2024年高三化學(xué)專題復(fù)習(xí) 化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化與應(yīng)用 （含解析）導(dǎo)學(xué)案及課后習(xí)題

化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化及應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案【項(xiàng)目復(fù)習(xí)目標(biāo)】（1）能辨識化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化形式，能解釋化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)。（2）能進(jìn)行反應(yīng)焓變的簡單計(jì)算，能用熱化學(xué)方程式表示反應(yīng)中的能量變化。（3）能運(yùn)用反應(yīng)焓變合理選擇和利用化學(xué)反應(yīng)?！卷?xiàng)目任務(wù)及復(fù)習(xí)過程】[項(xiàng)目任務(wù)]以“神舟十四號航天員太空之旅”為情境，體會化學(xué)反應(yīng)能量的轉(zhuǎn)化形式及具體應(yīng)用。[課前導(dǎo)學(xué)]（2022年，神舟十三號、十四號、十五號接力騰飛，中國空間站全面建成，我們的“太空之家”遨游蒼穹。載人航天工程自1992年立項(xiàng)以來，30年間先后發(fā)射15艘神舟飛船，成功將16名航天員、26人次順利送入太空。中國人在太空中大聲宣告：中國空間站永遠(yuǎn)值得期待?。情境引入]2022年，中國航天事業(yè)取得了很大成就，中國天宮空間站基本構(gòu)型建立。神舟十四號宇航員在軌生活長達(dá)6個月，引起了人們的廣泛關(guān)注。[任務(wù)一]化學(xué)反應(yīng)能量的轉(zhuǎn)化形式與本質(zhì)[復(fù)習(xí)回顧]問題1．化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化形式有哪些？問題2．化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)是什么？[活動Ⅰ]了解火箭升空的秘密觀看兩段視頻，分小組討論并完成下列表格。討論內(nèi)容“萬戶飛天”火箭升空起飛原理能量轉(zhuǎn)化形式推進(jìn)劑推進(jìn)劑狀態(tài)例題1．液氫液氧組合是最高效的液體火箭推進(jìn)劑，具有比沖大、無污染等優(yōu)點(diǎn)。有關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)值如下化學(xué)鍵H－HO＝OH－O鍵能/kJ·mol－1436496463寫出H2(g)和O2(g)燃燒生成H2O(g)的熱化學(xué)方程式。思考：請借助相關(guān)數(shù)據(jù)說明上述反應(yīng)是放熱反應(yīng)的本質(zhì)原因。[任務(wù)二]熱化學(xué)方程式的書寫及焓變的計(jì)算[復(fù)習(xí)回顧]問題1．書寫熱化學(xué)方程式的注意事項(xiàng)有哪些？問題2．可以利用哪些物理量計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變？例題2．偏二甲肼(C2H8N2)和四氧化二氮(N2O4)是常用的液體火箭推進(jìn)劑組合，其優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)火延遲短，穩(wěn)定性好，比沖高，成本低等。（1）已知C2H8N2(l)的熱值為4.25×107J·kg－1，寫出表示偏二甲肼摩爾燃燒焓的熱化學(xué)方程式。（已知：熱值是一定質(zhì)量的可燃物充分燃燒生成穩(wěn)定產(chǎn)物時放出的熱量。）（2）已知N2O4(l)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓△H=＋50.0kJ·mol-1，寫出C2H8N2(l)和N2O4(l)充分反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。（指定溫度(通常是298K)和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，由最穩(wěn)定的單質(zhì)合成1mol某物質(zhì)B的反應(yīng)焓變，叫做該溫度下物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。）圖1E2=2288.8kJ·mol-1例題4．肼(N2圖1E2=2288.8kJ·mol-1①3N2H4(g)＝N2(g)+4NH3(g)ΔH1=－32.9kJ·mol-1②N2H4(g)+H2(g)＝2NH3(g)ΔH2=akJ·mol-1反應(yīng)②的能量變化過程如圖1所示。（1）根據(jù)題意，計(jì)算反應(yīng)②的焓變ΔH2＝___________kJ·mol-1（2）200℃時，寫出肼分解生成氮?dú)夂蜌錃獾臒峄瘜W(xué)方程式。[小結(jié)]核心考點(diǎn)1熱化學(xué)方程式[任務(wù)三]合理選擇和利用化學(xué)反應(yīng)的能量問題1．已知200℃時，肼可能發(fā)生以下反應(yīng)：①3N2H4(g)＝N2(g)+4NH3(g)ΔH1=－32.9kJ·mol-1②N2H4(g)=N2(g)+2H2(g)ΔH2=＋50.7kJ·mol-1請根據(jù)能量變化，選擇更合適的姿態(tài)發(fā)動機(jī)推進(jìn)劑原理并說明理由。問題2．電解制氧過程中涉及哪些形式能量的轉(zhuǎn)化？[活動Ⅱ]觀看視頻，了解中國空間站的環(huán)控生保系統(tǒng)。例題4．[2022年海南卷改編]中國空間站的環(huán)控生保系統(tǒng)功能之一是將人體代謝廢物CO2中的氧元素轉(zhuǎn)化為O2，實(shí)現(xiàn)氧循環(huán)。（1）已知下列反應(yīng)：①CO2(g)＋2H2O(g)＝CH4(g)＋2O2(g)ΔH1=＋802.3kJ·mol-1②2H2O(g)＝2H2(g)＋O2(g)ΔH2=＋483.6kJ·mol-1③CO2(g)＋4H2(g)＝CH4(g)＋2H2O(g)ΔH3反應(yīng)③的焓變ΔH3=______________kJ·mol-1。（2）可以實(shí)現(xiàn)CO2轉(zhuǎn)化為O2的過程有：①CO2(g)＝C(g)＋O2(g)ΔH1=＋393.5kJ·mol-1②2CO2(g)＋2Na2O2(s)＝2Na2CO3(s)＋O2(g)ΔH2=－452.8kJ·mol-1③CO2(g)＋2H2O(g)＝CH4(g)＋2O2(g)ΔH3=＋802.3kJ·mol-1④CO2(g)＋4H2(g)＝CH4(g)＋2H2O(g)ΔH4=－164.9kJ·mol-12H2O(g)＝2H2(g)＋O2(g)ΔH5=＋483.6kJ·mol-1請從能量和物質(zhì)的角度分析，上述四個過程更適合在空間站中應(yīng)用的________，理由是____________________________________________________________________。（3）中國空間站氧氣和水的循環(huán)再生示意圖如下，下列有關(guān)說法錯誤的是（）A．為保證轉(zhuǎn)化率、控制反應(yīng)器內(nèi)溫度，一般會將反應(yīng)氣體提前加熱至反應(yīng)溫度再通入反應(yīng)器該系統(tǒng)的缺陷是有50%的氫元素存在于甲烷中而沒有得到利用該系統(tǒng)充分利用了人體代謝廢物二氧化碳和電解制氧的副產(chǎn)物氫氣，減少了能量的損失通過該系統(tǒng)使空間站的水資源物質(zhì)閉合度達(dá)到100%，完全不需要從地面補(bǔ)充[小結(jié)]核心考點(diǎn)2焓變的計(jì)算[拓展活動]自制火箭體驗(yàn)推進(jìn)劑的反應(yīng)原理1．用錫紙、火柴、竹簽、打火機(jī)自制固體火箭推進(jìn)器2．用注射針管、壓電陶瓷、熱熔槍、酒精等自制液體火箭推進(jìn)器[課后拓展活動]1.搜集資料、查閱文獻(xiàn)，進(jìn)一步了解中國航天發(fā)展史，體會化學(xué)反應(yīng)能量變化在中國航天事業(yè)上的應(yīng)用。2.通過調(diào)查問卷、咨詢相關(guān)人士、網(wǎng)絡(luò)搜集等方式，了解化學(xué)反應(yīng)能量變化在生產(chǎn)、生活中的其他應(yīng)用。3.完成課后習(xí)題?；瘜W(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化及應(yīng)用課后習(xí)題1.[2022江蘇卷6]周期表中ⅣA族元素及其化合物應(yīng)用廣泛，甲烷具有較大的燃燒熱，是常見燃料；Si、Ge是重要的半導(dǎo)體材料，硅晶體表面能與氫氟酸(HF，弱酸)反應(yīng)生成(在水中完全電離為和)；1885年德國化學(xué)家將硫化鍺與共熱制得了門捷列夫預(yù)言的類硅—鍺；下列化學(xué)反應(yīng)表示正確的是A.與HF溶液反應(yīng)：B.高溫下還原：C.鉛蓄電池放電時的正極反應(yīng)：D.甲烷的燃燒：[22年山東卷20節(jié)選]利用丁內(nèi)酯(BL)制備1，丁二醇(BD)，反應(yīng)過程中伴有生成四氫呋喃(THF)和丁醇(BuOH)的副反應(yīng)，涉及反應(yīng)如下：已知：①反應(yīng)Ⅰ為快速平衡，可認(rèn)為不受慢反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ的影響；②因反應(yīng)Ⅰ在高壓氛圍下進(jìn)行，故壓強(qiáng)近似等于總壓?；卮鹣铝袉栴}：（1）以或BD為初始原料，在、的高壓氛圍下，分別在恒壓容器中進(jìn)行反應(yīng)。達(dá)平衡時，以BL為原料，體系向環(huán)境放熱；以BD為原料，體系從環(huán)境吸熱。忽略副反應(yīng)熱效應(yīng)，反應(yīng)Ⅰ焓變_______。[22年湖南卷16節(jié)選]2021年我國制氫量位居世界第一，煤的氣化是一種重要的制氫途徑。回答問題：（1）在一定溫度下，向體積固定的密閉容器中加入足量的和，起始壓強(qiáng)為時，發(fā)生下列反應(yīng)生成水煤氣：Ⅰ.Ⅱ.①反應(yīng)平衡時，的轉(zhuǎn)化率為，CO的物質(zhì)的量為。此時，整個體系_______(填“吸收”或“放出”)熱量_______kJ，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)_______(以分壓表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。[22年湖北19節(jié)選]自發(fā)熱材料在生活中的應(yīng)用日益廣泛。某實(shí)驗(yàn)小組為探究“”體系的發(fā)熱原理，在隔熱裝置中進(jìn)行了下表中的五組實(shí)驗(yàn)，測得相應(yīng)實(shí)驗(yàn)體系的溫度升高值()隨時間(t)的變化曲線，如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：（1）已知：①②③則的___________。[22廣東卷19節(jié)選]鉻及其化合物在催化、金屬防腐等方面具有重要應(yīng)用。（1）催化劑可由加熱分解制備，反應(yīng)同時生成無污染氣體。①完成化學(xué)方程式：______________。②催化丙烷脫氫過程中，部分反應(yīng)歷程如圖，過程的焓變?yōu)開______(列式表示)。[22河北卷16題節(jié)選]16.氫能是極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗詺淙剂蠟榇淼娜剂想姵赜辛己玫膽?yīng)用前景。（1）時，燃燒生成)放熱，蒸發(fā)吸熱，表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式為_______。7.[22全國乙卷10節(jié)選]油氣開采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含有的硫化氫，需要回收處理并加以利用。回答下列問題：（1）已知下列反應(yīng)熱化學(xué)方程式：①②③計(jì)算熱分解反應(yīng)④的________。（2）較普遍采用的處理方法是克勞斯工藝。即利用反應(yīng)①和②生成單質(zhì)硫。另一種方法是：利用反應(yīng)④高溫?zé)岱纸?。相比克勞斯工藝，高溫?zé)岱纸夥椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)是________，缺點(diǎn)是________。8.[22全國甲卷10節(jié)選]金屬鈦(Ti)在航空航天、醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域有著重要用途，目前生產(chǎn)鈦的方法之一是將金紅石轉(zhuǎn)化為，再進(jìn)一步還原得到鈦?；卮鹣铝袉栴}：（1）轉(zhuǎn)化為有直接氯化法和碳氯化法。在時反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其平衡常數(shù)如下：(ⅰ)直接氯化：(ⅱ)碳氯化：①反應(yīng)的為_______，_______Pa。②碳氯化的反應(yīng)趨勢遠(yuǎn)大于直接氯化，其原因是_______。③對于碳氯化反應(yīng)：增大壓強(qiáng)，平衡_______移動(填“向左”“向右”或“不”)；溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率_______(填“變大”“變小”或“不變”)導(dǎo)學(xué)案答案[任務(wù)一]化學(xué)反應(yīng)能量的轉(zhuǎn)化形式與本質(zhì)[復(fù)習(xí)回顧]問題1.化學(xué)能、熱能、機(jī)械能、電能、光能等問題2.舊鍵斷吸收的能量和新鍵成釋放的能量存在差異例題1．2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)△H=－484kJ·mol-1思考：舊鍵斷吸收的總能量E1=436×2＋496=1368kJ·mol-1，新鍵成釋放的總能量E2=463×4=1852kJ·mol-1因E1＜E2，故該反應(yīng)是放熱反應(yīng)。[任務(wù)二]熱化學(xué)方程式的書寫及焓變的計(jì)算[復(fù)習(xí)回顧]問題1．物質(zhì)的聚集狀態(tài)、△H的正負(fù)、△H的單位、△H的數(shù)值與計(jì)量數(shù)對應(yīng)等問題2．焓、反應(yīng)熱、鍵能、相對能量等例題2．（1）C2H8N2(l)＋4O2(g)＝2CO2(g)＋N2(g)＋4H2O(l)△H=－2550.0kJ·mol-1（2）C2H8N2(l)＋2N2O4(l)＝2CO2(g)＋3N2(g)＋4H2O(l)△H=－2650.0kJ·mol-1例題3．（1）－41.8（2）N2H4(g)=N2(g)+2H2(g)ΔH3=＋50.7kJ·mol-1[任務(wù)三]合理選擇和利用化學(xué)反應(yīng)的能量。問題1．選擇反應(yīng)①。因ΔH1＜0，反應(yīng)放熱，產(chǎn)生的氣體能量更高，推力更大。問題2．光能（太陽能）、電能、化學(xué)能例題4．（1）－164.9（2）過程④利用了電解制氧子系統(tǒng)的副產(chǎn)物H2，且反應(yīng)a為放熱反應(yīng)，減少了能量的損耗；而過程①是吸熱反應(yīng)且容易形成積碳，過程②中的Na2O2需要地面輸送，過程③反應(yīng)能耗太高，成本太大。（3）D課后習(xí)題答案1.【答案】A【詳解】A．由題意可知，二氧化硅與氫氟酸溶液反應(yīng)生成強(qiáng)酸和水，反應(yīng)的離子方程式為，故A正確；B．硫化鍺與氫氣共熱反應(yīng)時，氫氣與硫化鍺反應(yīng)生成鍺和硫化氫，硫化氫高溫下分解生成硫和氫氣，則反應(yīng)的總方程式為，故B錯誤；C．鉛蓄電池放電時，二氧化鉛為正極，酸性條件下在硫酸根離子作用下二氧化鉛得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成硫酸鉛和水，電極反應(yīng)式為正極反應(yīng)，故C錯誤；D．由題意可知，1mol甲烷完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出熱量為890.3kJ，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為，故D錯誤；故選A。2.【答案】（1）-200(X+Y)【詳解】依題意，結(jié)合已知信息，可推定在同溫同壓下，以同物質(zhì)的量的BL或BD為初始原料，達(dá)到平衡時的狀態(tài)相同，兩個平衡完全等效。則以5.0×10-3mol的BL為原料，達(dá)到平衡時放出XkJ熱量與同物質(zhì)的量的BD為原料達(dá)到平衡時吸收YkJ熱量的能量二者能量差值為(X+Y)kJ，則1mol時二者能量和為200(X+Y)kJ，反應(yīng)I為放熱反應(yīng)，因此焓變=-200(X+Y)kJ·mol-1。反應(yīng)平衡時，H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為50%，則水的變化量為0.5mol，水的平衡量也是0.5mol，由于CO的物質(zhì)的量為0.1mol，則根據(jù)O原子守恒可知CO2的物質(zhì)的量為0.2mol，生成0.2molCO2時消耗了0.2molCO，故在反應(yīng)Ⅰ實(shí)際生成了0.3molCO。根據(jù)相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可知，生成0.3molCO要吸收熱量39.42kJ，生成0.2molCO2要放出熱量8.22kJ此時，因此整個體系吸收熱量39.42kJ-8.22kJ=31.2kJ；由H原子守恒可知，平衡時H2的物質(zhì)的量為0.5mol，CO的物質(zhì)的量為0.1mol，CO2的物質(zhì)的量為0.2mol，水的物質(zhì)的量為0.5mol，則平衡時氣體的總物質(zhì)的量為0.5mol+0.1mol+0.2mol+0.5mol=1.3mol，在同溫同體積條件下，氣體的總壓之比等于氣體的總物質(zhì)的量之比，則平衡體系的總壓為0.2MPa1.3=0.26MPa，反應(yīng)I（C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)）的平衡常數(shù)Kp=?！窘馕觥扛鶕?jù)蓋斯定律可得，①+②+2③可得反應(yīng)CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l)=Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g)，則ΔH4=ΔH1+ΔH2+2ΔH3=(-65.17kJ?mol-1)+(-16.73kJ?mol-1)+2(-415.0kJ?mol-1)=-911.9kJ?mol-1。5.【解析】①分解過程中，生成Cr2O3和無污染氣體，根據(jù)元素守恒可知，其余生成物為N2、H2O，根據(jù)原子守恒可知反應(yīng)方程式為，故答案為：N2↑；4H2O。②設(shè)反應(yīng)過程中第一步的產(chǎn)物為M，第二步的產(chǎn)物為N，則X→MΔH1=(E1-E2)，M→NΔH2=ΔH，N→YΔH3=(E3-E4)1，根據(jù)蓋斯定律可知，X(g)→Y(g)的焓變?yōu)棣1+ΔH2+ΔH3=(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)，故答案為：(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)。6.【解析】298K時，1gH2燃燒生成H2O(g)放熱121kJ，則1molH2燃燒生成H2O(g)放熱=242kJ，用熱化學(xué)方程式表示為：H2(g)+O2(g)=H2O(g)H1=-242kJ?mol-1①，又因?yàn)?molH2O(1)蒸發(fā)吸熱44kJ，則H2O(g)=H2O(l)H2=-44kJ?mol-1②，根據(jù)蓋斯定律可知，表示H2燃燒熱的反應(yīng)熱為H=H1+H2=-286kJ?mol-1，故答案為：H2(g)+O2(g)=H2O(1)H=-286kJ?mol-1；小問1詳解】已知：①2H2S(g)+3O2(g)＝2SO2(g)+2H2O(g)ΔH1＝－1036kJ/mol②4H2S(g)+2SO2(g)＝3S2(g)+4H2O(g)ΔH2＝94kJ/mol③2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)ΔH3＝－484kJ/mol根據(jù)蓋斯定律(①+②)×－③即得到2H2