整理与提升
一、体系构建
1.化学反应的热效应
2.原电池原理及应用
3.电解原理及应用
电解
4.金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀与防护
二、真题导向
考向一 反应热的计算及盖斯定律的应用
例1 (1)[2022·全国乙卷,28(1)]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g)===2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g)===3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH3=-484 kJ·mol-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)+2H2(g)的ΔH4=________kJ·mol-1。
(2)[2021·湖南,16(1)]氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。
反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH=________ kJ·mol-1。
(3)[2021·广东,19(1)]我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
(a)CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1
(b)CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2
(c)CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH3
(d)2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH4
(e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) ΔH5
根据盖斯定律,反应a的ΔH1 = ______________(写出一个代数式即可)。
(4)[2021·河北,16(1)]当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
大气中的二氧化碳主要来自于煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时,相关物质的标准燃烧热数据如表:
物质 H2(g) C(石墨,s) C6H6(l)
标准燃烧热 ΔH/(kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -3 267.5
则25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为______________________
________________________________________________________________________。
考向二 原电池工作原理及新型电池
例2 (2022·湖南,8)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是( )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
例3 (2023·新课标卷,10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池,其示意图如下所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( )
A.放电时V2O5为正极
B.放电时Zn2+由负极向正极迁移
C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O
考向三 电解池的工作原理及应用
例4 (2023·全国甲卷,12)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)
例5 (2022·湖北,14)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2],过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是( )
A.生成1 mol Li[P(CN)2],理论上外电路需要转移2 mol电子
B.阴极上的电极反应为:P4+8CN--4e-===4[P(CN)2]-
C.在电解过程中CN-向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
考向四 金属的腐蚀与防护
例6 (2020·江苏,11)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中,下列有关说法正确的是( )
A.阴极的电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
整理与提升
二、
例1 (1)170 (2)90.8 (3)ΔH2+ΔH3-ΔH5(或ΔH3-ΔH4) (4)6C(石墨,s)+3H2(g)===C6H6(l) ΔH=49.1 kJ·mol-1
例2 B [海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作为电解质溶液,故A正确;N为正极,电极反应主要为O2+2H2O+4e-===4OH-,故B错误;Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,并能传导离子,故C正确;该电池不可充电,属于一次电池,故D正确。]
例3 C [放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,V2O5发生了还原反应,则放电时V2O5为正极,A正确;Zn为负极,放电时Zn失去电子变为Zn2+,阳离子向正极迁移,则放电时Zn2+由负极向正极迁移,B正确;电池在放电时的总反应为xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O,则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn+V2O5+nH2O,C不正确;充电时阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5,则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O,D正确。]
例4 C [析氢反应为还原反应,应在阴极发生,即在铜电极上发生,故A错误;离子交换膜为质子交换膜,只允许氢离子通过,Cl-不能通过,故B错误;铜电极为阴极,酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等,电极反应式有2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O,故C正确;水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e—===O2↑+4H+,每转移1 mol电子,生成0.25 mol O2,在标准状况下体积为5.6 L,故D错误。]
例5 D [石墨电极为阳极,对应的电极反应式为P4+8CN--4e-===4[P(CN)2]-,则生成1 mol Li[P(CN)2],理论上外电路需要转移1 mol电子,A错误;阴极上发生还原反应,应该得电子,电极反应式为2HCN+2e-===H2↑+2CN-,B错误;石墨电极为阳极,铂电极为阴极,CN-应该向阳极移动,即移向石墨电极,C错误;由所给图示可知HCN在阴极放电,产生CN-和H2,而HCN中的H来自于LiOH,则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH,D正确。]
例6 C(共35张PPT)
整理与提升
专题1
<<<
内容索引
一、体系构建
二、真题导向
体系构建
>
<
一
1.化学反应的热效应
一
体系构建
化
学
反
应
的
热
效
应
化学反应中
的热量变化
本质原因:化学反应是旧键断裂和新键形成的过程
焓变:符号为ΔH,单位是kJ·mol-1或J·mol-1
吸热反应:ΔH>0
放热反应:ΔH<0
反应热的测量:一般利用量热计进行测量
反应热的计算:可利用盖斯定律计算无法直接测量
的反应热
化
学
反
应
的
热
效
应
热化学
方程式
概念:能够表示反应热的化学方程式
书写
①注明各物质的聚集状态
②化学计量数可以是整数,也可以是分数
③注明温度、压强[25 ℃(即298 K)、101 kPa时
可以不注明]
④标出ΔH的数值、符号和单位
应用:反应热计算的依据
化
学
反
应
的
热
效
应
燃料的燃
烧利用
①标准燃烧热:在101 kPa下,1 mol物质完全燃烧的
反应热
②热值:1 g物质完全燃烧的反应热
2.原电池原理及应用
原电池工作原理
能量变化:化学能转化为电能
形成条件:①两个活泼性不同的电极;②电
解质溶液或熔融电解质;③闭合
回路;④自发的氧化还原反应
反应原理
化学电源:一次电池、二次电池、燃料电池等
原
电
池
3.电解原理及应用
概念:在直流电的作用下,在两电极上分别发生氧化反应和
还原反应的过程
电解池
电解
能量变化:电能转化为化学能
形成条件:①与直流电源相连的两个电极;②电解
质溶液;③闭合回路
反应原理
电解
应用
氯碱工业:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
电镀
概念:应用电解的原理在某些金属或其他材料
制品表面镀上一薄层其他金属或合金的
过程
形成条件:①待镀金属制品作阴极;②镀层金
属作阳极;③电解质溶液中含有镀
层金属离子
铜的电解精炼
4.金属的腐蚀与防护
金属的腐
蚀与防护
金属腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
金属防护
电化学防护
牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
改变金属组成或结构、在表面覆盖保护层等
返回
真题导向
>
<
二
考向一 反应热的计算及盖斯定律的应用
例1 (1)[2022·全国乙卷,28(1)]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g)===2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g)===3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH3=-484 kJ·mol-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)+2H2(g)的ΔH4=______kJ·mol-1。
二
真题导向
170
(2)[2021·湖南,16(1)]氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。
反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH=________ kJ·mol-1。
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
90.8
根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能,2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH=390.8 kJ·mol-1×3×2-(946 kJ·mol-1+436.0 kJ·mol-1
×3)=90.8 kJ·mol-1。
(3)[2021·广东,19(1)]我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
(a)CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1
(b)CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2
(c)CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH3
(d)2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH4
(e)CO(g)+H2(g) H2O(g)+C(s) ΔH5
根据盖斯定律,反应a的ΔH1=______________________________(写出一个代数式即可)。
ΔH2+ΔH3-ΔH5(或ΔH3-ΔH4)
根据题目所给出的反应方程式关系可知,a=b+c-e=c-d,根据盖斯定律有ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5=ΔH3-ΔH4。
(4)[2021·河北,16(1)]当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
大气中的二氧化碳主要来自于煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时,相关物质的标准燃烧热数据如表:
物质 H2(g) C(石墨,s) C6H6(l)
标准燃烧热ΔH/(kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -3 267.5
则25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为__________
_____________________________________。
物质 H2(g) C(石墨,s) C6H6(l)
标准燃烧热ΔH/(kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -3 267.5
6C(石墨,s)
+3H2(g)===C6H6(l) ΔH=49.1 kJ·mol-1
物质 H2(g) C(石墨,s) C6H6(l)
标准燃烧热ΔH/(kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -3 267.5
根据盖斯定律,①×6+②×3-③得反应:6C(石墨,s)+3H2(g)===
C6H6(l) ΔH=(-393.5 kJ·mol-1)×6+(-285.8 kJ·mol-1)×3-
(-3 267.5 kJ·mol-1)=49.1 kJ·mol-1。
物质 H2(g) C(石墨,s) C6H6(l)
标准燃烧热ΔH/(kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -3 267.5
考向二 原电池工作原理及新型电池
例2 (2022·湖南,8)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-===2OH-+
H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
√
海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,
可作为电解质溶液,故A正确;
N为正极,电极反应主要为O2+2H2O+4e-===
4OH-,故B错误;
Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,并能传导离子,故C正确;
该电池不可充电,属于一次电池,故D正确。
例3 (2023·新课标卷,10)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池,其示意图如下所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是
A.放电时V2O5为正极
B.放电时Zn2+由负极向正极迁移
C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O===
ZnxV2O5·nH2O
D.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O
√
放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成
ZnxV2O5·nH2O,V2O5发生了还原反应,
则放电时V2O5为正极,A正确;
Zn为负极,放电时Zn失去电子变为Zn2+,
阳离子向正极迁移,则放电时Zn2+由负极向正极迁移,B正确;
电池在放电时的总反应为xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O,则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn+V2O5+nH2O,C不正确;
充电时阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5,则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O,D正确。
考向三 电解池的工作原理及应用
例4 (2023·全国甲卷,12)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如图所示。下列说法正确的是
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)
√
析氢反应为还原反应,应在阴极发生,
即在铜电极上发生,故A错误;
离子交换膜为质子交换膜,只允许氢离
子通过,Cl-不能通过,故B错误;
铜电极为阴极,酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等,电极反应式有2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O,故C正确;
水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e—===O2↑+4H+,每转移1 mol电子,生成0.25 mol O2,在标准状况下体积为5.6 L,故D错误。
例5 (2022·湖北,14)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2],过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是
A.生成1 mol Li[P(CN)2],理论上外电路需要
转移2 mol电子
B.阴极上的电极反应为:P4+8CN--4e-===
4[P(CN)2]-
C.在电解过程中CN-向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
√
石墨电极为阳极,对应的电极反应式为P4+
8CN--4e-===4[P(CN)2]-,则生成1 mol
Li[P(CN)2],理论上外电路需要转移1 mol电子,
A错误;
阴极上发生还原反应,应该得电子,电极反
应式为2HCN+2e-===H2↑+2CN-,B错误;
石墨电极为阳极,铂电极为阴极,CN-应该
向阳极移动,即移向石墨电极,C错误;
由所给图示可知HCN在阴极放电,产生CN-
和H2,而HCN中的H来自于LiOH,则电解产
生的H2中的氢元素来自于LiOH,D正确。
考向四 金属的腐蚀与防护
例6 (2020·江苏,11)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中,下列有关说法正确的是
A.阴极的电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
√
阴极得电子,A错误;
金属M失电子,其活动性应比铁强,B错误;
M失去的电子流入钢铁设施表面,钢铁设施不易
失去电子而被保护,C正确;
海水中所含电解质的浓度远大于河水中的,因此钢铁设施在海水中被腐蚀的速率快,D错误。
返回