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河北定州中学 苏教版高中化学选修四专题一《 化学反应与能量变化》复习课件(共43张PPT)


2016/3/4

知识结构
化学 反应 中的 热效 应

反应热 焓变

中和热及其测定
标准燃烧热 燃料的 充分燃 烧

热化学方程式
反应热的计算

化 学 反 应 与 能 量 变 化

盖斯定律
化学电源 原 电

池 工作原理 金属的电化学 腐蚀与防护 氯碱工业 电解池 工作原理 精炼铜 冶炼活泼金属 电 镀

一次电池 二次电池 燃料电池

化学 能与 电能 的相 互转 化

化学反应的热效应
1. 化学反应过程中存在的变化 化学反应过程中同时存在物质和能量的变化

2. 反应热、焓变
化学过程中放出或吸收的热量,叫做反应热,

在恒温恒压下的反应热为“焓变” ,符号用 △H 表示,单位常采用kJ ·mol-1。
当△H为“-”或△H < 0时,为放热反应; 当△H为“ + ”或△H > 0时,为吸热反应。 要知道常见的放热反应和吸热反应

基本概念练习
1. 下列叙述中正确的是( C) A. 在稀溶液中 1mol 酸和 1mol 碱完全反应所放出的 热量,叫做中和热 B. 在 101kPa 时 1mol 物质燃烧时的反应热叫做该物 质的标准燃烧热 C.热化学方程式中 ,各物质前的化学计量数不表示 分子个数

D.如果反应物所具有的总能量小于生成物所具有 的总能量,则发生的反应是放热反应。

2、下列说法中正确的是( C



A.需要加热方能发生的反应一定是吸热反应
B.放热的反应在常温下一定很容易发生

C.反应是放热还是吸热必须看反应物和生
成物所具有的总能量的相对大小 D.吸热反应在一定的条件下也能发生

3.下列反应属于吸热反应的是 A. C6H12O6(葡萄糖aq)+6O2 酶

(D ) 6CO2+6H2O

B. CH3COOH+KOH
C. A+B

CH3COOK+H2O

C+D; △H<0

D.破坏生成物全部化学键所需能量小于破坏
反应物全部化学键所需能量

放热反应与吸热反应的比较
放热反应
定 义 有热量放出的化学反应 反应物具有的总能量大于 生成物具有的总能量 生成物分子成键时释放出 的总能量大于反应物分子 断裂时吸收的总能量 ΔH < 0

吸热反应
吸收热量的化学反应 反应物具有的总能量小于 生成物具有的总能量 生成物分子成键时释放出 的总能量小于反应物分子 断裂时吸收的总能量 ΔH > 0

形成原因

与化学键强 弱关系

表示方法 图 示

高考题分析
已知在25℃、101kPa下,1g C8H18(辛烷)燃烧生 成二氧化碳和液态水时放 出48.40kJ 热量。表示上述反应的热化学方程 式正确的是 ( B ) A、C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g) +9H2O(g) △H= - 48.40kJ· mol -1 B、C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2 (g) +9H2O(l) △H= - 5518kJ· mol -1 C、C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g) + 9H2O(l) △H= + 5518kJ· mol -1 D、C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2 (g)+ 9H2O(l) △H= - 48.40kJ· mol -1

3. 热化学方程式
能够表示反应热的化学方程式,叫做热 化学方程式。 书写热化学方程式应注意∶
(1)需注明反应的温度和压强。如常(25℃)、 常压(101kpa)下,可不注明温度和压强的条件; (2)应注明反应物和生成物的状态;分别用s、l、 g表示固体、液体、气体;不用↑和↓(因已注明状 态)。

(3)热化学方程式中各物质前的化学计量数 不表示分子个数。化学计量数可以是整数, 也可以是分数。对于相同的反应,当计量数 不同时,其△H不同。 (4)在方程式右端要注明△H为多少“+”或 “-”kJ· mol-1。 (5)热化学方程式具有加和性,化学式前面 的计量数必须与△H相对应;反应逆向进行 时,△H值不变,符号相反。

4. 标准燃烧热 101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定 氧化物时所放出的热量,叫做该物质的标 准燃烧热。单位为kJ· mol-1。如常温常压 下,1mol甲烷完全燃烧放出890.31kJ的 热量,就是甲烷的标准燃烧热∶
CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2(g) + 2H2O(l)

△H = -890.31kJ· mol-1 5.中和热的定义: 在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应而生成 1molH20,这时的反应热叫做中和热.
HCl(aq)+NaOH(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H=-57.4KJ/mol

随堂练习
1、天然气和液化石油气(主要成分为C3~C5的烷 烃)燃烧的化学方程式分别为:
点燃

CH4+ 2O2
点燃

CO2+ 2H2O,

C3H8+ 5O2 CO2+4H2O 现有一套以天然气为燃料的灶具,今改用液化石 油气,应采取的正确措施是 ( A ) A.增大空气进入量或减小石油气进入量 B.增大空气进入量或增大石油气进入量 C.减小空气进入量或减小石油气进入量 D.减小空气进入量或增大石油气进入量

【课堂练习】:

2、50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在如右 图所示的装置中进行中和反应。通过测反应过程中所放出来的热量 可计算中和 热。 回答下列问题: (1)从实验装置上看,图中缺少的一种玻璃用品是 玻璃搅拌器 。 (2)烧杯间填满碎纸条的作用是防止热量损失 。 (3)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值 偏小 (填“偏大”、 “偏小”或“无 影响”) (4)实验中改用60 mL0.50 mol/L盐酸跟 50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放 不相等 ,(填“相等”或“不相等”)。(5)用相同浓度和体 出的热量 偏小 积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值 会 ;用50 mL 0.50 mol/L NaOH溶液进行上述实验,测得 偏小 的中和热的数值会 。(均填“偏大”、“偏小”或“无影 响”)

5. 盖斯定律
(1)化学反应的反应热只与反应体系的始态和 终态有关,而与反应的途径无关。 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。 (2)理解 ①途径角度: ②能量守恒角度:

(3)盖斯定律的意义:利用盖斯定律可以间接计算 某些不能直接测得的反 应的反应热 3.反应热的计算 (1) 反应热数值与各物质的化学计量数成正比,因 此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时, 其反应热数值需同时做相同倍数的改变。
(2) 热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式 完全进行时的反应热。 (3) 正、逆反应的反应热数值相等,符号相反。





已知在298K时下述反应的有关数据:

C(s)+1/2 O2(g)=CO(g) △H1 = -110.5 kJ· mol-1

△H2= -393.5 kJ· mol-1 B ) 则C(s)+CO2(g)=2CO(g) 的△H为 (
C(s)+O2(g)=CO2(g A.+ 283.5 kJ·mol-1 C.-172.5 kJ·mol-1 B.+ 172.5 kJ·mol-1 D.-504 kJ·mol-1





1. 甲醇质子交换膜燃料电池中将 甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是 ①CH3OH(g)+H2O(g) = CO2(g)+3H2(g) ?H = + 49.0 kJ· mol-1 ②CH3OH(g)+1/2O2(g) = CO2(g)+2H2(g) ?H =-192.9 kJ· mol-1 下列说法正确的是 ( D ) (A) CH3OH的燃烧热为192.9 kJ· mol-1 (B) 反应①中的能量变化如图所示 (C) CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量 能量 (D) 根据②推知反应: CH3OH(g) + H2(g) CH3OH(l)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g) 的 反应物的 总能量 ?H>-192.9 kJ· mol-1 ?H
生成物的 总能量

0

CO2(g) + 3H2(g) 反应过程


2. 已知:


△H = -Q1

(a)2H2(g)+O2=2H2O(g)

(b)2H2(g)+O2=2H2O(1)
(c)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)

△H = -Q2
△H = -Q3 △H < 0 。

(1)Q1

<(填>、=、<)Q2,因为 H2O(g)=H2O(l)

(2)CO和H2分别燃烧生成CO2和H2O(g),欲得到相同的

热量,所需CO和H2的体积比是Q3/Q1 。

电化学原理与应用 回顾:
1. 什么是原电池? 2. 原电池中的电极是怎样来判断的? 3. 金属腐蚀的基本类型有哪些?

讨论与思考:
1. 对于如右图所示的原电池,对其中的电解质溶 液有以下猜想: 猜想一:必须是能与负极发生 反应的电解质。 猜想二:任意的电解质溶液均 可在如右图装置中构成原电池。
A Fe Cu





2. 为证明猜想二是正确的,请配齐实验用品: 铁片,铜片,导线,电流计,稀硫酸, 氯化钠溶液,烧杯 。 你应该做的简单操作是: 将烧杯中的溶液换成氯化钠溶液,接通电路 , 观察到什么现象,则说明猜想二是正确的: 电流计指针发生偏转 . 在上述装置中,一定是铁作负极吗?请举例说明。
不一定。如在浓硝酸中,由于铁钝化,所 以铜作负极





3.(1)今有在氢氧化钾溶液中2H2+ O2 == 2H2O 反应,构成燃料电池 ,则负极应通 H2 ,正极通的 是 O2 ,电极反应式分别为 - → 4OH2H2+ 4OH-→ 4H2O + 4e O + 2H O + 4e 2 2 , 。 (2)如果把氢氧化钾改为稀硫酸作电解质,则电极反应 式分为 H2 →2H+ + 2e- , 4H+ + O2 +4e- → 2H2O 。 (1)和(2)的电池液不同,反应进行后,其溶液的 (1)减小 (2 )增大 pH值各有何变化 ? (3)如果把氢气改为甲烷,氢氧化钾作导电物质,则电 极反应式为 CH4 + 10OH- + 8e- → CO32- + 7H2O .

拓展练习
1.银锌电池广泛用于电子仪器的电源,它的充电 和放电过程可表示为:
2Ag + Zn(OH)2 充电 Ag2O + Zn + H2O

放电 此电池放电时,负极发生反应的物质为( D ) A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn

2.一种新型的燃料电池,它以多孔镍板为电极插入 KOH溶液中,然后分别向两极通入乙烷和氧气, 其总反应为: 2C2H6+7O2+8KOH==4K2CO3+10H2O , 有关此电池的推断正确的是(B C ) A.负极反应为14H2O+7O2+28e-==28OHB.放电一段时间后,负极周围的pH减低 C.每消耗1molC2H6,则电路上转移的电子为14mol D.放电过程中KOH的物质的量浓度不变





1. 通过上述题目,总结出形成工作的原电池的一般 条件。 ①自发的氧化还原反应 ②电极 ③电解质溶液 ④闭合回路
2. 一定是活泼性强的金属作负极吗?举例说明。 镁、铝、氢氧化钠,铁、铜浓硝酸

3. 根据已知的氧化还原反应,如何判断正负极以 及电极上发生的反应? 负极 氧化反应 ; 正极 还原反应

4. 判断金属发生吸氧腐蚀还是析氢腐蚀的依据是什 么?

电解质溶液为碱性,中性或者弱酸性:吸氧 腐蚀
电解质溶液为强酸性:析氢腐蚀





如右图所示,把铁片和锌片放在盛有食盐水 和酚酞的混合液中。此装置 中锌片是 负极 ,电极反应式是 2+ 正极 Zn → 2e- + Zn Zn ;铁片是 , Fe + 4e- → 4OH电极反应式是O2 + 2H2O ; 电解质溶液中,在 铁片周围的 溶液先呈现红色。

燃料电池 例题
2.一种新型的燃料电池,它以多孔镍板为电极插入 KOH溶液中,然后分别向两极通入乙烷和氧气, 其总反应为: 2C2H6+7O2+8KOH==4K2CO3+10H2O , 有关此电池的推断正确的是( B C )
A.负极反应为14H2O+7O2+28e-==28OHB.放电一段时间后,负极周围的pH减低 C.每消耗1molC2H6,则电路上转移的电子为14mol D.放电过程中KOH的物质的量浓度不变

回顾:
1. 什么是电解池? 2. 构成电解池的基本条件是什么? 3. 电解池中的两电极是怎样判断的? 4. 电解池的两电极上分别发生什么反应?

交流与讨论:
1. 用石墨电极分别电解下列混合溶液,通过的 电子的物质的量分别是1.2mol,请分阶段写 出电子转移的物质的量,电极反应式和总反 应的化学方程式。 (1)含有HCl、FeCl3、CuCl2的物质的量分别 是0.3mol的混合水溶液。 (2)含有NaCl和Na2S的物质的量分别为 0.4mol的混合水溶液。

阶段 转移电子的物 序号 质的量范围

阴极反应
Fe3+ + e-

阳极反应

电解反应

1 (0,0.3] 2 (0.3,0.9] 3

→Fe2+

2Cl- → Cl2 ↑ + FeCl3=FeCl2 +Cl2↑ 2e-

- → Cl ↑+ 2Cl 2 Cu2+ + 2e- 2eCuCl2= Cu + Cl2↑ →Cu

2H+ + 2e- → (0.9,1.2] H2

2Cl- → Cl2 ↑ + 2HCl = H2 ↑ + Cl2 ↑ 2e-

阶 段 序 号

转移电子的物 质的量范围

阴极反应

阳极反应

电解反应

1

(0,0.8]

2H+ + 2e→H2↑ 2H+ + 2e→H2↑

S2-

Na2S + 2H2O = →S + 2e- 2NaOH +H ↑ +S↓ 2

2

(0.8,1.2]

2Cl- → Cl2 ↑ + 2NaCl + 2H2O = 2NaOH +H2↑ +Cl2 ↑ 2e-

电解池知识小结
定义 把电能转化为化学能的装置
C Fe NaCl溶液 (1)两电极接直流电源;(2)电极插入电解质溶液; (3)形成闭合电路。 阴极:与电源负极相连的电极 阳极:与电源正极相连的电极 阴极:还原反应 2H++2e - = H2↑ 阳极:氧化反应 2Cl- - 2e- =
通电

装置 形成条件 电极 电极反应

Cl2↑

电解反应

2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+ Cl2↑

归纳:
1. 在电解池中,如何判断离子在电极上 的放电顺序? 2. 某些盐的水溶液往往电解后呈酸性或 者碱性,为什么?溶液中的氢离子或者 氢氧根与转移的电子之间存在什么样的 关系?

电极产物的判断
1.阳极产物的判断:(先看电极后看溶液) (1)活性电极:(活动性排在Pt以前)则电极失电子, 电极溶解 (2)惰性电极:(如Pt. C)则看溶液中阴离子失电子 能力。

阴离子的放电顺序:
S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根离子> F-

2.阴极产物的判断:(看阳离子得电子能力)
阳离子的放电顺序:

Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > H+ > Pb2+ > Sn2+ > Fe2+ > Zn2+ > Al3+ > Mg2+ > Na+ > Ca2+





1. 用惰性电极电解硫酸铜的水溶液,电解一 段时间后,电解液会发生什么样的改变?若 向所得的溶液中加入一定量的氢氧化铜,溶 液恰好恢复到电解前状态,请写出电解过程 中的电极反应式。
酸性增强 ,加入氢氧化铜恢复原状态,说明在阴极上氢离 子开始放电。 阴极:Cu2+ + 2e- →Cu 2H+ + 2e- → H2 阳极:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-




原电池 电解池





形成条件

两极名称
相 同 点 本质区别

氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生

自 发

非自发,在外加直 流电作用下发生





1. 将铁片和锌片放在盛有氯化钠溶液(滴入 酚 酞)的表面皿中,如图所示,最先观察到变 红的区域是 ( ) B A. a、c B. a、d C. b、c D. b、d

a

Fe

Zn

b

c

Fe

Zn

d

2.汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状灰铅的铅板和 另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成,用H2SO4作电解液。 总反应式为:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O (1)试写出放电时的正、负极反应式

PbO2+4H +SO4 +2e =PbSO4+2H2O 正极:______________________________________
2--2e- =PbSO Pb+ SO 4 4 负极:______________________________________

+

2-

-

(2)试写出充电时的阳、阴极反应式

PbSO4+2H2O -2e- = PbO2 + 4H++SO42阳极:______________________________________ PbSO4 +2e- = Pb + SO42阴极:______________________________________





3.由于氢氧化亚铁极易被氧化,所以实验室很难用亚 铁盐溶液与烧碱反应制得白色的纯净氢氧化亚铁沉 淀,应用如图所示装置就可以,两电极材料分别为 铁和石墨。 b a (1)a 电极材料为 Fe , 电极反应式为 Fe – 2e- → Fe2+ ; C (2)电解液c可以是 。 A. 纯水 B. 氯化钠溶液 d C. 氢氧化钠溶液 D. 氯化铜溶液
(3)d为苯,其作用是 隔绝空气,防止生成的氢氧化亚铁被氧化 在加入苯之前,应对c作何简单处理? 加热,除去其中溶解的氧气

c





4.用石墨电极电解2L2.5mol· L-1硫酸铜水溶液, 如有0.2mol电子转移。 (1)电解后得到铜的质量为6.4g,氧气的体积 为1.12L ,电解后溶液中氢离子浓度为0.1mol· 。 L-1 (2)如果用等质量的两块铜片代替石墨作电极, 电解后两铜片的质量相差 12.8g ,电解液的pH 不变 。





5. 用惰性电极电解1L 4mol· L-1硫酸铜水溶 液,在电路上通过0.5mol电子后发现电 极接反,纠正后又通过了1mol电子,此 L-1 (忽略 时溶液中氢离子浓度为 1mol· 溶液体积变化)

6.

把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸溶液 中,用导线两两相连,若A、B相连时,A为负 极;C、D相连时电流由D到C;A、C相连时C极 上产生大量气泡,B、D相连时,B上有大量气 泡产生,则四种金属活动性由强到弱的顺序 为 A>C>D>B

7、 用惰性电极分别电解下列物质的溶液,一 段时间后,向剩余电解质溶液中加入适量水 能使溶液恢复到电解前浓度的是 B D A. AgNO3 B. Na2SO4

C. CuCl2

D. H2SO4


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