第1章 化学反应与能量转换 本章总结-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1创新导学案word（鲁科版2019）

新教材·化学 选择性必修1［L］ 热点专题突破 一、ΔH的计算和热化学方程式书写 1．计算ΔH的常用方法 计算依据 计算方法 热化学方程式 热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项同时改变正、负号，各项的化学系数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数 盖斯定律 可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式 化学键的变化 ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的总能量－反应产物的化学键形成所放出的总能量 反应物和反应产物的总能量 ΔH＝H(反应产物)－H(反应物) 2．热化学方程式书写的注意事项 [真题研练] 1．(2021·全国甲卷节选)二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题： 二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为： CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) 该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋41 kJ·mol－1 ②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH2＝－90 kJ·mol－1 总反应的ΔH＝________kJ·mol－1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是________(填标号)，判断的理由是____________________________。 答案　－49　A　ΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①的活化能大于反应②的 解析　根据盖斯定律可知，①＋②可得二氧化碳加氢制甲醇的总反应：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝(＋41 kJ·mol－1)＋(－90 kJ·mol－1)＝－49 kJ·mol－1 ；该反应总反应为放热反应，因此生成物总能量低于反应物总能量，反应①为慢反应，因此反应①的活化能高于反应②，同时反应①的反应物总能量低于生成物总能量，反应②的反应物总能量高于生成物总能量，因此示意图中能体现反应能量变化的是A。 2．(2021·河北高考节选)当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。 大气中的二氧化碳主要来自于煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时，相关物质的燃烧热数据如表： 物质 H2(g) C(石墨，s) C6H6(l) 燃烧热ΔH(kJ·mol－1) －285.8 －393.5 －3267.5 则25 ℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为______________________。 答案　6C(石墨，s)＋3H2(g)===C6H6(l)　ΔH＝49.1 kJ·mol－1 解析　根据表格中燃烧热数据可知，存在反应①C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1，②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1， ③C6H6(l)＋O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH3＝－3267.5 kJ·mol－1，根据盖斯定律，①×6＋②×3－③得反应：6C(石墨，s)＋3H2(g)===C6H6(l)，ΔH＝(－393.5 kJ·mol－1)×6＋(－285.8 kJ·mol－1)×3－(－3267.5 kJ·mol－1)＝49.1 kJ·mol－1。 3．(2020·全国卷Ⅰ节选)硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH1＝－98 kJ·mol－1。回答下列问题： 钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为______________________________________。 答案　2V2O5(s)＋2SO2(g) 2VOSO4(s)＋V2O4(s)　ΔH＝－351 kJ·mol－1 解析　由题中信息可知： 1 V2O4(s)＋SO3(g) V2O5(s)＋SO2(g) ΔH2＝－24 kJ·mol－1 2 V2O4(s)＋2SO3(g) 2VOSO4(s) ΔH3＝－399 kJ·mol－1 根据盖斯定律可知，②－①×2得2V2O5(s)＋2SO2(g)2VOSO4(s)＋V2O4(s)，则ΔH＝ΔH3－2ΔH2＝(－399 kJ·mol－1)－(－24 kJ·mol－1)×2＝－351 kJ·mol－1。 4．(2020·全国卷Ⅱ节选)天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。 乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH，相关物质的燃烧热数据如下表所示： 物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) 燃烧热ΔH/(kJ·mol－1) －1560 －1411 －286 ΔH＝________kJ·mol－1。 答案　＋137 解析　由表中燃烧热数值可知：①C2H6(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH1＝－1560 kJ·mol－1；②C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH2＝－1411 kJ·mol－1；③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH3＝－286 kJ·mol－1；根据盖斯定律可知，①－②－③得C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)，则ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＝(－1560 kJ·mol－1)－(－1411 kJ·mol－1)－(－286 kJ·mol－1)＝＋137 kJ·mol－1。 二、可充电电池(原电池原理和电解原理的综合应用)和电极反应式的书写 1．可充电电池原理和特点 (1)原理 可充电电池属于二次电池，是一种可反复使用的电池。当电池放电时，是一种原电池，当电池充电时，又是一种电解池。 (2)离子移动的方向 原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极；电解池中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。对此可通过电子的流向加以判断：在原电池中，电子由负极流向正极，溶液中的阳离子应移向正极，正极发生得电子的还原反应；电解池中，电子由电源负极流入阴极，阳离子应移向阴极，阴离子移向阳极，阳极发生失电子的氧化反应，电子沿导线流回电源正极，构成一个闭合回路。 无论是原电池还是电解池，阳离子一定移向发生还原反应的极，阴离子一定移向发生氧化反应的极。 (3)充放电后溶液pH的变化 充放电后溶液pH的变化与两极反应有密切关系，可通过电极反应式加以判断。 2．电极反应式的书写 (1)可充电电池电极反应式的书写 ①放电时(原电池) 负极—还原剂发生氧化反应，可据此写出负极反应式。 正极—氧化剂发生还原反应，可据此写出正极反应式。 ②充电时(电解池) 阴极—电极反应式与放电时负极反应式书写方向相反。 阳极—电极反应式与放电时正极反应式书写方向相反。 在书写电极反应式时要注意电解质溶液是否参与电极反应。对于复杂的电极反应式，可先写出其中一个简单的电极反应式(通常是负极)，然后用总反应方程式减去该电极反应式即可得到另一个电极反应式。 (2)燃料电池电极反应式的书写 正极反应式的书写：正极通入的气体一般是氧气，根据电解质的不同，分以下几种情况： ①在酸性溶液中生成水：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 ②在碱性溶液中生成氢氧根离子：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 负极反应式的书写： ①若负极通入的气体是氢气，则在酸性溶液中：H2－2e－===2H＋；在碱性溶液中：H2－2e－＋2OH－===2H2O；在熔融氧化物中：H2－2e－＋O2－===H2O。 ②若负极通入的气体为含碳的化合物，如CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为正四价碳的化合物，在酸性溶液中生成CO2，在碱性溶液中生成CO；熔融氧化物中生成CO2，熔融碳酸盐中生成CO；含有的氢元素最终生成水。根据总反应式中O2得电子数写出失去的电子数，再根据电荷守恒和原子守恒即可写出电极反应式。如CH3OH燃料电池负极反应式在酸性溶液中为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，在碱性溶液中为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。 书写电极反应式时要注意只有能溶于水的强电解质才能写成离子。在酸性溶液中，可发生消耗H＋和产生H＋的反应，不可能发生消耗OH－和产生OH－的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH－和产生OH－的反应，不可能发生消耗H＋和产生H＋的反应。 (3)陌生电极反应式的书写 对于不熟悉的电极反应可以按照下列思路进行书写。 [真题研练] 5．(2021·河北高考)K­O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是(　　) A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过 B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极 C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22 D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水 答案　D 解析　由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K－e－===K＋，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾，电极反应式为O2＋K＋＋e－===KO2，总反应式为K＋O2===KO2。金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K＋通过，不允许O2通过，故A正确；由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极应与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，故B正确；由分析可知，生成1 mol超氧化钾时，消耗1 mol氧气，两者的质量比值为1 mol×71 g/mol∶1 mol×32 g/mol≈2.22∶1，故C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2 mol水，转移2 mol电子，由得失电子数目守恒可知，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18 g/mol＝1.8 g，故D错误。 6．(2021·湖南高考)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极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过 答案　B 解析　由图可知，放电时，N电极为电池的正极，溴在正极上得到电子发生还原反应生成溴离子，电极反应式为Br2＋2e－===2Br－，M电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，正极放电生成的溴离子通过离子交换膜进入左侧，同时锌离子通过交换膜进入右侧，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变；充电时，M电极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，N电极与直流电源的正极相连，作阳极。由分析可知，放电时，N电极为电池的正极，故A正确；由分析可知，放电或充电时，左侧贮液器和右侧贮液器中溴化锌的浓度维持不变，故B错误；由分析可知，充电时，M电极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，故C正确；由分析可知，放电或充电时，隔膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，故D正确。 7．(2020·全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型Zn­CO2水介质电池。电池示意图如图，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) B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高 答案　D 解析　由题可知，放电时，CO2转化为HCOOH，即CO2发生还原反应，故放电时右侧电极为正极，左侧电极为负极，Zn发生氧化反应生成Zn(OH)；充电时，右侧为阳极，H2O发生氧化反应生成O2，左侧为阴极，Zn(OH)发生还原反应生成Zn。放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，故A正确；放电时，CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol，故B正确；充电时，阳极上H2O转化为O2，阴极上Zn(OH)转化为Zn，电池总反应为：2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，故C正确；充电时的阳极即为放电时的正极，电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，溶液中H＋浓度增大，因此溶液中OH－浓度降低，故D错误。 8．(2020·全国卷Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是(　　) A．Ag为阳极 B．Ag＋由银电极向变色层迁移 C．W元素的化合价升高 D．总反应为：WO3＋xAg===AgxWO3 答案　C 解析　从题干可知，当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈现蓝色，说明通电时，Ag电极有Ag＋生成，然后经固体电解质进入电致变色层，说明Ag电极为阳极，透明导电层为阴极，故Ag电极上发生氧化反应，电致变色层发生还原反应。由上述分析知A、B正确；过程中，W由WO3的＋6价降低到AgxWO3中的＋(6－x)价，故C错误；该电解池中阳极即Ag电极上发生的电极反应为：xAg－xe－===xAg＋，而另一极阴极上发生的电极反应为：WO3＋xAg＋＋xe－===AgxWO3，故发生的总反应式为：xAg＋WO3===AgxWO3，故D正确。 9．(2021·北京高考节选)环氧乙烷(OH2CCH2，简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下。 (1)阳极室产生Cl2后发生的反应有：____________________、CH2===CH2＋HClO―→HOCH2CH2Cl。 (2)结合电极反应式说明生成溶液a的原理______________________________ ____________________________________________________________________。 答案　(1)Cl2＋H2OHCl＋HClO　 (2)阴极发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－生成OH－，K＋通过阳离子交换膜从阳极迁移到阴极，形成KOH和KCl的混合溶液 解析　阳极产生氯气后，可以和水发生反应生成次氯酸，其方程式为Cl2＋H2OHCl＋HClO；溶液a是阴极的产物，在阴极发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，同时阳极的钾离子会向阴极移动和氢氧根离子结合形成氢氧化钾。 10.(2021·湖南高考节选)氨电解法制氢气利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。 (1)电解过程中OH－的移动方向为________(填“从左往右”或“从右往左”)。 (2)阳极的电极反应式为_________________________。 答案　(1)从右往左　 (2)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 解析　(1)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH－移向阳极，则从右往左移动。 (2)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。 11．(2020·全国卷Ⅱ节选)天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。 CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示： (1)阴极上的反应式为__________________。 (2)若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。 答案　(1)CO2＋2e－===CO＋O2－　 (2)6∶5 解析　(1)由图可知，CO2在阴极得电子发生还原反应，电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－。 (2)令生成的乙烯和乙烷分别为2体积和1体积，根据阿伏加德罗定律，同温同压下，气体体积比等于物质的量之比，再根据得失电子守恒，得到发生的总反应为：6CH4＋5CO2===2C2H4＋C2H6＋5H2O＋5CO，即消耗CH4和CO2的体积比为6∶5。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$