专题1 化学反应与能量变化 专题整体教学设计与验收评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修1（苏教版2019）

专题整体教学设计与验收评价 目 录 01 02 03 一、主干知识——在微点判断中澄清 二、综合思维——在知识融会中贯通 三、迁移应用——在课题活动中践行 01 一、主干知识——在微点判断中澄清 1．判断下列有关反应热叙述的正误 (1)反应热是化学反应在一定条件下所释放或吸收的热量 ( ) (2)化学反应的反应热就是该反应的焓变 ( ) (3)反应热常用符号ΔH来表示，它的单位是kJ·mol－1 ( ) (4)放热反应的ΔH>0，吸热反应的ΔH<0 ( ) √ × √ × (5)断裂化学键放出能量，形成化学键吸收能量 ( ) (6)吸热反应均需要加热才能进行 ( ) (7)在一个化学反应中，当反应物总焓小于生成物的总焓时，反应吸热， ΔH为正值 ( ) (8)NaOH固体溶于水时，体系的温度升高，该过程属于放热反应 ( ) × × √ × 2．判断下列有关原电池原理叙述的正误 (1)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动 ( ) (2)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高 ( ) (3)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池 ( ) √ × × × × × 3．判断下列有关化学电源叙述的正误 (1)Zn具有还原性和导电性，可作锌锰干电池的正极材料 ( ) (2)铅蓄电池属于二次电池 ( ) (3)碱性锌锰电池比能量高，能提供较大电流并连续放电 ( ) (4)银锌纽扣电池使用过程中，负极区pH逐渐增大 ( ) (5)铅蓄电池充电时，正极接直流电源正极，发生还原反应 ( ) × √ √ × × (6)锂离子电池放电时，Li＋移向负极区 ( ) (7)燃料电池中通入燃料的一极为正极 ( ) (8)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O ( ) × × √ 4．判断下列有关电解池原理叙述的正误 (1)电解池的两个电极必须是活泼性不同的电极 ( ) (2)电解质溶液导电的过程为物理过程 ( ) (3)电解池的阴极是指和直流电源负极相连的电极 ( ) (4)某些不能自发的氧化还原反应，可以通过电解来实现 ( ) × × √ √ (5)电解饱和食盐水时，阳极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ ( ) (6)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的为阴极区 ( ) (7)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁) ( ) √ √ × 5．判断下列有关金属的腐蚀与防护叙述的正误 (1)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是失电子被氧化的过程 ( ) (2)钢铁在潮湿的空气中易发生化学腐蚀 ( ) (3)菜刀放于食盐水中主要发生析氢腐蚀 ( ) (4)铁锌合金发生吸氧腐蚀时，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋ ( ) √ × × × (5)牺牲阳极的阴极保护法利用的是原电池原理 ( ) (6)在铁制品表面镀锌，是为了防止铁制品的腐蚀，而且镀层有损坏仍可对铁制品起到保护作用 ( ) (7)铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触，起到保护铁制品的作用 ( ) (8)钢闸门可与外加电源的负极相连，起到保护作用 ( ) √ √ √ √ 02 二、综合思维——在知识融会中贯通 (一)化学反应的热效应　 [融会提能] 1．CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，下列有关两者反应的说法正确的是(　 ) A．该反应为吸热反应 B．1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)具有的总能量 C．该反应不需要加热就能进行 D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量 √ 解析：由能量变化示意图可知，生成物的总能量比反应物的总能量低，该反应为放热反应，但并不是不需要加热；当1 mol CO2(g)和 1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)时，要吸收41 kJ热量。 2．下列热化学方程式书写正确的是(　 ) A．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH＝－1 367.0 B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝＋57.3 kJ·mol－1 C．S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－296.8 kJ·mol－1 D．2NO2===O2＋2NO ΔH＝＋116.2 kJ·mol－1 √ 解析：热化学方程式中反应热缺少单位，A错误； 酸碱中和反应为放热反应，反应的ΔH<0，B错误； 未标明各物质的聚集状态，不符合热化学方程式的书写要求，D错误。 √ 4．化学反应放出或吸收的能量称为反应热。反应热(ΔH)又因化学反应的分类给予不同的名称。如标准燃烧热(ΔHc)指101 kPa下，1 mol物质完全燃烧的反应热，又如由稳定单质化合生成1 mol纯物质的热效应称为生成热(ΔHf)，断裂化学键时，所吸收的能量称为键能(ΔHb)。如图分别表示水与二氧化碳各1 mol时分解能量变化情况(单位：kJ)。下列说法正确的是(　 ) A．H2O(g)的生成热：ΔHf＝＋243 kJ·mol－1 B．CO(g)的燃烧热：ΔHc＝－570 kJ·mol－1 C．O—H键的键能：ΔHb＝436 kJ·mol－1 D．CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－42 kJ·mol－1 解析：氢气、氧气生成水为放热反应，焓变为负值，H2O(g)的生成热：ΔHf＝－243 kJ·mol－1，故A错误； √ CO(g)的燃烧热是1 mol CO完全燃烧生成二氧化碳放出的热量：ΔHc＝－285 kJ·mol－1，故B错误； (二) 化学能与电能的相互转化　 [融会提能] 5．图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　 ) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 解析：由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。 √ 6．某铁-空气电池放电时，其原理如图所示。电池总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。下列说法正确的是(　 ) A．a极质量不变 B．b极为电池负极 C．电子从a电极经负载流向b电极 D．该装置将电能转变为化学能 √ 解析：Fe变为Fe(OH)2，因此a极质量增加，A错误； b极是氧气变为OH－，氧元素化合价降低，为电池正极，B错误； a极是负极，电子从a电极经负载流向b电极，C正确； 该装置将化学能转变为电能，D错误。 7．为实现碳回收，我国科学家设计的用电化学法还原CO2制备草酸的装置如图所示。下列有关该装置的说法中错误的是(　 ) √ 解析：左池发生的反应为CO2得电子被还原为H2C2O4，M极作阴极，电解池阴极与电源负极相连，则a为电源的负极，b为电源的正极，A正确； 左池发生的电极反应为2CO2＋2e－＋2H＋===H2C2O4，B错误； 为增强溶液导电性，同时为减少杂质，左池可加入少量Na2C2O4溶液，C正确； 右池为电解池的阳极区，H2O失电子发生氧化反应生成O2和H＋，D正确。 A．充电时，a电极连接电源的负极 B．放电时，正极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋ C．放电时，H＋从a极区移向b极区 D．充电时，BiHx只起导电的作用 √ 放电时，b电极为正极，Fe3＋发生得电子的还原反应生成Fe2＋，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，B正确； 电池放电时，a电极为负极，b电极为正极，则H＋从a极区移向b极区，C正确； (三)金属的腐蚀与防护　 [融会提能] 9．下列有关金属铁的腐蚀与防护说法正确的是(　 ) A．在钢铁表面进行发蓝处理，生成四氧化三铁薄膜保护金属 B．当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，后者更易被腐蚀 C．铁与电源正极连接可实现电化学保护 D．用氧化剂使金属表面生成致密的保护膜属于电化学保护法 √ 解析：A项，四氧化三铁致密保护膜可防止金属的腐蚀，正确； B项，由于金属活动性：Zn>Fe>Sn，所以镀锡铁镀层破损时，Fe作原电池的负极首先被腐蚀，而镀锌铁镀层破损时，由于Fe作正极，被腐蚀的是活动性强的Zn，Fe被保护起来，因此当镀锡铁和镀锌铁镀层破损时，前者更易被腐蚀，错误； C项，铁与电源负极连接可实现电化学保护，错误。 10.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液(显酸性)，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是(　 ) A．生铁块中的碳是原电池的正极 B．红墨水水柱两边的液面变为左低右高 C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 √ 解析：生铁在NH4Cl溶液中发生析氢腐蚀，在食盐水中发生吸氧腐蚀，故红墨水水柱变为左高右低。 11．下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　 ) A．图①，放置于干燥空气中的铁钉不易生锈 B．图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀 C．图②，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀 D．图③，若金属M比Fe活泼，可防止钢铁输水管腐蚀 √ 解析：与电源正极相连的作阳极，活泼金属作阳极时，金属易失电子被腐蚀，所以若将钢闸门与电源的正极相连，则会加快钢闸门的腐蚀，故C错误。 12．下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是(　 ) 序号 ① ② ③ 实验 现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显 锈蚀 A．对比实验①②③，说明苯能隔绝O2 B．实验①中，生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2 C．实验②中，饱和食盐水中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀 D．实验③中，属于铁的吸氧腐蚀，负极反应： O2＋4e－＋2H2O===4OH－ √ 解析：对比①②③，说明生铁腐蚀，碳为正极，铁为负极，需足量O2和水，由实验③可知，生铁片明显锈蚀，说明苯不能隔绝O2，故A错误； 原电池的形成条件：有两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路，实验①中，苯不是电解质溶液，生铁难以腐蚀，故B错误； 实验③中，铁是负极，发生氧化反应，生成Fe2＋，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，故D错误。 03 三、迁移应用——在课题活动中践行 课题活动　探究载人航天器用化学电池与氧气再生方案 载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义，其发展水平是衡量一个国家综合国力的重要指标。在航天器中，电源是极其重要的组成部分，它好比人的“心脏”，其工作一刻也不能停歇。 在太空环境中，载人航天器是航天员赖以生存的空间，必须给航天员提供基本的生存条件，其中涉及氧气再生、二氧化碳清除、水处理以及食物供给等。 探究目标(一)　载人航天器用化学电池 航天器中经常使用的化学电池有氢氧燃料电池、镍氢电池、镍镉电池等，“神舟”飞船是我国自行研制的，具有自主知识产权的，达到或优于国际第三代载人飞船技术的飞船。“神舟”飞船由返回舱、轨道舱、推进舱和附加段构成。由于任务不同，轨道舱和推进舱使用的电源系统为太阳能电池阵­镍镉蓄电池组系统，返回舱使用的是银锌蓄电池组。 1．镍镉蓄电池的总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2O===Cd(OH)2 ＋2Ni(OH)2。当飞船进入阴影区时，由镍镉电池提供电能，此时的电极反应如何写？ 提示：负极：Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2； 正极：2NiOOH＋2H2O＋2e－ ===2Ni(OH)2＋2OH－。 2．当飞船进入光照区时，太阳能电池为用电设备供电，同时为镍镉电池充电。此时，镍镉电池的电极反应又如何写 ? 提示：阴极： Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－； 阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O。 3．银锌蓄电池的正极板的活性物质是过氧化银(Ag2O2)，负极板的活性物质是锌，电解液是以氢氧化钾为主，充、放电的化学反应式为Ag2O2＋2Zn＋2H2O===2Ag＋2Zn(OH)2，试写出放电时的电极反应式和充电时的阳极反应式。 提示：负极：2Zn＋4OH－－ 4e－===2Zn(OH)2， 正极：Ag2O2＋2H2O＋4e－===2Ag＋4OH－。 阳极：2Ag－4e－＋4OH－===Ag2O2＋2H2O。 探究目标(二)　尝试设计载人航天器的氧气再生方案 航天员每人每天大约需要消耗 0.84 kg 氧气。因载人航天器携带的物品有限，利用高压存储氧气、电解携带的水制备氧气等常规方法都难以满足长时间飞行时航天员对持续供氧的要求。在设计氧气的获取方案时，要尽可能地将人体代谢废物中的氧元素转化为氧气，从而保证氧元素的持续循环。萨巴蒂尔(Sabatier)反应可以将二氧化碳转化为甲烷和水，配合水的电解可以实现氧气的再生。该方法可同时解决二氧化碳的清除问题，因此成为一种非常重要的载人航天器中氧气再生方法。 1．载人航天器中，利用萨巴蒂尔反应[CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)]将航天员呼出的CO2转化为H2O，再通过电解H2O获得O2，实现O2的再生，萨巴蒂尔反应为放热反应还是吸热反应？其反应热为多少？ 提示：根据盖斯定律，反应①×4＋反应③×2－反应②得：CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－252.9 kJ·mol－1，所以为放热反应，反应热ΔH＝－252.9 kJ·mol－1。 2．根据以下反应，你能否设计载人航天器中清除二氧化碳，实现O2的再生的反应？若能，写出反应的热化学方程式。 提示：根据盖斯定律，反应③×2－反应①×4－反应②×2得：2Na2O2(s)＋2CO2(g)===2Na2CO3(s)＋O2(g)　ΔH＝－452.8 kJ·mol－1。 3．我国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，已知：几种物质中化学键的键能如表所示。 化学键 H—O O===O H—H 键能/(kJ·mol－1) 462.8 497.3 436 提示：462.8 kJ·mol－1×4－436 kJ·mol－1×2－497.3 kJ·mol－1＝481.9 kJ·mol－1。 4．将二氧化碳转化为燃料是目前的研究热点，《科学》杂志报道的一种将CO2转化为烃和醇的装置如图所示： 写出X极上得到CH3OH的电极反应式，若X极生成1 mol C2H4和 1 mol CH3OH，电路中流过电子的电子数是多少？ 提示：CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O；18NA [素养训练] 1．(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是(　 ) A．析氢反应发生在IrOx-Ti电极上 B．Cl－从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极 C．阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O D．每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况) √ 解析：IrOx-Ti电极接电源正极，为阳极，发生失电子的氧化反应，故电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A错误； 质子交换膜只允许H＋通过，故左室H＋从IrOx-Ti电极向Cu电极迁移，B错误； Cu电极接电源负极，为阴极，发生得电子的还原反应，根据图中物质转化关系知CO2可发生反应2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，C正确； 由A可知每转移1 mol电子，阳极生成0.25 mol即5.6 L(标准状况)O2，D错误。 2．(2023·重庆卷)电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是(　 ) A．电极a为阴极 B．H＋从电极b移向电极a D．生成3 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸 √ 解析：有机反应中“加氢去氧”的反应为还原反应，“加氧去氢”的反应为氧化反应，据此分析电解池中各电极类型及电极反应如下：a极发生“加氢”的还原反应(A项)， 电解池中阳离子向阴极移动，故H＋从电极b移向电极a，B正确； 根据阴、阳极反应及得失电子守恒可知，生成3 mol半胱氨酸，转移3 mol电子，同时生成0.5 mol烟酸，D错误。 (4)若将2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋设计成原电池，可用锌、铁作电极材料( ) (5)足量的Zn与稀H2SO4反应时，滴入CuSO4溶液可以加快反应速率，因为c(SO)增大 ( ) (6)增大电解质溶液的浓度，能加快原电池的反应速率 ( ) 3．已知：①Fe2O3(s)＋C(s)===CO2(g)＋2Fe(s) ΔH1＝234.1 kJ·mol－1 ②C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1 则2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH是(　 ) A．－824.35 kJ·mol－1　 B．－627.6 kJ·mol－1 C．－744.7 kJ·mol－1 D．－169.4 kJ·mol－1 解析：根据盖斯定律知：将反应②×－①得该反应，故ΔH＝×ΔH2－ΔH1＝×(－393.5 kJ·mol－1)－234.1 kJ·mol－1＝－824.35 kJ·mol－1。 根据图示，H—H键的键能为436 kJ·mol－1、O===O键的键能为494 kJ·mol－1，H2O(g)===O2(g)＋H2(g)　ΔH＝243 kJ·mol－1，焓变＝反应物总键能－生成物总键能，O—H键的键能：ΔHb＝kJ·mol－1÷2＝463 kJ·mol－1，故C错误； ①CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－285 kJ·mol－1；②H2O(g)===O2(g)＋H2(g)　ΔH＝243 kJ·mol－1，根据盖斯定律由①＋②得CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－42 kJ·mol－1，故D正确。 A．a、b分别为电源的负极、正极 B．电解装置左池发生的电极反应为2CO2＋2e－===C2O C．为增强溶液导电性，左池中可加入少量Na2C2O4溶液 D．右池电解质溶液为稀硫酸，发生的电极反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 8．“容和一号”铁铬液流电池的总反应为Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋。闭合K1，断开K2时，工作原理如图所示，其中a电极上涂有固态氢化铋(BiHx)。下列说法错误的是(　 ) 解析：充电时为电解池，根据总反应：Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋可知，Cr3＋发生得电子的还原反应生成Cr2＋，a电极为阴极，应连接电源的负极，A正确； 充电时，Cr3＋发生得电子的还原反应生成Cr2＋，左侧发生的反应为BiHx ＋ Cr3＋===Bi＋Cr2＋＋H，BiHx起导电和转移电子的作用，D错误。 已知：①H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH ＝－241.8 kJ·mol－1 ②CH4(g)＋2O2(g)===2H2O(g)＋CO2(g) ΔH ＝－802.3 kJ·mol－1 ③H2O(g)===H2O(l)　ΔH ＝－44 kJ·mol－1 已知：①Na(s)＋O2(g)===Na2O2(s) ΔH ＝－255.4 kJ·mol－1 ②C(s，石墨 )＋O2(g)===CO2(g) ΔH ＝－393.5 kJ·mol－1 ③2Na(s)＋C(s，石墨 )＋O2(g)===Na2CO3(s) ΔH ＝－1 130.7 kJ·mol－1 则2H2O(g)2H2(g)＋O2(g)的反应热是多少？ b极发生“加氧去氢”的氧化反应，为阳极，＋6H＋(C项)。由上述分析知，A、C正确； $$