（新课标）2020高考化学二轮复习 第一部分 专题突破方略 专题九 化学反应与能量教学案

专题九 化学反应与能量 了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。 了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。 了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。 了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。 了解焓变(H)与反应热的含义。 理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。 理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。 了解常见化学电源的种类及其工作原理。 了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。化学能与热能一、反应热及其表示方法1两种角度理解反应热(1)从微观的角度说，是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值。在图中，a表示旧化学键断裂吸收的能量；b表示新化学键形成放出的能量；c表示反应热。(2)从宏观的角度说，是反应物总能量与生成物总能量的差值。在图中，a表示活化能；b表示活化分子变成生成物分子所释放的能量；c表示反应热。2反应热的量化参数键能反应热与键能的关系反应热：HE1E2或HE4E3，即H等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。3反应热的表示方法热化学方程式热化学方程式书写或判断的注意事项：(1)注意H的符号和单位：吸热反应的H为“”，放热反应的H为“”；H的单位为kJmol1。(2)注意测定条件：绝大多数的反应热是在25 、101 kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。(3)注意热化学方程式中的化学计量数：热化学方程式中的化学计量数可以是整数，也可以是分数。(4)注意物质的聚集状态：气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用“”和“”。(5)注意H的数值与符号：如果化学计量数加倍，则H也要加倍。逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。(6)对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态外，还要注明物质的名称。例如：S(单斜，s)=S(正交，s)H0.33 kJmol1。二、盖斯定律及其应用 1内容一定条件下，一个反应不管是一步完成，还是分几步完成，反应的总热效应相同，即反应热的大小与反应途径无关，只与反应体系的始态和终态有关。2常用关系式热化学方程式焓变之间的关系aA(g)=B(g)H1A(g)=B(g)H2H2H1或H1aH2aA(g)=B(g)H1B(g)=aA(g)H2H1H2HH1H212020高考全国卷，T27(1)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。已知：(g)=(g)H2(g)H1100.3 kJmol1H2(g)I2(g)=2HI(g)H211.0 kJmol1对于反应：(g)I2(g)=(g)2HI(g)H3_kJmol1。解析：根据盖斯定律，由反应反应得反应，则H3H1H2(100.311.0) kJmol189.3 kJmol1。答案：89.322020高考全国卷，T28(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：CuCl2(s)=CuCl(s)Cl2(g)H183 kJmol1CuCl(s)O2(g)=CuO(s)Cl2(g)H220 kJmol1CuO(s)2HCl(g)=CuCl2(s)H2O(g)H3121 kJmol1则4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)的H_kJmol1。解析：将已知热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由()2得4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)H116 kJmol1。答案：1163(2020高考天津卷)硅粉与HCl在300 时反应生成1 mol SiHCl3气体和H2，放出225 kJ热量，该反应的热化学方程式为_。解析：该反应的热化学方程式为Si(s)3HCl(g)SiHCl3(g)H2(g)H225 kJmol1。答案：Si(s)3HCl(g)SiHCl3(g)H2(g)H225 kJmol1热化学方程式书写易出现的错误(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。(2)反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出“”号，放热反应未标出“”号而造成错误。(3)漏写H的单位，或将H的单位写为kJ而造成错误。(4)反应热的数值与方程式中的化学计量数不对应而造成错误。(5)对燃烧热、中和热的概念理解不到位，忽略其标准是1 mol 可燃物或生成1 mol H2O(l)而造成错误。 4(2020高考天津卷)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：化学键CHC=OHHCO(CO)键能/(kJmol1)4137454361 075则该反应的H_。解析：根据H反应物总键能生成物总键能，该反应的H(41347452) kJmol1(1 07524362) kJmol1120 kJmol1。答案：120 kJmol1利用键能计算反应热，要熟记公式：H反应物总键能生成物总键能，其关键是弄清物质中化学键的数目。在中学阶段要掌握常见单质、化合物中所含共价键的数目。原子晶体：1 mol金刚石中含2 mol CC键，1 mol硅晶体中含2 mol SiSi键，1 mol SiO2晶体中含4 mol SiO键；分子晶体：1 mol P4中含有6 mol PP键，1 mol C2H6中含有6 mol CH键和1 mol CC键。 5(1)(2020高考北京卷)近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：反应：2H2SO4(l)=2SO2(g)2H2O(g)O2(g)H1551 kJmol1反应：S(s)O2(g)=SO2(g)H3297 kJmol1反应的热化学方程式：_。(2)2020高考全国卷，T28(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应：2SiHCl3(g)= SiH2Cl2(g)SiCl4(g)H148 kJmol13SiH2Cl2(g)= SiH4(g)2SiHCl3(g)H230 kJmol1则反应4SiHCl3(g)= SiH4(g)3SiCl4(g)的H为_kJmol1。(3)2020高考全国卷，T27(1)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)= 2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)= CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)= CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)= CO(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_kJmol1。解析：(1)由于反应是二氧化硫的歧化反应，且由题意可知其氧化产物和还原产物分别为H2SO4和S，根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应的化学方程式为3SO2(g)2H2O(g)=2H2SO4(l)S(s)。根据盖斯定律，反应与反应的热化学方程式相加得：2H2SO4(l)S(s)=3SO2(g)2H2O(g)H254 kJmol1，所以反应的热化学方程式为3SO2(g)2H2O(g)=2H2SO4(l)S(s)H254 kJmol1。(2)将已知热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由3，可得：4SiHCl3(g)=SiH4(g)3SiCl4(g)H348 kJmol130 kJmol1114 kJmol1。(3)将已知的3个热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律2得该催化重整反应的H(111275394) kJmol1247 kJmol1。答案：(1)3SO2(g)2H2O(g)=2H2SO4(l)S(s)H254 kJmol1(2)114(3)247叠加法求焓变步骤1“倒”为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。步骤2“乘”为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要相乘。步骤3“加”上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得到目标方程式，反应热也要相加。 1下列关于反应热和热化学反应的描述中正确的是()AHCl和NaOH反应的中和热H57.3 kJmol1，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热H2(57.3) kJmol1BCO(g)的燃烧热H283.0 kJmol1，则2CO2(g)=2CO(g)O2(g)反应的H2283.0 kJmol1C氢气的燃烧热H285.5 kJmol1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l)=2H2(g)O2(g)H285.5 kJmol1D1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热解析：选B。根据燃烧热定义知B正确。对比法理解反应热、燃烧热与中和热(1)化学反应吸收或放出的热量称为反应热，符号为H，常用单位为kJmol1，它只与化学反应的化学计量数、物质的聚集状态有关，而与反应条件无关。中学阶段研究的反应热主要是燃烧热和中和热。(2)燃烧热：在101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。单位为kJmol1。需注意：燃烧热是以1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量来定义的，因此在书写燃烧热的热化学方程式时，一般以燃烧1 mol纯物质为标准来配平其余物质的化学计量数；燃烧产物必须是稳定的氧化物，如CCO2、H2H2O(l)等。(3)中和热：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol液态H2O时的反应热。需注意：稀溶液指物质溶于大量水中；中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应；中和反应的实质是H和OH化合生成H2O，即H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJmol1。(4)反应热指反应完全时的热效应，所以对于可逆反应，其热量要小于反应完全时的热量。 2(2020岳阳一模)研究表明CO与N2O在Fe作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分别为N2OFe=N2FeO(慢)、FeOCO=CO2Fe(快)。下列说法正确的是()A反应是氧化还原反应，反应是非氧化还原反应B两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应决定CFe使反应的活化能减小，FeO是中间产物D若转移1 mol电子，则消耗11.2 L N2O解析：选C。A项，反应、均有元素化合价的升降，因此都是氧化还原反应，A错误；B项，由题图可知，反应、都是放热反应，总反应的化学反应速率由速率慢的反应决定，B错误；C项，Fe做催化剂，使反应的活化能减小，FeO是反应过程中产生的物质，因此是中间产物，C正确；D项，由于没有指明外界条件，所以不能确定气体的体积，D错误。3已知：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)Ha kJmol1，2C(s)O2(g)=2CO(g)H220 kJmol1。HH、O=O和OH键的键能分别为436 kJmol1、496 kJmol1和462 kJmol1，则a为()A332B118C350 D130解析：选D。根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。根据题中给出的键能可得出热化学方程式：2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H3(24364964462) kJmol1480 kJmol1，题中2C(s)O2(g)=2CO(g)H2220 kJmol1，()得C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H1(H2H3)，即a(220480)130，选项D正确。4已知：C(s)O2(g)=CO2(g)H1CO2(g)C(s)=2CO(g)H22CO(g)O2(g)=2CO2(g)H34Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)H43CO(g)Fe2O3(s)=3CO2(g)2Fe(s)H5下列关于上述反应焓变的判断正确的是()AH10，H30BH20，H40CH1H2H3 DH3H4H5解析：选C。A项，C(s)、CO(g)在O2(g)中燃烧生成CO2，均为放热反应，则有H10、H30；B项，CO2(g)与C(s)在高温条件下反应生成CO(g)，该反应为吸热反应，则有H20，Fe(s)与O2(g)反应生成Fe2O3(s)为放热反应，则有H40；C项，将五个热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由可得，则有H1H2H3；D项，将五个热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由32可得，则有H43H32H5。反应热大小比较(1)注意三问题反应中各物质的聚集状态；H有正负之分，比较时要连同“”“”一起比较，类似数学中的正、负数大小的比较；若只比较放出或吸收热量的多少，则只比较数值的大小，不考虑正、负号。(2)方法面面观利用盖斯定律比较如，比较H1与H2的大小的方法。因H10，H20，H3|H2|，所以H1H2。同一反应的反应物状态不同时，如A(s)B(g)=C(g)H1，A(g)B(g)=C(g)H2，则H1H2。两个有联系的反应相比较时，如C(s)O2(g)=CO2(g)H1，C(s)O2(g)=CO(g)H2。利用反应(包括H1)乘以某计量数减去反应(包括H2)乘以某计量数，即得出H3H1某计量数H2某计量数，根据H3大于0或小于0进行比较。 5(1)2020高考全国卷，T28(3)已知：As(s)H2(g)2O2(g)=H3AsO4(s) H1H2(g)O2(g)=H2O(l)H22As(s)O2(g)=As2O5(s)H3则反应As2O5(s) 3H2O(l)=2H3AsO4(s)的H_。(2)2020高考全国卷，T28(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。 通过计算，可知系统()和系统()制氢的热化学方程式分别为_、_，制得等量H2所需能量较少的是_。(3)(2020高考海南卷)已知：2NaOH(s)CO2(g)=Na2CO3(g)H2O(g)H1127.4 kJmol1NaOH(s)CO2(g)=NaHCO3(s)H2131.5 kJmol1反应2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)H2O(g)CO2(g)的H_kJmol1。(4)(2020高考北京卷)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下： 氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。已知：TiO2(s)2Cl2(g)=TiCl4(g)O2(g)H1175.4 kJmol12C(s)O2(g)=2CO(g)H2220.9 kJmol1沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：_。解析：(1)将已知热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由23可得：As2O5(s)3H2O(l)=2H3AsO4(s)H2H13H2H3。(2)系统()和系统()都是吸热反应，从热化学方程式可以看出，系统()制备1 mol H2需要消耗20 kJ能量，而系统()制备1 mol H2需要消耗286 kJ能量，故系统()消耗的能量较少。(3)2得到：2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)CO2(g)H2O(g)H(127.4)2(131.5) kJmol1135.6 kJmol1。(4)根据盖斯定律，将已知的两个热化学方程式相加即可得到所求热化学方程式。答案：(1)2H13H2H3(2)H2O(l)=H2(g)O2(g)H286 kJmol1H2S(g)=H2(g)S(s)H20 kJmol1系统()(3)135.6(4)TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(g)2CO(g)H45.5 kJmol1原电池的原理及应用1图解原电池工作原理2原电池装置图的升级考查(1)装置中，电子均不能通过电解质溶液(或内电路)。(2)装置中，由于不可避免会直接发生反应ZnCu2=CuZn2而使化学能转化为热能，所以装置的能量转化率比装置高。(3)盐桥的作用隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；通过离子的定向移动，构成闭合回路；平衡电极区的电荷。(4)离子交换膜的作用：离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。角度一燃料电池1(2020高考全国卷，T12，6分)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2/MV在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是()A相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B阴极区，在氢化酶作用下发生反应H22MV2=2H2MVC正极区，固氮酶为催化剂，N2 发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动解析：选B。由题图和题意知，电池总反应是3H2N2=2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MVe=MV2，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。2(2020高考全国卷，T11，6分)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2ZnO24OH2H2O=2Zn(OH)。下列说法正确的是()A充电时，电解质溶液中K向阳极移动B充电时，电解质溶液中c(OH)逐渐减小C放电时，负极反应为Zn4OH2e=Zn(OH)D放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)解析：选C。K带正电荷，充电时K应该向阴极移动，A项错误。根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH，则充电时，OH浓度应增大，B项错误。放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应为Zn4OH2e=Zn(OH)，C项正确。消耗1 mol O2转移4 mol电子，故转移2 mol电子时消耗0.5 mol O2，在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。角度二二次电池3(2020高考全国卷，T13，6分)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)2NiOOH(s)H2O(l)ZnO(s)2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是()A三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的 ZnO分散度高B充电时阳极反应为 Ni(OH)2(s)OH(aq)e=NiOOH(s)H2O(l)C放电时负极反应为 Zn(s)2OH(aq) 2e=ZnO(s)H2O(l)D放电过程中 OH 通过隔膜从负极区移向正极区解析：选D。该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)OH(aq)e=NiOOH(s)H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)2OH(aq) 2e=ZnO(s)H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。4(2020高考全国卷，T11，6分)一种可充电锂空气电池如图所示，当电池放电时，O2与Li在多孔碳材料电极处生成Li2O2x(x0或1)。下列说法正确的是()A放电时，多孔碳材料电极为负极B放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C充电时，电解质溶液中Li向多孔碳材料区迁移D充电时，电池总反应为Li2O2x= 2Li(1)O2解析：选D。根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为Li2O2x=2LiO2，D项正确。突破二次电池的四个角度角度三其他新型电池5(2020高考全国卷，T13，6分)最近我国科学家设计了一种CO2H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为EDTAFe2e= EDTAFe32EDTAFe3H2S= 2HS2EDTAFe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A阴极的电极反应：CO22H2e= COH2OB协同转化总反应：CO2H2S= COH2OSC石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性解析：选C。阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO22e2H=COH2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2H2S=SCOH2O，B项正确；石墨烯做阳极，其电势高于ZnO石墨烯的，C项错误；Fe3、Fe2在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。6(2020高考天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是()A. 放电时，a电极反应为I2Br2e=2IBrB放电时，溶液中离子的数目增大C充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I被氧化D充电时，a电极接外电源负极解析：选D。根据电池的工作原理示意图可知，放电时a电极上I2Br转化为Br和I，电极反应为I2Br2e=2IBr，A项正确；放电时正极区I2Br转化为Br和I，负极区Zn转化为Zn2，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn22e=Zn，b电极增重0.65 g时，转移0.02 mol e，a电极发