高中化學(xué)魯科版選擇性必修1課件第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化章末整合

章末整合第1章2021內(nèi)容索引0102知識(shí)網(wǎng)絡(luò)重難突破知識(shí)網(wǎng)絡(luò)化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化

答案①氧化②還原③陰極④陽極⑤負(fù)極⑥正極⑦吸氧⑧析氫

重難突破突破1焓變(ΔH)的計(jì)算利用鍵能計(jì)算ΔH或根據(jù)蓋斯定律計(jì)算、比較ΔH是近幾年全國(guó)卷命題的必考點(diǎn),特別是將熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的應(yīng)用融合在一起的試題,很好地考查了考生對(duì)所學(xué)知識(shí)的靈活應(yīng)用和運(yùn)算能力。正確計(jì)算ΔH的關(guān)鍵是合理設(shè)計(jì)反應(yīng)途徑。高考考法一利用鍵能計(jì)算ΔH典例1(2019海南化學(xué))根據(jù)下圖中的能量關(guān)系,可求得C—H鍵的鍵能為(

)A.414kJ·mol-1

B.377kJ·mol-1C.235kJ·mol-1 D.197kJ·mol-1答案A解析根據(jù)ΔH=反應(yīng)物總鍵能-反應(yīng)產(chǎn)物總鍵能可得,-75

kJ·mol-1=717

kJ·mol-1+864

kJ·mol-1-4E(C—H),則E(C—H)=414

kJ·mol-1。物質(zhì)(化學(xué)鍵)CO2(C=O)CH4(C—H)P4(P—P)SiO2(Si—O)1

mol微粒所含化學(xué)鍵數(shù)目/NA2464物質(zhì)(化學(xué)鍵)石墨(C—C)金剛石(C—C)S8(S—S)Si(Si—Si)1

mol微粒所含化學(xué)鍵數(shù)目/NA1.5282變式訓(xùn)練1-1通常人們把斷裂1mol某化學(xué)鍵所吸收的能量或形成1mol某化學(xué)鍵所釋放的能量看作該化學(xué)鍵的鍵能,鍵能的大小可用于估算化學(xué)反應(yīng)的ΔH。已知部分化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表所示:化學(xué)鍵H—HCl—ClH—Cl鍵能/(kJ·mol-1)436243431則下列熱化學(xué)方程式不正確的是(

)ΔH=+91.5kJ·mol-1==H2(g)+Cl2(g)

ΔH=+183kJ·mol-1答案C解析ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-反應(yīng)產(chǎn)物的總鍵能,根據(jù)表中的鍵能數(shù)據(jù)計(jì)算可知,H2(g)和Cl2(g)反應(yīng)生成HCl(g)的反應(yīng)是放熱反應(yīng),ΔH<0,C項(xiàng)錯(cuò)誤。變式訓(xùn)練1-2CO2與CH4經(jīng)催化重整,制得合成氣:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:化學(xué)鍵C—HCOH—HCO(CO)鍵能/(kJ·mol-1)4137454361075則該反應(yīng)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。高考考法二利用蓋斯定律計(jì)算ΔH并書寫熱化學(xué)方程式(2)Deacon直接氧化法可按下列催化過程進(jìn)行:CuO(s)+2HCl(g)==CuCl2(s)+H2O(g)

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

kJ·mol-1。

(3)硅粉與HCl在300℃時(shí)反應(yīng)生成1molSiHCl3氣體和H2,放出225kJ熱量,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

。

答案

(2)-116(3)Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)ΔH=-225kJ·mol-1解析(1)根據(jù)蓋斯定律,將反應(yīng)①和②疊加可得反應(yīng)③,故ΔH3=ΔH1+ΔH2

kJ·mol-1

kJ·mol-1

kJ·mol-1。(2)由蓋斯定律可知,將題給催化過程的三個(gè)反應(yīng)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,則ΔH=2ΔH'=-116

kJ·mol-1。(3)首先書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式:Si+3HClSiHCl3+H2,然后寫出物質(zhì)的狀態(tài)和焓變可得熱化學(xué)方程式:Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)

ΔH=-225

kJ·mol-1。規(guī)律方法

蓋斯定律應(yīng)用三步流程

變式訓(xùn)練2請(qǐng)回答下列問題:(1)已知:2N2O5(g)==2N2O4(g)+O2(g)

ΔH1=-4.4kJ·mol-12NO2(g)==N2O4(g)

ΔH2=-55.3kJ·mol-1則反應(yīng)N2O5(g)==2NO2(g)+O2(g)的ΔH=

kJ·mol-1。

(2)CH4—CO2催化重整反應(yīng)為: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該催化重整反應(yīng)的ΔH=

kJ·mol-1。

(3)SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng):2SiHCl3(g)==SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)

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

ΔH2=-30kJ·mol-1則反應(yīng)4SiHCl3(g)==SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH為

kJ·mol-1。

(4)近年來,研究人員提出利用含硫物質(zhì)熱化學(xué)循環(huán)實(shí)現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)。過程如下:反應(yīng)Ⅰ:2H2SO4(l)==2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)ΔH1=+551kJ·mol-1反應(yīng)Ⅲ:S(s)+O2(g)==SO2(g)

ΔH3=-297kJ·mol-1反應(yīng)Ⅱ的熱化學(xué)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)由蓋斯定律可知,(第一個(gè)已知反應(yīng)÷2)-(第二個(gè)已知反應(yīng))可得反應(yīng):N2O5(g)==2NO2(g)+O2(g),則該反應(yīng)的ΔH

kJ·mol-1÷

kJ·mol-1

kJ·mol-1。(2)將已知熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①②③,根據(jù)蓋斯定律,③×2-①-②,得到CH4—CO2催化重整反應(yīng)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根據(jù)蓋斯定律:①×3+②即可得4SiHCl3(g)==SiH4(g)+3SiCl4(g)

ΔH=+114

kJ·mol-1。(4)由題給示意圖可知,反應(yīng)Ⅱ?yàn)槎趸虬l(fā)生歧化反應(yīng)生成硫酸和硫,反應(yīng)的化學(xué)方程式為3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s),由蓋斯定律可知,-(反應(yīng)Ⅲ+反應(yīng)Ⅰ)可得反應(yīng)Ⅱ,則反應(yīng)Ⅱ的ΔH=-(ΔH3+ΔH1)=-(-297

kJ·mol-1)-(+551

kJ·mol-1)=-254

kJ·mol-1,則反應(yīng)Ⅱ的熱化學(xué)方程式為3SO2(g)+2H2O(g)==2H2SO4(l)+S(s)

ΔH=-254

kJ·mol-1。突破2電化學(xué)中電極反應(yīng)式的書寫電極反應(yīng)式的書寫是高考的重點(diǎn)、熱點(diǎn)和難點(diǎn),主要涉及燃料電池、可逆電池及電解池(尤其是含離子交換膜)。高考考法一燃料電池典例3(2019全國(guó)Ⅰ,12)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成,電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子,示意圖如下所示。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫和,同時(shí)還可提供電能B.陰極區(qū),在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+==2H++2MV+C.正極區(qū),固氮酶為催化劑,N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)答案B解析題給反應(yīng)過程是在室溫條件下進(jìn)行的,因此比現(xiàn)有工業(yè)合成氨的條件溫和,同時(shí)還能提供電能,A項(xiàng)正確;陰極區(qū)發(fā)生的是得電子的反應(yīng),而左池中發(fā)生的是失電子的反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;右池為正極區(qū),氮?dú)獍l(fā)生還原反應(yīng)生成氨氣,C項(xiàng)正確;左池中產(chǎn)生的氫離子通過交換膜向右池移動(dòng),即由負(fù)極區(qū)移向正極區(qū),D項(xiàng)正確。規(guī)律方法

燃料電池電極反應(yīng)的書寫第一步:寫出燃料電池反應(yīng)的總反應(yīng)一般情況下,燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致,若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和之后的反應(yīng)。如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)中發(fā)生的反應(yīng)依次為:CH4+2O2==CO2+2H2O①CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O②由①式+②式可得燃料電池總反應(yīng)為CH4+2O2+2NaOH==Na2CO3+3H2O。第二步:寫出電池的正極反應(yīng)根據(jù)燃料電池的特點(diǎn),一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是O2,隨著電解質(zhì)溶液的不同,其電極反應(yīng)有所不同,大致有以下四種情況:環(huán)境正極電極反應(yīng)酸性電解質(zhì)溶液O2+4H++4e-==2H2O堿性電解質(zhì)溶液O2+2H2O+4e-==4OH-固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)O2+4e-==2O2-熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)O2+2CO2+4e-==2C第三步:根據(jù)電池總反應(yīng)和正極反應(yīng),寫出負(fù)極反應(yīng)電池反應(yīng)的總反應(yīng)-電池正極反應(yīng)=電池負(fù)極反應(yīng)。因?yàn)镺2不是負(fù)極反應(yīng)物,因此兩個(gè)反應(yīng)相減時(shí)要徹底消除O2。變式訓(xùn)練3為體現(xiàn)節(jié)能減排的理念,中國(guó)研制出了新型固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC),該電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A.電子從b極經(jīng)導(dǎo)線流向a極B.正極的電極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O==4OH-C.還可以選用NaOH固體作固態(tài)電解質(zhì)D.若反應(yīng)中轉(zhuǎn)移1mol電子,則生成22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)CO2答案A解析燃料電池通入氧氣的電極為正極,則a為正極,電子從b極經(jīng)導(dǎo)線流向a極,故A正確;介質(zhì)為固態(tài)熔融介質(zhì),不存在水溶液,則正極的電極反應(yīng)為O2+4e-==2O2-,故B錯(cuò)誤;CO2能與NaOH反應(yīng)生成Na2CO3,則不可選用NaOH固體作為固態(tài)電解質(zhì),故C錯(cuò)誤;若反應(yīng)中轉(zhuǎn)移1

mol電子,參加反應(yīng)的氧氣為

mol,生成CO2為

mol,其體積為

L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),故D錯(cuò)誤。高考考法二可逆電池典例4(2019全國(guó)Ⅲ,13)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池,結(jié)構(gòu)如下圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時(shí)陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-==NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-==ZnO(s)+H2O(l)D.放電過程中OH-通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)答案D解析本題考查了二次電池的工作原理及電極反應(yīng)式的書寫與判斷。三維多孔海綿狀Zn類似于活性炭,故表面積較大,可高效沉積ZnO,所沉積的ZnO分散度也高,A項(xiàng)正確;根據(jù)總反應(yīng)Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充電時(shí)Ni(OH)2(s)在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-==NiOOH(s)+H2O(l),B項(xiàng)正確;放電時(shí)Zn在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)Zn(s)+2OH--2e-==ZnO(s)+H2O(l),C項(xiàng)正確;在放電過程中,陰離子應(yīng)向負(fù)極移動(dòng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。規(guī)律方法

1.正確分析二次電池

2.利用“加減法”書寫新型二次電池放電的電極反應(yīng)若已知電池放電時(shí)的總反應(yīng),可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng),然后在電子守恒的基礎(chǔ)上,由總反應(yīng)減去較易寫出的一極的電極反應(yīng),即可得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)。答案C高考考法三電解池典例5(2020山東學(xué)業(yè)水平等級(jí)考化學(xué),13)采用惰性電極,以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽略溫度變化的影響,下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.陽極反應(yīng)為2H2O-4e-==4H++O2↑B.電解一段時(shí)間后,陽極室的pH未變C.電解過程中,H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D.電解一段時(shí)間后,a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2等量答案D解析題圖中電解池b極一端進(jìn)入O2生成H2O2,其電極反應(yīng)式為2H++O2+2e-==H2O2,發(fā)生還原反應(yīng),b極為陰極。同理陽極反應(yīng)式為2H2O-4e-==4H++O2↑,H+由陽極區(qū)移向陰極區(qū),A、C項(xiàng)正確。陽極區(qū)一段時(shí)間后,溶液pH不變;根據(jù)電子守恒可知生成的O2和消耗的O2物質(zhì)的量之比為1∶2,D項(xiàng)錯(cuò)誤。規(guī)律方法

電解時(shí)電極反應(yīng)的書寫步驟

變式訓(xùn)練5按要求書寫電極反應(yīng)。(1)以金屬鋁為陽極,在H2SO4溶液中電解,金屬鋁表面形成氧化膜,陽極反應(yīng)為

。

(2)用Al單質(zhì)作為陽極,石墨作為陰極,NaHCO3溶液作為電解液進(jìn)行電解,生成難溶物R,R受熱分解生成化合物Q,寫出陽極生成R的電極反應(yīng):

。

(3)在酸性條件下用惰性電極電解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4,則陽極反應(yīng)為

,陰極反應(yīng)為

。

(4)將一定濃度的磷酸二氫銨(NH4H2PO4)、氯化鋰混合溶液作為電解質(zhì)溶液,以鐵棒為陽極,石墨為陰極,電解析出LiFePO4沉淀,則陽極電極反應(yīng)為

。

突破3電化學(xué)中的串聯(lián)電路1.有外接電源電池類型的判斷方法

其中甲為電鍍池,乙、丙均為一般的電解池。

2.無外接電源電池類型的判斷方法

原電池反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行;電解池反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。如圖所示,B為原電池,A為電解池。典例6某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置,電極Ⅰ為Al,其他電極均為Cu,下列說法正確的是(

)A.電流方向:電極Ⅳ→?→電極ⅠB.電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng)C.電極Ⅱ逐漸溶解D.電極Ⅲ的電極反應(yīng):Cu2++2e-==Cu答案A解析帶鹽橋的①②裝置構(gòu)成原電池,Ⅰ為負(fù)極,Ⅱ?yàn)檎龢O,裝置③為電解池。電子移動(dòng)方向:電極Ⅰ→?→電極Ⅳ,電流方向與電子移動(dòng)方向相反,A項(xiàng)正確;原電池負(fù)極在工作中發(fā)生氧化反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;原電池正極上發(fā)生還原反應(yīng),Cu2+在電極Ⅱ上得電子生成Cu,該電極質(zhì)量逐漸增大,C項(xiàng)錯(cuò)誤;電解池中陽極為活性電極時(shí),電極本身被氧化,生成的離子進(jìn)入溶液中,因?yàn)殡姌OⅡ?yàn)檎龢O,因此電極Ⅲ為電解池的陽極,其電極反應(yīng)為Cu-2e-==Cu2+,D項(xiàng)錯(cuò)誤。規(guī)律方法

串聯(lián)類電池的解題流程

變式訓(xùn)練6-1用鉛蓄電池電解AgNO3、Na2SO4的溶液,a、b、c、d電極材料均為石墨。已知鉛蓄電池的總反應(yīng)為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l),通電時(shí)a電極質(zhì)量增加,下列說法正確的是(

)A.電路中通過1mol電子時(shí),Y電極質(zhì)量增加48gB.放電時(shí)鉛蓄電池負(fù)極的電極反應(yīng)為PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)+2e-==PbSO4(s)+2H2O(l)、d電極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為1∶2極為負(fù)極答案A解析a極質(zhì)量增加,即析出了Ag,則a為陰極,Y為負(fù)極,X為正極,D項(xiàng)錯(cuò);放電時(shí)負(fù)極失電子,B項(xiàng)錯(cuò)誤;c為陰極放出H2,d為陽極放出O2,物質(zhì)的量之比為2∶1,C項(xiàng)錯(cuò)誤。變式訓(xùn)練6-2如圖X是直流電源。Y槽中c、d為石墨棒,Z槽中e、f是質(zhì)量相同的銅棒。接通電路后,發(fā)現(xiàn)d附近顯紅色。(1)①電源上b為

(填“正”“負(fù)”“陰”或“陽”,下同)極。

②Z槽中e極為

極。

③連接Y、Z槽線路中,電子流動(dòng)的方向是d

e(填“→”或“←”)。

(2)①寫出c極上反應(yīng)的電極反應(yīng):

。

②寫出Y槽中總反應(yīng)的化學(xué)方程式:

。③寫出Z槽中e極上的電極反應(yīng):

。

答案(1)①負(fù)②陽③←(2)①2Cl--2e-==Cl2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑③Cu-2e-==Cu2+解析d極附近顯紅色,說明d極為陰極,電極反應(yīng)為2H2O+2e-==H2↑+2OH-,c極為陽極,電極反應(yīng)為2Cl--2e-==Cl2↑,Y槽電解NaCl溶液的總反應(yīng)方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑;直流電源中a極為正極,b極為負(fù)極,Z槽中f極為陰極,e極為陽極,e極上電極反應(yīng)為Cu-2e-==Cu2+,電子流動(dòng)方向由e→d。突破4電化學(xué)中的“膜”化學(xué)近幾年全國(guó)卷的高考中,涉及離子交換膜的試題較多,且?？汲Ｐ?。1.離子交換膜的類型和作用2.多室電解池多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性,即允許帶某種電荷的離子通過而限制帶相反電荷的離子通過,將電解池分為兩室、三室、多室等,以達(dá)到濃縮、凈化、提純及電化學(xué)合成的目的。如兩室電解池——工業(yè)上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿。典例7KIO3可采用“電解法”制備,裝置如圖所示。

(1)寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng):

。

(2)電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為

,其遷移方向是

。

答案(1)2H2O+2e-==2OH-+H2↑

(2)K+由a到b解析