2020江苏高考化学二轮讲义：9专题九　化学反应与能量




知道化学变化中常见的能量转化形式，能说明化学反应中能量转化的主要原因。
了解化学能与热能的相互转化及其应用。了解吸热反应、放热反应、反应热(焓变)等概念。
能正确书写热化学方程式，能根据盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
理解原电池和电解池的工作原理，能写出简单的电极反应和电池反应方程式。
了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的重要应用。
认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原理，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型化学电源的重要性。认识化学在解决能源危机中的重要作用。
　化学能与热能

一、反应热及其表示方法
1．两种角度理解反应热

(1)从微观的角度说，是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值。
在图中，a表示旧化学键断裂吸收的能量；b表示新化学键形成放出的能量；c表示反应热。
(2)从宏观的角度说，是反应物总能量与生成物总能量的差值。
在图中，a表示活化能；b表示活化分子变成生成物分子所释放的能量；c表示反应热。
2．反应热的量化参数——键能

反应热与键能的关系
反应热：ΔH＝E1－E2或ΔH＝E4－E3，即ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。
3．反应热的表示方法——热化学方程式
热化学方程式书写或判断的注意事项：
(1)注意ΔH的符号和单位：吸热反应的ΔH为“＋”，放热反应的ΔH为“－”；ΔH的单位为kJ·mol－1。
(2)注意测定条件：绝大多数的反应热是在25 ℃、101 kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。
(3)注意热化学方程式中的化学计量数：热化学方程式中的化学计量数可以是整数，也可以是分数。
(4)注意物质的聚集状态：气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用“↑”和“↓”。
(5)注意ΔH的数值与符号：如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。
(6)对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态外，还要注明物质的名称。
例如：S(单斜，s)===S(正交，s)　ΔH＝－0.33 kJ·mol－1。
二、盖斯定律及其应用
1．内容
一定条件下，一个反应不管是一步完成，还是分几步完成，反应的总热效应相同，即反应热的大小与反应途径无关，只与反应体系的始态和终态有关。
2．常用关系式
热化学方程式
焓变之间的关系
aA(g)===B(g)　ΔH1
A(g)===B(g)　ΔH2
ΔH2＝ΔH1或
ΔH1＝aΔH2
aA(g)===B(g)　ΔH1
B(g)===aA(g)　ΔH2
ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2

1．(2017·高考江苏卷)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确的是(　　)
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1
②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1
③CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3＝c kJ·mol－1
④2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH4＝d kJ·mol－1
A．反应①、②为反应③提供原料气
B．反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C．反应CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(l)的ΔH＝ kJ·mol－1
D．反应2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)的ΔH＝(2b＋2c＋d) kJ·mol－1
解析：选C。反应①的产物为CO和H2，反应②的产物为CO2和H2，反应③的原料为CO2和H2，A项正确；反应③将温室气体CO2转化为燃料CH3OH，B项正确；反应④中生成物H2O为气体，C项中生成物H2O为液体，故C项中反应的焓变不等于 kJ·mol－1，C项错误；依据盖斯定律，由②×2＋③×2＋④，可得所求反应的焓变，D项正确。
2．(2016·高考江苏卷)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是(　　)
①太阳光催化分解水制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH1＝＋571.6 kJ·mol－1
②焦炭与水反应制氢：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH2＝＋131.3 kJ·mol－1
③甲烷与水反应制氢：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH3＝＋206.1 kJ·mol－1
A．反应①中电能转化为化学能
B．反应②为放热反应
C．反应③使用催化剂，ΔH3减小
D．反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝＋74.8 kJ·mol－1
解析：选D。A项，反应①是光能转化为化学能，错误；B项，反应②的焓变为正值，属于吸热反应，错误；C项，催化剂不会改变反应的焓变，错误；D项，根据盖斯定律，③－②得所求反应，其焓变为206.1 kJ·mol－1－131.3 kJ·mol－1＝＋74.8 kJ·mol－1，正确。
3．(2014·高考江苏卷)已知：
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH2
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3
4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH4
3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)　ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)
A．ΔH1＞0，ΔH3＜0
B．ΔH2＞0，ΔH4＞0
C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5
解析：选C。A.C(s)、CO(g)在O2(g)中燃烧生成CO2，均为放热反应，则有ΔH1有防腐措施的腐蚀。
(2)电解质溶液的影响
①对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
②对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
2．两种腐蚀与三种保护
(1)两种腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀(关键在于电解液的pH)。
(2)三种保护：电镀保护、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。

题组一　电解池中电极反应式的书写
1．按要求书写电极反应式。
(1)用惰性电极电解NaCl溶液
阳极：_____________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液
阳极：______________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________。
(3)铁做阳极，石墨做阴极电解NaOH溶液
阳极：______________________________________________________________；
阴极：________________________________________________________________。
(4)用惰性电极电解熔融MgCl2
阳极：________________________________________________________________；
阴极：________________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑
(2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　2Cu2＋＋4e－===2Cu
(3)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(4)2Cl－－2e－===Cl2↑　Mg2＋＋2e－===Mg
2．(信息型电极反应式的书写)按要求书写电极反应式。
(1)以铝材为阳极，在H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为________________________________________________________________________。
(2)用Al单质做阳极，石墨做阴极，NaHCO3 溶液做电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：____________________________。
(3)用惰性电极电解K2MnO4 溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为
阳极：_________________________________________________________________；
阴极：__________________________________________________________________。
(4)将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO4沉淀，则阳极反应式为______________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
(2)Al＋3HCO－3e－===Al(OH)3↓＋3CO2↑
(3)MnO－e－===MnO　2H＋＋2e－===H2↑
(4)Fe＋H2PO＋Li＋－2e－===LiFePO4↓＋2H＋
3．(根据“交换膜”利用信息书写电极反应式)按要求书写电极反应式。
(1)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－===IO＋5I－＋3H2O
阳极：________________________________________________________________；
阴极：_______________________________________________________________。
(2)可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO2，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用(电极均为石墨电极)，并生成化工原料硫酸。其工作示意图如下。

阳极：________________________________________________________________；
阴极：_______________________________________________________________。
答案：(1)2I－－2e－===I2　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(2)HSO－2e－＋H2O===3H＋＋SO　2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)

电解时电极反应式的书写步骤

题组二　电解原理及其应用
4．(“多膜”电解池)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。H3PO2可用电渗析法制备，“四室电渗析法”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)：

(1)写出阳极的电极反应式：______________________________________________。
(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：______________________________________
______________________________________________________________________。
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质，该杂质产生的原因是________________________________。
解析：(1)阳极是由水电离出的OH－放电，其反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；(2)阳极室中的H＋穿过阳膜进入产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2；(3)阳极室内可能有部分H2PO或H3PO2失电子发生氧化反应，导致生成物中混有PO。
答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　(2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2　(3)PO　H2PO或H3PO2被氧化
5．(电解原理的相关计算)(1)甲醇电解法制氢气比电解水法制氢气的氢的利用率更高、电解电压更低。电解装置如图所示。

电源的正极为________(填“a”或“b”)。其中阳极的电极反应式为________________；标准状况下，每消耗1 mol甲醇，生成H2的体积为________。
(2)以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料的燃料电池为电源，以石墨为电极电解500 mL滴有酚酞的NaCl溶液，装置如图所示。

请写出电解过程中Y电极附近观察到的现象：________________________________
________________________________________________________________________，
当燃料电池消耗2.8 L O2(标准状况下)时，计算此时NaCl溶液的pH＝________(假设溶液的体积不变，气体全部从溶液中逸出)。
解析：(1)根据图示，左边应该是溶液中的氢离子得电子生成氢气，则左边为阴极，右边为阳极，故电源a为负极，b为正极；阳极上发生甲醇失电子变成二氧化碳的反应，电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋；每消耗1 mol甲醇转移6 mol电子，可以生成3 mol氢气，标准状况下体积为67.2 L。
(2)由装置图可知，Y电极与电源正极相连，即为阳极，电解NaCl溶液的阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，所以可观察到的现象为Y电极附近有气泡产生，上部分气体呈黄绿色；当燃料电池消耗2.8 L O2(标准状况下)时，电路中转移的电子n(e－)＝×4＝0.5 mol，根据电子转移守恒，结合电解NaCl溶液的反应方程式2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，可得此时溶液中生成n(OH－)＝0.5 mol，c(OH－)＝0.5 mol÷0.5 L＝1.0 mol·L－1，所以溶液的pH＝14。
答案：(1)b　CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋　67.2 L　(2)Y电极附近溶液中有气泡产生，上部分气体呈黄绿色　14

电解计算破题“三方法”
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。通常有下列三种方法：
(1)根据得失电子守恒计算
用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
(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出比例式计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。　　
如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：

(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
[专题强化训练]
一、单项选择题
1．下列说法正确的是(　　)
A．等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出热量多
B．已知C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定
C．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是氧化还原反应，且反应的焓变大于零
D．含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7 kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.4 kJ·mol－1
解析：选D。等量的硫蒸气和硫固体，硫蒸气的能量高，能量越高，燃烧放出的热量越多，A项错误；由C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH>0，可知金刚石的能量比石墨的能量高，能量越高，越不稳定，所以石墨比金刚石稳定，B项错误；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应中无元素化合价变化，属于非氧化还原反应，反应需要吸热，焓变大于零，C项错误；含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和生成0.5 mol水，放出28.7 kJ的热量，则中和热的热化学方程式可表示为NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.4 kJ·mol－1，D项正确。
2．利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2 发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析：选B。由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
3．锌­空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
解析：选C。K＋带正电荷，充电时K＋应该向阴极移动，A项错误。根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH－，则充电时，OH－浓度应增大，B项错误。放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，C项正确。消耗1 mol O2转移4 mol电子，故转移2 mol电子时消耗0.5 mol O2，在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。
4．(2019·徐州高三考前模拟)联氨(N2H4)常温下为无色液体，可用作火箭燃料。已知：
①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l)　ΔH1
②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l)　ΔH2
③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH3
④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH4＝－1048.9 kJ·mol－1
下列说法不正确的是(　　)
A．O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l)　ΔH5，ΔH5＞ΔH3
B．ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1
C．1 mol O2(g)和2 mol H2(g)具有的总能量高于2 mol H2O(g)
D．联氨和N2O4做火箭推进剂的原因之一是反应放出大量的热
解析：选A。A.O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH3；O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l)　ΔH5；两个反应均为放热反应，ΔH均为负值，放热越多ΔH越小，由于生成液态水放热更多，所以ΔH5＜ΔH3，A错误；B.根据盖斯定律，③×2－②×2－①得，2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)，所以ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1，B正确；C.O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH3，该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，C正确；D.由ΔH4＝－1 048.9 kJ·mol－1知，反应放出大量的热，所以可以用联氨和N2O4做火箭推进剂，D正确。
5．“水”电池是一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的电池，其总反应为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，如图以“水”电池为电源电解酸性FeCl2溶液，X电极附近溶液先变黄，下列有关分析不正确的是(　　)

A．该装置只涉及两种能量之间的转化
B．在线路中安装电压调节装置，可通过现象判断Fe2＋和Cl－的还原性强弱
C．“水”电池内Na＋不断向正极移动
D．Ⅱ为负极，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl
解析：选A。根据“水”电池总反应可知，Ag在负极发生氧化反应，MnO2在正极发生还原反应；由X电极附近溶液先变黄，可知X电极上Fe2＋失电子，被氧化为Fe3＋，即X电极为阳极，Y电极为阴极，则与其相连的Ⅰ、Ⅱ分别为“水”电池的正极和负极。“水”电池工作时化学能转化为电能，同时伴随着热量的变化，A项错误；根据X电极附近溶液先变黄可知，先是Fe2＋被氧化，后是Cl－被氧化，若在线路中安装电压调节装置，则可根据电压和现象判断Fe2＋、Cl－的还原性强弱，B项正确；“水”电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项正确；结合上述分析可知，Ⅱ为“水”电池的负极，负极上Ag失电子发生氧化反应，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，D项正确。
6．一定条件下，在水溶液中1 mol Cl－、ClO(x＝1，2，3，4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．e是ClO
B．b→a＋c反应的活化能为60 kJ/mol
C．a、b、c、d、e中c最稳定
D．b→a＋d反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq)　ΔH＝－116 kJ/mol
解析：选D。 A．e中Cl元素化合价为＋7价，而ClO中Cl元素化合价为＋5价，故A错误；B.根据图中数据无法判断b→a＋c反应的活化能，故B错误；C.a、b、c、d、e中a能量最低，所以a最稳定，故C错误；D.b→a＋d，根据得失电子守恒得该反应方程式为3ClO－===ClO＋2Cl－，反应热＝(64 kJ/mol＋2×0 kJ/mol)－3×60 kJ/mol＝－116 kJ/mol，所以该反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq)　ΔH＝－116 kJ/mol，故D正确。
二、不定项选择题
7．(2019·南京高三三模)CO、H2、C2H5OH三种物质燃烧的热化学方程式如下：
①CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ/mol；
②H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝b kJ/mol；
③C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)　ΔH3＝c kJ/mol。
下列说法正确的是(　　)
A．ΔH1