高中化学鲁科版选择性必修1课件第1章化学反应与能量转化章末整合

章末整合第1章2021内容索引0102知识网络重难突破知识网络化学反应与能量转化

答案①氧化②还原③阴极④阳极⑤负极⑥正极⑦吸氧⑧析氢

重难突破突破1焓变(ΔH)的计算利用键能计算ΔH或根据盖斯定律计算、比较ΔH是近几年全国卷命题的必考点,特别是将热化学方程式和盖斯定律的应用融合在一起的试题,很好地考查了考生对所学知识的灵活应用和运算能力。正确计算ΔH的关键是合理设计反应途径。高考考法一利用键能计算ΔH典例1(2019海南化学)根据下图中的能量关系,可求得C—H键的键能为(

)A.414kJ·mol-1

B.377kJ·mol-1C.235kJ·mol-1 D.197kJ·mol-1答案A解析根据ΔH=反应物总键能-反应产物总键能可得,-75

kJ·mol-1=717

kJ·mol-1+864

kJ·mol-1-4E(C—H),则E(C—H)=414

kJ·mol-1。物质(化学键)CO2(C=O)CH4(C—H)P4(P—P)SiO2(Si—O)1

mol微粒所含化学键数目/NA2464物质(化学键)石墨(C—C)金刚石(C—C)S8(S—S)Si(Si—Si)1

mol微粒所含化学键数目/NA1.5282变式训练1-1通常人们把断裂1mol某化学键所吸收的能量或形成1mol某化学键所释放的能量看作该化学键的键能,键能的大小可用于估算化学反应的ΔH。已知部分化学键的键能数据如下表所示:化学键H—HCl—ClH—Cl键能/(kJ·mol-1)436243431则下列热化学方程式不正确的是(

)ΔH=+91.5kJ·mol-1==H2(g)+Cl2(g)

ΔH=+183kJ·mol-1答案C解析ΔH=反应物的总键能-反应产物的总键能,根据表中的键能数据计算可知,H2(g)和Cl2(g)反应生成HCl(g)的反应是放热反应,ΔH<0,C项错误。变式训练1-2CO2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C—HCOH—HCO(CO)键能/(kJ·mol-1)4137454361075则该反应的ΔH=

。

答案+120kJ·mol-1解析ΔH=[4×E(C—H)+2×E(CO)]-[2×E(CO)+2×E(H—H)]=(4×413+2×745)

kJ·mol-1-(2×1

075+2×436)

kJ·mol-1=+120

kJ·mol-1。高考考法二利用盖斯定律计算ΔH并书写热化学方程式(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:CuO(s)+2HCl(g)==CuCl2(s)+H2O(g)

ΔH3=-121kJ·mol-1则4HCl(g)+O2(g)==2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=

kJ·mol-1。

(3)硅粉与HCl在300℃时反应生成1molSiHCl3气体和H2,放出225kJ热量,该反应的热化学方程式为

。

答案

(2)-116(3)Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)ΔH=-225kJ·mol-1解析(1)根据盖斯定律,将反应①和②叠加可得反应③,故ΔH3=ΔH1+ΔH2

kJ·mol-1

kJ·mol-1

kJ·mol-1。(2)由盖斯定律可知,将题给催化过程的三个反应直接相加可得:2HCl(g)+

O2(g)==Cl2(g)+H2O(g)ΔH'=(83-20-121)kJ·mol-1=-58

kJ·mol-1,则ΔH=2ΔH'=-116

kJ·mol-1。(3)首先书写反应的化学方程式:Si+3HClSiHCl3+H2,然后写出物质的状态和焓变可得热化学方程式:Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)

ΔH=-225

kJ·mol-1。规律方法

盖斯定律应用三步流程

变式训练2请回答下列问题:(1)已知:2N2O5(g)==2N2O4(g)+O2(g)

ΔH1=-4.4kJ·mol-12NO2(g)==N2O4(g)

ΔH2=-55.3kJ·mol-1则反应N2O5(g)==2NO2(g)+O2(g)的ΔH=

kJ·mol-1。

(2)CH4—CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。已知:C(s)+2H2(g)==CH4(g)

ΔH=-75kJ·mol-1C(s)+O2(g)==CO2(g)

ΔH=-394kJ·mol-1C(s)+O2(g)==CO(g)

ΔH=-111kJ·mol-1该催化重整反应的ΔH=

kJ·mol-1。

(3)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g)==SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)

ΔH1=+48kJ·mol-13SiH2Cl2(g)==SiH4(g)+2SiHCl3(g)

ΔH2=-30kJ·mol-1则反应4SiHCl3(g)==SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为

kJ·mol-1。

(4)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Ⅰ:2H2SO4(l)==2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)ΔH1=+551kJ·mol-1反应Ⅲ:S(s)+O2(g)==SO2(g)

ΔH3=-297kJ·mol-1反应Ⅱ的热化学方程式:

。

答案

(2)+247

(3)+114(4)3SO2(g)+2H2O(g)==2H2SO4(l)+S(s)ΔH=-254kJ·mol-1解析(1)由盖斯定律可知,(第一个已知反应÷2)-(第二个已知反应)可得反应:N2O5(g)==2NO2(g)+O2(g),则该反应的ΔH

kJ·mol-1÷

kJ·mol-1

kJ·mol-1。(2)将已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,③×2-①-②,得到CH4—CO2催化重整反应的ΔH=+247

kJ·mol-1。(3)2SiHCl3(g)==SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)

ΔH1=+48

kJ·mol-1①3SiH2Cl2(g)==SiH4(g)+2SiHCl3(g)

ΔH2=-30

kJ·mol-1②根据盖斯定律:①×3+②即可得4SiHCl3(g)==SiH4(g)+3SiCl4(g)

ΔH=+114

kJ·mol-1。(4)由题给示意图可知,反应Ⅱ为二氧化硫发生歧化反应生成硫酸和硫,反应的化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s),由盖斯定律可知,-(反应Ⅲ+反应Ⅰ)可得反应Ⅱ,则反应Ⅱ的ΔH=-(ΔH3+ΔH1)=-(-297

kJ·mol-1)-(+551

kJ·mol-1)=-254

kJ·mol-1,则反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)==2H2SO4(l)+S(s)

ΔH=-254

kJ·mol-1。突破2电化学中电极反应式的书写电极反应式的书写是高考的重点、热点和难点,主要涉及燃料电池、可逆电池及电解池(尤其是含离子交换膜)。高考考法一燃料电池典例3(2019全国Ⅰ,12)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,示意图如下所示。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H2+2MV2+==2H++2MV+C.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答案B解析题给反应过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。规律方法

燃料电池电极反应的书写第一步:写出燃料电池反应的总反应一般情况下,燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加和之后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)中发生的反应依次为:CH4+2O2==CO2+2H2O①CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O②由①式+②式可得燃料电池总反应为CH4+2O2+2NaOH==Na2CO3+3H2O。第二步:写出电池的正极反应根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,大致有以下四种情况:环境正极电极反应酸性电解质溶液O2+4H++4e-==2H2O碱性电解质溶液O2+2H2O+4e-==4OH-固体电解质(高温下能传导O2-)O2+4e-==2O2-熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)O2+2CO2+4e-==2C第三步:根据电池总反应和正极反应,写出负极反应电池反应的总反应-电池正极反应=电池负极反应。因为O2不是负极反应物,因此两个反应相减时要彻底消除O2。变式训练3为体现节能减排的理念,中国研制出了新型固态氧化物燃料电池(SOFC),该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.电子从b极经导线流向a极B.正极的电极反应为O2+4e-+2H2O==4OH-C.还可以选用NaOH固体作固态电解质D.若反应中转移1mol电子,则生成22.4L(标准状况)CO2答案A解析燃料电池通入氧气的电极为正极,则a为正极,电子从b极经导线流向a极,故A正确;介质为固态熔融介质,不存在水溶液,则正极的电极反应为O2+4e-==2O2-,故B错误;CO2能与NaOH反应生成Na2CO3,则不可选用NaOH固体作为固态电解质,故C错误;若反应中转移1

mol电子,参加反应的氧气为

mol,生成CO2为

mol,其体积为

L(标准状况),故D错误。高考考法二可逆电池典例4(2019全国Ⅲ,13)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(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。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答案D解析本题考查了二次电池的工作原理及电极反应式的书写与判断。三维多孔海绵状Zn类似于活性炭,故表面积较大,可高效沉积ZnO,所沉积的ZnO分散度也高,A项正确;根据总反应Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充电时Ni(OH)2(s)在阳极上发生氧化反应Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-==NiOOH(s)+H2O(l),B项正确;放电时Zn在负极上发生氧化反应Zn(s)+2OH--2e-==ZnO(s)+H2O(l),C项正确;在放电过程中,阴离子应向负极移动,D项错误。规律方法

1.正确分析二次电池

2.利用“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应若已知电池放电时的总反应,可先写出较易书写的一极的电极反应,然后在电子守恒的基础上,由总反应减去较易写出的一极的电极反应,即可得到较难写出的另一极的电极反应。答案C高考考法三电解池典例5(2020山东学业水平等级考化学,13)采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响,下列说法错误的是(

)A.阳极反应为2H2O-4e-==4H++O2↑B.电解一段时间后,阳极室的pH未变C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极反应的O2等量答案D解析题图中电解池b极一端进入O2生成H2O2,其电极反应式为2H++O2+2e-==H2O2,发生还原反应,b极为阴极。同理阳极反应式为2H2O-4e-==4H++O2↑,H+由阳极区移向阴极区,A、C项正确。阳极区一段时间后,溶液pH不变;根据电子守恒可知生成的O2和消耗的O2物质的量之比为1∶2,D项错误。规律方法

电解时电极反应的书写步骤

变式训练5按要求书写电极反应。(1)以金属铝为阳极,在H2SO4溶液中电解,金属铝表面形成氧化膜,阳极反应为

。

(2)用Al单质作为阳极,石墨作为阴极,NaHCO3溶液作为电解液进行电解,生成难溶物R,R受热分解生成化合物Q,写出阳极生成R的电极反应:

。

(3)在酸性条件下用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4,则阳极反应为

,阴极反应为

。

(4)将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合溶液作为电解质溶液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出LiFePO4沉淀,则阳极电极反应为

。

突破3电化学中的串联电路1.有外接电源电池类型的判断方法

其中甲为电镀池,乙、丙均为一般的电解池。

2.无外接电源电池类型的判断方法

原电池反应可自发进行;电解池反应不能自发进行。如图所示,B为原电池,A为电解池。典例6某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他电极均为Cu,下列说法正确的是(

)A.电流方向:电极Ⅳ→Ⓐ→电极ⅠB.电极Ⅰ发生还原反应C.电极Ⅱ逐渐溶解D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e-==Cu答案A解析带盐桥的①②装置构成原电池,Ⅰ为负极,Ⅱ为正极,装置③为电解池。电子移动方向:电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ,电流方向与电子移动方向相反,A项正确;原电池负极在工作中发生氧化反应,B项错误;原电池正极上发生还原反应,Cu2+在电极Ⅱ上得电子生成Cu,该电极质量逐渐增大,C项错误;电解池中阳极为活性电极时,电极本身被氧化,生成的离子进入溶液中,因为电极Ⅱ为正极,因此电极Ⅲ为电解池的阳极,其电极反应为Cu-2e-==Cu2+,D项错误。规律方法

串联类电池的解题流程

变式训练6-1用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO4的溶液,a、b、c、d电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l),通电时a电极质量增加,下列说法正确的是(

)A.电路中通过1mol电子时,Y电极质量增加48gB.放电时铅蓄电池负极的电极反应为PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)+2e-==PbSO4(s)+2H2O(l)、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2极为负极答案A解析a极质量增加,即析出了Ag,则a为阴极,Y为负极,X为正极,D项错;放电时负极失电子,B项错误;c为阴极放出H2,d为阳极放出O2,物质的量之比为2∶1,C项错误。变式训练6-2如图X是直流电源。Y槽中c、d为石墨棒,Z槽中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后,发现d附近显红色。(1)①电源上b为

(填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极。

②Z槽中e极为

极。

③连接Y、Z槽线路中,电子流动的方向是d

e(填“→”或“←”)。

(2)①写出c极上反应的电极反应:

。

②写出Y槽中总反应的化学方程式:

。③写出Z槽中e极上的电极反应:

。

答案(1)①负②阳③←(2)①2Cl--2e-==Cl2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑③Cu-2e-==Cu2+解析d极附近显红色,说明d极为阴极,电极反应为2H2O+2e-==H2↑+2OH-,c极为阳极,电极反应为2Cl--2e-==Cl2↑,Y槽电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑;直流电源中a极为正极,b极为负极,Z槽中f极为阴极,e极为阳极,e极上电极反应为Cu-2e-==Cu2+,电子流动方向由e→d。突破4电化学中的“膜”化学近几年全国卷的高考中,涉及离子交换膜的试题较多,且常考常新。1.离子交换膜的类型和作用2.多室电解池多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室、多室等,以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。如两室电解池——工业上利用如图两室电解装置制备烧碱。典例7KIO3可采用“电解法”制备,装置如图所示。

(1)写出电解时阴极的电极反应:

。

(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为

,其迁移方向是

。

答案(1)2H2O+2e-==2OH-+H2↑

(2)K+由a到b解析