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【同步课件集】2013-2014学年高中化学选修四:专题一 化学反应与能量变化 专题归纳探究课件(苏教版选修4)


专题归纳整合
请分别用一句话表达下列关键词: 反应热 量热计 反应焓变 热化学方程式 盖斯定律 原电池 电池反应 电解 电解池 电极反应 电镀 金 属腐蚀 牺牲阳极的阴极保护法 提示 反应热:在化学反应过程中,当反应物和生成物具 有相同温度时,所吸收或放出的热量称为该反应在此温度 下的反应热。 量热计:用于测定反应热的仪器。 反应焓变:反应产物的总焓与反应物的总焓的差值。 热化学方程式:能够表示反应热的化学方程式。 盖斯定律:一个化学反应,不论是一步完成,还是分几步 完成,其总的热效应是完全相同的。

原电池:把化学能转化为电能的装置。 电池反应:原电池的两个电极反应组成电池的总反应。 电解:在直流电作用下,电解质在两个电极上分别发生氧 化反应和还原反应的过程。 电解池:将电能转化为化学能的装置。 电极反应:在电极上进行的半反应。 电镀:应用电解原理,在某些金属或非金属材料表面镀上 一薄层其他金属或合金的过程。 金属腐蚀:金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应 而腐蚀损耗的现象。 牺牲阳极的阴极保护法:形成原电池时,被保护金属作正 极(阴极),不反应受到保护;活泼金属作负极(阳极),发 生反应受到腐蚀。

1.如何判断吸热反应和放热反应? 提示 可从以下两个方面判断 (1)物质具有的能量大小 反应物总能量大于生成物总能量,则为放热反应;反应物 总能量小于生成物总能量,则为吸热反应。依据能量守恒 定律理解,若反应物总能量高于生成物总能量,那么就要 放出能量,保证能量守恒,反之亦然。 (2)键能角度 化学键的大小可以粗略计算化学反应的热效应。ΔE吸收- ΔE放出=反应物的键能总和-生成物的键能总和。若ΔE吸 收-ΔE放出>0,则反应为吸热反应;若ΔE吸收-ΔE放出<0, 则反应是放热反应。

常见的吸热反应和放热反应有哪些? 2. 提示 常见的放热反应:(1)所有的燃烧反应;(2)酸碱中 和反应;(3)金属与酸反应生成H2的反应;(4)CaO固体溶 于水等。 常见的吸热反应:如NH4Cl与Ca(OH)2反应制NH3,H2还 原CuO,乙醇制C2H4,浓盐酸制Cl2以及CaCO3、 Mg(OH)2等的分解反应。

3. 书写热化学方程式应注意哪些问题? 提示 (1)要在反应物和生成物的化学式后面用括号注明 各物质的聚集状态。一般用英文字母g、l和s分别表示气 态、液态和固态,水溶液中的溶质则用aq表示。 (2)在ΔH后要注明反应温度,因为同一反应在不同温度下 进行时,其焓变是不同的,对于298 K时进行的反应,可 以不注明温度。 (3)ΔH的单位是J· -1或kJ· -1。 mol mol (4)根据焓的性质,若化学方程式中各物质的系数加倍, 则ΔH数值的绝对值也加倍;若反应逆向进行,则ΔH的数 值改变符号,但绝对值不变。

4.电镀池与电解池的区别与联系? 提示 类型 性质 定义(装 置特点) 电解池 将电能转变成化学能 的装置 电镀池 应用电解原理在某些金属 表面镀上一层其他金属的 装置 非自发反应 有电源

反应特征 非自发反应 有电源,两极材料可 装置特征 同可不同

①两电极连接电源 ②两电极插入电解质 形成条件 溶液中 ③形成闭合回路

①镀层金属接电源正极, 待镀金属接电源负极 ②电镀液中必须含有镀层 金属的离子

类型 性质

电解池

电镀池

阳极:与电源正极相连 名称同电解池,但有限 电极名 制条件 的极 称(电极 阴极:与电源负极相连 阳极:必须是镀层金属 构成) 的极 阴极:镀件 阳极:氧化反应,溶液 中的阴离子失电子,或 阳极:金属电极失电子 电极反应 电极金属失电子 阴极:电镀液中阳离子 阴极:还原反应,溶液 得电子 中的阳离子得电子 电源负极→阴极 电子流向 同电解池 电源正极←阳极 溶液中带电 阳离子向阴极移动 同电解池 粒子的移动 阴离子向阳极移动 联系 在两极上都发生氧化还原反应

5.铜的精炼与电镀铜的主要区别是什么? 提示 电镀铜 镀层金属Cu作阳极,镀件 形成 作阴极,电镀液必须含有 条件 镀层金属的离子Cu2+ 精炼铜

粗铜作阳极,精铜作阴极, CuSO4 溶液作电解液

阳极:Zn-2e-===Zn2+, 电极 阳极:Cu-2e-===Cu2+, Cu-2e-===Cu2+等 反应 阴极:Cu2++2e-===Cu 阴极:Cu2++2e-===Cu 溶液 变化 电镀液的浓度基本不变 溶液中CuSO4浓度减小

6.金属腐蚀的类型有哪些? ?化学腐蚀 ? ?析氢腐蚀 提示 金属腐蚀 ? ? ?电化学腐蚀? 吸氧腐蚀 ? ? ?

1. 书写热化学方程式有什么防错诀窍? 提示 热化学方程式书写时常有以下错误: (1)漏写反应物或生成物的聚集状态,产生此错误的原因是没 有认识到反应热与物质的聚集状态有关。 (2)将ΔH的正、负混淆,其关键是没有理解“+”“-”所表示的 意义。 (3)未注意到:化学计量数不同,其反应热的数值也不同。反 应热的单位是kJ· -1,为每摩尔反应的热效应,故化学计量 mol 数不同时,每摩尔反应所消耗的反应物的物质的量不同,所以 热效应不同。 (4)未看清题目要求。写热化学方程式,答案不是唯一的,根 据化学计量数的不同,ΔH也不同;写表示燃烧热的热化学方 程式,可燃物的化学计量数必须为1,答案是唯一的。

2.燃烧热和中和热有什么异同? 提示
类型 比较 定义 单位 标准 注意 事项 燃烧热 中和热

热化学 方程式

在 101 kPa 时,1 mol 纯物质完 在稀溶液中, 酸跟碱发生中和 全燃烧生成稳定的氧化物时所 反应而生成 1 mol H2O 时的 放出的热量,叫做该物质的燃 反应热叫做中和热 烧热 - - kJ· mol 1 kJ· mol 1 以 1 mol 可燃物 以生成 1 mol 水 强酸与强碱在稀溶液中反应 + - 可燃物要完全燃烧生成稳定的 时,1 mol H 和 1 mol OH 生 氧化物 成 1 mol H2O 都放出 57.3 kJ 热量 1 1 1 NaOH(aq)+ H2SO4(aq)=== 2 2 CO(g)+ O2(g)===CO2(g) ΔH 2 Na2SO4(aq)+H2O(l) - =-283.0 kJ· mol 1 - ΔH=-57.3 kJ· mol 1

有关电解问题的解题步骤是怎样的? 3. 提示 (1)明确电极反应规律 ①阴极:得电子,还原反应 (一般)电极本身不参加反应;一定是电解质溶液中阳离子 “争”得电子。 ②阳极:失电子,氧化反应 若为活性电极,则电极本身参加反应;若为惰性电极,则 电解质溶液中阴离子失电子而被氧化。 (2)准确判断离子的放电顺序 离子的放电顺序主要取决于离子的本性,还与离子的浓 度、溶液的酸碱性有关。

①阳离子放电顺序(从强到弱) Ag+、Hg2+、Fe3+、Cu2+ 、H+?酸? Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+、 ; ?水溶液中只考虑此部分? Mg2+、Na+、Ca2+、K+ + + H (H2O)、Al3 ; ?只在熔融状态下放电? ②阴离子放电顺序(从强到弱) S2-、I- 、Br-、Cl-、OH- NO - 、SO 2-、CO 2- 3 4 3 ; ?水溶液中只考虑此部分?

若是活泼金属作阳极,因金属失电子能力强,阳极反应是电 极材料本身失电子被氧化,而不是阴离子放电。

(3)联系分析电解问题的基本思路模式 ①通电前:电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出 的氢离子和氢氧根离子)。 ②通电时:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,结合放电顺 序分析谁先放电。 ③写电极反应,并结合题目要求分析电解结果,如两极现 象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。 (4)判断电解后溶液pH变化的方法 根据原溶液的酸、碱性和电极产物即可对电解后溶液pH的变 化作出正确的判断,其方法如下: ①若电极产物只有H2而无O2,则pH变大。 ②若电极产物只有O2而无H2,则pH变小。 ③若电极产物既有O2又有H2,原溶液呈酸性则pH变小,原溶 液呈碱性则pH变大,原溶液呈中性则pH不变。

电化学中的计算有哪几种情况? 4. 提示 (1)原电池和电解池的计算常涉及的问题 ①两极产物的定量计算; ②溶液pH的计算[pH=-lg c(H+)]; ③相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定; ④根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电 子的量。 (2)常用的三种方法 ①根据电子守恒法计算:用于串联电路、阴阳两极产物、 正负两极产物、相同电荷量等类型的计算,其依据是电路 上转移的电子数相等; ②根据总反应式计算:先写出电极反应式,再写出总反应 式,最后根据总反应式列比例式计算;

③根据关系式计算:借得失电子守恒定律关系建立已知量与 未知量之间的桥梁,建立计算所需的关系式。如串联电路中 各电极得失电子数相等,即电路中通过的电量(电子总数)相 1 等。通常存在下列物质的量关系: H2 ~Cl2 ~ O2 ~Cu~ 2 + - 2Ag~2H ~2OH 。

(3)步骤 ①根据现象或其他条件(如果是电解池,可以根据与电源 正负极的连接情况),准确判定电极上发生氧化还原反应 的类型和电极名称; ②准确写出电极反应式; ③根据题目所给条件和所要求解的问题,使用上述合适的 方法建立等量关系求解。

学科思想培养三

新型化学电源的命题角度及解题指导

我们见到的新型电池有“氢镍电池”、“高铁电池”、“ 锌—锰碱性电池”我国首创的“海洋电池”、“燃料电池”(如新 型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子 交换膜燃料电池、CO燃料电池)、“锂离子电池”、“银锌电池 ”、“纽扣电池”等。这些电池一般具有高能环保、经久耐 用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。 取材于这些知识点的试题,由于题材广、信息新、陌生度 大,所以大多数学生对这类试题感到难,而难在何处又十分 迷茫。实际上这些题目主要考查的是学生迁移应用的能力。 具体有以下几种考查角度。

方向一 新型电池“放电”时正极、负极的判断 【知识基础】 在Zn—Cu原电池中,较活泼的金属材料作 负极,较不活泼的金属材料或非金属材料作正极。 负极:Zn-2e-===Zn2+;正极:2H++2e-===H2↑。 【解题指导】 ?元素化合价升高的物质 ? ? ?负极材料? ?发生氧化反应的物质 ? ? 新型电池中 ? ?元素化合价降低的物质 ? ? ?正极材料?发生还原反应的物质 ? ? ?

【例1】?被称之为“软电池”的纸质电池,采用一个薄层纸片作 为传导体,在其一边镀锌,而在其另一边镀二氧化锰。在 纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应 为Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH。下列说法正 确的是 ( )。 A.该电池的正极为锌 B.该电池反应中二氧化锰起催化剂作用 C.当0.1 mol Zn完全溶解时,流经电解液的电子个数为 1.204×1023 D.电池正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O===2MnOOH +2OH-

解析 由总反应式可知,二氧化锰为氧化剂而不是催化 剂,锌为还原剂,应为原电池的负极,A、B错;电子只 能经外电路流动,而不能在电解液中流动,电解液内电流 的形成是由于阴、阳离子的定向移动,C错;电池负极反 应式为Zn-2e-+H2O===ZnO+2H+,用总反应式减去 负极反应式得正极反应式为2MnO2+2e-+ 2H2O===2MnOOH+2OH-。 答案 D

方向二 新型电池“放电”时正极、负极上电极反应式的书写 【知识基础】 铅蓄电池[Pb-PbO2(H2SO4溶液)]电极反应的书 写: 负极:①Pb-2e-===Pb2+;②Pb2++SO42-===PbSO4。把二 者合起来,即负极反应式:Pb-2e-+SO42-===PbSO4。 正极:PbO2得电子变为Pb2+,①PbO2+2e-+4H+===Pb2++ 2H2O;Pb2+跟SO42-结合生成PbSO4,②Pb2++SO42- ===PbSO4。把二者合起来,即正极反应式:PbO2+2e-+4H ++SO 2-===PbSO +2H O。总反应式=正极反应式+负极 4 4 2 反应式,即:PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。

【解题指导】 首先分析物质得失电子的情况,然后再考虑电极反应生成 的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。对于较为复 杂的电极反应,可以利用总反应减较简单一极的电极反应 式,等于较复杂一极的电极反应式的方法解决。

【例2】? 结合图示判断,下列叙述正确的是

(

)。

A.Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护 B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-===Fe2+ C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-===4OH- D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,均有蓝色沉淀

解析 本题考查原电池的工作原理,意在考查考生对原电 池的工作原理的掌握情况。活泼金属作负极,失去电子, 正极金属被保护,A选项正确;Ⅰ中锌作负极、Ⅱ中铁作 负极,电极反应不同,B选项错误;Ⅰ中发生吸氧腐蚀, 正极有OH-生成,Ⅱ中发生析氢腐蚀,正极有H2生成,C 选项错误;Ⅰ中无铁离子,D选项错误。 答案 A

方向三 新型电池“充电”时阴极、阳极的判断 【知识基础】 充电的实质就是把放电时发生的变化再复 原的过程。如铅蓄电池:

【解题指导】 首先应搞明白原电池放电时的正、负极,再根据电池充电 时,阳极接正极,阴极接负极的原理,进行分析。

【例3】? 铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:Fe +Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2。下列有关该电池 的说法不正确的是 ( )。 A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2 C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低 D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-=== Ni2O3+3H2O

解析 本题考查充电电池的有关知识,意在考查考生对充 电电池正负极的判断及书写电极反应的能力。在铁镍蓄电 池中,Fe是负极,Ni2O3是正极,由于生成Fe(OH)2,则电 解液为碱性溶液,故A正确;电池放电时,负极反应为: Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2,故B正确;电池充电时, 阴极反应式为:Fe(OH)2+2e-===Fe+2OH-,阴极附近 溶液pH升高,故C错误;由充电时的总反应式减去阴极反 应式,可得到阳极反应式,D正确。 答案 C

方向四 新型电池充、放电时,电解质溶液中离子移动方 向的判断 【知识基础】 原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向 负极,如Zn—Cu(稀H2SO4)电池中:H+移向Cu极;SO42 -移向Zn极。电解池中,阳离子移向阴极,阴离子移向阳 极,符合带电微粒在电场中的运动规律。 【解题指导】 首先应分清电池是放电还是充电;再判断出正、负极或 阴、阳极,进而即可确定离子的移动方向。

【例4】? 研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的 储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH 为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说 法不正确的是 ( )。 A.水既是氧化剂又是溶剂 B.放电时正极上有氢气生成 C.放电时OH-向正极移动 D.总反应为:2Li+2H2O===2LiOH+H2↑ 解析 本题考查原电池工作原理及考生解决新情境中实际 问题的能力。该电池的负极是锂,氧化剂水在正极上得到 电子生成氢气,电解质是LiOH,故A、B、D项正确;原 电池中OH-向负极移动,C项错误。 答案 C


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