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).pdf

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1、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反生成物的键能总和，吸收热量 反应物的键能总和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) H 184.6 kJ mol 1 C(s)H2O(g)= CO(g)H2(g) H 1315 kJ mol 1 常见反所有的燃烧反应；

2、大多数分解反应； 应类型酸碱中和反应； 大多数化合反应； 金属跟酸 (或 H2O)的置换反应； 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 盐的水解和弱电解质的电离； Ba(OH)2 8H2O 与 NH4Cl 的反应； 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

3、。 【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 BBa(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 8H2O2NH4Cl=BaCl2 2NH310H2O，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

4、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 H 的符号、数值和单位 ( H 与最后一种生成物之间 留一空格， H 为正值时“”常省略)： H 符号 数值 。 单位 (2) H 与测定条件 (温度、 压强等 )有关、 因此应注明 H 的测定条件。 绝大多数 H 是在 25 、 101 kPa 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

5、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) H 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 H 相对应， 如果化学计量数加倍，则 H 也随之加倍， 当反应方向变化时， H 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： H2(g) 1 2O2(g)=H 2O(l) H 285.0 kJmol

6、 1 H2(g) 1 2O2(g)=H 2O(g) H 241.8 kJmol 1 C(s) 1 2O 2(g)=CO(g) H 110.5 kJmol 1 C(s)O2(g)=CO2(g) H 393.5 kJmol 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 H_； C 的标准燃烧热 H_。 (3)燃烧 10 g H2生成液态水，放出的热量为 _。 (4)CO的标准燃烧热 H_，其热化学方程式为 _ 。 解析(1)已知四个热化学方程式的 H 皆小于 0，故都是放热反应。 (2)H2的标准燃烧热是指1 mol H2完全燃烧生成液态水时

7、放出的热量，故 H2的标准燃烧热 H 285.0 kJ mol 1；C 的标准燃烧热是指 1 mol 碳完全燃烧生成CO2时放出的热量，故C 的标准燃烧热 H 393.5 kJ mol 1。 (3)燃烧 10 g H2生成液态水时放出的热量为 10 g 2 g mol 1 285.0 kJ mol11 425.0 kJ。 (4)将已知热化学方程式可得：CO(g) 1 2O 2(g)=CO2(g) H 393.5 kJmol 1( 110.5 kJmol 1) 283.0 kJ mol 1，故 CO 的标准燃烧热 H 283.0 kJ mol 1，CO 燃烧 的热化学方程式为CO(g) 1 2O

8、2(g)=CO 2(g) H 283.0 kJmol 1。 答案(1) (2)285.0 kJmol 1 393.5 kJ mol 1 (3)1 425.0 kJ (4)283.0 kJmol 1 CO(g) 1 2O 2(g)=CO2(g) H 283.0 kJmol 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) H 的符号标示错误； (3) H 的值与各物质化学计量数不对应； (4) H 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； (

9、2)各物质的聚集状态是否标明； (3)反应热 H 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 H 的符号是否正确， 放热反应时 H 为“”， 吸热反应时 H 为“” (“” 常省略 )。 【典例 3】已知 3.0 g 乙烷在常温下完全燃烧放出的热量为155.98 kJ，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() A2C2H6(g)7O2(g)=4CO2(g) 6H2O(l) H 2 119.6 kJmol 1 BC2H6(g)5 2O2(g)=2CO(g) 3H 2O(l) H 1 559.8 kJmol 1 CC2H6(g)7 2O2(g)=2CO 2(g)3H

10、2O(g) H 1 559.8 kJmol 1 DC2H6(g) 7 2O 2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H 1 559.8 kJmol 1 解析1 mol 乙烷完全燃烧放出的热量为 30 3 155.98 kJ1 559.8 kJ，则其标准燃烧热为1 559.8 kJmol 1，A 项中 C2H6 是 2 mol ，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 H H1

11、H2 H3 H4 H5。 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) H 25 kJ mol 1 (2)3Fe2O3(s)CO(g)=2Fe3O4(s) CO2(g) H 47 kJ mol 1 (3)Fe3O4(s)CO(g)=3FeO(s)CO2(g) H19 kJ mol 1 写出 FeO(s)被 C

12、O(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) H19 kJ mol 12(47 kJ mol 1)， 整理得： (4)Fe2O3(s)CO(g)=2FeO(s)CO2(g) H 3 kJ mol 1。 将(1

13、)(4)得： 2CO(g)=2Fe(s)2CO2(g)2FeO(s) H 25 kJ mol 1( 3 kJ mol 1)， 整理得： FeO(s)CO(g)=Fe(s)CO2(g) H 11 kJ mol 1。 答案FeO(s)CO(g)=Fe(s)CO2(g) H 11 kJ 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) H 701.0 kJ mol 1 2Hg(l) O2(g)=2HgO(s) H 181.6 kJmol

14、1 则反应 Zn(s)HgO(s)=ZnO(s) Hg(l) 的 H 为 () A519.4 kJmol 1 B259.7 kJmol 1 C 259.7 kJmol 1 D 519.4 kJmol 1 解析由题给热化学方程式可得：Zn(s) 1 2O2(g)=ZnO(s) H 350.5 kJmol 1 Hg(l) 1 2O 2(g)=HgO(s) H 90.8 kJmol 1。根据盖斯定律，由 可得： Zn(s) HgO(s)=ZnO(s) Hg(l) H(350.5 kJ mol 1)(90.8 kJ mol 1) 259.7 kJ mol 1。 答案C 四图解原电池正、负极的判断方法

15、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() AMg 比 Al 活泼， Mg 失去电子被氧化成Mg 2 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

16、的 DAl 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 NaAlO 2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 2，所以无沉淀产生，错。 答案B 误区警示

17、 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： “ Mg-Al- NaOH 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； Al- Cu-浓硝酸、 Fe-Cu-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 CH3CH2OH2e =X2H。下列说法中正确的是 () A电池内部H 由正

18、极向负极移动 B另一极的电极反应式为O24e 2H 2O=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2CH3CH2OHO2=2CH3CHO2H2O 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O24H4e=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2CH3CH2OHO2=2CH3CHO2H2O；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

19、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 (Zn-C-NH 4Cl) 负极 (Zn)本身失去电子生成阳离子 (Zn 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： Zn2e =Zn2 铅蓄电池 (Pb- PbO2-H2SO4) 负极 (Pb)本身失去电子生成阳离子 (Pb 2) 生成的阳离子(Pb2 )与电解质溶液 成分 (SO2 4)反应 将和进行叠加：Pb 2e SO2 4=PbSO4 氢氧燃料电池 (Pt- Pt-KOH) 负极本身不反

20、应，燃料失去电子被 氧化 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： H22OH 2e =2H2O (3)正极反应式的书写 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。 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。 燃料电池的正极反应式 电解质是碱性或中性溶液：O22H2O4e =4OH， 电解质是酸性溶液：O24H

21、4e=2H 2O。 (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 2H2O2=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 2 mol H2失掉 4 mol 电子，初步 确定负极反应式为2H24e =4H。 (2)根据电解质溶液为

22、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=4H 2O。 (3)用总反应式2H2 O2=2H2O 减去负极反应式得正极反应式：2H2OO24e =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

23、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O 2， 溶液中 O2不能单独存在， 酸性条件下与 H结合生成 H2O；

24、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O 2 ，溶液中 O 2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)2H 24e =4H O24e 4H =2H 2O2H2O2=2H2O变大 (2)2H24e 4OH=4H 2OO24e 2H 2O=4OH 2H2O2=2H2O

25、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： xMgMo3S4 放电 充电 MgxMo3S4；在镁电池放电时，下列说法错误的是 () AMg 2向正极迁移 B正极反应：Mo3S42xe =Mo 3S 2x 4 CMo3S4发生氧化反应 D负极反应：xMg2xe =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： xMg2xe=xMg 2 ；Mo3S4作电池的正极，放电时将被还原，发生还原反 应，正极反应： Mo3S42xe=Mo3S 2x 4 ；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