第二单元 化学能与电能的转化
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你知道化学家发现了什么吗？你能为格林太太开一个药方吗？
第1课时 原电池的工作原理
一、原电池及其工作原理
1．原电池
(1)概念：将化学能转化为电能的装置。
(2)实质：利用能自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能。
2．原电池工作原理(以锌铜原电池为例)
3.原电池形成条件
(1)两个活泼性不同的电极
较活泼金属作负极，较不活泼金属或非金属作正极。
(2)电解质溶液
两电极必须浸在电解质溶液中。
(3)形成闭合回路
用导线(或盐桥)分别连通外电路、内电路。
(4)自发氧化还原反应
实质性非物质形式条件。
二、原电池的设计
理论上，能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。实际设计时应注意以下几方面。
(1)外电路
负极(还原性较强的物质)正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。
(2)内电路
将两极浸入电解质溶液中，使正、负离子作定向运动。
(3)闭合电路
探究点一 原电池的构成条件和工作原理
1．原电池的构成条件
(1)具有不同的电极，较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应；较不活泼的金属或非金属(石墨等)作正极，得到电子，发生还原反应，此电极本身不变。
(2)具有电解质溶液。
(3)具有导线相连(或直接接触)组成的闭合回路或具备将化学能转变成电能的条件。
(4)有能自发进行的氧化还原反应(有明显电流产生时需具备此条件)。
a．不要形成“活泼金属一定作负极”的思维定式，如下图甲池中Mg作负极：Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极：2H＋＋2e－===H2↑；乙池中由于镁不与强碱反应而Al和NaOH溶液的反应能自发进行，所以Al作负极：Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，Mg作正极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
b．原电池中，电极材料可能与电解质反应，也可能与电解质不反应。如下图：
c．形成闭合回路的方式有多种，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。如下图：
d．有的原电池产生的电流大，可以对外做功；有的原电池，电极上发生的反应很慢，产生的电流极其微弱，不能对外做功(如电极是Fe、C，电解质溶液是NaCl溶液)。
2．半电池、盐桥、内电路、外电路
(1)半电池
原电池由两个半电池组成。原电池把一个能自发进行的氧化还原反应分在两个不同的区域进行，正极区进行还原反应，负极区进行氧化反应，通过导线转移电子。
(2)盐桥
①盐桥中的盐溶液是电解质溶液，能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。
②当有盐桥存在时，随着反应的进行，溶液保持电中性，让氧化还原反应得以持续进行，从而使原电池不断地产生电流。
③盐桥的制作方法。
方法1：取1
g琼脂置于烧杯中，加入100
mL饱和KCl溶液，加热，使琼脂变成糊状，趁热加入U形管中，待冷却后即可充当盐桥。
方法2：将KCl饱和溶液装入U形管中，用棉花堵住管口即可。
(3)内电路、外电路
①在原电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。
②在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴、阳离子的定向移动而形成内电路。
3．原电池工作原理
(1)原理图示
(2)电极名称与反应类型：
正极→还原反应；负极→氧化反应。
(3)电子流向：负极→正极。
(4)电流方向：正极→负极。
(5)离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极。
1．盐桥是装有含琼脂的饱和KCl溶液的U形管，原电池工作时，K＋、Cl－的移动方向是怎样的？
提示：原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故K＋向正极区移动，Cl－向负极区移动。
2．某原电池工作时，a电极质量增加，则该电池的电解质溶液可以是盐酸吗？
提示：不能，因为a电极质量增加，说明该电极上应有金属析出，应是溶液中的金属阳离子得电子而析出金属，故不可能是盐酸。
【例1】 下列装置中能够构成原电池形成持续电流的是( )
【思路分析】 判断装置是否为原电池，要以构成原电池的基本条件为标准进行判断，不能仅凭装置的外形下结论。
【解析】 A项中两电极均为Cu，且不能与稀硫酸反应，不能构成原电池；B项中Zn、Cu用导线连接，通过稀硫酸发生原电池反应，属于原电池装置；C项中Zn、Cu用导线连接，但CH3CH2OH为非电解质，不能形成闭合回路，不能构成原电池；D项中Zn、Cu在CuSO4溶液中不接触，不能形成闭合回路，不能构成原电池；E项中Zn、Cu用导线连接，形成闭合回路，但Zn、Cu均不与食盐水反应，能构成原电池但不能产生持续电流；F项中AgNO3溶液分装在两个容器中，不能形成闭合电路，不能构成原电池。
【答案】 B
如图所示为一原电池装置，下列叙述中正确的是( A )
A．铜离子在铜片表面被还原
B．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
C．电流从锌片经导线流向铜片
D．铜是负极，铜片上有气泡产生
解析：锌作负极，锌发生氧化反应，铜作正极，Cu2＋发生还原反应，A选项正确。盐桥中的K＋向正极移动，即移向CuSO4溶液，B选项错误。电子从锌片经导线流向铜片，电流方向与电子流向相反，C选项错误。原电池中的两个电极分别为正极和负极，在题中的原电池中铜作正极，铜离子在正极上得到电子转化为铜单质，D选项错误。
探究点二 原电池正负极的判断和电极反应式的书写
名师释疑：
在书写电极反应式时应当注意哪些方面？
①两极得失电子数目相等；
②电极反应式常用“===”不用“―→”表示；
③电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表示；
④写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H＋或OH－或H2O；
⑤两电极反应、电池总反应的三个方程式，若已知其中两个，可由方程式的加减得到第三个。
1．在原电池的电极材料的选择上有哪些注意事项？
提示：(1)若两个电极材料本身都能与电解质溶液反应，则两极活动性须有差异；(2)若电极材料本身都不参加电极反应，则一极储存还原剂，一极储存氧化剂；(3)若只有一个电极材料本身与电解质溶液反应，则另一个电极一般是碳棒等导电材料。
2．在原电池中，负极的金属性一定比正极的金属性强吗？
提示：不一定。在判断原电池正、负极时，不要只考虑金属活动性的相对强弱，还要考虑电解质溶液。故应由电池反应来确定电极名称，发生氧化反应的金属作负极。如下图甲池中Mg作负极：Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极：2H＋＋2e－===H2↑；乙池中由于镁不与强碱反应而Al和NaOH溶液能反应，所以Al作负极：Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，Mg作正极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
3．在原电池中，电极材料一定与电解质溶液反应吗？
提示：不一定。在原电池中，电极材料可能与电解质溶液反应，也可能与电解质溶液不反应。如图所示：
【例2】 分析下图所示的四个装置，其中结论正确的是( )
A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极
B．(2)中Mg作正极，电极反应为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．(3)中Fe作负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋
D．(4)中Fe作负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋
【思路分析】 判断原电池的两极是解题的关键，同时注意特殊电解质溶液的存在会使电池的两极发生改变。
【解析】 金属活动性：Mg>Al，故在(1)中Mg作负极；在NaOH溶液中，Al能与NaOH溶液反应而Mg不能，故(2)中Al作负极，Mg作正极，正极的电极反应为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑；铁在浓硝酸中发生钝化，而铜与浓硝酸在常温下能反应，故(3)中Cu作负极；(4)中CH3CH2OH是非电解质，不符合原电池的构成条件。
【答案】 B
如图所示装置，电流表A发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的( D )
A．A是Zn，B是Cu，C为稀H2SO4
B．A是Cu，B是Zn，C为稀H2SO4
C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液
D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液
解析：A极逐渐变粗，说明A为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极变细，说明B为原电池的负极，失去电子后变成离子进入了溶液中。A和B两项反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A选项中A极变细，B选项中A极不变；C和D两项反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C选项中A极变细，D选项中A极变粗，答案为D项。
探究点三 原电池原理的应用
1．比较金属的活动性强弱
(1)原理：一般原电池中活动性较强的金属作负极，活动性较弱的金属作正极。
(2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上有气泡冒出，则金属活动性：A>B。
2．加快化学反应的进行
(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。
(2)应用：实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。
3．原电池的设计
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。
(1)基本方法：以氧化还原反应为基础，确定原电池的正负极、电解质溶液及电极反应，其方法是：还原剂作负极，比负极不活泼的金属或非金属导体作正极，氧化剂的溶液作电解质溶液。
(2)电解质溶液的选择：电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左、右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液。
(3)电极材料的选择：电池的电极必须导电，电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料。正极和负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极不用同一种材料。一般情况下，两个电极的构成分为下列四种情况：
①活动性不同的两种金属。例如，锌铜原电池中，锌作电池的负极，铜作电池的正极。
②金属和非金属。例如，锌锰干电池中，锌片作电池的负极，石墨棒作电池的正极。
③金属和化合物。例如，铅蓄电池中，铅作电池的负极，二氧化铅作电池的正极。
④惰性电极。例如，氢氧燃料电池中，两个电极均可用Pt。
(4)形成闭合回路。
以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例设计原电池的思路如下：
1．把A、B两块金属插入稀硫酸中，用导线相连可以组成原电池，结果A极减轻，则A、B两种金属哪种更活泼？
提示：A极减轻，说明A失去电子溶解，故A金属更活泼。
2．将反应Zn＋Fe2＋===Zn2＋＋Fe设计成原电池，则该电池的电解质可能是什么？
提示：该电池的电解质可能是FeSO4、FeCl2或Fe(NO3)2。
【例3】 铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：
________。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，并写出电极反应式。
正极反应：________；
负极反应：________。
【思路分析】 首先根据题给离子方程式确定原电池的正负极，由此写出两个半电池的电极反应，然后根据电极反应确定电解质溶液。
【解析】 首先分析Fe3＋与Cu的反应中的氧化剂、还原剂，然后依据原电池原理，再设计成原电池。依据反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Cu失电子，应为原电池的负极，正极材料选用不如铜活泼的碳棒或铂丝均可，电解质溶液选用FeCl3溶液。
【答案】 (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)装置如下图
或
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2e－===Cu2＋
有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是( B )
A．A>B>C>D
B．A>C>D>B
C．C>A>B>D
D．B>D>C>A
解析：金属与稀H2SO4组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极表面得到电子生成H2；电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，A、B作电极的原电池中，A为负极，金属的活动性顺序为A>B；C、D作电极的原电池中，C为负极，金属的活动性顺序为C>D；A、C作电极的原电池中，A为负极，金属的活动性顺序为A>C；B、D作电极的原电池中，D为负极，金属的活动性顺序为D>B。综上可知，金属的活动性顺序为A>C>D>B。
1．下列说法正确的是( C )
A．构成原电池正极和负极的材料必须是金属
B．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
C．实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀硫酸反应
D．原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能
解析：原电池也可以用石墨作电极，A错误。电子流出的一极是负极，负极发生氧化反应，B错误。粗锌中的杂质与锌及稀硫酸构成原电池，加快锌与稀硫酸的反应，C正确。原电池将化学能转化为电能，转化效率较高，但不能全部转化为电能，原电池工作时发热就是一部分能量转化为热能，D错误。
2．下列说法正确的是( D )
A．反应CaO＋H2O===Ca(OH)2放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，放电过程中化学能转化为电能
B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，其装置中的盐桥可以是含KCl饱和溶液的琼脂
C．铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，则铁作负极，铜作正极
D．从理论上来说，任何能自发进行的氧化还原反应都可被设计成原电池
解析：CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应，不能设计成原电池，A项错误；由KCl＋AgNO3===AgCl↓＋KNO3可知，生成的AgCl会使盐桥的导电性减弱，所以该装置中的盐桥不能是含KCl饱和溶液的琼脂，B项错误；铁遇到浓硝酸会发生钝化，而铜可与浓硝酸发生反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，Cu失去电子被氧化，作原电池的负极，C项错误。
3．如表所示，将两电极用导线连接插入电解质溶液中(不考虑溶液中溶解的氧气的影响)，你认为不能构成原电池的是( C )
解析：
选项
能否构成原电池
理由
A
能
Zn为负极，Cu为正极，自发的氧化还原反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
B
能
Zn为负极，Fe为正极，自发的氧化还原反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
C
否
没有氧化还原反应发生
D
能
Al为负极，C为正极，自发的氧化还原反应：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
4.实验发现，298
K时，在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示的原电池装置。下列有关说法中正确的是( B )
A．该原电池的正极反应：Zn－2e－===Zn2＋
B．左边烧杯中溶液的红色逐渐褪去
C．该电池铂电极上有气泡生成
D．该电池总反应：3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋
解析：Zn失去电子，发生氧化反应，Zn为负极，A项错误；Fe3＋被还原为Fe2＋，溶液红色逐渐褪去，B项正确，铂电极作正极，无气泡生成，C项错误；该电池总反应：Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，D项错误。
5．某原电池的总反应的离子方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，则该原电池的正确组成可以是下列中的( A )
解析：由电池反应可知，该原电池的负极为锌，电解质溶液为含Cu2＋的溶液，结合原电池的构成条件可知，A项符合题意。
6.镁—次氯酸盐燃料电池具有比能量高、安全方便等优点，该电池主要的工作原理如图所示，其总反应为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－，关于该电池的叙述错误的是( C )
A．该电池中正极反应为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－
B．电池工作时，Mg作负极，发生氧化反应
C．此电池可以用稀盐酸作电解质溶液
D．电池工作时，正极附近溶液的pH将不断增大
解析：根据总反应可知，该电池工作时，Mg作负极，发生氧化反应；正极反应为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，所以电池工作时，正极附近溶液的pH将不断增大；不能用稀盐酸作电解质溶液，因为氢离子和次氯酸根离子反应可生成易分解的HClO。
7．如下图所示的八个装置中，属于原电池的是( B )
A．全部
B．④⑥⑦
C．③④⑤⑥⑦⑧
D．除①②③外
解析：构成原电池的基本条件：电解质溶液；两个电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，两个电极直接或间接地连接在一起，并插入电解质溶液中；能自发地发生氧化还原反应；形成闭合回路。构成原电池的基本条件是相互联系的。在这几个基本条件中，氧化还原反应是核心。构成原电池的基本条件不仅是判断原电池的依据，也是进行原电池设计的基本依据。故选B。
8．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C极质量增加
A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是A－2e－===A2＋。
(2)装置乙中正极的电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu。
(3)装置丙中溶液的pH变大(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C。
解析：甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极，B为正极，活动性A>B；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性B>C；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活动性D>A，随着H＋的消耗，pH变大。
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-第2课时 化学电源
一、化学电池
1．定义
将化学能变成电能的装置。
2．分类
3．优点
化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。
4．判断电池优劣的主要标准
(1)比能量
即单位质量或单位体积所能输出电能的多少。
(2)比功率
即单位质量或单位体积所能输出功率的大小。
(3)电池的可储存时间的长短。
二、一次电池
1．锌锰干电池
(1)碱性锌锰电池的构造
(2)工作原理
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
(3)特点：比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有所提高，适用于大电流和连续放电。
2．银锌电池
(1)纽扣式银锌电池的构造
(2)工作原理
负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
(3)特点：此种电池比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。
3．锂电池
(1)电极材料：
负极：Li；正极：MnO2、CuO、FeS2等。
(2)特点：
比能量高、电压高、工作温度宽，可储存时间长。
三、二次电池
二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称充电电池或蓄电池。
1．铅蓄电池的构造
负极：Pb，正极：PbO2，电解质溶液：H2SO4溶液。
2．工作原理
(1)放电时
负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)；
正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)；
总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
(2)充电时
铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。
阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；
阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)；
总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。
上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
3．性能及应用
电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉、生产生活中应用广泛，缺点是比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
四、燃料电池
1．燃料电池的工作原理
(1)连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能。
(2)电极材料本身不参与氧化还原反应。
(3)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。
2．燃料电池的优点
(1)能量转化率高
燃料电池的能量转化率超过80%，普通燃烧过程能量转化率仅30%多。
(2)污染小。
3．氢氧燃料电池
(1)碱性电解质
电极反应为：
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
总反应：2H2＋O2===2H2O
(2)酸性电解质
电极反应为：
负极：2H2－4e－===4H＋；
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
总反应：2H2＋O2===2H2O
探究点一 燃料电池电极反应式的书写
1．燃料电池的组成
(1)电极：惰性电极。
(2)燃料：包括H2、烃(如CH4)、醇(如C2H5OH)、肼(N2H4)等。
(3)电解质：①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物，如Y2O；④熔融碳酸盐，如K2CO3等。
2．书写燃料电池反应式的基本步骤
(1)第一步：写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。
如氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O；甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②
①＋②式得燃料电池总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)第二步：写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，一般为以下四种情况：
①酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
②碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
③固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－。
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
(3)第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。
电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式＝电池正极反应式＋电池负极反应式(消去电子)。
故根据第一、二步写出的反应：电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。
3．实例
以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：
(1)酸性条件
燃料电池总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①
燃料电池正极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O ②
①－②×2，得燃料电池负极反应：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋
(2)碱性条件
燃料电池总反应：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O ①
燃料电池正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ②
①－②×2，得燃料电池负极反应：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
燃料电池总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①
燃料电池正极反应：O2＋4e－===2O2－ ②
①－②×2，得燃料电池负极反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境
电池总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。正极电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。电池总反应－正极电极反应式＝负极反应式：CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O。
注意事项：①电池的负极通入可燃性气体，失电子，发生氧化反应。电池的正极通入氧气或空气，得电子，发生还原反应。
②电极材料一般不参加化学反应，只是一个催化转化元件。
③书写电极反应式时，要分清电解质溶液的酸碱性。在碱性电解质溶液中，电极反应式中不能出现H＋；在酸性电解质溶液中，电极反应式中不能出现OH－。
④正、负两极的电极反应式在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式，如甲烷燃料电池。
⑤电极反应式遵循质量守恒、电荷守恒定律。
1．燃料电池与一般化学电池之间的区别是什么？
提示：燃料电池与一般化学电池的区别：一般化学电池的活性物质储存在电池内部，受电池容量的限制；燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，反应产物不断地被排出，可以连续不断地提供电能。
2．氢氧燃料电池的能量利用率是100%，产物为水，不污染环境。正确吗？
提示：氢氧燃料电池中产物为水，不污染环境，但能量利用率达不到100%。
3．如果用稀硫酸作电解质溶液，氢氧燃料电池在放电后溶液的pH将发生怎样的变化？
提示：反应过程中电解质不被消耗，但氢气和氧气反应生成水，使溶液变稀，pH增大。
【例1】 用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池——燃料电池，该电池放电时发生的反应为CH4＋2KOH＋2O2===K2CO3＋3H2O，下列说法错误的是( )
A．通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极
B．放电时，通入O2一极附近溶液的pH升高
C．放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化
D．通甲烷一极的电极反应式是CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
【思路分析】 燃料电池的总反应一般与燃烧反应相同，在燃料电池中可燃物作负极发生失电子的氧化反应，助燃物(一般是O2)作正极发生得电子的还原反应。
【解析】 原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是：正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－；负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，由此可见选项A、B、D都正确。放电时KOH的物质的量减小。
【答案】 C
固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( D )
A．有O2放电的a极为电池的负极
B．有H2放电的b极为电池的正极
C．a极对应的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池的总反应方程式为2H2＋O22H2O
解析：根据该电池的工作原理可知，被氧化的是H2：2H2－4e－＋2O2－===2H2O，b极为原电池的负极；被还原的是O2：O2＋4e－===2O2－，a极为原电池的正极；总反应式为2H2＋O22H2O。
探究点二 可充电电池
1．二次电池充电时与电源的连接
二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时发生的反应相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极应与充电电源的负极相连接。
2．充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程
3．可充电电池复杂电极反应式的书写方法
第一步：先标出放电(原电池)总反应式中变价元素的化合价，确定电子转移的方向与数目，指出参与负极和正极反应的物质。
如铅蓄电池中：
第二步：写出一个比较容易书写的电极反应式，书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存。如铅蓄电池的负极反应式为Pb＋SO－2e－===PbSO4。
第三步：在电子守恒的基础上，用总反应式减去写出的电极反应式，即得另一极的反应式。如铅蓄电池的正极反应式可用总反应式－负极反应式得到，
即Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO－(Pb＋SO－2e－)===2PbSO4＋2H2O－PbSO4，
整理得：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。
4．对可充电电池某电极是发生氧化还是还原反应及某元素被氧化还是被还原的判断
可根据电极反应式进行分析。放电(原电池)的负极及充电(电解池)的阳极均失去电子，发生了氧化反应，其变价元素被氧化；放电(原电池)的正极及充电(电解池)的阴极均得到电子，发生了还原反应，其变价元素被还原。
5．对溶液中离子的移动方向的判断
放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
6．可充电电池充电时与电源的连接
可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。
1．如何给可充电电池充放电？
提示：可充电电池充放电时电池的接法：
2．可充电电池充放电过程的区别与联系是什么？
提示：
【例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．充电时阳极反应：Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
【思路分析】 二次电池放电时为原电池，其充电和放电时的电极反应相反。
【解析】 由总反应可知，放电时，负极Cd发生氧化反应：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，负极碱性变弱，C项错误；正极反应为2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－，放电时，OH－由正极向负极移动(内电路)，D项错误；充电时，电能转化为化学能，B项错误；充电时阳极发生氧化反应，即为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确。
【答案】 A
Li－SO2电池具有输出功率高和低温性能好等特点，其电解质是LiBr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，电池反应为Li2S2O42Li＋2SO2。下列说法正确的是( A )
A．充电时是电解池，放电时是原电池
B．放电时，阴极反应为Li－e－===Li＋
C．充电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动
D．充电时，每有0.1
mol电子转移，有2.24
L
SO2生成
解析：充电时是电解池，放电时是原电池，A项正确；放电时，负极反应为Li－e－===Li＋，B项错误；充电时，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，C项错误；没有指明是在标准状况下，D项错误。
1．下列有关化学电池的说法中正确的是( C )
A．化学电池只能将化学能转化为电能
B．燃料电池能将全部化学能转化为电能
C．银锌电池比能量大，电压稳定，储存时间长
D．一次电池包括干电池和蓄电池
解析：蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电)，也可以将电能转化为化学能(充电)，燃料电池的能量转化率超过80%，但不可能100%转化。蓄电池可重复使用，属于二次电池。故正确答案为C。
2．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)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列说法错误的是( C )
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：由电池工作时锌在负极失去电子，故A正确；只要能够理解正极的反应物是MnO2，同时能够应用电子转移数目、电荷守恒与元素守恒即可正确地书写电极反应式，而本题只要对其进行正误判断，因此只要从上述三个方面进行验证即可，B选项正确；C中外电路的电子应该由负极流出，流入正极，故C错误；D中只要根据简单的计算，即理解每反应1
mol
Zn，失去2
mol电子，因此D正确。
3.纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。关于该电池的叙述不正确的是( B )
A．使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极
B．使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极
C．正极的电极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
D．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应
解析：由总方程式可以看出，负极为Zn，正极为Ag2O，使用时电子由负极流向正极，A项正确；B项错误，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，C项正确，D项也正确。
4．有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。该电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧的反应，则下列说法正确的是( A )
①每消耗1
mol
CH4可以向外电路提供8
mol
e－
②负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
③负极上O2获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
④电池放电过程中，溶液的pH不断升高
A．①② B．①③ C．①④ D．③④
解析：该电池反应的实质是甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水，生成的二氧化碳与氢氧根离子反应生成碳酸根离子。甲烷中碳元素为－4价，碳酸根离子中碳元素为＋4价，则每消耗1
mol
CH4可以向外电路提供8
mol
e－，①正确。燃料甲烷在负极上失去电子，结合氢氧根离子生成碳酸根离子，②正确。氧气在正极上得到电子，结合水生成氢氧根离子，③错误。由电池的总反应式CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O可知，放电过程中消耗了氢氧根离子，因此溶液的pH不断降低，④错误。综上所述，A选项正确。
5．科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，其中电池的电解质是掺杂了Y2O3(Y为钇)的ZrO2(Zr为锆)晶体，它在高温下能传导O2－。若以丁烷(C4H10)代表汽油，总反应为2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O。下列有关该电池的说法中错误的是( C )
A．该电池负极的电极反应式为C4H10＋13O2－－26e－===4CO2＋5H2O
B．O2－向负极移动
C．该电池正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．丁烷在放电时发生氧化反应
解析：丁烷失电子发生氧化反应，电极反应式为C4H10－26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O，故A正确；原电池中，阴离子向负极移动，即O2－向负极移动，故B正确；正极上通入空气，氧气得电子发生还原反应，由电解质的性质知，O2得电子被还原为O2－，故电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故C错误；丁烷在负极放电时发生氧化反应，故D正确。
6．我国科学工作者研制出以铝合金、Pt－Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中( A )
①铝合金作阳极 ②铝合金作负极 ③海水作电解质溶液 ④铝合金电极发生还原反应
A．②③
B．②④
C．①③
D．①④
解析：由原电池的工作原理可知，铝合金作负极，负极发生氧化反应，Pt－Fe合金网作正极，电解质溶液是海水，故①④错误，②③正确。
7．一种甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的新型手机电池，可连续使用一个月，其电池反应为：2CH3OH＋3O2＋4OH－2CO＋6H2O，则有关说法正确的是( B )
A．放电时，CH3OH参与反应的电极为正极
B．放电时，负极的电极反应为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
C．标准状况下，通入5.6
L
O2并完全反应后，有0.5
mol电子转移
D．放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的pH降低
解析：从电池反应可知，CH3OH为原电池的负极，A选项错误；正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，标准状况下，5.6
L
O2为0.25
mol，转移电子数为1
mol，C选项错误；从正极反应可以看出，正极附近溶液OH－的浓度增大，pH升高，D选项错误。
8．被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图所示为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。试回答下列问题：
(1)图中通过负载的电子流动方向为向右(填“向左”或“向右”)。
(2)写出氢氧燃料电池工作时的电极反应和总反应。
正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，
总反应：2H2＋O2===2H2O。
(3)为了获得氢气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在催化剂作用下制取氢气。写出C3H8和H2O反应生成H2和CO化学方程式：C3H8＋3H2O3CO＋7H2。
(4)若将此燃料电池改为甲烷—空气燃料电池，该电池工作时的负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。
解析：H2在负极上被氧化，O2在正极上被还原，电解质溶液为KOH溶液，在书写电极反应时不出现H＋。书写甲烷—空气燃料电池的电极反应时，甲烷被O2氧化的产物是CO2，在碱溶液中继续反应生成CO。
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-第3课时 电解池的工作原理
电解原理
1．电解
(1)概念：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
(2)特点：
①电解是最强有力的氧化还原手段，是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的。
②从本质上看，电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程。
2．电解池
(1)概念：将电能转变为化学能的装置。
(2)构成条件：①两个电极，②电解质溶液或熔融电解质，③直流电源，④构成闭合回路。
(3)工作原理(以惰性电极电解氯化铜为例)。
①实验装置：
②原理分析：
探究点一 电解时电极名称和电解产物的判断
1．电极名称的判断
(1)根据电源正、负极，离子移动方向、发生反应类型判断，具体如下：
(2)依据电极产物——如果电极上析出Cl2或O2，它一定是阳极；如果电极上产生H2，它一定是阴极。
(3)根据实验现象判断阴、阳极
实际题目中往往不给出电解池的电源，而是给出一些实验现象，据此先判断出是何种离子放电，从而确定出电源的正负极和电解池的阴阳极，并进行有关问题的分析。
①滴入酚酞试剂显红色的一极(说明H＋放电显碱性)是阴极，接电源的负极，电极反应是2H＋＋2e－===H2↑。
②滴入石蕊试剂显红色的一极(说明OH－放电显酸性)是阳极，接电源的正极，电极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
③电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极，接电源的负极，如Cu2＋放电时Cu2＋＋2e－===Cu。
2．电解时电极产物的判断
(1)阳极产物的判断
首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电极材料失电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则看溶液中的离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序加以判断(放电顺序即为得、失电子能力顺序)。
阳极上的放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>NO>SO>F－。
即：活性阳极(金属)>无氧酸根离子>OH－>含氧酸根离子>F－。
注意：在溶液中含氧酸根离子不放电，常指最高价(中心原子)含氧酸根离子不放电，但非最高价(中心原子)含氧酸根离子的放电能力比OH－的强，如SO、MnO等。
(2)阴极阳离子的放电顺序
阳离子的放电顺序基本上符合金属活动性顺序表，在阳离子放电能力由强到弱排列时，一般将H＋的位置放在Cu2＋之后。但在电镀条件下，H＋的位置放在Zn2＋之后，Fe2＋、Zn2＋与H＋顺序颠倒，即在水溶液中Fe2＋、Zn2＋的得电子能力比H＋强，可认为水电离产生的c(H＋)很小之故。
1．用惰性电极电解氯化镁溶液，在阴极观察到现象是怎样的？
提示：用惰性电极电解氯化镁溶液，Mg2＋和H＋向阴极移动，因H＋的氧化性强，故H＋放电产生氢气，同时生成的OH－与Mg2＋结合产生氢氧化镁沉淀。
2．用铁电极电解氯化钠溶液，在阳极产生的是黄绿色气体吗？
提示：不是。此时铁电极是活性电极，在阳极是铁失去电子溶解，氯离子不放电。
【例1】 如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是( )
A．x是正极，y是负极
B．a极产生氢气，b极生成I2
C．a极和Pt电极都有气泡产生
D．U形管中溶液的碱性增强
【解析】 淀粉遇碘变蓝→b极生成I2，即确定b极发生反应2I－－2e－===I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H＋放电，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，产生氢气，U形管中总反应式为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2，溶液的碱性增强，故A错误，B、D正确；石墨为阴极，铂为阳极，电极反应分别是Cu2＋＋2e－===Cu,4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，C正确。
【答案】 A
用石墨作电极电解0.1
mol·L－1的NaCl溶液，通电一段时间后发现，相同条件下两极收集的气体体积之比为4?3，下列说法正确的是( D )
A．在电解后的溶液中注入一定量的浓盐酸可以使溶液恢复到电解前状态
B．在电解后的溶液中通入标准状况下的氯化氢气体4.48
L，并注入0.2
mol水可以使溶液恢复到电解前状态
C．阴极产生的气体的物质的量是阳极产生的气体的物质的量的
D．阳极产生的气体的平均摩尔质量为58
g·mol－1
解析：分析电解过程，阳极产生氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极产生氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，根据电子守恒可知，氯气和氢气的体积相等，若两极收集的气体体积之比为4?3，则说明发生了过度电解，假设电解过程中生成氯气的物质的量为a
mol，则对应生成的氢气的物质的量也为a
mol，之后电解氢氧化钠溶液的实质是电解水，即阳极生成氧气，阴极生成氢气，二者的物质的量之比为1?2，故可分别设其为b
mol和2b
mol。根据题意得＝，即b＝。若要使电解后的溶液恢复至电解前状态，则应向溶液中通入2a
mol氯化氢气体并注入2b
mol(或a
mol)水，即当n(HCl)?n(H2O)＝2?1时，才有可能使溶液恢复到电解前状态，B项错误。按照n(HCl)?n(H2O)＝2?1配制所得到的盐酸浓度远远大于浓盐酸的浓度，故A项错误。阳极产生的气体的物质的量是阴极产生的气体的物质的量的，C项错误。阳极产生的气体为a
mol氯气和
mol氧气，则平均摩尔质量为
＝58
g·mol－1，D项正确。
探究点二 电解的有关计算
1．电化学反应中的计算方法
有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列四种方法：
2.掌握几种等量关系式
(1)当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。
(2)常见电化学计算的对应关系：
H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。
如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)?n(Cl2)?n(O2)＝1?1?0.5。
总之，电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总电池反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。
【例2】 电解100
mL
c(H＋)＝0.30
mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04
mol电子时，理论上析出金属的质量最大的是( )
A．0.10
mol/L
Ag＋
B．0.20
mol/L
Zn2＋
C．0.20
mol/L
Cu2＋
D．0.20
mol/L
Pb2＋
【思路分析】 根据放电顺序结合转移电子的物质的量计算析出金属的质量。
【解析】 A项中，Ag＋先放电，H＋后放电，电极反应为Ag＋＋e－===Ag,2H＋＋2e－===H2↑，当电路中通过0.04
mol电子时，只析出0.01
mol金属银，即1.08
g。与A项类似，C项中析出金属铜0.02
mol，即1.28
g。B项中，H＋先放电，Zn2＋后放电，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，Zn2＋＋2e－===Zn，当电路中通过0.04
mol电子时，先放出0.015
mol
H2，后析出0.005
mol金属锌，即0.325
g。与B项类似，D项中析出金属铅0.005
mol，即1.035
g。
【答案】 C
将分别盛有熔融的KCl、MgCl2、Al2O3的三个电解槽串联，在一定条件下，用惰性电极电解，通电一段时间后，析出的K、Mg、Al的物质的量之比为( C )
A．1?2?3
B．3?2?1
C．6?3?2
D．6?3?1
解析：根据串联电路中通过各电解池的电子总数相等，设电路中通过1
mol
e－，由K＋＋e－===K可得，析出1
mol
K；由Mg2＋＋2e－===Mg可得，析出1/2
mol
Mg；由Al3＋＋3e－===Al可得，析出1/3
mol
Al，则n(K)?n(Mg)?n(Al)＝1?1/2?1/3＝6?3?2，故正确答案为C。
探究点三 惰性电极电解电解质溶液的规律
1．以惰性电极电解电解质溶液，分析电解反应的一般方法和步骤
①分析电解质溶液的组成，找出有关离子，并分为阴离子、阳离子两组；
②分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出电极反应式；
③合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
2．电解反应类型
①电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如H2SO4、HNO3、NaOH、K2CO3等)溶液的电解。
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑(还原反应)
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(氧化反应)
总反应化学方程式：2H2O2H2↑＋O2↑
②自身分解型：无氧酸(氢氟酸除外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)(如：CuCl2等)溶液的电解。以电解CuCl2溶液为例：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)
总反应化学方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑
③放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)(如NaCl、KI、MgCl2等)溶液的电解。以电解NaCl溶液为例：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
④放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。以电解CuSO4溶液为例：
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(氧化反应)
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)
总反应化学方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
3．电解后溶液的变化及恢复原组成的措施
4.规律总结
(1)在水溶液中，K＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等离子不可能在阴极放电，即用电解水溶液的方法不可能得到K、Na、Mg、Al等活泼金属。
(2)由NaCl迁移到KBr，其电解反应相似，离子方程式为2Br－＋2H2OBr2＋2OH－＋H2↑，由NaCl迁移到MgCl2，电极反应相同，但电解的离子方程式不同，为2Cl－＋2H2O＋Mg2＋Mg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑。
(3)使电解质复原的原则是“出去什么便加什么”，对于CuSO4溶液，不能加Cu(OH)2，只能加CuO(或CuCO3)。
(4)电解后溶液pH的变化规律
①电极区域：a.阴极H＋放电产生H2，阴极区pH变大；b.阳极OH－放电产生O2，阳极区pH变小。
②电解质溶液：a.电解过程中，既产生H2，又产生O2，实质是电解水，溶液浓度增大，因而原溶液呈酸性的pH变小，原溶液呈碱性的pH变大，原溶液呈中性的pH不变。b.电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。
③电解过程中，只产生H2，溶液中OH－浓度增大，pH变大。
④电解过程中，只产生O2，溶液中H＋浓度增大，pH变小。
1．惰性电极电解氢氧化钾溶液时，氢氧化钾的物质的量如何变化？溶液的pH如何变化？
提示：惰性电极电解氢氧化钾溶液时，实质是电解水，氢氧化钾的物质的量不变，但溶剂水的量减小，其物质的量浓度增大，故溶液的pH增大。
2．惰性电极电解硝酸银溶液一段时间，若恢复原溶液的状态，应加入何种物质？
提示：惰性电极电解硝酸银溶液的反应是4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，因此要恢复原溶液的状态，可加入氧化银或碳酸银。
【例3】 用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2
mol
Cu(OH)2，恰好使溶液恢复至原来的状态，下列关于电解过程的说法不正确的是( )
A．生成铜的物质的量为0.2
mol
B．随着电解的进行，溶液的pH减小
C．转移电子的物质的量为0.4
mol
D．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
【解析】 0.2
mol氢氧化铜可以看作0.2
mol氧化铜和0.2
mol水，因此生成的铜、氢气和氧气均是0.2
mol，其中铜和氢气在阴极产生，氧气在阳极产生(2H2O－4e－===4H＋＋O2↑)，转移电子的物质的量是0.2
mol×4＝0.8
mol，故C项错误，A、D项正确；由上述分析可知，该电解过程的总反应方程式为CuSO4＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋H2SO4，故随着电解的进行，溶液的pH减小，B项正确。
【答案】 C
用惰性电极实现电解，下列说法正确的是( D )
A．电解CuCl2溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1?2
B．电解CuSO4溶液一段时间后，再加入一定质量的Cu(OH)2，溶液能与原溶液完全一样
C．电解Na2SO4溶液时，Na＋向阳极移动
D．电解稀硫酸，实质上是电解水，但溶液的pH减小
解析：电解CuCl2溶液，阴极上析出Cu，阳极上析出Cl2，其物质的量之比为1?1，A错误；电解CuSO4溶液，阴极上析出Cu，阳极上逸出O2，故电解一段时间后，加入一定量的CuO可使电解质溶液复原，而加入一定质量的Cu(OH)2，则与原溶液相比，相当于增加了水，B错误；电解Na2SO4溶液时，Na＋应向阴极移动，C错误；电解H2SO4，实质是电解水，H2SO4浓度增大，pH减小，D正确。
1.下图是电解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( C )
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：本题是利用电解CuCl2溶液来考查电解原理，首先根据电流的方向确定电解池的阴阳极及电解时的反应现象。
2．如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板有无色无味的气体放出，符合这一情况的是( A )
解析：由题意可知，a极板质量增加，说明电解时有金属析出，发生还原反应，a应为阴极，因此X极应是负极，排除B、C；b极板有无色无味气体放出，此气体为O2，排除D。
3．用图甲装置进行实验，若图乙中横坐标x表示转移电子的物质的量，下列叙述正确的是( A )
A．E的纵坐标可表示反应过程中生成Cu的物质的量或反应消耗H2O的物质的量
B．Cu极上的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．F的纵坐标可表示反应过程中生成H2SO4的物质的量
D．电解后溶液的pH增大
解析：该电解池中，Cu极(阴极)的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，C极(阳极)的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B项错误；电解后有硫酸生成，溶液的pH减小，D项错误；由乙图可看出转移4
mol电子时，E的纵坐标由0
mol→2
mol，F的纵坐标由0
mol→1
mol，则E的纵坐标可表示生成H2SO4的物质的量、生成Cu的物质的量或反应消耗H2O的物质的量，F的纵坐标表示生成氧气的物质的量，A项正确，C项错误。
4．用指定材料作阳极和阴极来电解一定浓度的溶液甲，然后加入物质乙能使溶液恢复到原来的浓度，则适当的组合是( D )
阳极
阴极
溶液甲
物质乙
A
Pt
Pt
NaOH
NaOH固体
B
Pt
Pt
CuSO4
Cu(OH)2固体
C
C
Fe
NaCl
盐酸
D
Pt
Pt
H2SO4
H2O
解析：A中可加入水，B中可加入CuO或CuCO3固体，C中可通入HCl气体。
5．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1?3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有( D )
①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
③2Cl－＋2H＋H2↑＋Cl2↑
④2H2O2H2↑＋O2↑
A．①②③
B．①②④
C．②③④
D．②④
解析：由n(CuSO4)?n(NaCl)＝1?3得n(Cu2＋)?n(Cl－)＝1?3，根据放电顺序，阴离子：Cl－>OH－>SO，阳离子Cu2＋>H＋>Na＋，可知该电解过程分为3个阶段，第一阶段：电解CuCl2溶液：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑；第二阶段：电解NaCl溶液：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑，第三阶段：电解H2O：2H2O2H2↑＋O2↑。
6．如图所示的甲、乙两个装置中，所盛溶液足量且浓度相同，当电路中通过的电子均为0.1
mol时，下列说法正确的是( C )
A．相同条件下产生气体的体积：V甲＝V乙
B．溶液pH的变化：甲减小乙增大
C．溶液质量的变化：甲减小乙增大
D．甲中阴极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极反应式：
Mg－2e－===Mg2＋
解析：甲为电解池，乙为原电池，甲中阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，乙中正极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过的电子均为0.1
mol时，产生的气体分别为0.025
mol和0.5
mol，因此相同条件下产生气体的体积：V甲
7．如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是( C )
A．该过程是电能转化为化学能的过程
B．铜电极的电极反应式为CO2＋8HCO＋8e－===CH4＋8CO＋2H2O
C．一段时间后，①池中n(KHCO3)不变
D．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降
解析：该装置连接有电源，则该过程是电能转化为化学能的过程，A项正确。二氧化碳转化为甲烷的反应过程中，碳元素的化合价降低，在铜电极上发生还原反应，电极反应式为CO2＋8HCO＋8e－===CH4＋8CO＋2H2O，B项正确。一段时间后，由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗，故碳酸氢钾的物质的量减少，C项错误。①池中的铜电极为阴极，发生还原反应，②池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，该过程中有H＋生成，故溶液的pH降低，D项正确。
8．按要求回答问题：
(1)写出用惰性电极电解下列溶液时的阴极产物。
①CuCl2溶液Cu；
②KCl溶液H2；
③AgNO3溶液Ag；
④NaOH溶液H2。
(2)写出用惰性电极电解下列溶液时的阳极产物。
①KOH溶液O2；
②Na2SO4溶液O2；
③ZnCl2溶液Cl2。
(3)当以铜为电极电解下列溶液时，写出其电极反应式。
①AgNO3溶液
阳极：Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：2Ag＋＋2e－===2Ag；
总反应：Cu＋2Ag＋Cu2＋＋2Ag。
②稀H2SO4
阳极：Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：2H＋＋2e－===H2↑；
总反应：Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。
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-第4课时 电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
2．电镀
(1)定义：电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他的金属或合金的方法。
(2)目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。
(3)实例(在铁件上镀铜)。
①阴极：a.材料：Fe，
b．电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu；
②阳极：a.材料：Cu，
b．电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋；
③电解质溶液：CuSO4溶液。
3．电解精炼铜
4．电冶金(写出电极反应)
探究点一 电镀和电解精炼铜
1．如何理解电镀的“一多、一少、一不变”？
提示：电镀特点：“一多、一少、一不变”。
一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变。
2．电镀铜和电解精炼铜两个实验中，随着反应的进行，溶液中的Cu2＋各有何变化？
提示：电镀铜实验时，溶液中的Cu2＋始终恒定，而在电解精炼铜中，由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据电子守恒，溶解的Cu的量小于析出的Cu的量，所以溶液中Cu2＋的浓度逐渐减小。
【例1】 以铜为电极，a
mol·L－1的硫酸铜溶液作电解液，对含有铁、锌、银的粗铜进行电解精炼，下列叙述中正确的是( )
①粗铜应与电源的负极相连；
②当有1
mol精铜析出时，就有2NA个电子通过电解质溶液；
③阴极上的反应只有Cu2＋＋2e－===Cu；
④电解结束时，c(CuSO4)mol·L－1；
⑤杂质银以Ag2SO4的形式沉入电解池中形成“阳极泥”。
A．②③
B．①③⑤
C．①②④⑤
D．③④
【解析】 电解精炼铜利用的是电解原理，在电解池中粗铜作阳极，与电源正极相连，根据放电顺序：锌>铁>铜>银，锌、铁、铜先后失电子变成离子，而银沉积形成阳极泥；纯铜作阴极，与电源负极相连，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，有大量铜析出，所以①⑤错误，③正确。电子只经过外电路，在电解池中发生的是离子的移动，②错误。由于阳极失电子的有锌、铁、铜，阴极析出的只有铜，所以随着电解进行，铜离子的浓度逐渐减小，④正确，故D正确。
【答案】 D
若在铜片上镀银时，下列叙述中正确的是( B )
①将铜片接在电源的正极上
②将银片接在电源的正极上
③在铜上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag
④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
⑤需用硫酸铜溶液作为电镀液
⑥需用硝酸银溶液作为电镀液
A．①③⑥ B．②③⑥
C．①④⑤ D．②③⑤
解析：在铜片上镀银，铜片作阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag；银片作阳极，电极反应式为Ag－e－===Ag＋；电解液应含有Ag＋，故B正确。
探究点二 氯碱工业生产法——离子交换膜法
1．离子交换膜电解槽的组成
由阳极(金属钛网)、阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。如图表示一个单元槽的示意图。
2．阳离子交换膜的作用
电解饱和食盐水是氯碱工业的基础，能制得氯气、氢气、氢氧化钠等重要的化工原料。电解过程中，在电场的作用下，阳离子向阴极移动，而阴离子向阳极移动。由于在阳极氯离子失去电子生成氯气，若不采取措施，氢氧根离子会向阳极移动，从而与氯气发生反应，既减少了氯气的产量，又会使得到的氢氧化钠不纯。因此，必须阻止氢氧根离子向阳极移动。
目前，常用的隔膜有石棉隔膜和阳离子交换膜。石棉隔膜能阻止气体通过，但允许水分子及离子通过。由于氢氧根离子能透过隔膜，因此氯气会与氢氧根发生反应，导致制得的氢氧化钠不纯。阳离子交换膜只允许阳离子通过，而不允许阴离子及气体通过，也就是说，只允许钠离子通过，氯离子、氢氧根离子和氢气、氯气均不能通过。这样既可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气相混合，在一定条件下引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠作用生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。
3．原料的精制
(1)粗盐的成分：粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。
(2)杂质的危害：Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等金属离子在碱性环境中会产生沉淀，损坏离子交换膜，此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。
(3)除杂质的过程：
①除杂质时所加试剂的顺序要求是：a.Na2CO3必须在BaCl2之后；b.盐酸在过滤之后加入。
②试剂加入顺序有多种选择，如：a.BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl；b.BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl；c.NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。
电解饱和食盐水时为什么阴极区溶液变红？
提示：因为电解饱和食盐水时，由于H＋在阴极上得到电子而生成H2破坏了附近的水的电离平衡，促进了水的继续电离，结果阴极区溶液中的OH－的浓度增大使c(H＋)【例2】 氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：
依据上图，完成下列填空。
(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为________，与电源负极相连的电极附近，溶液的pH________(填“不变”“升高”或“下降”)。
(2)如果粗盐中SO含量较高，必须添加钡试剂除去SO，该钡试剂可以是________(填字母)。
a．Ba(OH)2 b．Ba(NO3)2 c．BaCl2
(3)为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO，加入试剂的合理顺序为________(填字母)。
a．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂
b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3
c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3
(4)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过________(填操作名称，下同)、________、冷却、________除去NaCl。
(5)用隔膜法电解食盐水，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2和NaOH反应。采用无隔膜法电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为________。
【解析】 本题考查电解原理的应用及混合物的分离和提纯知识。(1)电解饱和食盐水，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，使c(OH－)增大，故阴极附近溶液pH升高。(2)除去SO可选用Ba(OH)2和BaCl2，不能选用Ba(NO3)2，因为会引入NO。(3)为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO，所加试剂的顺序要保证后加试剂把前加过量试剂除去，故选b、c。(4)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过蒸发、结晶、冷却、过滤除去NaCl。(5)采用无隔膜电解冷的食盐水时，发生的反应有2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，生成的Cl2与NaOH会反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，所以工业上采用隔膜法电解食盐水，既防止H2和Cl2混合发生爆炸，又防止Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响NaOH的质量。
【答案】 (1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 升高
(2)ac (3)bc (4)蒸发 结晶 过滤
(5)2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑、Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O(或NaCl＋H2ONaClO＋H2↑)
工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。已知：
①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解；
②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)。
下列说法中不正确的是( B )
A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH
D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应的总方程式发生改变
解析：由图知，碳棒与电源正极相连，作电解池的阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，故A正确；电解过程中为平衡A、C室中的电荷，A室中的Na＋和C室中的Cl－分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B室中，使B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，故B错误；因Ni2＋在弱酸性溶液中易发生水解反应，且氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)，为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH，故C正确；若将图中阳离子膜去掉，由于放电顺序：Cl－>OH－，则Cl－在阳极放电：2Cl－＋2e－===Cl2↑，电解反应的总方程式会发生改变，故D正确。
1．下列有关电化学的示意图正确的是( D )
解析：Cu－Sn原电池中，锡比铜活泼，作负极，故A错误；电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，则粗铜应与电源的正极相连，故B错误；电镀时镀层金属作阳极，铁片上镀锌，所以锌为阳极，即锌片与电源的正极相连，故C错误；电解饱和食盐水，根据电流流向判断碳棒为阳极，阳极发生氧化反应生成氯气，检验氯气用KI－淀粉溶液，阴极发生还原反应生成氢气和氢氧化钠，氢氧化钠能使酚酞溶液变红色，该装置能验证氯化钠溶液的电解产物，故D正确。
2．某粗铜产品中含有Zn、Ag、Au等杂质，如图所示，用CH3OH－碱性燃料电池电解硫酸铜溶液，闭合开关S进行电解。下列说法中不正确的是( C )
A．左池负极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
B．通电一段时间后，Ag、Au杂质金属沉积在电解槽底部
C．若粗铜电极质量减少6.4
g，则纯铜电极增重大于6.4
g
D．电解过程中右池纯铜和粗铜分别为阴极和阳极
解析：左池为原电池，负极发生氧化反应，甲醇失去电子在碱性条件下生成CO和H2O，负极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，故A正确；通电一段时间后，比Cu不活泼的Ag、Au杂质金属不能被氧化，沉积在电解槽底部形成阳极泥，故B正确；比Cu活泼的金属杂质Zn优先于Cu被氧化，Zn的相对原子质量比Cu大，转移电子数相同时，若粗铜电极质量减少6.4
g，则纯铜电极质量增加小于6.4
g，故C不正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，故D正确。
3．如图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是( B )
A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
解析：电解池中，电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以阳极的电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2，A、C、D项错误；电解池的阴极发生得电子的还原反应，是TiO2本身得电子的过程，B项正确。
4．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是( C )
A．装置出口①处的物质是氯气
B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D．该装置是将电能转化为化学能
解析：根据外接电源的正、负极可知，左侧为阳极室，右侧为阴极室，左侧溶液中的氯离子失电子生成氯气，故A正确；在阴极室，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，根据Na＋的移动方向知，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，故B正确；该装置是电解饱和食盐水，电解过程是氯化钠和水反应生成氢氧化钠、氢气和氯气，反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－，故C错误；该装置利用电解原理，是将电能转化为化学能的装置，故D正确。
5.用LiOH可制备锂离子电池的正极材料。LiOH可由电解法制备，如图所示，两极区电解质溶液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法中错误的是( C )
A．B极区电解质溶液为LiOH溶液
B．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．电解过程中主要是H＋通过阳离子交换膜向B极区迁移
D．电极A连接电源的正极
解析：B极区生成H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液，故A正确；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl－失去电子，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故B正确；在电解池中阳离子向阴极移动，所以电解过程中主要是Li＋通过阳离子交换膜向B极区迁移，故C错误；电极A为阳极，所以电极A连接电源的正极，故D正确。
6．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋A．阳极发生还原反应，其电极反应式为：Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
解析：电解时，阳极上金属按还原性由强到弱的顺序(Zn>Fe>Ni>Cu>Pt)发生氧化反应，即Zn－2e－===Zn2＋；Fe－2e－===Fe2＋；Ni－2e－===Ni2＋。Cu、Pt还原性比Ni弱，不能失去电子，当阳极上Ni失电子溶解后，它们以单质的形式沉积在电解槽的底部，形成阳极泥。阴极上金属离子按氧化性由强到弱的顺序(Ni2＋>Fe2＋>Zn2＋)发生还原反应，即Ni2＋＋2e－===Ni。Fe2＋、Zn2＋比Ni2＋氧化性弱，并不在阴极上析出，而是留在电解液里。阳极发生氧化反应，A错误；电解过程中，阳极Zn、Fe、Ni溶解，阴极只有Ni析出，两电极质量的改变不等，B错误；电解液中除Zn2＋、Fe2＋外，还有Ni2＋，C错误。
7．依据下面的甲、乙、丙三图判断，下列叙述不正确的是( B )
A．甲是原电池，乙是电镀装置
B．甲、乙装置中，锌极上均发生氧化反应
C．乙装置中，铜极因发生氧化反应而溶解
D．乙、丙装置中，c(Cu2＋)基本不变
解析：本题考查的是原电池和电解池的知识，判断时要以构成电解池的三个条件为依据。甲是铜锌原电池，乙是在锌片上镀铜的电镀池，丙是铜的精炼装置。故选B。
8．下图中的A为直流电源，B为渗透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色。请填空：
(1)电源A的a为正极。
(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。
(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为Zn－2e－===Zn2＋，电极f上发生的反应为Zn2＋＋2e－===Zn，槽中盛放的电镀液可以是ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液(只要求填两种电解质溶液)。
解析：(1)根据c点酚酞变红，则该极的反应为2H＋＋2e－===H2↑，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a点是正极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。(3)c、d两点短路后，e为阳极，反应为Zn－2e－===Zn2＋，阴极上镀锌，则阴极反应为Zn2＋＋2e－===Zn，电解液用含镀层离子的电解质，所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。
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-第三单元 金属的腐蚀与防护
马口铁是表面镀有一层锡的铁板，它不易生锈，又叫镀锡铁。这种镀锡铁板在中国很长时间称为“马口铁”，有人认为这是由于当时制造罐头用的镀锡铁板是经由澳门(英文名Macao可读作马口)进口的，所以叫“马口铁”。1吨锡可以覆盖7
000多平方米的铁片，因此，马口铁很普通，也很便宜。马口铁最大的“主顾”是罐头工业。如果注意保护，马口铁可使用十多年而保持不锈。但是，一旦不小心碰破了用锡制成的“衣服”，没多久，整张马口铁便会布满红棕色的铁锈斑。你知道是什么原因造成的这种现象吗？
一、金属的电化学腐蚀
1．金属腐蚀
(1)概念：金属或合金与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
(2)实质：金属原子失去电子变成阳离子的过程。即金属发生了氧化反应。
(3)类型：根据与金属接触的介质不同，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
2．化学腐蚀
金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。
3．电化学腐蚀
(1)概念：不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。
(2)实例：在潮湿的空气里，钢铁的表面形成了一层电解质溶液的薄膜，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了原电池。其中，铁是负极，碳是正极。
(3)析氢腐蚀和吸氧腐蚀
①析氢腐蚀：金属表面的电解质溶液酸性较强，腐蚀过程中有H2放出。
负极反应：Fe－2e－===Fe2＋；
正极反应：2H＋＋2e－===H2↑；
总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性、碱性时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。电极反应如下：
负极：2Fe－4e－===2Fe2＋；
正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－；
总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。
最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。
4．钢铁生锈原理的实验探究
(1)实验目的：探究饱和食盐水浸泡过的铁钉发生吸氧腐蚀。
(2)实验步骤：将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化。
(3)实验现象：导管中水柱上升，铁钉表面有铁锈生成。
(4)实验分析：装置中Fe、C、饱和食盐水一起构成了原电池，Fe作负极，碳作正极，饱和食盐水作电解质溶液，由于NaCl溶液呈中性，因此钢铁发生吸氧腐蚀。
二、金属的电化学防护
1．金属的防护
2．金属的电化学防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法
①理论依据：利用原电池原理
②装置示意图
③电极反应式
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：2H＋＋2e－===H2↑
(2)外加电流的阴极保护法
①理论依据：利用电解原理
②装置示意图
探究点一 金属的腐蚀和防护
1．化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别
特别提醒：判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。电化学腐蚀中，只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更为普遍。
2．析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较
温馨提示：①由于在通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀所代替。
②电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，在金属活动顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。
1．纯铁片放入稀硫酸中发生的是什么腐蚀？
提示：纯铁片放入稀硫酸中反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，发生的是化学腐蚀。
2．某铜件表面的水膜酸性较强，则易发生析氢腐蚀吗？
提示：不是，虽然铜件表面的水膜酸性较强，但铜是不活泼金属，不与氢离子发生反应，故发生的是吸氧腐蚀。
3．炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中有NaCl)，第二天便会被腐蚀而出现红褐色铁锈，铁锅的腐蚀属于什么腐蚀？原因是什么？
提示：铁锅的腐蚀属于电化学腐蚀中的吸氧腐蚀；因为铁锅是铁合金，其中含碳，铁锅中的铁和碳就会和表面残留的强电解质NaCl的水溶液形成许多微小的原电池；并且NaCl溶液呈中性，所以发生吸氧腐蚀。
【例1】 生铁在pH＝2和pH＝4的盐酸中发生腐蚀。在密闭容器中，用压强传感器记录该过程的压强变化，如图所示。下列说法中，不正确的是( )
A．两容器中负极反应均为Fe－2e－===Fe2＋
B．曲线a记录的是pH＝2的盐酸中压强的变化
C．曲线b记录的容器中正极反应是O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．在弱酸性溶液中，生铁能发生吸氧腐蚀
【解析】 生铁在pH＝2和pH＝4的盐酸中均构成原电池，铁作负极，失电子被还原生成Fe2＋，故A正确；根据图像可知，曲线a压强逐渐增大，气体增多，说明有氢气生成，即发生的是析氢腐蚀，所以曲线a记录的是pH＝2的盐酸中压强的变化，故B正确；曲线b压强逐渐减小，气体减少，说明发生的是吸氧腐蚀，氧气在正极得电子，pH＝4的盐酸呈酸性，故正极反应是O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故C错误；在强酸性溶液中生铁发生析氢腐蚀，在弱酸性溶液中生铁发生吸氧腐蚀，故D正确。
【答案】 C
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。下列有关叙述错误的是( B )
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
解析：a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高、右低，选项B不正确。
探究点二 金属腐蚀快慢的判断及金属保护
1．影响金属腐蚀快慢的因素
(1)与构成微电池的材料有关(即金属本身的性质和金属制品的纯度)。两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快。不纯的金属或合金，发生电化学腐蚀时，活泼金属因腐蚀而发生损耗。
(2)与金属所接触的电解质强弱有关。活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。对于同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
2．判断原则
(1)在不同条件下，金属腐蚀的快慢比较：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀。其中，电解原理防护>原电池原理的防护。
(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)两极活动性不同的金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
(5)镀层破损后，镀锡铁比镀锌铁更易腐蚀(Zn的金属活动性大于铁，锡的金属活动性小于铁)。
(6)酸雨使金属腐蚀加快。
(7)纯度越高的金属，腐蚀速率越慢。
(8)不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。
3．金属保护的常见方法
(1)牺牲阳极的阴极保护法：即用更活泼的金属作原电池的负极。
(2)外接电源的阴极保护法：即被保护的金属接外接电源的负极。
(3)物理保护：
①合金：改变金属的内部结构。
②涂漆、保持干燥等物理方法。
为什么相对于内河行驶的轮船，海轮更容易腐蚀？
提示：因为海水中电解质溶液的浓度比河水中电解质溶液的浓度大得多，则发生电化学腐蚀更容易。故海轮更容易被腐蚀。
【例2】 如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )
A．②>①>③>④>⑤>⑥
B．⑤>④>③>①>②>⑥
C．⑤>④>②>①>③>⑥
D．⑤>③>②>④>①>⑥
【思路分析】 先判断装置是形成原电池还是电解池，再分析金属Fe作正极还是负极，阳极还是阴极。
【解析】 ①中Fe为负极，杂质碳为正极，属于钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀速率较慢。②、③、④实质均为原电池装置。③中Fe为正极，被保护；②、④中Fe为负极，均被腐蚀。但相对来说Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的大，故Fe－Cu原电池中Fe的腐蚀速率较快；⑤中Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极，加快了Fe的腐蚀；⑥中Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知：铁在海水中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
【答案】 C
下列有关装置图的叙述中正确的是( A )
A．图甲中，如果X为锌电极，开关K放到A处或放到B处都能使铁电极受到保护
B．图乙小试管中的导管开始一段时间内液面上升
C．为保护钢闸门，图丙中的钢闸门应与外接电源的正极相连
D．图丁的右侧烧杯中，导管口有气泡冒出
解析：图甲中，如果X为锌电极，若开关K放到A处，是外加电流的阴极保护法，若开关K放到B处，是牺牲阳极的阴极保护法，都能使铁电极受到保护，故A正确；图乙中，铁在强酸性条件下发生析氢腐蚀，U形管内压强增大，小试管中的导管口有气泡冒出，故B错误；若钢闸门与正极相连，则铁作阳极，失去电子发生氧化反应，会加快金属的腐蚀，所以图丙中为保护钢闸门，钢闸门应与外接电源的负极相连，故C错误；图丁中电解质溶液呈中性，金属发生吸氧腐蚀，锥形瓶中压强减小，右侧烧杯中，导管内液面上升，故D错误。
1．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( B )
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸发生钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
解析：钢管与电源正极相连，则钢管作阳极，发生氧化反应而被腐蚀，A项错误；铁遇冷浓硝酸发生钝化，在表面形成一层致密的氧化膜，保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管露天堆放在一起，形成原电池时钢管作负极，发生氧化反应而被腐蚀，C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。
2．下列叙述错误的是( C )
A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱
B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈
C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液
D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀
解析：生铁中含有能导电的碳，二者可以形成原电池，加快了铁的腐蚀，A项正确；铁和锡作为原电池的两极，铁会被腐蚀，B项正确；电镀铜时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，C项错误；锌铁形成原电池，锌作负极被腐蚀，D项正确。
3．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( B )
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MnO2的氧化作用引起的
解析：图a中，液面处的铁腐蚀最严重，A项错误；图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金由原电池的负极变为正极，所以腐蚀速率减小，B项正确；图c中，接通开关时，锌作负极，气体在正极(Pt极)上放出，C项错误；图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀体现的是锌的还原性，D项错误。
4．由图分析，下列叙述正确的是( A )
A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B．Ⅰ和Ⅱ中Cl－均向Fe电极移动
C．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
D．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析：两个原电池中正极金属Fe(Ⅰ中)、Cu(Ⅱ中)不参与反应，因此不会被腐蚀，A项正确。Ⅰ中锌作负极，则氯离子向锌电极移动，Ⅱ中铁作负极，则氯离子向铁电极移动，B项错误。Ⅰ中负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，C项错误。Ⅱ中正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，D项错误。
5．铜板上的铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列说法中不正确的是( A )
A．正极的电极反应：2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及的反应：
4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中铜不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe流向Cu
解析：铁铆钉发生吸氧腐蚀时，负极的电极反应为2Fe－4e－===2Fe2＋，正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，溶液中发生反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓。生成的Fe(OH)2继续被氧化：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水形成铁锈。
6．下图所示装置中，小试管内为红墨水，带有支管的U形管中盛有pH＝4的雨水和生铁片。经观察，装置中有如下现象：开始时，插在小试管中的导管内的液面下降；一段时间后，导管内的液面回升，略高于U形管中的液面。下列有关解释合理的是( C )
A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片始终发生析氢腐蚀
C．红墨水液面回升时，正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
D．U形管中溶液的pH逐渐减小
解析：生铁片发生电化学腐蚀时，铁作负极，碳作正极，反应开始时导管内液面下降，说明导管内压强增大，有气体生成，是析氢腐蚀；一段时间后液面上升，说明导管内压强减小，有气体被吸收，是吸氧腐蚀。故C项正确。
7．钢铁工业是国家工业的基础。请回答钢铁腐蚀、防护过程中的有关问题：
(1)生产中可用盐酸来除铁锈，现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的属于化合反应的化学方程式是2FeCl3＋Fe===3FeCl2。
(2)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是BD。
(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图所示。
①A电极对应的金属是铜(填元素名称)，B电极的电极反应是Cu2＋＋2e－===Cu。
②镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更易被腐蚀，原因是铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿的环境中构成原电池，铁作负极，加速铁的腐蚀；锌比铁活泼，二者在潮湿的环境中构成原电池，锌作负极，被腐蚀，铁作正极，被保护(其他合理答案也可)。
8．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)如图所示的方案可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接直流电源的负极。
(2)在长期的生产实践中，人类已找到一些理想的措施来预防各种金属器件的腐蚀。例如：农机具采用涂矿物油，地下输油管道采用接直流电源的负极，远洋巨轮船体采用在船体底部镶嵌锌块，大型水库的钢铁闸门采用接直流电源的负极(其他合理答案也可)等。
解析：(1)该装置属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在直流电源的负极上。(2)在农机具上涂矿物油，主要是隔绝空气，覆盖保护层；地下输油管道和大型水库的钢铁闸门接直流电源的负极，即外加电流的阴极保护法；在远洋巨轮船体的底部镶嵌锌块，浸在海水里，形成原电池，锌作负极，更易被腐蚀，从而保护铁，即牺牲阳极的阴极保护法。
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-专题一
化学反应与能量变化
第一单元 化学反应中的热效应
也许你用过暖手宝，严寒的冬日，把暖手宝攥在手里，抱在怀中，轻轻一搓，暖乎乎犹如雪中送炭；热身贴也是时兴的一种保暖用品，其使用方便，撕开外袋，取出内袋，不需揉搓，剥离后面的衬纸，然后在内衣相应部位一贴，立刻就能发热，持续时间超过10个小时。你知道暖手宝、热身贴的发热原理吗？让我们一起走进本单元，从中寻找答案吧！
第1课时 化学反应的焓变
一、焓变 反应热
1．焓变
①焓(H)：与内能有关的物理量。
②焓变(ΔH)：生成物与反应物的焓值差，决定了某一化学反应是吸热反应还是放热反应。
2．反应热
①概念：化学反应过程中所放出或吸收的能量。
②与焓变的关系：恒压条件下的反应热等于焓变，单位kJ·mol－1。
二、化学反应过程中能量变化的原因
1．微观角度
①化学反应的本质及特点
②举例(以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化为例)
2.宏观角度
3．结论：ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝反应物键能总和－生成物键能总和
三、化学反应过程中能量变化的表示
2．举例
1
mol
C和1
mol
H2O(g)反应生成1
mol
CO和1
mol
H2，需吸收131.5
kJ的热量，则该反应的反应热ΔH＝＋131.5_kJ·mol－1。
探究点一 放热反应和吸热反应
1．放热反应与吸热反应的比较
2.常见的放热反应和吸热反应
(1)常见的放热反应
①所有的燃烧反应：木炭、H2、CH4等在O2中的燃烧，H2在Cl2中的燃烧。
②酸碱中和反应：H＋＋OH－===H2O。
③大多数化合反应。特例：C＋CO22CO(吸热反应)。
④铝热反应：如2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。
⑤金属与酸的反应：如Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。
(2)常见的吸热反应
①大多数分解反应：如NH4ClNH3↑＋HCl↑。
②以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应：如
C＋H2O(g)CO＋H2；CO＋CuOCu＋CO2。
③某些晶体间的反应：如Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。
3．放热反应和吸热反应的判断
(1)理论分析判断法
①ΔH＝化学键断裂吸收的能量－化学键生成释放的能量，当ΔH>0时，反应吸热，当ΔH<0时，反应放热。
②ΔH＝生成物具有的总能量－反应物具有的总能量，当ΔH>0时，反应吸热，当ΔH<0时，反应放热。
③ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和。反应物的键能越小，稳定性越弱，破坏它需要的能量就越小；生成物的键能越大，稳定性越强，形成它释放的能量就越大，所以当ΔH>0时，反应吸热，当ΔH<0时，反应放热。
④根据反应物和生成物的相对稳定性判断：由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应，反之为放热反应。
(2)反应条件判断法
一个化学反应开始需要加热，而停止加热后，反应亦可进行，则为放热反应；若反应需要持续不断地加热才能进行，则为吸热反应。
(3)根据规律判断法
①常见的放热反应类型有：a.金属与H2O或酸的反应；b.酸碱中和反应；c.燃烧反应；d.多数化合反应。
②常见的吸热反应类型有：a.多数分解反应；b.C参与的一些反应，如C＋H2O(g)CO＋H2、CO2＋C2CO；c.NH4Cl与Ba(OH)2的反应。
1．有能量变化的过程不是发生吸热反应就是发生放热反应吗？
提示：不能将反应类型(放热反应或吸热反应)与能量变化过程等同起来。化学反应中必然有能量的变化，但发生能量变化的却不一定是化学反应。如NaOH固体溶于水、水蒸气转化为液态水时放出能量，但以上过程是放热的物理变化过程而不是发生放热反应；NH4NO3固体溶于水、碘升华、水蒸发时吸收能量，但以上过程是吸热的物理变化过程而不是发生吸热反应。
2．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应，放热反应在常温条件下一定很容易发生吗？
提示：反应的热效应与反应的条件无必然联系。常温下能进行的反应可能是放热反应(如中和反应)，也可能是吸热反应[如NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O的反应]。加热条件下进行的反应，可能是吸热反应，如C＋CO22CO；也可能是放热反应，如C＋O2CO2(移去热源后仍能进行)。吸热反应必须持续加热才能继续进行。所以，反应吸热还是放热是由反应物总能量与生成物总能量的相对大小决定的。
【例1】 下列说法正确的是( )
A．化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化
B．根据能量守恒定律，反应物的总能量一定等于生成物的总能量
C．放热的化学反应不需要加热就能发生
D．吸热反应不加热就不会发生
【解析】 化学反应的本质特征是有新物质生成，形成新化学键释放的能量与断裂旧化学键吸收的能量不相等，所以化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化，故A正确；化学反应中生成物的总能量不等于反应物的总能量，反应前后的能量差值为化学反应中的能量变化，反应物的总能量大于生成物的总能量的反应为放热反应，否则为吸热反应，故B错误；放热反应有的需加热，如木炭的燃烧是一个放热反应，但需要点燃，点燃的目的是使可燃物达到着火点，故C错误；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，但不需要加热就可发生，故D错误。
【答案】 A
下列图示涉及的变化过程为吸热反应的是( A )
解析：吸热反应是反应物的总能量低于生成物的总能量的反应。B项反应过程中反应物的总能量高于生成物的总能量，所涉及的变化过程为放热反应；C项所涉及的变化过程是物理变化；D项所涉及的变化过程为放热反应。
探究点二 ΔH的含义和简单计算
1．反应热与物质固有能量、化学稳定性、键能之间的关系
2．反应热的单位kJ/mol或kJ·mol－1的含义
并不是指每1
mol具体物质反应时伴随的能量变化是多少kJ，而是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计算其物质的量时伴随的能量变化。反应式中的“mol－1”不能理解为每摩尔反应物或生成物，可以理解为“每摩尔反应”。例如，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)的ΔH＝－571.6
kJ·mol－1，是指每摩尔反应——“2
mol
H2(g)与1
mol
O2(g)反应生成2
mol
H2O(l)”的焓变，而H2(g)＋O2(g)===H2O(l)的ΔH＝－285.8
kJ·mol－1是指每摩尔反应——“1
mol
H2(g)与
mol
O2(g)反应生成1
mol
H2O(l)”的焓变。
3．ΔH的简单计算
(1)由反应物、生成物的能量计算ΔH
①理论分析
如果反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量，那么由反应物转化为生成物时能量主要以热能形式放出，这是放热反应。反之，如果反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，反应物就需要吸收能量才能转化为生成物，这是吸热反应(如图)。
②由反应物与生成物的总能量计算ΔH
ΔH＝E(生成物)－E(反应物)
若E(生成物)若E(生成物)>E(反应物)，ΔH>0，为吸热反应。
(2)由键能计算ΔH
①理论分析
?组成物质的原子(或原子团)之间是通过化学键相结合的。
?当物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要吸收能量，而形成生成物中的化学键要放出能量。
?反应热取决于反应物中化学键断裂时所吸收的能量和生成物中化学键形成时所放出的能量的相对大小。
E总吸>E总放，反应吸收能量，吸收的能量ΔE＝E总吸－E总放；
E总吸②由键能求ΔH
ΔH＝断裂化学键吸收的总能量－形成化学键所释放的总能量
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和
反应物的键能总和>生成物的键能总和，反应吸热；反应物的键能总和<生成物的键能总和，反应放热。
1．“任何化学反应均伴随旧化学键的断裂和新化学键的形成，所以任何化学反应均有反应热”。这句话正确吗？
提示：正确。能量的变化与键能有关，反应物的键能之和与生成物的键能之和是不相等的。另外，从能量的角度分析，反应物和生成物所具有的能量不同，根据能量守恒定律，在任何化学反应中都会伴随能量的变化。
2．反应的焓变与反应热有什么关系，二者一定相等吗？
提示：(1)我们可以借助于反应焓变示意图理解反应焓变与反应热之间的关系。
ΔH＝?E(生成物)－?E(反应物)
(2)对于等压条件下的化学反应，若只存在化学能与热能之间的相互转化，则该反应的反应热等于焓变，表示为Qp＝ΔH(Qp为等压反应热)。
【例2】 某化学反应的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．该反应为放热反应
B．E2
kJ·mol－1可表示形成新的化学键所释放的能量
C．该反应的反应热ΔH＝(E1－E2)
kJ·mol－1
D．加入催化剂可同时降低E1、E2
【解析】 A项，反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应为吸热反应，A项错误。B项，E2
kJ·mol－1可表示断裂旧化学键所吸收的能量，B项错误。C项，该反应的反应热ΔH＝＋(E2－E1)
kJ·mol－1，C项错误。D项，加入催化剂能同时降低正、逆反应的活化能，D项正确。
【答案】 D
已知：
①4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1
269
kJ·mol－1
②
下列说法正确的是( B )
A．断开1
mol
O—O键比断开1
mol
N—N键所需能量少448
kJ
B．断开1
mol
H—O键与断开1
mol
H—N键所需能量相差约72.6
kJ
C．由以上键能的信息可知H2O的沸点比NH3高
D．由元素非金属性的强弱可知H—O键的稳定性比H—N键弱
解析：根据②可知断开1
mol
O===O键比断开1
mol
N≡N键所需能量少448
kJ，A项错误；已知4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋
6H2O(g) ΔH＝－1
269
kJ·mol－1，则12E(H—N)＋3×498
kJ·mol－1－2×946
kJ·mol－1－12E(H—O)＝－1
269
kJ·mol－1，得E(H—O)－E(H—N)≈72.6
kJ·mol－1，所以断开1
mol
H—O键与断开1
mol
H—N键所需能量相差约72.6
kJ，B项正确；物质的沸点与键能大小无关，沸点与分子间作用力及氢键有关，C项错误；元素的非金属性越强，与H元素形成的化学键越稳定，由非金属性：O>N，可知H—O键比H—N键的稳定性强，D项错误。
1．下列说法正确的是( C )
A．焓变单位中kJ·mol－1，是指1
mol物质参加反应时的能量变化
B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH<0
C．一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”
D．一个化学反应中，生成物总键能大于反应物的总键能时，反应吸热，ΔH为“＋”
解析：焓变单位中的kJ·mol－1，是指每摩尔具体的反应，不一定指参加反应的物质，A错；在反应中物质所具有的总能量减少，反应就放热，反之就吸热，C对；化学反应的实质是旧化学键的断裂，新化学键的形成，断键时吸收能量，成键时放热，所以D错。
2．下列说法错误的是( C )
①化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化
②放热反应不需要加热就能发生
③需要加热才能发生的反应都是吸热反应
④化学反应放热还是吸热，决定于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量的大小
⑤反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应
⑥反应物的总能量低于生成物的总能量时，发生吸热反应
⑦化学反应中的能量变化都表现为热量的变化
A．①②③④⑤⑥
B．②③
C．②③⑦
D．①④⑤⑥
解析：此题从多个角度考查放热反应和吸热反应的定义和实质。化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，除此之外，还可以以光、热、电能等形式表现出来。
3．下列反应中能量变化与其他不同的是( D )
解析：铝热反应、燃料燃烧、酸碱中和反应均为放热反应，而Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应为吸热反应，D项正确。
4．最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：
下列说法正确的是( C )
A．CO和O生成CO2是吸热反应
B．在该过程中，CO断键形成C和O
C．CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
解析：根据能量变化示意图可以判断该反应为放热反应，A项错误；根据反应过程示意图可以看出CO中的碳氧键没有断裂，B项错误；CO2中含有极性共价键，C项正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O形成CO2的过程，D项错误。
5．化学反应N2＋H2??NH3的能量变化如图所示，下列说法正确的是( B )
A．断裂1
mol
N≡N键和3
mol
H—H键，吸收a
kJ热量
B.N2(g)＋H2(g)??NH3(l) ΔH＝(a－b－c)
kJ·mol－1
C．1
mol
N(g)与3
mol
H(g)形成1
mol
NH3(l)，放出b
kJ热量
D．液态氨的能量高于气态氨
解析：A项，断裂1
mol
N≡N键和3
mol
H—H键，吸收2a
kJ热量，A项错误。B项，由图可知，
mol
N2(g)和
mol
H2(g)的总能量与1
mol
NH3(l)的总能量之差为(b＋c－a)
kJ，而反应放热，故B项正确。C项，1
mol
N(g)与3
mol
H(g)形成1
mol
NH3(g)，放出b
kJ热量，进一步形成1
mol液态氨，还会放出c
kJ热量，则1
mol
N(g)与3
mol
H(g)形成1
mol
NH3(l)，放出(b＋c)kJ热量，C项错误。D项，由图可知，NH3(g)的能量高于NH3(l)的能量，D项错误。
6．已知：CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH，反应过程中生成1
mol
CH3OH(g)的能量变化如图所示。曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示无或有催化剂两种情况。下列判断正确的是( D )
A．加入催化剂，ΔH变小
B．ΔH＝＋91
kJ/mol
C．生成1
mol
CH3OH(l)时，ΔH增大
D．反应物的总能量大于生成物的总能量
解析：加入催化剂，ΔH不变，A项错误；根据图像可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，ΔH＝－91
kJ/mol，B项错误，D项正确；CH3OH(g)―→CH3OH(l)的过程为放热过程，生成1
mol
CH3OH(l)时，放出更多的热量，则ΔH减小，C项错误。
7．已知某反应A(g)＋B(g)??C(g)＋D(g)，反应过程中的能量变化如图所示。
该反应是吸热反应(填“吸热”或“放热”)，该反应的ΔH＝E1－E2
kJ·mol－1(用含E1、E2的代数式表示)，1
mol
气体A和1
mol
气体B具有的总能量比1
mol
气体C和1
mol
气体D具有的总能量低(填“高”“低”或“高低不一定”)。
8．(1)已知氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1
mol
H2中的化学键消耗的能量为Q1
kJ，破坏1
mol
Cl2中的化学键消耗的能量为Q2
kJ，形成1
mol
HCl中的化学键释放的能量为Q3
kJ，下列关系式正确的是( D )
A．Q1＋Q2>Q3
B．Q1＋Q2>2Q3
C．Q1＋Q2D．Q1＋Q2<2Q3
(2)用图示把化学反应中的能量变化表示出来(以能量为纵坐标、反应过程为横坐标)。
答案：如下图
(3)生成1
mol
HCl需要放出(填“放出”或“吸收”)Q3－(Q1＋Q2)
kJ的能量。
解析：正确理解化学反应中化学键的断裂和形成与反应热的关系。
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15
-第2课时 热化学方程式
热化学方程式
1．概念
能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。
2．特点(与化学方程式比较)
(1)指明了反应时的温度和压强，若在25_℃和101_kPa时进行的反应，可不注明。
(2)在化学方程式右边注明ΔH的“＋”、“－”数值和单位。
(3)所有反应物和生成物都用括号注明它们在反应时的聚集状态。常用s、l、g分别表示固体、液体和气体。
(4)化学计量数只表示物质的量，不表示微粒个数。
(5)化学计量数和反应热数值可以同时增大或减小相同倍数。
3．意义
热化学方程式不仅表示化学反应中的物质变化，也表明了能量变化。
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8
kJ/mol，表示在25_℃和101_kPa条件下，1_mol
H2(g)与
mol
O2(g)完全反应生成1_mol
H2O(l)时放出热量285.8
kJ。
探究点一 热化学方程式的书写
1．书写热化学方程式的方法
(1)写出符合质量守恒定律的化学方程式
热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数不表示分子个数，只表示物质的量。因此，它可以用整数或简单分数表示。
(2)标明物质的状态
因为物质发生状态的变化也伴随着能量的变化，所以书写热化学方程式时必须标明物质的状态。通常用g、l、s分别代表气态、液态、固态。
(3)用ΔH表示化学反应放出或吸收的热量
放热反应ΔH取负值，吸热反应ΔH取正值；ΔH的单位常用kJ/mol。
2．书写热化学方程式的注意事项
(1)ΔH只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边，并用“空格”隔开。若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位是J/mol或kJ/mol。
(2)由于ΔH与测定条件有关(压强对反应的焓变影响很小)，因此应在ΔH后注明反应温度(若不注明，则表示在25
℃下测定)，因为在不同温度下进行同一反应时，反应的焓变是不同的。
(3)热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示该物质的分子数或原子数，因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。
(4)要在物质的化学式后面用括号注明参加反应的物质的聚集状态，一般用英文字母g、l和s分别表示物质的气态、液态和固态，溶液则用aq表示。
(5)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。
(6)对于aA＋bB===cC＋dD这一反应，ΔH单位中的“每摩尔”既不是指每摩尔A也不是指每摩尔B、C或D，而是指每摩尔反应，即每摩尔“aA＋bB===cC＋dD”。因此，对于同一个反应，两个热化学方程式的化学计量数不同时，ΔH的值不同。当反应物、生成物的状态不同时，ΔH的值也不同。例如：
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8
kJ/mol
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8
kJ/mol
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6
kJ/mol
(7)对于可逆反应，ΔH的值为其反应物完全转化为生成物时的量，例如2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g) ΔH＝－Q
kJ/mol，ΔH表示的意义是2
mol
SO2气体和1
mol
O2气体完全反应生成2
mol
SO3气体时放出的热量为Q
kJ。但是2
mol
SO2气体和1
mol
O2气体在实际反应时放出的热量要小于Q
kJ，因为2
mol
SO2气体和1
mol
O2气体不可能完全转化为SO3。
1．为什么热化学方程式中要标明各物质的状态？
提示：先看两个热化学方程式：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6
kJ/mol
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6
kJ/mol
同样是2
mol
H2与1
mol
O2反应生成2
mol
H2O，但生成H2O的状态不同，反应放出的热量不同，由此可知，反应放出(或吸收)热量的多少与物质的状态密切相关，因此，必须标明物质的状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。
2．热化学方程式与化学方程式之间有什么不同？
提示：
【例1】 已知0.3
mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在O2中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5
kJ的热量，其热化学方程式为________。又已知：H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44
kJ/mol，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。
【思路分析】 书写热化学方程式时要牢记三点：①注明状态，此点容易遗漏；②ΔH的符号；③ΔH的数值，此点容易出现计算错误，切记ΔH的数值要与方程式中的化学计量数相对应。
【解析】 1
mol
B2H6燃烧生成液态水时放出的热量为：649.5
kJ×＝2
165
kJ。因此1
mol
B2H6燃烧，反应的热化学方程式为B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l) ΔH＝－2
165
kJ·mol－1。若上述反应生成的3
mol液态水全部变成气态水，将吸收热量：44
kJ/mol×3
mol＝132
kJ，则1
mol
B2H6完全燃烧生成气态水放出的热量为2
165
kJ－132
kJ＝2
033
kJ，则0.5
mol
B2H6完全燃烧生成气态水放出的热量为：2
033
kJ/mol×0.5
mol＝1
016.5
kJ。
【答案】 B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)
ΔH＝－2
165
kJ/mol 1
016.5
化学反应N2＋3H2??2NH3的能量变化如下图所示，该反应的热化学方程式是( A )
A．N2(g)＋3H2(g)??2NH3(l)
ΔH＝2(a－b－c)
kJ/mol
B．N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
ΔH＝2(b－a)
kJ/mol
C.N2(g)＋H2(g)??NH3(l)
ΔH＝2(b＋c－a)
kJ/mol
D.N2(g)＋H2(g)??NH3(g)
ΔH＝2(a＋b)
kJ/mol
解析：由图像可知：由
mol
N2(g)和
mol
H2(g)生成1
mol
N和3
mol
H，吸收a
kJ的能量，由1
mol
N和3
mol
H生成1
mol
NH3(g)放出b
kJ的能量，再由1
mol
NH3(g)生成1
mol
NH3(l)放出c
kJ的能量，故该反应的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH＝2(a－b)
kJ/mol或N2(g)＋3H2(g)??2NH3(l) ΔH＝2(a－b－c)
kJ/mol，故A项正确。
探究点二 热化学方程式正误判断
热化学方程式是表示参加反应的物质的量与反应热的关系的化学方程式。热化学方程式的正误判断除了遵循书写化学方程式的要求外，应侧重从以下几个方面予以考虑。
1．检查ΔH的符号和单位是否正确
放热反应的ΔH为“－”，吸热反应的ΔH为“＋”，单位是kJ/mol，逆反应的ΔH与正反应的ΔH数值相同，符号相反。
2．检查是否标明物质的状态
必须标明每种反应物与生成物的状态，同一化学反应，物质的化学状态不同，ΔH数值不同。
3．检查ΔH的数值与化学计量数是否对应
ΔH的大小与反应物的物质的量的多少有关，相同的反应，化学计量数不同时，ΔH不同。如
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－183
kJ/mol ①
H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g) ΔH＝－91.5
kJ/mol ②
原因是反应热的单位是kJ/mol，为每摩尔反应的热效应。但反应不同含义不同，对于反应①来说，每摩尔反应指1
mol
H2(g)与1
mol
Cl2(g)反应生成2
mol
HCl(g)，对于反应②来说，每摩尔反应指
mol
H2(g)与
mol
Cl2(g)反应生成1
mol
HCl(g)。
4．特殊反应热
书写表示中和热的热化学方程式时，H2O(l)的化学计量数为1，并以此配平其余物质的化学计量数。(后面会学到)
已知H2＋I2===2HI为放热反应，请分析热化学方程式“H2＋I2===2HI ΔH＝14.9
kJ”中的错误之处。
提示：(1)漏写了各物质的聚集状态；(2)放热反应ΔH<0，漏写了“－”；(3)ΔH的单位应为kJ·mol－1。
【例2】 在25
℃、101
kPa下，10
g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热226.8
kJ，下列热化学方程式正确的是( )
A．CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝＋725.8
kJ/mol
B．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－1
452
kJ/mol
C．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－725.8
kJ/mol
D．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝＋1
452
kJ/mol
【解析】 10
g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热226.8
kJ，1
mol
CH3OH燃烧生成CO2和液态水时放热725.76
kJ，2
mol
CH3OH燃烧生成CO2和液态水时放热1
451.52
kJ。
【答案】 B
下列热化学方程式书写正确的是( C )
A．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)ΔH＝＋1
367.0
kJ·mol－1
B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH＝＋57.3
kJ·mol－1
C．S(s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH＝－296.8
kJ·mol－1
D．2NO2===O2＋2NO ΔH＝＋116.2
kJ·mol－1
解析：可燃物燃烧为放热反应，ΔH<0，A项错误；中和反应是放热反应，ΔH<0，B项错误；热化学方程式要注明物质在反应时的聚集状态，D项错误。
1．热化学方程式：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6
kJ·mol－1的叙述正确的是( C )
A．一分子H2和Cl2反应，放出热量184.6
kJ
B．1
mol
H2和Cl2完全反应生成2
mol
HCl放出的热量为184.6
kJ
C．在25
℃、101
kPa时，1
mol气态H2和1
mol气态Cl2完全反应生成2
mol
HCl气体，放出的热量为184.6
kJ
D．在25
℃、101
kPa时，1
mol气态H2和1
mol气态Cl2完全反应生成2
mol
HCl气体，吸收的热量为184.6
kJ
解析：正确理解热化学方程式所表示的意义。
2．以NA代表阿伏加德罗常数，则关于热化学方程式C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝－1
300
kJ·mol－1的说法中，正确的是( D )
A．当有10
NA个电子转移时，该反应放出1
300
kJ/mol的能量
B．当有NA个水分子生成且为液体时，该反应吸收1
300
kJ的能量
C．当有2NA个碳氧共用电子对生成时，该反应放出1
300
kJ的能量
D．当有8NA个碳氧共用电子对生成时，该反应放出1
300
kJ的能量
解析：本题综合考查了阿伏加德罗常数与反应热的知识。
ΔH＝－1
300
kJ·mol－1
当有10
mol
e－转移时，生成1
mol液态水，生成2
mol
CO2(O===C===O)，其中含8
mol碳氧共用电子对，放出1
300
kJ的能量。
3．下列热化学方程式书写正确的是( B )
A．2SO2＋O22SO3 ΔH＝－196.6
kJ·mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6
kJ·mol－1
C．C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝393.5
kJ
D．C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝393.5
kJ·mol－1
解析：未注明各物质的聚集状态，且热化学方程式中不需要标注反应条件，A项错误；ΔH的单位应为kJ·mol－1，且C(s)＋O2(g)===CO2(g)为放热反应，放热反应的ΔH<0，C、D项错误。
4．沼气是一种能源，它的主要成分是CH4。0.5
mol
CH4气体完全燃烧生成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( C )
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气体完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时，放出445
kJ热量，则1
mol甲烷完全燃烧放出890
kJ的热量，放热反应的ΔH<0，故C正确。
5．符合下图的热化学方程式是( C )
A．CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝＋41
kJ/mol
B．CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41
kJ/mol
C．CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41
kJ/mol
D．CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝－41
kJ/mol
解析：从题图分析得，由反应物CO2和H2生成CO和H2O是吸热反应，其反应热为＋41
kJ/mol，由于题中已明确了反应物和生成物，因此只能选C而不能选B。
6．已知：2NO2(g)??N2O4(g) ΔH1＝a
kJ·mol－1，
N2O4(l)??2NO2(g) ΔH2＝b
kJ·mol－1，又知“2NO2(g)”的总能量高于“N2O4(g)”，下列有关这两个反应的说法错误的是( B )
A．ΔH1<0
B．ΔH1＝－ΔH2
C．能量关系如图所示
D．消耗2
mol
NO2(g)生成1
mol
N2O4(g)时，放出的热量为|a|
kJ
解析：反应物的总能量比生成物的高，故ΔH1<0，A项正确；由于两个反应中N2O4的状态不同，故ΔH1≠－ΔH2，B项错误；“2NO2(g)”的总能量高于“N2O4(g)”，气态N2O4的能量高于液态N2O4的能量，C项正确；由2NO2(g)??N2O4(g) ΔH1＝a
kJ·mol－1及A项中的分析可知，D项正确。
7．已知几种化学键的键能数据如表所示：
化学键
H—O
H—H
O===O
键能/(kJ·mol－1)
463
436
496
(1)请根据表中的数据，在图中标注的序号处，填写能量变化的数值或根据箭头的指向填写能量变化是“放出”能量还是“吸收”能量。
(2)请写出1
mol
H2(g)完全燃烧生成液态水的热化学方程式：
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－286
kJ·mol－1。
解析：(1)①吸收的能量为436
kJ·mol－1×2＋496
kJ·mol－1＝1
368
kJ·mol－1。②是形成化学键的过程，要放出能量。③中放出的能量为1
852
kJ·mol－1－1
368
kJ·mol－1＝484
kJ·mol－1。④中由液态水变成水蒸气要吸收能量。
(2)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－×(484＋88)
kJ·mol－1＝－286
kJ·mol－1。
8．依据事实，写出下列反应的热化学方程式：
(1)28
g
CO还原Fe2O3生成单质铁，放出8.3
kJ热量。
Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－24.9
kJ·mol－1。
(2)1
mol氨气和1
mol氯化氢气体化合生成氯化铵固体，放出176
kJ热量。
NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s) ΔH＝－176
kJ·mol－1。
(3)N2和O2化合生成184
g
NO2气体，吸收135.4
kJ热量。
N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋67.7
kJ·mol－1。
(4)1
g
H2燃烧生成液态水，放出142.9
kJ热量。
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6
kJ·mol－1。
(5)5.2
g气态乙炔(C2H2)完全燃烧生成液态水和气态CO2，放出260
kJ热量。
2C2H2(g)＋5O2(g)===2H2O(l)＋4CO2(g) ΔH＝－2
600
kJ·mol－1。
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10
-第3课时 反应热的测量
一、中和热
1．概念：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成1_mol_H2O时的反应热叫做中和热。
2．表示方法：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3
kJ/mol。
二、中和热的测定
1．实验原理
2．实验用品：
仪器：大烧杯(500_mL)、小烧杯(100_mL)、温度计、量筒(50_mL)两个、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔)、环形玻璃搅拌棒。
试剂：0.50
mol/L盐酸、0.55
mol/L
NaOH溶液。
3．实验方案：
(1)实验步骤
①设计装置如下图。
②用一个量筒量取50
mL
0.50
mol/L盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入下表。并将温度计上的酸用水冲洗干净。
③用另一个量筒量取50
mL
0.55
mol/L的NaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记入下表。
④把套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯中的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯，盖好盖板，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动，测量混合溶液的最高温度，记入下表。
⑤重复步骤②～④三次。
(2)数据记录及处理
数据记录表
(3)计算反应热
①以三次测量所得数据的平均值为计算依据。
②取盐酸和NaOH溶液的密度为1
g/cm3。忽略实验装置的比热容。
③取盐酸质量为m1、NaOH溶液质量为m2，反应后溶液比热容c＝4.18
J/(g·℃)，则实验中反应放出的热量为(m1＋m2)·c·(t2－t1)＝0.418(t2－t1)
kJ，生成1
mol
H2O时放出的热量为：ΔH＝
kJ/mol。
探究点一 正确理解中和热
中和热的定义
定义：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1
mol
H2O(l)时所释放的热量为中和热。
(1)定义中的“稀溶液”一般是指酸、碱的物质的量浓度均小于或等于1
mol/L的溶液，因为溶液混合时会产生溶解热效应而影响中和热的测定。
(2)中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时吸热所伴随的热效应。
实验测得生成1
mol
水放出57.3
kJ的热量是指强酸、强碱在稀溶液中发生中和反应时的中和热，有弱酸或弱碱参加的中和反应，实验测出的中和热数值一般低于57.3
kJ，因为弱电解质反应时会继续电离，电离时要吸热。
(3)中和反应的实质是H＋和OH－化合生成H2O，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热内。例如：
若测定硫酸与Ba(OH)2溶液的反应热，则所测ΔH偏小，即中和热数值大于57.3
kJ/mol，这主要是因为Ba2＋和SO生成难溶物BaSO4也会放出热量。
(4)强酸与强碱反应的中和热的表示：
H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3
kJ/mol
(5)中和热是以生成1
mol
H2O所放出的热量来定义的，因此在书写中和热的热化学方程式时，就以生成1
mol
H2O为标准来配平其余物质的化学计量数。如：
NaOH(aq)＋H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－57.3
kJ/mol
(6)中和热与酸碱的用量无关
中和热以生成1
mol
H2O为基准，因此当改变酸、碱的用量时，反应放出的热量发生改变，但中和热不会发生改变，它是一个定值，与酸、碱用量无关。
特别提醒：(1)利用强酸和强碱的稀溶液测出的中和热才为57.3
kJ/mol，因为浓酸溶液和浓碱溶液在相互稀释时会放热，弱酸或弱碱在中和反应中电离要吸收热量，所以测出的中和热往往不为57.3
kJ/mol。
(2)以生成1
mol
水为基准。
(3)测定中和热的反应不能生成沉淀[如Ba(OH)2＋H2SO4===BaSO4↓＋2H2O]。
1．酸碱中和反应的实质可表示为：H＋＋OH－===H2O，能否用此表示所有中和反应的离子方程式？
提示：酸碱中和反应的实质不能与离子方程式意义中的“实质”混同。根据离子方程式的书写要求：将难电离或难溶于水的物质以及气体等用化学式表示，所以弱酸、弱碱参与中和反应时应写成分子的形式。例如，醋酸和氢氧化钠反应的离子方程式就应当写为：CH3COOH＋OH－===CH3COO－＋H2O，只有可溶性强酸与可溶性强碱反应且没有沉淀生成的离子方程式才可以用H＋＋OH－===H2O表示。
2．是否所有酸与碱的中和热都是相同的？
提示：在稀溶液中，强酸和强碱完全电离，所以它们的反应实质就是H＋与OH－结合成H2O，每生成1
mol水放出的热量(中和热)是相同的，均为57.3
kJ/mol。但弱酸、弱碱在水溶液中不能完全电离，存在着电离平衡。弱酸或弱碱参与中和反应的同时，伴随着电离，电离过程要吸收热量，此热量就要由H＋与OH－结合成水分子放出的热量来抵偿，所以总的来说中和热小于57.3
kJ/mol。
【例1】 下列说法错误的是( )
A．中和热是指酸和碱反应生成1
mol水时放出的热量
B．在稀溶液中，1
mol
NaOH与1
mol
CH3COOH反应生成1
mol
H2O，放出的热量小于中和热
C．在稀溶液中，1
mol
NH3·H2O与1
mol
HCl反应生成1
mol
H2O，放出的热量小于中和热
D．在稀溶液中，0.5
mol
H2SO4与0.5
mol
Ba(OH)2反应生成1
mol水，放出的热量大于中和热
【解析】 中和热是指在稀溶液中，强酸和强碱反应生成1
mol液态水时放出的热量，A项错误；醋酸是弱电解质，电离吸热，B项正确；NH3·H2O是弱电解质，电离吸热，C项正确；H2SO4与Ba(OH)2反应除生成水外，还生成硫酸钡沉淀，所以放出的热量大于中和热，D项正确。
【答案】 A
强酸和强碱的稀溶液反应的中和热可表示为H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3
kJ·mol－1。
已知：CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)===CH3COONa(aq)＋H2O(l) ΔH＝－Q1
kJ·mol－1
H2SO4(aq)＋2NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋2H2O(l)
ΔH＝－Q2
kJ·mol－1
HNO3(aq)＋KOH(aq)===KNO3(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－Q3
kJ·mol－1
上述三个热化学方程式中Q1、Q2、Q3的大小关系为( C )
A．Q1＝Q2＝Q3
B．Q2>Q1>Q3
C．Q2>Q3>Q1
D．Q2＝Q3>Q1
解析：CH3COOH和HNO3的物质的量都是1
mol，但CH3COOH是弱酸，在溶液中主要以分子形式存在，反应过程中要发生电离，电离过程吸收热量；HNO3是强酸，在溶液中完全电离，所以HNO3与KOH反应放出的热量较多，即Q3>Q1。H2SO4是二元强酸，1
mol
H2SO4完全反应生成2
mol
H2O，则Q2＝2Q3。综上所述，Q2>Q3>Q1。
探究点二 中和热的测定
1．实验的注意事项
(1)作为量热的仪器装置，要隔热、保温，尽量减少热量散失。①其保温隔热的效果一定要好，在两烧杯之间的缝隙一定要塞满泡沫塑料(或纸条)；②小烧杯杯口与大烧杯杯口相平；③泡沫塑料板上的两个小孔要恰好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过。
(2)温度计的读数要准确。a.测量温度时，温度计的水银球部分要完全浸没在溶液中；b.测量盐酸的温度后，要将温度计上的酸冲洗干净后再测量NaOH溶液的温度；c.应读取混合液的最高温度。
(3)盐酸和NaOH溶液的浓度、体积必须准确。
(4)酸碱混合时操作要快，并立即盖好盖板。
(5)环形玻璃搅拌棒不能用铁丝代替，若用铁丝代替，会因铁丝与酸反应放出热量，且铁丝传热快会使测定结果不准确。
(6)实验时也可选用浓度、体积都不相同的酸、碱溶液进行反应热的测定，但应以量小的为基准进行计算，因为过量的酸、碱并不参与中和反应。
(7)对于定量实验，均需重复实验步骤，取2～3次实验数据的平均值。
(8)平行实验中获得的数据Δt＝t2－t1应很接近，若某个Δt与其他数据差别较大，必为错误操作引起，应舍弃。
(9)对于定量实验，均存在实验误差，需要对误差进行分析。本实验由于仪器的保温、隔热效果和操作方面的原因，产生的误差会导致的结果一般是ΔH>－57.3
kJ/mol(即生成1
mol
H2O所放出的热量小于57.3
kJ)。
2．计算公式
ΔH＝－
kJ/mol
3．误差分析依据
看实验中有哪些因素能造成(t2－t1)出现误差。若(t2－t1)偏大，则|ΔH|偏大，若(t2－t1)偏小，则|ΔH|偏小。
4．50
mL
0.50
mol/L盐酸与50
mL
0.55
mol/L
NaOH溶液反应的误差分析：
1．用温度计测量酸的温度后，温度计上的酸为何要用水冲洗干净？冲洗后的溶液能否倒入小烧杯？为什么？
提示：因为该温度计还要用来测碱液的温度，若不冲洗，温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散失，故要冲洗干净；冲洗后的溶液不能倒入小烧杯，若倒入，会使总溶液的质量增加，而导致实验结果出现误差。
2．酸、碱混合时，为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？
提示：因为本实验的关键是尽可能减少热量的散失，若动作迟缓，将会使热量损失而使误差增大。
3．若改用100
mL
0.50
mol·L－1的盐酸和100
mL
0.55
mol·L－1的NaOH溶液，所测中和热的数值是否约为本实验结果的二倍(假定各步操作没有失误)?
提示：否。因中和热是指在稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1
mol
H2O时的反应热，其数值与反应物的量的多少无关，故所测结果应基本和本次实验结果相同(若所有操作都准确无误，且无热量损失，则二者结果相同)。
【例2】 在800
mL的大烧杯中放入碎纸屑，把盛有50
mL
0.50
mol·L－1盐酸的200
mL烧杯放到大烧杯中，两只烧杯间填满碎纸屑。用泡沫塑料板做成大烧杯盖，通过盖子插入一根玻璃搅拌棒(末端呈半圆环的玻璃棒)和一只温度计，测定溶液的温度。迅速往盐酸中加入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。
(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
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”)，所求中和热________(填“相等”或“不相等”)，理由是________。
(5)三次平行操作测得数据中，起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________℃。
【思路分析】 本题综合考查中和热测定实验中的仪器选取，误差分析及实验数据的取舍与处理等。
【解析】 首先要明确实验原理、“量热器”的组成以及造成实验误差的原因，然后按实验步骤进行分析和判断。(1)碎纸条的作用是减少实验过程中的热量损失。(2)重复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
H2O(l)为标准的，而与过量部分的酸、碱无关。(5)所测温度2.9
℃显然是错误的，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－1盐酸和50
mL
0.55
mol·L－1
NaOH溶液反应能生成0.027
5
mol
H2O(l)，而50
mL
0.50
mol·L－1盐酸与50
mL
0.55
mol·L－1
NaOH溶液反应只能生成0.025
mol
H2O(l)，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
某实验小组用0.50
mol/L
NaOH溶液和0.50
mol/L硫酸溶液进行中和热的测定。
Ⅰ.配制0.50
mol/L
NaOH溶液。
(1)若实验中大约要使用245
mL
NaOH溶液，则至少需要称量NaOH固体5.0
g。
(2)从下表中选择称量NaOH固体所需要的仪器a、b、e(填序号)。
Ⅱ.测定中和热的实验装置如下图所示。
(1)写出稀硫酸和稀氢氧化钠溶液反应表示中和热的热化学方程式(中和热数值为57.3
kJ/mol)：H＋(aq)＋OH－(aq)＝H2O(l)__ΔH＝－57.3_kJ/mol。
(2)取50
mL
NaOH溶液和30
mL硫酸溶液进行实验，实验数据如下表。
①请填写下表中的空白：
②近似认为0.50
mol/L
NaOH溶液和0.50
mol/L硫酸溶液的密度都是1
g/cm3，中和后生成溶液的比热容c＝4.18
J/(g·℃)。则ΔH＝－53.5_kJ/mol(取小数点后一位)。
③上述实验结果的数值与57.3
kJ/mol有偏差，产生偏差的原因可能是a、c、d(填字母)。
a．实验装置保温、隔热效果差
b．在量取NaOH溶液体积时仰视读数
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
解析：本题把反应热的测定与溶液的配制实验较好地融合在一起，更突出了教材实验的重要性，可以改进、延伸或组合等。Ⅰ是配制一定浓度的氢氧化钠溶液的计算与称量操作中器材的选择，考查了氢氧化钠的腐蚀性。Ⅱ是考查实验数据的分析处理及误差分析等问题。为了减少误差一般采用至少重复实验2次求平均值的方法。
1．下列有关叙述正确的是( C )
A．如图所示，测定中和热时，大小两烧杯间填满碎纸条或泡沫塑料的目的是固定小烧杯
B．若用50
mL
0.55
mol·L－1的氢氧化钠溶液，分别与50
mL
0.50
mol·L－1的盐酸和50
mL
0.50
mol·L－1的硫酸充分反应，两反应测定的中和热不相等
C．中和热测定实验也可以用稀硫酸与氢氧化钠溶液反应
D．为了简化装置，中和热测定实验中的环形玻璃搅拌棒可以由温度计代替
解析：大小两烧杯间填满碎纸条或泡沫塑料的目的是保温、隔热、减少实验过程中的热量损失，A错误；中和热是固定值，B错误；测定中和热只要用强酸与强碱反应即可，C正确；温度计不能搅拌液体，D错误。
2．下列说法中正确的是( B )
A．中和热的测定实验中需要用的主要玻璃仪器有：两个大小相同的烧杯、两个大小相同的量筒、温度计、环形玻璃搅拌棒
B．可以用保温杯来代替烧杯做有关测定中和热的实验
C．在测定中和热的实验中，至少需要测定并记录温度的次数是3次
D．测定中和热实验中，若所使用的稀NaOH溶液的物质的量稍大于稀盐酸，则会导致所测得的中和热数值偏高
解析：为了防止散热，在中和热测定的实验中应选用一大一小两个烧杯，小烧杯和大烧杯之间应用塑料泡沫隔开，选项A错误；很显然，从防止散热的效果看，使用保温杯完全可以，而且防止散热的效果更好，选项B正确；中和热测定的原理是首先根据公式Q＝cmΔt求出反应过程中放出的热量，然后再根据ΔH＝Q/n(H2O)计算中和热。式中Δt表示反应后的最高温度与反应前盐酸与氢氧化钠的平均温度之差，因此每次实验至少需要测定3次温度，由于中和热的测定属于定量实验，因此至少做3次实验才能求出其正确值，所以在整个实验过程中最少需要测定并记录温度的次数是9次，选项C错误；在中和热测定过程中为了提高实验的准确度，需保证酸和碱完全反应，在实验中通常使一种物质稍过量，选项D错误。
3．下列化学反应的ΔH的绝对值最大的是( D )
A．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH1
B．NaOH(aq)＋H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l)
ΔH2
C．CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)===CH3COONa(aq)＋H2O(l)
ΔH3
D．NaOH(aq)＋H2SO4(浓)===Na2SO4(aq)＋H2O(l)
ΔH4
解析：浓硫酸溶于水放出大量热，CH3COOH是弱电解质，电离过程吸热，所以绝对值大小关系是ΔH4>ΔH1＝ΔH2>ΔH3。
4．强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3
kJ·mol－1，分别向1
L
0.5
mol·L－1的NaOH溶液中加入：①稀醋酸；②浓H2SO4；③稀硝酸，恰好完全反应时的热效应分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，它们的关系表示正确的是( B )
A．ΔH1>ΔH2>ΔH3
B．ΔH2<ΔH3<ΔH1
C．ΔH1＝ΔH2＝ΔH3
D．ΔH2>ΔH3>ΔH1
解析：题中浓H2SO4稀释放热，稀醋酸、稀硝酸符合中和热测定浓度要求，但醋酸是弱酸，电离时要吸热。所以放出热量大小顺序：浓H2SO4>稀硝酸>稀醋酸。对于放热反应，ΔH<0，即ΔH为负值，放热越多，ΔH反而越小。
5．下列酸与碱中和反应热化学方程式可用：
H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3
kJ·mol－1来表示的是(Q1，Q2，Q3，Q4都大于0)( C )
A．CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)===CH3COONa(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－Q1
kJ·mol－1
B.H2SO4(浓)＋NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－Q2
kJ·mol－1
C．HNO3(aq)＋NaOH(aq)===NaNO3(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－Q3
kJ·mol－1
D.H3PO4(aq)＋Ba(OH)2(aq)===Ba3(PO4)2(s)＋H2O(l) ΔH＝－Q4
kJ·mol－1
解析：当强酸与强碱在稀溶液中发生中和反应时，1
mol
H＋与1
mol
OH－反应生成1
mol
H2O放出57.3
kJ的热量。CH3COOH、H3PO4电离要吸热，浓H2SO4稀释时要放热，故A、B、D均不符合题意。答案选C。
6．为了测酸碱反应的中和热，计算时至少需要的数据是( C )
①酸的浓度和体积 ②碱的浓度和体积 ③比热容
④反应后溶液的质量 ⑤生成水的物质的量
⑥反应前后温度变化 ⑦操作所需的时间
A．①②③⑥
B．①③④⑤
C．③④⑤⑥
D．全部
解析：由生成水的物质的量，即可确定反应的酸和碱的物质的量，所以有⑤，就不需要①②，操作所需的时间和反应热没有关系，当然，操作时间短一些，可以减少热量损失，但不是必需数据。
7．已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3
kJ/mol，回答问题。
(1)用含20
g
NaOH的稀溶液跟足量稀盐酸反应放出28.65
kJ的热量。
(2)用含2
mol
H2SO4的稀溶液跟足量稀NaOH反应，此反应的中和热为－57.3_kJ/mol。
(3)如果将(1)反应中的稀盐酸换成稀醋酸，反应放出的热量小于(填“大于”“小于”或“等于”)(1)放出的热量。
解析：(1)＝0.5
mol，所以0.5
mol
NaOH与足量稀盐酸反应放出的热量为0.5
mol×57.3
kJ/mol＝28.65
kJ。
(2)据中和热的定义可知，中和热与强酸、强碱的物质的量的多少无关，中和热为－57.3
kJ/mol。
(3)因醋酸为弱酸，与NaOH中和时，需不断的电离出H＋，而电离过程中要吸收热量，故反应放出的热量会减小。
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13
-第4课时 反应热的计算
一、盖斯定律
1．内容：不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。或者说，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
2．从能量守恒定律理解：
从S→L，ΔH1<0，体系放热；
从L→S，ΔH2>0，体系吸热；
根据能量守恒，ΔH1＋ΔH2＝0。
3．应用：因为有些反应进行得很慢，有些反应不容易直接发生，有些反应的产品不纯，这给测定反应热造成了困难。应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反应热计算出来。如求C(s)＋
O2(g)===CO(g)的反应热：
根据盖斯定律，ΔH1＝ΔH3＋ΔH2 ΔH3＝ΔH1－ΔH2。
这样就可以求出C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH3。
二、反应热的计算
1．反应热的计算依据
(1)热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项地同时改变正、负号；各项的系数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。
(2)根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式。
(3)可燃物完全燃烧产生的热＝可燃物的物质的量×其燃烧热。
2．注意事项
(1)反应热数值与各物质的化学计量数成正比，因此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时，其反应热数值需同时做相同倍数的改变。
(2)热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热。
(3)正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。
探究点一 盖斯定律的理解和应用
一、从不同角度理解盖斯定律
1．理解：
2.意义：有些反应进行得很慢，有些反应不容易直接发生，有些反应的产品不纯(有副反应发生)，这给测定反应热造成了困难。如果应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反应热计算出来。
例如，H2(g)和O2(g)生成H2O(l)的反应，既可以直接进行，此时ΔH3＝－285.8
kJ·mol－1，也可以分两步进行，先发生反应生成H2O(g)，此时ΔH1＝－241.8
kJ·mol－1，然后H2O(g)再转化为H2O(l)，此时ΔH2＝－44.0
kJ·mol－1，分析反应的焓变可得如图所示关系：
由此可见，若一个反应分步完成，则反应的总的反应热等于各步的反应热之和。
二、盖斯定律的应用
1．利用盖斯定律进行问题分析时，常用加合法和途径法
(1)加合法
将所给热化学方程式适当加减得到所求的“目标”热化学方程式过程中，反应热也做相应的处理。
由已知的若干热化学方程式或概念写目标热化学方程式或求目标热化学方程式反应热。
①若已知热化学方程式的反应物仍然是目标热化学方程式的反应物，则调整计量系数与“目标”一致后将其相加或做“基础”。
②若已知热化学方程式的反应物属于目标热化学方程式的生成物，则调整计量数与“目标”相符，再由“基础”相减。
③与目标热化学方程式无关的物质通过加减乘除消去。
④反应热相应乘以系数后再相应加减。
(2)途径法
举例
若反应物A变为生成物D，可以有两个途径：
途径Ⅰ：由A直接变成D，反应热为ΔH；
途径Ⅱ：由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。
途径Ⅰ称为“逆时针方向”途径，途径Ⅱ称为“顺时针方向”途径；两种途径反应热总和相等。
则有：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(3)实例：
如已知下列两个热化学方程式：
①P4(s，白磷)＋5O2(g)===P4O10(s)
ΔH1＝－2
983.2
kJ/mol
②P(s，红磷)＋O2(g)===P4O10(s)
ΔH2＝－738.5
kJ/mol
要写出白磷转化为红磷的热化学方程式可虚拟如下过程。
根据盖斯定律
ΔH＝ΔH1＋(－ΔH2)×4＝－2
983.2
kJ/mol＋738.5
kJ/mol×4＝－29.2
kJ/mol
所以白磷转化为红磷的热化学方程式为
P4(s，白磷)===4P(s，红磷) ΔH＝－29.2
kJ/mol
也可由①－4×②得白磷转化为红磷的热化学方程式为
P4(s，白磷)===4P(s，红磷) ΔH＝－29.2
kJ/mol
2．盖斯定律在比较物质稳定性中的应用
利用盖斯定律可以判断同素异形体、同分异构体的稳定性强弱，它们之间转化的热效应和反应热的大小。
例如：已知下列两个热化学方程式
①P4(s，白磷)＋5O2(g)===P4O10(s)
ΔH1＝－2
983.2
kJ·mol－1
②P(s，红磷)＋O2(g)===P4O10(s)
ΔH2＝－738.5
kJ·mol－1
根据盖斯定律：①－②×4可得P4(s，白磷)===4P(s，红磷)，其ΔH＝ΔH1－4×ΔH2＝－2
983.2
kJ·mol－1－4×(－738.5
kJ·mol－1)＝－29.2
kJ·mol－1，说明白磷转化为红磷的反应是放热反应，从而说明白磷的稳定性比红磷的稳定性弱。
1．相同质量的H2分别与O2完全反应生成液态水和气态水，哪一个放出的热量多？
提示：比较两者放出热量的多少可根据盖斯定律设计如下过程：
故Q1＝Q2＋ΔQ，ΔQ>0，即Q1>Q2。
因此，生成液态水放出的热量多。
2．根据以下两个反应：
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5
kJ·mol－1
CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0
kJ·mol－1
依据盖斯定律，设计合理的途径，计算出C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH。
提示：根据所给的两个反应方程式，反应C(s)＋O2(g)===CO2(g)可设计为如下途径：
ΔH1＝ΔH＋ΔH2
ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5
kJ·mol－1－(－283.0
kJ·mol－1)＝－110.5
kJ·mol－1。
【例1】 已知下列反应的热化学方程式：
6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋6N2(g)的ΔH为( )
A．12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1
B．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3
C．12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1
D．ΔH1－5ΔH2－12ΔH3
【思路分析】 本题考查对盖斯定律的理解：
【解析】 根据盖斯定律，由第三个热化学方程式×12＋第二个热化学方程式×5－第一个热化学方程式×2可得目标热化学方程式，则ΔH＝12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1。
【答案】 A
根据Ca(OH)2/CaO体系的能量循环图：
下列说法正确的是( D )
A．ΔH5>0
B．ΔH1＋ΔH2＝0
C．ΔH3＝ΔH4＋ΔH2
D．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝0
解析：水蒸气变成液态水会放出热量，ΔH5<0，故A错误；氢氧化钙分解生成氧化钙固体和水蒸气，液态水和氧化钙反应生成氢氧化钙，二者不是可逆过程，水蒸气变成液态水会放出热量，因此ΔH1＋ΔH2≠0，故B错误；根据盖斯定律，ΔH4＋ΔH2＝－ΔH3－ΔH5－ΔH1，故C错误，D正确。
探究点二 反应热的计算
反应热的计算方法
特别提示：应用盖斯定律计算反应热时应注意以下三点：
①热化学方程式同乘以某一个数时，反应热的数值也必须乘上该数。
②热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反应热也随之相加减。
③将一个热化学方程式左右颠倒时，ΔH的“＋”“－”号必须随之改变。
根据单一热化学方程式计算反应热和根据多个热化学方程式计算反应热的依据与方法有什么不同？如何操作？
提示：(1)单一热化学方程式的计算
根据热化学方程式的数据列比例式。对于热化学方程式，要注意反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热，热化学方程式中的化学计量数与各物质的物质的量成正比。
(2)多步热化学方程式的计算
运用盖斯定律将热化学方程式(包括ΔH)进行加减或乘除，得到新的热化学方程式后，再列比例式。
【例2】 已知A(g)＋C(g)===D(g) ΔH＝－Q1
kJ·mol－1，B(g)＋C(g)===E(g) ΔH＝－Q2
kJ·mol－1，Q1、Q2均大于0，且Q1>Q2，若A与B组成的混合气体1
mol与足量的C反应，放热Q3
kJ，则原混合气体中A与B的物质的量之比为( )
A.
B.
C.
D.
【解析】 设A的物质的量为x
mol，则B的物质的量为(1－x)
mol，A反应放出的热量为xQ1，B反应放出的热量为(1－x)Q2，故xQ1＋(1－x)Q2＝Q3，解得x＝，B的物质的量为
mol，A与B的物质的量之比为?＝，A项正确。
【答案】 A
已知：P4(g)＋6Cl2(g)===4PCl3(g) ΔH＝a
kJ·mol－1，P4(g)＋10Cl2(g)===4PCl5(g) ΔH＝b
kJ·mol－1。P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c
kJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2c
kJ·mol－1。下列叙述正确的是( C )
A．反应Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(g)的ΔH＝
kJ·mol－1
B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH
C．Cl—Cl键的键能为
kJ·mol－1
D．P—P键的键能为
kJ·mol－1
解析：由已知两个反应可得：Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(g) ΔH＝
kJ·mol－1，无法求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热，A、B项错误；设Cl—Cl键的键能为x
kJ·mol－1，则x
kJ·mol－1＋3×1.2c
kJ·mol－1－5c
kJ·mol－1＝
kJ·mol－1，即x＝，C项正确；设P—P键的键能为y
kJ·mol－1，P4为正四面体结构，共有6个P—P键，由题干中第1个热化学方程式得6y
kJ·mol－1＋
kJ·mol－1×6－4×3×1.2c
kJ·mol－1＝a
kJ·mol－1，y＝，D项错误。
探究点三 反应热的大小比较
反应热大小的比较是高考的常见考点，也是高中化学学习的难点。
1．总体原则
(1)比较ΔH的大小时，必须把反应热的“＋”“－”与反应热的数值看作一个整体进行比较；比较反应放出或吸收的热量时只比较数值的大小；比较“燃烧热”“中和热”时，只需比较数值的大小。
(2)反应物的状态、化学计量数不同，则ΔH不同。
(3)ΔH是带符号进行比较的，所有吸热反应的ΔH均比放热反应的ΔH大。放热反应的ΔH<0，放热越多，ΔH越小，但|ΔH|越大。
(4)同一物质，状态不同，反应热亦不同。
(5)对于可逆反应，因反应不能进行到底，实际反应过程中放出或吸收的能量要小于热化学方程式中反应热的数值。
2．比较类型
(1)同一反应，生成物的状态不同
如A(g)＋B(g)===C(g) ΔH1<0
A(g)＋B(g)===C(l) ΔH2<0
因为C(g)===C(l) ΔH3<0，而ΔH3＝ΔH2－ΔH1，则ΔH1>ΔH2。
(2)同一反应，反应物的状态不同
如S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－a
kJ/mol
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－b
kJ/mol
(3)同素异形体的不同单质发生相似反应，产物相同时
如C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－a
kJ·mol－1
C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－b
kJ·mol－1
(4)两个有联系的不同反应
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1<0
C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH2<0
C(s)CO2(g)
C(s)CO(g)CO2(g)，ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0
所以ΔH1<ΔH2。
并据此可以写出热化学方程式：CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝ΔH1－ΔH2
(5)根据中和反应中反应物的酸碱性强弱和浓度等比较大小
①浓硫酸和氢氧化钠固体反应生成1
mol
水时，反应放出的热量一定大于57.3
kJ(浓硫酸和氢氧化钠固体溶解时都会放出热量)。
②醋酸和NaOH溶液反应生成1
mol
水时，反应放出的热量一定小于57.3
kJ(醋酸电离会吸热)。
③稀硫酸和Ba(OH)2溶液反应生成1
mol
水时，反应放出的热量一定大于57.3
kJ(SO和Ba2＋反应生成BaSO4会放热)。
【例3】 下列各组热化学方程式的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(aq) ΔH8
A．①②④
B．①③④
C．②③④
D．①②③
【思路分析】 ΔH有正负之分，比较时要连同“＋”“－”一起比较，类似数学中的正、负数大小的比较。
【解析】 ①中第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得：CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝ΔH1－ΔH2，该反应为放热反应，即ΔH1－ΔH2<0，所以ΔH1<ΔH2；②等量的固态硫变为硫蒸气时吸热，故在与O2反应产生同样的SO2时，气态硫放出的热量多，即ΔH3>ΔH4；③发生同样的燃烧反应，物质的量越大，放出的热量越多，故ΔH5>ΔH6；④碳酸钙分解吸收热量，ΔH7>0，CaO与H2O反应放出热量，ΔH8<0，显然ΔH7>ΔH8。
【答案】 C
室温下，将1
mol
CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1
mol
CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为
CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为ΔH3，则下列判断正确的是( B )
A．ΔH2>ΔH3
B．ΔH1<ΔH3
C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2
D．ΔH1＋ΔH2>ΔH3
解析：根据题意可知，CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液的温度降低，热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)＋5H2O(l) ΔH1>0；CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热化学方程式为CuSO4(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq) ΔH2<0；根据盖斯定律可知，CuSO4·5H2O受热分解的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l) ΔH3＝ΔH1－ΔH2>0。根据上述分析知，ΔH2<0，ΔH3>0，则ΔH2<ΔH3，A项错误；ΔH1>0，ΔH2<0，ΔH3＝ΔH1－ΔH2，则ΔH1<ΔH3，B项正确；ΔH3＝ΔH1－ΔH2，C项错误；ΔH1>0，ΔH2<0，ΔH1＋ΔH2<ΔH3，D项错误。
1．发射“嫦娥一号”月球探测卫星的长征三号甲运载火箭的第三子级使用的燃料是液氢和液氧，已知下列热化学方程式：
①H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH1＝－285.8
kJ/mol
②H2(g)===H2(l) ΔH2＝－0.92
kJ/mol
③O2(g)===O2(l) ΔH3＝－6.84
kJ/mol
④H2O(l)===H2O(g) ΔH4＝＋44.0
kJ/mol
则反应H2(l)＋O2(l)===H2O(g)的反应热ΔH为( D )
A．＋237.46
kJ/mol
B．－474.92
kJ/mol
C．－118.73
kJ/mol
D．－237.46
kJ/mol
解析：根据盖斯定律，将反应①－②－③×＋④可得目标反应方程式，其反应热ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3×＋ΔH4＝－237.46
kJ/mol。
2．灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。
已知：①Sn(s，白)＋2HCl(aq)===SnCl2(aq)＋H2(g) ΔH1
下列说法正确的是( D )
A．ΔH1>ΔH2
B．锡在常温下以灰锡状态存在
C．灰锡转化为白锡的反应是放热反应
D．锡制器皿长期处在低于13.2
℃的环境中，会自行毁坏
解析：本题主要考查了盖斯定律的应用及一定条件下物质的稳定性。根据盖斯定律，②－①，得Sn(s，灰)??Sn(s，白)；ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝＋2.1
kJ·mol－1，因此很容易判断出，A是错误的；锡在常温下以白锡状态存在；灰锡转化为白锡的反应为吸热反应；由③可看出，在低于13.2
℃的环境中，锡易变成粉末状的灰锡，自行毁坏。
3.盖斯定律指出：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，而与反应进行的具体途径无关。物质A在一定条件下可发生一系列转化，由图判断下列关系，其中错误的是( B )
A．A→F，ΔH＝－ΔH6
B．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝1
C．C→F，|ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|
D．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－ΔH4－ΔH5－ΔH6
解析：A项，F→A，ΔH＝ΔH6，则A→F，ΔH＝－ΔH6，A项正确。B项，6个步骤相加即回到原点，则ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0，B项错误。C项，F→C，ΔH＝ΔH6＋ΔH1＋ΔH2，则C→F，|ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|，C项正确。D项，D→A与A→D的过程恰好相反，即ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－ΔH4－ΔH5－ΔH6，D项正确。
4．S(单斜)和S(正交)是硫的两种同素异形体。已知：
①S(s，单斜)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－297.16
kJ/mol
②S(s，正交)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－296.83
kJ/mol
③S(s，单斜)===S(s，正交) ΔH3
下列说法正确的是( C )
A．ΔH3＝＋0.33
kJ/mol
B．单斜硫转化为正交硫的反应是吸热反应
C．S(s，单斜)===S(s，正交) ΔH3<0，正交硫比单斜硫稳定
D．S(s，单斜)===S(s，正交) ΔH3>0，单斜硫比正交硫稳定
解析：根据盖斯定律得③＝①－②，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－0.33
kJ·mol－1，说明反应③为放热反应，单斜硫的能量比正交硫的高，正交硫更稳定。
5．已知：1
mol晶体硅中含有2
mol
Si—Si键。工业上高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)，根据表中所列化学键的键能数据，可判断出该反应的反应热ΔH为( C )
化学键
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
键能/(kJ·mol－1)
360
436
431
176
A.＋412
kJ·mol－1
B．－412
kJ·mol－1
C．＋236
kJ·mol－1
D．－236
kJ·mol－1
解析：1
mol晶体硅中所含的Si—Si键为2
mol，即工业上制取高纯硅的反应的反应热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。
6．(1)已知：
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8
kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5
kJ·mol－1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3
kJ·mol－1。
(2)焙烧产生的SO2可用于制硫酸。已知25
℃、101
kPa时：
2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g) ΔH1＝－197
kJ·mol－1；
H2O(g)===H2O(l) ΔH2＝－44
kJ·mol－1；
2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)
ΔH3＝－545
kJ·mol－1。
则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130
kJ·mol－1。
解析：(1)根据盖斯定律，由第二个热化学方程式减去第一个热化学方程式得C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3
kJ·mol－1。(2)利用盖斯定律，将(第三个热化学方程式－第一个热化学方程式－第二个热化学方程式×2)×，可得SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝(ΔH3－ΔH1－2ΔH2)＝－130
kJ·mol－1。
7．(1)随着化石能源的减少，新能源的开发利用日益迫切。Bunsen热化学循环制氢工艺由下列三个反应组成：
SO2(g)＋I2(g)＋2H2O(g)===2HI(g)＋H2SO4(l)ΔH＝a
kJ·mol－1
2H2SO4(l)===2H2O(g)＋2SO2(g)＋O2(g)ΔH＝b
kJ·mol－1
2HI(g)===H2(g)＋I2(g) ΔH＝c
kJ·mol－1
则：2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝(2a＋b＋2c)
kJ·mol－1。
(2)据粗略统计，我国没有经过处理便排放的焦炉煤气已超过250亿立方米，这不仅是能源的浪费，也对环境造成极大污染。为解决这一问题，我国在2004年起已利用焦炉煤气制取甲醇及二甲醚。
已知CO中的C与O之间为三键连接，且合成甲醇的主要反应原理为CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH。下表所列为常见化学键的键能数据：
化学键
C—C
C—H
H—H
C—O
C≡O
H—O
348
414
436
326.8
1
032
464
则该反应的ΔH＝－128.8
kJ·mol－1。
(3)恒温恒容条件下，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图所示。
已知：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)ΔH＝－196.6
kJ·mol－1
①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式：S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－297
kJ·mol－1。
②ΔH2＝－78.64
kJ·mol－1。
解析：(1)将题给热化学方程式依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根据盖斯定律，由Ⅰ×2＋Ⅱ＋Ⅲ×2得2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝(2a＋b＋2c)
kJ·mol－1。(2)根据ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，可得该反应的ΔH＝1
032
kJ·mol－1＋2×436
kJ·mol－1－3×414
kJ·mol－1－326.8
kJ·mol－1－464
kJ·mol－1＝－128.8
kJ·mol－1。(3)①由图可知1
mol
S(s)完全燃烧放出的热量为297
kJ，故能表示硫的燃烧热的热化学方程式为S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－297
kJ·mol－1。②由图可知，参加反应的n(SO2)＝1
mol－0.2
mol＝0.8
mol，根据2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g) ΔH＝－196.6
kJ·mol－1，ΔH2＝0.8×
×(－196.6
kJ·mol－1)＝－78.64
kJ·mol－1。
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18
-第5课时 能源的充分利用
一、标准燃烧热
1．概念
25_℃、101_kPa时，1_mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。单位：kJ·mol－1。
2．意义
例如：C2H2的燃烧热为1
299.6
kJ·mol－1，表示在25_℃、101_kPa时，1_mol
C2H2完全燃烧生成CO2和液态水时放出1
299.6
kJ的热量。
二、能源
1．定义
能提供能量的自然资源，它包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。
2．类型及特点
(1)化石燃料
①种类：煤、石油、天然气。
(2)新能源
①类型：太阳能、氢能、地热能、风能、海洋能和生物质能等。
②特点：资源丰富，可以再生，没有污染或很少污染。
3．地位
能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，它的开发和利用情况可以衡量一个国家和地区的经济发展和科学技术水平。
探究点一 正确理解燃烧热
1．正确理解燃烧热
(1)燃烧热一般是由实验测得的。物质燃烧时放出的热量多少与外界条件(如温度、压强)有关(如果未注明条件，就是指25
℃、101
kPa时的热量)，还与反应物和生成物的聚集状态有关。
(2)定义中的“1
mol物质”是指1
mol纯净物(单质或化合物)。
(3)定义中“完全燃烧生成稳定的氧化物”是指单质或化合物燃烧后变为最稳定的氧化物。
完全燃烧时，下列元素要生成对应的氧化物：
C→CO2 H→H2O S→SO2
C→CO不是完全燃烧，而S→SO3不是燃烧产物，生成的水为液态，不能是气态。
(4)因为物质燃烧都是放热反应，所以表达物质燃烧热时的ΔH均为负值，即ΔH<0。
(5)燃烧热是以1
mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在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，故在其热化学方程式中常出现分数。
例如，C8H18燃烧的热化学方程式：2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l) ΔH＝－11
036
kJ/mol，C8H18的燃烧热为5
518
kJ/mol，而不是11
036
kJ/mol，表示C8H18燃烧热的热化学方程式：C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l) ΔH＝－5
518
kJ/mol。
2．燃烧热和中和热的异同
1．氢气的燃烧热ΔH＝－285.8
kJ·mol－1，想一想，下面表示氢气燃烧热的热化学方程式正确吗？
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－285.8
kJ·mol－1
提示：不正确。燃烧热测得数据的条件是25
℃，101
kPa，此时水应该是液态。
2．燃烧热与反应热ΔH有何关系？
提示：①反应热范围广，包括中和热、燃烧热、溶解热等所有化学反应中的热量变化，而燃烧热只是反应热的一种形式；②反应热有吸热与放热之分，而燃烧只能放热，即ΔH<0。可用以下图示表示：
【例1】 分析以下几个热化学方程式，其中表示燃烧热的热化学方程式的是( )
A．C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5
kJ/mol
B．C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5
kJ/mol
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6
kJ/mol
D．H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8
kJ/mol
【思路分析】
【解析】 A项中C(s)燃烧未生成稳定氧化物CO2(g)，故其反应热不能叫燃烧热；B项符合燃烧热的定义；C项H2虽然转变成了稳定的氧化物H2O(l)，但由于其反应热表示的是2
mol
H2完全燃烧时的热量变化，故不能叫燃烧热；D项参加燃烧的H2虽然是1
mol，但其生成H2O(g)，而不是H2O(l)，故它的反应热也不是H2的燃烧热。
【答案】 B
25
℃、101
kPa下，碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5
kJ/mol、285.8
kJ/mol、890.3
kJ/mol、2
800
kJ/mol，则下列热化学方程式正确的是( D )
A．C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－393.5
kJ/mol
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝＋571.6
kJ/mol
C．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－890.3
kJ/mol
D.C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)
ΔH＝－1
400
kJ/mol
解析：燃烧热是指在25
℃、101
kPa下，1
mol纯物质完全燃烧生成稳定化合物时所放出的热量，需要注意的是水为液态时稳定。在热化学方程式中ΔH<0表示放热，ΔH>0表示吸热，故在题给选项中A、B、C错误，故正确答案为D。
探究点二 燃烧热的计算方法
1．燃烧热是以1
mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此计算燃烧反应释放的热量时先应计算出可燃物的物质的量[n(可燃物)]，然后根据该可燃物的燃烧热ΔHC计算燃烧反应所释放的热量。其计算公式为Q放＝n(可燃物)×ΔHC。
2．有关燃烧热的混合物的计算方法
(1)列方程组法。列方程组法思路简单，应用普遍，但求解过程繁杂。
(2)十字交叉法。
推出：＝＝＝
(3)估算法：该方法适用于选择题，抓住选项的特点，分析估算，求解快捷。
故解此类题目时，可根据实际情况选择快而准确的解法。
【例2】 已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6
kJ/mol；C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2
220
kJ/mol。设有氢气和丙烷的混合气体5
mol，完全燃烧时放出热量为3
847
kJ，则混合气体中氢气与丙烷的体积比是( )
A．1?3
B．3?1
C．1?4
D．1?1
【思路分析】 本题为反应热和混合物的计算问题。
【解析】 方法一：常规解法——列方程。设混合气体中氢气和丙烷分别为x
mol和y
mol，由燃烧的热化学方程式可知H2的燃烧热为285.8
kJ/mol，则可得下列方程式：
联立解得x＝3.75，y＝1.25。
所以混合气体中氢气和丙烷分别为3.75
mol和1.25
mol，故二者的体积比为3?1。故选B。
方法二：估算法。由题：H2的燃烧热为285.8
kJ/mol，C3H8的燃烧热为2
220
kJ/mol；5
mol混合气体完全燃烧共放出3
847
kJ热量。可知，其中C3H8一定小于2
mol，则H2一定大于3
mol，H2与C3H8的体积比一定大于3?2，故选B。
方法三：混合物计算的另一种常规思维方法是平均值法——十字交叉法。把5
mol混合气体看做纯净气体，该气体的平均燃烧热为3
847
kJ/5
mol＝769.4
kJ/mol，有：
得V(H2)?V(C3H8)＝1
450.6?483.6＝3?1。
可得二者的物质的量之比也为3?1。故正确答案为B。
【答案】 B
在一定条件下，CO和CH4燃烧的热化学方程式如下：
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566
kJ/mol
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890
kJ/mol
由1
mol
CO和3
mol
CH4组成的混合气体在上述条件下完全燃烧时，放出的能量为( B )
A．2
912
kJ
B．2
953
kJ
C．3
236
kJ
D．3
867
kJ
解析：根据热化学方程式可知，1
mol
CO完全燃烧放出的能量为566
kJ·mol－1××1
mol＝283
kJ,
3
mol
CH4完全燃烧放出的能量为890
kJ·mol－1×3
mol＝2
670
kJ，总共放热2
670
kJ＋283
kJ＝2
953
kJ。
探究点三 能源及其分类
1．能源的概念
能源就是能提供能量的资源，它包括化石燃料(煤、石油、天然气)、光能、风能、水能、海洋能等。
2．分类
(1)按来源分类
(2)按形式分类
3.能源的重要地位
能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，它的开发和利用情况，可以用来衡量一个国家或地区的经济发展和科学技术水平。
4．解决能源危机的方法
(1)科学地控制燃烧反应，使燃料充分燃烧，提高能源的使用效率，是节约能源的重要措施。
提高燃料燃烧效率的方法有：
①将煤制成蜂窝状，以增加与空气的接触面积。
②通过一定的方法将煤转化为液体燃烧(如甲醇)。
③通过一定的方法将煤转化为气体燃料(如煤气)。
④在农村，燃烧秸秆时，常使用鼓风机(或风箱)，通过鼓入足量的空气，使秸秆充分燃烧。
⑤在使用煤气或天然气作燃料时，常通过调节燃气的进风口，通入足量的空气，保证气体的充分燃烧。
⑥在生产和生活中，还需要充分利用燃料燃烧所放出的能量。例如，火力发电厂会产生大量的余热，发电厂的附近常建有其他工厂(如水泥厂)，用发电厂产生的余热进行生产。
(2)寻找新的能源，现在正在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。它们来源丰富，可以再生，没有污染或污染很小。
5．新能源的开发
新能源是指以新技术为基础，系统开发利用的能源，包括太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能等。
(1)太阳能
将太阳能转化为人类可控制的能量一直是科学家不断探索的领域，例如，将太阳能转化为电能。美国俄亥俄州州立大学的生物化学家已成功研制出一种模拟生物体系的光化电池，该电池用叶绿体转化和储存太阳能，转化率接近1%(仿生系统转化率为0.002%)。为了将太阳能转化为电能，科学家研究了许多光电转换材料，如单晶硅材料、多晶硅材料及非晶硅材料等，因采用新技术，光电转化效率增大。
(2)氢能
氢能是人类最理想的能源，主要用作高能燃料，可应用于飞机、汽车、燃料电池等需要热能或其他形式能量的设备中。
①氢能的特点
a．氢气的密度最小，在标准状况下仅为0.089
9
g/L。
b．原料来源广，地球上分布着大量的水，其组成元素为H和O。若把其中的氢提取出来，其产生的总热量比地球上所有化石燃料燃烧放出的热量还多9
000倍。
c．燃烧性能好，与空气混合时有广泛的可燃范围。
d．无污染，氢燃烧产生H2O，不会污染环境。
e．可循环利用，生成的H2O再分解为H2和O2，可再循环使用。可谓取之不尽，用之不竭。
f．氢转化可得到的能量的形式多样，既可燃烧提供热能，进一步转化为机械能及其他能量，也可以制成燃料电池直接转化为电能。
②氢能的利用存在的问题
在目前的条件下，大规模利用氢气作为能源还需解决以下问题：
a．廉价的制氢技术，因为氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氢效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关注的问题。
b．安全可靠的贮氢和输氢方法。由于液氢易汽化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。
(3)地热能
世界上地热能蕴藏丰富，相当于煤储量的1.7亿倍。许多国家都在进行地热勘探，已发现和打出地热泉和地热井7
300多处。地热能已被用于采暖、育种、温室、发电等方面。
(4)风能
风能是太阳能的一种转换形式。地球一年可利用的风能相当于5×1014
kW·h电能，是目前全世界能量消耗的30倍。
特别提醒：以上四种能源被称为最有希望的新能源，因为它们来源丰富、可再生、对环境无污染或污染很小。
1．请思考促使燃料充分燃烧的条件有哪些？
提示：燃料充分燃烧需要考虑两点：一是燃烧时要有足够多的空气；二是燃料与空气有足够大的接触面积。若空气不足，燃料燃烧就不完全，这样不仅产生的热量少，而且产生大量的CO等物质，这些CO及燃烧不完全的颗粒等随烟气排出后，会污染空气且危害人体健康；若空气通入量过多，过量的空气会带走部分热量，同样会造成浪费。同时若使用大块的固体燃料，块状固体与空气的接触面积有限，燃料往往不能充分燃烧。
2．选择燃料的标准是什么？
提示：(1)物质的燃烧热；
(2)燃料的储量；
(3)燃料的开采、运输；
(4)燃料储存的条件、价格；
(5)燃料燃烧时的产物对生态环境的影响。
例如：液化石油气中的丙烷燃料热值高，地下石油储量丰富，开采较容易，燃烧时产生CO2、H2O对环境污染小，缺点是储存、运输不方便。
3．煤作为燃料存在的问题有哪些？
提示：(1)煤是重要的化工原料，把煤作为燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。
(2)煤直接燃烧时产生的CO、SO2等有毒气体及烟尘，对环境造成严重污染。
(3)煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低且运输不方便。
(4)可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤的利用率。
【例3】 太阳能是清洁的新能源，为了环保，我们要减少使用像煤炭这样的常规能源而大力开发新能源。下列属于新能源的是( )
①石油
②地热能
③核能
④天然气
⑤风能
⑥潮汐能
A．①②③④
B．①②④
C．②③⑤⑥
D．②⑤⑥
【思路分析】 本题考查能源分类，可以采用排除法解答，常规能源为化石燃料，包括煤、石油、天然气等，除常规能源外的多数能源为新能源。
【解析】 常规能源是指技术较为成熟且被大规模利用的能源，主要包括煤、石油、天然气等；新能源是指尚未被大规模利用、利用历史短的能源，如地热能、核能、风能、潮汐能等。风能作为新能源的利用方式是风力发电。
【答案】 C
下列图示关系不正确的是( B )
解析：燃烧热和中和热均属于反应热，二者是并列关系，A项正确；一次能源和二次能源是并列关系，而非交叉关系，B项错误；氧化还原反应既有放热反应又有吸热反应，非氧化还原反应也是既有放热反应又有吸热反应，C项正确；根据能源的分类及关系可知，D项正确。
1．下列关于热化学反应的描述中正确的是( B )
A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3
kJ/mol，则
H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH＝2×(－57.3)
kJ/mol
B．CO(g)的燃烧热是283.0
kJ/mol，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝＋2×283.0
kJ/mol
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：中和热的数值是一个定值，与几元酸几元碱反应无关，故A错；B项显然正确；放热反应有的也需要加热，C项错；甲烷燃烧生成液态水和二氧化碳所放出的热才是甲烷的燃烧热，故D项也错。
2．下列关于燃烧热的说法正确的是( D )
A．燃烧反应放出的热量就是该反应的燃烧热
B．1
mol可燃物质发生氧化反应所放出的热量就是燃烧热
C．1
mol可燃物质完全燃烧生成稳定化合物时所放出的热量就是燃烧热
D．在25
℃、101
kPa时，1
mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量就是燃烧热
解析：可燃物燃烧可以是完全燃烧也可以是不完全燃烧，而燃烧热必须是完全燃烧放出的热量，故A错误；在25
℃、1.01×105
Pa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就是该物质的燃烧热，故B、C错误，D正确。
3．为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。
下列说法正确的是( C )
A．H2O的分解反应是放热反应
B．氢能源已被普遍使用
C．2
mol
H2O(l)具有的总能量低于2
mol
H2(g)和1
mol
O2(g)的总能量
D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值
解析：2H2O2H2↑＋O2↑是吸热反应，说明2
mol
H2O(l)的总能量低于2
mol
H2(g)和1
mol
O2(g)的总能量，A错误，C正确；因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔，B、D错误。
4．在101
kPa时，32
g
CH4完全燃烧生成CO2和液态H2O，放出的热量为1
780
kJ，则甲烷的燃烧热为( C )
A．1
780
kJ/mol
B．－1
780
kJ/mol
C．890
kJ/mol
D．－890
kJ/mol
解析：32
g
甲烷的物质的量为2
mol，所以1
mol
甲烷在101
kPa时，完全燃烧放出的热量为890
kJ/mol，其热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890
kJ/mol，即甲烷的燃烧热为890
kJ/mol。
5．丙烷的热值较高，污染较小，是一种优良的燃料。试回答下列问题：
(1)如图是一定量丙烷完全燃烧生成CO2和1
mol
H2O(l)过程中的能量变化图，请在图中的括号内填入“＋”或“－”。
(2)写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式：C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2
215.0
kJ·mol－1。
(3)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型燃料，应用前景广阔。1
mol二甲醚完全燃烧生成CO2和液态水时放出1
455
kJ热量。若1
mol丙烷和二甲醚的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水时共放出1
645
kJ热量，则混合气体中，丙烷和二甲醚的物质的量之比为1?3。
解析：(1)由图可知，生成物总能量低于反应物总能量，则丙烷完全燃烧生成CO2和1
mol
H2O(l)的过程放热，ΔH<0。(2)燃烧热是指1
mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物的反应热，所以表示丙烷燃烧热的热化学方程式为C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2
215.0
kJ·mol－1。
(3)n(二甲醚)×1
455
kJ·mol－1＋[1
mol－n(二甲醚)]×2
215.0
kJ·mol－1＝1
645
kJ，解得n(二甲醚)＝0.75
mol，n(丙烷)＝1
mol－n(二甲醚)＝0.25
mol。
6．25
℃、101
kPa时，氢气和氧气反应生成1
mol
水蒸气放热241.8
kJ，该反应的热化学方程式为H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8
kJ/mol。
若1
g水蒸气转化为液态水放热2.444
kJ，则反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)的ΔH＝－571.6
kJ/mol，由此可知氢气的燃烧热为285.8
kJ/mol。
解析：书写热化学方程式时要注意：①标明反应物及生成物的聚集状态。②化学计量数改变时，ΔH也同倍数地改变。故H2燃烧生成水蒸气的热化学方程式可写成：H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8
kJ/mol或2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6
kJ/mol。36
g(2
mol)水蒸气变成36
g液态水放热：36
g×2.444
kJ/g≈88
kJ，所以2
mol
H2燃烧生成2
mol
H2O(l)时，ΔH＝－483.6
kJ/mol－88
kJ/mol＝－571.6
kJ/mol。燃烧热为1
mol
纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所释放的热量，故H2的燃烧热为＝285.8
kJ/mol。
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