1、-1-章末整合化学反应与能量转化 突破1突破2突破3突破4焓变焓变(H)的计算的计算利用键能计算H或根据盖斯定律计算、比较H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H的关键是合理设计反应途径。突破1突破2突破3突破4高考考法一利用键能计算H典例典例1(2019海南化学)根据下图中的能量关系,可求得CH键的键能为()A.414 kJmol-1B.377 kJmol-1C.235 kJ mol-1D.197 kJmol-1答案:A解析:根据H=反应物总键能-生成物总键能可得,-75 kJmol-1=7
2、17 kJmol-1+864 kJmol-1-4ECH,则ECH=414 kJmol-1。突破1突破2突破3突破4规律方法规律方法 利用键能计算H的方法(1)计算公式:H=反应物的总键能-生成物的总键能。H=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H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。突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练1-1通常人们把断裂1 mol某化学键所吸收的能量或形成1 mol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H。已知部分化学键的键能数据如下表所示:突破1
3、突破2突破3突破4答案:C解析:H=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,H0,C项错误。突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练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:则该反应的H=。 答案:+120 kJmol-1解析:H=4E(CH)+2E(C=O)-2E(C O)+2E(HH)=(4413+2745) kJmol-1-(21 075+2436) kJmol-1=+120 kJmol-1。突破1突破2突破3
4、突破4高考考法二利用盖斯定律计算H并书写热化学方程式 突破1突破2突破3突破4(3)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。 突破1突破2突破3突破4规律方法规律方法 盖斯定律应用三步流程 突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练2请回答下列问题: 突破1突破2突破3突破4(3)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g) = SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)H1=+48 kJmol-13SiH2Cl2(g) = SiH4(g)+2SiHCl3(g)H2=-30 kJmol-1则反应4SiHCl3(g)
5、 = SiH4(g)+3SiCl4(g)的H为 kJmol-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:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) H1=+551 kJmol-1反应:S(s)+O2(g)SO2(g)H3=-297 kJmol-1反应的热化学方程式: 。 突破1突破2突破3突破4答案:(1)+53.1(2)+247(3)+114(4)3SO2(g)+2H2O(g) = 2H2SO4(l)+S(s) H=-254 kJmol-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(
6、g) = 2NO2(g)+ O2(g),则该反应的H=-4.4 kJmol-12-(-55.3 kJmol-1)=+53.1 kJmol-1。(2)将已知热化学方程式依次编号为,根据盖斯定律,2-,得到CH4CO2催化重整反应的H=+247 kJmol-1。(3)2SiHCl3(g) = SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)H1=+48 kJmol-13SiH2Cl2(g) = SiH4(g)+2SiHCl3(g)H2=-30 kJmol-1根据盖斯定律:3+即可得4SiHCl3(g) = SiH4(g)+3SiCl4(g)H=+114 kJmol-1。突破1突破2突破3突破4(4)由题给示
7、意图可知,反应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+反应)可得反应,则反应的H=-(H3+H1)=-(-297 kJmol-1)-(+551 kJmol-1)=-254 kJmol-1,则反应的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g) = 2H2SO4(l)+S(s)H=-254 kJmol-1。突破1突破2突破3突破4电化学中电极反应式的书写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)。突破1突破2突破3突破
8、4高考考法一燃料电池典例典例3(2019全国,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突破1突破2突破3突破4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
9、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。突破1突破2突破3突破4规律方法规律方法 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+2H2OCO2+2NaOH = Na2CO3+H2O由式+式可得燃料电池总反应为CH4+2O2+2NaOH = Na2CO3+3H2O。突破1突破2突破3突破4第二步:写出电池的正极反应根据燃料
10、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。突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练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1 mol电子,则生成22.4 L(标准状
11、况)CO2突破1突破2突破3突破4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。突破1突破2突破3突破4高考考法二可逆电池典例典例4(2019全国,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Z
12、nO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突破1突破2突破3突破4答案:D 突破1突破2突破3突破4规律方法规律方法 1.正确分析二次电池 突破1突破
13、2突破3突破42.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。突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练4(2019山东潍坊质检)一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为 (Cn表示石墨)。下列说法正确的是()D.电路中每转移3 mol电子,最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原突破1突破2突破3突破4答案:C 突破1突破2突破3突破4高考考法三电解池典例典例5制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2
14、碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应为。电解后,室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。 突破1突破2突破3突破4答案:2H2O-4e- = 4H+O2a解析:阳极发生氧化反应:2H2O-4e- = 4H+O2,阳极室H+向a室迁移,a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应,析出H2,OH-增多,Na+由a室向b室迁移,则b室中Na2SO3浓度增加。突破1突破2突破3突破4规律方法规律方法 电解时电极反应的书写步骤 突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练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
15、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1突破2突破3突破4突破1突破2突破3突破4电化学中的串联电路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。突破1突破
16、2突破3突破42.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。突破1突破2突破3突破4典例典例6某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为Al,其他电极均为Cu,下列说法正确的是()A.电流方向:电极电极B.电极发生还原反应C.电极逐渐溶解D.电极的电极反应:Cu2+2e- = Cu突破1突破2突破3突破4答案:A解析:带盐桥的装置构成原电池,为负极,为正极,装置为电解池。电子移动方向:电极电极,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+在电极上得电子生成Cu,
17、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,因为电极为正极,因此电极为电解池的阳极,其电极反应为Cu-2e- = Cu2+,D项错误。突破1突破2突破3突破4规律方法规律方法 串联类电池的解题流程 突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练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1 mol电子时,Y电极质量增加48 gB.放电时铅蓄电池负极的
18、电极反应为C.c、d电极产生气体的物质的量之比为1 2D.X极为负极突破1突破2突破3突破4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。突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练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)电源上b为(填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极。 Z槽中e极为极。 连接Y、Z槽线路中,电子流动的方向是d e(填“”或“”)。(2)写出c极上反应的电极反应:。 写出Y槽中
19、总反应的化学方程式:。 写出Z槽中e极上的电极反应:。 突破1突破2突破3突破4突破1突破2突破3突破4电化学中的电化学中的“膜膜”化学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突破1突破2突破3突破42.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。突破1突破2突破3突破4典例典例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)
20、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。 突破1突破2突破3突破4答案:(1)2H2O+2e- = 2OH-+H2(2)K+由a到b解析:(1)电解法制备KIO3时,H2O在阴极得到电子,发生还原反应:2H2O+2e- = 2OH-+H2。(2)电解池中阳离子向阴极移动,即由电极a向电极b迁移,阳离子交换膜只允许阳离子通过,故主要是K+通过阳离子交换膜。突破1突破2突破3突破4规律方法规律方法 含离子交换膜电化学装置题的解题步骤 突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练7-1用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 ,模拟装置如图所示。下列说法正确的是()A.阳极室溶液由无色
21、变成棕黄色B.阴极的电极反应为4OH-4e- = 2H2O+O2C.电解一段时间后,阴极室溶液的酸性减弱D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4突破1突破2突破3突破4答案:C解析:Fe电极与电源正极相连,则Fe是阳极,电极反应为Fe-2e- = Fe2+,反应中生成Fe2+,溶液由无色变为浅绿色,A错误;阴极上H+得电子发生还原反应,电极反应为2H+2e- = H2,B错误;电解过程中阴极上消耗H+,则阴极室溶液的酸性减弱,C正确;电解时,(NH4)2SO4溶液中的 向阴极室迁移,故阴极室溶液中的溶质可能为(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等,D
22、错误。突破1突破2突破3突破4变式训练变式训练7-2用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A.电极N为阳极,电极M上H+发生还原反应B.电极M的电极反应为4OH-4e- = 2H2O+O2C.d处流进粗KOH溶液,e处流出纯KOH溶液D.b处每产生11.2 L气体,必有1 mol K+穿过阳离子交换膜突破1突破2突破3突破4答案:B解析:根据图示可知,K+移向电极N,所以电极N是阴极,M极是阳极,OH-发生氧化反应生成氧气,电极反应为4OH-4e- = 2H2O+O2,故A错误,B正确;c处流进粗KOH溶液,f处流出纯KOH溶液,故C错误;电极N是阴极,H+发生还原反应生成氢气,未说明标准状况,则11.2 L氢气的物质的量不一定是0.5 mol,故D错误。
