课件31张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二一、化学反应的热效应
1.当化学反应在一定的温度下进行时,反应所释放或吸收的热量称为在此温度下的热效应,简称为反应热,其符号为Q。当反应吸热时,反应热为正值;当反应放热时,反应热为负值。用实验方法和理论方法研究反应热的化学分支称为热化学。
2.反应热的测定
(1)测定反应热的仪器称为量热计,它由内、外两个筒组成,内筒是反应容器,外筒起保温作用。测定时,将反应物加入内筒并使之迅速混合,测量反应前后溶液温度的变化值。
(2)计算:用C表示体系的热容,其单位是J·K-1;用T1和T2分别表示反应前后体系的温度,则反应热的计算
公式为Q=-C(T2-T1)。
3.强酸、强碱的中和反应的离子方程式可表示为H++OH- H2O。目标导航预习导引一二二、化学反应的焓变
1.焓
描述物质所具有的能量的物理量,符号是H。
2.反应焓变(ΔH)
(1)定义:反应产物的总焓与反应物的总焓之差。
(2)表达式:ΔH=H(反应产物)-H(反应物)。
(3)与反应热的关系:热化学研究表明,对于在等压条件下进行的化学反应,如果反应中物质的能量全部转化为热能(同时可能伴随着反应体系体积的改变),则该反应的反应热就等于反应前后物质的焓的改变,即Qp=ΔH。
如果ΔH>0,即反应产物的焓大于反应物的焓,说明反应是吸收能量的,为吸热反应;
如果ΔH<0,即反应产物的焓小于反应物的焓,说明反应是释放能量的,为放热反应。
(4)与键能的关系
ΔH=E(反应物的键能之和)-E(生成物的键能之和)问题导学即时检测一二三问题导学即时检测一二三问题导学即时检测一二三迁移与应用
例1化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化,下列图示能表示Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应过程中能量变化的是( )问题导学即时检测一二三解析:Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应吸收热量,即生成物的总能量大于反应物的总能量。
答案:A问题导学即时检测一二三问题导学即时检测一二三据此判断下列说法中正确的是( )
A.石墨转变为金刚石是吸热反应
B.白磷比红磷稳定
答案:A问题导学即时检测一二三①物质发生化学反应一定伴随着能量变化,但伴有能量变化的物质变化不一定都是化学变化。如液态水变成冰伴有能量变化,但是物理变化。
②化学反应的能量变化主要表现为热量变化,但并不完全是热量变化,还有光能、电能等的变化,或者是热能、电能或光能等转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。
③反应条件与该反应的能量变化之间没有必然联系。放热反应有时也需要加热才能进行,如H2和O2的反应;有些吸热反应不需加热也能进行,如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl之间的反应。问题导学即时检测一二三二、反应热的测定
活动与探究
50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 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。回答下列问题:问题导学即时检测一二三(1)从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃仪器是 。?
(2)烧杯间填满碎纸条的作用是 。?
(3)若大烧杯上不盖硬纸板,求得的反应热 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。?
(4)实验中改用60 mL 0.50 mol·L-1盐酸跟50 mL 0.55 mol·L-1 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”)。?
(5)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的反应热会 (填“偏大”“偏小”或“无影响”,下同);用50 mL 0.50 mol·L-1 NaOH溶液进行上述实验,测得放出的热量可能会 。?问题导学即时检测一二三解析:(5)NH3·H2O是弱碱,在反应过程中会发生电离,电离是吸热反应;用50 mL 0.50 mol·L-1 NaOH溶液进行上述实验,可能使酸没有完全反应。
答案:(1)搅拌器 (2)保温隔热,减少实验中的热量损失 (3)偏大 (4)不相等 (5)偏大 偏小
思考与交流
在测定中和反应的反应热的实验操作中可能的误差来源有哪些?
答案:①量取溶液的体积有误差(测量结果是按100 mL的酸、碱进行计算,若实际量取时,多于100 mL或小于 100 mL都会造成误差)。 ②温度计的读数有误。 ③实验过程中有液体洒在外面。④混合酸、碱溶液时,动作缓慢,导致实验误差。 ⑤隔热操作不到位,致使实验过程中热量损失而导致误差。 ⑥测酸温度后的温度计未用水清洗便立即去测碱的温度, 致使热量损失而引起误差。问题导学即时检测一二三问题导学即时检测一二三问题导学即时检测一二三迁移与应用
例2已知反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)为吸热反应,试画出其反应过程中能量变化图像。
解析:吸热反应随着反应的进行体系能量应增大,可类比焓变与物质能量关系图得出。
答案:问题导学即时检测一二三迁移训练22SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3(g)的ΔH=-99 kJ·mol-1问题导学即时检测一二三请回答下列问题:
(1)该反应属于 反应(填“放热”或“吸热”)。?
(2)图中A、C分别表示 、 。?
(3)从化学键的角度分析,E、F、ΔH1分别代表什么意义?
E ;?
F ;?
ΔH1 。?
(4)改变反应条件可改变E值大小,如加入V2O5作催化剂,可使E值减小。E的大小对该反应的反应热有无影响?
。?
(5)图中ΔH1= kJ·mol-1。?
(6)若已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3(l)的ΔH'=-Q kJ·mol-1,则ΔH ΔH',Q 99(填“>”“<”或“=”)。?问题导学即时检测一二三答案:(1)放热
(2)反应物的总能量 生成物的总能量
(3)断裂旧键吸收的能量 形成新键释放的能量 2 mol SO2(g)完全氧化为2 mol SO3(g)时的焓变 (4)无影响 (5)-198 (6)> >
温馨提示:(1)反应热等于旧化学键断裂吸收的能量与新化学键生成放出的能量差。
(2)物质由气态转化成液态要放出热量。
(3)比较ΔH的大小,要连同“+”“-”号包括在内。问题导学即时检测一二三从能量储存和化学键变化的角度认识化学反应中的能量变化:
①一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。反应物与生成物的能量差若以热能形式表现,即为放热或吸热;如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量,反应为放热反应;如果反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量,反应为吸热反应。问题导学即时检测一二三能量守恒是任何变化过程所必须遵守的。化学反应中的能量守恒可用以下式子表示:ΔH=H(生成物)-H(反应物)。若焓变ΔH>0,为吸热反应;若焓变ΔH<0,为放热反应。
②化学反应实质上是旧键的断裂和新键的生成。旧键的断裂需要吸收能量,新键的生成放出能量。利用化学键键能的大小可计算化学反应的热效应:ΔH=E(反应物的键能之和)-E(生成物的键能之和)。问题导学即时检测123451.下列说法中正确的是( )
A.在化学反应过程中,发生物质变化的同时不一定发生能量变化
B.破坏生成物全部化学键所需要的能量大于破坏反应物全部化学键所需要的能量时,该反应为吸热反应
C.生成物的总焓大于反应物的总焓时,反应吸热,ΔH>0
D.ΔH的大小与反应所处条件无关
解析:化学反应一定有能量变化,故A不正确;生成物的键能大于反应物键能时,反应放热,故B不正确;ΔH=H(生成物)-H(反应物),H(生成物)>H(反应物)则ΔH>0,反应吸热,C正确;ΔH的大小与反应物的量相关,也与反应所处的温度、压强等有关。
答案:C问题导学即时检测123452.氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰,在反应中,破坏1 mol H—H键消耗的能量为Q1 kJ,破坏1 mol O O键消耗的能量为Q2 kJ,形成1 mol H—O键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是( )
A.2Q1+Q2>4Q3 B.2Q1+Q2<4Q3
C.Q1+Q2解析:本题是“根据键能计算反应热”的变形题,从微观结构上考查对放热反应和吸热反应本质的理解。氢气在氧气中燃烧O2+2H2 2H2O,反应放热。在反应中,要破坏2 mol H—H键、1 mol O O键,形成4 mol H—O键。所以2Q1+Q2<4Q3,因此,答案选B。
答案:B问题导学即时检测123453.用一张已除去表面氧化膜的铝箔紧紧包裹在试管外壁(如右图),将试管浸入硝酸汞溶液中,片刻取出,然后置于空气中,不久铝箔表面生出“白毛”,红墨水柱右端上升。根据实验现象判断下列说法错误的是( )
A.实验中发生的反应都是氧化还原反应
B.铝是一种较活泼的金属
C.铝与氧气反应放出大量的热
D.铝片上生成的“白毛”是氧化铝和氧化汞的混合物问题导学即时检测12345解析:红墨水柱右端上升说明反应放热,C正确;铝是一种较活泼的金属,容易被空气中的氧气氧化变成氧化铝;通常的铝制品之所以能免遭氧化,是由于铝制品表面有一层致密的氧化铝外衣保护着,将试管浸入硝酸汞溶液,硝酸汞与铝发生置换反应,生成了液态金属——汞。汞能与铝结合成合金,俗称“铝汞齐”。在铝汞齐表面的铝没有氧化铝保护膜的保护,很快被空气中的氧气氧化变成了白色固体氧化铝。当铝汞齐表面的铝因氧化而减少时,铝箔上的铝会不断溶解进入铝汞齐,并继续在表面被氧化,生成白色的氧化铝。最后使铝箔表面长满白毛。故D错。
答案:D问题导学即时检测123454.下列有关能量转换的说法,正确的是( )
A.煤燃烧是化学能转化为热能的过程,中和反应的反应热是热能转化为化学能的过程
B.化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C.动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D.植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程
解析:A项,中和反应的反应热也是化学能转化为热能;C项,葡萄糖氧化为CO2是化学能转变为热能;D项,光合作用是把太阳能转化为化学能。
答案:B问题导学即时检测123455.某些化学键的键能如下表(单位:kJ· mol-1):
(1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧,放出热量 kJ。?
(2)在一定条件下,1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应,放出热量由多到少的顺序是 。?
a.Cl2>Br2>I2 b.I2>Br2>Cl2
预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中放热 。?问题导学即时检测12345解析:本题涉及键能与吸、放热的关系,考查了键能与反应热的定量关系。(1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧,参加反应的H2和Cl2都是1 mol,生成2 mol HCl,则放出热量:431 kJ· mol-1×2 mol-436 kJ· mol-1×1 mol-247 kJ· mol-1×1 mol=179 kJ。(2)反应H2+X2 2HX中,若1 mol H2和1 mol X2反应生成2 mol HX,就有1 mol H—H键和1 mol X—X键断裂,2 mol H—X键生成,放出的热量Q(HX)=2E(H—X)-E(H—H)-E(X—X),将表中数据代入可算得:Q(HCl)>Q(HBr)>Q(HI),故H2在Cl2中燃烧放热最多,在I2中放热最少,选a;由此预测1 mol H2在足量F2中燃烧放热比在Cl2中放热多。
答案:(1)179
(2)a 多课件22张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二一、热化学方程式
1.在热化学中,把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来的化学方程式称为热化学方程式。
2.书写热化学方程式应注意的问题:
(1)要在物质的化学式后面用括号标明反应物和生成物的状态。一般用英文小写字母g、l、s分别表示物质的气态、液态和固态。水溶液中溶质则用aq表示。
(2)在ΔH后要注明温度,因为在不同温度下进行同一反应,其反应焓变是不同的。如果不标明温度和压强,则表示在298 K、101 kPa条件下的反应热。?
(3)ΔH的单位是kJ· mol-1或J· mol-1。?
(4)在热化学方程式中,物质化学式前面的化学计量数表示物质的量,可以用整数或简单分数表示。同一化学反应,热化学方程式中物质的化学计量数不同,ΔH也不同。根据焓的性质,若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。目标导航预习导引一二二、反应焓变的计算
盖斯定律:一个化学反应,不论是一步完成,还是分几步完成,其总的焓变是相同的。如下图所示:反应物A变为生成物D,可以有两个途径:①由A直接变成D,反应热为ΔH;②由A经过B变成C,再由C变成D,每步的反应热分别是ΔH1、ΔH2、ΔH3。则ΔH与ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系为ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。目标导航预习导引一二预习交流
热化学方程式表示的意义有哪些?
答案:热化学方程式的意义:
①热化学方程式既能表示物质的变化,又能表示反应的焓变;
②焓变除跟物质的量有关外,还与反应物和生成物的聚集状态有关;
③热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的量,不代表各物质的分子数,因此热化学方程式中的化学计量数可以是整数,也可以是分数,但焓变也随化学计量数的变化而变化。问题导学即时检测一二一、热化学方程式
活动与探究
试比较以下两个热化学方程式:
写出书写热化学方程式应注意什么问题?问题导学即时检测一二答案:①热化学方程式用焓变表示反应过程的能量变化。若为放热反应,ΔH为“-”,表示体系焓降低;若为吸热反应,ΔH为“+”,表示体系焓升高。
②由于反应物和生成物的聚集状态不同,焓变ΔH不同,因此,必须注明各物质的聚集状态,气体用“g”,液体用“l”,固体用“s”,溶液用“aq”。热化学方程式中一般不注明“↑”和“↓”。
③热化学方程式中的计量数是表示参加反应的物质的物质的量。由于ΔH与物质的物质的量成正比,如果化学方程式中各物质的化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。当反应逆向进行时,其ΔH绝对值相等,符号相反。
④热化学方程式一般不要写反应条件。
⑤ΔH的单位为“J·mol-1”或“kJ·mol-1”。问题导学即时检测一二迁移与应用
例1甲醇是人们开发和利用的一种新能源。已知:
(1)甲醇蒸气完全燃烧的热化学方程式为? 。?
(2)反应②中的能量变化如图所示,则ΔH2= 。?问题导学即时检测一二(3)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,叫做该物质的燃烧热,则H2(g)的燃烧热为 。?
(4)请你分析H2(g)作为能源比甲醇蒸气作为能源的优点:? (写出两点即可)。?问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二迁移训练根据碘与氢气反应的热化学方程式
下列判断正确的是( )
A.254 g I2(g)中通入2 g H2(g),反应放热9.48 kJ
B.1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJ
C.反应(ⅰ)的产物比反应(ⅱ)的产物稳定
D.反应(ⅱ)的反应物总能量比反应(ⅰ)的反应物总能量低
答案:D问题导学即时检测一二①由于焓变ΔH与测定条件(温度、压强等)有关,因此书写热化学方程式时应注明ΔH的测定条件。绝大多数化学反应的ΔH是在298 K、101 kPa下测定的,因此若不注明则指298 K、101 kPa。
②热化学方程式中各物质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。因此热化学方程式中各物质的化学计量数可以是整数,也可以是分数。
③ΔH的单位为“J·mol-1”或“kJ·mol-1”。其真正含义是指化学方程式中的各物质的物质的量用“mol”来衡量时,所对应的能量变化是多少焦(或千焦),并非特指“1 mol物质参加反应时,吸收或放出的热量”。问题导学即时检测一二二、反应焓变的计算
活动与探究
请举例描述盖斯定律的内容。
答案:化学反应的反应热只与反应体系的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关,而与反应的途径无关。如果一个反应可以分几步进行,则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的,这就是盖斯定律。
例如:由A→B可以设计以下两个途径:途径二:A→C→B(ΔH1+ΔH2) 则ΔH=ΔH1+ΔH2问题导学即时检测一二迁移与应用
例2利用盖斯定律回答下列问题:已知热化学方程式:由金刚石转化为石墨的热化学方程式为 ,由热化学方程式看来,更稳定的碳的同素异形体是 。?解析:将反应①减去反应②得:C(s,金刚石) C(s,石墨) ΔH=-1.4 kJ·mol-1;由于金刚石转化为石墨为放热反应,因此石墨比金刚石稳定。
答案:C(s,金刚石) C(s,石墨) ΔH=-1.4 kJ·mol-1 石墨问题导学即时检测一二①反应热效应只与反应体系的始态、终态有关。
②给定热化学方程式的反应热总值一定。
③热化学方程式之间可以进行数学处理,反应热也可以进行相应处理。问题导学即时检测12345A.1 mol碳完全燃烧时ΔH<-110.5 kJ·mol-1
B.①的反应热为221 kJ·mol-1
C.浓硫酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水时放出的热量为-57.3 kJ·mol-1
D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出57.3 kJ 热量
解析:1 mol碳燃烧转化为CO放出热量为110.5 kJ,则1 mol 碳完全燃烧转化为二氧化碳放出的热量将大于此数值,放热越多,ΔH越小。①的反应热应为-221 kJ·mol-1。浓硫酸溶于水需放热且放出的热量应为正值,且单位为kJ。由于醋酸是弱酸,电离时吸热,故放出的热量应小于57.3 kJ。
答案:A6问题导学即时检测123452.下列热化学方程式书写正确的是( )
解析:A中没有标明物质的聚集状态;C中ΔH的单位不正确,应为kJ·mol-1;D中因为碳和氧气反应是放热反应,ΔH为负。
答案:B6问题导学即时检测12345?6问题导学即时检测12345A.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:由盖斯定律可知,将①×2+②×2-③即可得2C(s)+2H2(g)+O2(g) CH3COOH(l),同理该热化学方程式的反应热ΔH=2ΔH1+2ΔH2-ΔH3=-488.3 kJ·mol-1。
答案:B6问题导学即时检测123455.写出下列反应的热化学方程式:(1)N2(g)与H2(g)反应生成1 mol NH3(g),放出46.1 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 。?
解析:热化学方程式的书写要求有三点:①标明各物质的聚集状态;②化学方程式中各物质的系数可以是整数或分数,且与热量成正比;③ΔH表示放热时,其符号为负;表示吸热时,其符号为正。6问题导学即时检测123456.(2015课标全国Ⅱ,27(1))甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:回答下列问题:
已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
由此计算ΔH1= kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3= kJ·mol-1。?6问题导学即时检测12345解析:由反应①ΔH1=∑(反应物键能)-∑(产物键能)
代入求得ΔH1=(1 076+2×436-3×413-343-465) kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1。
由盖斯定律,ΔH3=ΔH2-ΔH1=-58 kJ·mol-1+99 kJ·mol-1=+41 kJ·mol-1。
答案:-99 +416课件24张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引12341.让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质,在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。在日常生活中,人们常常需要通过电解使许多不能自发进行的反应顺利进行,电解过程中电能转化为化学能。人们把将电能转化为化学能的装置称为电解池。目标导航预习导引12342.构成电解池的条件
(1)两个相同或不同的电极;(2)外接直流电源;(3)电解质溶液或熔融的电解质,以上三部分形成闭合回路。目标导航预习导引12343.电解原理
电子从外接电源的负极流出,经导线到达电解池的阴极,电解质溶液中的阳离子移向阴极,氧化性强的离子在阴极获得电子而被还原,发生还原反应;与此同时,电解质溶液中的阴离子移向阳极,其中还原性强的离子在阳极上失去电子(也可能是阳极很活泼而本身失去电子)而被氧化,发生氧化反应,这样电子又从电解池的阳极流出,沿导线流回外接直流电源的正极。目标导航预习导引12344.电极的判断及电极反应
(1)阳极:与电源正极相连,溶液中阴离子移向此极,失去电子,发生氧化反应。
(2)阴极:与电源负极相连,溶液中阳离子移向此极,得到电子,发生还原反应。目标导航预习导引1234预习交流1
如何确定电解池的阴阳极?
答案:电解池的两极可由电解池中的电极与电源正、负极的连接情况直接判断:与电源正极相连的电极为电解池的阳极; 与电源负极相连的电极为电解池的阴极。如果装置中未标有电源的正、负极,可由两极的反应来判定:发生氧化反应的为阳极,发生还原反应的为阴极。即:目标导航预习导引1234预习交流2
如何书写电解池中电极反应式和总反应式?
答案:电解池中电极反应式和总反应式书写可按以下四步:
①分析阳极是活性材料还是惰性材料。
②分析溶液中所有阴、阳离子,并按放电顺序排序。
③得电子能力强的阳离子、失电子能力强的阴离子(或活性电极)先放电。
④阴、阳两极电极反应式相加(分析放电离子来源物质,以物质代替离子)即得电解总反应式。问题导学即时检测一二一、电解池的基本工作原理
活动与探究
工业上可以用电解熔融氯化钠的方式生产金属钠,如下图所示。容器中盛有熔融的氯化钠,用石墨和铁皮作电极,两电极分别与电源的正极和负极相连。请回答以下问题:问题导学即时检测一二(1)通电前,熔融氯化钠中存在哪些离子?这些离子的运动情况怎样?
(2)通电后,外电路上的电子流动方向怎样?
(3)接通电源后,熔融氯化钠中Na+、Cl-各向哪个方向运动?
(4)移到两极表面的Na+、Cl-将发生什么变化?
答案:(1)在熔融NaCl中,存在自由移动的Na+和Cl-。(2)通电后,电子由电源的负极流出,在铁电极上被Na+获得,Cl-在石墨电极上失去电子,电子沿导线流入电源正极。(3)由于正负电荷相互吸引,Na+要移向铁电极,Cl-要移向石墨电极。(4)Na+在铁电极上得到电子,Na++e- Na,发生还原反应。Cl-在石墨电极上失去电子,2Cl--2e- Cl2↑,发生氧化反应。为了维持电流,Cl-不断地定向移动到石墨电极上失去电子,这样在通电的情况下NaCl就分解成了Na和Cl2,电能就转化为化学能储存到Na和Cl2里面了。问题导学即时检测一二思考与交流
同学们能够结合电解熔融的氯化钠说出什么是电解、电解池以及如何判断电极和电极产物吗?
答案:使电流通过电解质溶液在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。
电解池两极的判断:问题导学即时检测一二阳极产物的判断:
活性电极(金属活动性顺序表中Ag以前的),则电极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不失电子;
惰性电极(Pt、Au、石墨),则要看溶液中离子的失电子能力,常见阴离子放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子,此时根据阴离子放电顺序加以判断。
阴极产物的判断:
直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序与金属活动顺序相反,常见为Ag+>Fe3+>Cu2+>H+。问题导学即时检测一二①电解质溶液的导电过程,就是该溶液的电解过程。
②电解质溶液的导电过程发生化学变化。
③电解池的阴阳极取决于外接电源的正负极,与电极材料的金属活动性无关。
④阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
⑤电解池中,阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二迁移与应用
例题将含有0.4 mol CuSO4和0.2 mol NaCl的水溶液1 L,用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上得到0.3 mol Cu,若不考虑气体的溶解,则另一个电极上析出气体在标准状况下的体积为( )
A.4.48 L B.5.6 L
C.6.72 L D.13.44 L解析:阴极反应为Cu2++2e- Cu,因为反应的n(Cu2+)=0.3 mol,而电解质溶液中n(Cu2+)的总量为0.4 mol,说明Cu2+过量,电解中共转移0.6 mol电子。由电子守恒可知,阳极上的反应应失去0.6 mol电子。阳极首先发生2Cl--2e- Cl2↑,因为0.2 mol Cl-只能失去0.2 mol电子,另外0.4 mol电子只能由水电离出的OH-失去,阳极反应还有4OH--4e- 2H2O+O2↑,则阳极共放出气体体积:(0.1 mol+0.1 mol)×22.4 L·mol-1=4.48 L,故应选A。
答案:A问题导学即时检测一二迁移训练1用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液,通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),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
答案:A
迁移训练2将分别盛有饱和KCl溶液和CuSO4溶液的两个电解槽(电极均为石墨电极)串联,通电一段时间后,在甲池(饱和KCl溶液)的阳极收集到1.12 L气体(标准状况下),如果乙池溶液(CuSO4溶液)的体积为1 L,则电解后乙池溶液的c(H+)为 mol·L-1(电解过程中溶液体积不变)。?
答案:0.1问题导学即时检测123451.用铂电极(惰性)电解下列溶液时,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是( )
A.稀NaOH溶液 B.HCl溶液
C.CuSO4溶液 D.酸性AgNO3溶液
解析:根据阴离子、阳离子的放电顺序,由阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2可知,溶液中存在的阳离子放电顺序肯定在H+之后;溶液中存在的阴离子放电顺序也肯定也在OH—之后。B的电极产物是氢气和氯气;C的电极产物是Cu和氧气;D的电极产物是银和氧气。所以答案选择A。
答案:A6问题导学即时检测123452.下列叙述中不正确的是( )
A.电解池的阳极上发生氧化反应,阴极上发生还原反应
B.直流电源与电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极
C.电解质溶液中的阴离子移向电解池的阳极
D.电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
解析:根据电解原理,原电池(直流电源)跟电解池连接后,电子从电池负极沿导线流向电解池阴极。对电解池的阴阳两极的记忆,可用音同字不同加强记忆,如可用“氧化反应——阳极”这一对应关系帮助记忆。也可以用外接电源的正负极来判断电解池两个电极是阳极还是阴极,如“正极——阳极”,“负极——阴极”。
答案:B6问题导学即时检测123453.如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d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
解析:电流从电源的正极流出,故a为电源的正极,b为负极;与电源正极相连的c为阳极,与电源负极相连的d为阴极。在电解过程中,Cu2+移向阴极d,在阴极放电析出Cu,所以d电极质量增加;Cl-移向阳极c,在阳极放电析出Cl2,溶液中氯离子浓度降低。
答案:C6问题导学即时检测123454.用石墨作电极,电解1 mol·L-1下列物质的溶液,电解完毕,溶液的pH保持不变的是( )
A.HCl B.NaOH
C.Na2SO4 D.NaCl
解析:电解HCl溶液生成H2、Cl2,溶液酸性降低,pH升高;电解NaOH、NaCl溶液c(OH-)都增大,pH也升高;电解Na2SO4溶液即为电解水,pH保持不变。
答案:C6问题导学即时检测123455.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内的物质),能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A.AgNO3[AgNO3]
B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl]
D.CuSO4[Cu(OH)2]6问题导学即时检测123456问题导学即时检测1234566.按图甲装置进行实验,若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是( )
A.F表示反应生成Cu的物质的量
B.E表示反应实际消耗H2O的物质的量
C.E表示反应生成O2的物质的量
D.F表示反应生成H2SO4的物质的量
解析:电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,当转移4 mol e-时,分别生成2 mol Cu、1 mol O2、2 mol H2SO4、消耗2 mol H2O,故B正确。
答案:B课件21张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引1231.电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气
按图装置,在U形管里倒入饱和食盐水,插入一根石墨棒作阳极,一根铁棒作阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞溶液,并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。目标导航预习导引123接通直流电源后,观察到管内发生的现象为阳极上产生的黄绿色气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝,阴极上有气泡产生并伴随阴极区显红色,阳极产物为氯气;阴极产物为氢气和氢氧化钠。
写出电极反应式及电解的总化学方程式、离子方程式:目标导航预习导引1232.铜的电解精炼
电解法制精铜时,以精铜作阴极,粗铜作阳极,硫酸酸化的硫酸铜溶液作电解液;阴极反应式:Cu2++2e- Cu,阳极主要反应式:Cu-2e- Cu2+;作为杂质的较活泼金属氧化后的阳离子留在电解液中,比铜不活泼的金属杂质则沉积在阳极底部,形成阳极泥,其主要成分是银、金、铂。目标导航预习导引1233.电镀
(1)电镀就是应用电解原理,在金属表面上镀上一薄层金属或合金的过程。
(2)电镀的主要目的是增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。
(3)电镀的一般规律:在电镀槽中,阴极材料为镀件,阳极材料为镀层金属,电镀液为含镀层金属离子的溶液。用如图所示装置实现电镀,请写出电极反应式:阴极:Cu2++2e- Cu,
阳极:Cu-2e- Cu2+,电镀时溶液中Cu2+浓度不变(填“变大”“变小”或“不变”)。目标导航预习导引123预习交流
能否利用下图装置生产漂白液?电源a、b极分别是何种电极?能否写出产生漂白液的电解反应?问题导学即时检测一二一、电解食盐水
活动与探究
按如图所示装置,向U形管中加入饱和食盐水,两端各加一滴酚酞溶液,插入两根石墨棒作电极,接通直流电,将一条湿润的碘化钾淀粉试纸置于阳极管口,将一小试管套在阴极支管上收集并检验气体。问题导学即时检测一二请根据观察到的现象推测溶液中的离子在直流电作用下的放电顺序是怎样的?请写出电极反应式和电解方程式。
现象:两碳棒上均有气泡产生,湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝色,试管中收集到的气体靠近火焰时可听到爆鸣声,U形管左端的溶液变红色。
推测:氯化钠溶液中有Na+、H+、OH-、Cl-四种离子,在直流电作用下,Na+、H+向阴极移动,H+得电子生成氢气;OH-、Cl-向阳极移动,Cl-失电子生成氯气。问题导学即时检测一二思考与交流
如何判断电解过程中的电极产物?
答案:判断电解过程中电极产物的依据:电极材料的性质和离子放电顺序。离子放电顺序取决于离子本身的性质及其浓度。
阳极:①若为惰性电极,则阴离子放电(失电子,发生氧化反应),放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-。
②若为活泼电极,则电极本身失去电子而放电,电极溶解(因为活泼电极的还原性几乎大于一切阴离子)。
阴极:无论是惰性电极,还是活性电极,阴极总是受到保护,不会参与电极反应,始终为阳离子放电(得电子,发生还原反应),放电顺序(金属活动性顺序的反向)为Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(H2O)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
因此,判断电解过程中的电极产物的步骤:①分析电解质溶液的组成,找全离子(包括水电离出的H+及OH-)并分为阴、阳两组;②分析离子的放电顺序;③确定电极,写出电极反应式。问题导学即时检测一二①阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。放电顺序取决于离子本身的性质,也与离子浓度及电极材料有关。
②电解时所使用的电极分为两类:一类为惰性电极,只导电(如铂、石墨等),并不参与反应;另一类为活性电极(除铂、金及在电解时很易钝化的铅等以外的金属)。活性电极若作阴极,只起导体的作用;若为阳极,发生氧化反应的往往是电极本身。当电解质溶液中的溶质为阳极材料的盐溶液时,电解池即成为电镀池或电解精炼池。
③电极上物质的变化情况以及电子的转移情况用电极反应式来表示,当电解质溶液中存在多种阳离子或者多种阴离子时,电解质溶液中各种离子在两极上得失电子是有一定顺序的,称之为放电顺序。问题导学即时检测一二二、铜的电解精炼
活动与探究
火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等),其性能远不能达到工业应用的要求,工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯,电解精炼铜如图所示:答案:阴极反应:Cu2++2e- Cu;阳极反应:Zn-2e- Zn2+、Cu-2e- Cu2+等,粗铜中的锌等较活泼的金属杂质形成阳离子进入溶液并留在溶液中。问题导学即时检测一二
思考与交流
同学们能够分别说出一般的电镀池与铜的电解精炼池的组成吗?
答案:一般电镀池的组成:待镀的金属制品作阴极,镀层金属作阳极,含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液(即电镀液)。
铜的电解精炼池:用精铜作阴极,粗铜作阳极,用可溶性的铜盐溶液作电解液。①粗铜中的锌、镍、铁等较活泼的金属杂质形成阳离子进入溶液并留在溶液中。
②不如铜活泼的银、金、铂等金属在电解过程中不发生反应,最终沉积在电解池的底部,形成阳极泥。问题导学即时检测123451.(2015浙江理综,11)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是( )A.X是电源的负极
B.阴极的电极反应式是:H2O+2e- H2+O2- CO2+2e- CO+O2-
C.总反应可表示为:H2O+CO2 H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶16问题导学即时检测123456问题导学即时检测123452.在铁制品上镀一定厚度的铜镀层,以下方案设计正确的是( )
A.铜作阳极,铁作阴极,溶液中含有铜离子
B.铂作阴极,铁作阳极,溶液中含有铜离子
C.铁作阳极,铁作阴极,溶液中含有亚铁离子
D.铜作阴极,铁作阳极,溶液中含有铜离子
解析:根据电镀原理,在铁制品上镀铜,应该用铜作阳极,铁作阴极,溶液中含有铜离子。
答案:A6问题导学即时检测12345?6问题导学即时检测123454.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是( )
A.电解过程中阴极没有气体生成
B.电解过程中转移的电子的物质的量为0.4 mol
C.原CuSO4溶液的浓度为0.1 mol·L-1
D.电解过程中阳极收集到的气体体积为1.12 L
解析:由2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑知,如CuSO4未电解完,加CuO即可复原,而Cu(OH)2相当于CuO·H2O,故CuSO4电解完后,还电解了部分水。电解析出了0.1 mol Cu,转移电子0.2 mol,而电解0.1 mol H2O转移电子0.2 mol,故转移的电子的总物质的量为0.4 mol。
答案:B6问题导学即时检测123455.[2015山东理综,29(1)]利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,?
电解过程中Li+向 (填“A”或“B”)电极迁移。?6问题导学即时检测12345解析:B极产生H2,根据反应:2H++2e- H2↑,说明B极为阴极,随着电解进行,溶液中c(H+)减小、c(OH-)增大,B极附近电解液为LiOH溶液,随着电解的进行,溶液中c(LiOH)增大。A极为阳极,电解液为LiCl溶液,电极反应:2Cl--2e- Cl2↑;在电解过程中Li+向阴极附近移动,即向B极迁移。
答案:LiOH 2Cl--2e- Cl2↑ B6问题导学即时检测123456?课件37张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引121.原电池工作原理
(1)化学能与电能的相互转化,是能量转化的重要形式之一。原电池是将化学能转化为电能的装置。
(2)原电池由两个半电池组成。半电池包括电极材料和电解质溶液,两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。半电池中的反应就是半反应,即电极反应。在原电池中,负极上发生氧化反应,失去电子,电子流出;正极上发生还原反应,得到电子,电子流入。电流由原电池的正极流向负极,即电子由负极流向正极。 目标导航预习导引12(3)原电池的工作原理(以铜锌原电池为例进行研究):
Zn为负极,Cu为正极;负极上发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,正极上发生还原反应,电极反应式为 Cu2++2e- Cu;电子流出的极是负极,电子流入的极是正极;电流方向是从正极流向负极。盐桥中的盐溶液是含KCl饱和溶液的琼脂,盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液,K+移向CuSO4溶液,使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性。该原电池工作一段时间后,两电极的质量变化为负极质量减小,正极质量增加。 目标导航预习导引12?目标导航预习导引12问题导学即时检测一二三一、原电池的工作原理
活动与探究
按如图装置安装并进行实验,观察并记录实验现象,并由现象推测能量变化。完成下表:四五问题导学即时检测一二三四五问题导学即时检测一二三四五问题导学即时检测一二三思考与交流
如何判断原电池的正负极?
答案:①根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子,发生氧化反应(负失氧);正极总是得电子,发生还原反应(正得还)。
②根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极;电子流动方向是由负极流向正极。
③根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断。在原电池的电解质溶液中,阳离子移向的极是正极,阴离子移向的极是负极。
④由组成原电池两极的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。四五问题导学即时检测一二三⑤根据原电池两极发生的现象判断。质量减小的电极为负极,有金属析出或有气泡放出的电极为正极(此规则具有相当的局限性,可用于一些常规原电池的电极判定,如Al-Cu与稀硫酸构成的电池,但不适用于目前许多的新型燃料电池和可充电电池电极的判定)。
⑥燃料电池,充入燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH、N2H4等)的一极为负极;充入助燃剂(如O2、NO2等)的一极为正极。四五问题导学即时检测一二三①原电池正负极一定要注意实际情况,如Mg-Al-NaOH(aq), Al是负极;Al-Cu-浓硝酸,Cu是负极。
②学习中常犯的错误是原电池正负极的判断,不一定是较活泼的金属一定作负极,而要看是否发生氧化反应。如铁、铜和浓硝酸组成的原电池,虽然铁的活动性比铜强,但常温下铁被浓硝酸钝化,因此铜作负极,铁作正极。四五问题导学即时检测一二三二、电极反应式的书写
活动与探究
请根据离子方程式2Ag++Cu 2Ag + Cu2+设计一个原电池,画出构造示意图,写出正负极反应。
答案:①原电池结构示意图如图(任选一)四五问题导学即时检测一二三 思考与交流
如何书写原电池中的电极反应式?
答案:①如果题目给定的是图示装置,先分析正、负极,再根据正、负极反应规律写电极反应式。
②如果题目给的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)。四五问题导学即时检测一二三四五问题导学即时检测一二三三、锌锰干电池
活动与探究
请同学们分别写出碱性、酸性锌锰干电池的电极反应和电池反应。四五问题导学即时检测一二三迁移与应用
例1锌-锰碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,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,电池总反应式为Zn(s)+MnO2(s)+H2O(l) ZnO(s)+Mn(OH)2(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MnO2(s)+2H2O(l)+2e- Mn(OH)2(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,锌的质量理论上减少6.5 g四五问题导学即时检测一二三解析:电池工作时,锌作负极失去电子,负极电极反应式为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l),正极电极反应式为MnO2(s)+2H2O(l)+2e- Mn(OH)2(s)+2OH-(aq)。在外电路,电子由负极流向正极。通过0.2 mol电子,锌消耗0.1 mol,其质量减少6.5 g。
答案:C四五问题导学即时检测一二三迁移训练1铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:
Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是( )
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e- Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH- -2e-Ni2O3+3H2O
答案:C四五问题导学即时检测一二三电极反应式的书写可以根据总反应式中元素化合价变化、物质存在形式以及由正极反应与负极反应写总反应的规律来书写。四五问题导学即时检测一二三四四、二次电池——铅蓄电池
活动与探究
铅蓄电池为应用比较广泛的可充电电池,电池总反应为:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,思考下列问题:
(1)放电过程的电极反应式如何书写?放电后,电极质量如何变化?溶液pH如何改变?
(2)充电过程,阴极的电极反应式如何书写??五问题导学即时检测一二三四?五问题导学即时检测一二三四?五问题导学即时检测一二三四?五问题导学即时检测一二三四五五、氢氧燃料电池
活动与探究
请同学们完成以下表格。问题导学即时检测一二三四五问题导学即时检测一二三四五迁移与应用
例3科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机酸转化成为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为( )
解析:根据该燃料电池是由H2进入以磷酸为电解质的电池,即该电池的负极应该是H2失电子被氧化,故选C项。
答案:C问题导学即时检测一二三四五迁移训练3科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知,1 mol CH3OH(l)充分燃烧的ΔH为-726.5 kJ·mol-1。
在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液呈酸性,负极的反应式为 ,正极的反应式为 。理想状态下,该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ,则该燃料电池的理论效率为 (燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。?问题导学即时检测一二三四五问题导学即时检测123451.下图所示的装置能够组成原电池且产生电流的是( )
解析:由于A中两电极金属相同,D中乙醇水溶液不是电解质溶液,B中未形成闭合回路,因此A、B、D不能组成原电池而C符合构成原电池的条件,可形成原电池。
答案:C问题导学即时检测12345?问题导学即时检测12345?问题导学即时检测123453.可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气中的O2为正极反应物。下列说法正确的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:O2+2H2O+4e- 4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al+3OH--3e- Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
解析:电解质溶液显碱性或中性,该燃料电极的正极反应为:O2+2H2O+4e- 4OH-,A对;铝作负极,负极反应应该是铝失去电子变为铝离子,在氢氧化钠溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成四羟基合铝酸根离子,因此负极反应为:Al+4OH--3e-[Al(OH)4]-,B错;该电池在碱性条件下消耗了碱,反应式为4Al+3O2+6H2O+4OH-4[Al(OH)4]-,溶液pH降低,C错;电池工作时,电子从负极经过外电路流到正极,D错。
答案:A问题导学即时检测123454.Zpower电池使用锌聚合物作为阳极、银纳米颗粒作为阴极,其安全性类似于传统的碱性电池,并且其材料95%可回收,该电池的容量比同体积的锂电池高30%。
银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充、放电过程可表示为2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O。根据上述信息回答下列问题:
(1)电池在放电时,作为负极的是 ,电极反应式为 ;正极电极反应式为 。?
(2)该电池属于 (填“酸”“碱”或“中”)性电池。?
(3)写出充电时的反应式:
阳极: ;?
阴极: 。?问题导学即时检测12345解析:(1)明确电池放电的过程即发生原电池反应的过程,其电池反应方程式为:Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2,被氧化的Zn为负极,则Ag2O为正极。
(2)从产物分别为金属氧化物和金属氢氧化物的实际来看,该电池的电解质溶液应为碱性。
(3)充电时发生电解池反应,Ag/Ag2O为阳极,Zn/Zn(OH)2为阴极,分别发生氧化反应和还原反应。
答案:(1)Zn Zn+2OH--2e- Zn(OH)2 Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-
(2)碱
(3)2Ag+2OH--2e- Ag2O+H2O Zn(OH)2+2e- Zn+2OH-问题导学即时检测123455.用铜、银、AgNO3溶液设计一个原电池,这一原电池的正极是 ,负极是 ,负极的电极反应是 ,总反应是 。?
解析:构成原电池必须满足的三个条件,即:闭合回路,活动性不同的电极,电解质溶液。再由装置特征,两电极中活泼的金属为负极失电子,发生氧化反应,另一极即为正极。课件23张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二一、金属的电化学腐蚀
1.金属腐蚀是指金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。金属的腐蚀可分为化学腐蚀与电化学腐蚀两种。
2.化学腐蚀是指金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。
3.电化学腐蚀是指不纯的金属或合金发生原电池反应,使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈就是最典型的电化学腐蚀。在现实生活中主要的金属腐蚀是电化学腐蚀。目标导航预习导引一二4.钢铁表面的电解质溶液不同,发生的电化学腐蚀也不同,分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
(1)钢铁的析氢腐蚀:当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时,将发生析氢腐蚀,铁是负极,碳是正极。目标导航预习导引一二预习交流
化学腐蚀和电化学腐蚀有何不同?
答案:目标导航预习导引一二二、金属的电化学防护
1.防止金属锈蚀最常用的方法是在金属的表面覆盖保护层,通过种种措施使金属与空气、水隔绝,以达到防止其锈蚀的目的。
2.金属防护的常用方法
(1)改变金属的内部结构,使金属性质改变,成为耐腐蚀金属,如不锈钢等。
(2)加保护层,如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法使金属与空气、水等物质隔离,以防金属氧化腐蚀。目标导航预习导引一二(3)电化学防腐蚀。
①牺牲阳极的阴极保护法
这种方法通常是在被保护的钢铁设备(如锅炉内壁、船体外壳等)上装上若干比被保护金属更活泼的金属,作为原电池的负极不断遭受腐蚀,定期拆换,而作为正极的钢铁被保护了下来。
②外加电流的阴极保护法
将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极,而将外加直流电源的正极接到一些废铁上,使废铁成为阳极。通电后,电子被强制流向被保护的钢铁设备,使钢铁表面积累了大量负电荷,这样就抑制了钢铁失去电子,从而防止了钢铁的腐蚀。问题导学即时检测一二一、金属的电化学腐蚀
活动与探究
请同学们完成以下表格。问题导学即时检测一二迁移与应用
例1铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示,下列有关说法中,正确的是( )A.负极电极反应式:Fe-3e -Fe3+
B.此过程中还涉及反应:4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3
C.此过程中铜的腐蚀被加快
D.此过程中电流从Fe流向Cu问题导学即时检测一二问题导学即时检测一二问题导学即时检测一二①金属与接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀,叫做化学腐蚀。化学腐蚀过程中发生的化学反应是普通的氧化还原反应,而不是原电池反应,无电流产生。
②电化学腐蚀是指不纯的金属或合金发生原电池反应,使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。问题导学即时检测一二二、金属防护的方法
活动与探究
下列叙述中正确的是( )
A.生铁比纯铁容易生锈与电化学腐蚀无关
B.将钢铁与电源的正极相连可以起到保护钢铁的作用
C.为保护地下钢管不受腐蚀,可使它与铜板相连
D.海轮外壳上镶嵌锌块,可减缓船体的腐蚀
答案:D问题导学即时检测一二迁移与应用
例2下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图b中,开关由M改置于N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小
C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大
D.图d中,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二迁移训练2下列各种方法中,能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是( )
①金属表面涂抹油漆 ②改变金属内部结构 ③保持金属表面清洁干燥 ④金属表面进行电镀 ⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
A.①②③④ B.①③④⑤
C.①②④⑤ D.①②③④⑤
答案:D问题导学即时检测一二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。
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活动性不同的两种金属,活动性差别越大,较活泼金属腐蚀越快。
④对同一种电解质溶液来说,一般是电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。问题导学即时检测1234问题导学即时检测1234A.图1中,插入食盐水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图2中,往烧杯中滴加几滴KSCN溶液,溶液变红色
C.图3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
D.图4中,用牺牲锌块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,锌块相当于原电池的正极
解析:插入食盐水中的铁棒,发生电化学腐蚀,靠近底端的部分与氧气接触少,腐蚀程度较轻,A错误;图2中Fe作负极,失电子,生成Fe2+,滴加几滴KSCN溶液,溶液不变红色,B错误;高温下铁发生氧化反应,发生化学腐蚀,C正确;锌块相当于原电池的负极,失电子,从而保护地下钢铁管道,D错误。
答案:C问题导学即时检测12342.如下图所示各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀,腐蚀的速率由快到慢的顺序为( )
A.⑤②①③④
B.④③①②⑤
C.⑤④②①③
D.③②④①⑤
解析:判断金属腐蚀快慢,首先判断该金属充当的是原电池还是电解池的电极,若是电解池的阳极,金属腐蚀最快,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。其腐蚀速率由快到慢的顺序为⑤④②①③。
答案:C问题导学即时检测12343.埋在地下的铸铁输油管道,在下列情况下被腐蚀得最慢的是( )
A.在潮湿疏松的碱性土壤中
B.在干燥致密的酸性土壤中
C.将输油管道与电源负极相连
D.在输油管道接口处包上铜皮
解析:铁在酸性环境下发生析氢腐蚀,在碱性环境下发生吸氧腐蚀,在接口处包上铜皮会形成铁铜原电池,增大了腐蚀速率,将输油管道与电源负极相连,受到了保护,答案选C。
答案:C问题导学即时检测12344.如图所示,烧杯中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:
(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于 腐蚀。?
(2)若试管内液面上升,则原溶液呈 性,发生 腐蚀;电极反应式:负极为 ,?
正极为 。?
(3)若试管内液面下降,则原溶液呈 性,发生 腐蚀。电极反应式:负极为 ,正极为 。?问题导学即时检测1234解析:根据原电池的构成条件:有两种不同的材料(铁钉成分为铁碳合金,Fe为负极,碳为正极),有电解质溶液,形成闭合回路,可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知,试管内液面上升,说明试管内压强减小,是试管内气体被吸收所致,是铁钉吸氧腐蚀的结果,据此可写出电极反应式;试管内液面下降,说明试管内气体压强变大,是试管内产生了新气体所致,是铁钉析氢腐蚀的结果,据此可写出电极反应式。课件23张PPT。一二一二一二一二2.反应热(ΔH)的比较
(1)吸热反应与放热反应
吸热反应ΔH>0;放热反应ΔH<0,故吸热反应的反应热一定大于放热反应的反应热。ΔH(吸)>ΔH(放)。
(2)反应物或生成物状态不同的反应
反应物和生成物的聚集状态不同,反应热亦不同。
H(g)>H(l)>H(s)一二(3)化学计量数不同的反应
对于同一反应,化学计量数越大,吸收或放出的热量就越多。
(4)不同条件下完成的可逆反应
可逆反应实际上都具有不彻底性,条件不同,反应的程度不一定相同,反应热也不一定相同,要依据平衡移动原理进行分析比较。另外对于既定反应的反应热是个定值,平衡移动,能改变吸收或放出的热量,但不会使反应热(ΔH)发生改变。
(5)不同中和反应的反应热
①如果是弱酸或弱碱参加的中和反应,要考虑弱电解质电离过程中吸收热量;②如果是浓硫酸直接和强碱混合,就要考虑浓硫酸被稀释时放出的热量;③如果是固体物质直接反应,就要考虑溶解过程中的热效应;④如果反应过程中有沉淀、气体等其他物质生成,则要全面综合考虑该反应的反应热等。一二(6)燃烧反应的反应热
比较燃烧反应的反应热要全面比较可燃物的物质的量、燃烧是否完全、燃烧产物的状态等因素。
(7)运用盖斯定律列等式作差比较
对于一些不便于直接比较的反应或过程,可以设计循环转化关系图,然后利用盖斯定律,列等式,作差比较它们的大小。一二一二一二一二一二(2)复杂的电极反应式的书写
对于复杂的电极反应式可由电池反应减去负极反应而得到正极反应。此时,必须保证电池反应转移的电子数等于电极反应转移的电子数,即遵守电荷守恒、质量守恒、电子守恒规律。
复杂电极反应式=总反应式-较简单一极的电极反应式
如求CH4酸性燃料电池中的负极反应式。一二三专题一 应用盖斯定律应注意的问题
①首先要明确所求反应的始态和终态,各物质的化学计量数,判断该反应的吸、放热情况;②不同途径对应的最终结果应一样;③叠加各反应式时,有的反应要逆向写,ΔH的符号也相反,有的反应式要扩大或减小倍数,同时ΔH也相应扩大或减小相同倍数;④注意各分步反应的ΔH的正负。一二三?一二三一二三一二三?一二三一二三例2LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,可用于电动汽车。电池反应为:FePO4+Li LiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法不正确的是( )
A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
B.放电时电池内部Li+向正极移动
C.充电过程中,电池正极材料的质量减少
D.放电时电池正极反应为:FePO4+Li++e- LiFePO4
解析:由于Li能和稀硫酸、H2O反应,因此电解质不能用硫酸;放电过程为原电池原理,在原电池中,阴离子向着负极移动,阳离子向着正极移动;充电过程是电解的过程,电解池的阳极失电子,即LiFePO4-e- Li++FePO4,因此阳极材料(LiFePO4)质量会减少;将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知B、C、D正确。
答案:A一二三迁移训练2市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为:Li+2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2。下列说法不正确的是( )
A.放电时,负极的电极反应式:Li-e- Li+
B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质溶液
D.放电过程中Li+向负极移动
解析:A项,Li从零价升至正价,失去电子,作为负极,正确;B项,充电时,反应物只有一种,故化合价既有升,又有降,所以既发生氧化反应又发生还原反应,正确;C项,由于Li可以与水反应,故电解质应为非水材料,正确;D项,原电池中阳离子应迁移至正极得电子,故错。
答案:D一二三?一二三例3用铂电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500 mL,经过一段时间后,两极均得到标准状况下11.2 L的气体,则原混合溶液中CuSO4的物质的量浓度为( )
A.0.5 mol·L-1
B.0.8 mol·L-1
C.1.0 mol·L-1
D.1.5 mol·L-1一二三?课时训练1 化学反应的反应热 化学反应的焓变
1.下列说法正确的是( )
A.化学反应中的能量变化,都表示为热量的变化
B.需要加热才能发生的化学反应,一定是吸热反应
C.放热反应在常温下一定很容易发生
D.反应是放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
答案:D
2.下列反应既属于氧化还原反应,又是吸热反应的是( )
A.铝片与稀盐酸的反应
B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
C.灼热的炭与CO2的反应
D.甲烷在氧气中的燃烧反应
解析:已知B、C选项是吸热反应,但B选项反应Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3·H2O+8H2O为非氧化还原反应,而C选项反应C+CO22CO为氧化还原反应,故答案为C。
答案:C
3.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:化学反应中,生成物的总焓大于反应物的总焓,即ΔH>0,反应吸热。由于燃烧反应都是放热反应,因此答案选D。
答案:D
4.已知反应X+YM+N为放热反应,该反应的下列说法正确的是( )
A.X的能量一定高于M
B.Y的能量一定高于N
C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D.该反应为放热反应,一定不必加热就可以发生
解析:对于放热反应,反应物总能量一定高于生成物总能量。放热或吸热反应是指反应的能量变化过程而不是反应条件。
答案:C
5.反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行:①A+B→X(ΔH>0),②X→C(ΔH<0),下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
解析:①A+B→X ΔH>0,X具有的能量大于A、B能量总和,A、C错误,②X→C ΔH<0,A+B→C ΔH<0,C具有的能量小于X具有的能量,也小于A、B能量总和,D正确,B错误。
答案:D
6.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,断裂1 mol F—F 、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)+3F2(g)SF6(g)的反应热ΔH为 ( )
A.-1 780 kJ·mol-1 B.-1 220 kJ·mol-1
C.-450 kJ·mol-1 D.+430 kJ·mol-1
解析:根据题意可判断1 mol SF6中含有6 mol S-F键,1 mol F2中含有1 mol F-F键,因此ΔH=280 kJ·mol-1+160 kJ·mol-1×3-330 kJ·mol-1×6=-1 220 kJ·mol-1。
答案:B
7.近年来,科学家正在探索利用铝粉作燃料的可能性,以期铝能成为一种石油的取代物。假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,关于其有利因素的下列说法,你认为哪项是错误的( )
A.铝质轻,便于运输、贮存,且安全
B.铝燃烧时放出的热量大,且燃烧后新产物对环境的污染容易得到有效控制
C.在地球上,铝矿资源丰富
D.现代电冶铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础
解析:铝质轻,燃烧时放热多,在地壳中是含量最大的金属元素,铝矿资源丰富,这些都是用铝作为新型燃料的有利条件,但是电冶铝本身需要消耗大量的能量,从这一点考虑,如果没有开发出新的冶炼金属铝的技术,则用铝作为新能源的做法是不合算的。所以D说法错误。
答案:D
8.在测定中和反应的反应热的实验中,下列叙述错误的是 ( )
A.向量热计中加入盐酸,搅拌后的温度为初始温度
B.实验中可使酸或碱略过量
C.向量热计中加入碱液时,碱液的温度应与酸的温度相同
D.可以用KOH代替NaOH,浓硫酸代替盐酸
解析:可以用KOH代替NaOH,但不能用浓硫酸代替盐酸,因为浓硫酸溶于水也会放出很多热量。
答案:D
9.如图所示,图像表示某一反应过程中的能量变化曲线。下列说法中不正确的是( )
A.由图可知,该反应为放热反应
B.该反应的焓变为ΔH=-(E2-E1)
C.曲线b相对于曲线a来说,改变的条件只能是使用了催化剂
D.该反应的发生条件一定是加热
解析:生成物的总能量低于反应物的总能量,反应放热,A正确。E1和E2可分别看为反应物的键能之和和生成物的键能之和,B正确。使用催化剂可降低反应的活化能,C正确。该反应发生时,需要提供能量,但条件不一定是加热,D错误。
答案:D
10.下列反应符合如图所示能量变化的是( )
A.碳与二氧化碳化合为一氧化碳
B.氯化氢分解为氢气和氯气
C.钠与水反应
D.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体混合研磨
解析:从图示分析,反应物的总能量大于生成物的总能量,反应是放热反应。A、B、D三项中的反应均为吸热反应,答案为C项。
答案:C
11.将铁粉和硫粉混合后加热,待反应开始即停止加热,反应仍可持续进行直至反应完全,生成新物质硫化亚铁。这一现象说明( )
A.该反应是放热反应
B.铁粉和硫粉在常温下可以发生反应
C.该反应是吸热反应
D.硫化亚铁的总能量高于铁粉和硫粉的总能量
解析:反应开始后即停止加热,反应仍可持续进行,说明反应自身是放热的,放出的热量可以维持反应的持续进行,反应物(铁粉和硫粉)的总能量高于生成物(FeS)的总能量,答案为A项。
答案:A
12.一定条件下,A与B反应可生成C与D,其焓变化如图:
(1)下列有关反应A+BC+D的说法正确的是 。?
A.反应前后原子的种类和数目一定不变
B.该反应若有热量变化,则一定是氧化还原反应
C.若该反应为放热反应,则不需要加热反应就一定能自发进行
D.反应物的总质量、总焓与生成物的总质量、总焓均相等
(2)若H1”“<”或“=”)反应物的总焓,反应ΔH0(填“>”“<”或“=”)。?
解析:(1)一个化学反应要遵守质量守恒,反应前后原子的种类和数目一定不变,A对。有热量变化的反应,不一定是氧化还原反应,B错。一个反应是吸热还是放热与反应条件无关,C错。由于反应伴随能量变化,H1≠H2,D错。
答案:(1)A (2)> >
13.把温度为13 ℃、浓度为1.0 mol·L-1的酸溶液和1.1 mol·L-1的碱溶液各50 mL混合[溶液密度均为1 g·mL-1,所生成溶液的比热容c=4.184 J·(g·℃)-1],轻轻搅动。测得酸碱混合液的温度变化数据如下:
反应物
起始温度
t1/℃
终了温度
t2/℃
中和热
kJ·mol-1
HCl+NaOH
13.0
19.8
ΔH1
HCl+NH3·H2O
13.0
19.3
ΔH2
(1)试计算上述两组实验测出的中和反应的反应热:
ΔH1= ;ΔH2= 。?
(2)实验中碱液过量的目的是 。?
(3)两组实验结果有差异的原因是?
。?
解析:(1)根据给出的酸和碱的物质的量,酸为0.050 mol,碱为0.055 mol,碱是过量的,应以酸计算,算出生成0.050 mol水放出的热量,进而得出生成1 mol水放出的热量,即可得出两组实验测出的中和热数值。
|ΔH1|=
=5.69×104 J·mol-1=56.9 kJ·mol-1
|ΔH2|=
=5.27×104 J·mol-1=52.7 kJ·mol-1
(2)碱液过量是为了提高实验准确度,保证盐酸完全反应;NH3·H2O易挥发,使NH3·H2O浓度下降,故应过量。
(3)NaOH是强碱,在水溶液中完全电离,与HCl中和时放热较多,NH3·H2O是弱碱,只有小部分电离,发生电离时要吸热,中和时放热较少。
答案:(1)-56.9 -52.7
(2)使盐酸完全反应,提高实验的准确度
(3)NaOH是强电解质,NH3·H2O是弱电解质,NH3·H2O电离时吸收热量
14.已知:H2(g)+O2(g)H2O(g),反应过程中能量变化如下图,完成:
(1)a、b、c分别代表什么意义?
a. ;b. ;c. 。?
(2)该反应是放热还是吸热? 。ΔH大于零还是小于零? 。?
解析:本题通过图像考查反应过程中的能量变化、化学键与吸热和放热的关系。从图像可以看出:a是指H2、O2分子变成H、O原子时吸收的热量,b是指H、O原子形成水分子放出的能量,c表示二者的差值,即反应热,由于放出的能量大于吸收的热量,反应热小于零,故该反应放热。
答案:(1)代表断裂旧键吸收的能量 代表生成新键放出的能量 代表反应热
(2)放热 小于零
课时训练2 热化学方程式 反应焓变的计算
1.今有如下三个热化学方程式:
H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=a kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=b kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=c kJ·mol-1下列关于它们的表述正确的是( )
A.它们都是吸热反应 B.a、b和c均为正值
C.a=b D.2b=c
解析:根据热化学方程式书写中反应热表示方法的规定即ΔH为“-”表示放热,ΔH为“+”表示吸热,可判断H2燃烧放出的热量应为负值,因为燃烧反应为放热反应,故A、B错;根据相同物质的反应,聚集状态不同,反应热不同可判断a≠b,故C错;根据相同反应,反应热与可燃物的物质的量成正比可判断2b=c。
答案:D
2.已知:H2(g)+F2(g)2HF(g) ΔH=-270 kJ·mol-1,下列说法不正确的是( )
A.44.8 L氟化氢气体分解成22.4 L的氢气和22.4 L的氟气吸收270 kJ热量
B.1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量大于270 kJ
C.相同条件下,1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和高于2 mol氟化氢气体的能量
D.2 mol H—F键的键能比1 mol H—H键和1 mol F—F键的键能之和大270 kJ
解析:A项44.8 L HF未指明所处的状态,其物质的量不一定为2 mol,错误;因HF(g)的能量较HF(l)的高,故B项正确;由题意知生成HF的反应是放热反应,故可知C、D项正确。
答案:A
3.已知下列数据:
Fe(s)+O2(g)FeO(s) ΔH1=-272 kJ·mol-1
2Al(s)+O2(g)Al2O3(s) ΔH2=-1 675 kJ·mol-1
则2Al(s)+3FeO(s)Al2O3(s)+3Fe(s)的ΔH是 ( )
A.+859 kJ·mol-1 B.-859 kJ·mol-1
C.-1 403 kJ·mol-1 D.-2 491 kJ·mol-1
解析:据盖斯定律知:ΔH=ΔH2-3ΔH1=-1 675 kJ·mol-1+3×272 kJ·mol-1=-859 kJ·mol-1,B正确。
答案:B
4.已知:CH3CH2CH2CH3(g)+6.5O2(g)4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2 878 kJ·mol-1
(CH3)2CHCH3(g)+6.5O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)
ΔH=-2 869 kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.正丁烷分子储存的能量大于异丁烷分子
B.正丁烷的稳定性大于异丁烷
C.异丁烷转化为正丁烷的过程是一个放热过程
D.异丁烷分子中的碳氢键比正丁烷的多
解析:从反应的热化学方程式可以看出,在同样的条件下,正丁烷放热比异丁烷多,故A正确;物质的能量越高越不稳定,因此稳定性异丁烷大于正丁烷,故B错;异丁烷转化为正丁烷能量增多,因此是一个吸热过程,故C错;由烃的结构特点可知氢原子数相同,两者碳氢键个数必相等,故D错。
答案:A
5.化学反应N2+3H22NH3的能量变化如图所示,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
解析:由图可以看出, mol N2(g)+ mol H2(g)的能量为a kJ,1 mol NH3(g)的能量为b kJ,所以N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH=(a-b) kJ·mol-1,而1 mol的NH3(g)转化为1 mol的NH3(l)放出的热量为c kJ,所以H2(g)+N2(g)NH3(l) ΔH=(a-b-c) kJ·mol-1,即:N2(g)+3H2(g)2NH3(l) ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1。
答案:A
6.已知:①2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221.0 kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1
则制备水煤气的反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的ΔH为( )
A.+262.6 kJ·mol-1 B.-131.3 kJ·mol-1
C.-352.3 kJ·mol-1 D.+131.3 kJ·mol-1
解析:据盖斯定律,把已知两个反应相加减,可求得制备水煤气反应的ΔH。由①-②得2C(s)+O2(g)-2H2(g)-O2(g)2CO(g)-2H2O(g) ΔH=-221.0 kJ·mol-1-(-483.6 kJ·mol-1),即2C(s)+2H2O(g)2H2(g)+2CO(g) ΔH=+262.6 kJ·mol-1,则C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的ΔH为+262.6 kJ·mol-1÷2=+131.3 kJ·mol-1。
答案:D
7.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.① B.④
C.②③④ D.①②③
解析:①中前式减后式整理得:CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2<0,故ΔH1<ΔH2;②中前式减后式得S(s)S(g) ΔH=ΔH3-ΔH4>0,故ΔH3>ΔH4;③中ΔH6=2ΔH5,且ΔH6、ΔH5均小于零,故ΔH5>ΔH6;④中ΔH7>0,ΔH8<0,故ΔH7>ΔH8。
答案:C
8.如图所示是298 K时,N2与H2反应过程中能量变化的曲线图,下列叙述正确的是( )
A.该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1
B.a曲线是加入催化剂时的能量变化曲线
C.加入催化剂,该化学反应的反应热改变
D.该反应为吸热反应
解析:热化学方程式中,必须注明各物质的状态,该反应是放热反应,A正确、D错误;b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线,B错误;加入催化剂不能改变反应的反应热,C错误。
答案:A
9.依据叙述,写出下列反应的热化学方程式。
(1)若适量的N2和O2完全反应,每生成23 g NO2需要吸收16.95 kJ热量。其热化学方程式为?
。?
(2)用NA表示阿伏加德罗常数的值,在C2H2(气态)完全燃烧生成CO2和液态水的反应中,每有5NA个电子转移时,放出650 kJ的热量。其热化学方程式为?
。?
(3)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol NN键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ。则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为?
。?
解析:根据反应热的定义计算出吸放热的数值,同时注意物质的状态,再书写相应的热化学方程式即可。
答案:(1)N2(g)+2O2(g)2NO2(g)
ΔH=+67.8 kJ·mol-1
(2)C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l)
ΔH=-1 300 kJ·mol-1
(3)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1
10.红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的ΔH1和ΔH2表示生成1 mol 产物的数据)。
根据上图完成下列问题:
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式?
。?
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式?
。?
(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3= ,P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的ΔH4 ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”)。?
解析:(1)由图可以看出,1 mol P在Cl2中完全燃烧生成PCl3时放出的热量为306 kJ·mol-1,所以P与Cl2反应生成PCl3的热化学方程式为P(s)+Cl2(g)PCl3(g) ΔH1=-306 kJ·mol-1。
(2)中间产物PCl3和未完全反应的Cl2的总能量高于最终产物PCl5的能量,其ΔH2=-93 kJ·mol-1,所以PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1。
(3)由盖斯定律可知,一步反应生成PCl5和两步反应生成PCl5的总热效应相等,即ΔH3=-399 kJ·mol-1。
答案:(1)P(s)+Cl2(g)PCl3(g)
ΔH1=-306 kJ·mol-1
(2)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
ΔH=+93 kJ·mol-1
(3)-399 kJ·mol-1 等于
11.将0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5 kJ热量,该反应的热化学方程式为 。?
又已知:H2O(g)H2O(l) ΔH1=-44.0 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。?
解析:0.3 mol乙硼烷完全燃烧生成液态水放出649.5 kJ热量,则1 mol乙硼烷完全燃烧放出的热量为1 mol×=2 165 kJ,因此乙硼烷燃烧的热化学方程式为B2H6(g)+3O2(g)B2O3(s)+3H2O(l)
ΔH=-2 165 kJ·mol-1。由于1 mol水汽化需吸热44 kJ,则3 mol液态水全部汽化吸热为3 mol×44 kJ·mol-1=132 kJ,所以1 mol乙硼烷完全燃烧产生气态水时放热为2 165 kJ-132 kJ=2 033 kJ,则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧产生气态水放出热量是0.5 mol×2 033 kJ·mol-1=1 016.5 kJ。
答案:B2H6(g)+3O2(g)B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ·mol-1 1 016.5
12.(1)甲硅烷(SiH4)是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和水蒸气。已知室温下1 g甲硅烷自燃放出热量44.6 kJ,其热化学方程式是:
。?
(2)使Cl2(g)和H2O(g)通过灼热的炭层,生成HCl(g)和CO2(g)是放热反应,当1 mol Cl2(g)参与反应时释放145 kJ的热量,写出此反应的热化学方程式:
。?
(3)家用液化气中的主要成分之一是丁烷,当10 kg丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时,放出的热量是5×105 kJ,试写出丁烷燃烧的热化学方程式:?
。?
解析:(1)1 mol SiH4完全燃烧生成SiO2(s)和H2O(g)时,放出热量为32×44.6 kJ=1 427.2 kJ,故其热化学方程式为:SiH4(g)+2O2(g)SiO2(s)+2H2O(g) ΔH=-1 427.2 kJ·mol-1。
(2)由题意可知Cl2、H2O和C发生反应的化学方程式为2Cl2+2H2O+C4HCl+CO2,2 mol Cl2参加反应释放出的热量为2×145 kJ=290 kJ,故其热化学方程式为:2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290 kJ·mol-1。
(3)1 mol丁烷完全燃烧生成CO2(g)和液态水时,放出的热量为58 g×=2 900 kJ,故其热化学方程式为:C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)
ΔH=-2 900 kJ·mol-1。
答案:(1)SiH4(g)+2O2(g)SiO2(s)+2H2O(g) ΔH=-1 427.2 kJ·mol-1
(2)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290 kJ·mol-1
(3)C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2 900 kJ·mol-1
13.为了合理利用化学能,确保安全生产,化工设计需要充分考虑化学反应的焓变,并采取相应措施。化学反应的焓变通常用实验进行测定,也可进行理论推算。
(1)实验测得5 g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量,试写出甲醇燃烧的热化学方程式:?
。?
(2)由气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量叫键能。从化学键的角度分析,化学反应的过程就是反应物的化学键被破坏和生成物的化学键的形成过程。在化学反应过程中,拆开化学键需要消耗能量,形成化学键又会释放能量。
化学键
H—H
N—H
N≡N
键能/(kJ·mol-1)
436
391
946
已知反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=a kJ·mol-1。
试根据表中所列键能数据估算a的数值: 。?
(3)依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。已知:
C(s,石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH2=-571.6 kJ·mol-1
2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-2 599 kJ·mol-1
根据盖斯定律,计算298 K时由C(s,石墨)和H2(g)生成1 mol C2H2(g)反应的焓变 。?
解析:(1)设2 mol CH3OH(l)完全燃烧生成CO2气体和液态水放出的热量为Q。
则有,解得Q=1 452.8 kJ,所以甲醇燃烧的热化学方程式为2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1 452.8 kJ·mol-1。
(2)反应热ΔH=a=E(反应物的键能之和)-E(生成物的键能之和)=3×436 kJ·mol-1+946 kJ·mol-1-6×391 kJ·mol-1=-92 kJ·mol-1。
(3)ΔH=
=
-=+226.7 kJ·mol-1。
答案:(1)2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-1 452.8 kJ·mol-1
(2)-92 (3)+226.7 kJ·mol-1
课时训练3 电解的原理
1.能用电解原理说明的问题是( )
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是化学能转变成电能 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,通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时,必须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③、⑤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能实现,故④对。所以D选项符合题意。
答案:D
2.如图所示,在一U形管中装入含有紫色石蕊的Na2SO4溶液,通直流电,一段时间后U形管内会形成一个倒立的三色“彩虹”,从左到右颜色的顺序是( )
A.蓝、紫、红
B.红、蓝、紫
C.红、紫、蓝
D.紫、红、蓝
解析:用惰性电极电解Na2SO4溶液,实际上是电解水,其两极反应式为阴极:4H++4e-2H2↑
阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑
故阴极区域富集OH-,溶液呈碱性,使石蕊溶液变蓝色;阳极区域富集H+,溶液呈酸性,使石蕊溶液变红色。
答案:C
3.用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的( )
A.CuSO4 B.H2O
C.CuO D.CuSO4·5H2O
解析:用石墨作电极电解CuSO4溶液的电解方程式是2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑,故选项C正确。
答案:C
4.将等物质的量的AgNO3、Ba(NO3)2、NaCl、K2SO4混合均匀后加入到水中,取适量混合溶液用惰性电极电解,片刻后两极上析出的氧化产物与还原产物的质量之比为 ( )
A.35.5∶108 B.1∶2
C.108∶35.5 D.8∶1
解析:这四种物质混合后,生成沉淀的离子之间先反应生成AgCl和BaSO4沉淀,得到NaNO3和KNO3的混合溶液,实质是电解水。
答案:D
5.下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述,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,电子从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,阴离子向阴极运动,阳离子向阳极运动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子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两部分组成的:在金属导线和电极中是由电子的定向运动来搬运电荷的,电解质中是靠阴、阳离子的定向运动来导电的。电子从电源的负极出发,流向电解池的阴极,在该电极上阳离子获得电子发生还原反应;与此同时,阴离子在阳极上失去电子发生氧化反应,失去的电子再从电解池的阳极流向电源的正极,从而在两部分导体中形成闭合回路。在电解质溶液或熔融电解质中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,根据电子的得失守恒,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。
答案:D
6.用惰性电极实现电解,下列说法正确的是( )
A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
解析:电解稀硫酸,实质上是电解水,硫酸的物质的量不变,但溶液体积减小,浓度增大,故溶液pH减小,A不正确;电解稀NaOH溶液,阳极消耗OH-,阴极消耗H+,实质也是电解水,NaOH溶液浓度增大,故溶液的pH增大,B不正确。电解Na2SO4溶液时,阳极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极反应为2H++2e-H2↑,由于两电极通过的电量相等,故析出H2与O2的物质的量之比为2∶1,C不正确。电解CuCl2溶液时,阴极反应为Cu2++2e-Cu,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,两极通过电量相等时,Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1,D正确。
答案:D
7.某溶液中只含有两种溶质NaCl与H2SO4,它们物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时,根据电极产物,可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是 ( )
A.阴极自始至终只析出H2
B.阳极先析出Cl2,后析出O2
C.电解最后阶段为电解水
D.溶液pH不断增大,最后为7
解析:电解质溶液中,n(Na+)∶n(Cl-)∶n(H+)∶n(S)=3∶3∶2∶1,三个阶段分别相当于电解HCl→NaCl→H2O。开始电解产生H2和Cl2,生成的OH-中和硫酸,溶液的酸性减弱至中性,然后继续产生H2和Cl2,同时产生OH-,最后是电解水,因而最后溶液pH>7。
答案:D
8.如图所示为直流电源,为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸,为电镀槽。接通电路后发现上的c点显红色。为实现铁上镀锌,接通后,使c、d两点短路。
下列叙述不正确的是( )
A.a为直流电源的正极
B.c极发生的反应为2H++2e-H2↑
C.f极为锌板
D.e极发生氧化反应
解析:c点显红色说明该处有OH-生成,则c点同时有氢气生成,发生还原反应,连接电源的负极,因此b为负极,a为正极,由此可知A、B项正确;铁上镀锌,则铁为阴极,连接电源负极,故f极为铁板,锌为阳极,故e极为锌板,发生氧化反应,由此可知C项错误、D项正确。
答案:C
9.如图中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极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的是( )
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:用活泼电极或惰性电极电解相同的溶液时现象可能不同。通电后a极板增重,表明溶液中金属阳离子在a极板上放电,发生还原反应析出了金属单质,因此可确定a极板是电解池的阴极,与它相连接的直流电源的x极是负极。选项C中x极为正极,故C不正确。A中电解液为CuSO4溶液,阴极a板上析出Cu而增重,阳极b板上由于OH-放电而放出无色无臭的O2,故A正确。B中电解液为NaOH溶液,通电后阴极a板上应放出H2,a极板不会增重,故B不正确。D中电解液为CuCl2溶液,阴极a板上因析出Cu而增重,但阳极b板上因Cl-放电,放出黄绿色、有刺激性气味的Cl2,故D不正确。
答案:A
10.碘盐的主要成分是KIO3和NaCl,KIO3在工业上可用电解法制取,以石墨和铁为电极,电解KI溶液,化学方程式为KI+H2OKIO3+H2↑(未配平)。下列有关说法中正确的是( )
A.电解时,石墨作阴极,铁作阳极
B.电解时,在阴极上产生KIO3
C.电解前后电解质溶液pH变大
D.电解中,每转移0.6 mol e-,理论上可得到0.1 mol无水KIO3晶体
解析:配平化学方程式:KI+3H2OKIO3+3H2↑。由化学方程式可知,铁是活泼电极不适合作阳极,A项错误;KI→KIO3发生氧化反应,转移6e-,为阳极反应,B项错误,D项正确;KI、KIO3是强酸强碱盐,故溶液的pH不变,C项错误。
答案:D
11.从N、S、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-、OH-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是
;?
(2)若阴极析出金属,阳极放出O2,电解质的化学式可能是 ;?
(3)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 。?
解析:题中提供的离子放电的顺序是
阳极:Cl->OH->(N、S)
阴极:Ag+>Cu2+>H+>Ba2+
(1)两极分别放出H2和O2,即H+和OH-放电,实质是电解H2O,水中的溶质应是起导电作用而又不改变H+和OH-放电的顺序,它可以是HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2、Ba(OH)2中的任意一种,但不是BaSO4。
(2)阴极析出金属,即Ag+或Cu2+放电;阳极放出O2,即OH-放电。水中的溶质可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种。
(3)两极都生成气体,且气体体积比为1∶1,则放电的离子应是Cl-和H+。水中的溶质可以是HCl、BaC12中的任意一种。
答案:(1)HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2、Ba(OH)2
(2)AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4
(3)HCl、BaCl2
12.由于Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。应用如图所示电解实验可以制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀,两电极的材料分别为石墨和铁。
(1)a电极材料应为 ,电极反应式为 。?
(2)电解液c可以是(填编号) 。?
A.纯水 B.NaCl溶液
C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液
(3)d为一苯层,其作用为 ,?
在加入苯之前对c应作何简单处理? 。?
(4)若c是Na2SO4溶液,当电解一段时间看到白色Fe(OH)2沉淀后,再反接电源电解,除了电极上看到气泡外,混合物中另一明显现象是 。?
解析:Fe(OH)2是借助反应Fe2++2OH-Fe(OH)2↓生成的。(1)只有以Fe作为阳极,才能通过电极反应Fe-2e-Fe2+提供Fe2+,故a电极材料应该是Fe。(2)OH-应该由电解质溶液提供或通过电解生成,C选项中的NaOH溶液符合要求;A、B选项中,a极发生反应:Fe-2e-Fe2+,b极发生反应:2H++2e-H2↑,溶液中OH-浓度增大,符合题意。(3)为了防止Fe(OH)2被O2氧化,除了利用电解产生的H2将液面上方的O2赶走外,还应该预先加热电解质溶液除去其中溶解的O2,并滴入合适的试剂使电解质溶液与空气隔绝。(4)反接电源时,电解方程式是2H2O2H2↑+O2↑,生成的O2会将Fe(OH)2氧化,其现象是白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色。
答案:(1)Fe Fe-2e-Fe2+
(2)ABC
(3)隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被氧化 加热c,以除去溶解的O2
(4)白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色
课时训练4 电解原理的应用
1.下列描述中,不符合生产实际的是( )
A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用锌作阳极
B.电解法精炼银,用纯银作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱,用碳棒作阴极
D.在镀件上电镀铜,用铜作阳极
解析:电解时,若活泼金属作阳极,活泼金属先失电子被氧化,所以活泼金属不能作阳极。
答案:A
2.下列关于电解的说法中,正确的是( )
A.电解池是把化学能转变为电能的装置
B.电解精炼铜时,粗铜板作阴极
C.电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极
D.工业电解饱和食盐水用于生产金属钠和氯气
解析:电解池是把电能转变为化学能的装置,A错;电解精炼铜时,粗铜板作阳极,B错;工业电解熔融氯化钠生产金属钠和氯气,电解饱和食盐水得到氢氧化钠、氢气和氯气,D错。
答案:C
3.(2015福建理综,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )
A.该装置将化学能转化为光能和电能
B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移
C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原
D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-C3H8O+5H2O
解析:由模拟“人工树叶”电化学实验装置图知为电解装置,故为电能转化为化学能,A选项错误;b侧连接电源的正极为阳极,a侧连接电源的负极为阴极,在电解池中H+向阴极移动,B选项正确;右侧H2O→O2发生的是氧化反应,每生成1 mol O2,转移4 mol e-,C3H8O中碳的化合价是-2价,故3CO2→C3H8O,转移18 mol e-,依据得失电子守恒,反应中2CO2→3O2,生成1 mol O2消耗 mol CO2,C选项错误;a电极发生的是还原反应:3CO2+18H++18e-C3H8O+5H2O,D选项错误。
答案:B
4.某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图)。通电后,溶液中产生白色沉淀,且较长时间不变色。下列说法中正确的是( )
A.电源中“a”为负极,“b”为正极
B.电解池中的电解液可以是NaOH溶液
C.B电极发生的反应为4OH--4e-2H2O+O2↑
D.A、B两端都必须使用铁作电极
解析:Fe(OH)2是由反应Fe2++2OH-Fe(OH)2↓生成的。只要以Fe作为阳极,就能通过电极反应Fe-2e-Fe2+提供Fe2+,故A、B两端只有阳极需要使用铁作电极,所以D选项错误。OH-应该由电解质溶液提供或通过电解生成,故B选项正确。为了防止Fe(OH)2被O2氧化,利用电解产生的H2将溶液中溶解的O2赶走,电极反应为2H++2e-H2↑,故C选项错误。由以上分析得,A极是阳极,连接的电源“a”处为正极,B极是阴极,连接的电源“b”处为负极,故A选项错误。
答案:B
5.(2015四川理综,4)用下图所示装置除去含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.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e- 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
解析:若铁作阳极,则铁失电子生成Fe2+,则CN-无法除去,故铁只能作阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl的化合价升高,故在阳极发生氧化反应,又已知该溶液为碱性条件,故B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,故C项正确;由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。
答案:D
6.用电解法提取氯化铜废液中的铜,方案正确的是( )
A.用铜片连接电源的正极,另一电极用铂片
B.用碳棒连接电源的正极,另一电极用铜片
C.用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D.用带火星的木条检验阳极产物
解析:用电解法提取氯化铜废液中的铜时,铜必须作阴极,阳极是惰性电极,阴极的反应式为Cu2++2e-Cu。
答案:B
7.电解含H+浓度为0.30 mol·L-1的100 mL下列溶液,当电路中通过0.04 mol电子时,理论上析出金属质量最大的是( )
A.0.10 mol·L-1 Ag+
B.0.02 mol·L-1 Zn2+
C.0.20 mol·L-1 Cu2+
D.0.20 mol·L-1 Pb2+
解析:根据离子的放电顺序可知,当电路中通过0.04 mol 的电子时,能析出金属的只有选项A和C,根据Ag++e-Ag和Cu2++2e-Cu可知,析出的金属的物质的量分别为0.01 mol 的Ag和0.02 mol 的Cu,其质量分别为1.08 g和1.28 g。
答案:C
8.重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过)。
制备原理:2Cr(黄色)+2H+Cr2(橙色)+H2O
(1)通电后阳极室产生的现象为 ;其电极反应式是 。?
(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4Cr+4H2O2Cr2+4OH-+2H2↑+O2↑,若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4,t min后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2,则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为 ;此时电路中转移电子的物质的量为 。?
解析:(2)设溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量分别为a mol、b mol,则(2a+2b)∶(a+2b)=3∶2,计算得出a∶b=2∶1;由Cr守恒可知,有的K2CrO4参加了反应,由给出的离子方程式可知关系式:4Cr~4e-,故转移的电子为÷194 g·mol-1=0.1 mol。
答案:(1)阳极产生无色气体,溶液由黄色逐渐变为橙色
4OH--4e-O2↑+2H2O或2H2O-4e-O2↑+4H+
(2)2∶1 0.1 mol
9.如图,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极,将电源接通后,向乙中滴入酚酞溶液,在F极附近显红色。试回答下列问题:
(1)A极为电源的 极。?
(2)甲装置中电解反应的总化学方程式是 。?
(3)乙装置中F极附近显红色的原因是 。?
(4)欲用丙装置精炼铜,G应该是 (填“精铜”或“粗铜”),电解质溶液的成分是 。?
(5)已知氢氧化铁胶体中含有带正电荷的红褐色的胶粒,那么装置丁中的现象是 。?
解析:本题的突破口为“F极附近显红色”,显红色的原因是生成了OH-,而OH-是由于水电离出的H+放电,促进了水的电离而生成的。H+放电说明该极为阴极,B极为负极,则A极为正极。(4)电解精炼铜时应将粗铜作阳极,精铜作阴极,CuSO4溶液作电解质溶液。通电后,阳极(粗铜)的主要反应是Cu-2e-Cu2+。当粗铜的表面出现比铜活泼的金属时,它们也会放电,但生成的阳离子的氧化性比铜离子弱,不可能在阴极上析出,故留在溶液中,而粗铜中活动性比铜弱的金属会在阳极的底部沉积,成为阳极泥。所以,阴极(精铜)的反应为Cu2++2e-Cu,这样就可以在阴极上获得纯净的金属铜。(5)氢氧化铁胶粒带正电荷,向阴极(Y极)移动,则该极附近红褐色变深。
答案:(1)正
(2)CuCl2Cu+Cl2↑
(3)F极为阴极,H+放电,促进了水的电离,生成了OH-,使酚酞显红色
(4)粗铜 硫酸铜溶液
(5)Y极附近红褐色变深
10.脱硫技术能有效控制SO2对空气的污染。
(1)向煤中加入石灰石可减少燃烧产物中SO2的含量,该反应的化学方程式是 。?
(2)海水呈弱碱性,主要含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、S、Br-、HC等。含SO2的烟气可利用海水脱硫,其工艺流程如图所示:
①向曝气池中通入空气的目的是 。?
②通入空气后曝气池中海水与天然海水相比,浓度有明显不同的离子是 。?
a.Cl- b.S c.Br- d.HC
(3)用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如图所示。(电极材料为石墨)
①图中a极要连接电源的 (填“正”或“负”)极,C口流出的物质是 。?
②S放电的电极反应式为 。?
③电解过程中阴极区碱性明显增强,试解释原因:
。?
解析:(1)煤燃烧时,石灰石在高温下分解产生CaO和CO2,CaO为碱性氧化物,可以与SO2、O2反应生成CaSO4,该反应的化学方程式是2SO2+O2+2CaCO32CaSO4+2CO2。(2)SO2为酸性氧化物,海水呈弱碱性,曝气池中通入空气的目的是将H2SO3、HS等氧化为S。通入空气后溶液中S浓度增大,HC浓度减小。(3)电解Na2SO3溶液,根据图示关系,a极要连接电源的负极,C口流出的物质是硫酸。阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,阳极的电极反应式为S-2e-+H2OS+2H+,电解过程中在阴极H+放电生成H2,则有OH-生成,即OH-浓度增大,溶液碱性增强。
答案:(1)2SO2+O2+2CaCO32CaSO4+2CO2
(2)①将H2SO3、HS等氧化为S ②bd
(3)①负 硫酸 ②S-2e-+H2OS+2H+
③H2OH++OH-,在阴极H+放电生成H2,有OH-生成,即OH-浓度增大,溶液碱性增强
课时训练5 原电池的工作原理 化学电源
1.电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献,下列有关电池的叙述正确的是( )
A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化
D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
解析:选项A中锌锰干电池作负极的是Zn,石墨作电池的正极,只起导电的作用,被腐蚀的是Zn;选项B中氢氧燃料电池是把化学能直接转化为电能,而不是把热能直接转化为电能;选项D中太阳能电池的主要材料是高纯度的单晶硅,它的能量转化率高。
答案:C
2.下图是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡片上记录如下,其中描述合理的是( )
NO.:28 Date:2014.3.5 实验后的记录: ①Zn为正极,Cu为负极。 ②H+向负极移动。 ③电子流动方向ZnCu。 ④Cu极上有H2产生。 ⑤若有1 mol电子流过导线, 则产生H2为0.5 mol。 ⑥正极的电极反应式为 Zn-2e-Zn2+。
A.①②③ B.③④⑤
C.④⑤⑥ D.②③④
解析:Zn比Cu活泼,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,Cu为正极,电极反应式为2H++2e-H2↑,每转移1 mol电子,产生H2 0.5 mol,电子由Zn流出经导线流向Cu,溶液中H+向正极移动,S向负极移动,故选B。
答案:B
3.(2015天津理综,4)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(S)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
解析:原电池反应为Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。Cu电极作正极,Cu2+在正极得电子,发生还原反应,A项错误;由于两半池中的阴离子S不能透过半透膜,故c(S)都不变,B项错误;甲池中由于生成Zn2+,而乙池中Cu2++2e-Cu,则乙池中的CuSO4部分变为ZnSO4,导致乙池中溶液总质量变大,C项正确;阴离子不能透过半透膜,D项错误。
答案:C
4.研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是( )
A.水既是氧化剂又是溶剂
B.放电时正极上有氢气生成
C.放电时OH-向正极移动
D.总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑
解析:这种电池名称叫锂水电池。可推测其总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑,再写出其电极反应如下:
负极为2Li-2e-2Li+;正极为2H2O+2e-2OH-+H2↑
结合选项分析A、B、D都是正确的。
答案:C
5.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为:PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是( )
A.正极反应式:Ca+2Cl--2e-CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1 mol电子,理论上生成20.7 g Pb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
解析:正极上发生还原反应,A项错误;放电过程中Li+向正极移动,B项错误;由电池总反应式可知,每转移0.1 mol电子,理论上生成0.05 mol Pb,质量为10.35 g,C项错误;常温下,电解质不是熔融态,离子不能移动,不能产生电流,因此连接电流表或检流计,指针不偏转。
答案:D
6.某种聚合物锂离子电池放电时的反应为Li1-xCoO2+LixC66C+LiCoO2,其电池如图所示。下列说法不正确的是( )
A.放电时,LixC6发生氧化反应
B.充电时,Li+通过阳离子交换膜从左向右移动
C.充电时将电池的负极与外接电源的负极相连
D.放电时,电池的正极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2
解析:由电池放电时的反应看出LixC6中C的化合价升高,发生氧化反应,Li1-xCoO2中Li化合价降低,发生还原反应,A、D项正确;充电时将电池的负极与外接电源的负极相连,C项正确;充电时,阳离子由阳极(右边电极)移向阴极(左边电极),B项错误。
答案:B
7.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4
下列对铅蓄电池的说法错误的是( )
A.需要定期补充硫酸
B.工作时Pb是负极,PbO2是正极
C.工作时负极上发生的反应是Pb+S-2e-PbSO4
D.工作时电解质的密度减小
解析:铅蓄电池放电时相当于原电池,Pb是负极,PbO2是正极;负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的S生成PbSO4沉淀;放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等,在制备电池时,PbSO4的量是一定的,制成膏状,干燥后再安装,说明H2SO4不用补充;放电时,H2SO4被消耗,溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。
答案:A
8.蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置,有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是:NiO2+Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2。用该蓄电池电解(阴、阳极均为惰性电极)M(NO3)x溶液时,若此蓄电池工作一段时间后消耗0.36 g水。
(1)电解时电解池的阳极应连接 (填序号)。?
A.NiO2 B.Fe
C.Fe(OH)2 D.Ni(OH)2
(2)电解M(NO3)x溶液时某一极质量增加m g,金属M的相对原子质量的计算式为 (用m、x表示)。?
(3)电解后溶液的pH (填“升高”“降低”或“不变”)。?
解析:(1)该蓄电池放电时,NiO2得电子被还原作正极,Fe失电子被氧化作负极。根据电解池的构造,阳极应与蓄电池的正极NiO2相连,阴极应与蓄电池的负极Fe相连。(2)M(NO3)x溶液中的Mx+在阴极上放电析出金属M:Mx++xe-M;由蓄电池放电时发生的反应可得到关系式:2H2O~Fe~2e-~Fe(OH)2,再根据串联电极上通过电子的物质的量相等,得到金属M与H2O的关系为:M~xe-~xH2O,结合析出金属M的质量m g及消耗水的质量0.36 g,可求出金属M的相对原子质量表达式为18xm/0.36=50mx。(3)由于阳极是水电离出的OH-放电生成O2,H+浓度增大,所以电解后溶液的pH降低。
答案:(1)A
(2)50mx
(3)降低
9.某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序,有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极,但甲同学将电极放入6 mol·L-1的稀硫酸中,乙同学将电极放入6 mol·L-1的NaOH溶液中,如图所示。
(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式:
负极 ,?
正极 。?
(2)写出乙池中发生的有关电极反应的反应式:
负极 ,?
正极 。?
总反应离子方程式为 。?
(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属,则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”,则甲会判断出 活动性更强,而乙会判断出 活动性更强(填写元素符号)。?
(4)由此实验,可得到如下哪些结论? 。?
A.利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的电解质
B.镁的金属性不一定比铝的金属性强
C.该实验说明金属活动性顺序表已过时,已没有实用价值
D.该实验说明化学研究对象复杂、反应条件多变,应具体问题具体分析
解析:(1)甲池中电池总反应方程式为Mg+H2SO4MgSO4+H2↑,Mg作负极,电极反应式为Mg-2e-Mg2+;Al作正极,电极反应式为2H++2e-H2↑。
(2)乙池中电池总反应方程式为2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,负极上为Al被氧化生成Al3+后与OH-反应生成[Al(OH)4]-,电极反应式为2Al+8OH--6e-2[Al(OH)4]-;正极产物为H2,电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑。
(3)甲池中Mg为负极,Al为正极;乙池中Al为负极,Mg为正极,若根据负极材料金属:比正极活泼,则甲判断Mg活动性强,乙判断Al活动性强。
(4)选AD。Mg的金属活动性一定比Al强,金属活动性顺序表是正确的,应用广泛。
答案:(1)Mg-2e-Mg2+ 2H++2e-H2↑
(2)2Al+8OH--6e-2[Al(OH)4]-
6H2O+6e-6OH-+3H2↑
2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(3)Mg Al (4)AD
10.科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下:
甲醇燃料电池工作原理示意图
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的 极,电极反应式为 ;Pt(b)电极发生 反应(填“氧化”或“还原”),电极反应式为 。?
(2)电池的总反应方程式为 。?
(3)如果该电池工作时电路中通过2 mol电子,则消耗的CH3OH有 mol。?
(4)使用该燃料电池的另一个好处是 。?
解析:Pt(a)原料为CH3OH和水,产物为CO2、H+,根据C元素化合价由-2升到+4,失去6个电子,Pt(a)为负极;Pt(b)原料为O2、H+,产物为H2O,O元素化合价由0降至-2,发生还原反应,为正极。
答案:(1)负 CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+ 还原 O2+4H++4e-2H2O
(2)2CH3OH+3O22CO2+4H2O
(3)
(4)对环境无污染
课时训练6 金属的腐蚀与防护
1.为了避免青铜器生成铜绿,以下方法正确的是( )
①将青铜器放在银质托盘上 ②将青铜器保存在干燥的环境中 ③将青铜器保存在潮湿的空气中 ④在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
A.①③ B.②③
C.②④ D.①④
解析:Cu比Ag活泼,放在银质托盘上更易受腐蚀,①错;将其保存在干燥的环境中避免与空气中的水分和CO2等物质接触,可避免腐蚀,②正确,③错误;覆盖防渗的高分子膜也可以隔绝潮湿空气,④正确。
答案:C
2.关于金属腐蚀的叙述中,正确的是( )
A.金属被腐蚀的本质是M+nH2OM(OH)n+H2↑
B.马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时,首先是镀层被氧化
C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D.常温下,置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
解析:金属腐蚀的本质主要是金属原子失电子被氧化,腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼,外因是金属与空气和水或其他腐蚀性的物质相接触,腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。A中金属腐蚀的本质为M-ne-Mn+;B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀,主要是Fe-2e-Fe2+,铁先被腐蚀;常温下,空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,难以和非金属氧化剂(Cl2、S等)发生化学腐蚀。
答案:C
3.如图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动),下列叙述正确的是( )
A.a中铁钉附近呈现红色
B.b中铁钉上发生还原反应
C.a中铜丝上发生氧化反应
D.b中铝条附近有气泡产生
解析:依据原电池原理分析可知:a中铁钉作负极,发生氧化反应,铜丝作正极,发生O2+2H2O+4e-4OH-的还原反应,可知A、C错误;b中铁钉作正极,发生O2+2H2O+4e-4OH-的还原反应,而铝条发生氧化反应,不会冒气泡,B正确、D错误。
答案:B
4.化学与工农业生产、人们日常生活密不可分。以下现象或应用中,与电化学腐蚀无关的是( )
A.图中的金属材料R可以用金属锌
B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生铁锈
C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈
D.金属铝制品较耐腐蚀
解析:锌、铁与水构成原电池,锌的活动性强于铁的,故锌作负极保护铁闸门,与电化学有关。生铁中含有杂质碳等,可与铁构成原电池,碳为正极,铁作负极,易生锈,与电化学有关。铁和铜也构成原电池,铁的活动性强于铜的,铁作负极,易生锈,与电化学腐蚀有关。金属铝活动性强,在其表面生成一层致密的氧化膜,不容易被腐蚀,与电化学腐蚀无关。
答案:D
5.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:本题考查钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀。Fe与碳及电解质溶液形成原电池,Fe是负极:Fe-2e-Fe2+,碳是正极。a中发生吸氧腐蚀,a中压强减小,b中发生析氢腐蚀,b中压强增大,红墨水柱液面是左高右低,故选B。
答案:B
6.为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中,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.装置Ⅰ左侧的液面一定会下降
B.左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C.装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D.装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
解析:装置Ⅰ中铁钉处于盐酸的蒸气中,被腐蚀而释放出H2,使左侧液面下降,右侧液面上升;装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸的蒸气中,不同的是悬挂铁钉的金属丝由铁丝换成了铜丝,由于Fe比Cu活泼,在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的腐蚀而放出更多的H2,使左侧液面下降得更多,右侧液面上升得更多;装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝,但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性,使铁钉处于一种较为干燥的空气中,因而在短时间内几乎没有被腐蚀。
答案:B
7.结合下图判断,下列叙述正确的是( )
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中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液,均有蓝色沉淀
解析:锌比铁活泼,装置Ⅰ中锌作负极,负极反应为Zn-2e-Zn2+。铁作正极,但溶液显中性,所以发生吸氧腐蚀,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-。铁比铜活泼,装置Ⅱ中铁作负极,负极反应为Fe-2e-Fe2+。铜作正极,但溶液显酸性,所以正极发生的是溶液中的氢离子得电子,正极反应为2H++2e-H2↑;因为装置Ⅰ中没有Fe2+生成,所以往其中加入少量K3Fe(CN)6溶液时,没有蓝色沉淀产生。
答案:A
8.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是( )
A.液滴中的Cl―由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH―形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为Cu-2e-Cu2+
解析:液滴边缘O2多,在碳粒上发生正极反应O2+2H2O+4e-4OH-。液滴下的Fe发生负极反应,Fe-2e-Fe2+,腐蚀区(a)作负极,Cl-由b区向a区迁移,A错误、B正确;液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀,C错误;Cu更稳定,作正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D错误。
答案:B
9.用铝制饭盒盛放醋酸,一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀属 ,反应的化学方程式可表示为 ;若用铝制饭盒放食盐(含水时),一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀叫 ,反应原理是 (写电极反应式和离子方程式)。?
解析:铝制饭盒盛放醋酸,铝与醋酸直接反应使铝氧化而损耗,属化学腐蚀;铝制饭盒盛食盐(含水)时,则能形成原电池,因而发生的是电化学腐蚀。
答案:化学腐蚀 2Al+6CH3COOH2(CH3COO)3Al+3H2↑ 电化学腐蚀 负极:4Al-12e-4Al3+,正极:6H2O+3O2+12e-12OH-,Al3++3OH-Al(OH)3↓
10.镁、铝、铁是重要的金属,在工业生产中用途广泛。
(1)镁与稀硫酸反应的离子方程式是 ,这种腐蚀属于 (填“电化学腐蚀”或“化学腐蚀”)。?
(2)火车铁轨修补、焊接可以用“铝热反应”,即铝与铁的氧化物(用通式FexOy表示)在高温下反应生成熔融的铁焊接钢轨。该反应的化学方程式为?
。?
(3)在潮湿的空气中,帆船的钢铁表面有一层水膜,很容易发生腐蚀,其负极反应式为 ;正极反应式为 。?
(4)青岛奥林匹克帆船中心通常用铝合金(AlZnCd)来保护海底钢铁设施,其原理如图所示,其中负极的电极反应为 ;在实际应用中,用铝合金而不选用纯铝,纯铝不能很好地起到保护作用的原因是 。?
(5)如果船体钢铁保护层受损,选用铜、锌、锡中哪种金属修补? ,理由是 。?
解析:(1)镁与稀硫酸反应的化学方程式为Mg+H2SO4MgSO4+H2↑,这种腐蚀属于化学腐蚀。(2)铝与铁的氧化物在高温下发生置换反应生成铁和氧化铝。(3)在中性或弱酸性环境下,钢铁发生吸氧腐蚀,即铁为负极,发生氧化反应生成Fe2+,氧气得到电子在水中生成OH-。(4)在海水中的钢铁设施与铝合金构成原电池,铝比铁活泼,铝为负极,铁为正极,损失铝而铁得到保护。纯铝表面易形成致密氧化物薄膜,阻止铝继续失去电子,使铝具有抗腐蚀性能,而铝合金破坏铝的结构,不易形成保护膜。(5)根据原电池原理,应选择比钢铁活泼的金属修补,以保护船体中的钢铁,否则会加快钢铁腐蚀。
答案:(1)Mg+2H+Mg2++H2↑ 化学腐蚀
(2)2yAl+3FexOy3xFe+yAl2O3
(3)Fe-2e-Fe2+ 2H2O+O2+4e-4OH-
(4)Al-3e-Al3+ 纯铝能被空气中的氧气氧化生成致密氧化物保护膜
(5)锌 锌比铁活泼,在海水中构成原电池,锌失去电子被腐蚀,保护了钢铁
第1章过关检测
(时间:60分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。每小题只有一个选项符合题意)
1.已知Zn(s)+H2SO4(aq)ZnSO4(aq)+H2(g) ΔH<0;则下列叙述不正确的是( )
A.该反应的ΔH值与反应物用量无关
B.该反应的化学能可以转化为电能
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.该反应中反应物的化学键断裂放出能量,生成物化学键形成吸收能量
解析:ΔH只与热化学方程式中的化学计量数有关,A项正确;该反应是自发进行的氧化还原反应(有电子转移),且为放热反应,故该反应的能量可以转化为电能,B项正确;该反应是放热反应,故反应物的总能量高于生成物的总能量,C正确;断裂化学键吸收能量,形成化学键放出能量,D项错误。
答案:D
2.(2015课标全国Ⅰ,11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O
解析:C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。
答案:A
3.某干电池在使用过程中发生的主要反应可用下列化学方程式表示:Zn+2MnO2+2NH4Cl(aq)2MnO(OH)(s)+[Zn(NH3)2]Cl2(aq),其正极反应式是( )
A.2MnO2+2N+2e-2MnO(OH)+2NH3
B.Zn-2e-Zn2+
C.[Zn(NH3)2]2++2e-Zn+2NH3
D.Mn4++e-Mn3+
解析:题目给出的化学方程式比较复杂,如果直接从方程式得出正确结论有困难,也可以根据已有知识用排除法和对比法解决。只要了解原电池的正极反应一定是还原反应,就可以排除B项;C项表达的反应与原方程式是逆反应的关系,与题意不符;D项表达的只是化合价的变化关系,不符合反应式的要求。
答案:A
4.反应A+BC分两步进行:①A+BX,②XC,反应过程中能量变化如图所示,E1表示反应A+BX的活化能。下列有关叙述正确的是( )
A.E2表示反应XC的活化能
B.反应A+BC的ΔH<0
C.X是反应A+BC的催化剂
D.加入催化剂可改变反应A+BC的焓变
解析:XC的活化能应该是从X至X与C之间最高点的能量差,A项错误;从图可知,A+B的总能量比C的能量高,故A+BC的反应是放热反应,B项正确;从转化关系可知,X是A和B生成C的中间产物,C项错误;焓变是反应物、生成物的总能量差值,与是否加入催化剂无关,故D项错误。
答案:B
5.某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NAMCON中自由移动。下列说法中正确的是( )
A.传感器中通过的电流越大,CO的含量越低
B.工作时电子由电极a通过固体介质NAMCON流向电极b
C.工作时电极b作正极,由电极a流向电极b
D.当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移2 mol
解析:电流越大说明反应速率越大,反应物CO浓度越大,A选项错误;电解质导电的原因是因为电解质中含有自由移动的离子,电子不能在电解质中移动,B选项错误;a为负极、b为正极,阴离子由正极流向负极,C选项错误。
答案:D
6.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,在海水中电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl,下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A.正极反应式为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:由电池总反应可知银失去电子被氧化得氧化产物,即银作负极,产物AgCl是氧化产物,A、D都不正确;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错误;化合物Na2Mn5O10中Mn元素的化合价是+18/5,所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移电子的物质的量为(4-18/5)×5 mol=2 mol,因此选项B正确。
答案:B
7.下列关于化学反应的描述中正确的是( )
A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B.已知NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则含40.0 g NaOH的稀溶液与稀醋酸完全中和,放出57.3 kJ的热量
C.存在没有能量变化的化学反应
D.已知2C(s)+2O2(g)2CO2(g) ΔH=a 2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=b,则b>a
解析:A项,有些放热反应需要点燃、加热等条件,如铝热反应、燃烧反应等,放热反应和吸热反应与反应条件无关,A项错误;B项,醋酸是弱酸,醋酸电离需要吸热,所以含40.0 g氢氧化钠的稀溶液与醋酸完全反应放出的热量小于57.3 kJ,B项错误;C项,任何化学反应都伴随能量变化,C项错误;D项,2C(s)+2O2(g)2CO2(g) ΔH=a,2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=b,2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=c,上述三个燃烧反应都是放热反应,根据盖斯定律知,a=b+c,又因为a<0,b<0,c<0,所以b>a,D项正确。
答案:D
8.空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。RFC的工作原理如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.当有0.1 mol电子转移时,a电极产生2.24 L H2
B.b电极上发生的电极反应式为4H2O+4e-2H2↑+4OH-
C.c电极上进行还原反应,B池中的H+可以通过隔膜进入A池
D.d电极上发生的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O
解析:由图知,右边为氢氧燃料电池,左边为电解池。A项,a极的电极反应式为2H++2e-H2↑,转移0.1 mol电子时,在标准状况下产生1.12 L氢气,A项错误;B项,b电极与电源正极相连,是阳极,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,B项错误;C项,c电极上发生还原反应,说明该电极为正极,阳离子向正极移动,即H+进入A池,C项正确;D项,气体X是H2,d电极上发生的电极反应式为2H2-4e-4H+,D项错误。
答案:C
二、非选择题(本题共3小题,共52分)
9.(16分)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2 kJ·mol-1;
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247.4 kJ·mol-1;
2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH=+169.8 kJ·mol-1
(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为 。?
(2)H2S热分解制氢时,常向反应器中通入一定比例空气,使部分H2S燃烧,其目的是 。燃烧生成的SO2与H2S进一步反应,生成物在常温下均非气体,该反应的化学方程式为 。?
(3)H2O的热分解也可得到H2,高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图1所示。图中A、B表示的物质依次是 。?
图1
图2
(4)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图如图2(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为 。?
(5)Mg2Cu是一种储氢合金。350 ℃时,Mg2Cu与H2反应,生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为0.077)。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为 。?
答案:(1)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.0 kJ·mol-1
(2)为H2S热分解反应提供热量 2H2S+SO22H2O+3S(或4H2S+2SO24H2O+3S2)
(3)H、O(或氢原子、氧原子)
(4)CO(NH2)2+8OH--6e-C+N2↑+6H2O
(5)2Mg2Cu+3H2MgCu2+3MgH2
10.(18分)如图所示,A为电源,B为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,C、D为电解槽,其电极材料及电解质溶液如图所示。
(1)关闭K1,打开K2,通电后,B的KMnO4紫红色液滴向c端移动,则电源b端为 极,通电一段时间后,观察到滤纸d端的电极反应式是 ;?
(2)已知C装置中溶液的溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3,且均为0.1 mol,打开K1,关闭K2,通电一段时间后,阴极析出固体质量m(g)与通过电子的物质的量n(mol)关系如图所示,则Cu2+、X3+、H+氧化能力由大到小的顺序是 ;?
(3)D装置中溶液是H2SO4溶液,则电极C端从开始至一段时间后的实验现象是?
。?
解析:(1)当打开K2,关闭K1时,B形成了一个电解池,由于紫红色的Mn向c端移动,从而可以确定c为电解池的阳极,a为电源的正极,b为电源的负极,因此电解池中H+和K+向阴极d移动,由于H+放电能力强,故d端的电极反应式为2H++2e-H2↑。
(2)由通过电子的物质的量与阴极析出固体质量图示可以看出,当通过超过0.2 mol电子时,阴极析出固体质量不再发生变化,说明此过程中放电的为H+,而通过0.2 mol电子时,溶液中某金属阳离子完全放电。再结合Cu2+和X3+的电荷数,可以确定通过0~0.2 mol电子时,放电的为Cu2+,故Cu2+、X3+、H+的氧化能力为Cu2+>H+>X3+。
答案:(1)负 2H++2e-H2↑
(2)Cu2+>H+>X3+
(3)在C端开始时有无色无味气体产生,一段时间后有红色物质析出
11.(18分)在25 ℃时,用石墨电极电解2.0 L 0.5 mol·L-1CuSO4溶液。5 min后,在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成。试回答下列问题:
(1)发生氧化反应的是 极,电极反应式为 ?
。?
(2)若电解后溶液的体积不变,则电解后溶液的[H+]为 。?
(3)若将溶液恢复到与电解前一样,则需加入 mol的 。?
解析:用石墨电极电解CuSO4溶液,电极反应:阴极为2Cu2++4e-2Cu,阳极为4OH--4e-O2↑+2H2O,电池反应为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑。
(1)由以上分析可知发生氧化反应的是阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O。
(2)由以上反应式可知:
2Cu~4e-~O2~2H2SO4~4H+
128 g 1 mol 4 mol
6.4 g n(O2) n(H+)
即n(H+)=0.2 mol
c(H+)==0.1 mol·L-1
(3)由(2)可知从溶液中析出n(Cu)=0.1 mol,n(O2)=0.05 mol,故恢复至原状态应加入0.1 mol CuO(或0.1 mol CuCO3)。
答案:(1)阳 4OH--4e-O2↑+2H2O
(2)0.1 mol·L-1
(3)0.1 CuO或CuCO3
