专题五 化学反应的能量变化-【步步高·考前三个月】2025年高考化学复习讲义课件（江苏专用）（课件PPT+word教案）

考前必备 专题五　化学反应的能 量变化 一、反应热　焓变计算 二、电化学原理 内容索引 一、反应热　焓变计算 PART ONE 1.反应热 (1)反应热：中学阶段认为，在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。 (2)燃烧热：在101 kPa时， 纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。  (3)Q(放)=n(可燃物)×|ΔH(燃烧热)|。 1 mol 2.焓变的计算 (1)根据(相对)能量计算 ΔH=E(生成物总能量)-E(反应物总能量)。 (2)根据键能计算 ΔH=E(反应物键能总和)-E(生成物键能总和)。 (3)根据活化能计算 ΔH=E(正反应的活化能)-E(逆反应的活化能)。 (4)根据物质的燃烧热计算 ΔH(燃烧热)=-。 3.盖斯定律 (1)盖斯定律的含义 一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成的，其反应热是相同的。 (2)利用盖斯定律间接计算某些反应的反应热(ΔH) 则A→D反应的焓变ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。 1.正误判断 (1)氢气在氧气中燃烧是放热反应，所以水的分解反应一定是吸热反应 (　　) (2)断开化学键需要吸收能量，形成化学键会放出能量(　　) (3)已知途径a：C CO+H2 CO2+H2O；途径b：C CO2。相同条 件下，等质量的碳按a、b两种途径完全转化，途径a比途径b放出更多热能 (　　) (4)已知氢气和氯气在混合光照时发生爆炸，而氢气在氯气中点燃能安静燃烧，说明在同温同压下，H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应条件不同，ΔH不同(　　) √ √ × × 自我检测 (5)可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关 (　　) (6)C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH>0，说明石墨比金刚石稳定(　　) (7)在测定中和反应的反应热时，稀酸溶液中H+与稀碱溶液中OH-的物质的量相等，则所测中和反应反应热数值更准确(　　) (8)燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)+O2(g) ===CO2(g)+2H2(g)　ΔH=-192.9 kJ·mol-1，则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol-1 (　　) √ √ × × 2.通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法错误的是 ①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)　ΔH1=a kJ·mol-1 ②CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)　ΔH2=b kJ·mol-1 ③CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH3=c kJ·mol-1 ④2CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)+H2O(g)　ΔH4=d kJ·mol-1 A.反应①②为反应③提供原料气 B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一 C.反应CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)+H2O(l)的ΔH =kJ·mol-1 D.反应2CO(g)+4H2(g)===H2O(g)+CH3OCH3 (g)的ΔH=(2b+2c+d) kJ·mol-1 √ 反应③需要的原料气是CO2和H2，反应①②的产物中含CO2和H2，A正确； 反应③消耗CO2制取CH3OH，B正确； C选项的热化学方程式中的H2O是液态，但反应④的热化学方程式中的H2O是气态，C错误； 根据盖斯定律，将反应②×2+反应③×2+反应④可得选项D的热化学方程式，D正确。 1.原电池、电解池的区别 二、电化学原理 PART TWO 2.离子交换膜 易错警示　有离子交换膜的原电池或电解池装置中，在计算某一区域电解质溶液质量的变化时，一定要考虑离子移动引起的电解质溶液质量的变化。 3.燃料电池电极反应式的书写(以CH4为例) 电解质 负极反应式 正极反应式 备注 酸 ________________________ __________________ 用H+平衡电荷，不出现OH- 碱 ________________________ ________________________ __________________ __________________ 用OH-平衡电荷，不出现H+ 固态氧化物 ________________________ __________________ 用平衡电荷，平衡O 熔融碳酸盐 ________________________ ________________________ __________________ __________________ 用C平衡电荷，平衡O CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+ O2+4e-+4H+===2H2O CH4-8e-+10OH-===C+ 7H2O O2+4e-+2H2O=== 4OH- CH4+4-8e-===CO2+2H2O O2+4e-===2 CH4+4C-8e-===5CO2+ 2H2O O2+2CO2+4e-=== 2C 4.金属(以铁为例)的电化学腐蚀与防护 (1)吸氧腐蚀电极反应 负极：Fe-2e-===Fe2+； 正极：O2+4e-+2H2O===4OH-。 (2)析氢腐蚀电极反应 负极：Fe-2e-===Fe2+； 正极：2H++2e-===H2↑。 (3)防护方法 ①原电池原理——牺牲阳极法：与较活泼的金属相连，较活泼的金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极； ②电解池原理——外加电流法：被保护的金属与原电池负极相连，形成电解池，作阴极。 方法技巧　解电化学选择题的方法步骤 1.判断下列关于原电池的五个装置图的说法是否正确(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)图1装置为有阳离子交换膜的锌铜原电池，电池工作一段时间后，甲池的c(S)减小(　　) 自我检测 × 由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(S)不变。 (2)控制合适的条件，将反应2Fe3++2I- 2Fe2++I2设计成如图2所示的原电池。则反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应，甲中石墨电极上Fe3+被还原(　　) √ (3)通过加入适量乙酸钠，设计成微生物电池可以将废水中的氯苯转化为苯而除去，其原理如图3所示。b极为负极，电极反应式为CH3COO--8e-+ 2H2O===2CO2↑+7H+，a极为正极，发生还原反应，电极反应式为 +2e-+H+===Cl-+ (　　) (4)我国在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中取得新进展，相关装置如图4所示。该装置工作时，H+在b极区放电生成氢气，H+由a极区流向b极区，a极上发生的电极反应为Fe2+-e-===Fe3+(　　) √ √ (5)某原电池装置如图5所示，电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl。当电路中转移0.01 mol电子时，交换膜左侧溶液中约减少0.01 mol离子(　　) × AgCl/Ag为负极，电极反应为Ag-e-+Cl-===AgCl，当电路中转移0.01 mol电子时，有0.01 mol AgCl沉淀形成，同时还必然有0.01 mol H+通过阳离子交换膜进入正极区，因而左侧减少0.02 mol离子。 2.判断下列关于电解池的五个装置图的说法是否正确(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在固态金属氧化物电解池中，高温条件下电解H2O⁃CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图1所示。X是电源的负极，电池总反应是H2O+CO2 H2+CO+O2(　　) √ (2)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图2所示。该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。a电极的电极反应式为3CO2+18H+-18e-===C3H8O+5H2O(　　) × a极为阴极，应为得电子的还原反应。 (3)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图3所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和S可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品(　　) (4)亚磷酸钠(Na2HPO3)溶液电渗析法制备H3PO3(亚磷酸)的原理如图4所示，膜①③均为CM，阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑(　　) √ √ (5)高压直流电线路的瓷绝缘子可能出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，如图5所示，该装置为牺牲阳极法，瓷绝缘子表面产生的OH-向阴极移动(　　) × 该装置为外加电流法，OH-向阳极移动。 3.双极膜是一种离子交换复合膜，在直流电场作用下能将中间层的水分子解离成H+和OH-，并分别向两极迁移。用双极膜电解制备金属钴，工作原理如图所示。下列说法错误的是 A.电极a接电源的正极 B.电解过程中溶液中的S透过阴离子交换 膜向左移动 C.当电路中转移2 mol电子时，阳极产生22.4 L H2(标准状况) D.电解池工作时，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小 √ 电解池中阳离子向阴极移动，则电极b是阴极，电极a是阳极，电极a接电源的正极，故A正确； 电解池中阴离子向阳极移动，电解过程中溶液中的S透过阴离子交换膜向左移动，故B正确； 当电路中转移2 mol电子时，阳极氢氧根离子失电子生成0.5 mol O2，故C错误； 电解池工作时，S通过阴离子交换膜向左移动与氢离子结合生成硫酸，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小，故D正确。 4.中科院研究出首例在室温条件超快传输的氢负离子导体LaHx，某小组据此设计了如图装置，以电化学方法进行反应：CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH= -49.5 kJ·mol-1。 (1)电极a为电源的　 　(填“正极”或“负极”)。 负极 由信息可知，电解池装置中的离子导体可以传输氢负离子，氢气在惰性电极1上放电生成氢负离子，氢负离子在惰性电极2上失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，则电极a为电源的负极。 (2)生成CH3OH的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。 CO2-6e-+6H- CH3OH+H2O 在惰性电极2上氢负离子失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式：CO2-6e-+6H- CH3OH+H2O。 (3)若反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1(副反应)也同时发生，出口Ⅱ为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，则惰性电极2的 电流效率η为　　　　(η=×100%)。 90% 若副反应也同时发生，出口Ⅱ为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO) ∶n(CH3OH)=1∶3，假设生成1 mol CO和3 mol CH3OH，转移电子 1 mol×2+3 mol×6=20 mol，则惰性电极2的电流效率η为× 100%=90%。 $$ 一、反应热　焓变计算 1.反应热 (1)反应热：中学阶段认为，在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。 (2)燃烧热：在101 kPa时， 1 mol 纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。  (3)Q(放)=n(可燃物)×|ΔH(燃烧热)|。 2.焓变的计算 (1)根据(相对)能量计算 ΔH=E(生成物总能量)-E(反应物总能量)。 (2)根据键能计算 ΔH=E(反应物键能总和)-E(生成物键能总和)。 (3)根据活化能计算 ΔH=E(正反应的活化能)-E(逆反应的活化能)。 (4)根据物质的燃烧热计算 ΔH(燃烧热)=-。 3.盖斯定律 (1)盖斯定律的含义 一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成的，其反应热是相同的。 (2)利用盖斯定律间接计算某些反应的反应热(ΔH) 则A→D反应的焓变ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。 1.正误判断 (1)氢气在氧气中燃烧是放热反应，所以水的分解反应一定是吸热反应(　　) (2)断开化学键需要吸收能量，形成化学键会放出能量(　　) (3)已知途径a：CCO+H2CO2+H2O；途径b：CCO2。相同条件下，等质量的碳按a、b两种途径完全转化，途径a比途径b放出更多热能(　　) (4)已知氢气和氯气在混合光照时发生爆炸，而氢气在氯气中点燃能安静燃烧，说明在同温同压下，H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应条件不同，ΔH不同(　　) (5)可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关(　　) (6)C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH>0，说明石墨比金刚石稳定(　　) (7)在测定中和反应的反应热时，稀酸溶液中H+与稀碱溶液中OH-的物质的量相等，则所测中和反应反应热数值更准确(　　) (8)燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g)　ΔH=-192.9 kJ·mol-1，则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol-1(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)×　(8)× 2.通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法错误的是(　　) ①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2 (g)　ΔH1=a kJ·mol-1 ②CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)　ΔH2=b kJ·mol-1 ③CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH3=c kJ·mol-1 ④2CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)+H2O(g)　ΔH4=d kJ·mol-1 A.反应①②为反应③提供原料气 B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一 C.反应CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)+H2O(l)的ΔH =kJ·mol-1 D.反应2CO(g)+4H2(g)===H2O(g)+CH3OCH3 (g)的ΔH=(2b+2c+d) kJ·mol-1 答案C 解析　反应③需要的原料气是CO2和H2，反应①②的产物中含CO2和H2，A正确；反应③消耗CO2制取CH3OH，B正确；C选项的热化学方程式中的H2O是液态，但反应④的热化学方程式中的H2O是气态，C错误；根据盖斯定律，将反应②×2+反应③×2+反应④可得选项D的热化学方程式，D正确。 二、电化学原理 1.原电池、电解池的区别 2.离子交换膜 易错警示　有离子交换膜的原电池或电解池装置中，在计算某一区域电解质溶液质量的变化时，一定要考虑离子移动引起的电解质溶液质量的变化。 3.燃料电池电极反应式的书写(以CH4为例) 电解质 负极反应式 正极反应式 备注 酸 CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+ O2+4e-+4H+===2H2O 用H+平衡电荷，不出现OH- 碱 CH4-8e-+10OH-===C+7H2O O2+4e-+2H2O===4OH- 用OH-平衡电荷，不出现H+ 固态氧化物 CH4+4-8e-===CO2+2H2O O2+4e-===2 用平衡电荷，平衡O 熔融碳酸盐 CH4+4C-8e-===5CO2+2H2O O2+2CO2+4e-===2C 用C平衡电荷，平衡O 4.金属(以铁为例)的电化学腐蚀与防护 (1)吸氧腐蚀电极反应 负极：Fe-2e-===Fe2+； 正极：O2+4e-+2H2O===4OH-。 (2)析氢腐蚀电极反应 负极：Fe-2e-===Fe2+； 正极：2H++2e-===H2↑。 (3)防护方法 ①原电池原理——牺牲阳极法：与较活泼的金属相连，较活泼的金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极； ②电解池原理——外加电流法：被保护的金属与原电池负极相连，形成电解池，作阴极。 方法技巧　解电化学选择题的方法步骤 1.判断下列关于原电池的五个装置图的说法是否正确(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)图1装置为有阳离子交换膜的锌铜原电池，电池工作一段时间后，甲池的c(S)减小(　　) (2)控制合适的条件，将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如图2所示的原电池。则反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应，甲中石墨电极上Fe3+被还原(　　) (3)通过加入适量乙酸钠，设计成微生物电池可以将废水中的氯苯转化为苯而除去，其原理如图3所示。b极为负极，电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+，a极为正极，发生还原反应，电极反应式为+2e-+H+===Cl-+(　　) (4)我国在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中取得新进展，相关装置如图4所示。该装置工作时，H+在b极区放电生成氢气，H+由a极区流向b极区，a极上发生的电极反应为Fe2+-e-===Fe3+(　　) (5)某原电池装置如图5所示，电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl。当电路中转移0.01 mol电子时，交换膜左侧溶液中约减少0.01 mol离子(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)× 解析　(1)由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(S)不变。(5)AgCl/Ag为负极，电极反应为Ag-e-+Cl-===AgCl，当电路中转移0.01 mol电子时，有0.01 mol AgCl沉淀形成，同时还必然有0.01 mol H+通过阳离子交换膜进入正极区，因而左侧减少0.02 mol离子。 2.判断下列关于电解池的五个装置图的说法是否正确(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在固态金属氧化物电解池中，高温条件下电解H2O⁃CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图1所示。X是电源的负极，电池总反应是H2O+CO2H2+CO+O2(　　) (2)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图2所示。该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。a电极的电极反应式为3CO2+18H+-18e-===C3H8O+5H2O(　　) (3)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图3所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和S可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品(　　) (4)亚磷酸钠(Na2HPO3)溶液电渗析法制备H3PO3(亚磷酸)的原理如图4所示，膜①③均为CM，阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑(　　) (5)高压直流电线路的瓷绝缘子可能出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，如图5所示，该装置为牺牲阳极法，瓷绝缘子表面产生的OH-向阴极移动(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)× 解析　(2)a极为阴极，应为得电子的还原反应。(5)该装置为外加电流法，OH-向阳极移动。 3.双极膜是一种离子交换复合膜，在直流电场作用下能将中间层的水分子解离成H+和OH-，并分别向两极迁移。用双极膜电解制备金属钴，工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A.电极a接电源的正极 B.电解过程中溶液中的S透过阴离子交换膜向左移动 C.当电路中转移2 mol电子时，阳极产生22.4 L H2(标准状况) D.电解池工作时，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小 答案　C 解析　电解池中阳离子向阴极移动，则电极b是阴极，电极a是阳极，电极a接电源的正极，故A正确；电解池中阴离子向阳极移动，电解过程中溶液中的S透过阴离子交换膜向左移动，故B正确；当电路中转移2 mol电子时，阳极氢氧根离子失电子生成0.5 mol O2，故C错误；电解池工作时，S通过阴离子交换膜向左移动与氢离子结合生成硫酸，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小，故D正确。 4.中科院研究出首例在室温条件超快传输的氢负离子导体LaHx，某小组据此设计了如图装置，以电化学方法进行反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1。 (1)电极a为电源的　　　　　　　　(填“正极”或“负极”)。  (2)生成CH3OH的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)若反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1(副反应)也同时发生，出口 Ⅱ 为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，则惰性电极2的电流效率η为　　　　(η=×100%)。  答案　(1)负极　(2)CO2-6e-+6H-CH3OH+H2O　(3)90% 解析　(1)由信息可知，电解池装置中的离子导体可以传输氢负离子，氢气在惰性电极1上放电生成氢负离子，氢负离子在惰性电极2上失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，则电极a为电源的负极。(2)在惰性电极2上氢负离子失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式：CO2-6e-+6H-CH3OH+H2O。(3)若副反应也同时发生，出口Ⅱ为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，假设生成1 mol CO和3 mol CH3OH，转移电子1 mol×2+3 mol×6=20 mol，则惰性电极2的电流效率η为×100%=90%。 学科网（北京）股份有限公司 $$