《新学案》2015年春高中化学苏教版选修四课堂导入+重难点突破+复习检测：专题一 化学反应与能量变化（含解析）
文档属性
| 名称 | 《新学案》2015年春高中化学苏教版选修四课堂导入+重难点突破+复习检测：专题一 化学反应与能量变化（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2015-03-21 12:37:05 | ||
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文档简介
专
题
1
化学反应与能量变化
第一单元 化学反应中的热效应
第一课时 化学反应的焓变(1)
课堂导学
新课引入
我们已初步学习了化学能与热能的知识,对于 ( http: / / www.21cnjy.com )化学键与化学反应中能量变化的关系、化学能与热能的相互转化有了一定的认识。本节课我们将进一步了解反应热与焓变的涵义,理解化学能与热能转化的意义。
目标导学(见学生用书第2页)
焓变ΔH的正负与放热反应、吸热反应的关系
1. 放热反应:反应完成时,生成物释放的总 ( http: / / www.21cnjy.com )能量大于反应物吸收的总能量的反应。由于反应后放出热量(释放给环境)能使反应体系的能量降低,故ΔH<0,即ΔH为负值。
2. 吸热反应:反应完成时,生成物释放的总 ( http: / / www.21cnjy.com )能量小于反应物吸收的总能量的反应。由于反应时吸收环境能量而使反应体系的能量升高,故ΔH>0,即ΔH为正值。
例题1 比较下列反应的反应热大小,用“>”或“<”填空。
①CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ΔH1
CaO(s)+H2O(l)Ca(OH)2(aq) ΔH2
ΔH1 ΔH2
②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH3
C(s)+O2(g)CO(g) ΔH4
ΔH3 ΔH4
③H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH5
H2(g)+Cl2(g)HCl(g) ΔH6
ΔH5 ΔH6
④C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH7
C(s)+CO2(g)CO(g) ΔH8
ΔH7 ΔH8
⑤S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH9
S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH10
ΔH9 ΔH10
⑥2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH11
2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH12
ΔH11 ΔH12
解析 ①吸热反应的ΔH>0,放热反应的ΔH<0,所以ΔH1>ΔH2。
②完全燃烧比不完全燃烧放出的热量多,ΔH3<ΔH4。
③对于放热反应,参加反应的物质越多,放出的热量越多,ΔH5<ΔH6。
④对于吸热反应,参加反应的物质越多,吸收的热量越多,ΔH7>ΔH8。
⑤同一反应,反应物状态不同 ( http: / / www.21cnjy.com )。因为S(s)→S(g)要吸热,|ΔH9|<|ΔH10|,又因为反应放热,ΔH9、ΔH10均小于0,所以,ΔH9>ΔH10。
⑥同一反应,生成物状态不同。H2O(g ( http: / / www.21cnjy.com ))→H2O(l)要放热,|ΔH11|>|ΔH12|,又因为反应放热,ΔH11、ΔH12均小于0,所以,ΔH11<ΔH12。
答案 ①> ②< ③< ④> ⑤> ⑥<
焓变ΔH的计算
焓变ΔH的计算一般有如下三种方法: ( http: / / www.21cnjy.com )(1) ΔH=吸收的总能量-释放的总能量;(2) ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量;(3) ΔH=反应物中化学键断裂吸收的能量之和-生成物中化学键生成放出的能量之和。
例题2 通常把拆开1 mol某化学 ( http: / / www.21cnjy.com )键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可用于估算化学反应的反应热(ΔH),化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据,供计算使用。
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/kJ·
mol-1
460
360
436
431
176
347
工业上的高纯硅可通过下列反应制取:SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g),该反应的反应热(ΔH)为 。
解析 SiCl4、H2和HCl分子中共价键的 ( http: / / www.21cnjy.com )数目容易计算,而产物硅属于原子晶体,可根据原子晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。1 mol晶体硅中所含的Si—Si键为2 mol,即制取高纯硅反应的反应热ΔH=4×360 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-(2×176 kJ·mol-1+4×431 kJ·mol-1)=+236 kJ·mol-1。
答案 +236 kJ·mol-1
反应热的图像
1. 放热反应和吸热反应
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 反应热的本质
( http: / / www.21cnjy.com )
例如:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)
ΔH=-186 kJ·mol-1
E1:E(H—H)+E(Cl—Cl)
E2:2E(H—Cl)
ΔH=E1-E2
例题3 由右图分析,下列有关叙述正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. AB+C和B+CA两个反应吸收或放出的能量不相等
B. AB+C是放热反应
C. A具有的能量高于B和C具有的能量总和
D. AB+C是吸热反应,则B+CA必然是放热反应
解析 由图可知,B+C的能量高于A的能量,则反应B+CA一定是放热反应;反之,AB+C是吸热反应。根据能量守恒定律,两反应的反应热在数值上相等,符号相反。
答案 D
备讲例题
1. 在同温同压下,下列各组热化学方程式中,ΔH1>ΔH2的是 ( )
A. 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH1
2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH2
B. S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH1
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH2
C. C(s)+O2(g)CO(g) ΔH1
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2
D. H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH1
H2(g)+Cl2(g)HCl(g) ΔH2
解析 A项,H2O(g)H2O(l)需放热,故ΔH1<ΔH2;B项,反应物S(s)S(g)需吸热,故ΔH1<ΔH2;C项,CO(g)+O2(g)CO2(g)的反应放热,故ΔH1>ΔH2;D项,后一反应的化学计量数为前一反应对应物质的一半,故ΔH1<ΔH2。
答案 C
课堂评价(见学生用书第2~3页)
1. 下列反应属于吸热反应的是 ( )
A. 碳酸钙受热分解
B. 汽油燃烧
C. 铝粉与氧化铁粉末反应
D. 氧化钙溶于水
解析 A项正确;燃烧、铝热反应、碱性氧化物溶于水都是放热反应。
答案 A
2. 下列叙述正确的是 ( )
A. 化学反应中的能量变化,都表现为热量的变化
B. 需要加热才能发生的反应,一定是吸收能量的反应
C. 释放能量的反应在常温下一定很容易发生
D. 是吸收能量的反应还是释放能量的反应,必须看反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小
解析 化学反应中的能量变化 ( http: / / www.21cnjy.com ),不仅仅表现为热量的变化,如转化为光能,A项错;吸热反应还是放热反应取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小,与反应的条件无关,B项错、D项正确;碳燃烧是放热反应,但常温下不反应,C项错。
答案 D
3. 化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6分子结构如下图所示,现提供以下化学键的键能(kJ· mol-1):P—P:198 kJ· mol-1、P—O:360 kJ· mol-1、OO:498 kJ· mol-1 ,则反应P4(白磷)+3O2P4O6的反应热ΔH为 ( )
( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com )
A. -1 638 kJ· mol-1 B. +1 638 kJ· mol-1
C. -126 kJ· mol-1 D. +126 kJ· mol-1
解析 反应热(ΔH)=反应物键能总和-生成物键能总和,由化学方程式P4(白磷)+3O2P4O6 可知:
ΔH=(198×6+3×498)kJ·mol-1-(12×360)kJ·mol-1=-1 638 kJ· mol-1。
答案 A
4. 已知破坏1 mo ( http: / / www.21cnjy.com )l N≡N键、H—H键和N—H键分别需吸收的能量为946 kJ、436 kJ、391 kJ。计算1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全转化为NH3(g)时反应热的理论值。
解析 N2(g)与H2(g)反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH,使1 mol N≡N键断裂吸收946 kJ的能量,使3 mol H—H键断裂需吸收436 kJ·mol-1×3 mol=1 308 kJ的能量,因此使1 mol N2(g)和3 mol H2(g)中的化学键断裂共需吸收的能量为946 kJ+1 308 kJ=2 254 kJ。而2 mol NH3(g)中含6 mol N—H键,形成6 mol N—H键时放出的能量为391 kJ·mol-1×6 mol=2 346 kJ。反应热=断裂反应物的化学键时所吸收的总能量(2 254 kJ)-形成生成物时所释放的总能量(2 346 kJ),即放出了92 kJ的能量,即ΔH=-92 kJ·mol-1。
答案 ΔH=-92 kJ·mol-1
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第1~2页中的练习。
第二课时 化学反应的焓变(2)
课堂导学
新课引入
上一节课我们了解了反应的焓变,本节课我们具体地研究不同化学反应的焓变大小,并利用热化学方程式理解化学能转化为热能的意义。
目标导学(见学生用书第4页)
化学方程式与热化学方程式的比较
化学方程式
热化学方程式
是否配平
需要
需要
反应条件
需写明
不需要写明
反应物和生
成物的状态
不需要标出
需要标出
化学计量数
表达的意义
可以表示分子个数或物质的量,不能用小数或分数表示
只表示物质的量,可以用分数或小数表示
是否表示出
热量关系
不需要
要表示出热效应,并表示出放热或吸热
例题1 下列所表示的热化学方程式正确的是( )
A. 2Zn+O22ZnO
B. 2Zn+O22ZnO
ΔH=-701.0 kJ·mol-1
C. 2Zn(s)+O2(g)2ZnO(s)
ΔH=-701.0 kJ·mol-1
D. 2Zn(s)+O2(g)2ZnO(s)
ΔH=+701.0 kJ·mol-1
解析 A项,只是一个化学方程式;B项,未标出物质的聚集状态;D项,此化合反应是一个放热反应,故不正确。
答案 C
热化学方程式的书写与正误判断
热化学方程式的书写主要有“五看”:(1 ( http: / / www.21cnjy.com )) 看热化学方程式是否配平;(2) 看各物质的聚集状态有没有标出,且是否正确;(3) 看焓变ΔH的“+”、“-”是否正确;(4) 看反应热的单位是否为kJ·mol-1;(5) 看反应热的数值与化学计量数是否对应。
例题2 火箭推进器中盛有液态肼(N2H ( http: / / www.21cnjy.com )4)和液态双氧水,当它们混合时,立即产生氮气和水蒸气,并放出大量的热。已知6.4 g液态肼与足量的液态双氧水反应生成氮气和水蒸气时,放出128.326 kJ的热量。下列热化学方程式正确的是( )
A. N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=+128.326 kJ·mol-1
B. N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-128.326 kJ·mol-1
C. N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-641.63 kJ·mol-1
D. N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-256.625 kJ·mol-1
解析 放热反应ΔH<0,A项错;B项6.4 g液态肼不是1 mol;D项ΔH数值计算错误。
答案 C
热化学方程式的计算
热化学方程式的计算与化学方程式的计算类似,按照热化学方程式中的计量数与焓变之间的对应关系即可以计算。
例题3 用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。反应A:4HCl+O22Cl2+2H2O。
已知:Ⅰ.反应A中,4 mol HCl被氧化,放出115.6 kJ的热量。
Ⅱ. ( http: / / www.21cnjy.com )
(1) 反应A的热化学方程式是 。
(2) 断开1 mol H—O键与 ( http: / / www.21cnjy.com )断开1 mol H—Cl 键所需能量相差约为 kJ,H2O中H—O键比HCl中H—Cl键 (填“强”或“弱”)。
解析 根据Ⅰ就可以写出相应的热化学方程式 ( http: / / www.21cnjy.com )。ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和,设H—Cl键的键能是x,H—O键的键能是y,ΔH=-115.6 kJ·mol-1=4x+498 kJ·mol-1-2×243 kJ·mol-1-4y,解得y-x=31.9 kJ·mol-1。
答案 (1) 4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-115.6 kJ·mol-1 (2) 31.9 强
备讲例题
1. 已知在1×105 Pa、29 ( http: / / www.21cnjy.com )8 K条件下,1 mol葡萄糖完全燃烧生成二氧化碳气体和水蒸气放出2 800 kJ的热量,下列热化学方程式正确的是 ( )
A. C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(g)
ΔH=-2 800 kJ·mol-1
B. C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)
ΔH=-2 800 kJ·mol-1
C. C6H12O6(s)+3O2(g)3CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=-2 800 kJ·mol-1
D. C6H12O6(s)+3O2(g)3CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=+1 400 kJ·mol-1
解析 A项,正确;B项,生成的水是气态,不是液态;C项,1 mol葡萄糖燃烧放热是2 800 kJ;D项,燃烧是放热反应,不是吸热反应。
答案 A
课堂评价(见学生用书第4~5页)
1. 对热化学方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1最准确的理解是 ( )
A. 碳和水反应吸收131.3 kJ热量
B. 1 mol碳和1 mol水反应生成一氧化碳和氢气,同时放出131.3 kJ热量
C. 1 mol碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol CO和1 mol H2,同时吸收131.3 kJ热量
D. 1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.1 kJ
解析 热化学方程式的系数表示物质的量,故A、D项错误;B项的说法不准确,未强调“水蒸气”,且应为吸收热量。
答案 C
2. 已知燃烧7.8 g乙炔气体生成 ( http: / / www.21cnjy.com )二氧化碳气体和液态水时,放出389.9 kJ热量,则下列有关乙炔气体燃烧的热化学方程式正确的是 ( )
A. 2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-389.9 kJ·mol-1
B. 2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-2 599.2 kJ·mol-1
C. C2H2(g)+2.5O2(g)2CO2(g)+ H2O(l)
ΔH=-1 299.6 kJ·mol-1
D. 2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-1 299.6 kJ·mol-1
解析 题目中要求生成液态水,B ( http: / / www.21cnjy.com )项错;7.8 g乙炔气体即0.3 mol,燃烧生成CO2气体和液态H2O时,放出389.9 kJ热量,即1 mol 乙炔气体燃烧生成 CO2气体和液态 H2O时,放出1 299.6 kJ热量,C项正确。
答案 C
3. 沼气是一种能源,它的主要成分是 ( http: / / www.21cnjy.com )CH4。0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时,放出445 kJ热量,则下列热化学方程式中正确的是 ( )
A. 2CH4(g)+4O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=+890 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. CH4(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(l)
ΔH=-890 kJ·mol-1
解析 0.5 mol CH4完全燃烧生成C ( http: / / www.21cnjy.com )O2气体和液态H2O时,放出445 kJ热量,即1 mol CH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时,放出890 kJ热量。根据书写热化学方程式的原则,要注明物质的聚集状态、标出反应的热效应,只有C项正确。
答案 C
4. 根据热化学方程式:S(l)+O2(g)SO2(g) ΔH=-293.23 kJ·mol-1,分析下列说法正确的是 ( )
A. S(s)+O2(g)SO2(g),反应放出的热量大于293.23 kJ·mol-1
B. S(g)+O2(g)SO2(g),反应放出的热量小于293.23 kJ·mol-1
C. 1 mol SO2的键能之和小于1 mol硫和1 mol氧气的键能之和
D. 1 mol SO2的键能之和大于1 mol硫和1 mol氧气的键能之和
解析 A项,固态硫燃烧比液态 ( http: / / www.21cnjy.com )硫燃烧放热少,不正确;B项,气态硫燃烧比液态硫燃烧放热多,不正确;反应热(ΔH)=反应物键能之和-生成物键能之和,ΔH<0,反应物键能之和小于生成物键能之和,C项不正确、D项正确。
答案 C
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第3~4页中的练习。
第三课时 反应热的测量与计算
课堂导学
新课引入
通过前面的学习我们已知道常见的放热反应 ( http: / / www.21cnjy.com )和吸热反应。本节内容我们主要学习如何从实验的角度测定中和反应的热量,从而进一步换算出强酸与强碱的中和热,同时认识测定中所用的仪器及作用。
目标导学(见学生用书第6~7页)
中和热的概念
中和热是指在稀溶液中,酸与碱发生中和反 ( http: / / www.21cnjy.com )应生成1 mol液态水时的反应热。理解这个概念时要注意:(1) 稀溶液,如果用浓硫酸与氢氧化钠溶液反应生成1 mol液态水,放热比中和热多,原因是浓硫酸稀释本身就是放热的;(2) 生成的液态水一定是1 mol。
例题1 下列关于中和热的叙述正确的是 ( )
A. 在稀溶液中,所有酸和碱反应的中和热数值都相等
B. 在稀溶液中,HCl和NaOH反应与HNO3和KOH反应的中和热相等
C. 在稀溶液中,酸和碱反应放出的热量叫中和热
D. 将浓硫酸滴入氢氧化钠溶液中刚好生成1 mol 水时,产生的热量即为中和热
解析 A项,强酸和强碱的中和热与弱酸和弱 ( http: / / www.21cnjy.com )碱的中和热数值不相等,不正确;B项,正确;C项,中和热一定是指稀酸、稀碱中和生成1 mol液态水所放出的热量,不正确;D项,浓硫酸溶于水也会放热,不正确。
答案 B
中和热的测定
1. 实验原理:先测出盐酸与氢氧化钠溶液的起 ( http: / / www.21cnjy.com )始温度,求出平均温度,两溶液混合充分反应后,读取混合液的温度,再重复以上实验2次,最后根据温度的平均值及公式 Q=cmΔT 计算出反应热。
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 实验装置:如右图。
3. 实验注意事项:(1) 实验所用 ( http: / / www.21cnjy.com )碱(或酸)略过量;(2) 小烧杯杯口与大烧杯杯口相平;(3) 两烧杯之间的缝隙一定要塞满泡沫塑料(或纸条);(4) 环形玻璃搅拌棒不能用导热性良好或与酸反应的金属丝代替;(5) 数据处理时,如果有哪一组数据与其他两组数据偏差较大,要舍弃。
4. 实验误差分析:(1) 若装置保温性较差,则所测中和热数据偏小;(2) 若用铜丝代替环形玻璃搅拌棒,则所测中和热数据偏小。
例题2 将盛有50 mL 0.50 m ( http: / / www.21cnjy.com )ol·L-1盐酸的 200 mL 烧杯放到800 mL的大烧杯中,两只烧杯间填满碎纸屑。用泡沫塑料板做成大烧杯盖,通过盖子插入一根环形玻璃搅拌棒和一支温度计,测定溶液的温度。迅速向盐酸溶液中加入50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液,盖好,搅拌溶液,观察温度的变化。当温度保持稳定时,记录读数,取出装反应液的烧杯,倒出溶液,清洗干净,保持内外杯壁干燥。重复进行三次实验。用这一实验可以粗略测定中和热。
请回答下列问题:
(1) 烧杯间填满碎纸屑的作用是
。
(2) 要重复进行三次实验的目的是
。
(3) 烧杯如果不盖泡沫塑料板,所求得的中和热数值将 (填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
(4) 实验中若改用60 mL 0.50 ( http: / / www.21cnjy.com ) mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液进行上述反应,与上述实验相比,所放出的热量 (填“相等”或“不相等”,下同),所求中和热 ,理由是
。
(5) 三次平行操作测得数据中,起 ( http: / / www.21cnjy.com )始时盐酸与烧碱溶液温度相同,而终止温度与起始温度之差(t2-t1)分别为①2.3 ℃、②2.4 ℃、③2.9 ℃,则最终代入计算式的温度差的平均值为 ℃。
解析 本题考查“量热器”的组成以及造 ( http: / / www.21cnjy.com )成实验误差的原因,然后按实验步骤进行分析和判断。(1) 碎纸屑的作用是减少实验过程中的热量损失。(2) 重复进行实验的目的是减小实验误差。(3) 不盖泡沫塑料板会损失部分热量,故所测结果偏小。(4) 由中和热概念可知,中和热是以生成1 mol液态水为标准的,而与过量部分的酸、碱无关。(5) 所测温度中2.9 ℃偏差太大,舍去,代入计算式的温度应是①与②的平均值。
答案 (1) 保温、隔热,减少实验过程中热量的损失 (2) 减小实验过程中的误差 (3) 偏小 (4) 不相等 相等
因为60 mL 0.50 mol·L- ( http: / / www.21cnjy.com )1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液反应能生成0.027 5 mol H2O,而50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液反应只能生成0.025 mol H2O,因此所放出的热量不同。但中和热是指酸与碱发生中和反应生成 1 mol H2O(l)时所放出的热量,与酸、碱的用量无关,因此所求中和热相等 (5) 2.35
盖斯定律的应用
1. 若反应物A转化为生成物D,可以有以下两种途径:
(1) 由A直接转化为D,反应热为ΔH。
(2) 由A经过B转化为C,再由C转化为D,每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,如下图所示,则ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
2. 运用所给热化学方程式通过加减的方法得到所求热化学方程式。
例题3 已知下列热化学方程式:
Zn(s)+O2(g)ZnO(s)
ΔH1=-351.1 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,
其中ΔH3的值是 ( )
A. -441.8 kJ·mol-1
B. -254.6 kJ·mol-1
C. -438.9 kJ·mol-1
D. -260.4 kJ·mol-1
解析 利用盖斯定律,①-②可得热化学方程式,ΔH3=ΔH1-ΔH2。
答案 D
备讲例题
1. 实验室进行中和热的测定实验时,除需要大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)外,所用的其他仪器和试剂均正确的一组是 ( )
A. 0.50 mol·L-1盐酸、0.50 mol·L-1 NaOH溶液、100 mL 量筒1个
B. 0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液、100 mL 量筒2个
C. 0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液、50 mL 量筒1个
D. 0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液、50 mL 量筒2个
解析 本实验中为了保证0.5 ( http: / / www.21cnjy.com )0 mol·L-1盐酸完全被中和,采用0.55 mol·L-1 NaOH溶液,使碱稍过量,故A项不符合;所需酸、碱量均为50 mL,故B项不符合;酸、碱分别用不同的量筒量取,故C项不符合。
答案 D
2. 含有11.2 g ( http: / / www.21cnjy.com )KOH的稀溶液与1 L 0.1 mol·L-1稀硫酸反应,放出11.46 kJ热量,表示该反应的中和热的热化学方程式为 ( )
A. KOH(aq)+H2SO4(aq)K2SO4(aq)+H2O(l)
ΔH=-11.46 kJ·mol-1
B. 2KOH(aq)+H2SO4(aq)K2SO4(aq)+2H2O(l)
ΔH=-11.46 kJ·mol-1
C. 2KOH(aq)+H2SO4(aq)K2SO4(aq)+2H2O(l)
ΔH=-114.6 kJ·mol-1
D. KOH(aq)+H2SO4(aq)K2SO4(aq)+H2O(l)
ΔH=-57.3 kJ·mol-1
解析 中和热是以生成1 mol液态水所放出 ( http: / / www.21cnjy.com )的热量来定义的,故书写中和热的热化学方程式时,应以生成1 mol液态水为标准来配平其余物质的化学计量数,故答案为D。
答案 D
3. 已知:
①2Cu(s)+O2(g)Cu2O(s)
ΔH=-169 kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO(g)
ΔH=-110.5 kJ·mol-1
③Cu(s)+O2(g)CuO(s)
ΔH=-157 kJ·mol-1
则反应:2CuO(s)+C(s)Cu2O(s)+CO(g)
ΔH= kJ·mol-1。
解析 反应2CuO(s)+C(s)Cu2O(s)+CO(g)可由反应①+②-2×③得到,则ΔH=[-169+(-110.5)-2×(-157)] kJ·mol-1=+34.5 kJ·mol-1。
答案 +34.5
课堂评价(见学生用书第7页)
1. 分别向1 L 0.5 mol·L-1 ( http: / / www.21cnjy.com )NaOH溶液中加入:①稀盐酸、②浓硫酸、③稀硝酸。恰好完全反应的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,它们之间的关系正确的是 ( )
A. ΔH1>ΔH2>ΔH3 B. ΔH2<ΔH1<ΔH3
C. ΔH1=ΔH2=ΔH3 D. ΔH1=ΔH3>ΔH2
解析 因为浓硫酸稀释时放热,则1 L 0.5 ( http: / / www.21cnjy.com ) mol·L-1 NaOH溶液与浓硫酸反应时放出的热量包括中和放热和稀释放热,而与稀盐酸、稀硝酸反应时放出的热量只有中和热,故与浓硫酸反应时放出的热量最多,而ΔH<0,故D项正确。
答案 D
2. 已知反应:①101 kPa时,2C(s)+O2(g)2CO(g)
ΔH=-221 kJ·mol-1,②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。下列结论正确的是 ( )
A. 稀盐酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量
B. 反应①的反应热为221 kJ·mol-1
C. 98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成 1 mol 水的中和热为-57.3 kJ·mol-1
D. 稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量
解析 A项正确;B项中表示“ ( http: / / www.21cnjy.com )反应热”的数据前必须带“-”;C项中描述的是中和热,数据前不应带“-”,且放出的热量应大于57.3 kJ;D项中的反应热包括H+与OH-反应放出的热量和稀醋酸电离吸收的热量,所以放出的热量要小于57.3 kJ。
答案 A
3. 将V1 mL 1.0 m ( http: / / www.21cnjy.com )ol·L-1盐酸和V2 mL未知浓度的氢氧化钠溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如下图所示(实验中始终保持V1+V2=50 mL)。下列叙述正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 做该实验时环境温度为22 ℃
B. 该实验表明化学能可以转化为热能
C. NaOH溶液的浓度约是1.00 mol·L-1
D. 该实验表明有水生成的反应都是放热反应
解析 A项,图中22 ℃时盐酸为5 mL, ( http: / / www.21cnjy.com )氢氧化钠为45 mL,故已有部分放热,反应的环境温度低于22 ℃,不正确;B项,正确;C项,温度的最高点代表酸与碱反应生成水的量最多,即放热最多,则30 mL盐酸与20 mL氢氧化钠溶液恰好完全反应,则氢氧化钠溶液的浓度为1.5 mol·L-1,不正确;D项,有水生成的反应不可能全为放热反应,如氢氧化钡与氯化铵反应中也有水生成,但是吸热反应,不正确。
答案 B
4. 根据下列热化学方程式:
①C(s)+O2(g)CO2(g)
ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
②H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH2=-285.8 kJ·mol-1
③CH3COOH(l)+2O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)
ΔH3=-870.3 kJ·mol-1
可以计算出2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l)的反应热ΔH为 ( )
A. ΔH=+244.1 kJ·mol-1
B. ΔH=-488.3 kJ·mol-1
C. ΔH=-996.6 kJ·mol-1
D. ΔH=+996.6 kJ·mol-1
解析 根据盖斯定律,ΔH=2ΔH1+2ΔH2-ΔH3=-488.3 kJ·mol-1,所以就有2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l) ΔH=-488.3 kJ·mol-1。
答案 B
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第5~6页中的练习。
第四课时 能源的充分利用
课堂导学
新课引入
煤、石油和天然气是传统的化石能源,在我 ( http: / / www.21cnjy.com )们的日常生活中起着不可或缺的作用。这三种能源在等质量的情况下,哪一种热值更高 除了传统的化石能源外,还有哪些能源能为我们所用 通过本节内容的学习将为你揭晓。
目标导学(见学生用书第8~9页)
燃烧热的热化学方程式的书写
书写表示燃烧热的热化学方程式时,应以燃烧1 mol 物质为标准来配平其余物质的化学计量数。如C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 518 kJ·mol-1,即C8H18 的燃烧热为5 518 kJ·mol-1。
例题1 下列热化学方程式中的ΔH能表示可燃物的燃烧热的是 ( )
A. H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)
ΔH=-184.6 kJ·mol-1
B. CO(g)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-283 kJ·mol-1
C. 2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D. CH4(g)+2O2(g)CO2(g) +2H2O(g)
ΔH=-802.3 kJ·mol-1
解析 符合燃烧热定义的只有B选项。
答案 B
燃烧热和中和热的异同
燃烧热
中和热
相同
点
能量变化
放热反应
ΔH及其单位
ΔH<0,kJ·mol-1
(续表)
不
同
点
反应物的量
1 mol
不一定为1 mol
生成物的量
不一定为1 mol
1 mol
反应热的含义
25 ℃、101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量
在稀溶液里,强酸与强碱发生中和反应生成1 mol水时所放出的热量
注意:中和热是以生成1 mol液态 ( http: / / www.21cnjy.com )水所放出的热量来测定的,因此书写中和热的热化学方程式时,应以生成1 mol H2O(l)为标准来配平其余物质的化学计量数;而燃烧热是以1 mol可燃物质为标准,故书写燃烧热的热化学方程式时,应以此为标准配平其他反应物、生成物的化学计量数,既可用整数表示,也可用分数来表示。
例题2 已知反应:①101 kPa 时,2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221 kJ·mol-1;②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。下列说法中正确的是 ( )
A. 碳的燃烧热大于 110.5 kJ·mol-1
B. 稀硫酸与浓NaOH溶液反应的中和热为ΔH=-57.3 kJ·mol-1
C. 稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出的热量小于57.3 kJ
D. ①表示2 mol C(s)燃烧生成2 mol CO(g)需要吸收221 kJ的热量
解析 CO燃烧生成二氧化碳放出热量,A项正确;浓NaOH溶液稀释的过程会放出热量,B项错;稀醋酸电离要吸热,C项正确;燃烧要放热,D项错。
答案 AC
新能源的特点及开发应用
为应对能源危机,满足不断增长的能源需求,现在正探索的新能源有:太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能等。
新能源
优点
缺点
太阳能
能量巨大、清洁、充足,
不需要开采、运输
能量密度低、开发成
本高、稳定性差
氢能
燃烧热值高,资源丰富,
无毒、无污染
储存、运输困难
地热能
蕴藏量丰富
正在开发中
风能
能量巨大
不稳定,受地区、季节、
气候影响甚大
例题3 氢气是一种很有前景的能源物质,以水为原料大量制取氢气的最理想的途径是 ( )
A. 利用太阳能直接使水分解产生氢气
B. 以焦炭和水制取水煤气后分离出氢气
C. 用Fe跟HCl反应放出氢气
D. 由热电站提供电力电解水产生氢气
解析 太阳能相对于其他能源来说是最丰富的,其他能源的储量有限,故选A。
答案 A
备讲例题
1. 下列关于热化学反应的描述正确的是 ( )
A. HCl和NaOH反应的中和 ( http: / / www.21cnjy.com )热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1
B. CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol-1,则2CO2(g)2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=2×283.0 kJ·mol-1
C. 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
D. 1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
解析 中和热是以生成1 mol H2O ( http: / / www.21cnjy.com )(l)作为标准的,因此A项不正确;燃烧热是指1 mol燃料完全燃烧生成稳定化合物所放出的热量,因此B项正确、D项不正确;有些反应需加热才能发生,但却是放热反应,如燃料的燃烧需点燃才能发生,但却是放热反应,因此C项不正确。
答案 B
2. 化学反应过程中发生物质变化 ( http: / / www.21cnjy.com )的同时,常常伴有能量的变化。这种能量的变化常以热量的形式表现出来,叫做反应热。由于反应的情况不同,反应热可以分为许多种,如燃烧热和中和热等。
(1) 下列ΔH表示物质的燃烧热的是 ;表示物质的中和热的是 。(填“ΔH1”、“ΔH2”或“ΔH3”等)
A. 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH1
B. C(s)+O2(g)CO(g) ΔH2
C. CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH3
D. C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH4
E. C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l) ΔH5
F. NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH6
G. 2NaOH(aq)+H2SO4(aq)Na2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH7
(2) 2.00 g C2H2气体完全燃烧生成液态水和CO2气体,放出99.6 kJ的热量,写出该反应的热化学方程式: 。
(3) 充分燃烧一定量的丁烷,放出的 ( http: / / www.21cnjy.com )热量大小为Q,生成的CO2恰好与100 mL 5 mol·L-1KOH溶液完全反应,则燃烧1 mol丁烷放出的热量为 。
解析 (1) A项不是1 mol H2燃烧;B项不是完全燃烧;C项生成的是气态水,不是稳定形式的化合物;F、G项不是燃烧反应。中和热是指生成1 mol水时放出的热量,故选F。(2) 根据题意,1 mol C2H2完全燃烧放热为×99.6 kJ=1 294.8 kJ,则热化学方程式为C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-1 294.8 kJ·mol-1。(3) CO2与KOH恰好完全反应可能生成K2CO3或KHCO3,则应分两种情况计算。
答案 (1) ΔH4、ΔH5 ΔH6
(2) C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l)
ΔH=-1 294.8 kJ·mol-1
(3) 8Q~16Q
课堂评价(见学生用书第9页)
1. 下列热化学方程式中ΔH代表燃烧热的是( )
A. CH4(g)+O2(g)2H2O(l)+CO(g) ΔH1
B. S(s)+O2(g)SO3(s) ΔH2
C. C6H12O6(s)+6O26CO2(g)+6H2O(l) ΔH3
D. 2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH4
解析 燃烧是1 mol可燃物完全燃烧生 ( http: / / www.21cnjy.com )成稳定化合物放出的热量。A项中生成产物中一氧化碳是不稳定的氧化物,不符合燃烧热的概念,错;硫单质燃烧生成二氧化硫,B项错;C项符合燃烧热的概念,正确;D项热化学方程式表示的是2 mol可燃物燃烧放出的热量,错。
答案 C
2. 下列有关热化学方程式的叙述不正确的是 ( )
A. 已知2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,则氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol-1
B. 已知C(石墨,s)C(金刚石,s) ΔH>0,则金刚石比石墨不稳定
C. 500 ℃、30 ( http: / / www.21cnjy.com )MPa下,将0.5 mol N2和足量H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-38.6 kJ·mol-1
D. 已知2C(s)+2O2(g)2CO2(g) ΔH1,2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
解析 A项符合燃烧热的定义,正确; ( http: / / www.21cnjy.com )金刚石的能量高于石墨,石墨更稳定,B项正确;可逆反应进行不到底,C项错;碳完全燃烧放出的能量更多,D项正确。
答案 C
3. 下列说法正确的是 ( )
A. 1 mol H2SO4与1 mol Ba(OH)2完全中和所放出的热量为中和热
B. 在25 ℃、101 kPa下,1 mol S和2 mol S的燃烧热相等
C. CO是不稳定的氧化物,它能继续和氧气反应生成稳定的CO2,所以CO的燃烧反应一定是吸热反应
D. 101 kPa时,1 mol C燃烧所放出的热量为碳的燃烧热
解析 中和热是指在稀溶液 ( http: / / www.21cnjy.com )中,酸和碱反应生成1 mol H2O(l)所放出的热量,而1 mol H2SO4与1 mol Ba(OH)2完全中和时生成2 mol H2O(l),且有BaSO4生成,A项错误;相同条件下,同一种物质的燃烧热相同,与参加反应的可燃物质的量的多少无关,B项正确;CO的燃烧为放热反应,C项错误;燃烧热是指在25 ℃、101 kPa时1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量,D项错误。
答案 B
4. 随着生活水平的提高,私家车 ( http: / / www.21cnjy.com )越来越多,汽车尾气的排放日益增多,大气污染日益严重。为了减少污染,国家将含铅汽油转变为乙醇汽油。科学家最近研究表明,大量使用乙醇汽油可能导致大气中O3含量上升,将会对人体造成严重伤害。下列说法正确的是 ( )
A. 乙醇汽油是由两种物质组成的混合物
B. 等质量的乙醇和汽油充分燃烧后放出的能量相等
C. O2与O3互为同素异形体
D. 乙醇和汽油都是可再生能源
解析 汽油本身是一种混合物,故A ( http: / / www.21cnjy.com )项错;汽油和乙醇的成分不同,质量相同的不同燃料燃烧放出的热量也不相同,故B项错;O3和O2是同种元素形成的不同单质,互为同素异形体,故C项正确;汽油是不可再生能源,故D项错。
答案 C
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第7~8页中的练习。
第二单元 化学能与电能的转化
第一课时 原电池的工作原理
课堂导学
新课引入
海洋中的灯塔为夜间航行的船舶指明了 ( http: / / www.21cnjy.com )方向。灯塔上的电能从何而来,一位只有高中文化程度的海军妻子发明了铝-空气-海水电池,很好地解决了灯塔上电能问题。
目标导学(见学生用书第10~11页)
探究锌与硫酸铜溶液反应的能量转化
( http: / / www.21cnjy.com )
1. 实验原理:Zn+Cu2+Zn2++Cu是一个放热的氧化还原反应,可将化学能通过该装置转化为电能。
2. 实验现象:锌片不断溶解而减轻,铜片不断增重,电流计的指针发生偏转。
3. 实验结论:此装置借助盐桥构成了闭合回路,从而构成了原电池,锌为负极,铜为正极,负极发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+,正极发生还原反应:Cu2++2e-Cu。
例题1 控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成下图所示的原电池。下列判断不正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B. 反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
C. 电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D. 电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极
解析 根据总反应,I-发生 ( http: / / www.21cnjy.com )氧化反应,Fe3+发生还原反应,故选项A、B正确;C项,反应达到化学平衡状态,反应处于表观静止状态,电流为零,正确;D项,加入FeCl2,平衡逆向移动,则乙池I2发生还原反应,乙池为正极,故不正确。
答案 D
原电池正、负极的判断
下图是常见的原电池装置,根据描述判断哪些是正极 哪些是负极
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
(1) 电子从铁极流出,则铁是 极。
(2) 电子流入铜极,则铜是 极。
(3) H+移向铜电极,则铜是 极。
(4) S移向铁电极,则铁是 极。
(5) 铜棒上有大量的气泡生成,则铜是 极。
(6) 电流从铜极经外电路流向铁极,则铜是 极。
(7) 金属铁溶解进入溶液,则铁是 极。
(8) Cu2+移向铜电极,则铜是 极。
(9) 铜棒的质量增加,则铜是 极。
答案 正极的有(2)(3)(5)(6)(8)(9) 负极的有(1)(4)(7)
判断正负极的方法归纳:
负极
正极
电子流出的极
电子流入的极
失去电子的极
得到电子的极
发生氧化反应的极
发生还原反应的极
较活泼的金属(非氧化性酸作电解质)
较不活泼的极(非氧化性酸作电解质)
阴离子移向的极
阳离子移向的极
通入燃料的极
通入氧气的极(助燃)
金属质量减少的极
质量增加或有气体生成的极
例题2 分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. ①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B. ②中Mg作正极,电极反应式为
6H2O+6e-6OH-+3H2↑
C. ③中Fe作负极,电极反应式为
Fe-2e-Fe2+
D. ④中Cu作正极,电极反应式为
2H++2e-H2↑
解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能与NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中易钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子作负极,A项错,C项错;②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,负极电极反应式为2Al+8OH--6e-2Al+4H2O,二者相减得到正极电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑,B项正确;④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错。
答案 B
原电池电极反应式的书写
1. 一般电极反应式的书写
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 复杂电极反应式的书写
例题3 甲、乙两位同学争论白铁 ( http: / / www.21cnjy.com )(镀锌)和马口铁(镀锡)破损后谁更耐腐蚀,甲同学认为白铁破损后更耐腐蚀,乙同学认为马口铁破损后更耐腐蚀,两位同学设计了如下图所示的原电池,请完成下列问题:
( http: / / www.21cnjy.com )
(1) 观察两池中铁片上的现象,甲池中:
,乙池中: 。
(2) 分别写出两池中的电极反应式。
甲池中:正极 ,
负极 。
乙池中:正极 ,
负极 。
(3) 上述实验证明哪位同学的说法正确 ( http: / / www.21cnjy.com ) (填“甲”或“乙”)。若想保护轮船的外壳应该在其表面镶嵌 (填“锌块”或“铜块”)。
解析 稀硫酸是电解质溶液,甲池中锌作 ( http: / / www.21cnjy.com )负极,铁作正极,电极上产生气泡;乙池中铁作负极,失去电子,溶解进入溶液,锡作正极,有氢气析出。镀锌铁破损后更耐腐蚀,甲同学的说法正确。若想保护金属铁应该在铁的表面镶嵌比铁活泼的金属作负极,铁作正极被保护。
答案 (1) 产生大量的气泡 铁片溶解,溶液由无色变为浅绿色 (2) 2H++2e-H2↑ Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑ Fe-2e-Fe2+ (3) 甲 锌块
备讲例题
1. 某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+,不能实现该反应的原电池是 ( )
A. 正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl3溶液
B. 正极为C,负极为Fe,电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C. 正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D. 正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为CuSO4溶液
解析 解此题一定要注意离子方程式中的氧化剂是Fe3+,故必须选择含Fe3+的可溶性盐溶液。D项中正极上发生的反应应该是Cu2++2e-Cu,故D项不可能实现。
答案 D
课堂评价(见学生用书第11页)
1. 结合下图判断,下列叙述正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B. Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-Fe2+
C. Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-4OH-
D. Ⅰ和Ⅱ中Fe均为正极
解析 题给装置Ⅰ、Ⅱ都是原电池,活泼金属作负极,首先被腐蚀,不活泼金属作正极,被保护,A项正确;Ⅰ中负极反应式为Zn-2e-Zn2+,B项错;Ⅱ中正极反应式为2H++2e-H2↑,C项错;Ⅱ中Fe是负极,D项错。
答案 A
2. 研究人员最近发现了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池反应为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。下列有关“水”电池在海水中放电时的说法正确的是 ( )
A. 正极反应式:Ag+Cl--e-AgCl
B. 每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子
C. Na+不断向“水”电池的负极移动
D. AgCl是还原产物
解析 由电池反应可知银失去电子被氧化,即银作负极,产物AgCl是氧化产物,A、D项不正确;在原电池中,阳离子在正极得电子发生还原反应,所以阳离子向电池的正极移动,C项错误;化合物Na2Mn5O10中Mn元素的化合价为+,所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移电子的物质的量为4-×5=2 mol,B项正确。
答案 B
3. 镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染,且镁原电池放电时电压高而平稳,使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg+Mo3S4MgxMo3S4,在镁原电池放电时,下列说法错误的是 ( )
A. Mg2+向正极迁移
B. 正极反应为Mo3S4+2xe-Mo3
C. Mo3S4发生氧化反应
D. 负极反应为xMg-2xe-xMg2+
解析 该氧化还原反应中,Mg是还原剂,被氧化,Mo3S4是氧化剂,被还原,发生还原反应。故C项错误。
答案 C
4. 芬兰籍华人科学家张霞昌研制的“超薄型软电池”获2009年中国科技创业大赛最高奖,被称之为“软电池”的纸质电池,总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnOOH。下列说法正确的是 ( )
A. 该电池中Zn作负极,发生还原反应
B. 该电池反应中MnO2起催化作用
C. 该电池工作时电流由Zn经导线流向MnO2
D. 该电池正极反应式:
2MnO2+2e-+2H2O2MnOOH+2OH-
解析 Zn作负极,发生氧化反应,A项错;MnO2是反应物,B项错;该电池工作时电子由Zn经导线流向MnO2,C项错;D项正确。
答案 D
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第9~10页中的练习。
第二课时 化学电源
课堂导学
新课引入
理论与实践存在着差距,如 ( http: / / www.21cnjy.com )果缩短差距,需要进行大量而艰苦的实验。制作一个化学电源不难,难就难在如何解决好化学电源的电容量大、工作寿命长、充电时间短、体积小、质量轻、性价比高,及未来对环境的危害小,易回收利用等问题。
目标导学(见学生用书第12~13页)
一次电池的工作原理及电池特点
常见的一次电池的电极反应式和总反应式的归纳:
干电池(电解质:NH4Cl、ZnCl2和淀粉)
负极(Zn)
Zn-2e-Zn2+
正极
(碳棒)
2N+2e-+2MnO22NH3+Mn2O3+H2O
总反应
Zn+2MnO2+2NH4ClZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O
(续表)
碱性锌锰
干电池(电解
质:KOH )
负极(Zn)
Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
正极
(MnO2)
2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-
总反应
Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2
锌银电池
负极(Zn)
Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
正极(Ag2O)
Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
总反应
Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag
例题1 日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮,以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2),电极反应可简化为Zn-2e-Zn2+,2N+2e-2NH3↑+H2↑(NH3与Zn2+络合)。下列结论正确的是( )
A. 锌为正极,碳为负极
B. 锌为负极,碳为正极
C. 工作时,电子由碳极经外电路流向Zn极
D. 长时间连续使用时,内装糊状物也不会流出
解析 根据原电池的形成条 ( http: / / www.21cnjy.com )件,相对活泼(指金属性)的一极为负极,较不活泼的一极为正极,故A项不正确、B项正确;在外电路中,电子从负极流向正极,故C项不正确;长时间连续使用该原电池,由于锌皮慢慢溶解而破损,且MnO2不断吸收H2生成H2O,糊状物也越来越稀,故其很可能流出腐蚀用电器,故D项不正确。
答案 B
二次电池的工作原理及电池特点
常见二次电池铅蓄电池在放、充电时的电极反应式和总反应式:
放电与充电
电极反应式
放电时
(原电池)
负极
Pb+S-2e-PbSO4
正极
PbO2+S+4H++2e-PbSO4+
2H2O
总反应
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
充电时
(电解池)
阴极
PbSO4+2e-Pb+S
阳极
PbSO4+2H2O-2e-PbO2+S+
4H+
总反应
2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4
注:放电时原电池的负极作充电时电解池的阴极,放电时原电池的正极作充电时电解池的阳极。
例题2 Li-Al/FeS电池是一种正在开发的电动车用电池,该电池总反应为2Al+6Li++3FeS2Al3++3Li2S+3Fe。有关该电池的下列说法错误的是 ( )
A. 作为二次电源,该电池在使用的过程中至少存在3种形式的能量转化
B. Li-Al在电池中作为负极材料,负极的电极反应式为Li-e-Li+
C. 该电池替代现在电动车广泛使用的铅蓄电池可以减少重金属的污染
D. 充电时,阳极发生的电极反应式为
Li2S+Fe-2e-2Li++FeS
解析 二次电源中,存在电能、化学能、热能等的相互转化,A项正确;从电池总反应2Al+6Li++3FeS2Al3++3Li2S+3Fe,可知负极的电极反应式为Al-3e-Al3+,B项错;充电时阳极的电极反应式为Li2S+Fe-2e-2Li++FeS,D项正确;铝、锂是轻金属,C项正确。
答案 B
燃料电池的原理、常见类型和电极反应式的书写
(1) 氢氧燃料电池以酸、碱、熔融的金属氧化物、碳酸盐作电解质的电极反应式。
电解质类别
电极反应式
酸性介质
负极
H2-2e-2H+
正极
O2+4e-+4H+2H2O
碱性介质
负极
H2-2e-+2OH-2H2O
正极
O2+4e-+2H2O4OH-
(续表)
熔融的金属氧
化物作介质
负极
H2-2e-+O2-H2O
正极
O2+4e-2O2-
碳酸盐作介质
负极
H2-2e-+CH2O+CO2
正极
O2+4e-+2CO22C
总反应: 2H2+O22H2O
(2) 甲烷燃料电池以酸、碱作电解质的电极反应式。
电解质类别
电极反应式
酸性介质
负极
CH4+2H2O-8e-CO2+8H+
正极
O2+4e-+4H+2H2O
总反应
CH4+2O2CO2+2H2O
碱性介质
负极
CH4+10OH--8e-C+7H2O
正极
O2+4e-+2H2O4OH-
总反应
CH4+2OH-+2O2C+3H2O
例题3 “便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理,在酸性环境中乙醇被氧化为X,其中一个电极的反应式为CH3CH2OH-2e-X+2H+。下列说法正确的是 ( )
A. 电池内部H+由正极向负极移动
B. 另一极的电极反应式为
O2+4e-+2H2O4OH-
C. 乙醇在正极发生反应,电子经过外电路流向负极
D. 电池总反应为
2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
解析 放电时,电池内部,阳离子向正极迁移,A项错;酸性介质,正极的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,B项错;燃料在负极反应,C项错;根据质量守恒可知,X是CH3CHO,D项正确。
答案 D
[题组训练]
写出下列电池的电极反应式。
(1) 某实验小组设计了如图1所示的 ( http: / / www.21cnjy.com )甲醇燃料电池装置。工作一段时间后,测得溶液的pH减小,该电池负极的电极反应式为 。
(2) 一种以甲醇作燃料的电池示意图如图2。写出该电池放电时负极的电极反应式: 。
(3) 引爆导弹、核武器的工作电源通常是Ca/PbSO4热电池,其装置如图3所示,该电池正极的电极反应式为 。
(4) 图4表示使用新型电极材料,以N ( http: / / www.21cnjy.com )2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式: 。
(5) 以肼为原料的碱性燃料电池的总反应为N2H4+O2N2+2H2O,放电时,负极的电极反应式为 。
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
( http: / / www.21cnjy.com )
图3
( http: / / www.21cnjy.com )
图4
答案 (1) CH3OH+8OH--6e-C+6H2O
(2) CH3OH-6e-+3O2-CO2↑+2H2O
(3) PbSO4+2e-S+Pb(或PbSO4+Ca2++2e-CaSO4+Pb)
(4) N2+6e-+8H+2N
(5) N2H4+4OH--4e-N2+4H2O
备讲例题
1. MnO2和Zn是制造干电池的重要原料,工业上用软锰矿和闪锌矿联合生产MnO2和Zn的基本步骤如下:
①软锰矿、闪锌矿与硫酸共热:
MnO2+ZnS+2H2SO4MnSO4+ZnSO4+S+2H2O
②除去反应混合物中的不溶物;
③电解混合液:
MnSO4+ZnSO4+2H2OMnO2+Zn+2H2SO4
下列说法不正确的是 ( )
A. 步骤①中,MnO2和H2SO4都是氧化剂
B. 步骤②中,每析出12.8 g S沉淀共转移 0.8 mol 电子
C. 此反应是电能转化成化学能
D. 硫酸在生产中可循环使用
解析 A项,步骤①中H2SO4只起酸的作用,不作为氧化剂,故不正确。
答案 A
2. 我国新建的某海岛发电示意图如下,已知铅蓄电池放电时的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列有关说法正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 图中涉及的能量转化方式只有3种
B. 蓄电池供电时,负极的电极反应式为
Pb+S-2e-PbSO4
C. 储能时若充电时间过长,阳极流向阴极的气体可能是H2
D. 该发电工艺可实现零排放
解析 A项,图中涉及的能量转化有:风能与 ( http: / / www.21cnjy.com )电能、太阳能与电能、波浪能与电能、化学能与电能等4种,不正确;C项,储能时若充电时间过长,则变为电解硫酸,实质是电解水,阳极产生的是O2,不正确。
答案 BD
课堂评价(见学生用书第13页)
1. 下列有关电池的说法不正确的是 ( )
A. 手机上用的锂离子电池属于二次电池
B. 铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C. 甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D. 锌锰干电池中,锌电极是负极
解析 锂离子电池可以充电后,再次使用, ( http: / / www.21cnjy.com )属于二次电池,A项正确;铜锌原电池中铜为正极,故电流从铜电极流向锌电极,而电子是由锌电极流向铜电极,B项错;原电池的实质即是化学能转化成电能,C项正确;Zn失去电子生成Zn2+,故作负极,D项正确。
答案 B
2. 镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的是 ( )
A. 放电时负极得电子,质量减轻
B. 放电时电解质溶液中的OH-向负极移动
C. 充电时阳极与外加电源的负极相连
D. 充电时阴极发生氧化反应
解析 放电时负极失电子,质量增加,A项错;放 ( http: / / www.21cnjy.com )电时阴离子向负极迁移,B项正确;充电时阳极与外加电源的正极相连,发生氧化反应,阴极发生还原反应,C、D项错。
答案 B
3. 碱性电池具有容量大、放电电流大等特点,因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应为Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)。下列说法错误的是 ( )
A. 电池工作时,锌失去电子
B. 电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+H2O(l)+2e-Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C. 电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D. 外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g
解析 C项,电池工作时,电子由负极通过外电路流向正极,故不正确。
答案 C
( http: / / www.21cnjy.com )
4. 锂离子电池已经成为应用最广泛的可充电电池。某种锂离子电池的结构示意图如右图,其中两极区间的隔膜只允许Li+通过。电池充电时的总反应为LiCoO2Li1-xCoO2+xLi。关于该电池的说法错误的是 ( )
A. 放电时,Li+主要从负极区通过隔膜移向正极区
B. 放电时,负极反应为xLi-xe-xLi+
C. 充电时,将电能转化为化学能
D. 充电时,负极(C)上锂元素被氧化
解析 由题知放电时的反应为Li1-xCoO2+xLiLiCoO2,则正极反应为Li1-xCoO2+xe-+xLi+LiCoO2,负极反应为xLi-xe-xLi+,Li+主要从负极区通过隔膜移向正极区,A、B项正确;充电过程是电能转化为化学能的过程,C项正确;充电时负极(C)接的是外接电源的负极,此时C为阴极,电极反应为xLi++xe-xLi,锂元素被还原,D项错误。
答案 D
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第11~12页中的练习。
第三课时 电解池的工作原理
课堂导学
新课引入
电动自行车已成为家喻户晓的代步 ( http: / / www.21cnjy.com )工具,电动自行车使用时实际上利用的是原电池原理,即将化学能转化为电能,再通过电能转换为动能。那么充电时是什么原理呢
目标导学(见学生用书第14页)
电解氯化铜实验解读
1. 实验原理:电流通过氯化铜溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。电解方程式为CuCl2Cu+Cl2↑。
2. 实验现象:阴极石墨上有红色物质析出,阳极有黄绿色气体生成。
3. 实验结论:阳极发生氧化反应,2Cl--2e-Cl2↑;阴极发生还原反应,Cu2++2e-Cu。
例题1 用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是 ( )
A. a端是直流电源的负极
B. 通电使CuCl2发生电离
C. 阳极上发生的反应为
Cu2++2e-Cu
D. 通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
解析 A项,由溶液中离子移动方向可知,U形管左侧电极是阴极,连接电源的负极,a端是电源的负极,故正确;B项,通电使CuCl2发生电解,不是电离,故错误;C项,阳极发生氧化反应,Cl-在阳极放电,2Cl--2e-Cl2↑,故错误;D项,Cl-发生氧化反应,在阳极放电生成Cl2,故错误。
答案 A
电解时电极产物的判断
1. 阳极产物的判断:先看阳极,如果是活动性强的金属作电极,则电极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子,如果是惰性电极(如Pt、Au、石墨),则要再看溶液中的离子的失电子能力。此时阴离子的放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子(同时要注意溶液中阴离子的浓度如果较大时,有些离子的放电顺序可能发生改变,如电解浓的K2MnO4溶液制备KMnO4时,由于Mn的浓度大,则优先于溶液中的OH-放电)。
2. 阴极产物的判断:直接根据阳离 ( http: / / www.21cnjy.com )子放电顺序进行判断。当H+浓度较小时:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+;当H+浓度较大时:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
例题2 用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液,阴极和阳极上首先析出的物质分别是 ( )
A. Cu和Cl2 B. Cl2和Cu
C. Cu和O2 D. H2和Cl2
解析 阴极是阳离子Cu2+、H+、Na+竞争放电,最终是Cu2+得到电子生成Cu;阳极是Cl-、OH-、S竞争放电,最终是Cl―失去电子生成Cl2。
答案 A
用惰性电极电解电解质溶液的规律
1. 电解水型:含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐的电解,实质上是电解水。如H2SO4、NaOH、Na2SO4等。
2. 电解电解质型:无氧酸(HF除外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外),实质是电解无氧酸盐本身。
3. 放氢生碱型:活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解,如电解饱和食盐水。
4. 放氧生酸型:不活泼金属的含氧酸盐(如硫酸铜、硝酸银等)溶液的电解。
例题3 下图所示的电解池Ⅰ和 ( http: / / www.21cnjy.com )Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重d>b。符合上述实验结果的盐溶液是 ( )
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
( http: / / www.21cnjy.com )
解析 题意表明b、d没有气体逸出,故所电解的盐溶液中金属元素,应该在金属活动顺序表中(H)以后,只有D项符合题意。
答案 D
备讲例题
1. 某学生为完成反应Cu+H2SO4CuSO4+H2↑而设计了下列四个实验,你认为可行的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
解析 A项,电解硫酸,实质是电解水,故不符合 ( http: / / www.21cnjy.com );B项,铁与硫酸反应,构成原电池,故不正确;C项,正确;D项,不能构成原电池,也就不能发生题叙反应。
答案 C
2. 用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,若保持温度不变,则一段时间后 ( )
A. 溶液的pH变大
B. c(Na+)与c(C)的比值变大
C. 溶液浓度变大,有晶体析出
D. 溶液浓度不变,有晶体析出
解析 用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,实际是电解水,故Na2CO3会结晶析出,若保持温度不变,则仍为原温度下的饱和溶液,溶液浓度不变,pH不变,c(Na+)∶c(C)不变,故选D项。
答案 D
课堂评价(见学生用书第15页)
1. 下列关于电解池中形成闭合回路的叙述正确的是 ( )
A. 电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的
B. 金属导线中电子由电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
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得到的电子与阴离子在阳极失去的电子数相等
解析 电解池中的闭合回路在导线与电极上由电 ( http: / / www.21cnjy.com )子的定向移动形成,在电解质中由离子的定向移动形成;电子由电源的负极流向电解池的阴极,由阳极流向电源的正极;在电解质溶液中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动;在相同时间内通过阳极和阴极的电子数相同。
答案 D
2. 用石墨电极电解100 mL H2SO ( http: / / www.21cnjy.com )4与CuSO4的混合溶液,通电一段时间后,两极均收集到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 阳极:2H2O-4e-O2↑+4H+
4 1
0.4
阴极:2H++2e-H2↑
2 1
0.2
Cu2++2e-Cu
1 2
0.1 0.4-0.2
由题意得,Cu2+的物质的量浓度为=1 mol·L-1,A项正确。
答案 A
3. 用惰性电极电解下列溶液一段时间后,再加入一定量的另一种物质(括号内),溶液能恢复到与原溶液完全一样的是 ( )
A. CuCl2(CuSO4) B. NaOH(Na2O)
C. NaCl(HCl) D. CuSO4[Cu(OH)2]
解析 A项,电解氯化铜的实质是 ( http: / / www.21cnjy.com )电解氯化铜本身,故应补入氯化铜,不正确;B项,电解氢氧化钠溶液的实质是电解水,故应补入水,不正确;C项,电解氯化钠溶液是H+和Cl-放电,故应补入HCl,正确;D项,电解硫酸铜溶液产生铜和氧气,则应补入CuO,不正确。
答案 C
4. 如下图所示,a、b、c均为石墨电极,d为碳钢电极,通电电解一段时间。假设在电解过程中产生的气体全部逸出,下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变
B. 甲烧杯中a电极反应式为
4OH--4e- O2↑+2H2O
C. 当电解一段时间后,将甲、乙两溶液混合,一定会产生蓝色沉淀
D. 当b极增重3.2 g时,d极产生的气体为0.56 L(标准状况)
解析 甲烧杯中有硫酸生成,pH减小,乙烧杯中 ( http: / / www.21cnjy.com )有氢氧化钠生成,pH增大,A项错;B项正确;若甲池中铜离子放电完全,则将甲、乙两溶液混合,不会产生蓝色沉淀,C项错;当b极增重3.2 g时,根据得失电子守恒得出d极产生的气体为1.12 L(标准状况),D项错。
答案 B
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第13~15页中的练习。
第四课时 电解池的应用
课堂导学
新课引入
居里夫人发现了两种元素,成 ( http: / / www.21cnjy.com )绩卓越。但她却不是发现元素最多的人,英国化学家戴维将铂电极插入熔融的氢氧化钾并通直流电时,在阴极发现了银白色的金属——钾,随后又用电解法发现了钠、钙、锶、钡、镁、硼、硅等元素,电解法成就了一位伟大的化学家。
目标导学(见学生用书第16页)
氯碱工业
用电解饱和食盐水的方法制取氢氧化钠、氢气和氯气,并以它们为原料生产一系列化工产品的工业称为氯碱工业。
原
理
阳极室与阴极室之间用离子交换膜隔开,这样避免了氢气与氯气混合或氯气与氢氧化钠溶液混合。
( http: / / www.21cnjy.com )
例题1 右图所示是典型氯碱 ( http: / / www.21cnjy.com )工业的关键设备——离子交换膜电解槽,该电解槽的特点是用离子交换膜将槽分隔为左右两室,它能够阻止一些物质通过,也能允许一些物质通过。下列有关说法正确的是 ( )
A. 离子交换膜的特点是允许气体分子通过,而不允许阴离子通过
B. 图中X是指氧气
C. 电解槽右室的电极反应式为2H++2e-H2↑
D. 电解槽左室也称为阴极室
解析 A项,该离子交换膜是阳离子交换膜,其特点是允许阳离子通过,而不允许气体和阴离子通过;B项,左室是阳极室,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,因而X是氯气;C项,右室是阴极室,电极反应为2H++2e-H2↑;D项,左室是阳极室。
答案 C
电镀
1. 电镀的主要目的是使金属增强抗腐 ( http: / / www.21cnjy.com )蚀能力、增加美观和表面硬度。镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易起变化的金属或合金。电镀时通常将待镀金属作阴极,把镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
2. 电镀池是一种特殊的电解装置。电镀过程中,电解质溶液的浓度不发生变化。
例题2 若要在铜片上镀银时,下列叙述错误的是 ( )
①将铜片接在电源的正极 ②将银片接在电源的正极 ③在铜片上发生的反应:Ag+ +e-Ag ④在银片上发生的反应:4OH--4e-O2↑+2H2O ⑤可用硫酸铜溶液作电解质溶液 ⑥可用硝酸银溶液作电解质溶液
A. ①③⑥ B. ②③⑥
C. ①④⑤ D. ②③④⑥
解析 若要在铜片上镀银,银作阳极,阳极的电极反应式:Ag-e-Ag+,铜作阴极,铜片上发生的电极反应式:Ag++e-Ag,硝酸银溶液作电解质溶液,答案选C。
答案 C
电解冶炼
电解冶炼常用于制备活泼的金属,如钠、镁、 ( http: / / www.21cnjy.com )铝、钙等。通常采用电解这些金属的熔融盐来制备,如电解熔融的氯化钠制备金属钠、电解熔融的氯化镁制备金属镁、电解熔融的氧化铝制备金属铝。粗铜精制是利用电解冶炼的方法。
例题3 金属铜具有广泛的用途。粗铜 ( http: / / www.21cnjy.com )中常含有少量Fe、Ni、Ag、Au等杂质,可用电解法制备高纯度的铜。下列叙述正确的是(氧化性:Fe2+A. 电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Cu2+
B. 电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C. 阴极发生还原反应:Cu2++2e-Cu
D. 电解后,电解槽底部的阳极泥中所含的金属单质有Ni、Ag和Au
解析 A项,电解后溶液中还存在Fe ( http: / / www.21cnjy.com )2+和Ni2+,不正确;B项,电解过程中,当阳极溶解Fe、Ni金属时,阴极产生等物质的量的铜,此时阳极减少的质量不等于阴极增加的质量,不正确;C项,正确;D项,电解后,电解槽底部的阳极泥中所含的金属单质有Ag和Au,不存在Ni,不正确。
答案 C
备讲例题
1. 用石墨作电极,电解1 mol·L-1下列水溶液,溶液的pH保持不变的是 ( )
A. HCl B. NaOH
C. Na2SO4 D. NaCl
解析 A项,电解盐酸的实质是 ( http: / / www.21cnjy.com )电解盐酸本身,溶液的pH会增大;B项,电解氢氧化钠溶液的实质是电解水,水的量减少,氢氧化钠浓度增大,pH增大;C项,电解硫酸钠溶液的实质是电解水,而硫酸钠溶液浓度增大不会引起pH变化;D项,电解氯化钠溶液会产生氢氧化钠,故溶液的pH会增大。
答案 C
2. 下图所示装置中,当闭合K时,下表中的描述正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
选项
a
X极材料
Y极材料
b
对装置的描述
A
电流
表
石墨
铜
氯化铁
溶液
铜为负极,石墨电极质量增加
B
电流
表
铁
铜
盐酸
电子流动路径:铁→外电路→铜→盐酸→铁,从而构成闭合回路
C
直流
电源
石墨
石墨
硫酸
溶液的pH始终保持不变
D
直流
电源
铜
铁
硫酸铜
溶液
溶液中Cu2+的浓度保持不变
解析 A项,正极反应式为2Fe3++2e-2Fe2+,故石墨电极质量不变,不正确;B项,电子只在电极和外电路中流动,不在溶液中流动,不正确;C项,电解硫酸,实质是电解水,水的量减少,硫酸浓度增大,则pH减小,不正确。
答案 D
课堂评价(见学生用书第16~17页)
1. 利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是 ( )
A. 电解时可以精铜为阳极,以CuSO4溶液为电解液
B. 电解时阴极发生还原反应
C. 粗铜连接电源负极,其电极反应是 Cu-2e-Cu2+
D. 电解结束后,电解质溶液的浓度保持不变
解析 A选项,电解时,粗铜为阳极;B选项,正确;C选项,粗铜连接电源正极;D选项,电解结束后电解质溶液的浓度变低。
答案 B
2. 以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是 ( )
A. 未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程
B. 因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C. 电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率
D. 镀锌层破损后对铁制品失去保护作用
解析 A项,未通电前上述镀锌装置 ( http: / / www.21cnjy.com )可构成原电池,因原电池反应与电镀时所发生的反应为不同的两个反应,故电镀过程不是该原电池的充电过程,错误;B项,电解过程中确实存在电能转化成热能的情况,但电镀时通过的电量与析出的锌的量存在确定的关系,与其他能量的转化无关,错误;D项,镀锌层破损后,能形成锌铁原电池,铁为正极,锌为负极,同样起到保护铁的作用,错误。
答案 C
3. Cu2O是一种半导体的材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 石墨电极上产生氢气
B. 铜电极发生还原反应
C. 铜电极接直流电源的负极
D. 当有0.1 mol电子转移时,有0.1 mol Cu2O生成
解析 A项,根据电解方程式可知,阳极 ( http: / / www.21cnjy.com )为铜,则阴极为石墨,故阴极(石墨)上有氢气产生,正确;B项,铜电极为阳极,发生氧化反应,不正确;C项,铜是阳极,应与电源的正极相连,不正确;D项,生成0.1 mol Cu2O时,应该有0.2 mol电子发生转移。
答案 A
4. CuI是一种不溶于水的白色固体,可以由反应2Cu2++4I-2CuI↓+I2得到。现以石墨为阴极,以Cu为阳极电解KI溶液,通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。下列叙述正确的是 ( )
A. 阴极区溶液呈红色,电极反应式为
4OH--4e-2H2O+O2↑
B. 阴极区溶液呈蓝色,阳极生成的Cu2+向阴极移动
C. 阳极区有白色沉淀生成,原因是
2Cu+4I--4e-2CuI↓+I2
D. 阳极区溶液呈蓝色,电极反应式为
2I--2e-I2
解析 阴极区放电的是阳离子,即H+放电,则溶液呈碱性,应呈现红色,故A、B项不正确;C项,阳极铜失去电子,生成铜离子,与I-反应生成CuI白色沉淀,故正确;D项,阳极的电极反应式是Cu-2e-Cu2+,故不正确。
答案 C
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第16~17页中的练习。
第三单元 金属的腐蚀与防护
课堂导学
新课引入
金属的腐蚀与防护是一个异常棘手的世界 ( http: / / www.21cnjy.com )性科技难题。发达国家每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的2%~4%,远远超过各种自然灾害造成损失的总和,可见金属腐蚀不可小视,如何防止或减轻金属的腐蚀呢
目标导学(见学生用书第18页)
钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
1. 钢铁的析氢腐蚀
(1) 条件:周围环境的酸性较强。
(2) 电极反应
负极:Fe-2e-Fe2+(氧化反应)
正极:2H++2e-H2↑(还原反应)
总反应:Fe+2H+Fe2++H2↑
2. 钢铁的吸氧腐蚀
(1) 条件:周围环境的酸性较弱或呈中性。
(2) 电极反应
负极:2Fe-4e-2Fe2+(氧化反应)
正极:O2+4e-+2H2O4OH-(还原反应)
总反应:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
3. 根据析氢腐蚀和吸氧腐蚀的条件可以判断,吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍。
例题1 下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 钢管与铜管露天堆放在一起,钢管不易被腐蚀
B. 在上图所示环境中,铁被腐蚀速率:Ⅰ >Ⅲ>Ⅱ
C. 铁制品保存在温度较高的地方
D. 钢铁发生电化学腐蚀时,负极反应是
Fe-3e-Fe3+
解析 钢管与铜管露天堆放在一起,形成原电池反应,钢管作负极易被腐蚀,A项错;B项正确;铁制品应该保存在低温、干燥的地方,C项错;钢铁发生电化学腐蚀时,负极反应是Fe-2e-Fe2+,D项错。
答案 B
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀
不纯金属(或合金)接触到电解质溶液所发生的原电池反应,较活泼的金属原子失去电子被氧化而引起的腐蚀
分类
吸氧腐蚀(主要)
析氢腐蚀
(续表)
条件
金属与物质直接接触
水膜中溶有O2,呈极弱酸性或中性、碱性
水膜酸性较强
本质
金属被氧化而腐蚀
较活泼金属被氧化而腐蚀
区别
无电流产生
有微弱电流产生
举例
反应式
2Fe+3Cl2
2FeCl3
负极:Fe-2e-Fe2+
正极:2H2O+O2+
4e-4OH-
(吸氧腐蚀)
正极:4H++
4e-2H2↑
(析氢腐蚀)
联系
两种腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大
例题2 下列事实与电化学腐蚀无关的是 ( )
A. 埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀
B. 为保护海轮的船壳,常在船壳上镶入锌块
C. 在空气中,金属银的表面生成一层黑色物质
D. 镀银的 ,镀层部分受损后,露出的铁表面易被腐蚀
解析 纯银不与氧气反应,由于空气中 ( http: / / www.21cnjy.com )存在极少量臭氧,可将Ag氧化为氧化银,表面变暗,空气中会存在微量的硫化氢气体,与银生成黑色硫化银,表面变暗,在空气中,金属银的表面生成一层黑色物质发生的是化学腐蚀;A、B、D项发生的都是电化学腐蚀。
答案 C
金属的防护方法
1. 加保护层:如在金属表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等,目的是使金属与空气、水隔绝,阻止发生化学或电化学腐蚀。
2. 改变金属内部结构:如制成不锈钢。
3. 利用原电池原理:将被保护金属 ( http: / / www.21cnjy.com )与比其更活泼的金属连接在一起,更活泼的金属不断地被腐蚀,只需定期更换活泼的金属即可,也称为牺牲阳极的阴极保护法。
4. 利用电解原理:此法也称为外 ( http: / / www.21cnjy.com )加电流的阴极保护法,即将被保护的金属连接在电源的负极上,这样通电后电子流向阴极,在被保护的金属表面积累了大量的负电荷,从而抑制了金属失去电子而被腐蚀。
例题3 下图各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀,腐蚀的速率由快到慢的顺序为 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. ⑤②①③④ B. ④③①②⑤
C. ⑤④②①③ D. ③②④①⑤
解析 判断金属腐蚀的快慢 ( http: / / www.21cnjy.com ),首先判断该金属是否充当原电池或电解池的电极,若是电解池的阳极,金属腐蚀速率最快;其次是充当原电池的负极,腐蚀较快;而作为电解池的阴极和原电池的正极则不被腐蚀。⑤中,Fe作为电解池的阳极,腐蚀最快;②③④均为原电池,③中Fe为正极,不被腐蚀,②④中Fe均为负极被腐蚀,Fe和Cu的金属活动性差别比Fe和Sn大,故④中铁腐蚀较快,则铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤④②①③。
答案 C
备讲例题
1. 下列几种金属制品的镀层损坏后,金属腐蚀的速率最快的是 ( )
A. 镀铝塑料 B. 食品罐头盒(镀锡)
C. 白铁水桶(镀锌) D. 镀银铜质奖章
解析 A项,塑料不会被腐蚀 ( http: / / www.21cnjy.com );B项,Fe为原电池负极,锡为原电池的正极,加速Fe的腐蚀;C项,Zn为原电池的负极,铁为原电池的正极,铁被保护起来;D项,Cu为原电池的负极,Ag为原电池的正极,加速了铜的腐蚀。由于Fe比Cu更易失去电子,所以腐蚀最快的是B项中的铁。
答案 B
2. 如右图所示,将铁棒和石墨棒插入1 L 1 mol·L-1食盐水中。下列说法正确的是( )
A. 若电键K与N连接,铁被保护不会腐蚀
B. 若电键K与N连接,正极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑
C. 若电键K与M连接,将石墨棒换成铜棒,可实现铁棒上镀铜
D. 若电键K与M连接,当两极共产生28 L(标准状况)气体时,生成了1 mol NaOH
解析 A项,若电键K与N连接,则形成原电池,铁作负极被腐蚀,不正确;B项,若电键K与N连接,正极反应式是O2+2H2O+4e-4OH-,不正确;C项,若电键K与M连接,将石墨棒换成铜棒,则为电解池,若要在铁棒上镀铜,电解质溶液不能用食盐水,而应用硫酸铜溶液,不正确;D项,若电键K与M连接,为电解食盐水,根据电解反应式:
2NaCl+2H2O2NaOH+
2 mol 2 mol 44.8 L
1 mol x mol V L
解得x=1,V=22.4,氯 ( http: / / www.21cnjy.com )化钠全部电解完,产生氢氧化钠1 mol,而现在产生气体为28 L,表明电解完氯化钠后继续电解水,而氢氧化钠的量不变化,即生成了1 mol NaOH,正确。
答案 D
课堂评价(见学生用书第19页)
1. 下列叙述正确的是 ( )
A. 原电池中阳离子向负极移动
B. 用铝质铆钉接铁板,铁易被腐蚀
C. 马口铁(镀锡)的表面一旦破损,铁腐蚀加快
D. 白铁(镀锌)的表面一旦破损,铁腐蚀加快
解析 A项,原电池中阳离子向正极移动,不正确;B项,铁被保护,不正确;C项,正确;D项,锌被腐蚀,铁被保护,不正确。
答案 C
2. 下列有关金属的腐蚀与防护的说法正确的是 ( )
A. 纯铁和生铁在酸雨中均发生电化学腐蚀
B. 在轮船表面涂刷富锌油漆,能有效防止船体在海水中被腐蚀
C. 镀锌铁制品镀层破损后,铁制品比受损前更容易生锈,而镀锡铁则相反
D. 生铁和纯铁同时放入海水中,纯铁更易腐蚀
解析 纯铁在酸雨中发生的是化学腐蚀 ( http: / / www.21cnjy.com ),A项错;金属活动性:Zn>Fe>Sn,所以镀锌层破损后铁制品不易腐蚀,而镀锡层破损后铁制品更易腐蚀,C项错;生铁中含C,在海水中易形成原电池、比纯铁更易腐蚀,D项错。
答案 B
3. 下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是 ( )
A. 水中的钢闸门连接电源的负极
B. 金属护拦表面涂漆
C. 汽车底盘喷涂高分子膜
D. 地下钢管连接镁块
解析 依题意得答案应是A项;B、C项是在金属表面涂上保护层;D项是牺牲阳极的阴极保护法。
答案 A
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第18~19页中的练习。专题1复习课
单元网络(见学生用书第19页)
( http: / / www.21cnjy.com )
单元整合(见学生用书第19~20页)
反应热的大小比较
反应热的大小比较要考虑的因素较多,反应物、生成物的状态,反应物的物质的量,焓变的正、负值等。
1. 吸热反应与放热反应:吸热反应的ΔH>0,放热反应的ΔH<0,故吸热反应的反应热一定大于放热反应的反应热。
2. 反应物或生成物状态不同的反应:因为反应物和生成物的状态不同,反应热也不同。固体、液体、气体三态之间的能量转化如下:
3. 化学计量数不同的反应:对于同一反应,化学计量数越大,则反应放出或吸收的热量越多。
4. 不同中和反应的中和热:(1) ( http: / / www.21cnjy.com ) 如果是弱酸或弱碱参加的中和反应,由于弱酸或弱碱电离要吸热,则放出的热量比强酸、强碱中和的热量少;(2) 如果浓硫酸直接与碱混合,则需考虑浓硫酸稀释本身要放热;(3) 如果反应过程中有沉淀生成时,则必须考虑形成沉淀时的热效应。
5. 比较燃烧反应的反应热时,要全面比较,可燃物的物质的量、燃烧是否完全、燃烧产物的状态等。
例题1 (1) 在同温同压下,下列各组热化学方程式中Q2>Q1的是 ( )
A. H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-Q1
H2(g)+Cl2(g)HCl(g) ΔH=-Q2
B. C(s)+O2(g)CO(g) ΔH=-Q1
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-Q2
C. 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-Q1
2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-Q2
D. S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH=-Q1
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-Q2
(2) 298 K、101 kPa时,合成氨反应的热化学方程式为(g)2NH3(g) ΔH=-92.38 kJ·mol-1。在该温度下,取1 mol N2(g)和3 mol H2(g)放在一密闭容器中,在催化剂存在下进行反应,测得反应放出的热量总是小于92.38 kJ,其主要的原因是 。
解析 对于放热反应,参加反应的物质 ( http: / / www.21cnjy.com )的量越多,放出的热量越多,固态转化为液态、液态转化为气态都要吸收热量;碳完全燃烧放出的热量大于不完全燃烧放出的热量。
答案 (1) B (2) 合成氨是可逆反应,反应不能进行到底,所以测得反应放出的热量总是小于92.38 kJ。
反应热的计算
1. 主要依据:热化学方程式、键能数据、盖斯定律和燃烧热的数据等。
2. 主要方法:(1) 根据热化学方 ( http: / / www.21cnjy.com )程式的计算,反应热与反应物各物质的量成正比;(2) 根据反应物和生成物的总能量计算,ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量;(3) 根据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算,ΔH=反应物的化学键断裂吸收的能量之和-生成物的化学键形成释放的能量之和;(4) 根据盖斯定律进行计算,化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关,而与反应的途径无关。即如果一个反应可以分步进行,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是相等的;(5) 根据物质燃烧热数值计算。
例题2 (1) 在25 ℃、101 kPa下,1 g甲烷燃烧生成CO2和液态水时放热55.6 kJ。则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为
。
(2) 下表中的数据表示破坏1 mol化学键需消耗的能量(即键能,单位为kJ·mol-1):
化学键
C—H
C—F
H—F
F—F
键能
414
489
565
158
根据键能数据计算以下反应的反应热ΔH:
CH4(g)+4F2(g)CF4(g)+4HF(g) ΔH= 。
解析 (1) 1 g甲烷的物质的量为 mol,其燃烧放热为55.6 kJ,所以1 mol甲烷燃烧放出的热量为16×55.6 kJ=889.6 kJ。甲烷燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-889.6 kJ·mol-1。
(2) 根据ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和,可计算ΔH=-1 928 kJ·mol-1。
答案 (1) CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-889.6 kJ·mol-1
(2) -1 928 kJ·mol-1
新型可逆电池充、放电的判断
操作
原理
电极判断
电极反应
溶液中离子移动
放电
原电
池
负极:元素化合价升高的物质
氧化反应
阴离子
移向负极
正极:元素化合价降低的物质
还原反应
阳离子
移向正极
(续表)
充电
电解
池
阳极:与电源正极相连的物质
氧化反应
阴离子
移向阳极
阴极:与电源负极相连的物质
还原反应
阳离子
移向阴极
解题时要注意看清总反应式上放电与充电的方向。
例题3 铅酸蓄电池是目前应用普遍的化学电池,新型液流式铅酸蓄电池以可溶的甲基磺酸铅为电解质,电池总反应为Pb+PbO2+4H+2Pb2++2H2O。下列有关新型液流式铅酸蓄电池的说法正确的是 ( )
A. 充、放电时,溶液中Pb2+浓度保持不变
B. 充、放电时,溶液的导电能力变化不大
C. 放电时的负极反应式为Pb-2e-Pb2+
D. 充电时的阳极反应式为
Pb2++4OH-+2e-PbO2+2H2O
解析 A项,充电过程是补充电极过程,即上述反应逆向进行,则Pb2+浓度减小,不正确;D项,充电时阳极就是补充原来正极的材料,电极反应式为Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+,不正确。
答案 BC
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《专题1测试卷》中的练习。
题
1
化学反应与能量变化
第一单元 化学反应中的热效应
第一课时 化学反应的焓变(1)
课堂导学
新课引入
我们已初步学习了化学能与热能的知识,对于 ( http: / / www.21cnjy.com )化学键与化学反应中能量变化的关系、化学能与热能的相互转化有了一定的认识。本节课我们将进一步了解反应热与焓变的涵义,理解化学能与热能转化的意义。
目标导学(见学生用书第2页)
焓变ΔH的正负与放热反应、吸热反应的关系
1. 放热反应:反应完成时,生成物释放的总 ( http: / / www.21cnjy.com )能量大于反应物吸收的总能量的反应。由于反应后放出热量(释放给环境)能使反应体系的能量降低,故ΔH<0,即ΔH为负值。
2. 吸热反应:反应完成时,生成物释放的总 ( http: / / www.21cnjy.com )能量小于反应物吸收的总能量的反应。由于反应时吸收环境能量而使反应体系的能量升高,故ΔH>0,即ΔH为正值。
例题1 比较下列反应的反应热大小,用“>”或“<”填空。
①CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ΔH1
CaO(s)+H2O(l)Ca(OH)2(aq) ΔH2
ΔH1 ΔH2
②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH3
C(s)+O2(g)CO(g) ΔH4
ΔH3 ΔH4
③H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH5
H2(g)+Cl2(g)HCl(g) ΔH6
ΔH5 ΔH6
④C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH7
C(s)+CO2(g)CO(g) ΔH8
ΔH7 ΔH8
⑤S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH9
S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH10
ΔH9 ΔH10
⑥2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH11
2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH12
ΔH11 ΔH12
解析 ①吸热反应的ΔH>0,放热反应的ΔH<0,所以ΔH1>ΔH2。
②完全燃烧比不完全燃烧放出的热量多,ΔH3<ΔH4。
③对于放热反应,参加反应的物质越多,放出的热量越多,ΔH5<ΔH6。
④对于吸热反应,参加反应的物质越多,吸收的热量越多,ΔH7>ΔH8。
⑤同一反应,反应物状态不同 ( http: / / www.21cnjy.com )。因为S(s)→S(g)要吸热,|ΔH9|<|ΔH10|,又因为反应放热,ΔH9、ΔH10均小于0,所以,ΔH9>ΔH10。
⑥同一反应,生成物状态不同。H2O(g ( http: / / www.21cnjy.com ))→H2O(l)要放热,|ΔH11|>|ΔH12|,又因为反应放热,ΔH11、ΔH12均小于0,所以,ΔH11<ΔH12。
答案 ①> ②< ③< ④> ⑤> ⑥<
焓变ΔH的计算
焓变ΔH的计算一般有如下三种方法: ( http: / / www.21cnjy.com )(1) ΔH=吸收的总能量-释放的总能量;(2) ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量;(3) ΔH=反应物中化学键断裂吸收的能量之和-生成物中化学键生成放出的能量之和。
例题2 通常把拆开1 mol某化学 ( http: / / www.21cnjy.com )键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可用于估算化学反应的反应热(ΔH),化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据,供计算使用。
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/kJ·
mol-1
460
360
436
431
176
347
工业上的高纯硅可通过下列反应制取:SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g),该反应的反应热(ΔH)为 。
解析 SiCl4、H2和HCl分子中共价键的 ( http: / / www.21cnjy.com )数目容易计算,而产物硅属于原子晶体,可根据原子晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。1 mol晶体硅中所含的Si—Si键为2 mol,即制取高纯硅反应的反应热ΔH=4×360 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-(2×176 kJ·mol-1+4×431 kJ·mol-1)=+236 kJ·mol-1。
答案 +236 kJ·mol-1
反应热的图像
1. 放热反应和吸热反应
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 反应热的本质
( http: / / www.21cnjy.com )
例如:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)
ΔH=-186 kJ·mol-1
E1:E(H—H)+E(Cl—Cl)
E2:2E(H—Cl)
ΔH=E1-E2
例题3 由右图分析,下列有关叙述正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. AB+C和B+CA两个反应吸收或放出的能量不相等
B. AB+C是放热反应
C. A具有的能量高于B和C具有的能量总和
D. AB+C是吸热反应,则B+CA必然是放热反应
解析 由图可知,B+C的能量高于A的能量,则反应B+CA一定是放热反应;反之,AB+C是吸热反应。根据能量守恒定律,两反应的反应热在数值上相等,符号相反。
答案 D
备讲例题
1. 在同温同压下,下列各组热化学方程式中,ΔH1>ΔH2的是 ( )
A. 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH1
2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH2
B. S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH1
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH2
C. C(s)+O2(g)CO(g) ΔH1
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2
D. H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH1
H2(g)+Cl2(g)HCl(g) ΔH2
解析 A项,H2O(g)H2O(l)需放热,故ΔH1<ΔH2;B项,反应物S(s)S(g)需吸热,故ΔH1<ΔH2;C项,CO(g)+O2(g)CO2(g)的反应放热,故ΔH1>ΔH2;D项,后一反应的化学计量数为前一反应对应物质的一半,故ΔH1<ΔH2。
答案 C
课堂评价(见学生用书第2~3页)
1. 下列反应属于吸热反应的是 ( )
A. 碳酸钙受热分解
B. 汽油燃烧
C. 铝粉与氧化铁粉末反应
D. 氧化钙溶于水
解析 A项正确;燃烧、铝热反应、碱性氧化物溶于水都是放热反应。
答案 A
2. 下列叙述正确的是 ( )
A. 化学反应中的能量变化,都表现为热量的变化
B. 需要加热才能发生的反应,一定是吸收能量的反应
C. 释放能量的反应在常温下一定很容易发生
D. 是吸收能量的反应还是释放能量的反应,必须看反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小
解析 化学反应中的能量变化 ( http: / / www.21cnjy.com ),不仅仅表现为热量的变化,如转化为光能,A项错;吸热反应还是放热反应取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小,与反应的条件无关,B项错、D项正确;碳燃烧是放热反应,但常温下不反应,C项错。
答案 D
3. 化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6分子结构如下图所示,现提供以下化学键的键能(kJ· mol-1):P—P:198 kJ· mol-1、P—O:360 kJ· mol-1、OO:498 kJ· mol-1 ,则反应P4(白磷)+3O2P4O6的反应热ΔH为 ( )
( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com )
A. -1 638 kJ· mol-1 B. +1 638 kJ· mol-1
C. -126 kJ· mol-1 D. +126 kJ· mol-1
解析 反应热(ΔH)=反应物键能总和-生成物键能总和,由化学方程式P4(白磷)+3O2P4O6 可知:
ΔH=(198×6+3×498)kJ·mol-1-(12×360)kJ·mol-1=-1 638 kJ· mol-1。
答案 A
4. 已知破坏1 mo ( http: / / www.21cnjy.com )l N≡N键、H—H键和N—H键分别需吸收的能量为946 kJ、436 kJ、391 kJ。计算1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全转化为NH3(g)时反应热的理论值。
解析 N2(g)与H2(g)反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH,使1 mol N≡N键断裂吸收946 kJ的能量,使3 mol H—H键断裂需吸收436 kJ·mol-1×3 mol=1 308 kJ的能量,因此使1 mol N2(g)和3 mol H2(g)中的化学键断裂共需吸收的能量为946 kJ+1 308 kJ=2 254 kJ。而2 mol NH3(g)中含6 mol N—H键,形成6 mol N—H键时放出的能量为391 kJ·mol-1×6 mol=2 346 kJ。反应热=断裂反应物的化学键时所吸收的总能量(2 254 kJ)-形成生成物时所释放的总能量(2 346 kJ),即放出了92 kJ的能量,即ΔH=-92 kJ·mol-1。
答案 ΔH=-92 kJ·mol-1
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第1~2页中的练习。
第二课时 化学反应的焓变(2)
课堂导学
新课引入
上一节课我们了解了反应的焓变,本节课我们具体地研究不同化学反应的焓变大小,并利用热化学方程式理解化学能转化为热能的意义。
目标导学(见学生用书第4页)
化学方程式与热化学方程式的比较
化学方程式
热化学方程式
是否配平
需要
需要
反应条件
需写明
不需要写明
反应物和生
成物的状态
不需要标出
需要标出
化学计量数
表达的意义
可以表示分子个数或物质的量,不能用小数或分数表示
只表示物质的量,可以用分数或小数表示
是否表示出
热量关系
不需要
要表示出热效应,并表示出放热或吸热
例题1 下列所表示的热化学方程式正确的是( )
A. 2Zn+O22ZnO
B. 2Zn+O22ZnO
ΔH=-701.0 kJ·mol-1
C. 2Zn(s)+O2(g)2ZnO(s)
ΔH=-701.0 kJ·mol-1
D. 2Zn(s)+O2(g)2ZnO(s)
ΔH=+701.0 kJ·mol-1
解析 A项,只是一个化学方程式;B项,未标出物质的聚集状态;D项,此化合反应是一个放热反应,故不正确。
答案 C
热化学方程式的书写与正误判断
热化学方程式的书写主要有“五看”:(1 ( http: / / www.21cnjy.com )) 看热化学方程式是否配平;(2) 看各物质的聚集状态有没有标出,且是否正确;(3) 看焓变ΔH的“+”、“-”是否正确;(4) 看反应热的单位是否为kJ·mol-1;(5) 看反应热的数值与化学计量数是否对应。
例题2 火箭推进器中盛有液态肼(N2H ( http: / / www.21cnjy.com )4)和液态双氧水,当它们混合时,立即产生氮气和水蒸气,并放出大量的热。已知6.4 g液态肼与足量的液态双氧水反应生成氮气和水蒸气时,放出128.326 kJ的热量。下列热化学方程式正确的是( )
A. N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=+128.326 kJ·mol-1
B. N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-128.326 kJ·mol-1
C. N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-641.63 kJ·mol-1
D. N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-256.625 kJ·mol-1
解析 放热反应ΔH<0,A项错;B项6.4 g液态肼不是1 mol;D项ΔH数值计算错误。
答案 C
热化学方程式的计算
热化学方程式的计算与化学方程式的计算类似,按照热化学方程式中的计量数与焓变之间的对应关系即可以计算。
例题3 用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。反应A:4HCl+O22Cl2+2H2O。
已知:Ⅰ.反应A中,4 mol HCl被氧化,放出115.6 kJ的热量。
Ⅱ. ( http: / / www.21cnjy.com )
(1) 反应A的热化学方程式是 。
(2) 断开1 mol H—O键与 ( http: / / www.21cnjy.com )断开1 mol H—Cl 键所需能量相差约为 kJ,H2O中H—O键比HCl中H—Cl键 (填“强”或“弱”)。
解析 根据Ⅰ就可以写出相应的热化学方程式 ( http: / / www.21cnjy.com )。ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和,设H—Cl键的键能是x,H—O键的键能是y,ΔH=-115.6 kJ·mol-1=4x+498 kJ·mol-1-2×243 kJ·mol-1-4y,解得y-x=31.9 kJ·mol-1。
答案 (1) 4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-115.6 kJ·mol-1 (2) 31.9 强
备讲例题
1. 已知在1×105 Pa、29 ( http: / / www.21cnjy.com )8 K条件下,1 mol葡萄糖完全燃烧生成二氧化碳气体和水蒸气放出2 800 kJ的热量,下列热化学方程式正确的是 ( )
A. C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(g)
ΔH=-2 800 kJ·mol-1
B. C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)
ΔH=-2 800 kJ·mol-1
C. C6H12O6(s)+3O2(g)3CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=-2 800 kJ·mol-1
D. C6H12O6(s)+3O2(g)3CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=+1 400 kJ·mol-1
解析 A项,正确;B项,生成的水是气态,不是液态;C项,1 mol葡萄糖燃烧放热是2 800 kJ;D项,燃烧是放热反应,不是吸热反应。
答案 A
课堂评价(见学生用书第4~5页)
1. 对热化学方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1最准确的理解是 ( )
A. 碳和水反应吸收131.3 kJ热量
B. 1 mol碳和1 mol水反应生成一氧化碳和氢气,同时放出131.3 kJ热量
C. 1 mol碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol CO和1 mol H2,同时吸收131.3 kJ热量
D. 1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.1 kJ
解析 热化学方程式的系数表示物质的量,故A、D项错误;B项的说法不准确,未强调“水蒸气”,且应为吸收热量。
答案 C
2. 已知燃烧7.8 g乙炔气体生成 ( http: / / www.21cnjy.com )二氧化碳气体和液态水时,放出389.9 kJ热量,则下列有关乙炔气体燃烧的热化学方程式正确的是 ( )
A. 2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-389.9 kJ·mol-1
B. 2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-2 599.2 kJ·mol-1
C. C2H2(g)+2.5O2(g)2CO2(g)+ H2O(l)
ΔH=-1 299.6 kJ·mol-1
D. 2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-1 299.6 kJ·mol-1
解析 题目中要求生成液态水,B ( http: / / www.21cnjy.com )项错;7.8 g乙炔气体即0.3 mol,燃烧生成CO2气体和液态H2O时,放出389.9 kJ热量,即1 mol 乙炔气体燃烧生成 CO2气体和液态 H2O时,放出1 299.6 kJ热量,C项正确。
答案 C
3. 沼气是一种能源,它的主要成分是 ( http: / / www.21cnjy.com )CH4。0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时,放出445 kJ热量,则下列热化学方程式中正确的是 ( )
A. 2CH4(g)+4O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=+890 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. CH4(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(l)
ΔH=-890 kJ·mol-1
解析 0.5 mol CH4完全燃烧生成C ( http: / / www.21cnjy.com )O2气体和液态H2O时,放出445 kJ热量,即1 mol CH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时,放出890 kJ热量。根据书写热化学方程式的原则,要注明物质的聚集状态、标出反应的热效应,只有C项正确。
答案 C
4. 根据热化学方程式:S(l)+O2(g)SO2(g) ΔH=-293.23 kJ·mol-1,分析下列说法正确的是 ( )
A. S(s)+O2(g)SO2(g),反应放出的热量大于293.23 kJ·mol-1
B. S(g)+O2(g)SO2(g),反应放出的热量小于293.23 kJ·mol-1
C. 1 mol SO2的键能之和小于1 mol硫和1 mol氧气的键能之和
D. 1 mol SO2的键能之和大于1 mol硫和1 mol氧气的键能之和
解析 A项,固态硫燃烧比液态 ( http: / / www.21cnjy.com )硫燃烧放热少,不正确;B项,气态硫燃烧比液态硫燃烧放热多,不正确;反应热(ΔH)=反应物键能之和-生成物键能之和,ΔH<0,反应物键能之和小于生成物键能之和,C项不正确、D项正确。
答案 C
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第3~4页中的练习。
第三课时 反应热的测量与计算
课堂导学
新课引入
通过前面的学习我们已知道常见的放热反应 ( http: / / www.21cnjy.com )和吸热反应。本节内容我们主要学习如何从实验的角度测定中和反应的热量,从而进一步换算出强酸与强碱的中和热,同时认识测定中所用的仪器及作用。
目标导学(见学生用书第6~7页)
中和热的概念
中和热是指在稀溶液中,酸与碱发生中和反 ( http: / / www.21cnjy.com )应生成1 mol液态水时的反应热。理解这个概念时要注意:(1) 稀溶液,如果用浓硫酸与氢氧化钠溶液反应生成1 mol液态水,放热比中和热多,原因是浓硫酸稀释本身就是放热的;(2) 生成的液态水一定是1 mol。
例题1 下列关于中和热的叙述正确的是 ( )
A. 在稀溶液中,所有酸和碱反应的中和热数值都相等
B. 在稀溶液中,HCl和NaOH反应与HNO3和KOH反应的中和热相等
C. 在稀溶液中,酸和碱反应放出的热量叫中和热
D. 将浓硫酸滴入氢氧化钠溶液中刚好生成1 mol 水时,产生的热量即为中和热
解析 A项,强酸和强碱的中和热与弱酸和弱 ( http: / / www.21cnjy.com )碱的中和热数值不相等,不正确;B项,正确;C项,中和热一定是指稀酸、稀碱中和生成1 mol液态水所放出的热量,不正确;D项,浓硫酸溶于水也会放热,不正确。
答案 B
中和热的测定
1. 实验原理:先测出盐酸与氢氧化钠溶液的起 ( http: / / www.21cnjy.com )始温度,求出平均温度,两溶液混合充分反应后,读取混合液的温度,再重复以上实验2次,最后根据温度的平均值及公式 Q=cmΔT 计算出反应热。
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 实验装置:如右图。
3. 实验注意事项:(1) 实验所用 ( http: / / www.21cnjy.com )碱(或酸)略过量;(2) 小烧杯杯口与大烧杯杯口相平;(3) 两烧杯之间的缝隙一定要塞满泡沫塑料(或纸条);(4) 环形玻璃搅拌棒不能用导热性良好或与酸反应的金属丝代替;(5) 数据处理时,如果有哪一组数据与其他两组数据偏差较大,要舍弃。
4. 实验误差分析:(1) 若装置保温性较差,则所测中和热数据偏小;(2) 若用铜丝代替环形玻璃搅拌棒,则所测中和热数据偏小。
例题2 将盛有50 mL 0.50 m ( http: / / www.21cnjy.com )ol·L-1盐酸的 200 mL 烧杯放到800 mL的大烧杯中,两只烧杯间填满碎纸屑。用泡沫塑料板做成大烧杯盖,通过盖子插入一根环形玻璃搅拌棒和一支温度计,测定溶液的温度。迅速向盐酸溶液中加入50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液,盖好,搅拌溶液,观察温度的变化。当温度保持稳定时,记录读数,取出装反应液的烧杯,倒出溶液,清洗干净,保持内外杯壁干燥。重复进行三次实验。用这一实验可以粗略测定中和热。
请回答下列问题:
(1) 烧杯间填满碎纸屑的作用是
。
(2) 要重复进行三次实验的目的是
。
(3) 烧杯如果不盖泡沫塑料板,所求得的中和热数值将 (填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
(4) 实验中若改用60 mL 0.50 ( http: / / www.21cnjy.com ) mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液进行上述反应,与上述实验相比,所放出的热量 (填“相等”或“不相等”,下同),所求中和热 ,理由是
。
(5) 三次平行操作测得数据中,起 ( http: / / www.21cnjy.com )始时盐酸与烧碱溶液温度相同,而终止温度与起始温度之差(t2-t1)分别为①2.3 ℃、②2.4 ℃、③2.9 ℃,则最终代入计算式的温度差的平均值为 ℃。
解析 本题考查“量热器”的组成以及造 ( http: / / www.21cnjy.com )成实验误差的原因,然后按实验步骤进行分析和判断。(1) 碎纸屑的作用是减少实验过程中的热量损失。(2) 重复进行实验的目的是减小实验误差。(3) 不盖泡沫塑料板会损失部分热量,故所测结果偏小。(4) 由中和热概念可知,中和热是以生成1 mol液态水为标准的,而与过量部分的酸、碱无关。(5) 所测温度中2.9 ℃偏差太大,舍去,代入计算式的温度应是①与②的平均值。
答案 (1) 保温、隔热,减少实验过程中热量的损失 (2) 减小实验过程中的误差 (3) 偏小 (4) 不相等 相等
因为60 mL 0.50 mol·L- ( http: / / www.21cnjy.com )1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液反应能生成0.027 5 mol H2O,而50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液反应只能生成0.025 mol H2O,因此所放出的热量不同。但中和热是指酸与碱发生中和反应生成 1 mol H2O(l)时所放出的热量,与酸、碱的用量无关,因此所求中和热相等 (5) 2.35
盖斯定律的应用
1. 若反应物A转化为生成物D,可以有以下两种途径:
(1) 由A直接转化为D,反应热为ΔH。
(2) 由A经过B转化为C,再由C转化为D,每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,如下图所示,则ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
2. 运用所给热化学方程式通过加减的方法得到所求热化学方程式。
例题3 已知下列热化学方程式:
Zn(s)+O2(g)ZnO(s)
ΔH1=-351.1 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,
其中ΔH3的值是 ( )
A. -441.8 kJ·mol-1
B. -254.6 kJ·mol-1
C. -438.9 kJ·mol-1
D. -260.4 kJ·mol-1
解析 利用盖斯定律,①-②可得热化学方程式,ΔH3=ΔH1-ΔH2。
答案 D
备讲例题
1. 实验室进行中和热的测定实验时,除需要大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)外,所用的其他仪器和试剂均正确的一组是 ( )
A. 0.50 mol·L-1盐酸、0.50 mol·L-1 NaOH溶液、100 mL 量筒1个
B. 0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液、100 mL 量筒2个
C. 0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液、50 mL 量筒1个
D. 0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液、50 mL 量筒2个
解析 本实验中为了保证0.5 ( http: / / www.21cnjy.com )0 mol·L-1盐酸完全被中和,采用0.55 mol·L-1 NaOH溶液,使碱稍过量,故A项不符合;所需酸、碱量均为50 mL,故B项不符合;酸、碱分别用不同的量筒量取,故C项不符合。
答案 D
2. 含有11.2 g ( http: / / www.21cnjy.com )KOH的稀溶液与1 L 0.1 mol·L-1稀硫酸反应,放出11.46 kJ热量,表示该反应的中和热的热化学方程式为 ( )
A. KOH(aq)+H2SO4(aq)K2SO4(aq)+H2O(l)
ΔH=-11.46 kJ·mol-1
B. 2KOH(aq)+H2SO4(aq)K2SO4(aq)+2H2O(l)
ΔH=-11.46 kJ·mol-1
C. 2KOH(aq)+H2SO4(aq)K2SO4(aq)+2H2O(l)
ΔH=-114.6 kJ·mol-1
D. KOH(aq)+H2SO4(aq)K2SO4(aq)+H2O(l)
ΔH=-57.3 kJ·mol-1
解析 中和热是以生成1 mol液态水所放出 ( http: / / www.21cnjy.com )的热量来定义的,故书写中和热的热化学方程式时,应以生成1 mol液态水为标准来配平其余物质的化学计量数,故答案为D。
答案 D
3. 已知:
①2Cu(s)+O2(g)Cu2O(s)
ΔH=-169 kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO(g)
ΔH=-110.5 kJ·mol-1
③Cu(s)+O2(g)CuO(s)
ΔH=-157 kJ·mol-1
则反应:2CuO(s)+C(s)Cu2O(s)+CO(g)
ΔH= kJ·mol-1。
解析 反应2CuO(s)+C(s)Cu2O(s)+CO(g)可由反应①+②-2×③得到,则ΔH=[-169+(-110.5)-2×(-157)] kJ·mol-1=+34.5 kJ·mol-1。
答案 +34.5
课堂评价(见学生用书第7页)
1. 分别向1 L 0.5 mol·L-1 ( http: / / www.21cnjy.com )NaOH溶液中加入:①稀盐酸、②浓硫酸、③稀硝酸。恰好完全反应的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,它们之间的关系正确的是 ( )
A. ΔH1>ΔH2>ΔH3 B. ΔH2<ΔH1<ΔH3
C. ΔH1=ΔH2=ΔH3 D. ΔH1=ΔH3>ΔH2
解析 因为浓硫酸稀释时放热,则1 L 0.5 ( http: / / www.21cnjy.com ) mol·L-1 NaOH溶液与浓硫酸反应时放出的热量包括中和放热和稀释放热,而与稀盐酸、稀硝酸反应时放出的热量只有中和热,故与浓硫酸反应时放出的热量最多,而ΔH<0,故D项正确。
答案 D
2. 已知反应:①101 kPa时,2C(s)+O2(g)2CO(g)
ΔH=-221 kJ·mol-1,②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。下列结论正确的是 ( )
A. 稀盐酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量
B. 反应①的反应热为221 kJ·mol-1
C. 98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成 1 mol 水的中和热为-57.3 kJ·mol-1
D. 稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量
解析 A项正确;B项中表示“ ( http: / / www.21cnjy.com )反应热”的数据前必须带“-”;C项中描述的是中和热,数据前不应带“-”,且放出的热量应大于57.3 kJ;D项中的反应热包括H+与OH-反应放出的热量和稀醋酸电离吸收的热量,所以放出的热量要小于57.3 kJ。
答案 A
3. 将V1 mL 1.0 m ( http: / / www.21cnjy.com )ol·L-1盐酸和V2 mL未知浓度的氢氧化钠溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如下图所示(实验中始终保持V1+V2=50 mL)。下列叙述正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 做该实验时环境温度为22 ℃
B. 该实验表明化学能可以转化为热能
C. NaOH溶液的浓度约是1.00 mol·L-1
D. 该实验表明有水生成的反应都是放热反应
解析 A项,图中22 ℃时盐酸为5 mL, ( http: / / www.21cnjy.com )氢氧化钠为45 mL,故已有部分放热,反应的环境温度低于22 ℃,不正确;B项,正确;C项,温度的最高点代表酸与碱反应生成水的量最多,即放热最多,则30 mL盐酸与20 mL氢氧化钠溶液恰好完全反应,则氢氧化钠溶液的浓度为1.5 mol·L-1,不正确;D项,有水生成的反应不可能全为放热反应,如氢氧化钡与氯化铵反应中也有水生成,但是吸热反应,不正确。
答案 B
4. 根据下列热化学方程式:
①C(s)+O2(g)CO2(g)
ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
②H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH2=-285.8 kJ·mol-1
③CH3COOH(l)+2O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)
ΔH3=-870.3 kJ·mol-1
可以计算出2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l)的反应热ΔH为 ( )
A. ΔH=+244.1 kJ·mol-1
B. ΔH=-488.3 kJ·mol-1
C. ΔH=-996.6 kJ·mol-1
D. ΔH=+996.6 kJ·mol-1
解析 根据盖斯定律,ΔH=2ΔH1+2ΔH2-ΔH3=-488.3 kJ·mol-1,所以就有2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l) ΔH=-488.3 kJ·mol-1。
答案 B
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第5~6页中的练习。
第四课时 能源的充分利用
课堂导学
新课引入
煤、石油和天然气是传统的化石能源,在我 ( http: / / www.21cnjy.com )们的日常生活中起着不可或缺的作用。这三种能源在等质量的情况下,哪一种热值更高 除了传统的化石能源外,还有哪些能源能为我们所用 通过本节内容的学习将为你揭晓。
目标导学(见学生用书第8~9页)
燃烧热的热化学方程式的书写
书写表示燃烧热的热化学方程式时,应以燃烧1 mol 物质为标准来配平其余物质的化学计量数。如C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 518 kJ·mol-1,即C8H18 的燃烧热为5 518 kJ·mol-1。
例题1 下列热化学方程式中的ΔH能表示可燃物的燃烧热的是 ( )
A. H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)
ΔH=-184.6 kJ·mol-1
B. CO(g)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-283 kJ·mol-1
C. 2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D. CH4(g)+2O2(g)CO2(g) +2H2O(g)
ΔH=-802.3 kJ·mol-1
解析 符合燃烧热定义的只有B选项。
答案 B
燃烧热和中和热的异同
燃烧热
中和热
相同
点
能量变化
放热反应
ΔH及其单位
ΔH<0,kJ·mol-1
(续表)
不
同
点
反应物的量
1 mol
不一定为1 mol
生成物的量
不一定为1 mol
1 mol
反应热的含义
25 ℃、101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量
在稀溶液里,强酸与强碱发生中和反应生成1 mol水时所放出的热量
注意:中和热是以生成1 mol液态 ( http: / / www.21cnjy.com )水所放出的热量来测定的,因此书写中和热的热化学方程式时,应以生成1 mol H2O(l)为标准来配平其余物质的化学计量数;而燃烧热是以1 mol可燃物质为标准,故书写燃烧热的热化学方程式时,应以此为标准配平其他反应物、生成物的化学计量数,既可用整数表示,也可用分数来表示。
例题2 已知反应:①101 kPa 时,2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221 kJ·mol-1;②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。下列说法中正确的是 ( )
A. 碳的燃烧热大于 110.5 kJ·mol-1
B. 稀硫酸与浓NaOH溶液反应的中和热为ΔH=-57.3 kJ·mol-1
C. 稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出的热量小于57.3 kJ
D. ①表示2 mol C(s)燃烧生成2 mol CO(g)需要吸收221 kJ的热量
解析 CO燃烧生成二氧化碳放出热量,A项正确;浓NaOH溶液稀释的过程会放出热量,B项错;稀醋酸电离要吸热,C项正确;燃烧要放热,D项错。
答案 AC
新能源的特点及开发应用
为应对能源危机,满足不断增长的能源需求,现在正探索的新能源有:太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能等。
新能源
优点
缺点
太阳能
能量巨大、清洁、充足,
不需要开采、运输
能量密度低、开发成
本高、稳定性差
氢能
燃烧热值高,资源丰富,
无毒、无污染
储存、运输困难
地热能
蕴藏量丰富
正在开发中
风能
能量巨大
不稳定,受地区、季节、
气候影响甚大
例题3 氢气是一种很有前景的能源物质,以水为原料大量制取氢气的最理想的途径是 ( )
A. 利用太阳能直接使水分解产生氢气
B. 以焦炭和水制取水煤气后分离出氢气
C. 用Fe跟HCl反应放出氢气
D. 由热电站提供电力电解水产生氢气
解析 太阳能相对于其他能源来说是最丰富的,其他能源的储量有限,故选A。
答案 A
备讲例题
1. 下列关于热化学反应的描述正确的是 ( )
A. HCl和NaOH反应的中和 ( http: / / www.21cnjy.com )热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1
B. CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol-1,则2CO2(g)2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=2×283.0 kJ·mol-1
C. 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
D. 1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
解析 中和热是以生成1 mol H2O ( http: / / www.21cnjy.com )(l)作为标准的,因此A项不正确;燃烧热是指1 mol燃料完全燃烧生成稳定化合物所放出的热量,因此B项正确、D项不正确;有些反应需加热才能发生,但却是放热反应,如燃料的燃烧需点燃才能发生,但却是放热反应,因此C项不正确。
答案 B
2. 化学反应过程中发生物质变化 ( http: / / www.21cnjy.com )的同时,常常伴有能量的变化。这种能量的变化常以热量的形式表现出来,叫做反应热。由于反应的情况不同,反应热可以分为许多种,如燃烧热和中和热等。
(1) 下列ΔH表示物质的燃烧热的是 ;表示物质的中和热的是 。(填“ΔH1”、“ΔH2”或“ΔH3”等)
A. 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH1
B. C(s)+O2(g)CO(g) ΔH2
C. CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH3
D. C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH4
E. C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l) ΔH5
F. NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH6
G. 2NaOH(aq)+H2SO4(aq)Na2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH7
(2) 2.00 g C2H2气体完全燃烧生成液态水和CO2气体,放出99.6 kJ的热量,写出该反应的热化学方程式: 。
(3) 充分燃烧一定量的丁烷,放出的 ( http: / / www.21cnjy.com )热量大小为Q,生成的CO2恰好与100 mL 5 mol·L-1KOH溶液完全反应,则燃烧1 mol丁烷放出的热量为 。
解析 (1) A项不是1 mol H2燃烧;B项不是完全燃烧;C项生成的是气态水,不是稳定形式的化合物;F、G项不是燃烧反应。中和热是指生成1 mol水时放出的热量,故选F。(2) 根据题意,1 mol C2H2完全燃烧放热为×99.6 kJ=1 294.8 kJ,则热化学方程式为C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-1 294.8 kJ·mol-1。(3) CO2与KOH恰好完全反应可能生成K2CO3或KHCO3,则应分两种情况计算。
答案 (1) ΔH4、ΔH5 ΔH6
(2) C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l)
ΔH=-1 294.8 kJ·mol-1
(3) 8Q~16Q
课堂评价(见学生用书第9页)
1. 下列热化学方程式中ΔH代表燃烧热的是( )
A. CH4(g)+O2(g)2H2O(l)+CO(g) ΔH1
B. S(s)+O2(g)SO3(s) ΔH2
C. C6H12O6(s)+6O26CO2(g)+6H2O(l) ΔH3
D. 2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH4
解析 燃烧是1 mol可燃物完全燃烧生 ( http: / / www.21cnjy.com )成稳定化合物放出的热量。A项中生成产物中一氧化碳是不稳定的氧化物,不符合燃烧热的概念,错;硫单质燃烧生成二氧化硫,B项错;C项符合燃烧热的概念,正确;D项热化学方程式表示的是2 mol可燃物燃烧放出的热量,错。
答案 C
2. 下列有关热化学方程式的叙述不正确的是 ( )
A. 已知2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,则氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol-1
B. 已知C(石墨,s)C(金刚石,s) ΔH>0,则金刚石比石墨不稳定
C. 500 ℃、30 ( http: / / www.21cnjy.com )MPa下,将0.5 mol N2和足量H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-38.6 kJ·mol-1
D. 已知2C(s)+2O2(g)2CO2(g) ΔH1,2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
解析 A项符合燃烧热的定义,正确; ( http: / / www.21cnjy.com )金刚石的能量高于石墨,石墨更稳定,B项正确;可逆反应进行不到底,C项错;碳完全燃烧放出的能量更多,D项正确。
答案 C
3. 下列说法正确的是 ( )
A. 1 mol H2SO4与1 mol Ba(OH)2完全中和所放出的热量为中和热
B. 在25 ℃、101 kPa下,1 mol S和2 mol S的燃烧热相等
C. CO是不稳定的氧化物,它能继续和氧气反应生成稳定的CO2,所以CO的燃烧反应一定是吸热反应
D. 101 kPa时,1 mol C燃烧所放出的热量为碳的燃烧热
解析 中和热是指在稀溶液 ( http: / / www.21cnjy.com )中,酸和碱反应生成1 mol H2O(l)所放出的热量,而1 mol H2SO4与1 mol Ba(OH)2完全中和时生成2 mol H2O(l),且有BaSO4生成,A项错误;相同条件下,同一种物质的燃烧热相同,与参加反应的可燃物质的量的多少无关,B项正确;CO的燃烧为放热反应,C项错误;燃烧热是指在25 ℃、101 kPa时1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量,D项错误。
答案 B
4. 随着生活水平的提高,私家车 ( http: / / www.21cnjy.com )越来越多,汽车尾气的排放日益增多,大气污染日益严重。为了减少污染,国家将含铅汽油转变为乙醇汽油。科学家最近研究表明,大量使用乙醇汽油可能导致大气中O3含量上升,将会对人体造成严重伤害。下列说法正确的是 ( )
A. 乙醇汽油是由两种物质组成的混合物
B. 等质量的乙醇和汽油充分燃烧后放出的能量相等
C. O2与O3互为同素异形体
D. 乙醇和汽油都是可再生能源
解析 汽油本身是一种混合物,故A ( http: / / www.21cnjy.com )项错;汽油和乙醇的成分不同,质量相同的不同燃料燃烧放出的热量也不相同,故B项错;O3和O2是同种元素形成的不同单质,互为同素异形体,故C项正确;汽油是不可再生能源,故D项错。
答案 C
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第7~8页中的练习。
第二单元 化学能与电能的转化
第一课时 原电池的工作原理
课堂导学
新课引入
海洋中的灯塔为夜间航行的船舶指明了 ( http: / / www.21cnjy.com )方向。灯塔上的电能从何而来,一位只有高中文化程度的海军妻子发明了铝-空气-海水电池,很好地解决了灯塔上电能问题。
目标导学(见学生用书第10~11页)
探究锌与硫酸铜溶液反应的能量转化
( http: / / www.21cnjy.com )
1. 实验原理:Zn+Cu2+Zn2++Cu是一个放热的氧化还原反应,可将化学能通过该装置转化为电能。
2. 实验现象:锌片不断溶解而减轻,铜片不断增重,电流计的指针发生偏转。
3. 实验结论:此装置借助盐桥构成了闭合回路,从而构成了原电池,锌为负极,铜为正极,负极发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+,正极发生还原反应:Cu2++2e-Cu。
例题1 控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成下图所示的原电池。下列判断不正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B. 反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
C. 电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D. 电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极
解析 根据总反应,I-发生 ( http: / / www.21cnjy.com )氧化反应,Fe3+发生还原反应,故选项A、B正确;C项,反应达到化学平衡状态,反应处于表观静止状态,电流为零,正确;D项,加入FeCl2,平衡逆向移动,则乙池I2发生还原反应,乙池为正极,故不正确。
答案 D
原电池正、负极的判断
下图是常见的原电池装置,根据描述判断哪些是正极 哪些是负极
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
(1) 电子从铁极流出,则铁是 极。
(2) 电子流入铜极,则铜是 极。
(3) H+移向铜电极,则铜是 极。
(4) S移向铁电极,则铁是 极。
(5) 铜棒上有大量的气泡生成,则铜是 极。
(6) 电流从铜极经外电路流向铁极,则铜是 极。
(7) 金属铁溶解进入溶液,则铁是 极。
(8) Cu2+移向铜电极,则铜是 极。
(9) 铜棒的质量增加,则铜是 极。
答案 正极的有(2)(3)(5)(6)(8)(9) 负极的有(1)(4)(7)
判断正负极的方法归纳:
负极
正极
电子流出的极
电子流入的极
失去电子的极
得到电子的极
发生氧化反应的极
发生还原反应的极
较活泼的金属(非氧化性酸作电解质)
较不活泼的极(非氧化性酸作电解质)
阴离子移向的极
阳离子移向的极
通入燃料的极
通入氧气的极(助燃)
金属质量减少的极
质量增加或有气体生成的极
例题2 分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. ①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B. ②中Mg作正极,电极反应式为
6H2O+6e-6OH-+3H2↑
C. ③中Fe作负极,电极反应式为
Fe-2e-Fe2+
D. ④中Cu作正极,电极反应式为
2H++2e-H2↑
解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能与NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中易钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子作负极,A项错,C项错;②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,负极电极反应式为2Al+8OH--6e-2Al+4H2O,二者相减得到正极电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑,B项正确;④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错。
答案 B
原电池电极反应式的书写
1. 一般电极反应式的书写
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 复杂电极反应式的书写
例题3 甲、乙两位同学争论白铁 ( http: / / www.21cnjy.com )(镀锌)和马口铁(镀锡)破损后谁更耐腐蚀,甲同学认为白铁破损后更耐腐蚀,乙同学认为马口铁破损后更耐腐蚀,两位同学设计了如下图所示的原电池,请完成下列问题:
( http: / / www.21cnjy.com )
(1) 观察两池中铁片上的现象,甲池中:
,乙池中: 。
(2) 分别写出两池中的电极反应式。
甲池中:正极 ,
负极 。
乙池中:正极 ,
负极 。
(3) 上述实验证明哪位同学的说法正确 ( http: / / www.21cnjy.com ) (填“甲”或“乙”)。若想保护轮船的外壳应该在其表面镶嵌 (填“锌块”或“铜块”)。
解析 稀硫酸是电解质溶液,甲池中锌作 ( http: / / www.21cnjy.com )负极,铁作正极,电极上产生气泡;乙池中铁作负极,失去电子,溶解进入溶液,锡作正极,有氢气析出。镀锌铁破损后更耐腐蚀,甲同学的说法正确。若想保护金属铁应该在铁的表面镶嵌比铁活泼的金属作负极,铁作正极被保护。
答案 (1) 产生大量的气泡 铁片溶解,溶液由无色变为浅绿色 (2) 2H++2e-H2↑ Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑ Fe-2e-Fe2+ (3) 甲 锌块
备讲例题
1. 某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+,不能实现该反应的原电池是 ( )
A. 正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl3溶液
B. 正极为C,负极为Fe,电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C. 正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D. 正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为CuSO4溶液
解析 解此题一定要注意离子方程式中的氧化剂是Fe3+,故必须选择含Fe3+的可溶性盐溶液。D项中正极上发生的反应应该是Cu2++2e-Cu,故D项不可能实现。
答案 D
课堂评价(见学生用书第11页)
1. 结合下图判断,下列叙述正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B. Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-Fe2+
C. Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-4OH-
D. Ⅰ和Ⅱ中Fe均为正极
解析 题给装置Ⅰ、Ⅱ都是原电池,活泼金属作负极,首先被腐蚀,不活泼金属作正极,被保护,A项正确;Ⅰ中负极反应式为Zn-2e-Zn2+,B项错;Ⅱ中正极反应式为2H++2e-H2↑,C项错;Ⅱ中Fe是负极,D项错。
答案 A
2. 研究人员最近发现了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池反应为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。下列有关“水”电池在海水中放电时的说法正确的是 ( )
A. 正极反应式:Ag+Cl--e-AgCl
B. 每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子
C. Na+不断向“水”电池的负极移动
D. AgCl是还原产物
解析 由电池反应可知银失去电子被氧化,即银作负极,产物AgCl是氧化产物,A、D项不正确;在原电池中,阳离子在正极得电子发生还原反应,所以阳离子向电池的正极移动,C项错误;化合物Na2Mn5O10中Mn元素的化合价为+,所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移电子的物质的量为4-×5=2 mol,B项正确。
答案 B
3. 镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染,且镁原电池放电时电压高而平稳,使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg+Mo3S4MgxMo3S4,在镁原电池放电时,下列说法错误的是 ( )
A. Mg2+向正极迁移
B. 正极反应为Mo3S4+2xe-Mo3
C. Mo3S4发生氧化反应
D. 负极反应为xMg-2xe-xMg2+
解析 该氧化还原反应中,Mg是还原剂,被氧化,Mo3S4是氧化剂,被还原,发生还原反应。故C项错误。
答案 C
4. 芬兰籍华人科学家张霞昌研制的“超薄型软电池”获2009年中国科技创业大赛最高奖,被称之为“软电池”的纸质电池,总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnOOH。下列说法正确的是 ( )
A. 该电池中Zn作负极,发生还原反应
B. 该电池反应中MnO2起催化作用
C. 该电池工作时电流由Zn经导线流向MnO2
D. 该电池正极反应式:
2MnO2+2e-+2H2O2MnOOH+2OH-
解析 Zn作负极,发生氧化反应,A项错;MnO2是反应物,B项错;该电池工作时电子由Zn经导线流向MnO2,C项错;D项正确。
答案 D
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第9~10页中的练习。
第二课时 化学电源
课堂导学
新课引入
理论与实践存在着差距,如 ( http: / / www.21cnjy.com )果缩短差距,需要进行大量而艰苦的实验。制作一个化学电源不难,难就难在如何解决好化学电源的电容量大、工作寿命长、充电时间短、体积小、质量轻、性价比高,及未来对环境的危害小,易回收利用等问题。
目标导学(见学生用书第12~13页)
一次电池的工作原理及电池特点
常见的一次电池的电极反应式和总反应式的归纳:
干电池(电解质:NH4Cl、ZnCl2和淀粉)
负极(Zn)
Zn-2e-Zn2+
正极
(碳棒)
2N+2e-+2MnO22NH3+Mn2O3+H2O
总反应
Zn+2MnO2+2NH4ClZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O
(续表)
碱性锌锰
干电池(电解
质:KOH )
负极(Zn)
Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
正极
(MnO2)
2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-
总反应
Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2
锌银电池
负极(Zn)
Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
正极(Ag2O)
Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
总反应
Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag
例题1 日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮,以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2),电极反应可简化为Zn-2e-Zn2+,2N+2e-2NH3↑+H2↑(NH3与Zn2+络合)。下列结论正确的是( )
A. 锌为正极,碳为负极
B. 锌为负极,碳为正极
C. 工作时,电子由碳极经外电路流向Zn极
D. 长时间连续使用时,内装糊状物也不会流出
解析 根据原电池的形成条 ( http: / / www.21cnjy.com )件,相对活泼(指金属性)的一极为负极,较不活泼的一极为正极,故A项不正确、B项正确;在外电路中,电子从负极流向正极,故C项不正确;长时间连续使用该原电池,由于锌皮慢慢溶解而破损,且MnO2不断吸收H2生成H2O,糊状物也越来越稀,故其很可能流出腐蚀用电器,故D项不正确。
答案 B
二次电池的工作原理及电池特点
常见二次电池铅蓄电池在放、充电时的电极反应式和总反应式:
放电与充电
电极反应式
放电时
(原电池)
负极
Pb+S-2e-PbSO4
正极
PbO2+S+4H++2e-PbSO4+
2H2O
总反应
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
充电时
(电解池)
阴极
PbSO4+2e-Pb+S
阳极
PbSO4+2H2O-2e-PbO2+S+
4H+
总反应
2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4
注:放电时原电池的负极作充电时电解池的阴极,放电时原电池的正极作充电时电解池的阳极。
例题2 Li-Al/FeS电池是一种正在开发的电动车用电池,该电池总反应为2Al+6Li++3FeS2Al3++3Li2S+3Fe。有关该电池的下列说法错误的是 ( )
A. 作为二次电源,该电池在使用的过程中至少存在3种形式的能量转化
B. Li-Al在电池中作为负极材料,负极的电极反应式为Li-e-Li+
C. 该电池替代现在电动车广泛使用的铅蓄电池可以减少重金属的污染
D. 充电时,阳极发生的电极反应式为
Li2S+Fe-2e-2Li++FeS
解析 二次电源中,存在电能、化学能、热能等的相互转化,A项正确;从电池总反应2Al+6Li++3FeS2Al3++3Li2S+3Fe,可知负极的电极反应式为Al-3e-Al3+,B项错;充电时阳极的电极反应式为Li2S+Fe-2e-2Li++FeS,D项正确;铝、锂是轻金属,C项正确。
答案 B
燃料电池的原理、常见类型和电极反应式的书写
(1) 氢氧燃料电池以酸、碱、熔融的金属氧化物、碳酸盐作电解质的电极反应式。
电解质类别
电极反应式
酸性介质
负极
H2-2e-2H+
正极
O2+4e-+4H+2H2O
碱性介质
负极
H2-2e-+2OH-2H2O
正极
O2+4e-+2H2O4OH-
(续表)
熔融的金属氧
化物作介质
负极
H2-2e-+O2-H2O
正极
O2+4e-2O2-
碳酸盐作介质
负极
H2-2e-+CH2O+CO2
正极
O2+4e-+2CO22C
总反应: 2H2+O22H2O
(2) 甲烷燃料电池以酸、碱作电解质的电极反应式。
电解质类别
电极反应式
酸性介质
负极
CH4+2H2O-8e-CO2+8H+
正极
O2+4e-+4H+2H2O
总反应
CH4+2O2CO2+2H2O
碱性介质
负极
CH4+10OH--8e-C+7H2O
正极
O2+4e-+2H2O4OH-
总反应
CH4+2OH-+2O2C+3H2O
例题3 “便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理,在酸性环境中乙醇被氧化为X,其中一个电极的反应式为CH3CH2OH-2e-X+2H+。下列说法正确的是 ( )
A. 电池内部H+由正极向负极移动
B. 另一极的电极反应式为
O2+4e-+2H2O4OH-
C. 乙醇在正极发生反应,电子经过外电路流向负极
D. 电池总反应为
2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
解析 放电时,电池内部,阳离子向正极迁移,A项错;酸性介质,正极的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,B项错;燃料在负极反应,C项错;根据质量守恒可知,X是CH3CHO,D项正确。
答案 D
[题组训练]
写出下列电池的电极反应式。
(1) 某实验小组设计了如图1所示的 ( http: / / www.21cnjy.com )甲醇燃料电池装置。工作一段时间后,测得溶液的pH减小,该电池负极的电极反应式为 。
(2) 一种以甲醇作燃料的电池示意图如图2。写出该电池放电时负极的电极反应式: 。
(3) 引爆导弹、核武器的工作电源通常是Ca/PbSO4热电池,其装置如图3所示,该电池正极的电极反应式为 。
(4) 图4表示使用新型电极材料,以N ( http: / / www.21cnjy.com )2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式: 。
(5) 以肼为原料的碱性燃料电池的总反应为N2H4+O2N2+2H2O,放电时,负极的电极反应式为 。
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
( http: / / www.21cnjy.com )
图3
( http: / / www.21cnjy.com )
图4
答案 (1) CH3OH+8OH--6e-C+6H2O
(2) CH3OH-6e-+3O2-CO2↑+2H2O
(3) PbSO4+2e-S+Pb(或PbSO4+Ca2++2e-CaSO4+Pb)
(4) N2+6e-+8H+2N
(5) N2H4+4OH--4e-N2+4H2O
备讲例题
1. MnO2和Zn是制造干电池的重要原料,工业上用软锰矿和闪锌矿联合生产MnO2和Zn的基本步骤如下:
①软锰矿、闪锌矿与硫酸共热:
MnO2+ZnS+2H2SO4MnSO4+ZnSO4+S+2H2O
②除去反应混合物中的不溶物;
③电解混合液:
MnSO4+ZnSO4+2H2OMnO2+Zn+2H2SO4
下列说法不正确的是 ( )
A. 步骤①中,MnO2和H2SO4都是氧化剂
B. 步骤②中,每析出12.8 g S沉淀共转移 0.8 mol 电子
C. 此反应是电能转化成化学能
D. 硫酸在生产中可循环使用
解析 A项,步骤①中H2SO4只起酸的作用,不作为氧化剂,故不正确。
答案 A
2. 我国新建的某海岛发电示意图如下,已知铅蓄电池放电时的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列有关说法正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 图中涉及的能量转化方式只有3种
B. 蓄电池供电时,负极的电极反应式为
Pb+S-2e-PbSO4
C. 储能时若充电时间过长,阳极流向阴极的气体可能是H2
D. 该发电工艺可实现零排放
解析 A项,图中涉及的能量转化有:风能与 ( http: / / www.21cnjy.com )电能、太阳能与电能、波浪能与电能、化学能与电能等4种,不正确;C项,储能时若充电时间过长,则变为电解硫酸,实质是电解水,阳极产生的是O2,不正确。
答案 BD
课堂评价(见学生用书第13页)
1. 下列有关电池的说法不正确的是 ( )
A. 手机上用的锂离子电池属于二次电池
B. 铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C. 甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D. 锌锰干电池中,锌电极是负极
解析 锂离子电池可以充电后,再次使用, ( http: / / www.21cnjy.com )属于二次电池,A项正确;铜锌原电池中铜为正极,故电流从铜电极流向锌电极,而电子是由锌电极流向铜电极,B项错;原电池的实质即是化学能转化成电能,C项正确;Zn失去电子生成Zn2+,故作负极,D项正确。
答案 B
2. 镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的是 ( )
A. 放电时负极得电子,质量减轻
B. 放电时电解质溶液中的OH-向负极移动
C. 充电时阳极与外加电源的负极相连
D. 充电时阴极发生氧化反应
解析 放电时负极失电子,质量增加,A项错;放 ( http: / / www.21cnjy.com )电时阴离子向负极迁移,B项正确;充电时阳极与外加电源的正极相连,发生氧化反应,阴极发生还原反应,C、D项错。
答案 B
3. 碱性电池具有容量大、放电电流大等特点,因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应为Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)。下列说法错误的是 ( )
A. 电池工作时,锌失去电子
B. 电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+H2O(l)+2e-Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C. 电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D. 外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g
解析 C项,电池工作时,电子由负极通过外电路流向正极,故不正确。
答案 C
( http: / / www.21cnjy.com )
4. 锂离子电池已经成为应用最广泛的可充电电池。某种锂离子电池的结构示意图如右图,其中两极区间的隔膜只允许Li+通过。电池充电时的总反应为LiCoO2Li1-xCoO2+xLi。关于该电池的说法错误的是 ( )
A. 放电时,Li+主要从负极区通过隔膜移向正极区
B. 放电时,负极反应为xLi-xe-xLi+
C. 充电时,将电能转化为化学能
D. 充电时,负极(C)上锂元素被氧化
解析 由题知放电时的反应为Li1-xCoO2+xLiLiCoO2,则正极反应为Li1-xCoO2+xe-+xLi+LiCoO2,负极反应为xLi-xe-xLi+,Li+主要从负极区通过隔膜移向正极区,A、B项正确;充电过程是电能转化为化学能的过程,C项正确;充电时负极(C)接的是外接电源的负极,此时C为阴极,电极反应为xLi++xe-xLi,锂元素被还原,D项错误。
答案 D
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第11~12页中的练习。
第三课时 电解池的工作原理
课堂导学
新课引入
电动自行车已成为家喻户晓的代步 ( http: / / www.21cnjy.com )工具,电动自行车使用时实际上利用的是原电池原理,即将化学能转化为电能,再通过电能转换为动能。那么充电时是什么原理呢
目标导学(见学生用书第14页)
电解氯化铜实验解读
1. 实验原理:电流通过氯化铜溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。电解方程式为CuCl2Cu+Cl2↑。
2. 实验现象:阴极石墨上有红色物质析出,阳极有黄绿色气体生成。
3. 实验结论:阳极发生氧化反应,2Cl--2e-Cl2↑;阴极发生还原反应,Cu2++2e-Cu。
例题1 用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是 ( )
A. a端是直流电源的负极
B. 通电使CuCl2发生电离
C. 阳极上发生的反应为
Cu2++2e-Cu
D. 通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
解析 A项,由溶液中离子移动方向可知,U形管左侧电极是阴极,连接电源的负极,a端是电源的负极,故正确;B项,通电使CuCl2发生电解,不是电离,故错误;C项,阳极发生氧化反应,Cl-在阳极放电,2Cl--2e-Cl2↑,故错误;D项,Cl-发生氧化反应,在阳极放电生成Cl2,故错误。
答案 A
电解时电极产物的判断
1. 阳极产物的判断:先看阳极,如果是活动性强的金属作电极,则电极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子,如果是惰性电极(如Pt、Au、石墨),则要再看溶液中的离子的失电子能力。此时阴离子的放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子(同时要注意溶液中阴离子的浓度如果较大时,有些离子的放电顺序可能发生改变,如电解浓的K2MnO4溶液制备KMnO4时,由于Mn的浓度大,则优先于溶液中的OH-放电)。
2. 阴极产物的判断:直接根据阳离 ( http: / / www.21cnjy.com )子放电顺序进行判断。当H+浓度较小时:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+;当H+浓度较大时:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
例题2 用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液,阴极和阳极上首先析出的物质分别是 ( )
A. Cu和Cl2 B. Cl2和Cu
C. Cu和O2 D. H2和Cl2
解析 阴极是阳离子Cu2+、H+、Na+竞争放电,最终是Cu2+得到电子生成Cu;阳极是Cl-、OH-、S竞争放电,最终是Cl―失去电子生成Cl2。
答案 A
用惰性电极电解电解质溶液的规律
1. 电解水型:含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐的电解,实质上是电解水。如H2SO4、NaOH、Na2SO4等。
2. 电解电解质型:无氧酸(HF除外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外),实质是电解无氧酸盐本身。
3. 放氢生碱型:活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解,如电解饱和食盐水。
4. 放氧生酸型:不活泼金属的含氧酸盐(如硫酸铜、硝酸银等)溶液的电解。
例题3 下图所示的电解池Ⅰ和 ( http: / / www.21cnjy.com )Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重d>b。符合上述实验结果的盐溶液是 ( )
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
( http: / / www.21cnjy.com )
解析 题意表明b、d没有气体逸出,故所电解的盐溶液中金属元素,应该在金属活动顺序表中(H)以后,只有D项符合题意。
答案 D
备讲例题
1. 某学生为完成反应Cu+H2SO4CuSO4+H2↑而设计了下列四个实验,你认为可行的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
解析 A项,电解硫酸,实质是电解水,故不符合 ( http: / / www.21cnjy.com );B项,铁与硫酸反应,构成原电池,故不正确;C项,正确;D项,不能构成原电池,也就不能发生题叙反应。
答案 C
2. 用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,若保持温度不变,则一段时间后 ( )
A. 溶液的pH变大
B. c(Na+)与c(C)的比值变大
C. 溶液浓度变大,有晶体析出
D. 溶液浓度不变,有晶体析出
解析 用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,实际是电解水,故Na2CO3会结晶析出,若保持温度不变,则仍为原温度下的饱和溶液,溶液浓度不变,pH不变,c(Na+)∶c(C)不变,故选D项。
答案 D
课堂评价(见学生用书第15页)
1. 下列关于电解池中形成闭合回路的叙述正确的是 ( )
A. 电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的
B. 金属导线中电子由电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
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得到的电子与阴离子在阳极失去的电子数相等
解析 电解池中的闭合回路在导线与电极上由电 ( http: / / www.21cnjy.com )子的定向移动形成,在电解质中由离子的定向移动形成;电子由电源的负极流向电解池的阴极,由阳极流向电源的正极;在电解质溶液中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动;在相同时间内通过阳极和阴极的电子数相同。
答案 D
2. 用石墨电极电解100 mL H2SO ( http: / / www.21cnjy.com )4与CuSO4的混合溶液,通电一段时间后,两极均收集到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 阳极:2H2O-4e-O2↑+4H+
4 1
0.4
阴极:2H++2e-H2↑
2 1
0.2
Cu2++2e-Cu
1 2
0.1 0.4-0.2
由题意得,Cu2+的物质的量浓度为=1 mol·L-1,A项正确。
答案 A
3. 用惰性电极电解下列溶液一段时间后,再加入一定量的另一种物质(括号内),溶液能恢复到与原溶液完全一样的是 ( )
A. CuCl2(CuSO4) B. NaOH(Na2O)
C. NaCl(HCl) D. CuSO4[Cu(OH)2]
解析 A项,电解氯化铜的实质是 ( http: / / www.21cnjy.com )电解氯化铜本身,故应补入氯化铜,不正确;B项,电解氢氧化钠溶液的实质是电解水,故应补入水,不正确;C项,电解氯化钠溶液是H+和Cl-放电,故应补入HCl,正确;D项,电解硫酸铜溶液产生铜和氧气,则应补入CuO,不正确。
答案 C
4. 如下图所示,a、b、c均为石墨电极,d为碳钢电极,通电电解一段时间。假设在电解过程中产生的气体全部逸出,下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变
B. 甲烧杯中a电极反应式为
4OH--4e- O2↑+2H2O
C. 当电解一段时间后,将甲、乙两溶液混合,一定会产生蓝色沉淀
D. 当b极增重3.2 g时,d极产生的气体为0.56 L(标准状况)
解析 甲烧杯中有硫酸生成,pH减小,乙烧杯中 ( http: / / www.21cnjy.com )有氢氧化钠生成,pH增大,A项错;B项正确;若甲池中铜离子放电完全,则将甲、乙两溶液混合,不会产生蓝色沉淀,C项错;当b极增重3.2 g时,根据得失电子守恒得出d极产生的气体为1.12 L(标准状况),D项错。
答案 B
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第13~15页中的练习。
第四课时 电解池的应用
课堂导学
新课引入
居里夫人发现了两种元素,成 ( http: / / www.21cnjy.com )绩卓越。但她却不是发现元素最多的人,英国化学家戴维将铂电极插入熔融的氢氧化钾并通直流电时,在阴极发现了银白色的金属——钾,随后又用电解法发现了钠、钙、锶、钡、镁、硼、硅等元素,电解法成就了一位伟大的化学家。
目标导学(见学生用书第16页)
氯碱工业
用电解饱和食盐水的方法制取氢氧化钠、氢气和氯气,并以它们为原料生产一系列化工产品的工业称为氯碱工业。
原
理
阳极室与阴极室之间用离子交换膜隔开,这样避免了氢气与氯气混合或氯气与氢氧化钠溶液混合。
( http: / / www.21cnjy.com )
例题1 右图所示是典型氯碱 ( http: / / www.21cnjy.com )工业的关键设备——离子交换膜电解槽,该电解槽的特点是用离子交换膜将槽分隔为左右两室,它能够阻止一些物质通过,也能允许一些物质通过。下列有关说法正确的是 ( )
A. 离子交换膜的特点是允许气体分子通过,而不允许阴离子通过
B. 图中X是指氧气
C. 电解槽右室的电极反应式为2H++2e-H2↑
D. 电解槽左室也称为阴极室
解析 A项,该离子交换膜是阳离子交换膜,其特点是允许阳离子通过,而不允许气体和阴离子通过;B项,左室是阳极室,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,因而X是氯气;C项,右室是阴极室,电极反应为2H++2e-H2↑;D项,左室是阳极室。
答案 C
电镀
1. 电镀的主要目的是使金属增强抗腐 ( http: / / www.21cnjy.com )蚀能力、增加美观和表面硬度。镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易起变化的金属或合金。电镀时通常将待镀金属作阴极,把镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
2. 电镀池是一种特殊的电解装置。电镀过程中,电解质溶液的浓度不发生变化。
例题2 若要在铜片上镀银时,下列叙述错误的是 ( )
①将铜片接在电源的正极 ②将银片接在电源的正极 ③在铜片上发生的反应:Ag+ +e-Ag ④在银片上发生的反应:4OH--4e-O2↑+2H2O ⑤可用硫酸铜溶液作电解质溶液 ⑥可用硝酸银溶液作电解质溶液
A. ①③⑥ B. ②③⑥
C. ①④⑤ D. ②③④⑥
解析 若要在铜片上镀银,银作阳极,阳极的电极反应式:Ag-e-Ag+,铜作阴极,铜片上发生的电极反应式:Ag++e-Ag,硝酸银溶液作电解质溶液,答案选C。
答案 C
电解冶炼
电解冶炼常用于制备活泼的金属,如钠、镁、 ( http: / / www.21cnjy.com )铝、钙等。通常采用电解这些金属的熔融盐来制备,如电解熔融的氯化钠制备金属钠、电解熔融的氯化镁制备金属镁、电解熔融的氧化铝制备金属铝。粗铜精制是利用电解冶炼的方法。
例题3 金属铜具有广泛的用途。粗铜 ( http: / / www.21cnjy.com )中常含有少量Fe、Ni、Ag、Au等杂质,可用电解法制备高纯度的铜。下列叙述正确的是(氧化性:Fe2+
B. 电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C. 阴极发生还原反应:Cu2++2e-Cu
D. 电解后,电解槽底部的阳极泥中所含的金属单质有Ni、Ag和Au
解析 A项,电解后溶液中还存在Fe ( http: / / www.21cnjy.com )2+和Ni2+,不正确;B项,电解过程中,当阳极溶解Fe、Ni金属时,阴极产生等物质的量的铜,此时阳极减少的质量不等于阴极增加的质量,不正确;C项,正确;D项,电解后,电解槽底部的阳极泥中所含的金属单质有Ag和Au,不存在Ni,不正确。
答案 C
备讲例题
1. 用石墨作电极,电解1 mol·L-1下列水溶液,溶液的pH保持不变的是 ( )
A. HCl B. NaOH
C. Na2SO4 D. NaCl
解析 A项,电解盐酸的实质是 ( http: / / www.21cnjy.com )电解盐酸本身,溶液的pH会增大;B项,电解氢氧化钠溶液的实质是电解水,水的量减少,氢氧化钠浓度增大,pH增大;C项,电解硫酸钠溶液的实质是电解水,而硫酸钠溶液浓度增大不会引起pH变化;D项,电解氯化钠溶液会产生氢氧化钠,故溶液的pH会增大。
答案 C
2. 下图所示装置中,当闭合K时,下表中的描述正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
选项
a
X极材料
Y极材料
b
对装置的描述
A
电流
表
石墨
铜
氯化铁
溶液
铜为负极,石墨电极质量增加
B
电流
表
铁
铜
盐酸
电子流动路径:铁→外电路→铜→盐酸→铁,从而构成闭合回路
C
直流
电源
石墨
石墨
硫酸
溶液的pH始终保持不变
D
直流
电源
铜
铁
硫酸铜
溶液
溶液中Cu2+的浓度保持不变
解析 A项,正极反应式为2Fe3++2e-2Fe2+,故石墨电极质量不变,不正确;B项,电子只在电极和外电路中流动,不在溶液中流动,不正确;C项,电解硫酸,实质是电解水,水的量减少,硫酸浓度增大,则pH减小,不正确。
答案 D
课堂评价(见学生用书第16~17页)
1. 利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是 ( )
A. 电解时可以精铜为阳极,以CuSO4溶液为电解液
B. 电解时阴极发生还原反应
C. 粗铜连接电源负极,其电极反应是 Cu-2e-Cu2+
D. 电解结束后,电解质溶液的浓度保持不变
解析 A选项,电解时,粗铜为阳极;B选项,正确;C选项,粗铜连接电源正极;D选项,电解结束后电解质溶液的浓度变低。
答案 B
2. 以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是 ( )
A. 未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程
B. 因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C. 电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率
D. 镀锌层破损后对铁制品失去保护作用
解析 A项,未通电前上述镀锌装置 ( http: / / www.21cnjy.com )可构成原电池,因原电池反应与电镀时所发生的反应为不同的两个反应,故电镀过程不是该原电池的充电过程,错误;B项,电解过程中确实存在电能转化成热能的情况,但电镀时通过的电量与析出的锌的量存在确定的关系,与其他能量的转化无关,错误;D项,镀锌层破损后,能形成锌铁原电池,铁为正极,锌为负极,同样起到保护铁的作用,错误。
答案 C
3. Cu2O是一种半导体的材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 石墨电极上产生氢气
B. 铜电极发生还原反应
C. 铜电极接直流电源的负极
D. 当有0.1 mol电子转移时,有0.1 mol Cu2O生成
解析 A项,根据电解方程式可知,阳极 ( http: / / www.21cnjy.com )为铜,则阴极为石墨,故阴极(石墨)上有氢气产生,正确;B项,铜电极为阳极,发生氧化反应,不正确;C项,铜是阳极,应与电源的正极相连,不正确;D项,生成0.1 mol Cu2O时,应该有0.2 mol电子发生转移。
答案 A
4. CuI是一种不溶于水的白色固体,可以由反应2Cu2++4I-2CuI↓+I2得到。现以石墨为阴极,以Cu为阳极电解KI溶液,通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。下列叙述正确的是 ( )
A. 阴极区溶液呈红色,电极反应式为
4OH--4e-2H2O+O2↑
B. 阴极区溶液呈蓝色,阳极生成的Cu2+向阴极移动
C. 阳极区有白色沉淀生成,原因是
2Cu+4I--4e-2CuI↓+I2
D. 阳极区溶液呈蓝色,电极反应式为
2I--2e-I2
解析 阴极区放电的是阳离子,即H+放电,则溶液呈碱性,应呈现红色,故A、B项不正确;C项,阳极铜失去电子,生成铜离子,与I-反应生成CuI白色沉淀,故正确;D项,阳极的电极反应式是Cu-2e-Cu2+,故不正确。
答案 C
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第16~17页中的练习。
第三单元 金属的腐蚀与防护
课堂导学
新课引入
金属的腐蚀与防护是一个异常棘手的世界 ( http: / / www.21cnjy.com )性科技难题。发达国家每年由于金属腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的2%~4%,远远超过各种自然灾害造成损失的总和,可见金属腐蚀不可小视,如何防止或减轻金属的腐蚀呢
目标导学(见学生用书第18页)
钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
1. 钢铁的析氢腐蚀
(1) 条件:周围环境的酸性较强。
(2) 电极反应
负极:Fe-2e-Fe2+(氧化反应)
正极:2H++2e-H2↑(还原反应)
总反应:Fe+2H+Fe2++H2↑
2. 钢铁的吸氧腐蚀
(1) 条件:周围环境的酸性较弱或呈中性。
(2) 电极反应
负极:2Fe-4e-2Fe2+(氧化反应)
正极:O2+4e-+2H2O4OH-(还原反应)
总反应:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
3. 根据析氢腐蚀和吸氧腐蚀的条件可以判断,吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍。
例题1 下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 钢管与铜管露天堆放在一起,钢管不易被腐蚀
B. 在上图所示环境中,铁被腐蚀速率:Ⅰ >Ⅲ>Ⅱ
C. 铁制品保存在温度较高的地方
D. 钢铁发生电化学腐蚀时,负极反应是
Fe-3e-Fe3+
解析 钢管与铜管露天堆放在一起,形成原电池反应,钢管作负极易被腐蚀,A项错;B项正确;铁制品应该保存在低温、干燥的地方,C项错;钢铁发生电化学腐蚀时,负极反应是Fe-2e-Fe2+,D项错。
答案 B
化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀
不纯金属(或合金)接触到电解质溶液所发生的原电池反应,较活泼的金属原子失去电子被氧化而引起的腐蚀
分类
吸氧腐蚀(主要)
析氢腐蚀
(续表)
条件
金属与物质直接接触
水膜中溶有O2,呈极弱酸性或中性、碱性
水膜酸性较强
本质
金属被氧化而腐蚀
较活泼金属被氧化而腐蚀
区别
无电流产生
有微弱电流产生
举例
反应式
2Fe+3Cl2
2FeCl3
负极:Fe-2e-Fe2+
正极:2H2O+O2+
4e-4OH-
(吸氧腐蚀)
正极:4H++
4e-2H2↑
(析氢腐蚀)
联系
两种腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大
例题2 下列事实与电化学腐蚀无关的是 ( )
A. 埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀
B. 为保护海轮的船壳,常在船壳上镶入锌块
C. 在空气中,金属银的表面生成一层黑色物质
D. 镀银的 ,镀层部分受损后,露出的铁表面易被腐蚀
解析 纯银不与氧气反应,由于空气中 ( http: / / www.21cnjy.com )存在极少量臭氧,可将Ag氧化为氧化银,表面变暗,空气中会存在微量的硫化氢气体,与银生成黑色硫化银,表面变暗,在空气中,金属银的表面生成一层黑色物质发生的是化学腐蚀;A、B、D项发生的都是电化学腐蚀。
答案 C
金属的防护方法
1. 加保护层:如在金属表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等,目的是使金属与空气、水隔绝,阻止发生化学或电化学腐蚀。
2. 改变金属内部结构:如制成不锈钢。
3. 利用原电池原理:将被保护金属 ( http: / / www.21cnjy.com )与比其更活泼的金属连接在一起,更活泼的金属不断地被腐蚀,只需定期更换活泼的金属即可,也称为牺牲阳极的阴极保护法。
4. 利用电解原理:此法也称为外 ( http: / / www.21cnjy.com )加电流的阴极保护法,即将被保护的金属连接在电源的负极上,这样通电后电子流向阴极,在被保护的金属表面积累了大量的负电荷,从而抑制了金属失去电子而被腐蚀。
例题3 下图各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀,腐蚀的速率由快到慢的顺序为 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. ⑤②①③④ B. ④③①②⑤
C. ⑤④②①③ D. ③②④①⑤
解析 判断金属腐蚀的快慢 ( http: / / www.21cnjy.com ),首先判断该金属是否充当原电池或电解池的电极,若是电解池的阳极,金属腐蚀速率最快;其次是充当原电池的负极,腐蚀较快;而作为电解池的阴极和原电池的正极则不被腐蚀。⑤中,Fe作为电解池的阳极,腐蚀最快;②③④均为原电池,③中Fe为正极,不被腐蚀,②④中Fe均为负极被腐蚀,Fe和Cu的金属活动性差别比Fe和Sn大,故④中铁腐蚀较快,则铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤④②①③。
答案 C
备讲例题
1. 下列几种金属制品的镀层损坏后,金属腐蚀的速率最快的是 ( )
A. 镀铝塑料 B. 食品罐头盒(镀锡)
C. 白铁水桶(镀锌) D. 镀银铜质奖章
解析 A项,塑料不会被腐蚀 ( http: / / www.21cnjy.com );B项,Fe为原电池负极,锡为原电池的正极,加速Fe的腐蚀;C项,Zn为原电池的负极,铁为原电池的正极,铁被保护起来;D项,Cu为原电池的负极,Ag为原电池的正极,加速了铜的腐蚀。由于Fe比Cu更易失去电子,所以腐蚀最快的是B项中的铁。
答案 B
2. 如右图所示,将铁棒和石墨棒插入1 L 1 mol·L-1食盐水中。下列说法正确的是( )
A. 若电键K与N连接,铁被保护不会腐蚀
B. 若电键K与N连接,正极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑
C. 若电键K与M连接,将石墨棒换成铜棒,可实现铁棒上镀铜
D. 若电键K与M连接,当两极共产生28 L(标准状况)气体时,生成了1 mol NaOH
解析 A项,若电键K与N连接,则形成原电池,铁作负极被腐蚀,不正确;B项,若电键K与N连接,正极反应式是O2+2H2O+4e-4OH-,不正确;C项,若电键K与M连接,将石墨棒换成铜棒,则为电解池,若要在铁棒上镀铜,电解质溶液不能用食盐水,而应用硫酸铜溶液,不正确;D项,若电键K与M连接,为电解食盐水,根据电解反应式:
2NaCl+2H2O2NaOH+
2 mol 2 mol 44.8 L
1 mol x mol V L
解得x=1,V=22.4,氯 ( http: / / www.21cnjy.com )化钠全部电解完,产生氢氧化钠1 mol,而现在产生气体为28 L,表明电解完氯化钠后继续电解水,而氢氧化钠的量不变化,即生成了1 mol NaOH,正确。
答案 D
课堂评价(见学生用书第19页)
1. 下列叙述正确的是 ( )
A. 原电池中阳离子向负极移动
B. 用铝质铆钉接铁板,铁易被腐蚀
C. 马口铁(镀锡)的表面一旦破损,铁腐蚀加快
D. 白铁(镀锌)的表面一旦破损,铁腐蚀加快
解析 A项,原电池中阳离子向正极移动,不正确;B项,铁被保护,不正确;C项,正确;D项,锌被腐蚀,铁被保护,不正确。
答案 C
2. 下列有关金属的腐蚀与防护的说法正确的是 ( )
A. 纯铁和生铁在酸雨中均发生电化学腐蚀
B. 在轮船表面涂刷富锌油漆,能有效防止船体在海水中被腐蚀
C. 镀锌铁制品镀层破损后,铁制品比受损前更容易生锈,而镀锡铁则相反
D. 生铁和纯铁同时放入海水中,纯铁更易腐蚀
解析 纯铁在酸雨中发生的是化学腐蚀 ( http: / / www.21cnjy.com ),A项错;金属活动性:Zn>Fe>Sn,所以镀锌层破损后铁制品不易腐蚀,而镀锡层破损后铁制品更易腐蚀,C项错;生铁中含C,在海水中易形成原电池、比纯铁更易腐蚀,D项错。
答案 B
3. 下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是 ( )
A. 水中的钢闸门连接电源的负极
B. 金属护拦表面涂漆
C. 汽车底盘喷涂高分子膜
D. 地下钢管连接镁块
解析 依题意得答案应是A项;B、C项是在金属表面涂上保护层;D项是牺牲阳极的阴极保护法。
答案 A
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第18~19页中的练习。专题1复习课
单元网络(见学生用书第19页)
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单元整合(见学生用书第19~20页)
反应热的大小比较
反应热的大小比较要考虑的因素较多,反应物、生成物的状态,反应物的物质的量,焓变的正、负值等。
1. 吸热反应与放热反应:吸热反应的ΔH>0,放热反应的ΔH<0,故吸热反应的反应热一定大于放热反应的反应热。
2. 反应物或生成物状态不同的反应:因为反应物和生成物的状态不同,反应热也不同。固体、液体、气体三态之间的能量转化如下:
3. 化学计量数不同的反应:对于同一反应,化学计量数越大,则反应放出或吸收的热量越多。
4. 不同中和反应的中和热:(1) ( http: / / www.21cnjy.com ) 如果是弱酸或弱碱参加的中和反应,由于弱酸或弱碱电离要吸热,则放出的热量比强酸、强碱中和的热量少;(2) 如果浓硫酸直接与碱混合,则需考虑浓硫酸稀释本身要放热;(3) 如果反应过程中有沉淀生成时,则必须考虑形成沉淀时的热效应。
5. 比较燃烧反应的反应热时,要全面比较,可燃物的物质的量、燃烧是否完全、燃烧产物的状态等。
例题1 (1) 在同温同压下,下列各组热化学方程式中Q2>Q1的是 ( )
A. H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-Q1
H2(g)+Cl2(g)HCl(g) ΔH=-Q2
B. C(s)+O2(g)CO(g) ΔH=-Q1
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-Q2
C. 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-Q1
2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-Q2
D. S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH=-Q1
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-Q2
(2) 298 K、101 kPa时,合成氨反应的热化学方程式为(g)2NH3(g) ΔH=-92.38 kJ·mol-1。在该温度下,取1 mol N2(g)和3 mol H2(g)放在一密闭容器中,在催化剂存在下进行反应,测得反应放出的热量总是小于92.38 kJ,其主要的原因是 。
解析 对于放热反应,参加反应的物质 ( http: / / www.21cnjy.com )的量越多,放出的热量越多,固态转化为液态、液态转化为气态都要吸收热量;碳完全燃烧放出的热量大于不完全燃烧放出的热量。
答案 (1) B (2) 合成氨是可逆反应,反应不能进行到底,所以测得反应放出的热量总是小于92.38 kJ。
反应热的计算
1. 主要依据:热化学方程式、键能数据、盖斯定律和燃烧热的数据等。
2. 主要方法:(1) 根据热化学方 ( http: / / www.21cnjy.com )程式的计算,反应热与反应物各物质的量成正比;(2) 根据反应物和生成物的总能量计算,ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量;(3) 根据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算,ΔH=反应物的化学键断裂吸收的能量之和-生成物的化学键形成释放的能量之和;(4) 根据盖斯定律进行计算,化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关,而与反应的途径无关。即如果一个反应可以分步进行,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是相等的;(5) 根据物质燃烧热数值计算。
例题2 (1) 在25 ℃、101 kPa下,1 g甲烷燃烧生成CO2和液态水时放热55.6 kJ。则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为
。
(2) 下表中的数据表示破坏1 mol化学键需消耗的能量(即键能,单位为kJ·mol-1):
化学键
C—H
C—F
H—F
F—F
键能
414
489
565
158
根据键能数据计算以下反应的反应热ΔH:
CH4(g)+4F2(g)CF4(g)+4HF(g) ΔH= 。
解析 (1) 1 g甲烷的物质的量为 mol,其燃烧放热为55.6 kJ,所以1 mol甲烷燃烧放出的热量为16×55.6 kJ=889.6 kJ。甲烷燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-889.6 kJ·mol-1。
(2) 根据ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和,可计算ΔH=-1 928 kJ·mol-1。
答案 (1) CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-889.6 kJ·mol-1
(2) -1 928 kJ·mol-1
新型可逆电池充、放电的判断
操作
原理
电极判断
电极反应
溶液中离子移动
放电
原电
池
负极:元素化合价升高的物质
氧化反应
阴离子
移向负极
正极:元素化合价降低的物质
还原反应
阳离子
移向正极
(续表)
充电
电解
池
阳极:与电源正极相连的物质
氧化反应
阴离子
移向阳极
阴极:与电源负极相连的物质
还原反应
阳离子
移向阴极
解题时要注意看清总反应式上放电与充电的方向。
例题3 铅酸蓄电池是目前应用普遍的化学电池,新型液流式铅酸蓄电池以可溶的甲基磺酸铅为电解质,电池总反应为Pb+PbO2+4H+2Pb2++2H2O。下列有关新型液流式铅酸蓄电池的说法正确的是 ( )
A. 充、放电时,溶液中Pb2+浓度保持不变
B. 充、放电时,溶液的导电能力变化不大
C. 放电时的负极反应式为Pb-2e-Pb2+
D. 充电时的阳极反应式为
Pb2++4OH-+2e-PbO2+2H2O
解析 A项,充电过程是补充电极过程,即上述反应逆向进行,则Pb2+浓度减小,不正确;D项,充电时阳极就是补充原来正极的材料,电极反应式为Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+,不正确。
答案 BC
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《专题1测试卷》中的练习。