高中化学选修四 化学反应与能量变化 本专题重难点突破一.docx

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高中化学选修四化学反应与能量变化本专题重难点突破一

本专题重难点突破

一　放热反应和吸热反应的比较与判断

化学反应根据能量的变化（反应过程中是放出热量，还是吸收热量）分为放热反应和吸热反应。

　　类型

比较　　

放热反应

吸热反应

定义

放出热量的化学反应

吸收热量的化学反应

宏观原因

反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量（E反>E生）

反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量（E反

微观解释

与键能

的关系

反应物的键能总和>生成物的键能总和，吸收热量

反应物的键能总和<生成物的键能总和，放出热量

焓变

ΔH<0

ΔH>0

图示

能量变化

体系的能量降低

体系的能量升高

实例

H2（g）＋Cl2（g）

===2HCl（g）　ΔH＝

－184.6kJ·mol－1

C（s）＋H2O（g）===

CO（g）＋H2（g）　ΔH＝

131．5kJ·mol－1

常见反

应类型

①所有的燃烧反应；

②酸碱中和反应；

③大多数化合反应；

④金属跟酸（或H2O）的置换反应；

⑤其他反应如铝热反应、氨的催化氧化、乙醇催化氧化、H2O2分解反应、CO2与H2O的反应等

①大多数分解反应；

②盐的水解和弱电解质的电离；

③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应；

④碳和水、C和CO2的反应等

[特别提示]　

（1）任何化学反应在发生物质变化的同时都伴随着能量变化。

（2）化学反应是吸热反应还是放热反应，与反应条件和反应类型没有直接的因果关系。

常温下能进行的反应可能是吸热反应，高温条件下进行的反应也可能是放热反应。

（3）熟悉一些常见的放热反应、吸热反应，是快速准确判断反应类型的基础。

【典例1】　下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是（　　）

A．镁条在空气中燃烧

B．Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应

C．铝片与稀盐酸的反应

D．灼热的炭与CO2的反应

解析　化学反应是放热反应还是吸热反应，取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。

具体判断的依据是要熟悉常见的放热反应和吸热反应的类型及其实例。

本题中，A、C、D都是氧化还原反应，其中只有D是吸热反应，B反应为Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，是吸热反应，但却是非氧化还原反应，故正确答案为D。

答案　D

二　热化学方程式的书写方法与正误判断

热化学方程式是能够表示反应热的化学方程式。

它不仅能表明化学反应中的物质变化，而且也表明了化学反应中的能量变化。

1．书写方法要求

（1）必须在化学方程式的右边标明反应热ΔH的符号、数值和单位（ΔH与最后一种生成物之间留一空格，ΔH为正值时“＋”常省略）：

ΔH＝

（2）ΔH与测定条件（温度、压强等）有关、因此应注明ΔH的测定条件。

绝大多数ΔH是在25℃、101kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。

（3）反应热与物质的聚集状态有关，因此必须注明物质的聚集状态（s，l，g），溶液中的溶质标明“aq”，化学式相同的同素异形体除标明状态外还需标明其名称[如C（金刚石，s）]。

热化学方程式中不标“↑”和“↓”，不在生成号或箭头上写“点燃、△、高温、催化剂”等条件。

（4）热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量而不表示分子数或原子数。

因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。

[特别提示]　

（1）ΔH是一个宏观量，它与反应物的物质的量成正比，所以方程式中的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也随之加倍，当反应方向变化时，ΔH的值也随之变号。

（2）根据标准燃烧热、中和热书写的热化学方程式，要符合标准燃烧热、中和热的定义。

【典例2】　已知下列热化学方程式：

①H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.0kJ·mol－1

②H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8kJ·mol－1

③C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－110.5kJ·mol－1

④C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1

回答下列各问题：

（1）上述反应中属于放热反应的是____________________

____________________________________________________（填序号）。

（2）H2的标准燃烧热ΔH＝____________；

C的标准燃烧热ΔH＝____________。

（3）燃烧10gH2生成液态水，放出的热量为________。

（4）CO的标准燃烧热ΔH＝____________，其热化学方程式为________________________________________________________________________。

解析　

（1）已知四个热化学方程式的ΔH皆小于0，故都是放热反应。

（2）H2的标准燃烧热是指1molH2完全燃烧生成液态水时放出的热量，故H2的标准燃烧热ΔH＝－285.0kJ·mol－1；C的标准燃烧热是指1mol碳完全燃烧生成CO2时放出的热量，故C的标准燃烧热ΔH＝－393.5kJ·mol－1。

（3）燃烧10gH2生成液态水时放出的热量为

×285.0kJ·mol－1＝1425.0kJ。

（4）将已知热化学方程式④－③可得：

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1－（－110.5kJ·mol－1）＝－283.0kJ·mol－1，故CO的标准燃烧热ΔH＝－283.0kJ·mol－1，CO燃烧的热化学方程式为CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ·mol－1。

答案　

（1）①②③④

（2）－285.0kJ·mol－1　－393.5kJ·mol－1

（3）1425.0kJ

（4）－283.0kJ·mol－1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ·mol－1

2．常见错误要回避

（1）漏写物质的聚集状态（漏一种就全错）；

（2）ΔH的符号标示错误；

（3）ΔH的值与各物质化学计量数不对应；

（4）ΔH后不带单位或单位写错（写成kJ、kJ·mol等）。

3．正误判断方法

判断热化学方程式的正误时要从以下几个方面进行检查：

（1）热化学方程式是否已配平，是否符合客观事实；

（2）各物质的聚集状态是否标明；

（3）反应热ΔH的数值与该热化学方程式的化学计量数是否对应；

（4）反应热ΔH的符号是否正确，放热反应时ΔH为“－”，吸热反应时ΔH为“＋”（“＋”常省略）。

【典例3】　已知3.0g乙烷在常温下完全燃烧放出的热量为155.98kJ，则下列表示乙烷标准燃烧热的热化学方程式书写正确的是（　　）

A．2C2H6（g）＋7O2（g）===4CO2（g）＋6H2O（l）

ΔH＝－2119.6kJ·mol－1

B．C2H6（g）＋

O2（g）===2CO（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1559.8kJ·mol－1

C．C2H6（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）

ΔH＝－1559.8kJ·mol－1

D．C2H6（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1559.8kJ·mol－1

解析　1mol乙烷完全燃烧放出的热量为

×155.98kJ＝1559.8kJ，则其标准燃烧热为1559.8kJ·mol－1，A项中C2H6是2mol，B项中C2H6未完全燃烧，C项中水是气态，故A、B、C项均不正确。

答案　D

三　盖斯定律及其应用

1．盖斯定律的实质

不管化学反应是一步完成或是分几步完成，其反应热是相同的。

即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。

，则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。

2．盖斯定律的应用

根据盖斯定律，通过计算反应热，可以书写新的热化学方程式；比较反应热的大小，判断物质的稳定性（同素异形体稳定性比较）。

运用盖斯定律分析解题的关键：

设计出合理的反应过程，利用热化学方程式进行适当的加减等“运算”。

【典例4】　已知下列热化学方程式：

（1）Fe2O3（s）＋3CO（g）===2Fe（s）＋3CO2（g）

ΔH＝－25kJ·mol－1

（2）3Fe2O3（s）＋CO（g）===2Fe3O4（s）＋CO2（g）

ΔH＝－47kJ·mol－1

（3）Fe3O4（s）＋CO（g）===3FeO（s）＋CO2（g）

ΔH＝19kJ·mol－1

写出FeO（s）被CO（g）还原成Fe（s）和CO2（g）的热化学方程式：

_____________________

___________________________________________________。

解析　本题主要考查了盖斯定律的应用。

根据题目中所给的有关热化学方程式进行分析：

从方程式（3）与方程式

（1）可以看到我们需要的有关物质。

但方程式（3）必须通过方程式

（2）才能和方程式

（1）结合在一起。

将方程式（3）×2＋方程式

（2）得：

2Fe3O4（s）＋2CO（g）＋3Fe2O3（s）＋CO（g）===6FeO（s）＋2CO2（g）＋2Fe3O4（s）＋CO2（g）

ΔH＝19kJ·mol－1×2＋（－47kJ·mol－1），

整理得：

（4）Fe2O3（s）＋CO（g）===2FeO（s）＋CO2（g）

ΔH＝－3kJ·mol－1。

将

（1）－（4）得：

2CO（g）===2Fe（s）＋2CO2（g）－2FeO（s）

ΔH＝－25kJ·mol－1－（－3kJ·mol－1），

整理得：

FeO（s）＋CO（g）===Fe（s）＋CO2（g）

ΔH＝－11kJ·mol－1。

答案　FeO（s）＋CO（g）===Fe（s）＋CO2（g）

ΔH＝－11kJ·mol－1

[易错辨析]　利用盖斯定律的计算主要易出现两方面的错误：

（1）不能设计出合理的反应路线进行加减；

（2）加减时未正确利用化学计量数。

【典例5】　已知：

2Zn（s）＋O2（g）===2ZnO（s）　ΔH＝－701.0kJ·mol－1　2Hg（l）＋O2（g）===2HgO（s）　ΔH＝－181.6kJ·mol－1　则反应Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）的ΔH为（　　）

A．519.4kJ·mol－1B．259.7kJ·mol－1

C．－259.7kJ·mol－1D．－519.4kJ·mol－1

解析　由题给热化学方程式可得：

①Zn（s）＋

O2（g）===ZnO（s）　ΔH＝－350.5kJ·mol－1　②Hg（l）＋

O2（g）===HgO（s）　ΔH＝－90.8kJ·mol－1。

根据盖斯定律，由①－②可得：

Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）　ΔH＝（－350.5kJ·mol－1）－（－90.8kJ·mol－1）＝－259.7kJ·mol－1。

答案　C

四　图解原电池正、负极的判断方法

原电池中电极的判断角度如下所示：

[特别提示]　判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子（发生氧化反应）的一极是负极，得电子（发生还原反应）的一极是正极。

如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高发生氧化反应的一极为负极，化合价降低发生还原反应的一极为正极。

【典例6】　将镁条、铝条平行插入盛有一定浓度的NaOH溶液的烧杯中，用导线和电流计连接成原电池，装置如图所示。

此电池工作时，下列叙述正确的是（　　）

A．Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2＋

B．铝条表面虽有氧化膜，但可不必处理

C．该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的

D．Al是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出

解析　本题是新情境下原电池的相关题目，解题的关键仍然是要明确原电池工作时所对应的自发氧化还原反应，在碱性条件下，金属镁不能发生反应，而单质Al则能与NaOH反应生成NaAlO2和H2，则Al为还原剂，作原电池负极。

A项，电解质溶液为NaOH溶液，Al失电子，为负极，错；B项，铝条表面的氧化膜为Al2O3，Al2O3能与NaOH反应，故不必处理，对；C项，在内电路中电流是由阴、阳离子定向移动形成的，错；D项，电池工作时铝元素的反应为Al→AlO

，所以无沉淀产生，错。

答案　B

[误区警示]　在原电池中，活泼金属一般作负极，但不要形成“活泼金属一定作负极”的思维定势。

如：

①“MgAlNaOH溶液”原电池中，Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；②AlCu浓硝酸、FeCu浓硝酸原电池中，Fe、Al在浓硝酸中钝化后，比Cu更难失电子，Cu作负极，Fe、Al作正极。

【典例7】　查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为CO2，但实际乙醇被氧化为X，其中一个电极的反应式为CH3CH2OH－2e－===X＋2H＋。

下列说法中正确的是（　　）

A．电池内部H＋由正极向负极移动

B．另一极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

C．乙醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极

D．电池总反应式为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O

解析　根据原电池工作原理、反应规律及质量守恒等，可以确定乙醇作原电池的负极，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，物质X的分子式为C2H4O，是乙醇被氧化的产物，为CH3CHO，则电池的总反应式为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O；工作过程中负极产生H＋，正极消耗H＋，所以，H＋应由负极向正极移动；外电路中的电子应由负极流出，正极流入。

答案　D

五　原电池电极反应式的书写规律和方法

1．根据装置书写电极反应式

（1）先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。

（2）负极反应式的书写

常见电池

负极反应特点

负极反应式

书写方法

锌锰干电池（ZnCNH4Cl）

①负极（Zn）本身失去电子生成阳离子（Zn2＋）

②生成的阳离子不与电解质溶液成分反应

直接写出负极反应式：

Zn－2e－===Zn2＋

铅蓄电池（PbPbO2H2SO4）

①负极（Pb）本身失去电子生成阳离子（Pb2＋）

②生成的阳离子（Pb2＋）与电解质溶液成分（SO

）反应

将①和②进行叠加：

Pb－2e－＋SO

===PbSO4

氢氧燃料电池（PtPtKOH）

①负极本身不反应，燃料失去电子被氧化

②燃料反应产物与电解质溶液成分有些能反应

直接写出负极反应式：

H2＋2OH－－2e－===2H2O

（3）正极反应式的书写

①首先判断在正极发生反应的物质：

当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。

②然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。

③燃料电池的正极反应式

电解质是碱性或中性溶液：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－，

电解质是酸性溶液：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

（4）正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。

2．根据总反应式书写电极反应式

如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应（即分析有关元素的化合价变化情况），再选择一个简单变化情况写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式即得结果。

以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：

（1）根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2molH2失掉4mol电子，初步确定负极反应式为2H2－4e－===4H＋。

（2）根据电解质溶液为碱性，与H＋不能共存，反应生成水，推出OH－应写入负极反应式中，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。

（3）用总反应式2H2＋O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式：

2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

3．可充电电池电极反应式的书写

在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。

（1）原电池的负极发生氧化反应，对应元素化合价升高。

（2）原电池的正极发生还原反应，对应元素化合价降低。

（3）注意电解质溶液的影响。

【典例8】　如下图所示，可形成氢氧燃料电池。

通常氢氧燃料电池有酸式（当电解质溶液为硫酸时）和碱式[当电解质溶液为NaOH（aq）或KOH（aq）时]两种。

试回答下列问题：

（1）酸式电池的电极反应：

负极：

__________，正极：

_________________

_______________________________________________________；

电池总反应：

________；电解质溶液pH的变化________（填“变大”、“变小”或“不变”）。

（2）碱式电池的电极反应：

负极：

________，正极：

________；电池总反应：

________；电解质溶液pH的变化________（填“变大”、“变小”或“不变”）。

解析　燃料电池所用的介质（电解质溶液或相当于电解质溶液）不同，相应的电极反应就不同；但无论如何书写，两电极反应相叠加始终等于燃料的燃烧反应。

这也是验证电极反应是否正确的一种方法。

（1）正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合生成H2O；负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。

电池总反应为H2在O2中燃烧的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH增大。

（2）正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结合生成OH－；负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合生成水。

电池总反应也是H2在O2中的燃烧反应。

同样，由于有水生成，c（OH－）变小，pH变小。

答案　

（1）2H2－4e－===4H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　2H2＋O2===2H2O　变大

（2）2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　2H2＋O2===2H2O　变小

[理解感悟]　书写电极反应式时，一是要注意电解质溶液是否参与反应；二是根据得失电子守恒将正、负极反应式相加得出总反应方程式；三是结合总反应方程式分析pH变化。

【典例9】　镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此镁电池逐渐成为人们研制绿色电池的焦点。

其中一种镁电池的反应：

xMg＋Mo3S4

MgxMo3S4；在镁电池放电时，下列说法错误的是（　　）

A．Mg2＋向正极迁移

B．正极反应：

Mo3S4＋2xe－===Mo3S

C．Mo3S4发生氧化反应

D．负极反应：

xMg－2xe－===xMg2＋

解析　可充电电池放电时为原电池，从电池反应分析可知，Mg作电池的负极，放电时被氧化，负极反应：

xMg－2xe－===xMg2＋；Mo3S4作电池的正极，放电时将被还原，发生还原反应，正极反应：

Mo3S4＋2xe－===Mo3S

；外电路中电子由负极流向正极，在电池内部负极产生阳离子，并向正极迁移；所以A、B、D项正确，C项错误。

答案　C

六　原电池和电解池的比较与判断

1．原电池和电解池的原理比较

装置类别

原电池

电解池

原理

使氧化还原反应中电子的转移做定向移动，从而形成电流

使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程

装置特点

将化学能转变成电能

将电能转变成化学能

实例

电极名称

负极

正极

阴极

阳极

反应类型

氧化反应

还原反应

还原反应

氧化反应

反应特征

自发的氧化还

原反应（主动）

借助电流（被动）

电极判断

由电极本身决定

正极：

流入电子

负极：

流出电子

由外电源决定

阳极：

连电源正极

阴极：

连电源负极

电子流向

负极→外电路→正极

电解池阳极→

电源正极→电源负极

→电解池阴极

离子移动

阳离子向正极移动

阴离子向负极移动

阳离子向阴极移动

阴离子向阳极移动

2.原电池和电解池的判断

（1）先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池，然后用原电池的构成条件判断确定。

（2）有外接电源的为电解池。

其中，当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同时，则为电镀池；其余情况为电解池。

[特别提示]　原电池、电解池都有两个电极。

原电池两个电极的名称是正极和负极，为活动性不同的金属或金属与能导电的非金属，此时负极与电解质溶液发生氧化还原反应，燃料电池为惰性电极，两极反应的物质为可燃性气体和氧气；电解池两个电极的名称是阴极和阳极，可以是惰性电极也可以是活性电极，电极本身和电解质溶液没有反应关系。

【典例10】　某小组为研究电化学原理，设计如图装置。

下列叙述不正确的是（　　）

A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu

C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色

D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动

解析　本题考查原电池、电解池的原理、判断及其应用。

若a和b不连接，则不能构成原电池，单质铁直接与Cu2＋发生氧化还原反应而置换出铜，反应方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，A正确；若a和b用导线连接，则构成原电池，此时铁作负极，铜作正极，反应方程式分别为Fe－2e－===Fe2＋、Cu2＋＋2e－===Cu，B正确；由A、B分析可知，选项C是正确的；若a和b分别连接直流电源正、负极，则构成电解池，此时铜作阳极失去电子被氧化，铁作阴极，在电解池中阳离子向阴极移动，因此选项D是错误的。

答案　D

【典例11】　某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则（　　）

A．电流方向：

电极Ⅳ→G→电极Ⅰ

B．电极Ⅰ发生还原反应

C．电极Ⅱ逐渐溶解

D．电极Ⅲ的电极反应：

Cu2＋＋2e－===Cu

解析　当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他池作电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边一池为电解池。

A项，电子移动方向：

电极Ⅰ→G→电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，正确；B项，原电池负极在工作中失电子，被氧化，发生氧化反应，错误；C项，原电池正极为得电子一极，铜离子在电极Ⅱ上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，错误；D项，电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极Ⅱ为正极，因此电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，错误。

答案　A