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5.盖斯定律:
对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应的焓变都是一样的(例如1mol碳先与氧气不完全燃烧生成CO,得到的CO再生成CO2这两步焓变的总和,与1mol碳和氧气直接完全燃烧生成CO2时的焓变是相同的)。
利用盖斯定律可由已知反应焓变求未知反应的焓变,方法:
若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到,则该反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。
基础练习1:
已知C(s,石墨)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5kJ·
CO2(g)=CO(g)+1/2O2(g)△H2=283.0kJ·
求2C(s,石墨)+O2(g)=2CO(g)反应的焓变△H
基础练习2:
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566.0kJ·
求2C(s,石墨)+O2(g)=2CO(g)反应的焓变△H
【练习】
(2014全国卷)已知:
甲醇脱水反应:
2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△H1=-23.9kJ·
甲醇制烯经反应:
2CH3OH(g)=C2H4(g)+2H2O(g)△H2=-29.19kJ·
乙醇异构化反应:
C2H5OH(g)=CH3OCH3(g)△H3=+50.7kJ·
则乙烯气相直接水合反应:
C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g)的△H=kJ·
6.中和热:
在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态水时的反应热叫做中和热。
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)△H=-57.3kJ·
【练习】已知,CH3COOHKa=1.7×
10-5mol·
L-1,氨水NH3·
H2OKb=1.7×
L-1,将下列酸碱溶液混合,
①100ml0.1mol·
L-1盐酸和100ml0.1mol·
L-1NaOH溶液,
②50ml0.1mol·
L-1硫酸和100ml0.1mol·
L-1KOH溶液,
③100ml0.1mol·
L-1醋酸和100ml0.1mol·
④100ml0.1mol·
L-1氨水溶液,释放热量的关系正确的是:
A.①=②=③=④B.①=③=④>②C.①=②>③=④D.①>②>③=④
7.燃烧热:
在25℃,100kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热.单位为KJ·
mol-1。
(2015重庆)黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为:
S(s)+2KNO3(s)+3C(s)=K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)ΔH=xkJ·
已知碳的燃烧热ΔH1=akJ·
mol-1S(s)+2K(s)=K2S(s)ΔH2=bkJ·
2K(s)+N2(g)+3O2(g)=2KNO3(s)ΔH3=ckJ·
mol-1则x为
A.3a+b-cB.c+3a-bC.a+b-cD.c+a-b
(2015全国卷)已知反应2HI(g)=H2(g)+I2(g)的△H=+11kJ·
mol-1,1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436KJ、151KJ的能量,则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为______________kJ。
(2013全国卷)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。
由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(i)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H1=-90.1kJ·
(ii)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-49.0kJ·
水煤气变换反应:
(iii)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H3=-41.1kJ·
二甲醚合成反应:
(iv)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△H4=-24.5kJ·
回答下列问题:
由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为_____
§
2电解原理
1.化学反应通常伴随能量变化,在制取物质时常常需要给予一定能量,如果这种能量是电能,那么这种变化就涉及到电解反应。
电解:
让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质,在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。
将电能转化为化学能的装置叫做电解池(电解槽)。
在电极上进行的反应叫做电极反应,表示电极上物质的变化情况以及电子的转移情况的式子叫做电极反应式(阴、阳极分别写)
规定:
发生氧化反应的电极叫做阳极(连接电源的正极),发生还原反应的电极叫做阴极(连接电源的负极)。
在阳极获得的产物叫做阳极产物,在阳极获得的产物叫做阴极产物。
离子在电极表面得到或失去的电子过程叫做“放电”,通常阳离子在阴极放电,阴离子在阳极放电,如果带相同电荷的离子有多种,则要按“放电顺序”排队等候。
2.电解池示意图及放电顺序:
(以下放电排序按由强到弱顺序排列)
阳极(溶液中):
S2-、I-、Br-、Cl-、OH-、
含氧酸根(SO42-)
阴极(溶液中):
Ag+、Cu2+、H+、Pb2+、
Sn2+、Fe2+、Zn2+、Al3+、
Mg2+、Na+、Ca2+、K+、
电解质溶液
或熔融电解质
根据物理学知识,外电路电流由极流向极,可推知外电路中电子从电源流出,通过导线流入电解池极,溶液中离子获得电子被;
溶液中离子在电解池极失去电子,发生反应,电子继续再沿外电路移动,最终流回电源的极。
电解液中阳离子移向电解池的极。
【电解常见反应练习】
电解目的
电解熔融Al2O3(电解熔融NaCl和MgCl2规律相同)
电极反应
阳极:
阴极:
电解总反应
①电解NaCl水溶液
②电解CuSO4溶液
③电解AgNO3溶液
④电解CuCl2溶液(类似有电解稀盐酸)
⑤如果电解产物是H2、O2,则该反应是电解水。
(例如电解NaOH溶液、电解稀硫酸、电解硫酸钠溶液等)
【问题】电解结束后,如使电解液成分及浓度恢复到电解前状态,问应向①②③④⑤中分别添加什么物质?
【真题演练】
1.(2015四川)用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-和CN-氧化为两种无污染的气体,下列说法不正确的是
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式为:
Cl-+2OH--2e-=ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式为:
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:
2CN-+5ClO-+2H+=N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
2.用电解法提取氯化铜废液中的铜,方案正确的是
A.用铜片连接电源的正极,另一电极用铂片
B.用碳棒连接电源的正极,另一电极用铜片
C.用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D.用带火星的木条检验阳极产物
3.(2011年大纲全国理综6分)用石墨作电极电解CuSO4溶液。
通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的
A.CuSO4B.H2OC.CuOD.CuSO4·
5H2O
4.(2004全国Ⅲ—27.15分)电解原理在化学工业中有广泛应用。
右上图表示一个电解池,装有电解液a;
X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。
请回答以下问题:
(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液,则
①电解池中X极上的电极反应式为。
在X极附近观察到的现象是。
②Y电极上的电极反应式为,检验该电极反应产物的方法是。
(2)如要用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则
①X电极的材料是,电极反应式是。
②Y电极的材料是,电极反应式是。
(说明:
杂质发生的电极反应不必写出)
3电解原理的应用
1.电解的电极材料:
电解时作为电极的导电物质叫做电极材料。
如果该电极在电解过程中仅起导电作用而本身并不反应变化叫做惰性电解材料,如石墨、Pt,如果该电极除起导电作用还参与反应发生变化叫做非惰性电极材料。
电解时的阴极无论采用何种材料都仅起导电作用并不参与电解反应,电解时的阳极如果采用非惰性电极材料(如Cu、Fe)则电极本身会被氧化损耗。
2.电解原理应用
(1)铜的电解精炼:
将粗铜通过电解的方式提纯得到精铜的过程。
在精炼过程中,粗铜作为阳极,精铜作为阴极,电解质溶液为酸化的CuSO4溶液。
粗铜中含有的比铜活泼的金属杂质(如Zn、Fe、Ni)在电解过程中氧化成为金属阳离子进入溶液,没有铜活泼的金属在电解过程中不反应,最终沉积在电解池阳极底部被称为阳极泥。
写出电解时电极的反应。
,阳极:
。
【问题1】铜电解精炼过程中,原电解质溶液的浓度是否改变?
【问题2】铜电解精炼一段时间后,阳极质量的减少和阴极质量的增加是否相等?
(2)电镀:
应用电解原理,在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法叫做电镀。
电镀时,镀件做阴极,镀层金属做阳极,电镀液(电解质溶液)通常采用含有镀层金属离子的盐溶液。
【问题3】如果打算给铁镀上一层铜,电镀液是CuSO4溶液,阳极是纯铜,问:
①电解结束后,电解液的浓度是否变化(假设H2O不蒸发)?
②电镀过程中,镀件质量的增加与阳极质量的减少数值是否相等?
【练习】某同学打算在铜器表面镀上一层银,请设计:
①电镀时,阴极是,阳极是。
②电镀液是
③请在右框中画出电镀示意图,标注清楚电源及极性,阴、阳极及采用的物质,电镀液。
1.
(2013年北京理综6分)用石墨电极电解CuCl2溶液(如图所示)。
下列分析正确的是
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:
Cu2++2e-
Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
2.(2013年浙江理综6分)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。
在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。
已知:
3I2+6OH-
IO3-
+5I-+3H2O,下列说法不正确的是
A.右侧发生的电极反应式:
2H2O+2e-
H2↑+2OH-
B.电解结束时,右侧溶液中含有IO3-
C.电解槽内发生反应的总化学方程式:
KI+3H2O
KIO3+3H2↑
D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
3.(2013年天津理综6分)为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。
反应原理如下:
电池:
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)+2H2O(l)
电解池:
2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑电解过程中,以下判断正确的是( )
电池
电解池
A
H+移向Pb电极
B
每消耗3molPb
生成2molAl2O3
C
正极:
PbO2+4H++2e-
Pb2++2H2O
2Al+3H2O-6e-
Al2O3+6H+
D
4.(2012年安徽理综6分)某兴趣小组设计如图微型实验装置。
实验时,先断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生;
一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流表A指针偏转。
下列有关描述正确的是
A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式为:
2H++2Cl-
Cl2↑+H2↑
B.断开K2,闭合K1时,石墨电极附近溶液变红
C.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应式为:
Cl2+2e-
2Cl-
D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极
5.(2012年浙江理综6分)以铬酸钾为原料,电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下:
下列说法不正确的是
A.在阴极室,发生的电极反应为:
2OH-+H2↑
B.在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳极区H+浓度增大,使平衡
2CrO42-
+2H+
Cr2O72-
+H2O向右移动
C.该制备过程中总反应的化学方程式为4K2CrO4+4H2O
2K2Cr2O7+4KOH+2H2↑+O2↑
D.测定阳极液中K和Cr的含量,若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d,则此时铬酸钾的转化率为1-
6.(15分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。
LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。
B极区电解液为__________溶液(填化学式),阳极电极反应式为__________,电解过程中Li+向_____电极迁移(填“A”或“B”)。
4原电池
1.①原电池:
电化学上将能把化学能转化为电能的装置称为原电池。
②负极发生氧化反应,正极发生还原反应。
③电池反应:
原电池的两个电极反应组成电池的总反应。
④在原电池中,正极上得电子的数目和负极上失电子的数目相等。
2.电池是提供电能的装置,原电池的的电能是由做负极的物质与电解质溶液发生反应产生的化学能转化的。
原电池中的正极仅起导电作用,溶液中的阳离子在正极上获得电子被还原。
3.当原电池的正、负极是两种活泼性不同的金属时,较活泼的金属更易失去电子做负极;
如果正、负极由金属和惰性电极物质(Pt、石墨)组成时,通常金属做负极,其他做正极。
【练习】填写下表:
原电池①
原电池②
电池示意图
电极材料
负极:
电池反应
负极:
离子移动方向
阳离子:
阴离子:
【问题】
(1)原电池①负极现象是,正极现象是。
溶液颜色的变化是,电子的流向是。
(2)原电池②负极现象是,正极现象是。
外电路中电流的方向是。
4.原电池的电极反应也可以设计成在彼此隔离的条件下进行,此时两个隔离装置需通过盐桥连接起来,盐桥起到形成闭合回路的作用。
左图负极的电极反应式:
正极的电极反应式:
电池反应:
盐桥中阴、阳离子的移动方向是:
1.某小组为研究电化学原理,设计如图2装置。
下列叙述不正确的是
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:
Cu2++2e-=Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
2.(2010年新课标全国理综6分)根据如图,可判断出下列离子方程式中错误的是
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)=2Ag+(aq)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)=2Ag(s)+Cd2+(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)=2Ag(s)+Co2+(aq)
3.(2012年福建理综6分)将如右图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c(SO42-
)增大
D.片刻后可观察到滤纸b点变红色
4.(2014广东理综化学卷,T11)某同学组装了图4所示的电化学装置,电极ⅠAl,其它均为Cu,则
A.电流方向:
电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应:
Cu2++2e-
=
Cu
5.(2013年广东理综)
(2)能量之间可以相互转化:
电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。
设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。
限选材料:
ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);
铜片,铁片,锌片和导线。
①完成原电池甲的装置示意图(见右图),并作相应标注。
要求:
在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
②铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极 。
③甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 ,
其原因是
(3)根
据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在
(2)的材料中应选 作阳极。
5化学电源
1.化学电源:
化学电源是能够实际应用的原电池。
化学电源是生产生活中实际使用的电源,它产生电能的原理与原电池是相同的,只是反应比原电池较为复杂,如同原电池一样,负极发生氧化反应,正极发生还原反应(问:
如何判断物质是发生氧化反应还是还原反应?
)。
不同于前面练习的铜锌原电池,有的化学电源的正负极不仅导电,还同时也作为反应物参与电池反应(如铅蓄电池),也有的化学电源正负极都仅起导电作用,是另外的物质在正负极(都是惰性电极)上进行了氧化反应反应(如氢氧燃料电池)。
2.可充电池:
可充电池放电时是一个原电池,将化学能转化为电能;
充电是是一个电解池,外加直流电使电池内发生电池反应的逆反应,将电能转化为化学能储存起来。
3.燃料电池:
燃料电池区别于一般的原电池和蓄电池,它的特点是电池正负极反应物气体分别储存在电池之外的容器中,两种气体分别不断地输入燃料电池的两极,通过燃料气体在负极发生的氧化反应和氧气在正极发生的还原反应,实现一个相当于燃烧反应的电池反应,将化学能转变为电能。
【基础练习】填写下表中的相应内容。
铅蓄电池
总反应:
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O
示意图
放电时
充电时
氢氧
燃料电池
酸性时
碱性时
【提升练习】写出在①电解质为KOH溶液,②电解质为酸性两种情况下,甲醇燃料电池的总反应和正负极反应。
①酸性时的总反应:
负极反应:
正极反应:
②碱性时的总反应:
1.(2014·
全国理综II化学卷)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。
下列叙述错误的是
A.a为电池的正极
B.电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi
C.放电时,a极锂的化合价发生变化
D.放电时,溶液中的Li+从b向a迁移
2.(2014全国大纲版理综化学卷)右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。
下列有关说法不正确的是
A.放电时正极反应为:
NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-
B.电池的电解液可为KOH溶液
C.充电时负极反应为:
MH+OH-→M+H2O+e-
D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高
3.(2013年新课标全国理综Ⅱ)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是
A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为:
NiCl2+2e-=Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
4.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。
下列有关微生物电池的说法错误的是
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
5.(2014·
海南单科化学卷)锂锰电池的体积小,性能优良,是常用的一次电池。
该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。
(1)外电路的电流方向是由_______极流向______极。
(填字母)
(2)电池正极反应式为________________________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?
_____(填“是”或“否”)原因是
6金属腐蚀与防护
1.电化学腐蚀:
当两种金属相接触且又同时暴露在潮湿的空气里或与电解质溶液接触时,由于形成原电池而发生腐蚀,这种腐蚀就是电化学腐蚀。
金属发生电化学腐蚀的根本原因是被腐蚀的金属成为原电池的负极,其原子失去电子变成金属阳离子,进入电解质溶液而损耗。
在引起电化学腐蚀
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