高一化学反应原理.docx

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高一化学反应原理

第1章化学反应与能量变化

第1节化学反应的热效应

学习目标

1．了解化学反应中的能量变化。

2．了解反应热和焓变的涵义，并能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

3．能用热化学方程式表示化学能与热能的的相互转化关系，理解热化学反应方程式的意义。

*4．了解标准摩尔生成焓的定义。

知识梳理

1．通常情况下，化学反应中能量的变化主要是__________和__________之间的转化，几乎所有化学反应都伴随着________的释放和吸收。

2．反应热是指_____________________________________________________________。

通常用_______表示。

反应吸热时，表示为__________；反应放热时，则表示为_____________。

3．反应热通常用___________来测量，其计算公式Q=–C（T1–T2）中，C表示_____________，T1、T2分别表示_______________________________________。

4．各取1.0mol·L-1的盐酸100mL,并分别加入100mL1.0mol·L-1的NaOH溶液、KOH溶液，测得的反应热_______（填“相同”或“不同”），原因是______________________________。

在实际操作中往往让酸或碱略过量，这样做的目的是______________________________。

5．化学反应的反应热是因反应前后_______________不同而产生的。

用符号______的变化来描述与反应热有关的能量变化。

对于在等压条件下的化学反应，如果反应中物质的能量变化只转化成热能，而没有转化为电能、光能等其他形式的能，则该反应的反应热就等于__________________________。

反应完成时，反应产物的总焓_____（填“大于”或“小于”）反应物的总焓，该反应就是放热反应，否则就是吸热反应。

6．在热化学中，常用热化学方程式把一个化学反应中_____________的变化和____________的变化同时表示出来。

H2（g）+1/2O2（g）==H2O（l）；△H（298K）=－285.8KJ·mol-1表示__________________________，若将方程式改为2H2（g）+O2（g）==2H2O（l）；△H（298K）=－571.6KJ·mol-1则表示___________________________________，两者的意义______（填“相同”或“不同”）。

7．盖斯定律是指________________________________________________________________。

*8.标准摩尔生成焓是指_____________________________________________,对于任意反应aA+bB==Cc+dD，其△H==_______________________________________________________。

学习导航

1．方法指导：

化学方程式是学习热化学的重要工具，化学反应所释放的能量是当今世界上重要的能源之一。

国防上用的火箭燃料、高能电池等，都是利用化学反应所释放的能量的。

而化学反应中的能量变化通常表现为热能的变化。

所以从能量的角度考虑化学变化的问题，认识并掌握热化学方程式可以帮助我们较全面地认识化学反应的本质。

（1）反应热

放热反应：

反应过程中有热量放出的化学反应。

其反应物的总焓大于反应产物的总焓。

如酸碱中和反应，煤、石油等化石燃料的燃烧等。

吸热反应：

反应过程中吸收热量的化学反应。

其反应物的总焓小于反应产物的总焓。

如：

电解质的电离，灼热的碳与CO2的反应等。

（2）盖斯定律及反应热的简单计算：

盖斯定律是计算反应热的重要依据，在生产和科学研究中有重要意义。

它表示：

化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与反应进行的具体途径无关。

例如：

△H==△H1+△H2或△H1==△H--△H2，所以热化学方程式之间可进行“+”“–”等数学运算，△H也同样可以。

△H2

（3）热化学方程式：

1热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化，而能量变化与外界的温度和压强都有关，故应指明外界条件，若不指明，一般指101KPa和298K的外界条件。

2不同状态的同种物质参加化学反应时，其能量变化不相同，因此书写热化学方程式时

一定要标明反应物或生成物的聚集状态。

3热化学方程式中的化学计量数可以用整数，也可以用分数，因为它只表示物质的量。

当计量数改变时，△H也应随之改变。

4△H的“+”“—”一定要标明，其单位是KJ·mol-1。

mol-1不是指1mol某反应物或生成物，而是指1mol这样的反应。

*（4）标准摩尔生成焓

1稳定单质的标准摩尔生成焓为0。

2生成焓是指由稳定单质生成化合物时的热效应（焓变），生成的化合物常以1mol为基准。

3生成焓与反应的条件有关。

4标准摩尔生成焓的计算是生成物的标准摩尔生成焓之和减去反应物的标准摩尔生成焓之和，二者不可颠倒，且计算时不要遗漏化学方程式中的化学计量数。

2．例题解析

【例1】已知25℃、101kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为

C（石墨）＋O2（g）＝CO2（g）△H＝–393.51kJ·mol1

C（金刚石）＋O2（g）＝CO2（g）△H＝–395.41kJ·mol1

据此判断，下列说法中正确的是

A．由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低

B．由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高

C．由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低

D．由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高

解析从题意知，1mol金刚石燃烧生成CO2放出的热量比1mol石墨燃烧生成CO2放出的热量多，说明石墨的能量比金刚石的低，因此由石墨制备金刚石应是吸热反应。

所以，A正确。

【例2】已知

（l）

＝H2O（g）△H1＝akJ·

（2）

＝2H2O（g）△H2＝bkJ·

（3）

＝H2O（l）△H3＝ckJ·

（4）

＝2H2O（l）△H4＝dkJ·

下列关系式中正确的是

A．a＜c＜0B．b＞d＞0C．2a＝b＜0D．2c＝d＞0

解析氢气的燃烧为放热反应，因此上述四个反应的△H均小于0，且等量的氢气完全反应生成液态水比生成气态水时放出的热量多，因此选C.

【例3】已知在1×105Pa，298K条件下，2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ热量，下列热化学方程式正确的是

A.H2O（g）＝H2（g）＋1/2O2（g）；ΔH＝＋242kJ·mol－1

B.2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）；ΔH＝－484kJ·mol－1

C.H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（g）；ΔH＝＋242kJ·mol－1

D.2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（g）；ΔH＝＋484kJ·mol－1

解析热化学方程式的书写要求有三：

①标明各物质的聚集状态：

B项水为液态，排除；②化学计量数可以是整数或分数，且与热量成正比；③用ΔH表示吸热时，其值为正；放热，其值为负。

H2与O2反应生成水蒸气是放热反应，ΔH应为负值，排除C、D。

故选A.

【例4】已知热化学方程式：

2H2O（l）==2H2（g）＋O2（g）；ΔH＝＋571.6kJ·mol－1和

2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（g）；ΔH＝-483.6kJ·mol－1，当1g液态水变为气态水时，其热量变化为：

①放出②吸收③2.44KJ④4.88KJ⑤88KJ

A.②和⑤B.①和③C.②和④D.②和③

解析2H2O（l）==2H2（g）＋O2（g）；ΔH＝＋571.6kJ·mol－1

（1）

2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（g）；ΔH＝-483.6kJ·mol－1，

（2）

根据盖斯定律，由

（1）+

（2）得：

2H2O（l）==2H2O（g）；ΔH＝＋88.0kJ·mol－1，可知18g液态水变为气态水时，吸收44.0kJ的热量，则1g液态水变为气态水时，吸收的热量为：

44/18=2.44KJ。

因此选D。

*【例5】  利用标准摩尔生成焓计算H2还原Fe3O4反应的焓变。

解析在298K时各物质的标准摩尔生成焓如下：

Fe3O4（s）+4H2（g）=3Fe（s）+4H2O（g）

ΔfHmθ（298K）/KJ/mol-1118.400-241.82

基础训练

1．下列说法中，正确的是（）

A.在化学反应中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化。

B.ΔH〉0表示放热反应，ΔH〈0表示吸热反应

C.ΔH的大小与热化学方程式中的计量数无关。

D.反应产物的总焓大于反应物的总焓时，ΔH〉0.

2.热化学方程式中化学式前的化学计量数表示（）

A.分子个数B.原子个数C.物质的质量D.物质的量

3.下列物质加入水中，显著放热的是（）

A.生石灰B.固体NaOHC.无水乙醇D.固体NH4NO3

4.下列说法正确的是（）

A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应。

B.任何放热反应在常温条件下一定能自发进行。

C.反应物和生成物所具有的总焓决定了反应是放热还是吸热。

D.吸热反应在一定条件下（如常温、加热等）也能发生反应。

5.沼气是一种能源，它的主要成分是CH4。

0.5molCH4完全燃烧生成CO2和液态水时放出445KJ的热量，则下列热化学方程式中正确的是（）

A.2CH4（g）+4O2（g）==2CO2（g）+4H2O（l）;ΔH＝＋890kJ·mol－1

B.CH4（g）+2O2（g）==CO2（g）+2H2O（l）;ΔH＝＋890kJ·mol－1

C.CH4（g）+2O2（g）==CO2（g）+2H2O（l）;ΔH＝–890kJ·mol－1

D.1/2CH4（g）+O2（g）==1/2CO2（g）+H2O（l）;ΔH＝–890kJ·mol－1

6.今有如下三个热化学方程式：

H2（g）＋1/2O2（g）＝2H2O（g）；ΔH＝aKJ·mol－1,

H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（l）；ΔH==bkJ·mol－1，

2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）；ΔH==ckJ·mol－1，

关于它们的下列表述正确的是（）

A.它们都是吸热反应B.a、b和c均为正值C.a==bD.2b==c

7.已知下列三个热化学方程式:

1C（s）+H2O（g）==CO（g）+H2（g）；ΔH＝+131.5KJ·mol-

②H2（g）+Cl2（g）==2HCl（g）；ΔH＝-92.3KJ·mol-

③H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（g）；ΔH＝–241.8kJ·mol－1

则上述三个反应的反应热大小关系正确的是：

（）

A.①〉②〉③B.③〉②〉①C.③〉①〉②D.①〉③〉②

8.1gH2燃烧生成液态水放出142.9KJ的热量，表示该反应的热化学方程式正确的是（）

A.2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）；ΔH＝–142.9kJ·mol－1

B.2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）；ΔH＝–571.6kJ·mol－1

C.2H2＋O2＝2H2O；ΔH＝-571.6kJ·mol－1

D.H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（g）；ΔH＝–285.8kJ·mol－1

9.同温同压下，下列各热化学方程式中热量数值最小的是（）

A.2A（l）+B（l）==2C（g）；ΔH＝+Q1

B.2A（g）+B（g）==2C（g）；ΔH＝+Q2

C.2A（g）+B（g）==2C（l）；ΔH＝+Q3

D.2A（l）+B（l）==2C（l）；ΔH＝+Q4

10.酒精燃烧的化学方程式为：

C2H6O+3O2

2CO2+3H2O,完全燃烧一定量的无水酒精，放出的热量Q，为完全吸收生成的CO2，消耗8mol·L-1的NaOH溶液50mL时恰好生成正盐。

则燃烧1mol无水酒精所放出的热量为（）

A.0.2QB.0.1QC.5QD.10Q

11.下列反应既属于氧化还原反应，又是吸热反应的是（）

A.铝片与稀盐酸反应

B.灼热的碳与CO2反应

C.Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应

D.甲烷在氧气中的燃烧反应

12．已知在25℃，101kPa下，lgC8H18（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（）

AC8H18

（1）＋22.5O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O（g）△H＝–48.40kJ·mol－1

BC8H18

（1）＋22.5O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O

（1）△H＝–5518kJ·mol－1

CC8H18

（1）＋22.5O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O

（1）△H＝＋5518kJ·mol－1

DC8H18

（1）＋22.5O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O

（1）△H＝–48.40kJ·mol－1

13．将0.3mol气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5KJ热量。

请写出反应的热化学方程式__________________________________.

14.已知：

C2H6O（g）+3O2（g）

2CO2（g）+3H2O（g）；△H1

H2O（g）==H2O（l）；△H2

C2H6O（g）==C2H6O（l）；△H3

若使23gC2H6O（l）完全燃烧生成液态水，则放出的热量为__________________。

（用含△H1、△H2、△H3的式子表示）

15．已知下列热化学方程式：

C（s）+O2（g）==CO2（g）；△H＝–393.5kJ·mol－1

CO（g）+1/2O2（g）==CO2（g）；△H＝–283.0kJ·mol－1

计算1mol固态碳粉燃烧生成CO（g）放出的热量，并写出相应的热化学方程式。

拓展提高

1．已知

（l）

＝H2O（g）△H1＝akJ·

（2）

＝2H2O（g）△H2＝bkJ·

（3）

＝H2O（l）△H3＝ckJ·

（4）

＝2H2O（l）△H4＝dkJ·

下列关系式中正确的是（）

A．a＜c＜0B．b＞d＞0C．2a＝b＜0D．2c＝d＞0

2．知CH4（g）+2O2（g）==CO2（g）+2H2O（l）;ΔH＝–Q1kJ·mol－1,

＝2H2O（g）；△H2＝–Q2kJ·

，

＝2H2O（l）；△H2＝–Q3kJ·

。

常温下，取体积比4∶1的甲烷和氢气的混合气体11.2L（标准状况下），经完全燃烧后恢复至室温，则放出的热量为（）

A.0.4Q1+0.05Q3B.0.4Q1+0.05Q2

C.0.4Q1+0.1Q3D.0.4Q1+0.2Q2

3.在火箭推进器中装有强还原剂肼（N2H4）和强氧化剂（H2O2），当它们混合时，即产生大量的N2和水蒸气，并放出大量热。

已知0.4mol液态肼和足量H2O2反应，生成氮气和水蒸气，放出256.65KJ的热量。

（1）写出该反应的热化学方程式________________________________________________。

（2）已知H2O（l）==H2O（g）；ΔH＝+44kJ·

，则16g液态水气化时，放出的热量是

__________________KJ。

（3）上述反应应用于火箭推进剂，除释放大量的热和快速产生大量气体外，还有一个很突出的优点是________________________。

（4）已知N2（g）+2O2（g）==2NO2（g）；ΔH＝+67.7kJ·

N2H4（g）+O2（g）==N2（g）+2H2O（g）；ΔH＝–534kJ·

。

根据盖斯定律写出肼与NO2完全反应的热化学方程式___________________________________。

第2节电能转化为化学能-----电解

学习目标

1．了解电解池的工作原理，能用电极反应表示化学能和电能的转化关系。

2．了解铜的电解精炼。

3．了解电镀的原理及其应用。

知识梳理

一、电解原理

1．金属是靠________________________________导电;电解质溶液是依靠_________

电解熔融氯化钠

____________________________而导电。

2．右图是电解熔融氯化钠的装置图，请思考：

（1）通电前，熔融的氯化钠中存在_______________________离子。

（2）通电前这些离子做___________________运动。

（3）通电后，_____极上逐渐覆盖了一层银白色的物质，这是因为析

出了______。

______极上有气泡产生，并可闻到_______的气味，该

气体是________。

可见通电后，两电极上都发生了化学变化。

3．与电源正极相连的电极我们称之为________，在这一极上发生的

电极反应式为_______________；而与电源负极相连的电极我们称之

为__________，在这一极上发生的电极反应为_______________。

由

实验可知熔融的氯化钠通电时，在两极上均发生了氧化还原反应，有

新物质生成，此过程中___能转化为____能。

4．电解：

___________________________________________________的过程叫做电解。

二、电解池：

把______________________的装置叫做电解池或电解槽。

1．组成电解池的条件是：

①__________________________________________；

②__________________________________________；

③__________________________________________。

2．右图是电解饱和食盐水的装置图，请思考以下问题：

Pt

Pt

电解饱和食盐水

现象

电极反应式

阴极

阳极

总反应的化学方程式：

三、铜的电解精炼

画出电解精炼铜的装置图，并写出两电极的电极反应式。

四、电镀铜

1．以铁上镀铜为例，说明电镀所满足的基本条件

①___________________________________；

②___________________________________；

③___________________________________。

2．电镀后阳极质量_______，阴极质量__________，电解液浓度_____________。

学习导航

1．方法指导：

电极反应及电极产物的判断规律：

电解质溶液在通直流电时，对电解产物的判断，既要考虑阴阳离子的氧化还原能力，还要考虑电极材料、离子浓度、溶液酸碱性等。

判断电解产物首先要注意电极材料，再根据电解质溶液的离子放电顺序进行判断。

（1）惰性电极电解（Pt、Au、碳棒）

阳离子放电顺序：

Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Fe2+＞┈

阴离子放电顺序：

S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根例子

下面分四种情况进行说明：

①电解质中溶质的阳离子放电，阴离子不放电：

即阳离子的氧化性强于H+,而阴离子的还原性弱于OH--,产物为酸、O2及金属单质，电解后溶液pH减小。

如：

a.电解AgNO3溶液产物为Ag和O2、HNO3:

4AgNO3+2H2O

4Ag+O2↑+4HNO3

b.电解CuSO4溶液产物为Cu和O2、H2SO4:

2CuSO4+2H2O

2Cu+O2↑+2H2SO4:

②电解质中溶质的阴离子放电，阳离子不放电：

即阳离子的氧化性弱于H+,而阴离子的还原性强于OH--，产物为碱、H2及非金属单质。

电解NaCl、K2S、KBr、NaI等水溶液都产生氢气，电解后溶液pH增大。

如：

2KI+2H2O

2KOH+I2+H2↑

③电解过程中阴阳离子都放电：

即阳离子的氧化性强于H+,而阴离子的还原性强于OH--。

如：

电解CuCl2水溶液或H+与S2-、I-、Br-、Cl-组成的酸。

CuCl2

Cu+Cl2↑

2HCl

H2↑+Cl2↑

④电解过程中阴阳离子都不放电：

即阳离子的氧化性弱于H+,而阴离子的还原性弱于OH-。

如电解Na2SO4、NaOH、HNO3、H2SO4等水溶液。

电解质仅起到增强导电性的作用。

pH的变化应分两种情况考虑：

若原溶液是饱和溶液，则溶液浓度不再改变，pH也不再改变；若原溶液是不饱和溶液，则随着水的电解，溶液浓度增大，又有三种情形：

①若原溶液是酸性的，则酸性会更强，pH减小，如H2SO4等。

②若原溶液是碱性的，则碱性会更强，pH增大，如NaOH等。

③若原溶液是中性的，则pH不变，如K2SO4等。

（2）金属电极做阳极时：

金属阳极比电解质溶液中的阴离子容易放电，所以易于失去电子被氧化而溶解，形成金属阳离子进入溶液中，此时溶液中的阴离子不放电。

具体应用有：

电镀和金属的精炼。

比如：

用铜棒做电极电解NaCl溶液时，电极反应为：

阳极：

Cu–2e--==Cu2+

阴极：

2H++2e--==H2↑

2.．例题解析

【例1】下图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（）

y

a极板

b极板

x电极

y电极

A

锌

石墨

负极

CuSO4

B

石墨

石墨

负极

NaOH

C

银

铁

正极

AgNO3

D

铜

石墨

负极

CuCl2

解析根据题意，a极板质量增加，说明电解时有金属析出，发生还原反应，a极应是阴极，x电极应是负极，所以选项c不符合题意；选项B为NaOH溶液，电解时不可能有金属在阴极析出，故选项B也不符合题意。

题中已知b极板有无色无臭气体放出，则此气体为氧气，故选项D不符合题意。

因此答案为A.。

【例2】pH=a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH＞a，则该电解质可能是（）

A.NaOHB.H2SO4C.AgNO3D.Na2SO4

解析电解NaOH溶液相当于电解水，NaOH溶液浓度增大，使溶液的pH升高，A符合要求；电解H2SO4和电解Na2SO4溶液相似，都使溶液浓度增大，所以溶液的pH分别减小、不变，两者均不符合要求；电解AgNO3溶液生成HNO3，溶液的pH减小。

所以答案为A。

【例3】下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法正确的是（）

A.电解过程中阴极质量不断增加

B.电解过程中溶液的pH不断升高

C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复电解前的状况

D.电解后两极产