1、第第1 1章章化学反应和能量的转化化学反应和能量的转化单元复习单元复习第第1 1课时课时 反应热和电解原理反应热和电解原理在等温等压条件下的化学反应在等温等压条件下的化学反应,如果不做非体积功如果不做非体积功(即没有转化为电能、光即没有转化为电能、光能等其他形式的能能等其他形式的能),则该反应的反应热则该反应的反应热Qp等于反应前后物质的焓变等于反应前后物质的焓变(H)。单。单位是位是Jmol-1或或KJmol-1。H0时为吸热反应时为吸热反应,当当H0时时,为放热反应。为放热反应。 反应热的数据可以通过反应热的数据可以通过实验测定实验测定也可以运用也可以运用理论计算理论计算求得求得1、反应热
2、及焓变、反应热及焓变一、化学反应的反应热一、化学反应的反应热简易量热计简易量热计测定方法：将反应物溶液加入到量热计内筒并迅速混合测定方法：将反应物溶液加入到量热计内筒并迅速混合,搅拌搅拌,测量反应前后测量反应前后溶液溶液温度温度的的变化值。变化值。计算公式：计算公式：Q- C(T2-T1)- c(m1+m2)(T2-T1)。其中其中C表示溶液及量热计表示溶液及量热计的的热容热容，c表示体系表示体系的比的比热容热容，T1、T2分别分别表示表示反应前和反应后体系的温度反应前和反应后体系的温度。2、反应热的测定、反应热的测定知识回顾知识回顾3、物质的内能和、物质的内能和化学反应的内能变化化学反应的内
3、能变化(1)内能是体系内物质所含各种微观粒子的能量总和。符号：内能是体系内物质所含各种微观粒子的能量总和。符号：U。(2)内能大小的影响因素内能大小的影响因素 内能的大小除了与物质的种类、数量及聚集状态内能的大小除了与物质的种类、数量及聚集状态(即气态、即气态、液态或固态等液态或固态等)有关，还与体系的温度、压强有关。有关，还与体系的温度、压强有关。(3)反应体系的能量变化反应体系的能量变化 在一般情况下，反应体系处于静止状态，即体系整体的动能在一般情况下，反应体系处于静止状态，即体系整体的动能和势能没有变化，体系的能量变化可表示为和势能没有变化，体系的能量变化可表示为UU(反应产物反应产物)
4、U(反应物反应物)QW。 当反应过程中体系没有做功时，则当反应过程中体系没有做功时，则UQ。U0，反应吸，反应吸收能量；收能量；UQ2 BQ1Q2 CQ1Q2 D 无法比较无法比较A例例6、已知下列热化学方程式：、已知下列热化学方程式：CH3COOH(l)2O2(g) = 2CO2(g)2H2O(l) H1870.3 kJ/molC(s)O2(g) = CO2(g) H2=-393.5 kJ/molH2(g) O2(g) = H2O(l) H3-285.8 kJ/mol写出由写出由C(s)、H2(g)和和O2(g)化合生成化合生成CH3COOH(l)的热化学方程的热化学方程式式 。2C(s)2
5、H2(g)O2(g) = CH3COOH(l) H488.3 kJ/molH2H2+2H3-H1 =488.3 kJ/mol例例7、下列关于反应下列关于反应U的说法中正确的是的说法中正确的是() AU0时，反应吸收能量时，反应吸收能量 C化学反应体化学反应体系处于静止状态时，系处于静止状态时，UQW DUHBC某实验小组用某实验小组用0.50 molL1NaOH溶液和溶液和0.50 molL1硫酸溶液进行反应热的测定。硫酸溶液进行反应热的测定。测定稀硫酸和稀氢氧化钠中和热的实验装置如图所示。测定稀硫酸和稀氢氧化钠中和热的实验装置如图所示。(1)写出该反应的热化学方程式生成写出该反应的热化学方程
6、式生成1 mol H2O(l)时的反时的反应热为应热为57.3 kJ/mol：_。实验时，常使酸或碱溶液过量少许，如使用实验时，常使酸或碱溶液过量少许，如使用用用0.55 molL1的的NaOH溶液，溶液，为什么？为什么？例例8、中和反应的反应热的测定实验中和反应的反应热的测定实验H2SO4(aq)+2NaOH(aq) =Na2SO4(aq)+2H2O(l) H=-114.6 kJ/mol为保证碱溶液或酸溶液完全被中和为保证碱溶液或酸溶液完全被中和取取50 mL NaOH溶液和溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如下表。硫酸溶液进行实验，实验数据如下表。请填写下表中的空白：请填写下表中的
7、空白：4.0 近似认为近似认为0.50 molL1 NaOH溶液和溶液和0.50 molL1硫酸溶液的密度都是硫酸溶液的密度都是1.0 g/mL，中和后生成溶液的比热容，中和后生成溶液的比热容c=4.18 J/(g)。则反应热。则反应热Q=_ _ (取取小数点后一位小数点后一位)。Q=c(m1+m2)(t2-t1) =4.18 J/(g)(50+30)kg4.0 = 1337.6 J 1337.6 J注意单位！注意单位！则生成则生成1 mol H2O(l)时的反应热时的反应热Q=_ _ kJ(取小数点后一位取小数点后一位)。上述实验数值结果与中和热上述实验数值结果与中和热H=57.3 kJ/m
8、ol有偏差，产生偏差的原因不有偏差，产生偏差的原因不可能是可能是_(填字母填字母)。 a实验装置保温、隔热效果差实验装置保温、隔热效果差 b量取量取NaOH溶液的体积时仰视读数溶液的体积时仰视读数 c分多次把分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中 d用温度计测定用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度溶液的温度-53.5 b 1337.6 J0.025mol二、电解原理及应用二、电解原理及应用1 1、电解池构成条件、电解池构成条件(1)(1)外加直流电源外加直流电源 (2)(2)与电源相连的两个电极与电源相连的两个电极(
9、3)(3)电解质溶液或熔化的电解质电解质溶液或熔化的电解质 (4)(4)用导线连接形成闭合回路用导线连接形成闭合回路2电解池的工作原理电解池的工作原理接通外界电源后，电子从电源的接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图并沿导线流回电源的正极，如图所示。所示。知识回顾知识回顾3、离子的放电顺序、离子的放电顺序(1)阴极：惰性电极、活性电极都不参与反应，溶液中的阳离子放电顺序：阴极：惰性电极、活性电极都不参与反应
10、，溶液中的阳离子放电顺序： AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2(H)Al3Mg2NaCa2K。(2)阳极：阳极：活性电极活性电极被氧化或溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化。其被氧化或溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化。其放电顺序：放电顺序： 金属阳极金属阳极S2IBr ClOH含氧酸根离子。含氧酸根离子。OHH2OH2O(H)电解质本身被电解：电解质本身被电解：电解无氧酸溶液电解无氧酸溶液(氢氟酸除外氢氟酸除外)、不活泼金、不活泼金属的无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。如电解盐酸、属的无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。如电解盐酸、CuCl2溶液等溶液等4 4、
11、用惰性电极进行电解时的电解规律用惰性电极进行电解时的电解规律电解电解质和水电解电解质和水(放氢生碱型放氢生碱型)：电解活泼金属的无氧酸盐溶液电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如电解时，电解质和水都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。溶液等。电解电解质和水电解电解质和水(放氧生酸型放氧生酸型)电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都有一部分被电解，如电解电解质和水都有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、溶液、AgNO3溶等。溶等。电解水型电解水型(阴极生成氢气阴极生成氢气,阳极生成氧气阳极生成氧气)电解含氧酸、强碱溶液、电解含氧酸、强碱溶液、
12、活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。如电解活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液等溶液5、电解规律的应用：电解规律的应用：电解饱和食盐水电解饱和食盐水 电解精炼电解精炼铜、镍等铜、镍等电镀：电镀：电镀铜、电镀锌等。电镀铜、电镀锌等。常见活泼金属的电冶法：钠、镁、铝的冶炼。常见活泼金属的电冶法：钠、镁、铝的冶炼。二次电池的充电过程：铅蓄电池、银锌电池等。二次电池的充电过程：铅蓄电池、银锌电池等。6 6、“隔膜隔膜”电解池在工业生产中的应用电解池在工业生产中的应用常见的常见的三类三类隔膜：隔膜：阳离子交换膜，阳离子交换膜，阴离子交换
13、膜，阴离子交换膜，质子交换膜，质子交换膜，隔膜的作用：隔膜的作用：能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。触，防止发生化学反应。能选择性的通过离子，起到平衡电能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。荷、形成闭合回路的作用。1、分析电解反应的一般思路：、分析电解反应的一般思路：确定装置的性质。电解池确定装置的性质。电解池确定电极性质和材料。活性、惰性电极确定电极性质和材料。活性、惰性电极分析明确溶液中存在阴阳离子。分析明确溶液中存在阴阳离子。根据放电顺序，分析阴阳两极极区离子移动方向放电情况。根据放电顺序，分析阴阳两极极区离
14、子移动方向放电情况。根据溶液性质，确定电极产物，并写出电极反应。根据溶液性质，确定电极产物，并写出电极反应。写出电解总反应方程式。写出电解总反应方程式。2 2、“隔膜隔膜”电解池的解题步骤电解池的解题步骤第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。允许哪种离子通过隔膜。第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。荷平衡判断离子迁移方向。第三步，分析隔膜作用。在产品制备
15、中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。题型分析及典型例题题型分析及典型例题例例9：常温下，将除去表面氧化膜的常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓片插入浓HNO3中组成原电池（如图中组成原电池（如图1），测得原电池的电流强度（），测得原电池的电流强度（I）随时间（）随时间（t）的变化如图）的变化如图2所示，已知所示，已知0t1时，时，原电池的负极是原电池的负极是Al片，片，反应过程中有反应过程中有红棕色气体产生红棕色气体产生
16、下列说法不正确的是下列说法不正确的是（）（） A0t1时，正极的电极反应式为：时，正极的电极反应式为：2H+NO3eNO2+H2O B0t1时，溶液中的时，溶液中的H+向向Cu电极移动电极移动 Ct1时，负极的电极反应式为：时，负极的电极反应式为：Cu2eCu2+ Dt1时，原电池电子流动方向发生改变是因为时，原电池电子流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了碍了Al的进一步反应的进一步反应 A例例10：次磷酸次磷酸(H3PO2)是一种精细化工产品，具有较强还原性，是一种精细化工产品，具有较强还原性，(H3PO2)也可也可以通过电解的方法制备。工作原理如图
17、所示以通过电解的方法制备。工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过阴离子通过)。回答下列问题：回答下列问题： 写出阳极的电极反应式写出阳极的电极反应式 ；分析产品室可得到分析产品室可得到H3PO2的原因的原因 ；早期采用早期采用“三室电渗析法三室电渗析法”制备制备H3PO2，将，将“四室电渗析法四室电渗析法”中阳极室的中阳极室的稀硫酸用稀硫酸用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，其缺点是了阳极室与产品室，其缺点是 杂质。该杂质产生的原因杂质。该杂质产生的原
18、因是：是： 。阳极室阳极室 氢氧根放电，氢氧根放电，H+通过阳通过阳离子交换膜进入产品室，阴极离子交换膜进入产品室，阴极室室H+放电，原料室放电，原料室Na+进入阴进入阴极室，极室，H2PO2通过阴离子交换通过阴离子交换膜进入产品室，生成膜进入产品室，生成H3PO24OH- - 4e- O2+2H2O含有含有H3PO4(PO43-)H3PO2具有较强还原性具有较强还原性,易被氧化易被氧化3、有关电解的计算、有关电解的计算计算方法计算方法当电流通过一个或多个串联的电解池时当电流通过一个或多个串联的电解池时, 它们皆处于同一闭合它们皆处于同一闭合电路中电路中,所以各池的电流强度相等所以各池的电流强
19、度相等,各电极上同一时间内得失电子各电极上同一时间内得失电子的物质的量相等。的物质的量相等。常见电化学计算的对应关系：常见电化学计算的对应关系：2e-H2Cl20.5O2Cu2Ag2H2OH如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为 n(H2) n(Cl2) n(O2) n(e-)1 1 0.5 2例例11、用铂电极电解用铂电极电解CuSO4和和KNO3的混合溶液的混合溶液500 mL，经过一段时间后，经过一段时间后，两极均得到标准状况下两极均得到标准状况下11.2 L的气体，则原混合溶液中的气体，则原混合溶液中CuSO4的
20、物质的量浓的物质的量浓度为度为() A0.5 mol/L B0.8 mol/L C1.0 mol/L D1.5 mol/L C 例例12：如图所示，若电解如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：。试回答：(1)电源中电源中X极是极是_(填填“正正”或或“负负”)极。极。(2)通电通电5 min时，时，B中共收集到中共收集到224 mL(标准状况标准状况)气体，溶液体积为气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前，则通电前c(CuSO4)_ molL1。(3)若若A中中KCl溶液的
21、体积也是溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的，则电解后溶液的c(OH)_ molL1。负负例例13：电解熔融的氧化铝可制得金属铝电解熔融的氧化铝可制得金属铝.（提示：氧化铝在熔融状态下以（提示：氧化铝在熔融状态下以O2-和和Al3+的形式存在）的形式存在）（1）金属铝的生产是以）金属铝的生产是以2Al2O3为原料，在熔融状态下进行电解，化学方程式为原料，在熔融状态下进行电解，化学方程式为：为：2Al2O3 = 4Al+3O2电极均由石墨材料做成，电解时不断消耗的电极是电极均由石墨材料做成，电解时不断消耗的电极是 （ 填填“阴极阴极或或“阳极阳极”），原因是），原因是 （用化学方程式（用化
22、学方程式表示）。表示）。（2）对铝制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。以处理过的铝材为阳极，）对铝制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。以处理过的铝材为阳极，在在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为为 。（3）在金属铝表面形成一层抗腐蚀、抗磨损能力的）在金属铝表面形成一层抗腐蚀、抗磨损能力的铜镀膜，用铜镀膜，用 做阳极，当有做阳极，当有64 g铜析出时，转移的电子数为铜析出时，转移的电子数为 。阳极（石墨）阳极（石墨） 6O6O2- 2- - 12e- 12e- - 3O3O2 2阴极阴极 （石墨）（石墨） 4Al4Al3+ 3+ + 12e+ 12e- -4Al4Al石墨电极石墨电极石墨电极和生成的氧石墨电极和生成的氧气反应气反应O2+C=CO22Al3H2O6e-Al2O36H铜铜1.2041024
