2018秋高中化学 专题讲座学案（打包7套）鲁科版选修4.zip

- 1 -专题讲座(一) 反应热的计算方法与比较1．反应热的计算方法。(1)根据热化学方程式进行计算：焓变与反应物各物质的物质的量成正比。如：2H2(g)＋O 2(g)=== 2H2O(l) Δ H1＝－571.6 kJ·mol－1 ，生成 2 mol H2O(l)，Δ H＝－571.6 kJ·mol－1 ；生成 1 mol H2O(l)，Δ H＝－285.8 kJ·mol －1 。(2)根据反应物和生成的能量计算：Δ H＝生成物的能量之和－反应物的能量之和。(3)根据反应物和生成物的键能计算：①Δ H＝反应物的总键能－生成物的总键能。②Δ H＝断开化学键吸收的能量－形成化学键放出的能量。(4)根据热容和温度差进行计算： Q＝－ C(T2－ T1)。(5)根据盖斯定律进行计算。利用已知热化学方程式的焓变求未知反应焓变的方法：①确定待求反应的化学方程式。②找出待求热化学方程式中各物质出现在已知方程式中的位置(是同侧还是异侧)。③利用同侧相加、异侧相减进行处理。④根据未知方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知反应的化学计量数，并消去中间产物。⑤实施叠加并确定反应热的变化。2．比较反应热大小的方法。Δ H 是有符号和数值的量，比较 Δ H 的大小时，要连同“＋” “－”包含在内，类似数学上正、负数的比较，如果只比较反应放出或吸收热量的多少，则只比较数值大小，与“＋” “－”无关。(1)直接比较法。依据规律、经验和常识直接判断不同反应的 Δ H 的大小的方法称为直接比较法。①吸热反应的 Δ H 肯定比放热反应的大(前者大于 0，后者小于 0)。②物质燃烧时，可燃物物质的量越大，燃烧放出的热量越多，Δ H 反而减小。③等量的可燃物完全燃烧所放出的热量肯定比不完全燃烧放所放出的热量多，Δ H 小。④a.产物相同时，同种气态物质燃烧放出的热量比等量的固态物质燃烧放出的热量多。b．反应物相同时，生成同种液态物质放出的热量比生成等量的气态物质放出的热量多。⑤生成等量的水时强酸与强碱的稀溶液反应比弱酸与强碱或弱碱与强酸(弱酸)的稀溶液反应放出的热量多。⑥对于可逆反应，因反应不能进行完全，实际反应过程中放出或吸收的热量要小于相应热- 2 -化学方程式中的反应热数值。例如：2SO2(g)＋O 2(g) 2SO3(g)Δ H＝－197 kJ·mol －1则向密闭容器中通入 2 mol SO2和 1 mol O2，反应达到平衡后，放出的热量要小于 197 kJ。(2)盖斯定律比较法。①同一反应生成物状态不同时：A(g)＋B(g)= ==C(g) Δ H1＜0A(g)＋B(g)= ==C(l) Δ H2＜0因为 C(g)===C(l) Δ H3＜0，而 Δ H3＝Δ H2－Δ H1，所以 Δ H2＜Δ H1。②同一反应反应物状态不同时：S(s)＋O 2 (g)===SO2(g) Δ H1＜0S(g)＋O 2(g)===SO2(g) Δ H2＜0Δ H3＋Δ H2＝Δ H1，且 Δ H3＞0，所以 Δ H1＞Δ H2。③两个有联系的不同反应相比：C(s)＋O 2(g)===CO2(g) Δ H1＜0C(s)＋ O2(g)===CO(g) Δ H2＜012Δ H3＋Δ H2＝Δ H1，Δ H3＝Δ H1－Δ H2 ＜0，所以 Δ H1＜Δ H2。[练习]________________________________________1．CO(g)与 H2O(g)反应的能量变化如图所示。写出其热化学方程式：___________________________________- 3 -_____________________________________________________。解析：由能量变化可知，反应产物的总能量比反应物的总能量低，反应为放热反应，热化学方程式为：CO(g)＋H 2O(g)===CO2(g)＋H 2(g) Δ H＝－41 kJ·mol －1 。答案：CO(g)＋H 2O(g)===CO2(g)＋H 2(g) Δ H＝－41 kJ·mol －12．工业上制二甲醚(CH 3OCH3)是在一定温度(230～280 ℃)、压强(2.0～10.0 MPa)和催化剂作用下进行的，反应器中发生了下列反应：CO(g)＋2H 2(g) CH3OH(g)Δ H1＝－90.7 kJ·mol －1 ①2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H 2O(g)Δ H2＝－23.5 kJ·mol －1 ②CO(g)＋H 2O(g) CO2(g)＋H 2(g)Δ H3＝－41.2 kJ·mol －1 ③反应器中的总反应可表示为 3CO(g)＋3H 2(g) CH3OCH3(g)＋CO 2(g)，则该反应的Δ H＝________。解析：根据盖斯定律，由①×2＋②＋③可得：3CO2(g)＋3H 2(g) CH3OCH3(g)＋CO 2(g) Δ H＝2Δ H1＋Δ H2＋Δ H3＝－246.1 kJ·mol－1 。答案：－246.1 kJ·mol －13．已知下列反应的热化学方程式为：①C(s)＋O 2(g)===CO2(g) Δ H1＝－393.5 kJ·mol －1②CH 3COOH(l)＋2O 2(g)===2CO2(g)＋2H 2O(l)Δ H2＝－870.3 kJ·mol －1③H 2(g)＋ O2(g)===H2O(l)12Δ H3＝－285.8 kJ·mol －1则反应 2C(s)＋2H 2(g)＋O 2(g)===CH3COOH(l)的反应热(焓变)为( )A．＋488.3 kJ·mol －1 B．－488.3 kJ·mol －1C．－244.15 kJ·mol －1 D．＋244.15 kJ·mol －1解析：将①×2＋③×2－②即得到待求的热化学方程式，故 Δ H＝－488.3 kJ·mol －1 。答案：B4．丙烷(C 3H8)完全燃烧只生成 CO2和 H2O，不会造成环境污染。已知有以下四个热化学方程式：①C 3H8(g)＋5O 2(g)===3CO2(g)＋4H 2O(g)Δ H＝－ a kJ·mol－1- 4 -②C 3H8(g)＋5O 2(g)===3CO2(g)＋4H 2O(l)Δ H＝－ b kJ·mol－1③2C 3H8(g)＋9O 2(g)===4CO2(g)＋2CO(g)＋8H 2O(l)Δ H＝－ c kJ·mol－1④ C3H8(g)＋ O2(g)=== CO2(g)＋2H 2O(g)12 52 32Δ H＝－ d kJ·mol－1其中 a、 b、 c、 d 最大的是( )A． a B． b C． c D． d解析：①与②相比，生成液态水比生成气态水放出的热量多，所以 ab，④中各物质的物质的量均为①的一半，所以 d＝ a，③与②相比，2 mol C3H8燃烧生成 4 mol CO2和 2 mol CO，相12当于此反应中的 2 mol C3H8有 1 mol 完全燃烧，1 mol 不完全燃烧，故放出的热量： c＞ b，所以 c 最大，故选 C。答案：C5．在同温同压下，下列各组热化学方程式中，Δ H1＞Δ H2的是( )A．2H 2(g)＋O 2(g)===2H2O(l) Δ H12H 2(g)＋O 2(g)===2H2O(g) Δ H2B．S(g)＋O 2(g)===SO2(g) Δ H1S(s)＋O 2(g)===SO2(g) Δ H2C．C(s)＋ O2(g )===CO(g) Δ H112C(s)＋O 2(g)===CO2(g) Δ H2D．H 2(g)＋Cl 2(g)===2HCl(g) Δ H1H2(g)＋ Cl2(g)===HCl(g) Δ H212 12解析：选项 正误 解释A × H2O(g)― →H 2O(l) 还要放热，故 Δ H1＜Δ H2B × 反应物 S(s)― →S(g)需吸热，故 Δ H1＜Δ H2C √ 不完全燃烧放出的热量小于完全燃烧放出的热量，故 Δ H1＞Δ H2D × 后一个反应的系数为前一个反应对应物质系数的 ，故 Δ H1＜Δ H212答案：C6．已知：C(s)＋O 2(g)===CO2(g) Δ H1- 5 -CO2(g)＋C(s)= ==2CO(g) Δ H22CO(g)＋O 2(g)== =2CO2(g) Δ H34Fe(s)＋3O 2(g)===2Fe2O3(s) Δ H43CO(g)＋Fe 2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s) Δ H5下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )A．Δ H1＞0，Δ H3＜0 B．Δ H2＞0，Δ H4＞0C．Δ H1＝Δ H2＋Δ H3 D．Δ H3＝Δ H4＋Δ H5解析：C 与 O2生成 CO2的反应是放热反应，Δ H1＜0，CO 2与 C 生成 CO 的反应是吸热反应，Δ H2＞0，CO 与 O2生成 CO2的反应是放热反应，Δ H3＜0，铁与氧气的反应是放热反应，Δ H4＜0，A、B 项错误；前两个方程式相减得：2CO(g)＋O 2(g)===2CO2(g) Δ H3＝Δ H1－Δ H2，即 Δ H1＝Δ H2＋Δ H3，C 项正确；由 4Fe(s)＋3O 2(g)===2Fe2O3(s) Δ H4和 6CO(g)＋2Fe 2O3(s)===6CO2(g)＋4Fe(s) 2Δ H5相加，得 2CO(g)＋O 2(g)===2CO2(g) Δ H3＝(Δ H4＋2Δ H5)/3，D 项错误。答案：C- 1 -专题讲座(七) 酸碱中和滴定的拓展应用中和滴定操作不仅适用于酸碱中和反应，还可迁移应用于氧化还原反应的定量测定。(1)原理。以氧化剂或还原剂为滴定剂，直接滴定一些具有还原性或氧化性的物质；或者间接滴定一些本身并没有氧化还原性，但能与某些氧化剂或还原剂反应的物质。(2)试剂。常见的用于滴定的氧化剂有 KMnO4、K 2Cr2O7、I 2等。常见的用于滴定的还原剂有亚铁盐、草酸、维生素 C 等。(3)指示剂。①氧化还原指示剂。②专用指示剂，如在碘量法滴定中，可溶性淀粉溶液遇碘标准溶液变蓝。③自身指示剂，如高锰酸钾标准溶液滴定草酸时，滴定终点为高锰酸钾溶液的紫红色。(4)实例。①KMnO 4滴定 H2C2O4溶液。原理：2MnO ＋6H ＋ ＋5H 2C2O4===10CO2↑＋2Mn 2＋ ＋－ 48H2O。指示剂：酸性 KMnO4溶液本身呈紫色，不用另外选择指示剂，当滴入一滴 KMnO4溶液后，溶液由无色变浅红色，且半分钟内不退色，说明达到滴定终点。②Na 2S2O3滴定碘液。原理：2Na 2S2O3＋I 2===Na2S4O6＋2NaI。指示剂：用淀粉作指示剂，当滴入一滴 Na2S2O3溶液后，溶液的蓝色退去，且不立即恢复原色，说明达到滴定终点。[练习]________________________________________1．氧化还原滴定实验同中和滴定类似(用已知浓度的氧化剂溶液滴定未知浓度的还原剂溶液或反之)。现有 0.01 mol·L－1 酸性 KMnO4溶液和未知浓度的无色 Na2SO3溶液，反应的离子方程式为 2MnO ＋5SO ＋6H ＋ ===2Mn2＋ ＋5SO ＋3H 2O。填空回答问题(已知 Na2SO3溶液呈碱性)：－ 4 2－3 2－4(1)该滴定实验中使用的仪器除铁架台、滴定管夹、烧杯外，还需用下列中的________(填序号)。A．酸式滴定管(50 mL) B．碱式滴定管C．量筒(10 mL)D．锥形瓶 E．胶头滴管 F．漏斗- 2 -(2)不用________(填“酸”或“碱”)式滴定管盛放高锰酸钾溶液，原因_________________________________________________。(3)选何种指示剂，说明理由_____________________________。(4)滴定前平视 KMnO4溶液的液面，刻度为 a mL，滴定后俯视液面刻度为 b mL，则( b－ a) mL 比实际消耗 KMnO4溶液体积________(填“多”或“少”)。根据( b－ a) mL 计算，得到的待测液浓度比实际浓度____________(填“大”或“小”)。解析：因酸性 KMnO4溶液具有强氧化性，能氧化橡胶，因此盛放酸性 KMnO4溶液应用酸式滴定管，Na 2SO3溶液呈碱性，应用碱式滴定管量取，除此之外，还需用锥形瓶。因恰好反应时KMnO4溶液紫色褪去，故不需指示剂，若滴定前平视，滴定后俯视，会使( b－ a)偏小，从而测得Na2SO3的浓度偏小。答案：(1)ABD (2)碱 KMnO 4溶液能把橡胶管氧化(3)不用指示剂，因为高锰酸钾被还原剂还原成 Mn2＋ ，紫红色褪去，所以不需要指示剂 (4)少小2．KMnO 4溶液常用作氧化还原反应滴定的标准液，由于 KMnO4的强氧化性，它的溶液很容易被空气中或水中的某些少量还原性物质还原，生成难溶性物质 MnO(OH)2，因此配制 KMnO4标准溶液的操作如下：①称取稍多于所需量的 KMnO4固体溶于水中，将溶液加热并保持微沸 1 h；②用微孔玻璃漏斗过滤除去难溶的 MnO(OH)2；③过滤得到的 KMnO4溶液贮存于棕色试剂瓶并放在暗处；④利用氧化还原滴定方法，在 70～80 ℃条件下用基准试剂(纯度高、相对分子质量较大、稳定性较好的物质)溶液标定其浓度。(1)量取 KMnO4溶液需要使用的仪器是__________________。(2)在下列物质中，用于标定 KMnO4溶液的基准试剂最好选用_________(填字母)。A．H 2C2O4·2H2O B．FeSO 4C．浓盐酸 D．Na 2SO3 (3)准确称取 W g 基准试剂溶于水配成 500 mL 溶液，取 25.00 mL 置于锥形瓶，_______(填“加入”或“不需加入”)指示剂，用 KMnO4溶液滴定至终点，终点的现象是_________________，消耗 KMnO4溶液 V mL。KMnO 4溶液的物质的量浓度为_______mol·L －1 。(4)若用放置两周的 KMnO4标准溶液去测定水样中 Fe2＋ 的含量，测得的浓度值将________(填“偏高” “偏低”或“无影响”)。解析：(1)酸性和强氧化性物质应用酸式滴定管。(2)根据题干信息，基准物质要求纯度高、相对分子质量较大、稳定性较好的物质，最符合的是草酸晶体。(3)不需要加入指示剂，因为KMnO4本身有颜色，可指示滴定终点，滴定终点为草酸反应完，KMnO 4加入就会变紫红色；根据方程式或电子转移关系有草酸与 KMnO4按 5∶2 的物质的量关系反应，而且草酸只用了 W g 中的- 3 -二十分之一，草酸晶体的摩尔质量为 126 g/mol，所以 KMnO4的物质的量为 × mol＝W×25126 120mol，浓度为 mol·L－1 ＝ mol·L－1 。(4)若放置久了，部分 KMnO4被还原，W6 300 W6 300V×10－ 3 10W63V计算浓度比实际浓度偏大，测定结果偏高。答案：(1)酸式滴定管 (2)A (3)不需加入 当加入最后一滴 KMnO4溶液时，溶液恰好由无色变浅紫色，且 30 s 不褪色 (4)偏高10W63V3．二氧化氯(ClO 2，黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂，实验室用 NH4Cl、盐酸、NaClO 2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备 ClO2：用右图装置可以测定混合气中 ClO2的含量：Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用 50 mL 水溶解后，再加入 3 mL 稀硫酸；Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口；Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中；Ⅴ.用 0.100 0 mol·L－1 硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2＋2S 2O ===2I－ ＋S 4O )，指示剂显示终点时共用去 20.00 mL 硫代硫酸钠溶液。2－3 2－6在此过程中：(1)锥形瓶内 ClO2与碘化钾反应的离子方程式为_____________。(2)玻璃液封装置的作用是_______________________________。(3)V 中加入的指示剂通常为__________，滴定至终点的现象是______________________________________________________。(4)测得混合气中 ClO2的质量为__________ g。解析：(1)二氧化氯具有强氧化性，I － 具有还原性，二者在酸性环境中发生氧化还原反应，离子方程式为：2ClO 2＋10I － ＋8H ＋ ===2Cl－ ＋5I 2＋4H 2O.(2)该实验中二氧化氯不一定被完全吸收，玻璃液封装置用来吸收残余的二氧化氯。(3)碘遇淀粉变蓝，用硫代硫酸钠标准溶液滴定 I2时，可选用淀粉溶液作指示剂，达到滴定终点时，溶液由蓝色变为无色，且保持半分钟不变色。(4)ClO 2 、I 2和 Na2S2O3之间的关系式为：2ClO 2 ～5I 2～10Na 2S2O3，则有 n(ClO2)＝ n(Na2S2O3)＝ ×0.100 0 15 15- 4 -mol·L－1 ×20.00×10－3 L＝4×10 －4 mol， m(ClO2)＝4×10 －4 mol×67.5 g·mol－1 ＝0.0 270 g。答案：(1)2ClO 2＋10I － ＋8H ＋ ===2Cl－ ＋5I 2＋4H 2O (2)吸收残余的二氧化氯气体(避免碘的逸出) (3)淀粉溶液 溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变 (4)0.027 0- 1 -专题讲座(三) 判断原电池的正、负极及电极反应式的书写1．判断原电池的正、负极。(1)由组成原电池的两极电极材料判断。一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极(注：一定要注意实际情况，如：Mg—Al—NaOH，Al 才是负极；Al—Cu—浓硝酸，Cu 才是负极)。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应(负失氧)，其正极总是得电子发生还原反应(正得还)。(5)根据原电池的两极发生的现象判断。溶解或质量减轻的电极为负极，电极增重(有金属析出)或有气泡放出的一极为正极(此规则具有相当的局限性，可用于一些非常规的原电池的电极判定，如 Al—Cu—稀硫酸，但不适用于目前许多的新型燃料电池的电极的判定)。学习中常犯的错误是原电池正负极的判断，不一定是较活泼的金属一定作负极，而要看是否发生氧化反应。如：铁、铜和浓硝酸组成的原电池，虽然铁的活泼性比较强，但不能与浓硝酸反应，而铜可以，因此铜作负极，铁作正极。2．电极反应式的书写。(1)一般电极反应式的书写。(2)复杂电极反应式的书写。＝ －复 杂 电 极反 应 式 总 反 应 式 较 简 单 一 极 的电 极 反 应 式如书写 CH4在酸性燃料电池中总反应式为：CH 4＋2O 2===CO2＋2H 2O- 2 -正极反应式：2O 2＋8H ＋ ＋8e － ===4H2O负极反应式：CH 4＋2H 2O－8e － ===CO2＋8H ＋(3)注意问题。①书写电极方程式时一定要考虑电解质溶液的酸碱性，如氢氧燃料电池，在酸性溶液中，负极反应：H 2－2e － ===2H＋ ；在碱性溶液中负极反应为：2H 2＋4OH － －4e －= ==2H2O。②原电池中正、负极电极反应式，对于强弱电解质的书写形式，一般要求与离子方程式相同。(4)题目给定总反应式。①分析化合价，确定电极反应物与产物，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的原理，写出正、负电极的反应物与产物。②在反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。③根据质量守恒配平电极反应式。[练习]____________ ____________________________1．一种燃料电池中发生的化学反应为在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是( )A．CH 3OH(g)＋O 2(g)===H2O(l)＋CO 2(g)＋2H ＋ (aq)＋2e －B．O 2(g)＋4H ＋ (aq)＋4e － ===2H2O(l)C．CH 3OH(g)＋H 2O(l)－6e － ===CO2(g)＋6H ＋ (aq)D．O 2(g)＋2H 2O(l)＋4e － ===4OH－解析：燃料电池中，负极燃料失电子发生氧化反应，正极氧气得电子发生还原反应，即负极反应中不可能有氧气参与。答案：C2．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O 2－ )在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极 a、b 均不参与电极反应。下列判断正确的是( )A．有 O2参加反应的 a 极为电池的负极B．b 极的电极反应式为 H2－2e － ＋O 2－ ===H2OC．a 极对应的电极反应式为 O2＋2H 2O＋4e － ===4OH－- 3 -D．该电池的总反应式为 2H2＋O 2===2H2O解析：因为电子从 b 电极流向 a 电极，所以 b 电极为负极，H 2在该极发生氧化反应；a 电极为正极，O 2在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极反应为 H2－2e － ＝2H ＋ ，正极电极反应式为 O2＋2e － ＝O 2－ ，则电池总反应式为 2H2＋O 2===2H2O。12答案：D3．天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2)，充电时 LiCoO2中 Li 被氧化，Li ＋ 迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C 6)中，以LiC6表示。电池反应为 LiCoO2＋C 6 CoO2＋LiC 6，下列说法正确的是( )充 电 放 电A．充电时，电池的负极反应为 LiC6－e － ===Li＋ ＋C 6B．放电时，电池的正极反应为 CoO2＋Li ＋ ＋e － ===LiCoO2C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低解析：充电时，Li 被氧化，电池负极反应为 C6＋Li ＋ ＋e － ===CiC6，故 A 项错误；由于 Li 为活泼金属，可与羧酸、醇等物质反应，故 C 项错误；由于 Li 的摩尔质量较小，所以锂电池的比能量应较高，故 D 项错误。答案：B4．(1)我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为 4Al＋3O 2＋6H 2O===4Al(OH)3，该电池的负极反应式：______________；正极反应式：__________________________________________。(2)如图所示，A 为铜片，B 为铁片，溶液为 FeCl3。则铜片作______极(填“正”或“负”)正极反应式： __________________________________________；负极反应式：__________________________________________。解析：(1)根据反应方程式知，正极为 O2发生还原反应生成OH－ ，负极为 Al，负极失电子发生氧化反应生成 Al3＋ 。(2)根据正、负极材料的活泼性知，铁片作负极，铜片作正极；正极上 Fe3＋ 得电子生成Fe2＋ 。答案：(1)4Al－12e － ===4Al3＋- 4 -3O2＋6H 2O＋12e － ===12OH－(2)正 2Fe 3＋ ＋2e － ===2Fe2＋ Fe－2e － ===Fe2＋5．(1)在以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_________________________________________________，正极的反应式为________________________。(2)用吸收 H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用 MH 表示)，NiOOH 作为电池正极材料，KOH 溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池，电池充放电时的总反应为：NiOOH＋MH= ==Ni(OH)2＋M。①电池放电时，负极的电极反应式为______________________。②充电完成时，Ni(OH) 2全部转化为 NiOOH，若继续充电将在一个电极产生 O2，O 2扩散到另一个电极发生还原反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此电极反应式为________________。解析：(1)燃料电池一般可采用加减法书写，酸性电解液正极通入氧气发生还原反应：O2＋4H ＋ ＋4e － ===2H2O，总反应为 2CH3OH＋3O 2===2CO2＋4H 2O，调整系数后，用总反应－正极的电极反应式就得到负极的电极反应式。(2)①根据总反应，负极化合价降低，即 MH 失去 1 个电子转化为 M 结合碱性环境和元素补给法，很容易写出电极反应式；②由电解质溶液呈碱性可知氧气被还原为 OH－ ，所以其电极反应式为 2H2O＋O 2＋4e － ===4OH－ 。答案：(1)CH 3OH＋H 2O－6e － ===CO2＋6H ＋O2＋6H ＋ ＋6e － ===3H2O32(2)①MH＋OH － －e － ===M＋H 2O②2H 2O＋O 2＋4e － ===4OH－- 1 -专题讲座(二)电子守恒——巧解电解计算题1．计算的原则。(1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。(2)串联电路中通过各电解池的电子总数相等。(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。2．计算的方法。(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。如 4e－ ～4Ag～2Cu～2Cl 2～2H 2～O 2～4H ＋ ～4OH － 。3．计算步骤。首先要正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)。其次注意溶液中有多种离子共存时，要根据离子放电顺序确定离子放电的先后。最后根据得失电子守恒进行相关计算。4．常考的题型。(1)电子守恒在电解计算中的应用。(2)计算电解后溶液中的离子浓度。(3)计算电解质溶液的 pH。(4)计算电解后析出的固体的质量。(5)串联电路中的物质关系。[练习]________________________________________1．用惰性电极电解 M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重 a g 时，在阳极上同时产生 b L 氧气(标准状况)，从而可知 M 的相对原子质量是( )A. B.22.4axb 11.2axbC. D.5.6axb 2.5axb解析：生成 b L O2转移电子为 mol，据电子守恒得到 M 的物质的量为： mol＝b×422.4 4b22.4xmol，则 M 的摩尔质量为 ag÷ mol＝ g·mol－1 ，M 的相对原子量为 。b5.6x b5.6x 5.6xab 5.6axb答案：C2．500 mL NaNO 3和 Cu(NO3)2混合溶液中 c(NO )＝6 mol·L －1 ，用石墨做电极电解此溶液，－ 3- 2 -当通电一段时间后，两极均收集到气体 22.4 L(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为 500 mL，下列说法正确的是( )A．原混合溶液中 c(Na＋ )＝6 mol·L －1B．电解后溶液中 c(H＋ )＝4 mol·L －1C．上述电解过程中共转移 8 mol 电子D．电解后得到的 Cu 的物质的量为 2 mol解析：石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到 22.4 L 气体(标准状况)，n(O2)＝ ＝1 mol，22.4 L22.4 L·mol－ 1阳极发生 4OH－ －4e － ===O2↑＋2H 2O，4 mol 1 mol 阴极发生 Cu2＋ ＋2e － ===Cu、2H ＋ ＋2e － ===H2↑，1 mol 2 mol 1 mol 2 mol 1 mol A．[Cu 2＋ ]＝2 mol·L－1 ，由电荷守恒可以知道，原混合溶液中[Na ＋ ]为 6 mol·L－1 －2 mol·L－1 ×2＝2 mol·L－1 ，故 A 错误；B.电解后溶液中[H ＋ ]为 ＝4 mol·L－1 ，所4 mol－ 2 mol0.5 L以 B 选项是正确的；C.由上述分析可以知道，电解过程中转移电子总数为 4NA，故 C 错误；D.电计算得出到的 Cu 的物质的量为 1 mol，故 D 错误。答案：B3．把分别盛有熔融的 KCl、MgCl 2、Al 2O3的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为( )A．1∶2∶3 B．3∶2∶1C．6∶3∶1 D．6∶3∶2解析：该题考查了电解中转移电子的物质的量与析出金属的化合价及物质的量的关系。在KCl、MgCl 2、Al 2O3中 K、Mg、Al 分别为＋1 价、＋2 价、＋3 价，在串联电路中，相同时间通过的电量相同，当都通过 6 mol 电子时，析出 K、Mg、Al 的物质的量分别为 6 mol、3 mol、2 mol，则 n(K)∶ n(Mg)∶ n(Al)＝6∶3∶2。答案：D4．如下图所示，若电解 5 min 时，测得铜电极的质量增加 2.16 g。试回答：(1)电源中 X 极是________(填“正”或“负”)极。- 3 -(2)通电 5 min 时，B 中共收集到 224 mL(标准状况)气体，溶液体积为 200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前 c(CuSO4)＝________。(3)A 中 KCl 溶液的 pH______(填“变大” “变小”或“不变”)。解析：(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X 为负极。(2)C 中铜极增重 2.16 g，即析出 0.02 mol Ag，线路中通过 0.02 mol 电子。由 4e－ ～O 2，可知 B 中产生的 O2只有 0.005 mol，即 112 mL。但 B 中共收集到 224 mL 气体，说明还有 112 mL 是 H2，即 Cu2＋ 全部在阴极放电后，H ＋ 接着放电产生了 112 mL H2，则通过 0.01 mol 电子时，Cu2＋ 已完全变为 Cu 单质。由 2e－ ～Cu，可知 n(Cu2＋ )＝0.005 mol，则 c(CuSO4)＝ ＝0.025 mol·L －1 。0.005 mol0.2 L(3)A 中 KCl 溶液被电解时，为放 H2生碱型、pH 变大。答案：(1)负 (2)0.025 mol·L －1 (3)变大- 1 -专题讲座(五) pH 的相关计算1．单一溶液 pH 的计算。(1)强酸溶液，如 HnA，设浓度为 c mol·L－1 ，则：[H＋ ]＝ nc mol·L－1 ，pH＝－lg( nc)。(2)强碱溶液，如 B(OH)n，设浓度为 c mol·L－1 ，[OH － ]＝ nc mol·L－1 ，则：[H ＋ ]＝ ，pH＝14＋lg( nc)。KW[OH－ ]2．混合溶液(体积变化忽略不计) pH 的计算。(1)强酸与强酸混合。[H＋ ]＝ ，pH＝－lg [H ＋ ]。[H＋ ]1V1＋ [H＋ ]2V2V1＋ V2(2)强碱与强碱混合(25 ℃)。[OH－ ]＝ ，[OH－ ]1V1＋ [OH－ ]2V2V1＋ V2[H＋ ]＝ ，pH＝－lg[H ＋ ]。10－ 14[OH－ ](3)强酸与强碱混合(25 ℃)。①恰好反应：pH＝7。②酸过量：[H ＋ ]＝ ，[H＋ ]·Va－ [OH－ ]·VbVa＋ VbpH＝－lg[H ＋ ]。③碱过量：[OH － ]＝ ，[OH－ ]·Vb－ [H＋ ]·VaVa＋ Vb[H＋ ]＝ ，pH＝－lg[H ＋ ]。10－ 14[OH－ ]3．溶液稀释后 pH 的计算。酸(pH＝ a) 碱(pH＝ b)分类弱酸 强酸 弱碱 强碱稀释 10n倍 b－ n b－ n无限稀释 pH 趋向于 7[练习]________________________________________1．25 ℃时，0.01 mol·L －1 的盐酸的 pH＝__________。答案：2 2．100 ℃时，0.05 mol·L －1 的 Ba(OH)2的 pH＝________(100 ℃时， KW＝10 －12 )。- 2 -答案：113．25 ℃时，pH＝5 和 pH＝3 的两种盐酸以 1∶2 体积比混合 pH＝________。答案：3.24．25℃时，将 pH＝8 的 NaOH 与 pH＝11 的 NaOH 溶液等体积混合 pH＝________。答案：10.75． 25 ℃时，常温下，将 pH＝5 的盐酸与 pH＝9 的 NaOH 溶液以体积比 11∶9 混合pH＝________。答案：66．25 ℃时，将 0.1 mol·L－1 的盐酸和 0.06 mol·L－1 的氢氧化钡溶液等体积混合pH＝________。答案：127．25 ℃时，1 mL pH＝5 的盐酸，加水稀释到 10 mL pH＝________；加水稀释到 100 mL，pH________7。答案：6 接近8．25 ℃时， 1 mL pH＝9 的 NaOH 溶液，加水稀释到 10 mL，pH＝________；加水稀释到100 mL，pH________7。答案：8 接近9．25 ℃时，pH＝5 的 H2SO4溶液，加水稀释到 500 倍，则稀释后[SO ]与[H ＋ ]的比值为2－4________。答案：0.110．pH＝2 和 pH＝4 的两种稀硫酸，等体积混合后，下列结论正确的是( )A．[H ＋ ]＝1×10 －3 mol·L－1B．[OH － ]＝2×10 －12 mol·L－1C．pH＝2.3D．pH＝3答案：C11．取浓度相同的 NaOH 和 HCl 溶液，以 3∶2 体积比相混合，所得溶液的 pH 等于 12，则原溶液的浓度为( )A．0.01 mol·L －1 B．0.017 mol·L －1C．0.05 mol·L －1 D．0.50 mol·L －1答案：C12．95 ℃时，水中 H＋ 的物质的量浓度为 1×10－6 mol·L－1 ，若把 0.01 mol NaOH 固体溶解于 95℃水中配成 1 L 溶液，则溶液的 pH 为( )A．4 B．10 C．2 D．12- 3 -解析：95 ℃时，水中 H＋ 的物质的量浓度为 1×10－6 mol·L－1 ，则该温度下 KW＝10 －12 ，把0.01 mol NaOH 固体溶解于 95 ℃1 L 水中， c(OH－ )＝10 －2 mol·L－1 ，则 c(H＋ )＝ ＝10 －10 mol·L－1 ，则 pH＝10。KWc（ OH－ ）答案：B- 1 -专题讲座(六) 溶液中粒子浓度的大小比较1．守恒关系。(1)电荷守恒：电解质溶液中所有阳离子所带的正电荷数与所有阴离子所带的负电荷数相等。如 Na2CO3溶液中：[Na ＋ ]＋[H ＋ ]＝[HCO ]＋2 [CO ]＋[OH － ]。－ 3 2－3(2)物料守恒：电解质溶液中由于电离或水解因素，离子会发生变化变成其他离子或分子，但离子或分子中某种特定元素的原子的总数是不会改变的。如 Na2CO3溶液中：[Na ＋ ]＝2[HCO ]－ 3＋2[CO ]＋2[H 2CO3]。2－3(3)质子守恒(即水电离出的 H＋ 和 OH－ 数目相等)。如在 Na2CO3溶液中：[H ＋ ]＋[HCO ]－ 3＋2[H 2CO3]＝[OH － ]。2．比较依据。(1)弱电解质电离理论：发生电离的粒子浓度大于电离生成的粒子浓度。例如 H2CO3溶液中：[H2CO3][HCO ]≫[CO ](多元弱酸第一步电离程度远远大于第二步电离)。－ 3 2－3(2)水解理论：发生水解的粒子浓度大于水解生成的粒子浓度。例如 Na2CO3溶液中：[CO ]2－3[HCO ]≫[H2CO3](多元弱酸酸根离子的水解以第一步为主)。－ 33．比较规律。(1)单一溶液中离子浓度的比较。①多元弱酸溶液中，根据多步电离分析。如在 H3PO4溶液中：[H ＋ ][H2PO ][HPO ][PO－ 4 2－4]。3－4②多元弱酸的正盐溶液根据酸根离子的分步水解分析。如 Na2CO3溶液中：[Na ＋ ][CO ][OH－ ][HCO ][H＋ ]。2－3 － 3(2)混合溶液中各离子浓度的比较。①酸碱混合型。a．恰好中和型。给定的酸碱是等物质的量的反应(注意与 H＋ 和 OH－ 物质的量相等的情况区别)，反应结束后一定是生成正盐和水，故可把此类问题转化成是正盐溶液中离子浓度的比较问题。如在 10 mL 0.1 mol·L－1 NaOH 溶液中加入同体积、同浓度的 CH3COOH 溶液，反应后溶液中各离子的浓度关系是[Na＋ ][CH3COO－ ][OH－ ][H＋ ]。b．反应过量型。先判断反应前后谁过量，及反应后各物质的量，再考虑电离或水解的情况。当酸(碱)的电离程度大于盐溶液中弱离子的水解程度时，可认为盐中的弱离子不水解(但实际有水解，程度很小)，此时主要考虑电离对离子浓度造成的影响；反之可认为酸(碱)不电离(但实际有电离，程- 2 -度很小)，此时主要考虑弱离子水解对离子浓度造成的影响。如将 0.2 mol·L－1 HCN 溶液和 0.1 mol·L－1 的 NaOH 溶液等体积混合后，溶液显碱性，则溶液中各离子浓度大小关系为：[Na ＋ ][CN－ ][OH－ ][H＋ ]。②盐与酸(碱)反应型。此类问题与酸碱混合过量型相似，反应后的溶液一般为盐和酸(碱)的混合溶液，分析时同样从盐溶液中弱离子水解和酸(碱)的电离相对强弱入手。如将 0.1 mol·L－1 的醋酸钠溶液 20 mL 与 0.1 mol·L－1 盐酸 10 mL 混合后，溶液显酸性，醋酸的电离程度大于 CH3COO－ 的水解程度，则溶液中有关粒子的浓度关系是[Na ＋ ][CH3COO－ ][Cl－ ][CH3COOH][H＋ ][OH－ ]。(3)不同溶液中同一离子浓度的比较。要看溶液中其他离子对其影响。如在相同物质的量浓度的以下五种溶液中，①NH 4Cl；②HCOONH 4；③NH 4HSO4；④(NH 4)2SO4；⑤(NH 4)2CO3，[NH ]由大到小的顺序为：＋ 4④⑤③①②。[练习]________________________________________1．已知常温下：某 NaHSO3溶液的 pH＝5，则在 NaHSO3溶液中微粒的物质的量浓度关系一定正确的是( )A． c(Na＋ )＞ c(HSO )＞ c(OH－ )＞ c(H＋ )＞ c(SO )－ 3 2－3B． c(Na＋ )＋ c(H＋ )＝ c(OH－ )＋ c(SO )＋ c(HSO )2－3 － 3C． c(Na＋ )＝ c(SO )＋ c(HSO )＋ c(H2SO3)2－3 － 3D． c(OH－ )＝ c(H＋ )＋ c(HSO )＋ c(H2SO3)－ 3解析：根据 pH＝5 溶液呈酸性可知： c(OH－ )＜ c(H＋ )，A 错误；电荷守恒的正确关系式为c(Na＋ )＋ c(H＋ )＝ c(OH－ )＋2(SO )＋ c(HSO )，B 错误；C 为物料守恒的正确关系式；将电荷2－3 － 3守恒和物料守恒关系式结合起来可得： c(OH－ )＋ c(SO )＝ c(H＋ )＋ c(H2SO3)，D 错误。 2－3答案：C2．常温下，一定量的醋酸与氢氧化钠溶液发生中和反应。下列说法正确的是( )A．当溶液中[CH 3COO－ ]＝[Na ＋ ]时，醋酸与氢氧化钠恰好完全反应B．当溶液中[CH 3COO－ ]＝[Na ＋ ]时，一定是氢氧化钠过量C．当溶液中[CH 3COO－ ]＝[Na ＋ ]＞[H ＋ ]＝[OH － ]时，一定是醋酸过量D．当溶液中[Na ＋ ]＞[CH 3COO－ ]＞[OH － ]＞[H ＋ ]时，一定是氢氧化钠过量解析：当溶液中[CH 3COO－ ]＝[Na ＋ ]时，一定是醋酸过量，A、B 项错，C 项正确；D 项，当氢氧化钠与醋酸恰好完全反应时，也符合。答案：C3．等物质的量浓度、等体积的下列溶液中：①H 2CO3，②Na 2CO3，③NaHCO 3，④NH 4HCO3，⑤(NH 4)2CO3，[CO ]的大小关系为2－3- 3 -______________________________________________________。答案：②⑤③④①4．下列有关电解质溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是( )A．在 0.1 mol·L－1 NaHCO3溶液中：[Na ＋ ]＞[HCO ]＞[CO ]＞[H 2CO3]－ 3 2－3B．在 0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中：[OH － ]－[H ＋ ]＝[HCO ]＋[H 2CO3]－ 3C．向 0.2 mol·L－1 NaHCO3溶液中加入等体积 0.1 mol·L－1 NaOH 溶液：[CO ][HCO ]2－3 － 3[OH－ ][H＋ ]D．常温下，CH 3COONa 和 CH3COOH 混合溶液(pH＝7，[Na＋ ]＝0.1 mol·L －1 )：[Na ＋ ]＝[CH 3COO－ ][CH3COOH][H＋ ]＝[OH－ ]答案：D5．常温下，一定体积 pH＝2 的二元弱酸 H2R 溶液与一定体积 pH＝12 的 NaOH 溶液混合后溶液呈中性。该混合溶液中，离子浓度关系正确的是( )A．[Na ＋ ]＝2[R 2－ ]＋[HR － ]B．[Na ＋ ]＝10 －2 mol·L－1C．[R 2－ ]＋[OH － ]＋[HR － ]＝[Na ＋ ]＋[H ＋ ]D．[R 2－ ][Na＋ ][H＋ ][OH－ ]答案：A6．25 ℃时，有[CH 3COOH]＋[CH 3COO－ ]＝0.1 mol·L－1 的一组醋酸、醋酸钠混合溶液，溶液中[CH 3COOH]、[CH 3COO－ ]与 pH 的关系如图所示。下列有关溶液中离子浓度关系的叙述不正确的是( )A．pH＝5.5 的溶液中：[CH 3COOH] [CH3COO－ ][H＋ ][OH－ ]B．W 点所表示的溶液中：[Na ＋ ]＋[H ＋ ]＝[CH 3COOH]＋[OH － ]C．pH＝3.5 的溶液中：[Na ＋ ]＋[H ＋ ]－[OH － ]＋[CH 3COOH]＝0.1 mol·L －1D．向 W 点所表示的 1.0 L 溶液中通入 0.05 mol HCl 气体(溶液体积变化可忽略)：[H ＋ ]＝[CH 3COO—]＋[OH － ]解析：A 项，pH 减小时，酸性增强，CH 3COO－ 浓度减小，CH 3COOH 浓度增大，所以两条曲线与 CH3COO－ 、CH 3COOH 浓度的对应关系为：- 4 -当 pH＝5.5 时，[CH 3COO－ ][CH3COOH]，A 项错误。答案：A7．在 Na2S 溶液中，下列关系式中错误的是( )A．[Na ＋ ]＋[H ＋ ]＝[S 2－ ]＋[HS － ]＋[OH － ]B．[Na ＋ ]＝2[S 2－ ]＋2[HS － ]＋2[H 2S]C．[OH － ]＝[H ＋ ]＋[HS － ]＋2[H 2S]D．[S 2－ ][OH－ ][HS－ ]解析：A 项电荷不守恒，正确的关系式为[Na ＋ ]＋[H ＋ ]＝2[S2－ ]＋[HS － ]＋[OH － ]，故 A 项错误。答案：A8．现有①0.2 mol·L－1 NaOH 溶液 ②0.2 mol·L－1 HX 溶液，两溶液等体积混合后，测得溶液中[Na ＋ ][X－ ]。则(1)①中由水电离出的[OH － ]________②中由水电离出的[H ＋ ](填“” “＝”或“” “＝”或“[X－ ]知，[OH － ][H＋ ]，说明 NaX 溶液显碱性，HX 为弱酸，则有：0.2 mol·L－1 NaOH 溶液中的[OH － ]大于 0.2 mol·L－1 HX 溶液中的[H ＋ ]，由于溶液中的[OH － ]或[H ＋ ]越大，越抑制水的电离，由水电离出的[H ＋ ]或[OH － ]就越小，所以①中由水电离出的[OH － ]小于②中由水电离出的[H ＋ ]。(2)混合液中存在 Na＋ 、X － 、H ＋ 、OH － 4 种离子和HX、H 2O 2 种分子，共 6 种粒子；由于 X－ 水解程度小，所以[X － ]大于[HX]；根据物料守恒知，[HX]＋[X － ]＝0.1 mol·L －1 。答案：(1) (2)6 ＝ (3)碱 X － ＋H 2O HX＋OH －