2019届一轮复习苏教版反应热和电化学教案

2019届一轮复习苏教版反应热和电化学教案

年 级 高三 学 科 化学 版 本 苏教版 内容标题 高三第一轮复习：反应热和电化学 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 反应热和电化学 二. 教学目标 了解反应热、吸热反应、放热反应的概念；了解反应热和焓变的涵义，了解焓变的表示 符号（ΔＨ）及其常用单位（kＪ/mol），认识 ΔＨ的“－”、“＋”与放热反应和吸热反应的对 应关系； 掌握热化学方程式的涵义和书写方法；了解盖斯定律的涵义，能用盖斯定律进行有关反 应热的计算。 了解电化学方面的有关知识和基本原理，掌握电化学一些相关规律；能熟练运用电化学 的有关理论知识解决生活实际中的相关问题。 三. 教学重点、难点 热化学方程式的书写及应用、盖斯定律； 原电池、电解池工作原理、电极反应式的书写，电化学原理的应用。 四. 教学过程 （一）反应热、放热反应和吸热反应的关系 1、反应热是指反应过程中释放或吸收的能量。在化学实验中，通常遇到的反应是在敞口 容器下进行的，此时的反应热等于反应过程中的热量的变化，用符号△H 表示，单位一般采 用 kJ/mol。 2、从化学键角度看，反应热近似等于反应物分子化学键断裂时吸收的总能量与生成物分 子化学键形成时释放的总能量的差值. 3、从能量的角度来看，放热反应是由于反应物分子总能量大于生成物分子的总能量，吸 热反应是由于生成物分子的总能量大于反应物分子的总能量. 如上图中，a 表示反应的活化能，b 表示反应热，该反应的 ΔＨ小于０，属于放热反应. 中学常见的放热反应有酸碱的中和反应、活泼金属与酸的反应、大多数化合反应、燃烧反应、 自发进行的氧化还原反应等；吸热反应有氢氧化钡与铵的反应、大多数分解反应、盐的水解 反应和弱电解质的电离等. 4、反应热和焓变 反应热是表示化学反应过程中整个体系的能量（即焓）增加或者减少的量值， ΔH＝H 产物—H 反应物 焓增加→吸热→则“△H>０”； 焓减少→放热→则“△H<０”。 5、反应热的计算 （1）根据键能数据计算；ΔH=反应物的键能总和－生成物的键能总和。 （2）根据热化学方程式计算；将 ΔH 看作热化学方程式中的一项，再按有关方程式的 计算步骤、格式进行计算，得出有关数据。 （3）中和热的计算：△H＝Q/n＝cm△t/n；其中：c＝4.18J/（g·℃），m 为酸碱溶液的 质量和，△t＝t2－t1，t1 是盐酸温度与 NaOH 溶液温度的平均值，n 为生成水的物质的 量。 燃烧热的计算：一定量的可燃物燃烧放出的总热量=燃烧热×可燃物的物质的量。 （4）盖斯定律 1840 年，俄国化学家盖斯从大量实验事实中总结出一条规律：化学反应不管是一步完 成还是分几步完成，其反应热是相同的。 即化学反应的反应热（能量）只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关， 而与具体反应进行的途径无关。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相同，这就是盖斯定律。如： 有：△H1＝△H2＋△H3＋△H4 应用：计算无法直接实验测量的反应的反应热。 6、热化学方程式 热化学方程式：能表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式。书写热化学 方程式时要注意以下几点：状态、物质的量、反应热的单位及符号、条件等。 热化学方程式不仅表示了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。 7、中和热：酸碱完全中和生成１mol 水时所放出的热量称为中和热； 燃烧热：在 25℃、101kPa 时，１mol 纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热 量，叫做该物质的燃烧热。一般情况下，完全燃烧时，一般情况 C 生成 CO2；H 生成水；S 生成 SO2。中和热、燃烧热的单位一般用 kJ／mol 表示。 反应热和中和热的测定： 用于测定反应热的仪器称为量热计，测量时，一定要注意保温、隔热，要精确测量出过 程中的温度变化。 中和热的测定同样要注意保温、隔热，要用强酸与强碱的稀溶液在室温下进行，测量温 度时一定要读出最高点时的温度，计算时要将测量的热量换算成生成 1mol 水时所放出的能 量。 说明： 1、任何化学反应都有反应热。∆H 是物质所具有的能量在反应前后的变化量，若为吸热 反应，则变化后的物质所具有的能量增大，用“＋”表示，即∆H>0；若为放热反应，则变 化后的物质所具有的能量减小，用“－”表示，即∆H<0。∆H 的单位为：kJ/mol 2、书写热化学方程式应注意的几点： （1） 要注明反应的温度、压强,在化学方程式的右端注明反应热， ∆H<0 时为放热反 应，∆H>0 时为吸热反应， ∆H 的符号（“＋”和“－”）和单位（kJ/mol） 。由于绝大多 数反应的∆H 是在常温常压下测定的，因此，可不注明温度和压强。 （2） 要注明反应物和生成物的状态，因为状态不同，物质所具有的能量不同，反应热 ∆H 也不同。热化学方程式中不用“↑”“↓”。 （3） 热化学方程式各物质前的计量数不表示粒子个数，只表示物质的量，因此它可以 是整数，也可以是分数，计量数不相同，反应热数据也不同。 3、热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项，同时改变正负号，各项的系数包括∆H 的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数； 4、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∆H 相加或相减，得到一 个新的热化学方程式； 5、可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热。 （二）电化学基础： 说明： 1、化学腐蚀与电化腐蚀 化学腐蚀 电化腐蚀 含义 金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物 不纯金属或合金与电解质溶液接 质接触发生氧化还原反应而消耗的过程 触发生原电池反应而消耗的过程 得失电子 金属直接将电子转移给具有氧化性的物 质 活泼金属将电子间接转移给氧化 性较强的物质 电流 无电流产生 有微弱的电流产生 腐蚀现象 金属单质 较活泼金属 事例 金属与 O2、Cl2 等物质直接反应 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀 2、金属的电化学腐蚀有两种情况： ⑴析氢腐蚀： 负极：Fe－2e－＝Fe2＋；正极反应为：2H＋+2e－＝H2↑； ⑵吸氧腐蚀： 负极：Fe－2e－＝Fe2＋；正极反应为：2H2O＋O2＋4e− ＝4OH− 3、电解池与原电池的主要区别在于是否与外接电源相连。电解过程中阳离子的放电顺序： Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+，即与金属活动性顺序表相反，金属（氢） 阳离子的氧化性越强，其越容易得到电子。 电解过程中阴离子的放电顺序：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-，即阴离子的还原性越 强，其在电解池的阳极越容易失去电子。 4、电解原理在工业生产中有着广泛的应用。常用电解的方法制取比较活泼的金属，还可 以采用电解的方法对某些金属进行精炼提纯；也可以采用电解的方法制取氢氧化钠、氢气和 氯气等；电镀则是为了增强美观和金属的抗腐蚀能力。 5、原电池电极名称的判断方法 （1）根据电极材料的性质确定 金属—金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正 极；金属—非金属电极，金属是负极，非金属是正极；金属—化合物电极，金属是负极，化 合物是正极。 （2）根据电极反应的本身确定 失电子的反应—氧化反应—负极；得电子的反应—还 原反应—正极 6、原电池电极反应式书写关键 （1）明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化； （2）确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其他物质（如溶有或通入的 氧气）； （3）判断是否存在特定的条件（如介质中的微粒 H+、OH- 非放电物质参加反应），进 而推断电解质溶液的酸碱性的变化； （4）总的反应式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。 7、原电池、电解池、电镀池判定 （1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定； （2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属 与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池； （3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反 应的装置为原电池。 8、可充电电池的判断 放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应； 充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为阴极， 与外电源负极相连。 9、电解的有关计算方法： （1）串联电路中各电极得失电子数相等,即电路中通过的电量（电子总数）相等。通常 存在下列物质的量关系 H2~Cl2 ~ O2 ~Cu ~ 2Ag ~ 2H+ ~ 2OH- 2 1 （2）根据电极反应式或电解方程式列比例求解 【典型例题】 例 1. 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。电池的总 反应类似于 CH4 在 O2 中燃烧，则下列说法正确的是： ①每消耗 1molCH4 可以向外电路提供 8mole- ②负极上 CH4 失去电子，电极反应式 CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O ③负极上是 O2 获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH- ④电池放电后，溶液 pH 不断升高 A. ①② B. ①③ C. ①④ D. ③④ 解析：本题是考查原电池原理在燃料电池中的具体应用，首先要判断出电池的正负极， 其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应，若发生的是失电子反应是原电池 的负极，反之是正极。CH4 在铂电极上发生类似于 CH4 在 O2 中燃烧的反应，即 CH4 →CO2， 严格讲生成的 CO2 还与 KOH 反应生成 K2CO3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电 极反应式为 CH4－8e－＋10OH－＝CO32－＋7H2O，1molCH4 参加反应有 8mole－发生转移，O2 在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－＝4OH－。虽然正极产生 OH －，负极消耗 OH－，但从总反应 CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O 可看出是消耗 KOH，所 以电池放电时溶液的 pH 值不断下降，故①②正确，③④错误。 答案：A 例 2. 某一学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和 NaCl 溶液， 通电时，为使 Cl2 被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示装置，则电源 电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是： A. a 为正极，b 为负极；NaClO 和 NaCl B. a 为负极，b 为正极；NaClO 和 NaCl C. a 为阳极，b 为阴极；HClO 和 NaCl D. a 为阴极，b 为阳极；HClO 和 NaCl 解析：石墨作电极电解饱和 NaCl 溶液发生的反应是 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 伴随反应进行过程中可能发生的副反应为 2NaOH＋Cl2＝NaCl＋NaClO＋H2O，若使 Cl2 完全吸收制得有较强杀菌消毒能力的消毒液的主要成分是 NaClO 和 NaCl，怎样才能使产生 的 Cl2 与 NaOH 充分反应，只有发生器下端产生 Cl2 才能确保其被完全吸收，从中可推知电 源 a 为负极，b 为正极。 答案：B 例 3. 生物体中细胞膜内的葡萄糖，细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池， 下列有关判断正确的是： A. 正极的电极反应可能是：O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ 电解 B. 负极的可能反应是：O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ C. 负极的主要反应是 C６H１２O６（葡萄糖）生成 CO２或 HCO３－ D. 正极的主要反应是 C６H１２O６（葡萄糖）生成 CO２或 HCO３－ 解析：本题属于原电池的电极反应式的书写。首先，我们要考虑在生物体内构成微型的 生物原电池的富氧液体、细胞膜以及葡萄糖。在该种情况下发生的氧化还原反应是：C6H12O6 ＋6O2→6CO2＋6H2O，即葡萄糖的氧化反应。则根据原电池负极发生氧化反应，正极发生 还原反应的原则，可知： （－）C6H12O6－24e－＋30OH－＝6HCO３－＋18H2O（C 也可能以 CO３2－或 CO2 的形式 存在） （＋）6O2＋24e－＋12H2O＝24OH－ 总的电极反应式为：C6H12O6＋6O2＋6OH－→6HCO３－＋6H2O 综上所述，本题的答案为：AC 答案：AC 例 4. 已知蓄电池在放电时起原电池作用，充电时起电解池作用，铅蓄电池在放 电和充电时发生的化学反应可用下式表示： 据此判断下列叙述正确的是： A. 放电时蓄电池负极的电极反应式为 PbO２＋4H＋＋SO４２－＋2e－＝PbSO4＋2H2O B. 充电时蓄电池阴极的电极反应式为：PbSO4＋2e－＝Pb＋SO４２－ C. 用铅蓄电池来电解 CuSO4 溶液，要生成 1.6gCu，则该电池内部消耗硫酸 0.05mol D. 用铅蓄电池充电时，若要使 3.03kgPbSO4 转变为 Pb 和 PbO２，则需通过 20mol 电子 解析：蓄电池充电时作为电解池，是把电能转化为化学能，而放电时则是原电池，是将 化学能转化为电能。 铅蓄电池放电的电极反应为： 负极：Pb＋ －2e− ＝PbSO4↓ 正极：PbO2＋4H+＋ ＋2e− ＝PbSO4↓＋2H2O 当放电进行到硫酸浓度降低到一定浓度时即停止放电，此时需要将蓄电池进行充电，其 电极反应为： 阳极：PbSO4＋2H2O－2e− ＝PbO2＋4H+＋ 阴极：PbSO4＋2e− ＝Pb＋ 蓄电池放电和充电的总反应式： 在蓄电池中每转移 2mol 电子，消耗的硫酸的物质的量为 2mol，而在用蓄电池作为电源 电解硫酸铜溶液时，通过的电子电量相同，则生成 1.6g 铜，转移的电子电量为 0.05mol，消 耗的硫酸也为 0.05mol,，当有 3.03kg PbSO4（10mol）转变为 Pb 和 PbO２时通过的电子电量 为 10mol。 答案： BC SO4 2- SO4 2- SO4 2- SO4 2- 例 5. 下图是 2004 年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催 化剂作用下提供质子（H＋）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应， 电池总反应为 2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。下列说法正确的是： A. 左电极为电池的负极，a 处通入的物质是甲醇 B. 右电极为电池的负极，b 处通入的物质是空气 C. 负极反应式为：CH3OH＋ H2O－6e－=CO2＋6H＋ D. 正极反应式为：O2＋2H2O ＋4e－=4OH－ 解析：本题用到的信息主要有：电池的总反应式：2CH3OH＋3O2 2CO2＋4H2O。则 根据原电池的构成条件和原电池的工作原理进行分析判断。 负极发生氧化反应：CH3OH＋ H2O－6e－ CO2＋6H＋，质子从质子交换膜进入右边， 因此，左电极为负极，a 处通入的物质是甲醇； 右电极为正极，发生还原反应：O2＋4H＋＋4e－＝2 H2O，此时 b 处通入的是氧气，由 于在电极反应过程中正、负极上通过的电子的电量相同，因此正极所消耗的 H＋与负极所产 生的 H＋基本相同，溶液中 H＋基本不变，但由于生成了水，因此浓度有所减小。 综上所述，本题的答案为 AC 答案：AC 例 6. 有一硝酸盐晶体 M（NO3）x•nH2O，经测定，其摩尔质量为 242g/mol。取 1.21g 此 晶体溶于水，配制成 100mL 溶液。将此溶液置于电解池中用惰性材料作电极进行电解。当 有 0.01mol 电子通过电极时，溶液中全部金属离子即在电极上析出，经测定阴极增重 0.32g。 求：①M（NO3）x•nH2O 中 x 的值 ②M 的相对原子质量和 n 的值。 解析：用惰性电极电解 M（NO3）x 溶液时，阴极电解反应式为：Mx＋＋xe－＝ M。现 M（NO3）x•nH2O 的物质的量为 ＝0.005mol，转移的电子的物质的量为 0.01mol， 则 x＝2；由于生成的金属的质量为 0.32g；则 M＝ ＝64g/mol；又因为该物质的摩 尔质量为 242g/mol，则有：64＋2（14＋48）＋18n＝242,解得 n＝3。 答案：①x＝2，②M 的相对原子质量为 64，n 的值为 3 → → OnH 2⋅ mol005.0 g32.0