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鲁科版高中化学选择性必修1第1章化学反应与能量转化章末整合课件
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这是一份鲁科版高中化学选择性必修1第1章化学反应与能量转化章末整合课件，共60页。
第1章内容索引知识网络重难突破知识网络答案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101 kPa和298 K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=+59.3 kJ·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答案 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。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ΔH。已知部分化学键的键能数据如下表所示:则下列热化学方程式不正确的是( ) ΔH=+91.5 kJ·mol-1D.2HCl==H2(g)+Cl2(g) ΔH=+183 kJ·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:则该反应的ΔH= 。 答案+120 kJ·mol-1解析ΔH=[4×E(C—H)+2×E(C O)]-[2×E(C O)+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=-121 kJ·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1 mol SiHCl3气体和H2,放出225 kJ热量,该反应的热化学方程式为 。 答案(1)+89.3 (2)-116(3)Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g)ΔH=-225 kJ·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=100.3 kJ·mol-1+(-11.0 kJ·mol-1)=+89.3 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+3HCl SiHCl3+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=-4.4 kJ·mol-12NO2(g) ==N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·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=-75 kJ·mol-1C(s)+O2(g) ==CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol-1C(s)+ O2(g) ==CO(g) ΔH=-111 kJ·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=+48 kJ·mol-13SiH2Cl2(g) ==SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·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=+551 kJ·mol-1反应Ⅲ:S(s)+O2(g) ==SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1反应Ⅱ的热化学方程式: 。 答案(1)+53.1 (2)+247 (3)+114(4)3SO2(g)+2H2O(g) ==2H2SO4(l)+S(s)ΔH=-254 kJ·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=-4.4 kJ·mol-1÷2-(-55.3 kJ·mol-1)=+53.1 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。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: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1 mol电子,则生成22.4 L(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+xS Na2Sx(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为隔膜的二次电池答案 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。答案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1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 gC.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++2H2O 2Co+O2↑+4H+答案 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++2H2O 2Co+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 。 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1 mol电子时,Y电极质量增加48 gB.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+2H2O 2NaOH+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+2H2O 2NaOH+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。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,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2 molC.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-浓度升高答案 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Zn+4OH--2e-==[Zn(OH)4]2-;正极发生还原反应,电极反应为CO2+2H++2e-==HCOOH,A、B两项正确。当充电时(即电解池),阳极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+;阴极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-==Zn+4OH-,总反应为2[Zn(OH)4]2-==2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,C项正确,D项错误。规律方法 含离子交换膜电化学装置题的解题步骤 A.阳极室溶液由无色变成棕黄色B.阴极的电极反应为4OH--4e-==2H2O+O2↑C.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N 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错误。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+O2↑C.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。
第1章内容索引知识网络重难突破知识网络答案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101 kPa和298 K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=+59.3 kJ·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答案 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。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ΔH。已知部分化学键的键能数据如下表所示:则下列热化学方程式不正确的是( ) ΔH=+91.5 kJ·mol-1D.2HCl==H2(g)+Cl2(g) ΔH=+183 kJ·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:则该反应的ΔH= 。 答案+120 kJ·mol-1解析ΔH=[4×E(C—H)+2×E(C O)]-[2×E(C O)+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=-121 kJ·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1 mol SiHCl3气体和H2,放出225 kJ热量,该反应的热化学方程式为 。 答案(1)+89.3 (2)-116(3)Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g)ΔH=-225 kJ·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=100.3 kJ·mol-1+(-11.0 kJ·mol-1)=+89.3 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+3HCl SiHCl3+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=-4.4 kJ·mol-12NO2(g) ==N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·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=-75 kJ·mol-1C(s)+O2(g) ==CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol-1C(s)+ O2(g) ==CO(g) ΔH=-111 kJ·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=+48 kJ·mol-13SiH2Cl2(g) ==SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·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=+551 kJ·mol-1反应Ⅲ:S(s)+O2(g) ==SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1反应Ⅱ的热化学方程式: 。 答案(1)+53.1 (2)+247 (3)+114(4)3SO2(g)+2H2O(g) ==2H2SO4(l)+S(s)ΔH=-254 kJ·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=-4.4 kJ·mol-1÷2-(-55.3 kJ·mol-1)=+53.1 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。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: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1 mol电子,则生成22.4 L(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+xS Na2Sx(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为隔膜的二次电池答案 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。答案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1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 gC.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++2H2O 2Co+O2↑+4H+答案 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++2H2O 2Co+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 。 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1 mol电子时,Y电极质量增加48 gB.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+2H2O 2NaOH+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+2H2O 2NaOH+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。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,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2 molC.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-浓度升高答案 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Zn+4OH--2e-==[Zn(OH)4]2-;正极发生还原反应,电极反应为CO2+2H++2e-==HCOOH,A、B两项正确。当充电时(即电解池),阳极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+;阴极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-==Zn+4OH-,总反应为2[Zn(OH)4]2-==2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,C项正确,D项错误。规律方法 含离子交换膜电化学装置题的解题步骤 A.阳极室溶液由无色变成棕黄色B.阴极的电极反应为4OH--4e-==2H2O+O2↑C.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N 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错误。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+O2↑C.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。
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