲烷的一极为负极，其电极反应为CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O，A、B项均正确。根据能量转化规律，甲烷燃烧时产生的热能不可能全部转化为功，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大很多，D项正确。
答案：C
状元随笔
燃料电池中通燃料的一极为负极，书写电极反应时，要考虑电解质溶液的酸碱性。
[提升2] 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图如图所示。下列关于该电池的叙述不正确的是（ ）
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，质子（H＋）从负极区向正极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下22.4 L CO2气体
状元随笔 微生物在高温下变性失活，故微生物电池不宜在高温下工作。
答案：A
解析：微生物的主要成分是蛋白质，高温条件下蛋白质失去生理活性，电池不能工作，A错误；根据题给装置可知，负极上C6H12O6在酸性条件下发生氧化反应生成CO2，电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，B正确；原电池中阳离子移向正极，即放电过程中，质子(H＋)从负极区向正极区迁移，C正确；根据电池反应C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O可知，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下22. 4 L CO2气体，D正确。
[关键能力]
（1）明确燃料电池的正负极均为惰性电极，一般具有很强的催化活性，但不参与反应。
（2）正极反应的书写
正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为O2－，即O2＋4e－===2O2－，根据电解质的不同，其正极反应的书写分以下几种情况：
①在酸性溶液中，生成的O2－与H＋结合生成水，其电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
②在碱性及中性溶液中，O2－与水结合生成OH－，其电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
③在熔融碳酸盐中，O2－与不能结合，只能与CO2结合生成，其电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2。
注意：燃料电池的正极反应本质都是O2＋4e－===2O2－，在不同电解质环境中，其正极反应的书写形式有所不同。因此在书写正极反应时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。
（3）负极反应的书写
燃料电池的负极通入的一定是燃料。若负极通入含碳的化合物，如CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为＋4价碳的化合物，其中在酸性溶液及熔融碳酸盐中生成CO2，在碱性溶液中生成；若负极通入含有氢元素的化合物，则最终都有H2O生成。
燃料电池的总反应－正极反应＝负极反应，注意将两个反应相减时，要消去正极的反应物O2。
形成性自评
1.如图为氢氧燃料电池的原理示意图，下列叙述不正确的是（ ）
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
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存在电池内的新型发电装置
答案：B
解析：从题图中可看出，a电极处通入的是H2，b电极处通入的是O2，该电池的总反应是2H2＋O2===2H2O，故a电极处H2失电子被氧化，a电极为负极，A项正确；b电极为正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，B项错误；氢氧燃料电池的反应产物是水，环保无污染，是一种具有应用前景的绿色电源，C项正确；氢氧燃料电池的还原剂和氧化剂可在需要时通入，D项正确。
2.生产铅蓄电池时，在两极板铅、锑合金上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应为2PbSO4（s）＋2H2O（l）PbO2（s）＋Pb（s）＋2H2SO4（aq）。下列对铅蓄电池的说法中错误的是（ ）
A．铅蓄电池比能量大于锂电池
B．工作时铅是负极，PbO2是正极
C．工作时负极上发生的反应为Pb（s）＋（aq）－2e－===PbSO4（s）
D．放电时电解质溶液的密度减小
解析：锂的摩尔质量较小，相对于铅蓄电池，锂电池的比能量更高，故A错误。
答案：A
3.某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池（另一极为金属锂和石墨的复合材料），通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控（如下图）。下列说法中正确的是（ ）
A．放电时，正极的电极反应式为Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O
B．该电池可以用水溶液做电解质溶液
C．放电时，Fe做电池的负极，Fe2O3做电池的正极
D．充电时，电池被磁铁吸引
答案：A
解析：由电池的示意图可知，电池放电的反应物为氧化铁和单质锂，生成物为单质铁和氧化锂，所以放电的总反应为Fe2O3＋6Li===2Fe＋3Li2O，则电池的负极为单质锂，所以负极反应为6Li－6e－===6Li＋，总反应减去负极反应得到正极反应：Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O，A项正确；因为单质锂可以与水反应(类似金属钠)，所以电解质溶液不能是水溶液，B项错误；放电时，Li做电池的负极，Fe2O3做电池的正极，C项错误；从图中明显看到充电时(向左反应)，电池会远离磁铁，实际上是因为，充电时电池中的单质铁转化为氧化铁，不能被磁铁吸引，D项错误。
4.生物燃料电池（BFC）是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如下图所示。已知C1极的电极反应式为：
C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
下列说法不正确的是（ ）
A．C1极为电池负极，C2极为电池正极
B．C2极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－
===2H2O
C．该生物燃料电池的总反应式为C2H5OH
＋3O2===2CO2＋3H2O
D．电子由C2极经外电路导线流向C1极
答案：D
解析：据题意可知，C1极失去电子，作该燃料电池的负极，C2极作电池的正极，故A项正确；由于电解质溶液是稀硫酸，因此C2极的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，由此可得，电池总反应式为：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，故B、C项均正确；电子是由负极(C1极)经外电路流向正极(C2极)的，故D项错误。
5.LED产品由于具有节能、寿命长的特点，越来越受到人们的欢迎。如图所示是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。
①a处通入的气体是氢气，b处通入的气体是氧气
②该装置中只涉及两种形式的能量转化
③电池正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
④P型半导体连接的是电池负极
上述说法中正确的是（ ）
A．①② B．①③
C．③④ D．②④
答案：B
解析：由电子流向可知，a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故①正确；该装置中涉及的能量转化形式有化学能转化为电能，电能转化为光能和热能，故②错误；a为负极，电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，b为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故③正确；P型半导体连接的是电池正极，故④错误。
6.新型NaBH4/H2O2燃料电池（DBFC）的结构如下图所示，该电池总反应式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，下列有关的说法中不正确的是（ ）
A．电极b为正极
B．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
C．电池负极的电极反应为＋8OH－－8e－===＋6H2O
D．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为12NA
答案：B
解析：A项，电极b上H2O2得电子转化为OH－，故电极b为正极；B项，放电过程中阳离子从负极移向正极；C项，负极上失电子转化为；D项，根据H2O2＋2e－===2OH－可知，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，转移的电子数为12NA。
7.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
根据上述反应式，完成下列填空：
（1）下列叙述正确的是 。
A．在使用过程中，电解质溶液中的KOH被不断消耗，pH减小
B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
C
解析：(1)在使用过程中，负极消耗OH－，pH减小，正极生成OH－，pH增大，电解质溶液中KOH的量不变，pH不变，A项错；电子流向是由Zn极经外电路流向Ag2O极，B项错；Zn为负极，发生氧化反应，Ag2O为正极，发生还原反应，C项对，D项错。
（2）写出电池的总反应式：_____________________。
（3）使用时，负极区的pH （填“增大”“减小”或“不变”，下同），正极区的pH ，电解质溶液的pH 。
Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
减小
增大
不变
解析： (2)将正负两极反应式相加可得总反应式。
8.请仔细观察下列四种装置的构造示意图，完成下列问题。
（1）碱性锌锰电池的总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO（OH）＋Zn（OH）2，则负极的电极反应式为 。
（2）碱性锌锰电池比普通锌锰电池（干电池）性能好，放电电流大。试从影响反应速率的因素分析其原因是___________________________________________________________
________________________。
（3）铅蓄电池放电过程中，硫酸溶液浓度 （填“变大”“变小”或“不变”），充电时阴极的电极反应式为_______________________。
（4）锌银纽扣电池在工作过程中 （填物质名称）被还原。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
碱性锌锰电池用锌粉代替原锌锰电池的锌筒，增大了反应物的接触面积，加快了反应速率，故放电电流大
变小
PbSO4＋2e－===Pb＋
氧化银
9.（1）现有反应2H2＋O2 2H2O，要构成燃料电池，则负极通入的应是 ，正极通入的应是 ，电极反应式分别为______________________________、 。
（2）如把KOH溶液改为稀硫酸做电解液，则电极反应式分别为__________________________、 。
（3）上述（1）和（2）的电解液不同，反应进行后，（1）中溶液pH变 （填“大”或“小”，下同），（2）中溶液pH变 。
（4）如把H2改为甲烷，KOH溶液做电解液，则电极反应式分别为___________________________________、 。
H2
O2
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
负极：2H2－4e－===4H＋
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
小
大
负极：CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
练后感悟
电极反应式书写的三个步骤
1.列物质标得失
按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应物和产物，找出得失电子的数量。
2.看环境配守恒
电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等，并加以配平。
3.两式加验总式
两电极反应式相加，与总反应离子方程式对照验证。(共58张PPT)
第1课时 原电池的工作原理
课程目标
1．理解原电池的构成。
2．理解原电池的工作原理。
3．能正确书写电池的电极反应和总反应。
图说考点
基 础 知 识
[新知预习]
一、原电池
1．定义：将________转化为________的装置。
2．原电池反应的本质：自发进行的________反应。
3．原电池的构成条件：
(1)两个活泼性不同的电极，较活泼金属作________，较不活泼金属或非金属作________。
(2)两电极必须浸在________________。
(3)用导线(和盐桥)连通外电路(和内电路)形成________。
(4)自发的氧化还原反应。
化学能
电能
氧化还原
负极
正极
电解质溶液中
闭合回路
二、原电池的工作原理
1．分析下图所示原电池装置并填空。
原电池总反应式：____________________。
负极
氧化
Zn－2e－===Zn2＋
正极
还原
2H＋＋2e－===H2↑
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
2．电子流动方向和电流方向
(1)外电路：电子由________电极经过导线流向________电极，电流由________电极流向________电极；
(2)内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
Zn
铜
铜
Zn
三、原电池的设计
1．外电路
2．内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作________。
还原
氧化
氧化
还原
定向移动
[即时性自测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属。( )
(2)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极。( )
(3)把铜片和铁片靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面产生气泡。( )
×
×
√
(4)图1中电子由Zn极经导线流向Cu极，盐桥中的Cl－移向CuSO4溶液。( )
(5)图2所示的装置能形成原电池。( )
(6)原电池工作时，电子由负极流出，经导线流向正极，再由正极通过溶液流回负极。( )
×
×
×
2．下列反应不可用于设计原电池的是( )
A．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
B．2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
C．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
D．4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3
答案：A
3．锌铜电池原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．a电极发生还原反应
B．盐桥中K＋移向a电极
C．b电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
D．电子由Zn电极流出，经盐桥溶液流向b电极
解析：Zn的金属活动性强于Cu，则锌铜原电池中，Zn作负极，发生氧化反应，A项错误；b电极是正极，盐桥中阳离子向正极区移动，则盐桥中K＋移向b电极，B项错误；溶液中Cu2＋在b电极上发生还原反应生成Cu，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，C项正确；电子由负极经导线流向正极，则电子由Zn电极流出，经电流表流向Cu电极，电子不能经过盐桥溶液，D项错误。
答案：C
4．图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是( )
A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq)
B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生
C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性
D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出
答案：B
解析：由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。
5．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验 装置
部分实 验现象 a极质量减小；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a>b>d>c
答案：C
解析：由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性a>b，对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性b>c，第三个装置的金属活动性d>c，由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性d>a。
6．向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系如下所示，正确的是( )
答案：A
7．能源是现代社会发展的三大支柱之一，化学在提高能源的利用率和开发新能源中起到了重要的作用。电能是现代社会中应用最广泛的二次能源。
(1)下列装置中能够实现化学能转化为电能的是________(填字母)。
C
(2)写出该装置正极反应的电极反应式___________________。
(3)该装置中溶液里的阴离子移向______(填电极的化学式)极。
(4)若装置中转移了0.2 mol电子，则理论上溶液增加的质量是________。
2H＋＋2e－===H2↑
Zn
6.3 g
技 能 素 养
提升点一 原电池正负极判断及电极反应式书写
[例1] 常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入电解质A溶液中组成原电池，如图甲所示：
(1)若A为稀盐酸，则Al片做______极，该电极的电极反应式为_____________________，Cu片电极反应式为___________________。
(2)若A为NaOH，则Al片做________极，该电极的电极反应式为__________________________________。
负
Al－3e－===Al3＋
2H＋＋2e－===H2↑
负
Al＋4OH－－3e－===＋2H2O
解析：(1)Cu Al 盐酸构成的原电池，Al做负极，电极反应式为Al－3e－===Al3＋；Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)Al Cu NaOH溶液构成的原电池，Al做负极，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===＋2H2O，Cu做正极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
(3)若A为浓HNO3，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图乙所示，反应过程中有红棕色气体产生。0～t1 s时，原电池的负极是________，正极的电极反应式为________________________，溶液中的H＋向__________极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，此时________做负极，该电极的电极反应式为____________________。
(4)若A为稀HNO3，则Cu片做________极，该电极的电极反应式为________________________________。
Al片
＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O
正(或Cu片)
Cu片
Cu－2e－===Cu2＋
正
＋3e－＋4H＋===NO↑＋2H2O
解析：(3)Al Cu 浓硝酸构成的原电池，在0～t1时，Al片做负极，正极NO－3在酸性条件下得电子生成NO2和H2O，在原电池中，阳离子向正极移动，即H＋向正极移动。由于Al在浓HNO3中发生了钝化，生成的氧化膜阻止了反应的进行，此时Cu与浓HNO3反应而导致Cu做负极，电子流动方向发生改变。
(4)Al Cu 稀HNO3构成的原电池中Al片做负极，Cu片做正极，该电极上NO－3在酸性条件下得电子生成NO和H2O。
状元随笔
电极的正负除与金属的活动性有关外，还与电解质溶液有关，那么对正负极的判断要依据发生的氧化还原反应来判断。
[提升1] 下列有关电化学知识的描述正确的是( )
A．Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑这个反应可设计成原电池
B．利用Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2，可设计如图所示原电池装置，盐桥内K＋向FeCl3溶液移动
C．因为铁的活动性强于铜，所以将铁、铜用导
线连接后放入浓硝酸中组成原电池，铁作负极，
铜作正极，其负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，其
负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2
答案：B
解析：该反应不是自发进行的氧化还原反应，不能设计成原电池，故A错误；根据电池总反应式Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2，可知Cu失电子作负极，正极上Fe3＋得电子生成Fe2＋，原电池工作时，盐桥中的阳离子向正极移动，故盐桥内K＋向FeCl3溶液移动，故B正确；铁遇到浓硝酸会钝化，铜作负极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故C错误；由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池反应是Al与氢氧化钠溶液之间的反应，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===＋2H2O，故D错误。
状元随笔
构成原电池的前提是存在一个自发的氧化还原反应，正负极可以根据发生的化学反应判断。
盐桥在原电池中起导电作用，盐桥中的离子作定向移动，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，盐桥不能用导线代替。
[关键能力]
1．原电池正、负电极的判断方法
判断依据 负极 正极
电极材料 活泼性较强的金属 活泼性较弱的金属或导电的非金属
电子流动方向 电子流出极 电子流入极
电解质溶液中 离子迁移方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极
电流方向 电流流入极 电流流出极
电极反应类型 氧化反应 还原反应
反应现象 电极溶解 电极增重或有气泡产生
状元随笔
电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能通过导线，可以形象地描述为“电子不下水，离子不上岸”。
2．电极反应式书写的一般步骤
提升点二 原电池原理的应用
[例2] 已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、稀硫酸。按要求回答下列问题：
(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因：____________________________________________________。
(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选Fe2(SO4)3溶液，外加导线，能否构成原电池？________。若能，请写出电极反应式，负极：_________________，正极：___________________(若不能，后两空不填)。
二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池，铝作负极被腐蚀
能
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
解析：(1)当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而使Al被腐蚀。(2)因为Fe2(SO4)3能与Cu发生反应：Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4＋CuSO4，因此根据给出条件可以设计成原电池，其负极为Cu，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨，电极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。
(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，在下面的方框中画出装置图(需标明电极材料及电池的正负极)。
解析：(3)因为原电池反应为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质溶液为稀硫酸，即可画出装置图。
如图(合理即可)
状元随笔 “装置图”常见失分点
(1)不注明电极材料名称或元素符号
(2)不画电解质溶液或画出但不标注
(3)误把盐桥画成导线
(4)不能连成闭合回路
[提升2] 由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
现象 二价金属A不断溶解 C极质量增加 A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是_________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是_______________________。
(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_______________________。
A－2e－===A2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
变大
D>A>B>C
解析：甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性A>B；乙中C极质量增加，即析出Cu，则B为负极，活动性B>C；丙中A上有气泡，即H2产生，则A为正极，活动性D>A，随着H＋的消耗，pH变大。
状元随笔 金属活动性强弱的判断方法
1．一般可根据正负极确定金属活动性：负极金属＞正极金属。
2．根据题中电极质量的增减、生成气体、电子流向或发生置换反应等可以比较金属活动性。
[关键能力]
原电池原理的常见应用
1．比较金属活动性强弱。如有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a极是负极，b极是正极，故金属活动性a>b。
2．加快氧化还原反应的速率。如在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，能形成Cu—Zn微小的原电池，从而加快产生H2的速率。
3．设计简单的原电池装置
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu反应为例，原电池装置设计方法思路如下
第一步：将电池总反应拆成两个半反应
负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu
第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液
负极材料：失电子的物质(还原剂)作负极材料即Fe。
正极材料：用比负极材料金属活动性差的金属或非金属导体作正极材料即Cu或Ag或C等。
电解质溶液：含有反应中作氧化剂的物质作电解质，即CuSO4溶液，如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。
第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，如下图。
状元随笔
加入少量CuSO4后，锌可以置换出铜形成微小原电池，速率加快。但若加入过多CuSO4溶液，生成铜覆盖在锌外面，反而阻碍反应进行。实验室可以用粗锌制氢气而加快反应速率。
形成性自评
1．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是( )
选项 A B C D
电极材料 Cu、C Cu、Ag Cu、Zn Fe、Zn
电解质溶液 Fe(NO3)3 FeSO4 FeCl3 CuSO4
解析：根据原电池的总反应以及原电池工作原理分析可知，Cu元素的化合价升高，Cu失电子作负极，电解质溶液应含有Fe3＋，另一个电极应为比Cu活动性弱的导电物质。A项，Cu作负极失去电子，电解质溶液中Fe3＋得电子，符合上述要求，正确；B项，电解质溶液中不含Fe3＋，不符合上述要求，错误；C项，Zn比Cu活泼，Zn作负极，不符合上述要求，错误；D项，电极材料不含Cu且电解质溶液中不含Fe3＋，不符合上述要求，错误。
答案：A
2．实验发现，298 K时，在氯化铁酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示的原电池装置(锌少量)。下列有关说法正确的是( )
A．该原电池的正极反应是Zn－2e－===Zn2＋
B．左侧烧杯中溶液的红色逐渐变浅
C．该原电池的铂电极上立即有气泡出现
D．该原电池总反应为3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋
答案：B
解析：Zn作负极，该原电池的负极反应是Zn－2e－===Zn2＋，A错误；在左侧烧杯中发生反应：Fe3＋＋e－===Fe2＋，Fe3＋的物质的量浓度逐渐减小，溶液的红色逐渐变浅，B正确；该原电池铂电极上Fe3＋先得电子变为Fe2＋，因此不会立即产生气泡，C错误；因氧化性：Fe3＋>H＋>Fe2＋，铂电极上Fe3＋先得到电子生成Fe2＋，Fe3＋完全消耗后，H＋得电子生成H2，Fe3＋不能被少量Zn还原为Fe，D错误。
3．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验中，不考虑两球的浮力变化)( )
A．当杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低
B．当杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高
C．当杠杆为导体时，A端高B端低；杠杆为绝缘
体时，A端低B端高
D．当杠杆为导体时，A端低B端高；杠杆为绝缘
体时，A端高B端低
答案：D
解析：当杠杆为导体时，硫酸铜溶液、铁球和铜球可以形成原电池，铁作负极，其发生氧化反应而溶解，故其质量减小，铜作正极，由于铜离子在铜表面可以得到电子发生还原反应生成铜，故铜球质量变大，故A端低B端高；杠杆为绝缘体时，铁与硫酸铜发生置换反应生成铜，故铁球质量变大，而铜球质量不变，故A端高B端低。综上所述，D判断是正确的，故选D。
4．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是( )
A．①②④ B．③④⑤ C．④⑥⑧ D．④⑦
答案：D
解析：根据原电池中有两个电极，排除①；根据两个金属电极的活动性不同，排除③和⑧；根据必须存在电解质溶液或熔融电解质，排除⑤；根据两电极间要形成闭合回路，排除②⑥；④⑦满足形成原电池的条件。
5．如图所示，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ的盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
答案：D
解析：装置Ⅰ中Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，A项错误；装置Ⅱ的正极为Cu，如果HCl足量，则正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；原电池中阳离子向正极移动，故装置Ⅰ的盐桥中阳离子移向左侧烧杯，装置Ⅱ的盐桥中阳离子移向右侧烧杯，C项错误；放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯中的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，溶液pH增大，装置Ⅱ右侧烧杯中先发生H＋生成H2的反应，若H＋反应完，则发生反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，溶液pH增大，D项正确。
6．(1)1780年，意大利解剖学家伽伐尼在用银质手术刀触碰放在铁盘上的青蛙时，无意间发现青蛙腿部肌肉抽搐了一下，仿佛受到电流的刺激。伽伐尼认为出现这种现象的原因是动物体内存在“生物电”。结合你所学的知识模拟该过程，下列触碰铁盘上的青蛙时青蛙腿部肌肉不会产生抽搐的手术刀的材质是________(填字母)。
A．铝 B．玻璃
C．银 D．铁
BD
解析：(1)形成原电池的电极材料必须是活动性不同的金属或金属和能导电的非金属，铁电极和铁盘材料相同，玻璃不导电，均不能形成原电池，所以当用铁或玻璃材质的手术刀触碰铁盘上的青蛙时青蛙腿部肌肉不会产生抽搐。
(2)1799年，伏打仔细研究了伽伐尼的发现，以含食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中间，堆积成圆柱状，制造出世界上最早的电池——伏打电池。将洁净的金属片A、B、D、E分别放置在浸有盐溶液的滤纸(滤纸置于铜片上)上面并压紧(如图所示)。在每次实验时，记录电压表指针的偏转方向(电压表指针偏转方向与电子流动方向一致)和电压表的读数如表所示：
金属 电压表偏转方向 电压/V
A A→Cu ＋0.78
B Cu→B －0.15
D D→Cu ＋1.35
E E→Cu ＋0.30
已知：构成两电极的金属其金属活动性相差越大，电压表的示数越大。请依据表中数据判断：金属________是最强的还原剂；金属________一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。
D
B
解析：(2)A－Cu连接时，电子从A→Cu，所以A的还原性大于铜；B－Cu连接时，电子从Cu→B，所以铜的还原性大于B；D－Cu连接时，电子从D→Cu，所以D的还原性大于铜：E－Cu连接时，电子从E→Cu，所以E的还原性大于铜。根据题中信息和原电池原理，电子流出的一极是原电池的负极，是相对活泼的金属所在的一极，所以A、D、E都比Cu活泼，金属活动性相差越大，电压表的示数越大，所以金属D最活泼，而金属活动性比Cu差的是金属B，即金属B一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。
(3)1836年，英国科学家丹尼尔对伏打电池进行改进，获得了世界上第一个具有稳定电流的电池，丹尼尔电池的简易装置如图所示：
该电池的正极反应式为_____________，负极反应式为____________。
Cu2＋＋2e－===Cu
Zn－2e－===Zn2＋
解析：(3)该原电池中，锌易失电子做负极，铜做正极，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，正极上铜离子得电子发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
(4)随着社会的发展和科技的进步，越来越多的电池被制造出来。请选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，使它的正极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，在下面方框内画出你所设计的装置图并标出电极材料、电解质溶液，标出电源的正负极。
解析：正极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，说明电解质溶液是可溶性的铁盐，负极为能和铁离子反应的金属，正极为不如负极活泼的金属或导电的非金属材料，所以负极可以用铜，正极为碳，装置如图D所示。
7.已知可逆反应：＋2I－＋2H＋ ＋I2＋H2O。设计如图所示装置（盐桥中的阴、阳离子可以自由移动，盐桥在原电池中不参与反应，只起导电作用）。
进行如下操作：（Ⅰ）向（B）烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现电流表指针偏转；（Ⅱ）若改往（B）烧杯中滴加质量分数为40%的NaOH溶液，发现电流表指针向相反方向偏转。
（1）两次操作过程中电流表指针偏转方向为什么会相反？试用电极反应和化学平衡移动的原理解释此现象：__________________________________________________________
___________________________________________________________
_________________________________________________________。
（2）（Ⅰ）操作过程中石墨棒（a）上发生的电极反应为_________________。
（3）（Ⅱ）操作过程中石墨棒（b）上发生的电极反应为_____________________________________。
加入浓盐酸，对于反应＋2I－＋2H＋ ＋I2＋H2O，平衡向右移动，发生还原反应，石墨棒(b)作正极；加入NaOH溶液，平衡向左移动，发生氧化反应，石墨棒(b)作负极
2I－－2e－===I2
－2e－＋2OH－===＋H2O
解析：向(B)烧杯中加浓盐酸，发生还原反应，石墨棒(b)为正极；当加入NaOH溶液后，发生氧化反应，石墨棒(b)变为负极。
练后感悟
1.原电池的设计或构成前提是存在一个自发的氧化还原反应。
2.导线中电子作定向移动，溶液中离子作定向移动，共同构成一个完整的闭合回路。
3.原电池中负极失去电子总数和正极得电子总数相等。
4.可逆反应设计成的原电池中，平衡时无电流产生；平衡移动方向决定了电路中电流方向。(共49张PPT)
第3课时 燃烧热 能源的充分利用
课程目标
1．理解燃烧热的概念，掌握有关燃烧热的计算。
2．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。
3．了解使用化石燃料的利弊和新能源的开发。
4．了解化学在解决能源危机中的重要作用。
图说考点
基 础 知 识
[新知预习]
一、燃烧热
1．定义
101 kPa时，________纯物质完全燃烧生成________的氧化物时所放出的热量。
2．表达形式
(1)符号：ΔH为“________”或ΔH________0。
(2)单位：________。
1 mol
稳定
－
<
kJ·mol－1
3．意义
例如：CH4的燃烧热为890.31 kJ·mol－1，表示在25℃、101 kPa时，________ CH4(g)完全燃烧生成________和________时放出890.31 kJ的热量。反应的热化学方程式为______________________________________________________。
1 mol
CO2(g)
H2O(l)
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.31 kJ·mol－1
二、能源
1．定义
能提供________的资源，它包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。
2．化石燃料包括________、________、________，其缺点是蕴藏量________；不能________；利用率________；污染环境。
3．新能源
新能源主要包括：太阳能、________、________、风能、________和________等。
能量
煤
石油
天然气
有限
再生
低
氢能
地热能
海洋能
生物质能
4．能源的分类
分类 再生能源 非再生能源
常规能源 新能源 常规能源 新能源
一次能源 (直接获得) 水能等 太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等 煤、石油、 天然气等 核能等
二次能源 (间接获得) 煤制品、石油制品、电能、氢能、火药等
[即时性自测]
1．燃烧热与反应热的关系是( )
A．燃烧热是反应热的一种类型
B．当一个反应是燃烧反应时，该燃烧反应的反应热就是燃烧热
C．燃烧热不属于反应热，反应热是在25 ℃、101 kPa下测定的，而燃烧反应的温度要高
D．反应热有正负之分，燃烧反应的焓变全部是正值
答案：A
2．下列分别是利用不同能源发电的实例图形，其中不属于新能源开发利用的是( )
答案：C
3．2020年，中国长征火箭家族迎来了一位新成员——长征八号运载火箭。该型火箭的研制将进一步完善我国运载火箭型谱，满足未来中高轨商业发射市场的需求。
偏二甲基肼( )是长征系列火箭的燃料，已知：1.5 g偏二甲基肼完全燃烧放出50 kJ热量，则偏二甲基肼的燃烧热为( )
A．1 000 kJ·mol－1 B．1 500 kJ·mol－1
C．2 000 kJ·mol－1 D．3 000 kJ·mol－1
答案：C
4．甲烷是一种高效清洁的新能源，101 kPa下4 g甲烷完全燃烧生成液态水时放出222.5 kJ热量，则下列热化学方程式中表示甲烷燃烧热的热化学方程式是( )
A．CH4(g)＋O2(g)===CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝＋445 kJ·mol－1
B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝＋890 kJ·mol－1
C．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890 kJ·mol－1
D．2CH4(g)＋4O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 780 kJ·mol－1
解析：表示燃烧热的热化学方程式中甲烷的化学计量数应为1，且甲烷燃烧为放热反应，ΔH为“－”，则A、B、D错误；4 g(即0.25 mol)甲烷完全燃烧生成液态水时放出222.5 kJ热量，1 mol甲烷完全燃烧生成液态水时放出890 kJ热量，则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为CH4(g) ＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－ 890 kJ·mol－1，C正确。
答案：C
5．25 ℃、101 kPa下，碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5 kJ·mol－1，285.8 kJ·mol－1，890.3 kJ·mol－1和2 800 kJ·mol－1。下列热化学方程式正确的是( )
A．C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1
C．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
D．C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 400 kJ·mol－1
解析：C完全燃烧应生成CO2，故A项错误；H2完全燃烧放出热量，ΔH<0，故B项错误；CH4完全燃烧生成的稳定产物为CO2气体和液态H2O，故C项错误；1 mol葡萄糖完全燃烧生成CO2气体和液态H2O，放出2 800 kJ热量，则mol葡萄糖完全燃烧放出1400 kJ热量，故D项正确。
答案：D
6．根据下列两个热化学方程式，回答相关问题。
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－2 220 kJ·mol－1
(1)H2的燃烧热为_____________，C3H8的燃烧热为_____________。
(2)1 mol H2和2 mol C3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为________。
(3)现有H2和C3H8的混合气体共5 mol，完全燃烧时放热3 847 kJ，则在混合气体中H2和C3H8的体积比是________。
285.8 kJ·mol－1
2 220 kJ·mol－1
4 725.8 kJ
3∶1
解析：(1)根据燃烧热的概念知，H2的燃烧热ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，C3H8的燃烧热ΔH＝－2 220 kJ·mol－1。
(2)释放总热量的计算式为Q放＝1 mol×285.8 kJ·mol－1＋2 mol×2 220 kJ·mol－1＝4 725.8 kJ。
(3)设H2、C3H8的物质的量分别为n1、n2，则有：
解得
在相同p、T时，V(H2)∶V(C3H8)＝n(H2)∶n(C3H8)＝3∶1。
技 能 素 养
提升点一 燃烧热的理解
[例1] 下列有关燃烧热的说法中正确的是( )
A．1 mol可燃物燃烧放出的热量是燃烧热
B．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184 kJ·mol－1，则H2的燃烧热ΔH＝－184 kJ·mol－1
C．在25 ℃、101 kPa时，1 mol S(s)转化成SO3(g)的反应热即为S(s)的燃烧热
D．2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l) ΔH＝－11 036 kJ·mol－1，则C8H18(l)的燃烧热ΔH＝－5 518 kJ·mol－1
答案：D
解析：根据燃烧热的定义“25 ℃、101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量”知，A项说法与定义不符；H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应产物HCl不是氧化物，所以其反应热不是燃烧热，故B项错误；S(s)完全燃烧生成的稳定氧化物是SO2(g)，不是SO3(g)，故C项错误；由热化学方程式知，C8H18(l)的燃烧热ΔH＝(－11 036 kJ·mol－1)÷2＝－5 518 kJ·mol－1，故D项正确。
状元随笔
燃烧热定义中的稳定氧化物具体指：C―→CO2(g) S―→SO2(g)
H―→H2O(l)
[提升1] 下列热化学方程式正确的是(ΔH的绝对值均正确)( )
A．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)
ΔH＝－1 367.0 kJ/mol(燃烧热)
B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH＝＋57.3 kJ/mol(中和热)
C．S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－269.8 kJ/mol(反应热)
D．2NO2===O2＋2NO ΔH＝＋116.2 kJ/mol(反应热)
状元随笔 注意区别
燃烧热和燃烧的热化学方程式是不一样的
解析：A项，燃烧热要求反应生成的氧化物必须是稳定的氧化物，H2O必须为液态，错误；B项，中和反应是放热反应，ΔH应小于0，错误；D项，热化学方程式应标明物质的聚集状态，错误。
答案：C
[关键能力]
反应热、燃烧热和中和热的比较
反应热 燃烧热 中和热
概念 化学反应过程中放出或吸收的热量 101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量 在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1 mol液态水时所放出的热量
能量的变化 放热或吸热 放热 放热
ΔH的大小 放热时，ΔH＜0；吸热时，ΔH＞0 ΔH＜0 ΔH＜0
反应条件 一定压强下 101 kPa 稀溶液
反应物的量 不限 1 mol纯物质 不一定是1 mol
生成物的量 不限 不限 1 mol液态水
状元随笔
“燃烧热”和“中和热”都是反应热，只是对反应物和产物有特定的要求。
提升点二 能源的类型
[例2] 目前，我国的能源结构主要是煤、石油、天然气等，这些能源都是不可再生且对环境有一定影响的能源，研究和开发清洁而又用之不竭的能源是未来发展的首要任务。科学家预测氢能将是未来最理想的新能源。
(1)试分析为什么氢能将是未来最理想的新能源。
答案：热值高——单位质量氢气产生的热量较多；清洁无污染——燃烧的产物是水，对环境无任何污染；资源丰富——氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。
解析：只要答出氢能的优点即可。
(2)目前世界上的氢气绝大部分是由石油、煤和天然气制取的。如：用水蒸气与炽热的碳反应的化学方程式为C＋H2O(g) CO＋H2，请写出由天然气与水蒸气高温制取氢气和CO的反应方程式，并分析此类方法制氢气是否是理想的长久方法。
解析： 在一定条件下碳及碳氢化合物与水蒸气反应的产物都是CO和H2，这类反应都是吸热反应，需要加热。这种制氢气方法是目前广泛使用的一种方法，但随着石油、天然气、煤炭资源的枯竭，这种方法也要退出历史舞台。
答案：CH4＋H2O(g) CO＋3H2。煤、天然气、石油资源面临枯竭，该反应还需消耗较多的能量(该反应为吸热反应)，因此，此法不是理想的长久方法。
(3)利用硫—碘热循环法制取氢气也是化学家常用的一种方法，总反应方程式为2H2O 2H2＋O2，其循环过程分三步进行：①SO2＋I2＋H2O―→A＋B；②A―→？＋I2；③B―→？＋？＋？。
a．完成以上三步反应，并确定哪步反应最难进行；
b．请对硫—碘热循环法制取氢气的优劣和前景作出分析。
答案：a.①SO2＋I2＋2H2O===2HI＋H2SO4；②2HI H2＋I2；③2H2SO4
2SO2↑＋O2↑＋2H2O，反应③最难进行。b.该循环过程需要很高的热能，也就是说在较高温度下才能进行，生成的SO2和I2可以循环使用，其他产物对环境无污染，但耗能太大，所以此法也不可取，若把太阳能用到上述循环中，该工艺将是合理的。
解析： ①是氧化还原反应，卤素单质与SO2的反应，这个反应可自发进行；②是HI分解，这个反应也是容易进行的；③是H2SO4的分解，H2SO4很稳定，要分解可能就需要比较多的能量(劣)。总反应就是水的分解，SO2和I2可看作催化剂循环使用(优)；如果H2SO4分解的能量可利用太阳能提供，也就意味着用太阳能分解水，因此前景还是不错的。
(4)目前，有人提出一种最经济、最理想的获得氢能源的循环体系，如图所示，这种最理想的氢能源循环体系类似于________(填一个生物学中常用的名词)；太阳能和水用之不竭，而且价格低廉，但急需化学家研究的是______________________________________________。
状元随笔
氢能的缺点是储存、运输困难
光合作用
寻找合适的光照催化剂，它能在光照下使水的分解速率加快
解析：太阳能分解水的关键是找到理想的催化剂，再通过燃料电池、氢发电机转化为电能，总的来看是利用太阳能发电，其过程与光合作用相似，先是水的光解，即产生H2的反应。
[提升2] 近20年来，科学工作者对氢能源的研究取得了迅速的发展。
(1)为了有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列制氢气的方法中既经济又符合资源可持续利用的是________(填标号)。
A．电解水 B．锌和稀硫酸反应
C．光解海水 D．分解天然气
(2)氢气燃烧时耗氧量小，放热量多。已知：
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ/mol
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol
等质量的氢气和碳完全燃烧时放出的热量之比约是________。
C
4.36∶1
解析：(1)电解水消耗电能，利用锌和稀硫酸反应制备氢气需要消耗大量的资源，分解天然气也要耗费大量能量，且天然气是不可再生能源，而光解海水法制备氢气中，消耗的能源是太阳能，海水资源丰富，故既经济又符合资源可持续利用。
(2)根据热化学方程式可知，相同质量的氢气和碳完全燃烧时放出的热量之比为(285.8 kJ/mol×∶(393.5 kJ/mol×)≈4.36∶1。
[关键能力]
氢能的开发与利用
氢能是一种理想的、极有前途的二次能源，被人们称为理想的“绿色能源”。氢能具有燃烧热值高、资源丰富、无毒、无污染等优点，但储存、运输困难。
氢能的主要利用途径：(1)氢气燃烧放热，如液态氢作为火箭燃料；(2)用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池，能将化学能转化为电能；(3)利用氢的热核反应释放核能，如氢弹。
氢气的主要产生方式：(1)以天然气、石油和煤为原料，在高温下与水蒸气反应制氢气；(2)电解水制氢气；(3)利用太阳能分解水制氢气；(4)利用热化学制氢气；(5)利用蓝藻等微生物释放氢气等。
如何生产出廉价的氢气及找到安全方便的储存和运输方式是氢能开发利用中亟待解决的重要问题。而利用太阳能来分解水是制氢气的最理想途径，所以我们的研究方向是寻找光解水的高效催化剂。目前以水为原料获得廉价、丰富的氢能的技术还有待突破。
状元随笔 太阳能、风能、氢能是最有希望的新能源，这些能源资源丰富，可以再生，几乎没有污染
形成性自评
1．下列有关燃烧热的说法正确的是( )
A．1 mol纯物质完全燃烧时所放出的热量叫做该物质的燃烧热
B．放热反应的热化学方程式中，ΔH就是该可燃物的燃烧热
C．物质的燃烧热不能由实验测得
D．1 mol硫与2 mol硫完全燃烧时，燃烧热相同
解析：燃烧热的概念有三个要点：①必须是在101 kPa下；②可燃物的物质的量必须为1 mol；③可燃物必须完全燃烧，生成稳定的氧化物如液态水、二氧化碳气体等。A项，未强调“101 kPa”；B项，放热反应不一定是燃烧反应；C项，物质的燃烧热可由实验测得；D项，根据燃烧的概念可知，燃烧热是定值，与参加反应的纯物质的物质的量无关。
答案：D
2．能源问题是人类生存和社会发展的重要问题，下列关于能源问题的说法正确的是( )
A．氢气是具有热值高、无污染等优点的燃料
B．石油作为重要的可再生能源，应该被大量地利用
C．煤燃烧是化学能只转化为热能的过程
D．风能是太阳能的一种转化形式，所以风能属于二次能源
解析：氢气热值高，燃烧产物是水，对环境无污染，A项正确；石油是不可再生能源，B项错误；煤燃烧发光、放热，化学能转化为光能和热能，C项错误；风能属于一次能源，D项错误。
答案：A
3．分析表中的四个热化学方程式，判断氢气和丙烷的标准燃烧热分别是( )
“嫦娥四号”发射火箭燃料 液氢(H2) ①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
②2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－482.6 kJ·mol－1
北京奥运会“祥云”火炬燃料 丙烷(C3H8) ③C3H8(l)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－2 013.8 kJ·mol－1
④C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2 221.5 kJ·mol－1
A.－571.6 kJ·mol－1，－2 221.5 kJ·mol－1
B．－285.5 kJ·mol－1，－2 013.8 kJ·mol－1
C．－285.8 kJ·mol－1，－2 221.5 kJ·mol－1
D．－241.3 kJ·mol－1，－2 013.8 kJ·mol－1
答案：C
解析：1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量为燃烧热，其中据此可由①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1可知氢气的标准燃烧热为－285.8 kJ·mol－1；由热化学方程式④C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2 221.5 kJ·mol－1可知丙烷的标准燃烧热为－2 221.5 kJ·mol－1；答案选C。
4．当前世界范围内都在积极发展新能源和可再生能源，走可持续发展之路。下列有关做法与此无关的是( )
A．将氢气、酒精设计成燃料电池，是因为燃料电池具有较高的能量利用率，同时氢气、洒精等燃料可再生
B．大力开发丰富的煤炭资源，并将煤进行气化处理，提高煤的综合利用率，可减少对石油的依赖
C．开发和利用太阳能、生物质能、风能等，如在我国西部和沿海地区兴建太阳能、风力发电站等
D．合理开发利用海底可燃冰有助于缓解化石能源紧缺危机
答案：B
5．下列热化学方程式正确的是( )
A．乙醇燃烧热的热化学方程式：
C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH＝－1 367 kJ·mol－1
B．氢氧化钠溶液与稀盐酸中和热的热化学方程式：
NaOH＋HCl===NaCl＋H2O ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
C．金刚石转化成石墨的热化学方程式：
C(s，金刚石)===C(s，石墨) ΔH＝－1.9 kJ·mol－1
D．硫燃烧的热化学方程式：
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝＋296.8 kJ·mol－1
解析：燃烧热的定义，乙醇的燃烧热是指1 mol C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)放出的热量，生成物H2O必须是液态，A错误；水溶液中进行的离子反应，书写热化学方程式时，NaOH、HCl、NaCl要标注“aq”，H2O要标注“l”，B错误；石墨比金刚石稳定，C(s，金刚石)转变为C(s，石墨)放出热量，则ΔH＜0，C正确；硫燃烧生成SO2(g)放出热量，则ΔH＜0，D错误。
答案：C
6．最近有科学家发现正丁烷(C4H10)脱氢或不完全氧化也可制得1，3－丁二烯(C4H6)，已知热化学方程式如下：
①C4H10(g)===C4H6(g)＋2H2(g)ΔH1＝＋123 kJ·mol－1
②C4H10(g)＋O2(g)===C4H6(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－119 kJ·mol－1
③H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)ΔH3＝－57.3 kJ·mol－1
下列说法正确的是( )
A．由②可知，正丁烷(C4H10)的燃烧热为119 kJ·mol－1
B．由①和②可推知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH4＝－242 kJ·mol－1
C．HCl(aq)＋NH3·H2O(aq)===NH4Cl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
D．由①和②可知，同质量的正丁烷(C4H10)转变为1，3－丁二烯(C4H6)所需要的能量相同
答案：B
解析：燃烧热是指1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时放出的热量，反应②中生成气态水，119 kJ·mol－1不是正丁烷(C4H10)的燃烧热，A错误；根据盖斯定律，由②－①得，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH4＝－242 kJ·mol－1，B正确；NH3·H2O是弱碱，电离过程吸热，ΔH大于－57.3 kJ·mol－1，C错误；由①和②可知，同质量的正丁烷(C4H10)转变为1，3－丁二烯(C4H6)所需要的能量可能不相同，D错误。
7．下列热化学方程式中的ΔH表示可燃物的燃烧热的是( )
A．2H2(g)＋2Cl2(g)===4HCl(g) ΔH＝－369.2 kJ·mol－1
B．CH4(g)＋2O2(g)===2H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝－802.3 kJ·mol－1
C．2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566 kJ·mol－1
D．H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.3 kJ·mol－1
解析：燃烧热指的是101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物所放出的热量，如生成物中碳元素要转化为二氧化碳、氢元素要转化为水且水的状态为液态。A项，反应物氢气的化学计量数不为1，且不是在氧气中燃烧的反应，错误；B项，生成物中水为气态，错误；C项，可燃物CO的化学计量数不为1，错误；D项正确。
答案：D
8．下列图示关系不正确的是( )
答案：B
解析：反应热表示化学反应过程中放出或吸收的热量，中和热和燃烧热都属于反应热，且反应热不只有燃烧热和中和热，故A正确；能源是可以提供能量的物质，包括一次能源和二次能源，二者没有交集，故B错误；反应前后有元素化合价变化的反应是氧化还原反应，氧化还原反应可以是吸热反应，也可以是放热反应，吸热反应和放热反应不一定是氧化还原反应，图示关系合理，故C正确；生物质能是可再生的新能源，故D正确。
9．能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，常规能源的合理利用和新能源的合理开发是当今社会面临的严峻课题。
回答下列问题：
(1)乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料。2.0 g乙醇完全燃烧生成液态水放出59.43 kJ的热量，则乙醇燃烧的热化学方程式为________________________________________________________。
(2)在C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g) ΔH＝＋b kJ·mol－1(b＞0)的反应中，反应物具有的总能量________(填“大于”“等于”或“小于”)生成物具有的总能量，那么在发生该反应时，反应物就需要________(填“放出”或“吸收”)能量才能转化为生成物。
C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 366.89 kJ·mol－1
小于
吸收
解析：(1)乙醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水，依据2.0 g乙醇完全燃烧生成液态水放出59.43 kJ的热量，则1 mol乙醇完全燃烧生成液态
水放出的热量为 ＝1 366.89 kJ，所以乙醇燃烧的热化学方程式为C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 366.89 kJ·mol－1。
(2)由于C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g)的反应热ΔH>0，该反应是吸热反应，反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量，在发生该反应时，反应物需要吸收能量才能转变为生成物。
(3)关于用水制取二次能源氢气，以下研究方向不正确的是________(填序号)。
A．组成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可研究在水不分解的情况下，使氢成为二次能源
B．设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气
C．寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能量
D．寻找特殊催化剂，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气
AC
解析：氧气是助燃气体，且水不分解时不能产生氢气，A错误；水分解是吸热反应，反应过程中吸收热量，C错误。
10．(1)已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，若1 g水蒸气转化成液态水放热2.444 kJ，则反应H2(g)＋O2(g)===H2O(l)的ΔH＝________kJ·mol－1。氢气的燃烧热为________kJ·mol－1。
解析：本题考查了热化学方程式的书写及燃烧热的定义。H2和O2反应生成1 mol H2O(g)放出241.8 kJ的热量，而1 mol H2O(g)变为液态水需继续放出2.444 kJ×18≈44 kJ的热量，则反应H2(g)＋O2(g)===H2O(l)的ΔH＝－(241.8＋44) kJ/mol＝－285.8 kJ/mol，即氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol。
－285.8
285.8
(2)正戊烷异构化为异戊烷是油品升级的一项重要技术。正戊烷和异戊烷的部分性质如表：
名称 结构简式 熔点/℃ 沸点/℃ 燃烧热/ kJ·mol－1
正戊烷 CH3CH2CH2CH2CH3 －130 36 3 506.1
异戊烷 (CH3)2CHCH2CH3 －159.4 27.8 3 504.1
回答下列问题：
①稳定性：正戊烷________异戊烷(填“＞”“＝”或“＜”)。
②25 ℃，101 kPa时，正戊烷异构化成异戊烷的热化学反应方程式为____________________________________________________________。
＜
CH3CH2CH2CH2CH3(l)===(CH3)2CHCH2CH3(l) ΔH＝－2.0 kJ/mol
解析：(2)①根据表中数据，正戊烷完全燃烧释放的热量大于异戊烷释放的热量，则异戊烷具有的能量低于相同量的正戊烷，故异戊烷的稳定性大于正戊烷；
②根据表中数据，①CH3CH2CH2CH2CH3(l)＋8O2(g)===5CO2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－3 506.1 kJ/mol，②(CH3)2CHCH2CH3(l)＋8O2(g)===5CO2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－3 504.1 kJ/mol，根据盖斯定律，①－②可得，CH3CH2CH2CH2CH3(l)===(CH3)2CHCH2CH3(l) ΔH＝－2.0 kJ/mol；
(3)纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。已知：
2Cu(s)＋O2(g)===Cu2O(s) ΔH＝－169 kJ·mol－1，
C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5 kJ·mol－1，
2Cu(s)＋O2(g)===2CuO(s) ΔH＝－314 kJ·mol－1
则工业上用炭粉在高温条件下还原CuO制取Cu2O和CO的热化学方程式___________________________________________。若反应过程中转移0.4 mol e－，则该反应放出(或吸收)的热量为________kJ。
C(s)＋2CuO(s)===Cu2O(s)＋CO(g) ΔH＝＋34.5 kJ·mol－1
6.9
解析：给题中方程式编号为①②③，①＋②－③可得：C(s)＋2CuO(s)===Cu2O(s)＋CO(g) ΔH＝＋34.5 kJ·mol－1; C由0价升高到＋2价转移2个电子，若反应过程中转移0.4 mol e－，则有0.2 mol C参与反应，故吸收热量为0.2 mol×34.5 kJ/mol＝6.9 kJ。(共66张PPT)
第2课时 反应热的测量与计算
课程目标
1．了解反应热(中和热)测定。
2．理解盖斯定律的内容，了解其在科学研究中的意义。
3．能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。
图说考点
基 础 知 识
[新知预习]
1．中和反应的反应热
(1)中和反应的反应热
在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成__________时的反应热(即所放出的热量)，叫中和反应的反应热。
(2)注意：①酸、碱溶液必须为稀溶液。②计量标准必须是生成________水。
(3)对于强酸和强碱的稀溶液反应，中和热基本上是相等的，表示为H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
1 mol H2O
1 mol
2．中和热的测定
(1)实验原理
通过一定量的________溶液在反应前后温度的变化，计算反应放出的热量，由此求得中和反应的反应热。
(2)实验装置和实验用品
①实验装置：
②实验用品：简易量热计、量筒________个、0.50 mol/L盐酸、0.50 mol/L氢氧化钠溶液；
酸与碱
2
(3)测量步骤：
损失
误差
(4)数据记录与处理：
盐酸的温度(t1)/℃
氢氧化钠溶液的温度(t2)/℃
反应体系的最高温度(t3)/℃
反应体系的温度变化Δt＝________________________
反应体系的比热容[C＝(VHCl·ρHCl＋VNaOH·ρNaOH)×4.18]/(J·℃－1)
反应热(生成0.025 mol H2O)：ΔH＝____________________
3.盖斯定律
(1)内容
不论化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是________的(填“相同”或“不同”)。
(2)特点
①反应的热效应只与始态、终态有关，与________无关。
②反应热总值一定，如图表示始态到终态的反应热：
则ΔH＝__________＝__________________。
相同
途径
ΔH1＋ΔH2
ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
(3)应用
对于进行得很慢的反应，不容易直接发生的反应，有些产品不纯(有副反应发生)的反应，测定这些反应的反应热有困难，如果应用________，就可以________地把它们的反应热计算出来。
盖斯定律
间接
4．反应热的计算
(1)反应热计算的常用依据
①根据盖斯定律计算。
②根据热化学方程式计算。
③根据键能计算。
④根据燃烧热或中和反应的反应热的概念进行计算。
(2)应用实例
①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol，
②CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ/mol，
求C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH。
根据盖斯定律，知：
ΔH1＝____________，
则：ΔH＝______________________________________________。
ΔH＋ΔH2
ΔH1－ΔH2＝－393.5 kJ/mol－(－283.0 kJ/mol)＝－110.5 kJ/mol
[即时性自测]
1．在测定中和热的实验中，使用下列用品不是为了减小实验误差的是( )
A．碎泡沫塑料 B．环形玻璃搅拌棒
C．硬纸板 D．两个量筒
解析：碎泡沫塑料起到保温效果，减少热量散失，从而减小实验误差，A项不符合题意；环形玻璃搅拌棒搅拌能加快反应速率，减少热量散失，从而减小实验误差，B项不符合题意；硬纸板覆盖于反应装置上起隔离作用，能减少热量散失，从而减小实验误差，C项不符合题意；两个量筒用来分别盛放和量取酸和碱，对实验误差无影响，因此不是为了减小实验误差，D项符合题意。
答案：D
2．下列关于盖斯定律的说法不正确的是( )
A．不管反应是一步完成还是分几步完成，其反应热相同
B．反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，还与反应的途径有关
C．有些反应的反应热不能直接测得，可通过盖斯定律间接计算得到
D．盖斯定律实质上是能量守恒定律的一种具体体现
答案：B
3．S(单斜)和S(正交)是硫的两种同素异形体。已知：
①S(s，单斜)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－297.16 kJ·mol－1
②S(s，正交)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－296.83 kJ·mol－1
③S(s，单斜)===S(s，正交) ΔH3
下列说法正确的是( )
A．ΔH3＝＋0.33 kJ·mol－1
B．单斜硫转化为正交硫的反应是吸热反应
C．S(s，单斜)===S(s，正交) ΔH3＜0，正交硫比单斜硫稳定
D．S(s，单斜)===S(s，正交) ΔH3＞0，单斜硫比正交硫稳定
答案：C
4．已知1 mol白磷完全转化为红磷放出29.2 kJ热量，下列两个反应：P4(白，s)＋5O2(g)===2P2O5(s) ΔH＝－Q1，4P(红，s)＋5O2(g)===2P2O5(s) ΔH＝－Q2，Q1与Q2的关系是( )
A．Q1＝Q2 B．Q1>Q2
C．Q1答案：B
5．已知键能：EH—H＝436 kJ·mol－1，ECl—Cl＝243 kJ·mol－1，EH—Cl＝431 kJ·mol－1，则热化学方程式H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1中Q等于( )
A．－183 B．183
C．－862 D．862
答案：B
解析：依据化学反应的反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能可得，ΔH＝－Q kJ·mol－1＝(436＋243－2×431) kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1，故Q＝183。
技 能 素 养
提升点一 中和热的测定
[例1] 某实验小组用50 mL 0.50 mol/L NaOH溶液和30 mL 0.50 mol/L硫酸溶液进行中和反应反应热的测定，实验数据如下表。
(1)请填写下表中的空白：
温度 实验次数 起始温度t1/℃ 终止温度 t2/℃ 温度差平均值(t2－t1)/℃
H2SO4 NaOH 平均值
1 26.2 26.0 26.1 30.1 ________
2 27.0 27.4 27.2 33.3
3 25.9 25.9 25.9 29.8
4 26.4 26.2 26.3 30.4
4.0
解析：(1)由表中四组数据第2组偏差较大，舍去，可求得t2－t1的平均值为4.0 ℃。
(2)近似认为0.50 mol/L NaOH溶液和0.50 mol/L硫酸溶液的密度都是1 g/cm3，中和后生成溶液的比热容c＝4.18 J/(g·℃)，则中和热ΔH＝___________(取小数点后一位)。
(3)上述实验数值结果与57.3 kJ/mol有偏差，产生偏差的原因可能是________(填字母)。
a．实验装置保温、隔热效果差
b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
－53.5 kJ/mol
acd
解析： (2)根据Q＝(m1＋m2)×c×(t2－t1)＝80× 4.18×4.0×10－3 kJ＝1.337 6 kJ。又因30 mL 0.50 mol/L硫酸溶液中含有0.03 mol的H＋，所以跟0.025 mol的OH－发生中和反应，生成0.025 mol的水，放出热量为Q，所以中和热ΔH＝＝－ kJ/mol＝－53.5 kJ/mol。(3)由于测得反应放出的热量明显小于57.3 kJ，故保温效果不好，a正确；量取NaOH溶液时，仰视NaOH溶液的体积增多，b不正确；分多次加入NaOH溶液也会使热量散失，要快速一次性加入液体，c正确；d项提前中和了一部分酸和碱，故使一部分热量散失，d正确。
状元随笔 数据处理中的取舍：过大或过小的数据为错误数据要舍弃。
中和热测定中产生误差的原因：
1．保温措施不好；
2．搅拌不充分；
3．所用酸碱浓度过大。
[提升1] 50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中放出的热量可计算中和反应的反应热。
请回答下列问题：
(1)从实验装置上看，图中缺少的一种玻璃
仪器是______________。
(2)外壳与内筒之间隔热层的目的是
_______________________。
(3)简易量热计如果不盖杯盖，所测得中和反应反应热数值的绝对值________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)
(4)实验中若改用60 mL 0.50 mol/L盐酸和50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量________(填“相等”或“不相等”)，所测得的中和反应反应热________(填“相等”或“不相等”)。
环形玻璃搅拌棒
减少实验过程中的热量损失
偏小
不相等
相等
解析：在测定中和反应反应热时，需使用环形玻璃搅拌棒搅拌，加快酸与碱的反应。实验中要尽可能减少热量损失，否则会使测得的中和反应反应热数值的绝对值偏小。实验中反应的酸和碱增多，放出的热量也增多，但测得的中和反应反应热不变，因为对于同一反应来说，中和反应反应热与所用酸、碱溶液的体积无关，根据公式|中和反应反
应热|＝ 可算出中和反应反应热。
状元随笔 中和热测定时，为了保证酸(或碱)完全反应，应加入过量的碱(或酸)；酸和碱的用量多少会影响产生的热量多少，但不会影响中和热，因为中和热是以生成1 mol H2O为标准。
[关键能力]
中和反应的实质是H＋和OH－结合生成水，因而理解中和热时要注意以下几点：
(1)条件 稀溶液，因浓酸和浓碱稀释时会放出热量。
(2)反应物 酸与碱(在中学化学中，只讨论强酸和强碱反应的中和热)。
(3)生成物及其物质的量 1 mol H2O(l)
(4)表述 用文字叙述中和热时，不带“－”；用ΔH表示时，带上“－”。如强酸与强碱反应的中和热为57.3 kJ·mol－1或ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
状元随笔 中和反应中的酸碱均为强酸和强碱，且反应的离子方程式可写作“H＋＋OH－===H2O”的形式才符合。
提升点二 反应热大小的比较
[例2] 下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH前者大于后者的是( )
①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1 C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH2
②S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH3 S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH4
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH5 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH6
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH7
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s) ΔH8
A．仅① B．仅④
C．仅②③④D．仅①②③
答案：C
解析：碳与氧气反应放热，即ΔH1<0，ΔH2<0，CO再与O2作用时又放热，所以ΔH1<ΔH2；等物质的量的固态硫变为气态硫蒸气时吸收热量，故在与O2作用产生同样的SO2时，气态硫放出的热量多，即ΔH3>ΔH4；发生同样的燃烧反应，物质的量越多，放出的热量越多，故ΔH5>ΔH6；碳酸钙分解吸收热量，ΔH7>0，CaO与H2O反应放出热量，ΔH8<0，ΔH7>ΔH8。
状元随笔 比较反应热大小的注意点
1．反应物和生成物的状态
2．ΔH的符号，不要只比较数值，还要考虑符号
3．参加反应的物质的量，量越多，对应的吸热或放热就越多
[提升2] 下列各选项中两个反应的反应热，其中ΔH1>ΔH2的是( )
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1；2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2
B．4P(g)＋5O2(g)===2P2O5(g) ΔH1；4P(s)＋5O2(g)===2P2O5(g) ΔH2
C．2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH1；2SO3(g) O2(g)＋2SO2(g) ΔH2
D.已知反应：C(金刚石，s)===C(石墨，s) ΔH<0。C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1；C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2
答案：A
解析：气态水转化为液态水放出热量，故|ΔH2|>|ΔH1|，且这两个反应均为放热反应，ΔH为负值，所以ΔH1>ΔH2，A项正确；气态P比固态P的能量高，气态P燃烧放出的热量更多，故|ΔH2|<|ΔH1|，且这两个反应均为放热反应，所以ΔH2>ΔH1，B项错误；第一个反应为放热反应，第二个反应为吸热反应，故ΔH2>ΔH1，C项错误；金刚石的能量高，燃烧放出的热量多，故|ΔH2|<|ΔH1|，且这两个反应均为放热反应，所以ΔH1<ΔH2，D项错误。
状元随笔
注意：比较两个热化学方程式中ΔH的大小时，比的是其代数值，要带符号进行比较；比较两个反应放出或吸收的热量多少时，比较的是其绝对值，去掉正、负号比较。
[关键能力]
比较ΔH要做到“五个注意”
在比较ΔH大小时，要包括所含的“＋”“－”。
1．注意不同反应的反应物和生成物的聚集状态是否相同。
2．注意不同热化学方程式中化学计量数不同对ΔH的影响。同一放热反应(吸热反应)，其他条件相同时，参与反应的反应物的物质的量越大，放出(吸收)的热量越多，ΔH的值越小(大)。
3．注意吸热反应的ΔH肯定比放热反应的大，吸热反应的ΔH>0，放热反应的ΔH<0。
4．注意物质的聚集状态
在同一反应中，反应物的聚集状态或生成物的聚集状态不同时，要
考虑A(g) A(l) A(s)，或者从同一物质三种的聚集状态的能量比较[E(g)>E(l)>E(s)]，可知反应热大小亦不相同。
如S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－a kJ·mol－1；
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－b kJ·mol－1
5．注意同素异形体
如C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－c kJ/mol；
C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－d kJ·mol－1
提升点三 盖斯定律的应用
[例3] 发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料和二氧化氮(NO2)作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。已知：
N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋67.7 kJ·mol－1 ①
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－543 kJ·mol－1 ②
H2(g)＋F2(g)===HF(g) ΔH＝－269 kJ·mol－1 ③
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242 kJ·mol－1 ④
(1)肼和二氧化氮反应的热化学方程式为________________________________________________________。
(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，反应释放的能量更大，试写出肼和氟气反应的热化学方程式：____________________________________________。
2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 153.7 kJ·mol－1
N2H4(g)＋2F2(g)===N2(g)＋4HF(g) ΔH＝－1 135 kJ ·mol－1
解析：(1)结合盖斯定律：②×2－①便得反应2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g)，其反应热ΔH＝(－543 kJ·mol－1)×2－(＋67.7 kJ·mol－1)＝－1 153.7 kJ·mol－1。
(2)结合盖斯定律知：②＋③×4－④×2得反应N2H4(g)＋2F2(g)===N2(g)＋4HF(g)，其反应热ΔH＝(－543 kJ·mol－1)＋(－269 kJ·mol－1)×4－(－242 kJ·mol－1)×2＝－1 135 kJ·mol－1。
状元随笔
将所给的热化学方程式通过适当加、减或各系数相应倍数变化后再相加、减的方法得到所求的热化学方程式，焓变也作相应的变化。
[提升3] 根据下列叙述，回答有关问题：
(1)如图所示是由SO2生成SO3的反应过程中能量变化示意图，该反应的热化学方程式为_______________________________________。
图中曲线b表示的是某条件下由SO2生成SO3反应过程中的能量变化，其所代表的热化学方程式与曲线a所代表的热化学方程式是否相同：________(填“是”或“否”)。
SO2(g)＋O2(g) SO3(g) ΔH＝－99 kJ·mol－1
是
解析：(1)由题图可知，该反应的热化学方程式为SO2(g)＋O2(g) SO3(g) ΔH＝－99 kJ·mol－1。根据盖斯定律可知两曲线所代表的热化学方程式相同。
(2)已知下列热化学反应方程式：
①Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)
ΔH1＝－25 kJ·mol－1
②3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g)
ΔH2＝－5 kJ·mol－1
③Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)
ΔH3＝＋19 kJ·mol－1
试写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学方程式：__________________________________________。
CO(g)＋FeO(s)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－18 kJ·mol－1
解析： (2)根据盖斯定律由(①×3－②－③×2)×可得CO(g)＋FeO(s)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝[ΔH1×3－(ΔH2＋ΔH3×2)]×＝－18 kJ·mol－1。
(3)断开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键需要的能量分别是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则1 mol N2完全反应生成NH3的反应热为____________，1 mol H2完全反应生成NH3所放出的热量为________(结果保留一位小数)。
－92 kJ·mol－1
30.7 kJ
解析： (3)由N2生成NH3的化学方程式为3H2＋N2 2NH3，1 mol N2完全反应生成NH3的反应热ΔH＝3×436 kJ·mol－1＋946 kJ·mol－1－2×3×391 kJ·mol－1＝－92 kJ·mol－1，1 mol H2完全反应生应NH3所放出的热量Q＝92 kJ÷3≈30.7 kJ。
状元随笔 该试题中涉及到三种常用的反应热的计算类型
1．反应物和生成物的能量变化图
2．盖斯定律计算
3．利用化学键键能计算
[关键能力]
1．应用盖斯定律计算反应热的两种方法：
(1)虚拟途径法
由A生成D可以有两个途径：①由A直接生成D，反应热为ΔH；②由A生成B，由B生成C，再由C生成D，每一步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则各反应热之间的关系如图所示。
(2)加和法
状元随笔
盖斯定律的核心是：化学反应的反应热只取决于反应的始态和终态，与具体反应途径无关。
2．应用盖斯定律计算ΔH的一般步骤
解题步骤 解题思路
第一步：观察 对比已知的反应与需要求ΔH的反应，找出需要消去的物质
第二步：思考 怎样消去这些物质，是相加还是相减或需要乘以某一个数后再相加减，此过程中要特别注意“剔除无关反应”
第三步：运算 将热化学方程式按第二步的思路进行运算，得出新的热化学方程式
第四步：计算 列出算式，代入数据计算
形成性自评
1．关于中和反应反应热的测定实验，下列说法正确的是( )
A．为了使反应进行得更完全，可以使酸或碱适当过量
B．为了使反应均匀进行，可以向酸(碱)溶液中分几次加入碱(酸)溶液
C．中和反应反应热的测定结果与所用酸(碱)的种类无关
D．测完酸溶液的温度后，未冲洗温度计并擦干就直接测碱溶液的温度，会使测得的反应热数值的绝对值偏大
解析：中和反应反应热测定实验中，为保证反应完全，可以使酸或碱适当过量，A项正确；分几次加入酸溶液或碱溶液，会导致部分热量散失，B项错误；中和反应反应热的测定结果与所用酸(碱)的种类有关，C项错误；测完酸溶液的温度计表面附着有酸，未冲洗温度计并擦干就直接测量碱溶液的温度，会导致测量的碱溶液温度偏高，从而使测得的温度差值偏小，测得的反应热数值的绝对值偏小，D项错误。
答案：A
2．某同学用50 mL 0.50 mol·L－1的盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1的NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应，通过测定反应过程中所放出的热量计算中和热。下列说法中正确的是( )
A．该实验过程中只需测三次温度
B．图中实验装置缺少玻璃搅拌器
C．烧杯间填满碎纸条的作用主要是固定小烧杯
D．若将盐酸的体积改为60 mL，理论上所求中
和热不相等
答案：B
解析：中和热实验应做三次平行实验，每次实验要测三次温度，故需要测 9次温度，A错误；根据题图可知，实验装置缺少玻璃搅拌器，B正确；烧杯间填满碎纸条的作用除固定小烧杯外，主要是保温，减少热量的损失，C错误；中和热是以生成1 mol H2O作为基准的，是固定值，若将盐酸的体积改为60 mL，生成水的量[n(H2O)]将增大，放出的热量(Q放)将增多，但所求中和热理论上不变，D错误。
3．工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸，副产品为氟化氢。已知在一定条件下：
①CaO(s)＋H2SO4(l)===CaSO4(s)＋H2O(l) ΔH＝a kJ·mol－1
②5CaO(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)===Ca5(PO4)3F(s)＋5H2O(l) ΔH＝b kJ·mol－1
则该条件下利用上述反应制取294 g磷酸时放出(或吸收)的热量(kJ)为( )
A．5a－b B．5a＋b
C．a－b D．a＋b
解析：分析题给两个热化学方程式，根据盖斯定律，由①×5－②可得Ca5(PO4)3F(s)＋5H2SO4(l)===5CaSO4(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)，则该反应的ΔH＝(5a－b) kJ·mol－1。294 g磷酸的物质的量为3 mol，故生成3 mol磷酸时放出(或吸收)的热量为(5a－b) kJ。
答案：A
4．已知下列热化学方程式：2Zn(s)＋O2(g)===2ZnO(s) ΔH1＝－702.2 kJ·mol－1；Hg(l)＋O2(g)===HgO(s) ΔH2＝－90.7 kJ·mol－1。由此可知Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l) ΔH3中ΔH3的值是( )
A．－260.4 kJ·mol－1 B．－254.6 kJ·mol－1
C．－438.9 kJ·mol－1 D．－441.8 kJ·mol－1
解析：将题给两个热化学方程式依次编号为①②，根据盖斯定律，由①×－②可得Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l)，则该反应的ΔH3＝(－702.2 kJ·mol－1)×－(－90.7 kJ·mol－1)＝－260.4 kJ·mol－1。
答案：A
5．键能是气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以用于计算化学反应的反应热。下表是一些化学键的键能：
根据键能数据计算每消耗1 mol CH4时，反应CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的热效应为( )
A.放热1 940 kJ B．吸热1 940 kJ
C.放热485 kJ D．吸热485 kJ
化学键 C—H C—F H—F F—F
键能/(kJ·mol－1) 414 489 565 155
解析：由题给信息可知，ΔH＝断裂化学键所吸收的总能量－形成化学键所释放的总能量＝4×414 kJ·mol－1＋4×155 kJ·mol－1－4×489 kJ·mol－1－4×565 kJ·mol－1＝－1 940 kJ·mol－1。
答案：A
6．已知：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1，实验室测得4 mol SO2发生上述化学反应时放出314.3 kJ热量，参加反应的SO2的物质的量为( )
A.1.6 mol B．2.0 mol
C.3.2 mol D．3.6 mol
解析：SO2 ～ 热量
2 mol 196.6 kJ
n(SO2) 314.3 kJ
解得参加反应的SO2为3.2 mol。
答案：C
7．用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出废旧印刷电路板上的铜。已知：
Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)ΔH＝＋64.39 kJ·mol－1
2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g) ΔH＝－196.46 kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.84 kJ·mol－1
在H2SO4溶液中，Cu与H2O2反应生成Cu2＋(aq)和H2O(l)的反应热ΔH等于( )
A.－417.91 kJ·mol－1 B．－319.68 kJ·mol－1
C.＋546.69 kJ·mol－1 D．－448.46 kJ·mol－1
解析：将已知反应从上到下依次标记为①②③，则①＋②×＋③得Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2H2O(l) ΔH＝－319.68 kJ·mol－1。
答案：B
8．“高铁、扫码支付、共享单车和网购”被称作中国的“新四大发明”。古代的四大发明分别是造纸术、印刷术、指南针、火药。
黑火药爆炸的热化学方程式为
S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g) ΔH＝x kJ·mol－1
已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1
S(s)＋2K(s)===K2S(s) ΔH2＝b kJ·mol－1
2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)ΔH3＝c kJ·mol－1
则x为( )
A.3a＋b－c B．c－3a－b
C.a＋b－c D．c－a－b
答案：A
9．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收热量495 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量为( )
A.920 kJ B．557 kJ
C.436.5 kJ D．188 kJ
答案：C
10．(1)下列三个反应在某密闭容器中进行：
反应①：Fe(s)＋CO2(g)===FeO(s)＋CO(g)ΔH1＝a kJ·mol－1
反应②：2CO(g)＋O2(g)===2CO2 (g)ΔH2＝b kJ·mol－1
反应③：2Fe(s)＋O2(g)===2FeO(s) ΔH3＝________ kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。
(2)焦炭与CO、CO2、H2均是重要的化工原料，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.58 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.19 kJ·mol－1
反应Ⅲ：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH3
则反应Ⅲ的ΔH3＝________ kJ·mol－1。
2a＋b
－90.77
解析：(1)分析反应①和②，根据盖斯定律，由①×2＋②可得2Fe(s)＋O2(g)===2FeO(s)，则有ΔH3＝2ΔH1＋ΔH2＝2a kJ·mol－1＋b kJ·mol－1＝(2a＋b) kJ·mol－1。
(2)分析反应Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ，根据盖斯定律，由反应Ⅰ－Ⅱ可得CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)，则有ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝(－49.58 kJ·mol－1)－(＋41.19 kJ·mol－1)＝－90.77 kJ·mol－1。
(3)一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定下来，但产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，相关的热化学方程式如下：
①CaSO4(s)＋CO(g) CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH1＝＋210.5 kJ·mol－1
②CaSO4(s)＋CO(g) CaS(s)＋CO2(g)ΔH2＝－47.3 kJ·mol－1
反应：CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g) CaS(s)＋3CO2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
(4)已知：Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g)ΔH1＝＋1 344.1 kJ·mol－1
2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g)ΔH2＝＋1 169.2 kJ·mol－1
由于Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3和CO的热化学方程式为___________________________________________________________。
－399.7
Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g) ΔH＝＋174.9 kJ·mol－1
解析：(3)根据盖斯定律，由②×4－①可得CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g) CaS(s)＋3CO2(g)，则有ΔH＝4ΔH2－ΔH1＝(－47.3 kJ·mol－1)×4－(＋210.5 kJ·mol－1)＝－399.7 kJ·mol－1。
(4)根据盖斯定律，将第一个反应减去第二个反应可得该热化学反应方程式。
11．利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸的温度，然后把温度计上的酸用水冲洗干净；②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。
回答下列问题：
(1)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________(填字母)。
A.用温度计小心搅拌
B.揭开硬纸片用玻璃棒搅拌
C.轻轻地振荡烧杯
D.用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
D
解析：(1)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作：用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动。
(2)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1。为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：
依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝____________(结果保留一位小数)。
(3)________(填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是_______________________________________________________。
实验 序号 起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃
盐酸 氢氧化钠溶液 混合溶液
1 20.0 20.1 23.2
2 20.2 20.4 23.4
3 20.5 20.6 23.6
－51.8 kJ·mol－1
不能
H2SO4与Ba(OH)2反应时生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的中和热
解析：(2)取三次实验的平均值代入公式计算即可。
即：t1＝
＝20.3℃
t2＝ ＝23.4℃
所以ΔH＝
－
≈－51.8 kJ·mol－1
(3)因为硫酸与Ba(OH)2溶液反应时生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应热，故不能用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸。
练后感悟
反应热的计算方法
计算依据 计算方法
热化学方程式 热化学方程式可以移项同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数
盖斯定律 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ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式
中和热 中和反应放出的热量＝n(H2O)×|ΔH|
化学键的变化 ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量之和－生成物的化学键形成所放出的能量之和
反应物和生成物的总能量 ΔH＝E(生成物)－E(反应物)(共48张PPT)
第1课时 化学反应的焓变 热化学方程式
课程目标
1．了解反应热、吸热反应、放热反应等概念。
2．了解反应热与焓变的含义。
3．认识热化学方程式的含义并能正确书写热化学方程式。
图说考点
基 础 知 识
[新知预习]
1．焓变与反应热
(1)焓与焓变
①焓(H)：与________有关的物理量。
②焓变(ΔH)：生成物与反应物的________差，决定了某一化学反应是吸热反应还是放热反应。常用单位是__________(或________)。
(2)反应热
①定义：化学反应过程中所____________的能量。
②与焓变的关系：恒压条件下的反应热等于焓变，单位是________。
内能
焓值
kJ/mol
kJ·mol－1
吸收或放出
kJ·mol－1
(3)ΔH与吸热反应、放热反应的关系
①表示方法：
②实例：1 mol H2与0.5 mol O2完全反应生成1 mol液态水时放出285.8 kJ的热量，则该反应的焓变ΔH＝_____________________。
－
<
＋
>
－285.8 kJ·mol－1
2．化学反应中能量变化的原因：
(1)微观角度
①化学反应的本质
________能量E1
↑
反应物 生成物
↓
________能量E2
②化学键变化与反应热的关系
若E1>E2，反应吸收能量，ΔH>0，为________反应；若E1吸收
放出
吸热
放热
(2)宏观角度
从物质内能上分析，如果________所具有的总能量大于________所具有的总能量，反应物转化为生成物时________能量，这就是________反应。反之，则为________反应。
反应物
生成物
放出
放热
吸热
3．热化学方程式
(1)定义：表明反应所____________的热量的化学方程式。
(2)意义：热化学方程式既表明了化学反应中的________变化，也表明了化学反应中的________变化。例如H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示在25 ℃、101 kPa时，________H2与________O2完全反应生成________水时________的热量是285.8 kJ。
释放或吸收
物质
能量
1 mol
mol
液态
放出
(3)热化学方程式书写三步骤：
——写出配平的化学方程式
——注明物质的________状态
——计算出ΔH的数值，并写出________
聚集
单位及符号
(4)书写原则：
①热化学方程式的化学计量数只表示____________，不表示____________，可以用整数也可以用________。
②必须注明物质的________、ΔH的“________”和________。
③对于相同反应，ΔH的数值必须与____________对应。
物质的量
分子个数
分数
聚集状态
＋、－
单位
化学计量数
[即时性自测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)所有的化学反应都伴有能量的变化，伴有能量变化的一定是化学反应。( )
(2)反应热是指1 mol物质参加反应时的能量变化。( )
(3)加热条件下发生的反应均为吸热反应。( )
(4)在一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”。( )
(5)放热反应的ΔH＜0；而吸热反应的ΔH＞0。( )
×
×
×
√
√
(6)热化学方程式中，化学计量数只代表物质的量，不代表分子数。( )
(7)反应条件(点燃或加热)对反应热有影响，所以热化学方程式必须注明反应条件。( )
(8)比较ΔH大小，只需比较数值，不用考虑正负号。( )
(9)3H2(g)＋N2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1表示3 mol H2和1 mol N2混合后，在一定条件下反应就可放出92.4 kJ的热量。( )
√
×
×
×
2．下列反应中，生成物总能量大于反应物总能量的是( )
A．氢气在氧气中燃烧 B．铁丝在氧气中燃烧
C．石灰石烧制石灰 D．在生石灰中加水
答案：C
3．由图分析，下列说法正确的是( )
A．A→B＋C和B＋C→A两个反应吸收或放出的能量不等
B．A→B＋C ΔH<0
C．A具有的焓高于B和C具有的焓的总和
D．A→B＋C ΔH>0，则B＋C→A ΔH<0
解析：由图可看出，B和C的焓之和高于A的焓，则反应B＋C→A一定是放热反应，ΔH<0；反之，A→B＋C的反应一定是吸热反应。根据能量守恒定律，两反应吸收和放出的能量一定相等。
答案：D
4．N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)时，放出133.5 kJ热量。则下列热化学方程式正确的是( )
A．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋H2O(g) ΔH＝＋267 kJ·mol－1
B．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534 kJ·mol－1
C. N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝＋534 kJ·mol－1
D．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－133.5 kJ·mol－1
解析：该反应为放热反应，A、C项错误；0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)时放出133.5 kJ热量，则1 mol N2H4(g)完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)时放出的热量为534 kJ，B项正确，D项错误。
答案：B
5．依据实验数据，写出下列反应的热化学方程式：
(1)1 mol C2H4(g)与适量O2(g)反应，生成CO2(g)和液态水，放出1 411 kJ热量：__________________________________________________。
(2)1 mol CaCO3(s)在高温下完全反应，生成CaO(s)和CO2(g)，吸收178.2 kJ热量：____________________________________________。
(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应，生成Al2O3(s)，放出1 669.8 kJ热量：____________________________________________________。
(4)18 g葡萄糖固体与适量O2(g)反应，生成CO2(g)和H2O(l)，放出280.4 kJ热量：______________________________________________。
C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－1 411 kJ·mol－1
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.2 kJ·mol－1
2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s) ΔH＝－1 669.8 kJ·mol－1
C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－2 804 kJ·mol－1
技 能 素 养
提升点一 理解焓变、反应热的“两个角度”
[例1] 已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示，判断下列叙述中正确的是( )
A．每生成2分子AB吸收b kJ热量
B．该反应的反应热ΔH＝＋(a－b) kJ/mol
C．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量
D．断裂1 mol A—A和1 mol B—B键，放出a kJ能量
状元随笔 化学键断裂吸收能量，形成化学键释放能量。
解析：观察题给图像可以得到，上述反应的反应物总能量低于生成物总能量，为吸热反应，其中反应热ΔH＝＋(a－b) kJ/mol。化学反应过程中，化学键断裂为吸热过程，化学键形成为放热过程。
答案：B
[提升1] 如图所示，有关化学反应和能量变化的说法不正确的是( )
A.图a表示的是放热反应的能量变化
B．图b表示反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形成释放的总能量
C．图b可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化
D．图a表示的反应不需要加热就一定能发生，图b表示的反应一定需要加热才能发生
状元随笔 一个化学反应是吸热反应还是放热反应与条件无关。
答案：D
解析：图a中反应物总能量大于生成物总能量，表示的是放热反应，A项正确；图b表示的是吸热反应，故反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形成释放的总能量，B项正确；氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应是吸热反应，C项正确；放热反应、吸热反应与反应是否需要加热无关，D项错误。
[关键能力]
解答有关化学反应能量变化图像题目的思维流程如下：
状元随笔 ΔH的两种计算方法
ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量
ΔH＝断键吸收的总能量－成键释放的总能量
提升点二 吸热反应与放热反应的比较
[例2] 下列说法正确的是( )
①需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 ②放热反应在常温下一定很易发生 ③反应是吸热还是放热可以比较反应物和生成物所具有总能量的大小 ④生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量的反应为放热反应
A．①② B．②③
C．①④ D．③④
状元随笔 加热、光照等仅是引发反应进行的条件，与反应吸热、放热无关
解析：反应是吸热还是放热主要取决于所有的反应物和生成物总能量的相对大小。放热反应和吸热反应在一定条件下都能发生。反应开始需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。例如C＋O2 CO2的反应为放热反应，但反应开始也需加热，需要向反应体系先提供一定的能量。
答案：D
[提升2] 下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( )
A．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl相混
B．乙醇的燃烧
C．铝粉与氧化铁粉末反应
D．醋酸与氨水反应
状元随笔 熟知常见的吸热反应和放热反应类型
解析：生成物总能量高于反应物总能量，则该反应是吸热反应。常见的吸热反应有水煤气的制取、大多数的分解反应、C与CO2的反应等。
答案：A
[关键能力]
常见的放热反应和吸热反应
(1)常见的放热反应有：
①活泼金属与H2O或酸的反应，如
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑；
②酸碱中和反应，如
2KOH＋H2SO4===K2SO4＋2H2O；
③燃烧反应，如2CO＋O2 2CO2；
④多数化合反应，如
Na2O＋H2O===2NaOH，
CaO＋H2O===Ca(OH)2；
⑤铝热反应，如2Al＋Fe2O3 Al2O3＋2Fe。
(2)常见的吸热反应有：
①多数分解反应，如CaCO3 CaO＋CO2↑；
②2NH4Cl＋Ba(OH)2·8H2O===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O；
③C＋H2O(g) CO＋H2；
④CO2＋C 2CO。
状元随笔 理解误区：
1．吸热(放热)反应和吸热(放热)过程不同，如浓H2SO4稀释为放热过程。
2．与反应条件无关，加热的反应不一定是吸热反应。
提升点三 热化学方程式的书写
[例3] 在常温常压下，1 g H2在足量Cl2中燃烧生成HCl气体，放出92.3 kJ的热量。下列热化学方程式中正确的是( )
A.H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－92.3 kJ·mol
B．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝＋92.3 kJ·mol－1
C．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝＋184.6 kJ·mol－1
D．2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g) ΔH＝＋184.6 kJ·mol－1
解析：H2在Cl2中燃烧生成HCl气体，1 g H2燃烧放出92.3 kJ的热量，则1 mol(2 g)H2燃烧放出184.6 kJ的热量，化学反应放出热量，ΔH为“－”。则H2在Cl2中燃烧生成HCl气体的热化学方程式为H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ·mol－1。一个放热反应的逆反应是吸热反应，并且在其他条件相同时，ΔH是原ΔH的相反数。则该题的四个选项中只有D是正确的。
答案：D
状元随笔 “五看”法判断热化学方程式的正误
一看方程式是否配平
二看各物质的聚集状态是否正确
三看ΔH的“＋”“－”符号是否正确
四看反应热的单位是否为“kJ·mol－1”
五看反应热的数值与化学计量数是否对应
[提升3] (1)氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气，放出241.8 kJ热量(25 ℃、101 kPa下测得)
写出该反应的热化学方程式：________________________________
__________________________________________________。
(2)0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧，生成固态的三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ热量，其热化学方程式为___________________________________________________。
(3)已知：H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44 kJ·mol－1，则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是________kJ。
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ/mol
(或2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ/mol)
B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l) ΔH＝－2 165 kJ·mol－1
1 016.5
解析：由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放出241.8 kJ热量(25 ℃、101 kPa下测得)，推知氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气，反应的热化学方程式为：
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ/mol。
状元随笔 书写的“三步骤”
①写出配平的化学方程式
②注明物质的聚集状态
③写出ΔH的数值、单位、及正负
[关键能力]
书写热化学方程式时应注意的问题
①热化学方程式的基础是化学方程式，因此必须遵循化学方程式的要求，如原子守恒、元素守恒等。
②要在物质的化学式后用括号注明反应物和生成物的聚集状态。一般用英文字母g、l和s分别表示物质的气态、液态和固态，水溶液中的溶质则用aq表示。热化学方程式一般不写反应条件。
③要在化学方程式的右边标出焓变(ΔH)。放热反应，ΔH为“－”；吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位是kJ/mol(或kJ·mol－1)。方程式与ΔH应用空格隔开。
④由于ΔH与测定条件有关，因此应在ΔH后注明反应温度和压强。在25 ℃、101 kPa下进行的反应，可不注明。
⑤热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子数或原子数，因此化学计量数可以是整数，也可以是分数，一般不用小数。
形成性自评
形成性自评
1．下列关于反应热和焓变的理解正确的是( )
A．任何条件下，化学反应的焓变都等于反应热
B．放热反应的ΔH>0，吸热反应的ΔH＜0
C．所有化学反应的反应热都可以通过实验直接测量
D．反应产物的总焓大于反应物的总焓时，ΔH＞0
解析：只有在恒压条件下发生的化学反应，反应热才等于焓变，A项错误；放热反应的ΔH＜0，吸热反应的ΔH＞0，B项错误；有些化学反应的反应热与焓变不能通过实验直接测量，C项错误；反应产物的总焓大于反应物的总焓时，说明反应吸热，ΔH＞0，D项正确。
答案：D
2．下列反应中，生成物的总焓大于反应物的总焓的是( )
A．氢气在氧气中燃烧
B．铁丝在氧气中燃烧
C．硫在氧气中燃烧
D．焦炭在高温下与水蒸气反应
解析：生成物的总焓大于反应物的总焓表示该反应吸热，燃烧反应都属于放热反应。氢气在氧气中燃烧、铁丝在氧气中燃烧、硫在氧气中燃烧均属于放热反应，A、B、C错误；焦炭在高温下与水蒸气的反应属于吸热反应，D正确。
答案：D
3．下列过程中，需要吸收能量的是( )
A．H＋H===H2 B．H＋Cl===HCl
C．I2―→I＋I D．CH4＋2O2===CO2＋2H2O
解析：形成化学键放热，故A、B错误；断裂化学键吸收能量，故C正确；燃烧反应放出能量，D错误。
答案：C
4．下列图示变化为吸热反应的是( )
答案：A
解析：A项中的图像表示生成物的能量比反应物的能量高，故为吸热反应；B项中的图像表示反应物比生成物的能量高，故为放热反应；稀释浓硫酸放热，且没有发生化学变化；盐酸与NaOH反应是放热反应。
5．化学反应N2＋3H2===2NH3的能量变化如下图所示，该反应的热化学方程式是( )
A．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(l)
ΔH＝2(a－b－c) kJ·mol－1
B．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)
ΔH＝2(b－a) kJ·mol－1
C．N2(g)＋H2(g)===NH3(l)
ΔH＝(b＋c－a) kJ·mol－1
D．N2(g)＋H2(g)===NH3(g)
ΔH＝(a＋b) kJ·mol－1
答案：A
6．肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同，200 ℃时，在Cu表面分解的机理如图甲。已知200 ℃时，反应Ⅰ：3N2H4(g)===N2(g)＋4NH3(g) ΔH1＝－32.9 kJ·mol－1；反应Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)===2NH3(g) ΔH2＝－41.8 kJ·mol－1，下列说法不正确的是( )
A．图甲所示过程①②都是放热反应
B．反应Ⅱ的能量变化如图乙所示
C．断开3 mol N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 mol N2(g)和4 mol NH3(g)中的化学键释放的能量
D．200 ℃时，肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g) ΔH＝＋50.7 kJ·mol－1
答案：A
解析：本题考查肼在不同条件下分解的能量变化。题图甲所示过程①为反应Ⅰ，是放热反应，过程②为氨气分解生成氮气和氢气，由Ⅰ－3×Ⅱ可得2NH3(g) N2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋92.5 kJ·mol－1，则过程②为吸热反应，A错误；反应Ⅱ为放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，题图乙符合，B正确；反应Ⅰ为放热反应，则断开3 mol N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 mol N2(g)和4 mol NH3(g)中的化学键释放的能量，C正确；由Ⅰ－2×Ⅱ可得到200 ℃时肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g) ΔH＝＋50.7 kJ·mol－1，D正确。
7．写出下列反应的热化学方程式：
(1)1 mol C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出1 366.8 kJ热量：____________________________________________________。
(2)1 mol C(石墨)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3 kJ热量：____________________________________________________。
(3)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出22.67 kJ的热量：____________________________________________________。
C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 366.8 kJ·mol－1
C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1
NH3(g)＋O2(g)===NO(g)＋H2O(g) ΔH＝－226.7 kJ·mol－1
解析：(1)C2H5OH燃烧的化学方程式为C2H5OH＋3O2 2CO2＋3H2O，那么，相应的热化学方程式为C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 366.8 kJ·mol－1。
(2)1 mol C(石墨)与H2O(g)完全反应吸收131.3 kJ热量，则相应的热化学方程式C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1。
(3)1.7 g NH3的物质的量为0.1 mol，则1 mol NH3完全反应放出的热量为226.7 kJ。那么相应的热化学方程式为NH3(g)＋O2(g)===NO(g)＋H2O(g) ΔH＝－226.7 kJ·mol－1。
8．我国成功发射的“天宫一号”飞行器的外壳覆盖了一种新型结构陶瓷材料，其主要成分是氮化硅，该陶瓷材料可由石英固体与焦炭颗粒在高温的氮气流中通过如下反应制得：
3SiO2＋6C＋2N2 Si3N4＋6CO
该反应变化过程中的能量变化如图所示。回答以下问题。
(1)上述反应中的还原剂是________，还原产物是________。
(2)该反应________(填“吸热”或“放热”)，反应热ΔH______0(填“＞”“＜”或“＝”)。
C
Si3N4
放热
＜
解析：(1)3SiO2＋6C＋2N2 Si3N4＋6CO，反应中碳元素的化合价由0价升高到＋2价，氮元素的化合价由0价降低到－3价。故反应中的还原剂是C，还原产物为Si3N4。(2)该反应过程中，反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，ΔH＜0。
练后感悟
1．断键吸收能量，成键释放能量。
2．放热(吸热)反应与放热(吸热)过程有区别：放热(吸热)反应一定有放热(吸热)过程，但放热(吸热)过程不一定有放热(吸热)反应。
