新教材2023-2024学年高中化学第1章化学反应与能量转化章末整合课件鲁科版选择性必修1

第1章化学反应与能量转化章末整合☞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

(2020天津化学,10)理论研究表明,在101kPa和298K下,HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是(

)A.HCN比HNC稳定B.该异构化反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1C.正反应的活化能大于逆反应的活化能D.使用催化剂,可以改变反应的反应热D解析

根据图示,HCN的相对能量低于HNC的相对能量,故HCN较稳定,A项正确;HCN(g)HNC(g)为吸热反应,ΔH=+59.3

kJ·mol-1,B项正确;根据图示可知,正反应的活化能明显大于逆反应的活化能,C项正确;使用催化剂,可以改变反应的活化能,但不能改变反应热,D项错误。规律方法

利用键能计算ΔH的方法(1)计算公式:①ΔH=反应物的总键能-反应产物的总键能。②ΔH=断开化学键吸收的能量-形成化学键放出的能量。(2)计算关键:利用键能计算ΔH的关键,就是要明确物质中化学键的数目,对中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目要熟悉。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】(2022年6月浙江选考)标准状态下,下列物质气态时的相对能量如表:可根据HO(g)+HO(g)═H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214kJ·mol-1。下列说法不正确的是(

)A.H2的键能为436kJ·mol-1B.O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍C.解离氧氧单键所需能量:HOO<H2O2D.H2O(g)+O(g)═H2O2(g)

ΔH=-143kJ·mol-1C解析

H(g)的相对能量为218

kJ·mol-1,H2(g)的相对能量为0,故两个气态氢原子成键释放出的能量为218

kJ·mol-1×2-0=436

kJ·mol-1,即H2的键能为436

kJ·mol-1,A项正确;O2的键能为249

kJ·mol-1×2=498

kJ·mol-1,大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍,B项正确;可根据O(g)+HO(g)═HOO(g)计算出HOO中氧氧单键的键能为278

kJ·mol-1,大于H2O2(g)中氧氧单键的键能,C项错误;焓变等于生成物的总能量减去反应物的总能量,即H2O(g)+O(g)═H2O2(g)

ΔH=-136

kJ·mol-1-(-242

kJ·mol-1+249

kJ·mol-1)=-143

kJ·mol-1,D项正确。【变式训练1-2】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:则该反应的ΔH=

。

+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+89.3解析根据盖斯定律,将反应①和②叠加可得反应③,故ΔH3=ΔH1+ΔH2=100.3

kJ·mol-1+(-11.0

kJ·mol-1)=+89.3

kJ·mol-1。(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。

-116解析

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)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

。

Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)

ΔH=-225kJ·mol-1解析

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。

+53.1解析

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=-4.4

kJ·mol-1÷2-(-55.3

kJ·mol-1)=+53.1

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。

+247解析

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)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。

+114解析

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)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:_____________________________________。

3SO2(g)+2H2O(g)═2H2SO4(l)+S(s)ΔH=-254kJ·mol-1解析

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: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。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【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)CO2A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0.25

mol,生成CO2为0.5

mol,其体积为11.2

L(标准状况),故D错误。高考考法二可逆电池典例4

(2020天津化学,11)熔融钠-硫电池性能优良,是具有应用前景的储能电池。图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx(x=5~3,难溶于熔融硫)。下列说法错误的是(

)B.放电时正极反应为xS+2Na++2e-==Na2SxC.Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D.该电池是以Na-β-Al2O3为隔膜的二次电池C解析

根据化学键形成条件,Na+与

之间形成离子键,S原子之间形成共价键,所以Na2S4的电子式为Na+]2-Na+,A项正确;该电池放电时,正极发生还原反应,其电极反应为xS+2Na++2e-==Na2Sx,B项正确;该电池的正极反应物是S,C项错误;该电池能充电,所以为二次电池,D项正确。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。C高考考法三电解池典例5

(2021广东化学,16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(

)A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo,Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+D解析

本题考查电解原理。电解装置工作时,Ⅰ室反应为2H2O-4e-==4H++O2↑,Ⅲ室反应:Co2++2e-==Co,形成闭合回路,H+移向Ⅱ室,Cl-移向Ⅱ室。Ⅰ室中H2SO4的物质的量不变,H2O的物质的量减小,H2SO4浓度增大,溶液pH减小,A项错误;生成1

mol

Co转移2

mol

e-,Ⅰ室减少1

mol

H2O,质量为18

g,B项错误;移除两交换膜,石墨电极放电的是Cl-,C项错误;根据电子守恒,该电解过程的总反应为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,D项正确。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______________________________________。

2Al+3H2O-6e-═Al2O3+6H+2H++2e-═H2↑☞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

(2021湖南化学,10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池,广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示:下列说法错误的是(

)A.放电时,N极为正极B.放电时,左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C.充电时,M极的电极反应为Zn2++2e-═ZnD.隔膜允许阳离子通过,也允许阴离子通过B解析

该电池放电反应总方程式:Zn+Br2═ZnBr2,放电时,Br2在正极反应,ZnBr2被循环回路“回收”至左侧贮液器中,A项正确、B项错误;充电时,锌极为阴极发生还原反应:Zn2++2e-═Zn,C项正确;放电时,Br2得电子产生Br-,通过隔膜迁移向负极区,形成ZnBr2回流至左侧贮液器,Zn失电子产生Zn2+,通过隔膜迁移至正极区,形成ZnBr2回流至右侧贮液器,充电时,Zn2+得电子生成Zn在M极放电,部分Zn2+在隔膜上生成沉积锌,而Br-在贮液器处转化为Br2复合物贮存,该过程中Zn2+、Br-都可以通过隔膜,D项正确。【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)C.c、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2D.X极为负极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:

。

负

阳

2Cl--2e-═Cl2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑Cu-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7

(2020全国Ⅰ,12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是(

)A.放电时,负极反应为Zn-2e-+4OH-==[Zn(OH)4]2-B.放电时,1molCO2转化为HCOOH,转移的电子数为2molC.充电时,电池总反应为2[Zn(OH)4]2-==2Zn+O2↑+4OH-+2H2OD.充电时,正极溶液中OH-浓度升高D解析

依据题给文字及图示信息,可确定该装置为二次电池。当放电时(即原电池),负极为Zn,电极反应为