2019-2020年高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第6章 化學(xué)反應(yīng)與能量教案.doc

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2019-2020年高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第6章 化學(xué)反應(yīng)與能量教案 復(fù)習(xí)目標： 1、了解反應(yīng)熱的概念，吸熱和放熱反應(yīng)。 2、掌握熱化學(xué)反應(yīng)方程式的概念，能正確書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式。 3、了解中和熱和燃燒熱。掌握中和熱的測定方法（實驗）。 4、掌握反應(yīng)熱的簡單計算，能靈活運用蓋斯定律。 基礎(chǔ)知識： 一、化學(xué)反應(yīng)的焓變 1．定義：化學(xué)反應(yīng)過程中所釋放或吸收的能量，都可以熱量（或轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的熱量）來表示，稱為焓變（ΔH），單位：kJ/mol 或 kJ?mol-1 在化學(xué)反應(yīng)中，舊鍵的斷裂需要吸收能量 ，而新鍵的形成則放出能量?？偰芰康淖兓Q于上述兩個過程能量變化的相對大小。 任何一個化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物所具有的總能量與生成物所具有的總能量總不會相等的。在新物質(zhì)產(chǎn)生的同時總是伴隨著能量的變化。 【注意】 （1）反應(yīng)熱和鍵能的關(guān)系 例如：1molH2和1molCl2反應(yīng)生成2molHCl的反應(yīng)熱的計算。 1moLH2分子斷裂開H—H鍵需要吸收436kJ的能量；1molCl2分子斷裂開Cl—Cl鍵需要吸收243kJ的能量，而2molHCl分子形成2molH—Cl鍵放出431kJmol-12mol=862kJ的能量，所以，該反應(yīng)H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）的反應(yīng)熱 △H=生成物分子形成時釋放的總能量—反應(yīng)物分子斷裂時所需要吸收的總能量 =862kJmol--436 kJmol-1-243 kJmol—1 =183kJmol-1 由于反應(yīng)后放出的能量使反應(yīng)本身的能量降低，故規(guī)定△H=反應(yīng)物的鍵能總和—生成物的鍵能總和 （2）反應(yīng)焓變與反應(yīng)條件的關(guān)系 焓是科學(xué)家們?yōu)榱吮阌谟嬎惴磻?yīng)熱而定義的一個物理量，它的數(shù)值與物質(zhì)具有的能量有關(guān)。對于一定量的純凈物質(zhì)，在一定的狀態(tài)（如溫度、壓強）下，焓有確定的數(shù)值。在同樣的條件下，不同的物質(zhì)具有的能量也不同，焓的數(shù)值也就不同；同一物質(zhì)所處的環(huán)境條件（溫度、壓強）不同，以及物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同，焓的數(shù)值也不同。焓的數(shù)值的大小與物質(zhì)的量有關(guān)，在相同的條件下，當物質(zhì)的物質(zhì)的量增加一倍時，焓的數(shù)值也增加一倍。因此，當一個化學(xué)放映在不同的條件下進行，尤其是物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同時，反應(yīng)焓變是不同的。 2．放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)比較 類型比較　 放熱反應(yīng) 吸熱反應(yīng) 定義 放出熱量的化學(xué)反應(yīng) 吸收熱量的化學(xué)反應(yīng) 形成原因 反應(yīng)物具有的總能量大于生成物具有的總能量 反應(yīng)物具有的總能量小于生成物具有的總能量 與化學(xué)鍵的關(guān)系 生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應(yīng)物分子斷鍵時吸收的總能量 生成物分子成鍵時釋放的總能量小于反應(yīng)物分子斷鍵時吸收的總能量 表示方法 ΔH＜0 ΔH＞0 聯(lián)系 ΔH＝ΔH(生成物)－ΔH(反應(yīng)物)，鍵能越大，物質(zhì)能量越低，越穩(wěn)定；鍵能越小，物質(zhì)能量越高，越不穩(wěn)定 圖示 常見反應(yīng)類型 ①所有的燃燒反應(yīng) ②大多數(shù)化合反應(yīng) ③酸堿中和反應(yīng) ④金屬與酸或水的反應(yīng) ①大多數(shù)分解反應(yīng) ②鹽的水解和弱電解質(zhì)的電離 ③Ba(OH)28H2O與NH4Cl反應(yīng) ④C和H2O或CO2的反應(yīng) 【注意】 ①化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)為吸熱或放熱與反應(yīng)開始是否需要加熱無關(guān)，需要加熱的反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng)(如C＋O2=CO2)，不需要加熱的反應(yīng)也不一定是放熱反應(yīng)。 ②濃硫酸、NaOH固體溶于水放熱；NH4NO3溶于水吸熱。因不是化學(xué)反應(yīng)，其放出或吸收的熱量不是反應(yīng)熱。 ③通過反應(yīng)放熱或吸熱，可比較反應(yīng)物和生成物的相對穩(wěn)定性。 【例1】 3．化學(xué)反應(yīng)中的能量變化示意圖對于該“示意圖”可理解為下列形式： 能量 反應(yīng)過程 反應(yīng)過程 反應(yīng)物 生成物 能量 △H<0 △H>0 反應(yīng)物 生成物 由能量守恒可得： 反應(yīng)物的總能量：生成物的總能量+熱量(放熱反應(yīng)) 反應(yīng)物的總能量：生成物的總能量-熱量(吸熱反應(yīng)) 4．燃料充分燃燒的兩個條件 (1)要有足夠的空氣 (2)燃料與空氣要有足夠大的接觸面。 5．燃燒熱與中和熱 1）燃燒熱 (1)概念：在101kPa時，1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱。燃燒熱的單位一般用kJ／mol表示。 注意：完全燃燒，是指物質(zhì)中下列元素完全轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的物質(zhì)：C→CO2，H→H2O，S→SO2等。 (2)表示的意義：例如C的燃燒熱為393.5kJ／mol，表示在101kPa時，1molC完全燃燒放出393.5kJ的熱量。 2）中和熱 (1)概念：在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成 1 molH2O，這時的反應(yīng)熱叫中和熱。 (2)中和熱的表示：H+(aq)+OH-(aq)=H2O (1)； △H=-57.3kJ／mol。 3）使用化石燃料的利弊及新能源的開發(fā) 再生能源 非再生能源 常規(guī)能源 新能源 常規(guī)能源 新能源 一級能源 水能、生物能等 太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、? 煤、石油、天然氣等 核能等 二級能源 煤制品、石油制品、電能、氫能、沼氣、火藥等 (1)重要的化石燃料：煤、石油、天然氣 (2)煤作燃料的利弊問題 ①煤是重要的化工原料，把煤作燃料簡單燒掉太可惜，應(yīng)該綜合利用。 ②煤直接燃燒時產(chǎn)生S02等有毒氣體和煙塵，對環(huán)境造成嚴重污染。 ③煤作為固體燃料，燃燒反應(yīng)速率小，熱利用效率低，且運輸不方便。 ④可以通過清潔煤技術(shù)，如煤的液化和氣化，以及實行煙氣凈化脫硫等，大大減少燃煤對環(huán)境造成的污染，提高煤燃燒的熱利用率。 (3)新能源的開發(fā) ①調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，降低燃煤在能源結(jié)構(gòu)中的比率，節(jié)約油氣資源，加強科技投入，加快開發(fā)水電、核電和新能源等就顯得尤為重要和迫切。 ②最有希望的新能源是太陽能、燃料電池、風(fēng)能和氫能等。這些新能源的特點是資源豐富，且有些可以再生，為再生性能源，對環(huán)境沒有污染或污染少。 ●理解中和熱時注意： ①稀溶液是指溶于大量水的離子。②中和熱不包括離子在水溶液中的生成熱、電解質(zhì)電離的吸熱所伴隨的熱效應(yīng)。③中和反應(yīng)的實質(zhì)是H+和OH-化合生成 H2O，若反應(yīng)過程中有其他物質(zhì)生成，這部分反應(yīng)熱也不在中和熱內(nèi)。 【例2】 二、反應(yīng)熱與熱化學(xué)方程式： 1、反應(yīng)熱：化學(xué)反應(yīng)都伴有能量的變化，常以熱能的形式表現(xiàn)出來，有的反應(yīng)放熱，有的反應(yīng)吸熱。反應(yīng)過程中放出或吸收的熱叫做反應(yīng)熱。反應(yīng)熱用符號△H表示，單位是kJ/mol或（kJmol－1）。放熱反應(yīng)的△H為“－”，吸熱反應(yīng)的△H為“＋”。反應(yīng)熱（△H）的確定常常是通過實驗測定的。 注意：在進行反應(yīng)熱和△H的大小比較中，反應(yīng)熱只比較數(shù)值的大小，沒有正負之分；而比較△H大小時，則要區(qū)別正與負。 2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)；△H1＝－a kJmol－1 反應(yīng)熱：a kJmol－1，△H=－a kJmol－1 2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)；△H2＝－b kJmol－1 反應(yīng)熱：b kJmol－1，△H：－b kJmol－1 a與b比較和△H1與△H2的比較是不一樣 2、影響反應(yīng)熱大小的因素 ①反應(yīng)熱與測定條件（溫度、壓強等）有關(guān)。不特別指明，即指25℃，1.01105Pa（101kPa）測定的。中學(xué)里熱化學(xué)方程式里看到的條件（如：點燃）是反應(yīng)發(fā)生的條件，不是測量條件。 ②反應(yīng)熱的大小與物質(zhì)的集聚狀態(tài)有關(guān)。 ③反應(yīng)熱的大小與物質(zhì)的計量數(shù)有關(guān)。 在反應(yīng)：2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；△H1＝－a kJmol－1中，2molH2燃燒生成氣態(tài)水放出的熱量a kJ，該反應(yīng)的反應(yīng)熱是a kJmol－1，該反應(yīng)的△H是－a kJmol－1。注意這三個單位。 3、書寫熱化學(xué)方程式注意事項： a. 注明反應(yīng)的溫度和壓強（若在101kPa和298K條件下進行，可不予注明），注明△H的“＋”與“－”，放熱反應(yīng)為“－”，吸熱反應(yīng)為“＋”。 b. △H寫在方程式右邊，并用“；”隔開。 c. 必須標明物質(zhì)的聚集狀態(tài)（氣體用“g”，液體用“l(fā)”，固體用“s”，溶液用“aq”）。若用同素異形體要注明名稱。 d. 各物質(zhì)前的計量系數(shù)不表示分子數(shù)目只表示物質(zhì)的量的關(guān)系。△H與計量數(shù)成正比關(guān)系。同樣的反應(yīng)，計量系數(shù)不同，△H也不同，例如： 2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；△H＝－483.6kJmol－1 H2(g)＋O2(g)＝H2O(g)；△H＝－241.8kJmol－1 上述相同物質(zhì)的反應(yīng)，前者的△H是后者的兩倍。 燃燒熱和中和熱：在101kPa時，1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱。在稀溶液里，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1mol 液態(tài)H2O，這時的反應(yīng)熱叫做中和熱。燃燒熱的熱化學(xué)方程式強調(diào)燃燒物前的計量數(shù)為1，中和熱強調(diào)熱化學(xué)方程式中水前的計量數(shù)為1。燃燒熱要強調(diào)生成穩(wěn)定的氧化物，如：生成液態(tài)水。 如：H2的燃燒熱的熱化學(xué)方程式：H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)；△H＝－286kJmol－1 中和熱的熱化學(xué)方程式： NaOH(aq)＋H2SO4(aq)＝Na2SO4(aq)＋H2O(l)；△H＝－57.3kJmol－1 【例3】 4、燃燒熱和中和熱 燃燒熱 中和熱 不 同 點 能量變化 放熱反應(yīng) ΔH ΔH<0，單位：kJ/mol 反應(yīng)物的量 1 mol (O2的數(shù)量不限)可燃物 可能是1 mol，也可能是0.5 mol 生成物的量 不限量 H2O是1 mol 反應(yīng)熱的含義 25 ℃、101 kPa時，1 mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量；不同反應(yīng)物，燃燒熱不同 稀溶液中酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol H2O時所釋放的熱量；不同反應(yīng)物的中和熱大致相同，均約為57.3 kJ/mol 【例4、5】 三、反應(yīng)焓變的計算 （一）蓋斯定律：對于一個化學(xué)反應(yīng)，無論是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)焓（熱量）變是一樣的。 在使用蓋斯定律時，伴隨著兩個或多個方程式的加減處理時，△H的計算一定要帶上 【例6】 （二）化學(xué)反應(yīng)熱的計算 1．依據(jù) (1)熱化學(xué)方程式與數(shù)學(xué)上的方程式相似，可以移項同時改變正、負號；各項的系數(shù)(包括ΔH的數(shù)值)可以同時擴大或縮小相同的倍數(shù)。 (2)根據(jù)蓋斯定律，可以將兩個或兩個以上的熱化學(xué)方程式包括其ΔH相加或相減，得到一個新的熱化學(xué)方程式。 (3)可燃物完全燃燒產(chǎn)生的熱量＝可燃物的物質(zhì)的量其燃燒熱。 2．常見方法 (1)直接測量計算 利用儀器測出溫度變化再進行計算，如中和熱測定。 實驗用品　大燒杯(500 mL)、小燒杯(100 mL)、溫度計、兩個量筒(50 mL)、泡沫塑料或紙條、泡沫塑料板或硬紙板(中心有兩個小孔)、環(huán)形玻璃攪拌棒。 測量方法與步驟： ①測量原理：ΔHn＝－(m酸＋m堿)c(t終－t始) ②操作步驟 a．量取50 mL 0.50 mol/L的鹽酸，倒入小燒杯中，測定其溫度，記作tHCl，然后將溫度計上的酸用水沖洗干凈(洗液不倒入小燒杯)。 b．用另一個量筒最取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液，測定其溫度，記作tNaOH，然后將溫度計上的堿用水沖洗干凈。 c．先將溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯中，然后把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯中(注意不要灑到外面)，用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動溶液并準確讀取混合溶液的最高溫度，記作t終。 d．重復(fù)上述實驗兩次，取測量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計算數(shù)據(jù)。 e．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算：t始＝ (若實驗過程中保證鹽酸與NaOH溶液溫度相同，則無需用該公式計算) ΔH＝－=－KJ/mol (2)間接計算——用蓋斯定律 反應(yīng)不論一步進行或分步進行，反應(yīng)物和生成物的始態(tài)和終態(tài)一致，則各分步反應(yīng)的反應(yīng)熱之和與該反應(yīng)一步完成時的反應(yīng)熱是相同的。 3．注意事項 (1)反應(yīng)熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)成正比，因此熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)改變時，其反應(yīng)熱數(shù)值需同時作相同倍數(shù)的改變。 (2)熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)熱是指按所給形式完全進行時的反應(yīng)熱。 (3)正、逆反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號相反。 【例7】 例題精講： 【例1】下列說法中正確的是 (　　) A．物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量變化 B．伴有能量變化的物質(zhì)變化都是化學(xué)變化 C．在一個確定的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系中，反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量一定不同 D．在一個確定的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系中，反應(yīng)物的總能量總是高于生成物的總能量 〖解析〗物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化，伴有能量變化的物質(zhì)變化不一定是化學(xué)變化，物質(zhì)發(fā)生物理變化、核變化(如原子彈的爆炸)也都伴有能量變化。在一個確定的化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的總能量(設(shè)為x)與生成物的總能量(設(shè)為y)之間的關(guān)系為：(1)x>y，化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)；(2)x0；③式中各物質(zhì)聚集狀態(tài)標注中，除H2O外，應(yīng)為(aq)；由④、⑤可得C轉(zhuǎn)化為CO的熱化學(xué)方程式；101 kPa時，1 mol純物質(zhì)(指純凈物：單質(zhì)或化合物)完全燃燒生成穩(wěn)定化合物時所放出的熱量叫做該物質(zhì)的燃燒熱；在稀溶液中酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol H2O時，所釋放的熱量稱為中和熱。 〖答案〗　(1)①②③　①中CaO未注明狀態(tài)，ΔH單位錯；②式不符合反應(yīng)事實，吸熱反應(yīng)ΔH>0；③式中各物質(zhì)均處于稀溶液中，狀態(tài)(除H2O外)均為溶液(aq) (2) C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－110.5 kJ/mol (3)④⑤?、? 【例5】（xx浙江卷，12）下列熱化學(xué)方程式或離子方程式中，正確的是： A．甲烷的標準燃燒熱為-890.3kJmol-1，則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式可表示為： CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-890.3kJmol-1 B． 500℃、30MPa下，將0.5mol N2和1.5molH2置于密閉的容器中充分反應(yīng)生成NH3(g)，放熱19.3kJ，其熱化學(xué)方程式為： △H=-38.6kJmol-1 C．氯化鎂溶液與氨水反應(yīng)： D．氧化鋁溶于NaOH溶液： 〖解析〗本題考查熱化學(xué)方程式與離子方程式的書寫。A、標準燃燒熱的定義，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時方出的熱量(標準指298K,1atm)。水液態(tài)穩(wěn)定，方程式系數(shù)就是物質(zhì)的量，故A錯。B、根據(jù)熱化學(xué)方程式的含義，與對應(yīng)的熱量是1mol氮氣完全反應(yīng)時的熱量，但次反應(yīng)為可逆反應(yīng)故，投入0.5mol的氮氣，最終參加反應(yīng)的氮氣一定小于0.5mol。所以△H的值大于38.6。B錯。D、氫氧化鋁沉淀沒有沉淀符號。 〖答案〗C 【例6】（xx廣東理綜卷，9） 在298K、100kPa時，已知：2H2O(g)=O2(g)+2H2(g) ΔH1 H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) ΔH2 2 Cl2(g)+ 2H2O(g)=4HCl(g)+ O2(g) ΔH3 則ΔH3與ΔH1和ΔH2間的關(guān)系正確的是 A．ΔH3=ΔH1+2ΔH2 B．ΔH3=ΔH1+ΔH2 C．ΔH3=ΔH1-2ΔH2 D．ΔH3=ΔH1-ΔH2 〖解析〗第三個方程式可由第二個方程式乘以2與第一個方程式相加，有蓋斯定律可知ΔH3=ΔH1+2ΔH2 〖答案〗A 【例7】已知下列熱化學(xué)反應(yīng)方程式： Fe2O3(s)＋ 3CO(g)=2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－24.8 kJ/mol Fe2O3(s)＋CO(g)= Fe3O4(s)＋ CO2(g) ΔH＝－15.73 kJ/mol Fe3O4(s)＋CO(g)=3FeO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋640.4 kJ/mol 則14 g CO氣體還原足量FeO固體得到Fe固體和CO2氣體時對應(yīng)的ΔH約為(　　) A．－218 kJ/mol　　 　B．－109 kJ/mol C．＋218 kJ/mol D．＋109 kJ/mol 【導(dǎo)航】　像這種根據(jù)蓋斯定律進行反應(yīng)熱計算的試題，關(guān)鍵是找出欲求的熱化學(xué)方程式與已知幾個熱化學(xué)方程式的關(guān)系，通過必要的加減乘除除掉欲求熱化學(xué)方程式中沒有，而已知熱化學(xué)方程式有的物質(zhì)，如該題欲求的熱化學(xué)方程式中沒有Fe2O3和Fe3O4，所以只要想辦法除掉這兩種物質(zhì)即可。 〖解析〗該問題可以轉(zhuǎn)化為 CO(g)＋FeO(s)= Fe(s)＋CO2(g)　ΔH＝？所以應(yīng)用蓋斯定律，若把已知給出的3個熱化學(xué)方程式按照順序編號為①、②、③，那么[(①－②)－③]即可。 〖答案〗B 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第二部分 化學(xué)能與電能 復(fù)習(xí)目標： 1、了解原電池和電解池的基本工作原理，能夠判斷池型，電極，會書寫電極反應(yīng)方程式。 2、了解原電池和電解池原理在實際生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。 3、能夠把電化學(xué)和氧化還原反應(yīng)有機的結(jié)合起來，融會貫通。 基礎(chǔ)知識： 一、原電池 1．原電池 把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2．構(gòu)成條件及判斷 (1)具有兩個活性不同的電極(金屬和金屬或金屬和非金屬)。 (2)具有電解質(zhì)溶液。 (3)形成閉合電路 (或在溶液中相互接觸)。 ★☆判斷 3．原電池工作原理示意圖 原電池的工作原理和電子流向可用下列圖示表示： 【說明】 ①在原電池裝置中，電子由負極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，陽離子在正極上獲得電子，通過電路中的電子和溶液中的離子的移動而形成回路，傳導(dǎo)電流，電子并不進入溶液也不能在溶液中遷移。 ②原電池將一個完整的氧化還原反應(yīng)分為兩個半反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，一般將兩個電極反應(yīng)中得失電子的數(shù)目寫為相同，相加便得到總反應(yīng)方程式。 ③陰離子要移向負極，陽離子要移向正極。這是因為：負極失電子，生成大量陽離子積聚在負極附近，致使該極附近有大量正電荷，所以溶液中的陰離子要移向負極；正極得電子，該極附近的陽離子因得電子生成電中性的物質(zhì)而使該極附近帶負電荷，所以溶液中的陽離子要移向正極。 ④不參與電極反應(yīng)的離子從微觀上講發(fā)生移動，但從宏觀上講其在溶液中各區(qū)域的濃度基本不變。 【例1】 4．原電池的兩極及判斷 負極：活潑性 強 的金屬，發(fā)生 氧化 反應(yīng)。 正極：活潑性 弱 的金屬或?qū)w，發(fā)生 還原 反應(yīng)。 ★☆原電池正負極判斷 (1)根據(jù)電極材料判斷 負極——活潑性較強的金屬 正極——活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬 注：活潑金屬不一定做負極，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做負極。 (2)根據(jù)電子流動方向或電流方向或電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動方向判斷 負極——電子流出極，電流流入極或陰離子定向移向極 正極——電子流入極，電流流出極或陽離子定向移向極 (3)根據(jù)兩極發(fā)生的變化判斷 負極——失去電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng) 正極——得到電子，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng) (4)根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象判斷 負極——會逐漸溶解，質(zhì)量減小 正極———有氣泡逸出或質(zhì)量增加 【特別提示】　原電池正負極判斷的基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)。如果給出一個方程式讓判斷正、負極，可以直接根據(jù)化合價的升降變化來判斷，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。 5．電極反應(yīng)式書寫 原電池反應(yīng)的基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式的步驟如下： (1)確定原電池的正、負極，以及兩電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。在原電池中，負極是還原性材料失去電子被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。正極反應(yīng)要分析電極材料的性質(zhì)：若電極材料是強氧化性材料，則是電極材料得電子被還原，發(fā)生還原反應(yīng)；若電極材料是惰性的，再考慮電解質(zhì)溶液中的陽離子是否能與負極材料反應(yīng)。能發(fā)生反應(yīng)則是溶液中的陽離子得電子，發(fā)生還原反應(yīng)；若不能與負極材料反應(yīng)，則考慮空氣中的氧氣，氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。 (2)弱電解質(zhì)、氣體或難溶解物均以化學(xué)式表示，其余以離子符號表示，保證電荷守恒，質(zhì)量守恒及正、負極得失電子數(shù)相等的規(guī)律，一般用“=”而不用“―→”。 (3)正負極反應(yīng)式相加得到原電池總反應(yīng)式，通常將總反應(yīng)式減去較易寫出的電極反應(yīng)式，從而得到較難寫出的電極反應(yīng)式。 【例2】 6．原電池的應(yīng)用 （1）加快氧化還原反應(yīng)的速率 一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。 （2）比較金屬活動性強弱 兩種金屬分別做原電池的兩極時，一般做負極的金屬比做正極的金屬活潑。 （3）用于金屬的防護 使被保護的金屬制品做原電池正極而得到保護。例如，要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅做原電池的負極。 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 定義 金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2、SO2等)或非電解質(zhì)液體(如石油)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕 不純金屬(或合金)接觸到電解質(zhì)溶液所發(fā)生的原電池反應(yīng)，較活潑金屬失去電子被氧化而引起的腐蝕 吸氧腐蝕(主要) 析氫腐蝕 條件 金屬與物質(zhì)直接接觸 水膜中溶有O2，顯弱酸性或中性 水膜酸性較強 本質(zhì) 金屬被氧化而腐蝕 較活潑金屬被氧化而腐蝕 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 反應(yīng)式 2Fe＋3Cl2=2FeCl3 負極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：2H2O＋O2＋4e－=4OH－ 正極：2H＋＋2e－=H2↑ 聯(lián)系 兩種腐蝕往往同時發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍、危害更大 【特別提示】　判斷金屬腐蝕的快慢，首先要確定金屬腐蝕的類型及該金屬在“兩池”中所作的電極種類，并按下列規(guī)律進行判斷。 (1)金屬腐蝕由快到慢的規(guī)律為： 電解池陽極>原電池負極>化學(xué)腐蝕>原電池正極>電解池陰極 (2)同一種金屬在相同濃度的不同電解質(zhì)溶液中的腐蝕快慢規(guī)律為： 強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液； 對于同一種電解質(zhì)來說，電解質(zhì)溶液濃度越大腐蝕越快；構(gòu)成原電池時，活潑性不同的兩種金屬，活潑性差別越大，作負極的金屬腐蝕越快。 （4）設(shè)計制作化學(xué)電源 ★☆設(shè)計原電池時要緊扣原電池的構(gòu)成條件。具體方法是： （1）首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng)； （2）根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正負極材料及電解質(zhì)溶液。 ①電極材料的選擇 在原電池中，選擇還原性較強的物質(zhì)作為負極；氧化性較強的物質(zhì)作為正極。并且，原電池的電極必須導(dǎo)電。電池中的負極必須能夠與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。 ②電解質(zhì)溶液的選擇 電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負極發(fā)生反應(yīng)(如空氣中的氧氣)。但如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子。如在銅——鋅——硫酸構(gòu)成的原電池中，負極金屬鋅浸泡在含有Zn2＋的電解質(zhì)溶液中，而正極銅浸泡在 （3）按要求畫出原電池裝置圖。 【特別提醒】 應(yīng)用原電池原理可以設(shè)計任一自發(fā)的氧化還原反應(yīng)的電池，但有的電流相當微弱。同時要注意電解質(zhì)溶液不一定參與反應(yīng)，如燃料電池，水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4等。 【例3】 二、化學(xué)電源 1．化學(xué)電源是能夠?qū)嶋H應(yīng)用的原電池。作為化學(xué)電源的電池有一次電池、二次電池和燃料電池等。 2．鉛蓄電池是一種二次電池，它的負極是Pb ，正極是PbO2，電解質(zhì)溶液是30%的H2SO4溶液，它的電池反應(yīng)式為Pb＋PbO2＋2H2SO4 = 2PbSO4 ＋2H2O。 3．堿性氫氧燃料電池的電極反應(yīng)： 負極：2H2＋4OH－－4e－=4H2O 正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－； 電池反應(yīng)為 2H2＋O2=2H2O 。 【例4、5】 三、電解池 1．定義 使電流通過 電解質(zhì)溶液 而在陰陽兩極上引起 氧化還原反應(yīng) 的過程。 2．電解池 把 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 的裝置(電解槽)。 3．裝置特點 借助于 電流 引起氧化還原反應(yīng)的裝置。 4．電解池的形成條件 (1)與電源相連的兩個電極：陽極連電源的 正 極；陰極連電源的 負 極。 (2)電解質(zhì)溶液(或 熔融 的電解質(zhì))。 (3)形成 閉合的回路。 5．電極反應(yīng)：陽極上發(fā)生 失 電子的氧化反應(yīng)，陰極上發(fā)生 得 電子的還原反應(yīng)。電子的流向從電源的 負 極到電解池的 陰 極，再從電解池的 陽 極到電源的 正 極。 ★☆電解池和原電池比較 電解池 原電池 定義 將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 裝置舉例 形成條件 ①兩個電極與直流電源相連 ②電解質(zhì)溶液 ③形成閉合回路 ①活潑性不同的兩電極(連接) ②電解質(zhì)溶液 ③形成閉合回路 ④能自發(fā)進行氧化還原反應(yīng) 電極名稱 陽極：與電源正極相連的極 陰極：與電源負極相連的極 負極：較活潑金屬(電子流出的極) 正極：較不活潑金屬(或能導(dǎo)電的非金屬)(電子流入的極) 電極反應(yīng) 陽極：溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 陰極：溶液中的陽離子得電子，發(fā)生還原反應(yīng) 負極：較活潑電極金屬或陰離子失電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 正極：溶液中的陽離子或氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng) 溶液中的離子移向 陰離子移向陽極，陽離子移向陰極 陰離子移向負極，陽離子移向正極 電子流向 陽極正極→負極陰極 負極正極 實質(zhì) 均發(fā)生氧化還原反應(yīng)，兩電極得失電子數(shù)相等 聯(lián)系 原電池可以作為電解池的電源，二者共同形成閉合回路 6．電解產(chǎn)物的判斷 （1）陽極產(chǎn)物的判斷 首先看電極，若是活性電極(一般是除Au、Pt外的金屬)，則電極材料本身失電子，電極被溶解形成陽離子進入溶液；若是惰性電極(如石墨、鉑、金等)，則根據(jù)溶液中陰離子放電順序加以判斷。 陽極放電順序： 金屬(一般是除Au、Pt外)>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。 （2）陰極產(chǎn)物的判斷 直接根據(jù)溶液中陽離子放電順序加以判斷。陽離子放電順序： Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。 【提示】　(1)處理有關(guān)電解池兩極產(chǎn)物的問題，一定要先看電極是活性電極還是惰性電極?；钚噪姌O在陽極放電，電極溶解生成相應(yīng)的金屬離子，此時陰離子在陽極不放電。對于惰性電極，則只需比較溶液中定向移動到兩極的陰陽離子的放電順序即可。 (2)根據(jù)陽離子放電順序判斷陰極產(chǎn)物時，要注意下列三點： ①陽離子放電順序表中前一個c(H＋)與其他離子的濃度相近，后一個c(H＋)很小，來自水的電離； ②Fe3＋得電子能力大于Cu2＋，但第一階段只能被還原到Fe2＋； ③Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋控制一定條件(即電鍍)時也能在水溶液中放電；Al3＋、 Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融狀態(tài)下放電。 【例6】 ★☆用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律 電解類型 電解質(zhì)類別 實例 電極反應(yīng)特點 電解對象 電解質(zhì)濃度 pH 電解質(zhì)溶液復(fù)原 電解 水型 強堿、含氧酸、活潑金屬的含氧酸鹽 NaOH H＋和OH－分別在陰極和陽極放電生成H2和O2 水 增大 增大 水 H2SO4 減小 水 Na2SO4 不變 水 電解電解質(zhì)型 無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽 HCl 電解質(zhì)電離出的陰陽離子分別在兩極放電 電解質(zhì) 減小 增大 HCl CuCl2 CuCl2 放H2生堿型 活潑金屬的無氧酸鹽 NaCl 陰極：H2O得電子放H2生成堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電 電解質(zhì) 和水 生成新電解質(zhì) 增大 HCl 放O2生酸型 不活潑金屬的含氧酸鹽 CuSO4 陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O失電子放O2生成酸 電解質(zhì) 和水 生成新電解質(zhì) 減小 CuO或 CuCO3 【特別提醒】 ①當電解過程中電解的是水和電解質(zhì)時，電極反應(yīng)式中出現(xiàn)的是H＋或OH－放電，但在書寫總反應(yīng)式時要將反應(yīng)物中的H＋或OH－均換成水，在生成物中出現(xiàn)的是堿或酸，同時使陰極、陽極反應(yīng)式得失電子數(shù)目相同，將兩個電極反應(yīng)式相加，即得到總反應(yīng)的化學(xué)方程式。②兩惰性電極電解時，若要使電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài)，應(yīng)遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則，一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的化合物。 【例7】 7．電解的應(yīng)用 （一）電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿(氯堿工業(yè)) (1)氯堿工業(yè)的主要原料是食鹽，由于粗鹽中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、SO42－等雜質(zhì)離子，對生產(chǎn)設(shè)備造成損壞，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，故必須進行精制。 ①化學(xué)方法 a：依次加入沉淀劑BaCl2、Na2CO3、NaOH溶液，每次所加試劑都必須稍稍過量以便使相應(yīng)離子完全沉淀。 b．過濾。 c．濾液中加鹽酸：調(diào)節(jié)溶液pH值為4～6，CO32－＋2H＋=CO2↑＋H2O。 ②離子交換法：對于上述處理后的溶液，需送入離子交換塔，進一步通過陽離子( Na＋)交換樹脂除去殘存的Ca2＋、Mg2＋，以達到技術(shù)要求。 (2)精制的飽和食鹽水中存在著Na+、Cl-、H+、OH-四種離子，用石墨作電極，通電時H+ 和Cl-優(yōu)先放電，電極反應(yīng)式為 陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑， 陰極：2H＋＋2e－=H2↑ 總反應(yīng)：2NaCl＋2H2O = 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 （二）電鍍 (1)概念：電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他 金屬 或 合金 的過程。 (2)形成條件：①電解時，鍍層金屬作 陽極；②鍍件作 陰極；③含 鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液；④用 直流電源。 (3)特征：①陽極本身 放電被氧化 ；②宏觀上看無新物質(zhì)生成；③電解液的總量、濃度、pH均不變。 （三）電冶煉 電解熔融電解質(zhì)，可煉得活潑金屬。如：電解熔融NaCl時， 電極反應(yīng)式為：陽極：2Cl－－2e=Cl2↑ ， 陰極：2Na＋＋2e－=2Na ， 總反應(yīng)式為：2NaCl = 2Na＋Cl2↑ 。 （四）電解精煉 電解精煉粗銅時，陽極材料是——粗銅，陰極材料是——精銅，電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液(或 Cu(NO3)2溶液)。長時間電解后，電解質(zhì)溶液必須補充。 【例8】 例題精講： 【例1】(xx廣東高考)用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂－KNO3的U型管)構(gòu)成一個原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是( ) ①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極 ②正極反應(yīng)為：Ag＋＋e－=Ag ③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作 ④將銅片侵入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同 A．①②　　　 B．②③ C．②④ D．③④ 〖解析〗該原電池中Cu作負極，Ag作正極，負極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋，正極反應(yīng)式為Ag＋＋e－=Ag，因此②對；在外電路中，電子由Cu電極流向Ag電極，而電流方向與電子流向相反，所以①錯；沒有鹽橋，原電池不能繼續(xù)工作，所以③錯。無論是否為原電池，反應(yīng)實質(zhì)相同，均為氧化還原反應(yīng)，所以④對。 〖答案〗C 【例2】　(xx寧夏高考)一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負極發(fā)生的反應(yīng)是 (　　) A．CH3OH(g)＋O2(g)－2e－=H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq) B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－=2H2O(l) C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－=CO2(g)＋6H＋(aq) D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－=4OH－ 〖解析〗正極發(fā)生還原反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，首先根據(jù)題意寫出電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式，用總反應(yīng)式減正極反應(yīng)式即得負極反應(yīng)式。 總反應(yīng)式：2CH3OH(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)， 正極反應(yīng)式：O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－=2H2O(l)， 故負極反應(yīng)式：CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－=CO2(g)＋6H＋(aq)。 〖答案〗C 【例3】根據(jù)下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計一個原電池：2FeCl3＋Fe=3FeCl2 要求：(1)畫出此原電池的裝置圖，裝置可采用燒杯和鹽橋。 (2)注明原電池的正、負極和外電路中電子的流向。 (3)寫出兩個電極上發(fā)生的電極反應(yīng)。 〖解析〗根據(jù)原電池的構(gòu)成條件——發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)作正極(或在正極上發(fā)生還原反應(yīng))，發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)作負極(或在負極上發(fā)生氧化反應(yīng))。在上述反應(yīng)里，固體鐵中鐵元素的化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)作原電池的負極；FeCl3中鐵元素的化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，但因FeCl3易溶于水，不能直接作電極，所以要選用一種活動性比鐵弱且與FeCl3溶液不反應(yīng)的固體作輔助電極，這里可以采用石墨棒或銀棒等。左、右兩個半電池中電解質(zhì)溶液依次為FeCl2、FeCl3溶液，兩個半電池要用裝有飽和KCl溶液的鹽橋溝通。 〖答案〗(1)裝置圖如下： (2)電池的正負極及外電路中電子的流向如圖所示。 (3)負極(Fe)：Fe－2e－=Fe2＋ 正極(C或Ag)：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋ a b c d 30%H2SO4 PbSO4 Pb PbO2 Ⅰ Ⅱ K 【例4】（xx福建卷）11．鉛蓄電池的工作原理為：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O研讀右圖，下列判斷不正確的是 A．K 閉合時，d電極反應(yīng)式： PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO B．當電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，I中消耗的H2SO4為0.2 mol C．K閉合時，II中SO向c電極遷移 D．K閉合一段時間后，II可單獨作為原電池，d電極為正極 〖答案〗C 〖解析〗本題考查電化學(xué)（原電池、電解池）的相關(guān)知識 K閉合時Ⅰ為電解池，Ⅱ為電解池，Ⅱ中發(fā)生充電反應(yīng)，d電極為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，其反應(yīng)式為PbSO4 + 2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ + SO所以A正確。在上述總反應(yīng)式中，得失電子總數(shù)為2e-，當電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，可以計算出Ⅰ中消耗的硫酸的量為0.2mol，所以B對。K閉合一段時間，也就是充電一段時間后Ⅱ可以作為原電池，由于c表面生成Pb，放電時做電源的負極，d表面生成PbO2，做電源的正極，所以D也正確。K閉合時d是陽極，陰離子向陽極移動，所以C錯。 【例5】（xx安徽卷）11.某固體酸燃料電池以CaHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H＋，其基本結(jié)構(gòu)見下圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2＋O2＝2H2O，下列有關(guān)說法正確的是 A．電子通過外電路從b極流向a極 B．b極上的電極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ C．每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗1.12 L的H2 D．H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極 〖答案〗D 〖解析〗首先明確a為負極，這樣電子應(yīng)該是通過外電路由a極流向b，A錯；B選項反應(yīng)應(yīng)為O2+4e-+4H+=2H2O ； C沒有告知標準狀況。 【例6】　(xx全國Ⅱ理綜)右圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液，下列實驗現(xiàn)象中正確的是 (　　) A．逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的 B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體 C．a(chǎn)電極附近呈紅色，b電極附近呈藍色 D．a(chǎn)電極附近呈藍色，b電極附近呈紅色 〖解析〗電解Na2SO4溶液時發(fā)生的反應(yīng)為： a為陰極：4H＋＋4e－=2H2↑ b為陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O 對照分析A、B不正確。a極周圍由于H＋放電呈堿性，石蕊顯藍色，b極周圍由于OH－放電呈酸性，石蕊顯紅色。 〖答案〗D 【例7】用石墨做電極電解1 mol/L CuSO4溶液，當c(Cu2＋)為0.5 mol/L時，停止電解，向剩余溶液中加入下列何種物質(zhì)可使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原來的狀態(tài)(　　) A．CuSO4 B．CuO C．Cu(OH)2 D．CuSO45H2O 〖解析〗電解過程中的反應(yīng)為： 陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極：2Cu2＋＋4e－=2Cu。 總反應(yīng)為：2CuSO4＋2H2O=2H2SO4＋2Cu＋O2↑。 由以上反應(yīng)可知，電解使2 mol CuSO4和2 mol H2O變成了2 mol H2SO4，同時析出銅，放出O2，溶液中每生成2 mol Cu則放出1 mol O2，故需補充CuO或CuCO3。 〖答案〗　B