PPT《2019》

2019 化学反应与能量

04 考能探究知识整合目录

09 热化学方程式与盖斯定律

11 电解池工作原理及应用

10 原电池工作原理及应用 考能探究知识整合考能探究知识整合对点集训 热化学方程式与盖斯定律 PART

04 1.

反应热、中和热、燃烧热的区别和联系 反应热 中和热 燃烧热 含义 化学反应过程中放出或吸收的热量 在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时所放出的热量 在101 kPa时,1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量 反应特点 任何反应 中和反应 燃烧反应 物质状态 物质的状态要确定 稀溶液 生成物在常温下为稳定状态 方程式配平标准 任意物质的量 以生成1 mol H2O(l)为标准 以燃烧1 mol可燃物为标准 ΔH符号 放热反应取负值,吸热反应取正值 负值 负值 能量数值的描述 必须指出是放热还是吸热或使用正负值或用ΔH表示 直接描述热量的变化时不必再指明是放出的热量,可用ΔH表示 说明 ①用键能计算:ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和②ΔH值与书写形式有关,单位一般 kJ・mol-1 ①电离吸热,溶解时吸热或放热②稀强酸与稀强碱反应的中和热ΔH为-57.3 kJ・mol-1 生成物为稳定的氧化物,如CO

2、SO

2、H2O(l)、P2O5等 ①在中学阶段,如果不指明条件就默认为通常状态,比较ΔH的相对大小时要考虑其数值的 + - ②用弱酸或弱碱的稀溶液进行中和反应时,每生成1 mol H2O(l)放出的热量小于57.3 kJ 2.热化学方程式的书写步骤 3.四种计算化学反应热的方法 (1)从宏观角度计算 ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量(2)从微观角度计算 ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和(3)从活化能角度计算 ΔH=正反应活化能-逆反应活化能 (4)利用盖斯定律计算:先书写目标热化学方程式,再计算反应热 两点说明:①不要把反应热与键能的关系和反应热与物质的总能量的关系混淆.②利用键能计算反应热时要准确把握各物质分子中化学键的数目. 考向1 热化学方程式的书写 典型例题 答案 1.【2016年天津理综,7(4)】硅和氯两元素的单质反应生成1 mol Si的最高价化合物,恢复至室温,放热687 kJ,已知该化合物的熔、沸点分别为-69 ℃和58 ℃,写出该反应的热化学方程式: 解析 SiCl4(l) ΔH=-687 kJ・mol-1 Si(s)+2Cl2(g) 解析? 根据熔、沸点可判断出产物的状态是液态,从而写出热化学方程式. 突破训练 1.正误判断,正确的划 √ ,错误的划 * .(1)甲烷的燃烧热ΔH为-890.3 kJ・mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ・mol-1( )(2)500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放出19.3 kJ热量,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-38.6 kJ・mol-1( )(3)密闭容器中,9.6 g硫粉与11.2 g铁粉混合加热生成17.6 g硫化亚铁时,放出19.12 kJ热量.则Fe(s)+S(s) FeS(s) ΔH=-95.6 kJ・mol-1( ) * * √ 解析 答案 (4)稀醋酸与0.1 mol・L-1NaOH溶液反应: CH3COOH(aq)+NaOH(aq) CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ・mol-1( ) (5)已知

1 mol氢气完全燃烧生成液态水所放出的热量为285.5 kJ,则水分解的热化学方程式为 2H2O(l) 2H2(g)+O2(g) ΔH=+285.5 kJ・mol-1( ) * * 答案 解析 解析? (1)根据燃烧热的定义可知,生成物中的水应为液态,错误.(2)因为合成氨反应为可逆反应,所以N2和H2反应生成2 mol NH3(g)时,放出的热量大于38.6 kJ,错误.(3)根据反应物的质量可以算出反应热,正确. 解析? (4)醋酸为弱酸,与NaOH溶液反应生成1 mol液态水时放出的热量小于57.3 kJ,错误.(5)正确的热化学方程式应为 H2O(l) H2(g)+ O2(g) ΔH=+285.5 kJ・mol-1, 错误. 点石成金 热化学方程式正误判断的 六个注意 考向2 利用键能求反应热 典型例题 答案 2.(2016年天津理综,10节选) CO2与CH4经催化重整,制得合成气: ? 解析 CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) 已知上述反应中相关的化学键键能数据如下: 化学键 C―H C O H―H C← O(CO) 键能/kJ・mol-1

413 745

436 1075 则该反应的ΔH= +120 kJ・mol-1 解析? ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和=413 kJ・mol-1*4 +745 kJ・mol-1*2-436 kJ・mol-1*2-2*1075 kJ・mol-1=+120 kJ・mol-1 突破训练 2.甲醇是重要的化工原料,又可作为燃料.利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主要反应如下: ①CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g) ΔH1 ②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2 ③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3 回答下列问题:已知反应①中相关化学键的键能数据如右: 化学键 H―H C―O C←O H―O C―H E/(kJ・mol-1)

436 343

1075 465

413 由此计算ΔH1= kJ・mol-1,已知ΔH2=-58 kJ・mol-1,则ΔH3= kJ・mol-1.? -100 +42 答案 解析 解析? ΔH1=1075 kJ・mol-1+436 kJ・mol-1*2-(413 kJ・mol-1*3+343 kJ・mol-1+465 kJ・mol-1)=-100 kJ・mol-1;

ΔH3=ΔH2-ΔH1=[-58-(-100)] kJ・mol-1=+42 kJ・mol-1. 点石成金 1.断开化学键吸收能量,形成化学键释放能量,ΔH=E1(反应物的键能总和)-E2(生成物的键能总和).2.计算时注意各物质的化学键个数及热化学方程式中各物质的计量数. 考向3 盖斯定律及其重要应用 典型例题 答案 3.(2018年全国Ⅱ卷,26节选) CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义.回答下列问题: 解析 (1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g). 已知:C(s)+2H2(g) CH4 (g) ΔH=-75 kJ・mol-1 C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH=-394 kJ・mol-1 C(s)+ O2(g) CO(g) ΔH=-111 kJ・mol-1 该催化重整反应的ΔH = kJ・mol-1 .? +247 解析? ΔH=-[-75+(-394)+2*111] kJ・mol-1=+247 kJ・mol-1 . 突破训练 3.锰(Mn)元素在溶液中主要以Mn2+(近无色)、MnO4- (紫红色)、MnO42- (绿色)等形式存在,MnO2(棕黑色)、MnCO3(白色)为难溶于水的固体.现根据下列3个热化学方程式:①MnO2(s)+CO(g) MnO(s)+CO2(g) ΔH=-150.6 kJ・mol-1 ②Mn3O4(s)+CO(g) 3MnO(s)+CO2(g) ΔH=-54.4 kJ・mol-1 ③3Mn2O3(s)+CO(g) 2Mn3O4(s)+CO2(g) ΔH=-142.3 kJ・mol-1 写出CO气体还原MnO2固体得到Mn2O3固体和CO2气体的热化学方程式: 2MnO2(s)+CO(g) Mn2O3(s)+CO2(g) ΔH=-217.5 kJ ・ mol-1 答案 解析 解析?利用盖斯定律,由得ΔH= kJ・mol-1 =-217.5 kJ・mol-1 点石成金 应用盖斯定律计算反应热时应注意的3个问题 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. 2.叠加各反应时,有的反应要逆向写,ΔH 符号也相应改变;

有的热化学方程式要乘 以某个系数,ΔH也要相应乘以该系数. 3.注意各分步反应的ΔH的正负. 原电池工作原理及应用 PART

04 1.构建原电池模型,类比分析原电池工作原理 2.原电池正、负极判断的 五个角度 3.关注电解质介质,掌握电极反应式的书写技巧 电极反应式的书写是电化学中的重点和难点,相关题型主要有两类:一类是给出电池装置图,根据图示信息确定正、负极,然后找出两极的反应物和生成物,按负极发生氧化反应、正极发生还原反应的规律书写电极反应式;

另一类是给出电池的总反应式,分析反应中有关元素化合价的变化情况,先写出一个比较简单的电极反应式,然后用总反应式减去已写出的电极反应式,即得到另一极的电极反应式.在书写电极反应式时还必须考虑电解质介质的酸碱性,在酸性介质中不能出现OH-,在碱性介质中不能出现H+.如酸性氢氧燃料电池中的正极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,而不是O2+4e-2O2-或O2+4e-+2H2O 4OH-. 4.有关燃料电池需注意的问题 (1)燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,起导电作用.(2)燃料电池中,在负极上发生氧化反应的是燃料(如H

2、CH

4、CH3OH等),在正极上参与 反应的是空气或氧气.(3)燃料电池是将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,一般将两个电极反应中得失电子换算为相同的数目,然后相加便得到总反应的化学方程式.(4)燃料电池反应中,负极材料不一定与电解质溶液发生反应.如燃料电池的负极为惰性电极时,就不与电解质溶液反应. 考向1 原电池的分析及电极反应式的书写 典型例题 答案 1.(2017年全国Ⅲ卷,11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为16Li+xS8 8Li2Sx(2≤x≤8).下列说法错误的是( ). 解析 D A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e- 3Li2S4 B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多 解析?根据图示可知,电池工作时,正极逐步发生Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的转化,A项正确;

负极反应式为2Li-2e-2Li+,当外电路通过0.02 mol电子时,负极参加反应的Li的物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,B项正确;

石墨烯可提高电极a的导电性,C项正确;

充电时,阳极逐步发生Li2S2→Li2S4→Li2S6→Li2S8的转化,则充电时间越长,生成的Li2S8越多,电池中的Li2S2的量越少,D项错误. 突破训练 1.目前发明的电动势法检测溶液中OH-浓度的原理如图所示,总反应式为Cu+Ag2O CuO+2Ag.下列有关说法正确的是( ). B 答案 解析 A.电池工作时,Cu电极附近溶液的c(OH-)增大B.该电池反应说明Ag2O的氧化性比CuO的强 C.负极的电极反应式为Ag2O+2e- 2Ag+O2- D.该电池也可以测量盐酸溶液中c(OH-) 解析?电池工作时,Cu电极为负极,发生的电极反应式应为Cu-2e-+2OH-CuO+H2O,Cu电极附近溶液的c(OH-)减小,A、C两项均错误;

根据总反应式可知,在反应中Cu作还原剂,Ag2O作氧化剂,CuO为氧化产物,所以Ag2O的氧化性比 CuO 的强,B项正确;

该电池的电解液必须为碱性溶液,在盐酸中不可行,D项错误. 点石成金 1.负极材料不与电解质溶液反应也能构成原电池.如燃料电池的负极为惰性电极,就不和电解质溶液反应.2.活泼金属不一定作负极.如Mg-NaOH溶液-Al构成的原电池中,Al自发地与NaOH溶液发生氧化反应,作负极. 考向2 二次电池典型例题 2.(2018年全国Ⅱ卷,12)我国科学家研发了一种室温下 可呼吸 的Na-CO2二次电池,将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na 2Na2CO3+C,下列说法错误的是( ). 解析 答案 D A.放电时,Cl 向负极移动 B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2 C.放电时,正极反应为3CO2+4e- D.充电时,正极反应为Na++e- Na 解析?放电时,阴离子向负极移动,A项正确;

充电时有CO2生成,放电时消耗CO2,B项正确;

放电时,正极发生CO2得电子的反应,C项正确;

充电时,阳极C失电子生成CO2,D项错误. 突破训练 2.某二次电池充、放电时的工作原理如图所示,已知放电时电池反应为Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2.下列有关说法正确的是( ). 答案 解析 B A.放电时的负极反应和充电时的阴极反应属于可逆反应B.该电池放电过程中正极区溶液的pH增大C.K与N相接时,能量由化学能转化为电能,溶液中的OH-向正极区移动D.K与M连接时,所用电源的a极为负极,阳极附近溶液的pH逐渐增大 解析?放电时的反应是自发的,充电时的反应需外接直流电源才能发生,二者的反应条件不同,所以不属于可逆反应,A项错误;

原电池工作时,正极发生反应Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,正极区溶液pH增大,B项正确;

K与N相接时是原电池,Zn作负极,Ag2O作正极,能量变化为化学能转化为电能,溶液中的OH-向负极区移动,C项错误;

K与M连接时,Zn极锌离子得电子变成锌,发生还原反应,作阴极,则所用电源的a极为负极,阳极发生反应2Ag+2OH--2e- Ag2O+H2O,附近溶液的pH逐渐减小,D项错误. 点石成金 1.放电时为原电池装置,氧化剂一定在正极得电子,还原剂一定在负极失电子,进而得到各个电极的反应.2.充电时为电解池装置,将原电池的正极反应倒过来就是电解池的阳极反应,将原电池的负极反应倒过来就是电解池的阴极反应.3.溶液中离子移动方向的判断: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. 电解池工作原理及应用 PART

04 1.构建电解池模型,类比分析电解基本原理 2.电解池阴、阳极的判断(1)根据所连接的外加电源判断:与直流电源正极相连的为阳极,与直流电源负极相连的为阴极.(2)根据电子流动方向判断:电子流动方向为从电源负极流向阴极,从阳极流向电源正极.(3)根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断:阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动.(4)根据电解池两极产物判断(一般情况下)①阴极上的现象是析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出.②阳极上的现象是有非金属单质生成,呈气态的有Cl

2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极).? 3.准确判断放电顺序,锁定放电离子(1)阳离子在阴极上的放电顺序:Ag+>

Fe3+>

Cu2+>

H+>

……(2)阴离子在阳极上的放电顺序:S2->

I->

Br->

Cl->

OH->

……4.电解池中的三个易误点(1)只有水被电解时,不要误认为溶液的pH不变或一定变化.若电解NaOH溶液,pH增大;

电解H2SO4溶液,pH减小;

电解Na2SO4溶液,pH不变.(2)在电解食盐水的过程中,阴极区显碱性.不要错误地认为阴极上产生的OH-因带负电荷,移向................