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2019届二轮复习 化学反应与能量 学案（全国通用）
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专题4 化学反应与能量
微专题
2016
2017
2018
考情透析
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
热化学方程式与盖斯定律
T26
(3)
T27
(4)
T28
(2)
T27
(1)
T28
(3)
T28
(2)
T27
(1)
T28
(2)
考向:反应热:主要考查盖斯定律的运用、热化学方程式的书写;电化学:主要考查电极反应、电解质溶液中的离子移动、充放电电池工作原理分析
题型:选择题、综合题
分值:6+4
原电池工作原理及应用
T11
T11
T11
T11
T12
T11
电解池工作原理及应用
T11
T11
T13
T27
(3)
T26
(4)
T27
(3)
09 热化学方程式与盖斯定律
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,单位一般是“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CO2、SO2、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
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▶ 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。
答案▶ Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(l) ΔH=-687 kJ·mol-1
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( )
(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( )
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。
(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。
答案▶ (1) × (2)× (3)√ (4)× (5)×
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
2.(2018年天津,10节选)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:
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
CO
H—H
C←O(CO)
键能/kJ·mol-1
413
745
436
1075
则该反应的ΔH= 。
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
答案▶ +120 kJ·mol-1
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下:
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。
解析▶ HΔ1=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。
答案▶ -100 +42
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
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:
(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
解析▶ ΔH=-[-75+(-394)+2×111] kJ·mol-1=+247 kJ·mol-1
答案▶ +247
3.锰(Mn)元素在溶液中主要以Mn2+(近无色)、Mn(紫红色)、Mn(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: 。
解析▶ 利用盖斯定律,由得ΔH= kJ·mol-1=-217.5 kJ·mol-1
答案▶ 2MnO2(s)+CO(g)Mn2O3(s)+CO2(g) ΔH=-217.5 kJ·mol-1
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。
10 原电池工作原理及应用
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-+2H2O4OH-。
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H2、CH4、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
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+xS88Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )。
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。
答案▶ D
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+Ag2OCuO+2Ag。下列有关说法正确的是( )。
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。
答案▶ B
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
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+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是( )。
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-2C+C
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。
答案▶ D
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+H2O2Ag+Zn(OH)2。下列有关说法正确的是( )。
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。
答案▶ B
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。
11 电解池工作原理及应用
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Cl2、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,移向阳极,使阳极区显碱性。
(3)电解MgCl2和AlCl3溶液时,虽然放电离子和电解NaCl溶液一样,但总的电解离子方程式不同。
5.金属的电化学保护
考向1
▶ 电解池的分析
1.(2017年全国Ⅱ卷,11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )。
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为Al3++3e-Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析▶ 铝质工件表面要形成氧化膜,铝被氧化,失电子,因此电解时待加工铝质工件为阳极,A项正确;根据电解原理可知,不锈钢网接触面积大,电解效率高,B项正确;阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,C项错误;电解时,电解质溶液中的阴离子向阳极移动,D项正确。
答案▶ C
1.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽,可使废水中的N在某一室富集,模拟装置如图所示。下列说法正确的是( )。
A.阳极室溶液由无色逐渐变成棕黄色
B.阴极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑
C.电解一段时间后阴极室溶液的pH增大
D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
解析▶ 阳极是铁放电,生成二价铁,溶液为浅绿色,A项错误;阴极发生还原反应,得电子,电极反应式为2H++2e-H2↑,B项错误;阴极室氢离子浓度减小,pH增大,C项正确;电解时,溶液中N向阴极室移动,阴极室H+放电生成H2,溶液中OH-和N结合生成NH3·H2O,所以阴极室中的溶质可能为NH3·H2O、(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4或NH4H2PO4等,D项错误。
答案▶ C
1.无外接电源的多池装置分析技巧
(1)先判断原电池,简单方法是寻找最活泼金属,确定最活泼金属所在装置为原电池,其余为电解池;还可以根据题目信息确定,能发生自发的氧化还原反应的装置为原电池。
(2)确定电极策略:与原电池负极相连的为阴极,串联装置中电极是交替出现的,即相邻电解装置的电极为阴、阳极相连。
(3)简单计算策略:多池串联装置中,相同时间内各电极得失电子数相等。
2.有外接电源的多池装置分析技巧
(1)有外接电源时,全部为电解池(包括电镀池和精炼池)。
(2)确定电极策略:与电源负极相连的是阴极,根据“电解池串联时阴、阳极交替出现”原则正推电极,也可以通过装置某极变化、现象反推电极。
(3)计算时要灵活运用电子守恒。
考向2
▶ 电极反应式的书写
2.(1)[2016年江苏,20(1)]铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2转化为Cr3+,其电极反应式为 。
(2)[2016年浙江理综,28(5)]研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在 极,该电极反应式是 。
解析▶ 根据题干信息书写,注意电解质环境和电极反应式左右两边符合电荷守恒、原子守恒。
答案▶ (1)Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O
(2)阴 CO2+6H++6e-CH3OH+H2O
2.将粗品PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液,电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图所示:
(1)阴极的电极反应式为 。
(2)当有2.07 g Pb生成时,通过质子交换膜的n(H+)= 。
解析▶ (1)电解池的阴极发生还原反应,PbC得电子还原为Pb,电极反应式为PbC+2e-Pb+4Cl-。(2)当有2.07 g Pb(0.01 mol)生成时,根据PbC+2e-Pb+4Cl-反应可知,转移电子0.02 mol,通过质子交换膜的n(H+)=0.02 mol。
答案▶ (1)PbC+2e-Pb+4Cl-
(2)0.02 mol
电解池中电极反应式的书写步骤
如果电解过程包括几个阶段,应该弄清楚每个阶段溶液中离子的放电情况,分步书写各个阶段的电极反应式和总反应式。
考向3
▶ 金属腐蚀与防护
3.(2018年北京卷,12)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是( )。
A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe
B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
解析▶ 对比②③,向②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液,无明显变化,说明②Fe附近的溶液中不含Fe2+,向③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明③Fe附近溶液中含Fe2+,②中Fe被保护,A项正确;①加入K3[Fe(CN)6]溶液,在Fe表面产生蓝色沉淀,Fe表面产生了Fe2+,对比①②的异同,①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2+,B项正确;对比①②,①加入K3[Fe(CN)6]溶液,在Fe表面产生蓝色沉淀,①也能检验出Fe2+,不能用①的方法验证Zn保护Fe,C项正确;由实验可知K3[Fe(CN)6]能将Fe氧化成Fe2+,将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼,D项错误。
答案▶ D
3.(2017年全国Ⅰ卷,11)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )。
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析▶ 由图示可知,该装置为通过“外加电流的阴极保护法”进行防腐的装置,因此需外加强大的电流抑制金属发生电化学腐蚀产生电流,即通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零,A项正确;通电后,被保护的钢管桩作阴极,高硅铸铁作阳极,因此通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,所以高硅铸铁不会被损耗,C项错误;外加电流的目的是抑制金属发生电化学腐蚀产生电流,因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,D项正确。
答案▶ C
1.一般来说(可用下列原则判断):电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
2.对同一金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
3.活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀越快。
4.对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越高,金属腐蚀的速率越快。
1.(改编)已知:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=a kJ·mol-1; 2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220 kJ·mol-1;H—H、和O—H键的键能分别为436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1,则a为( )。
A.-332 B.-118 C.+350 D.+130
解析▶ ①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=a kJ·mol-1,
②2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220 kJ·mol-1。
根据盖斯定律,由①×2-②可得2H2O(g)2H2(g)+O2(g) ΔH=+(2a+220) kJ·mol-1
根据H—H、和O—H键的键能数据,得:
4×462 kJ·mol-1-2×436 kJ·mol-1-496 kJ·mol-1=(2a+220) kJ·mol-1,解得a=+130。
答案▶ D
2.(改编)肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ):键为942、键为500、N—N键为154。则断裂1 mol N—H键所需的能量(kJ)是( )。
A.194 B.391 C.516 D.658
解析▶ 1 mol N—N键断裂,共吸收154 kJ能量;4 mol N—H键断裂,共吸收4x kJ能量;1 mol OO键断裂,共吸收500 kJ能量,由图示可知,断裂1 mol N2H4和1 mol O2中的化学键需吸收2752 kJ-534 kJ=2218 kJ能量,则154+4x+500=2218,x=391。
答案▶ B
3.(2018年白银市一中模拟)已知:
①C6H12O6(s)2C2H5OH(l)+2CO2(g) ΔH1
②6CO2(g)+6H2O(g)C6H12O6(s)+6O2(g) ΔH2
③2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) ΔH3
④2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(l)+3H2O(g) ΔH4
下列有关说法正确的是( )。
A.H2的燃烧热为
B.反应①使用催化剂,ΔH1将减小
C.标准状况下,反应②生成1.12 L O2,转移的电子数为0.1NA
D.2ΔH4=ΔH1+ΔH2-6ΔH3
解析▶ 由反应③可得H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH=-HΔ3,但氢气的燃烧热是指1 mol H2完全燃烧生成液态水时所放出的热量,所以HΔ3不是氢气的燃烧热,A项错误;催化剂不能改变反应的焓变,B项错误;反应②每生成6 mol O2转移电子24 mol,则在标准状况下,生成1.12 L O2,转移的电子数为0.N2A,C项错误;根据盖斯定律,由①+②-6×③得反应4CO2(g)+12H2(g) 2C2H5OH(l)+6H2O(g) 2HΔ4=HΔ1+HΔ2-6HΔ3,D项正确。
答案▶ D
4.(改编)酸性废水中的N可在一定条件下利用硝酸盐菌转化为N,再用如图所示的电化学装置除去N,下列有关说法正确的是( )。
A.a端是直流电源的负极
B.该装置把化学能转化为电能
C.图中离子交换膜应为阴离子交换膜
D.阴极的电极反应式为2N+12H++10e-N2↑+6H2O
解析▶ 由图可知,电解池的右侧 N转化为N2,N元素的化合价由+5价降为0价,说明右侧为电解池的阴极,因此b为电源的负极,a为电源的正极,A项错误;该装置是电解池,把电能转化为化学能,B项错误;左侧为阳极,发生的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,为保持电荷平衡,产生的H+通过离子交换膜进入右侧,所以离子交换膜为阳离子交换膜,C项错误;右侧为电解池的阴极,发生的电极反应为2N+12H++10e-N2↑+6H2O,D项正确。
答案▶ D
5.(改编)NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂,工业上可采用电解法制备,工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )。
A.若直流电源为铅蓄电池,则b极为Pb
B.阳极反应式为ClO2+e-Cl
C.交换膜左侧NaOH的物质的量不变,气体X为Cl2
D.制备18.1 g NaClO2时,理论上有0.2 mol Na+由交换膜左侧向右侧迁移
解析▶ 左边通入ClO2,ClO2得电子产生Cl,故左边电极为阴极,连接电源的负极,铅蓄电池中Pb极为负极,则a极为Pb,A项错误;阳极Cl-失电子产生Cl2,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,B项错误;交换膜左侧NaOH不参与电极反应,物质的量不变,根据B项分析可知气体X为Cl2,C项正确;电解池中阳离子向阴极移动,则制备18.1 g(0.2 mol)NaClO2时,转移电子0.2 mol,理论上有0.2 mol Na+由交换膜右侧向左侧迁移,D项错误。
答案▶ C
6.(改编)硼酸(H3BO3)为一元弱酸,已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH-B(OH)4-,H3BO3可以通过电解的方法制备,其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法错误的是( )。
A.a为阳极
B.阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+
C.B(OH)4-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室
D.当电路中通过3 mol电子时,可得到1 mol H3BO3
解析▶ a与电源的正极相连接,为阳极,A项正确;阳极发生氧化反应,硫酸中的阴离子有OH-和S,因为还原性OH->S,所以失去电子的是OH-,OH-来自水的电离,故阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,B项正确;电解时阴极上水得电子生成H2和OH-,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,原料室中的Na+通过阳膜进入阴极室,B(OH)4-通过阴膜进入产品室,C项正确;阳极室中氢离子通过阳膜进入产品室,理论上每生成1 mol H3BO3,需要1 mol H+、1 mol B(OH)4-,故需要转移1 mol电子,D项错误。
答案▶ D
7.(改编)铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池,电池结构如图1所示,工作原理为Fe3++Cr2+放电充电Fe2++Cr3+。图2为利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫的质子膜燃料电池。下列说法正确的是( )。
A.图1电池放电时,Cl-从负极穿过选择性透过膜移向正极
B.图1电池放电时,电路中每通过0.1 mol电子,Fe3+浓度降低0.1 mol·L-1
C.用图2电池给图1装置充电时,图2中电极a接图1的正极
D.用图2电池给图1装置充电时,每生成1 mol S2(s),图1装置中就有4 mol Cr3+被还原
解析▶ 根据原电池工作原理,内电路中的阴离子向负极移动,A项错误;电池放电时,电路中每通过0.1 mol电子,Fe3+的物质的量减小0.1 mol,但其浓度降低多少由溶液体积决定,B项错误;图2中在电极a上,H2S失去电子生成S2,所以电极a为负极,应连接图1的负极,C项错误;在图2中每生成1 mol S2(s)转移4 mol电子,则图1中就有4 mol Cr3+被还原为Cr2+,D项正确。
答案▶ D
8.某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是( )。
A.正极反应式为AgCl+e-Ag+Cl-
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子
解析▶ A项, 正极发生Cl2得电子生成Cl-的反应,错误;B项,左侧Ag被氧化,生成的Ag+转化为AgCl,故左侧溶液中有大量白色沉淀生成,错误;C项,若用NaCl溶液代替盐酸,电池总反应不变,错误;D项,当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧产生的0.01 mol Ag+与盐酸中的Cl-结合生成AgCl沉淀,同时约有0.01 mol H+通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中,故左侧溶液共约减少0.02 mol离子,正确。
答案▶ D
9.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是( )。
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-xLi++C6
C.充电时,若转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7x g
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+Li+
解析▶ 充电时石墨电极的电极反应式为xLi++C6+xe-LixC6,转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7 g,C项错误。
答案▶ C
10.全钒液流电池装置如图所示,电解液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法错误的是( )。
A.充电时,氢离子通过交换膜移向右侧
B.充电时,电源负极连接a电极
C.放电时,装置发生的总反应为V+V2++2H+VO2++V3++H2O
D.质子交换膜可阻止V与V2+直接发生反应
解析▶ 根据图示的箭头和物质化合价变化,可推知放电时a为正极,b为负极;充电时a为阳极,b为阴极。充电时阳离子向阴极移动,A项正确;充电时,电源负极连接b电极,B项错误;根据放电箭头方向的反应物和产物,可以写出放电时的总反应,C项正确;质子交换膜只允许氢离子通过,V与V2+不能通过质子交换膜,因此无法接触发生反应,D项正确。
答案▶ B
11.依据信息书写热化学方程式。
(1)在25 ℃、101 kPa下,一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ,其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀,则乙醇燃烧的热化学方程式为 。
(2)已知25 ℃、101 kPa时,Mn(s)+O2(g)MnO2(s) ΔH=-520 kJ·mol-1;
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-297 kJ·mol-1;
Mn(s)+S(s)+2O2(g)MnSO4(s) ΔH=-1065 kJ·mol-1。
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是 。
(3)用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。该转化可通过如图所示的催化循环实现。
其中,反应①为2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1
反应②生成1 mol Cl2的反应热为ΔH2,则总反应的热化学方程式为 (反应热用ΔH1和ΔH2表示)。
(4)NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化如图所示,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。
解析▶ (1)因生成的CO2用过量饱和石灰水完全吸收,可得100 g (1 mol) CaCO3沉淀,由碳元素守恒可知,二氧化碳的物质的量也为1 mol,即生成1 mol二氧化碳放出的热量为Q kJ,而完全燃烧1 mol无水乙醇时生成2 mol二氧化碳,则放出的热量为Q kJ×2=2Q kJ,热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2Q kJ·mol-1。
(2)将已知的热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由③-②-①可得MnO2(s)+SO2(g)MnSO4(s) ΔH=-248 kJ·mol-1。
(3)由图示可知,整个过程为4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g),反应①为2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1,反应②的热化学方程式为CuCl2(s)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g) ΔH2,根据盖斯定律,由①+②可得总反应的热化学方程式为2HCl(g)+O2(g)H2O(g)+Cl2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2。
(4)该反应的焓变ΔH=E1-E2=134 kJ·mol-1-368 kJ·mol-1=-234 kJ·mol-1,热化学方程式为NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·mol-1。
答案▶ (1)C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2Q kJ·mol-1
(2)MnO2(s)+SO2(g)MnSO4(s) ΔH=-248 kJ·mol-1
(3)2HCl(g)+O2(g)H2O(g)+Cl2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2
(4)NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·mol-1
12.(1)电解尿素[化学式为CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置如图1所示(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为 。
(2)间接电化学方法除去尿素[CO(NH2)2]的原理如图2所示。阳极室中发生的反应依次为 。
电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将 (填“增大”“减小”或“不变”);若两极共收集到气体13.44 L(标准状况),则除去的尿素为 g(忽略气体的溶解)。
解析▶ (2)右室消耗氢离子,左侧等量的氢离子移向右室,pH不变。
答案▶ (1)CO(NH2)2-6e-+8OH-C+N2↑+6H2O
(2)2Cl--2e-Cl2↑、CO(NH2)2+3Cl2+H2OCO2+N2+6HCl 不变 7.2
13.特殊情境电解池电极反应式的书写。
(1)以铝棒为阳极,在H2SO4 溶液中电解,铝棒表面形成氧化膜,阳极反应式为 。
(2)MnO2的生产方法之一是电解酸化的MnSO4溶液,阳极反应式是 。
(3)电解精炼银的装置如图1所示, (填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银,若b极有少量红棕色气体产生,则生成该气体的电极反应式为 。
图1
(4)图2所示装置可用于制备N2O5 。
图2
①N2O5在电解池的阳极区生成,其电极反应式为 。
②阴极区产生的无色气体被氧化为红棕色后可以转化为N2O4,当电路中通过6 mol e-时整个电解槽中参加反应的硝酸为 mol。
答案▶ (1)2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+
(2)Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+
(3)a N+e-+2H+NO2↑+H2O
(4)①N2O4-2e-+2HNO32N2O5+2H+
②8
14.请根据化学学科中的基本理论,回答下列问题:
(1)纳米级的Cu2O可作为太阳光分解水的催化剂,火法还原CuO可制得Cu2O。已知:1 g C(s)燃烧全部生成CO时放出热量9.2 kJ,Cu2O(s)与O2(g)反应的能量变化如图1所示。请写出用足量炭粉还原CuO(s)制备Cu2O(s)的热化学方程式: 。
图1
(2)以甲醇燃料电池为电源,用电解法制备Cu2O的装置如图2所示:
①气体A的化学式为 。
②电解池中,阳极的电极反应式为 。
③电解一段时间后,欲使电解池溶液恢复原来的组成,应向其中补充一定量的 (填化学式)。
答案▶ (1)2CuO(s)+C(s)CO(g)+Cu2O(s) ΔH=+35.6 kJ·mol-1
(2)①O2
②2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O
③H2O
微专题
2016
2017
2018
考情透析
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
热化学方程式与盖斯定律
T26
(3)
T27
(4)
T28
(2)
T27
(1)
T28
(3)
T28
(2)
T27
(1)
T28
(2)
考向:反应热:主要考查盖斯定律的运用、热化学方程式的书写;电化学:主要考查电极反应、电解质溶液中的离子移动、充放电电池工作原理分析
题型:选择题、综合题
分值:6+4
原电池工作原理及应用
T11
T11
T11
T11
T12
T11
电解池工作原理及应用
T11
T11
T13
T27
(3)
T26
(4)
T27
(3)
09 热化学方程式与盖斯定律
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,单位一般是“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CO2、SO2、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
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▶ 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。
答案▶ Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(l) ΔH=-687 kJ·mol-1
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( )
(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( )
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。
(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。
答案▶ (1) × (2)× (3)√ (4)× (5)×
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
2.(2018年天津,10节选)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:
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
CO
H—H
C←O(CO)
键能/kJ·mol-1
413
745
436
1075
则该反应的ΔH= 。
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
答案▶ +120 kJ·mol-1
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下:
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。
解析▶ HΔ1=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。
答案▶ -100 +42
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
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:
(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
解析▶ ΔH=-[-75+(-394)+2×111] kJ·mol-1=+247 kJ·mol-1
答案▶ +247
3.锰(Mn)元素在溶液中主要以Mn2+(近无色)、Mn(紫红色)、Mn(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: 。
解析▶ 利用盖斯定律,由得ΔH= kJ·mol-1=-217.5 kJ·mol-1
答案▶ 2MnO2(s)+CO(g)Mn2O3(s)+CO2(g) ΔH=-217.5 kJ·mol-1
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。
10 原电池工作原理及应用
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-+2H2O4OH-。
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H2、CH4、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
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+xS88Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )。
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。
答案▶ D
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+Ag2OCuO+2Ag。下列有关说法正确的是( )。
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。
答案▶ B
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
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+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是( )。
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-2C+C
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。
答案▶ D
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+H2O2Ag+Zn(OH)2。下列有关说法正确的是( )。
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。
答案▶ B
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。
11 电解池工作原理及应用
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Cl2、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,移向阳极,使阳极区显碱性。
(3)电解MgCl2和AlCl3溶液时,虽然放电离子和电解NaCl溶液一样,但总的电解离子方程式不同。
5.金属的电化学保护
考向1
▶ 电解池的分析
1.(2017年全国Ⅱ卷,11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )。
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为Al3++3e-Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析▶ 铝质工件表面要形成氧化膜,铝被氧化,失电子,因此电解时待加工铝质工件为阳极,A项正确;根据电解原理可知,不锈钢网接触面积大,电解效率高,B项正确;阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,C项错误;电解时,电解质溶液中的阴离子向阳极移动,D项正确。
答案▶ C
1.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽,可使废水中的N在某一室富集,模拟装置如图所示。下列说法正确的是( )。
A.阳极室溶液由无色逐渐变成棕黄色
B.阴极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑
C.电解一段时间后阴极室溶液的pH增大
D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
解析▶ 阳极是铁放电,生成二价铁,溶液为浅绿色,A项错误;阴极发生还原反应,得电子,电极反应式为2H++2e-H2↑,B项错误;阴极室氢离子浓度减小,pH增大,C项正确;电解时,溶液中N向阴极室移动,阴极室H+放电生成H2,溶液中OH-和N结合生成NH3·H2O,所以阴极室中的溶质可能为NH3·H2O、(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4或NH4H2PO4等,D项错误。
答案▶ C
1.无外接电源的多池装置分析技巧
(1)先判断原电池,简单方法是寻找最活泼金属,确定最活泼金属所在装置为原电池,其余为电解池;还可以根据题目信息确定,能发生自发的氧化还原反应的装置为原电池。
(2)确定电极策略:与原电池负极相连的为阴极,串联装置中电极是交替出现的,即相邻电解装置的电极为阴、阳极相连。
(3)简单计算策略:多池串联装置中,相同时间内各电极得失电子数相等。
2.有外接电源的多池装置分析技巧
(1)有外接电源时,全部为电解池(包括电镀池和精炼池)。
(2)确定电极策略:与电源负极相连的是阴极,根据“电解池串联时阴、阳极交替出现”原则正推电极,也可以通过装置某极变化、现象反推电极。
(3)计算时要灵活运用电子守恒。
考向2
▶ 电极反应式的书写
2.(1)[2016年江苏,20(1)]铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2转化为Cr3+,其电极反应式为 。
(2)[2016年浙江理综,28(5)]研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在 极,该电极反应式是 。
解析▶ 根据题干信息书写,注意电解质环境和电极反应式左右两边符合电荷守恒、原子守恒。
答案▶ (1)Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O
(2)阴 CO2+6H++6e-CH3OH+H2O
2.将粗品PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液,电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图所示:
(1)阴极的电极反应式为 。
(2)当有2.07 g Pb生成时,通过质子交换膜的n(H+)= 。
解析▶ (1)电解池的阴极发生还原反应,PbC得电子还原为Pb,电极反应式为PbC+2e-Pb+4Cl-。(2)当有2.07 g Pb(0.01 mol)生成时,根据PbC+2e-Pb+4Cl-反应可知,转移电子0.02 mol,通过质子交换膜的n(H+)=0.02 mol。
答案▶ (1)PbC+2e-Pb+4Cl-
(2)0.02 mol
电解池中电极反应式的书写步骤
如果电解过程包括几个阶段,应该弄清楚每个阶段溶液中离子的放电情况,分步书写各个阶段的电极反应式和总反应式。
考向3
▶ 金属腐蚀与防护
3.(2018年北京卷,12)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是( )。
A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe
B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
解析▶ 对比②③,向②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液,无明显变化,说明②Fe附近的溶液中不含Fe2+,向③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明③Fe附近溶液中含Fe2+,②中Fe被保护,A项正确;①加入K3[Fe(CN)6]溶液,在Fe表面产生蓝色沉淀,Fe表面产生了Fe2+,对比①②的异同,①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2+,B项正确;对比①②,①加入K3[Fe(CN)6]溶液,在Fe表面产生蓝色沉淀,①也能检验出Fe2+,不能用①的方法验证Zn保护Fe,C项正确;由实验可知K3[Fe(CN)6]能将Fe氧化成Fe2+,将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼,D项错误。
答案▶ D
3.(2017年全国Ⅰ卷,11)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )。
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析▶ 由图示可知,该装置为通过“外加电流的阴极保护法”进行防腐的装置,因此需外加强大的电流抑制金属发生电化学腐蚀产生电流,即通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零,A项正确;通电后,被保护的钢管桩作阴极,高硅铸铁作阳极,因此通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,所以高硅铸铁不会被损耗,C项错误;外加电流的目的是抑制金属发生电化学腐蚀产生电流,因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,D项正确。
答案▶ C
1.一般来说(可用下列原则判断):电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
2.对同一金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
3.活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀越快。
4.对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越高,金属腐蚀的速率越快。
1.(改编)已知:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=a kJ·mol-1; 2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220 kJ·mol-1;H—H、和O—H键的键能分别为436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1,则a为( )。
A.-332 B.-118 C.+350 D.+130
解析▶ ①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=a kJ·mol-1,
②2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220 kJ·mol-1。
根据盖斯定律,由①×2-②可得2H2O(g)2H2(g)+O2(g) ΔH=+(2a+220) kJ·mol-1
根据H—H、和O—H键的键能数据,得:
4×462 kJ·mol-1-2×436 kJ·mol-1-496 kJ·mol-1=(2a+220) kJ·mol-1,解得a=+130。
答案▶ D
2.(改编)肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ):键为942、键为500、N—N键为154。则断裂1 mol N—H键所需的能量(kJ)是( )。
A.194 B.391 C.516 D.658
解析▶ 1 mol N—N键断裂,共吸收154 kJ能量;4 mol N—H键断裂,共吸收4x kJ能量;1 mol OO键断裂,共吸收500 kJ能量,由图示可知,断裂1 mol N2H4和1 mol O2中的化学键需吸收2752 kJ-534 kJ=2218 kJ能量,则154+4x+500=2218,x=391。
答案▶ B
3.(2018年白银市一中模拟)已知:
①C6H12O6(s)2C2H5OH(l)+2CO2(g) ΔH1
②6CO2(g)+6H2O(g)C6H12O6(s)+6O2(g) ΔH2
③2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) ΔH3
④2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(l)+3H2O(g) ΔH4
下列有关说法正确的是( )。
A.H2的燃烧热为
B.反应①使用催化剂,ΔH1将减小
C.标准状况下,反应②生成1.12 L O2,转移的电子数为0.1NA
D.2ΔH4=ΔH1+ΔH2-6ΔH3
解析▶ 由反应③可得H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH=-HΔ3,但氢气的燃烧热是指1 mol H2完全燃烧生成液态水时所放出的热量,所以HΔ3不是氢气的燃烧热,A项错误;催化剂不能改变反应的焓变,B项错误;反应②每生成6 mol O2转移电子24 mol,则在标准状况下,生成1.12 L O2,转移的电子数为0.N2A,C项错误;根据盖斯定律,由①+②-6×③得反应4CO2(g)+12H2(g) 2C2H5OH(l)+6H2O(g) 2HΔ4=HΔ1+HΔ2-6HΔ3,D项正确。
答案▶ D
4.(改编)酸性废水中的N可在一定条件下利用硝酸盐菌转化为N,再用如图所示的电化学装置除去N,下列有关说法正确的是( )。
A.a端是直流电源的负极
B.该装置把化学能转化为电能
C.图中离子交换膜应为阴离子交换膜
D.阴极的电极反应式为2N+12H++10e-N2↑+6H2O
解析▶ 由图可知,电解池的右侧 N转化为N2,N元素的化合价由+5价降为0价,说明右侧为电解池的阴极,因此b为电源的负极,a为电源的正极,A项错误;该装置是电解池,把电能转化为化学能,B项错误;左侧为阳极,发生的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,为保持电荷平衡,产生的H+通过离子交换膜进入右侧,所以离子交换膜为阳离子交换膜,C项错误;右侧为电解池的阴极,发生的电极反应为2N+12H++10e-N2↑+6H2O,D项正确。
答案▶ D
5.(改编)NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂,工业上可采用电解法制备,工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )。
A.若直流电源为铅蓄电池,则b极为Pb
B.阳极反应式为ClO2+e-Cl
C.交换膜左侧NaOH的物质的量不变,气体X为Cl2
D.制备18.1 g NaClO2时,理论上有0.2 mol Na+由交换膜左侧向右侧迁移
解析▶ 左边通入ClO2,ClO2得电子产生Cl,故左边电极为阴极,连接电源的负极,铅蓄电池中Pb极为负极,则a极为Pb,A项错误;阳极Cl-失电子产生Cl2,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,B项错误;交换膜左侧NaOH不参与电极反应,物质的量不变,根据B项分析可知气体X为Cl2,C项正确;电解池中阳离子向阴极移动,则制备18.1 g(0.2 mol)NaClO2时,转移电子0.2 mol,理论上有0.2 mol Na+由交换膜右侧向左侧迁移,D项错误。
答案▶ C
6.(改编)硼酸(H3BO3)为一元弱酸,已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH-B(OH)4-,H3BO3可以通过电解的方法制备,其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法错误的是( )。
A.a为阳极
B.阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+
C.B(OH)4-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室
D.当电路中通过3 mol电子时,可得到1 mol H3BO3
解析▶ a与电源的正极相连接,为阳极,A项正确;阳极发生氧化反应,硫酸中的阴离子有OH-和S,因为还原性OH->S,所以失去电子的是OH-,OH-来自水的电离,故阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,B项正确;电解时阴极上水得电子生成H2和OH-,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,原料室中的Na+通过阳膜进入阴极室,B(OH)4-通过阴膜进入产品室,C项正确;阳极室中氢离子通过阳膜进入产品室,理论上每生成1 mol H3BO3,需要1 mol H+、1 mol B(OH)4-,故需要转移1 mol电子,D项错误。
答案▶ D
7.(改编)铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池,电池结构如图1所示,工作原理为Fe3++Cr2+放电充电Fe2++Cr3+。图2为利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫的质子膜燃料电池。下列说法正确的是( )。
A.图1电池放电时,Cl-从负极穿过选择性透过膜移向正极
B.图1电池放电时,电路中每通过0.1 mol电子,Fe3+浓度降低0.1 mol·L-1
C.用图2电池给图1装置充电时,图2中电极a接图1的正极
D.用图2电池给图1装置充电时,每生成1 mol S2(s),图1装置中就有4 mol Cr3+被还原
解析▶ 根据原电池工作原理,内电路中的阴离子向负极移动,A项错误;电池放电时,电路中每通过0.1 mol电子,Fe3+的物质的量减小0.1 mol,但其浓度降低多少由溶液体积决定,B项错误;图2中在电极a上,H2S失去电子生成S2,所以电极a为负极,应连接图1的负极,C项错误;在图2中每生成1 mol S2(s)转移4 mol电子,则图1中就有4 mol Cr3+被还原为Cr2+,D项正确。
答案▶ D
8.某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是( )。
A.正极反应式为AgCl+e-Ag+Cl-
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子
解析▶ A项, 正极发生Cl2得电子生成Cl-的反应,错误;B项,左侧Ag被氧化,生成的Ag+转化为AgCl,故左侧溶液中有大量白色沉淀生成,错误;C项,若用NaCl溶液代替盐酸,电池总反应不变,错误;D项,当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧产生的0.01 mol Ag+与盐酸中的Cl-结合生成AgCl沉淀,同时约有0.01 mol H+通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中,故左侧溶液共约减少0.02 mol离子,正确。
答案▶ D
9.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是( )。
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe-xLi++C6
C.充电时,若转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7x g
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+Li+
解析▶ 充电时石墨电极的电极反应式为xLi++C6+xe-LixC6,转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7 g,C项错误。
答案▶ C
10.全钒液流电池装置如图所示,电解液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法错误的是( )。
A.充电时,氢离子通过交换膜移向右侧
B.充电时,电源负极连接a电极
C.放电时,装置发生的总反应为V+V2++2H+VO2++V3++H2O
D.质子交换膜可阻止V与V2+直接发生反应
解析▶ 根据图示的箭头和物质化合价变化,可推知放电时a为正极,b为负极;充电时a为阳极,b为阴极。充电时阳离子向阴极移动,A项正确;充电时,电源负极连接b电极,B项错误;根据放电箭头方向的反应物和产物,可以写出放电时的总反应,C项正确;质子交换膜只允许氢离子通过,V与V2+不能通过质子交换膜,因此无法接触发生反应,D项正确。
答案▶ B
11.依据信息书写热化学方程式。
(1)在25 ℃、101 kPa下,一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ,其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀,则乙醇燃烧的热化学方程式为 。
(2)已知25 ℃、101 kPa时,Mn(s)+O2(g)MnO2(s) ΔH=-520 kJ·mol-1;
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-297 kJ·mol-1;
Mn(s)+S(s)+2O2(g)MnSO4(s) ΔH=-1065 kJ·mol-1。
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是 。
(3)用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。该转化可通过如图所示的催化循环实现。
其中,反应①为2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1
反应②生成1 mol Cl2的反应热为ΔH2,则总反应的热化学方程式为 (反应热用ΔH1和ΔH2表示)。
(4)NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化如图所示,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。
解析▶ (1)因生成的CO2用过量饱和石灰水完全吸收,可得100 g (1 mol) CaCO3沉淀,由碳元素守恒可知,二氧化碳的物质的量也为1 mol,即生成1 mol二氧化碳放出的热量为Q kJ,而完全燃烧1 mol无水乙醇时生成2 mol二氧化碳,则放出的热量为Q kJ×2=2Q kJ,热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2Q kJ·mol-1。
(2)将已知的热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由③-②-①可得MnO2(s)+SO2(g)MnSO4(s) ΔH=-248 kJ·mol-1。
(3)由图示可知,整个过程为4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g),反应①为2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1,反应②的热化学方程式为CuCl2(s)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g) ΔH2,根据盖斯定律,由①+②可得总反应的热化学方程式为2HCl(g)+O2(g)H2O(g)+Cl2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2。
(4)该反应的焓变ΔH=E1-E2=134 kJ·mol-1-368 kJ·mol-1=-234 kJ·mol-1,热化学方程式为NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·mol-1。
答案▶ (1)C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2Q kJ·mol-1
(2)MnO2(s)+SO2(g)MnSO4(s) ΔH=-248 kJ·mol-1
(3)2HCl(g)+O2(g)H2O(g)+Cl2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2
(4)NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·mol-1
12.(1)电解尿素[化学式为CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置如图1所示(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为 。
(2)间接电化学方法除去尿素[CO(NH2)2]的原理如图2所示。阳极室中发生的反应依次为 。
电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将 (填“增大”“减小”或“不变”);若两极共收集到气体13.44 L(标准状况),则除去的尿素为 g(忽略气体的溶解)。
解析▶ (2)右室消耗氢离子,左侧等量的氢离子移向右室,pH不变。
答案▶ (1)CO(NH2)2-6e-+8OH-C+N2↑+6H2O
(2)2Cl--2e-Cl2↑、CO(NH2)2+3Cl2+H2OCO2+N2+6HCl 不变 7.2
13.特殊情境电解池电极反应式的书写。
(1)以铝棒为阳极,在H2SO4 溶液中电解,铝棒表面形成氧化膜,阳极反应式为 。
(2)MnO2的生产方法之一是电解酸化的MnSO4溶液,阳极反应式是 。
(3)电解精炼银的装置如图1所示, (填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银,若b极有少量红棕色气体产生,则生成该气体的电极反应式为 。
图1
(4)图2所示装置可用于制备N2O5 。
图2
①N2O5在电解池的阳极区生成,其电极反应式为 。
②阴极区产生的无色气体被氧化为红棕色后可以转化为N2O4,当电路中通过6 mol e-时整个电解槽中参加反应的硝酸为 mol。
答案▶ (1)2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+
(2)Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+
(3)a N+e-+2H+NO2↑+H2O
(4)①N2O4-2e-+2HNO32N2O5+2H+
②8
14.请根据化学学科中的基本理论,回答下列问题:
(1)纳米级的Cu2O可作为太阳光分解水的催化剂,火法还原CuO可制得Cu2O。已知:1 g C(s)燃烧全部生成CO时放出热量9.2 kJ,Cu2O(s)与O2(g)反应的能量变化如图1所示。请写出用足量炭粉还原CuO(s)制备Cu2O(s)的热化学方程式: 。
图1
(2)以甲醇燃料电池为电源,用电解法制备Cu2O的装置如图2所示:
①气体A的化学式为 。
②电解池中,阳极的电极反应式为 。
③电解一段时间后,欲使电解池溶液恢复原来的组成,应向其中补充一定量的 (填化学式)。
答案▶ (1)2CuO(s)+C(s)CO(g)+Cu2O(s) ΔH=+35.6 kJ·mol-1
(2)①O2
②2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O
③H2O
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