高考化学二轮复习第1部分专题素能提升练专题4化学能与热能电能的相互转化教案新人教版.docx

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高考化学二轮复习第1部分专题素能提升练专题4化学能与热能电能的相互转化教案新人教版

化学能与热能、电能的相互转化

1．了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。

　2.了解化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。

　3.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。

　4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。

了解化学在解决能源危机中的重要作用。

　5.了解焓变（ΔH）与反应热的含义。

　6.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。

　7.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

　8.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

　9.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

1．

（1）（2019·全国卷Ⅱ，节选）已知：

（g）===（g）＋H2（g）　ΔH1＝100.3kJ·mol－1①

H2（g）＋I2（g）===2HI（g）　ΔH2＝－11.0kJ·mol－1②

对于反应：

（g）＋I2（g）===（g）＋2HI（g）③

ΔH3＝________kJ·mol－1。

（2）（2019·全国卷Ⅲ，节选）Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：

CuCl2（s）===CuCl（s）＋

Cl2（g）　ΔH1＝83kJ·mol－1

CuCl（s）＋

O2（g）===CuO（s）＋

Cl2（g）

ΔH2＝－20kJ·mol－1

CuO（s）＋2HCl（g）===CuCl2（s）＋H2O（g）

ΔH3＝－121kJ·mol－1

则4HCl（g）＋O2（g）===2Cl2（g）＋2H2O（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

（3）（2019·全国卷Ⅰ，节选）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。

可知水煤气变换的ΔH________0（填“大于”“等于”或“小于”）。

该历程中最大能垒（活化能）E正＝______eV，写出该步骤的化学方程式__________________________________________________

_____________________________________________________。

[解析]　

（1）根据盖斯定律，反应①＋②可得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝100.3kJ·mol－1＋（－11.0kJ·mol－1）＝89.3kJ·mol－1。

（2）由盖斯定律可得，4HCl（g）＋O2（g）===2Cl2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝2ΔH3＋2ΔH2＋2ΔH1＝（－121kJ·mol－）×2＋（－20kJ·mol－1×2）＋（83kJ·mol－1×2）＝－116kJ·mol－1。

（3）根据图像，初始时反应物的总能量为0，反应后生成物的总能量为－0.72eV，则ΔH＝－0.72eV，即ΔH小于0。

由图像可看出，反应的最大能垒在过渡态2，则此能垒E正＝1.86eV－（－0.16eV）＝2.02eV。

由过渡态2初始反应物COOH*＋H*＋H2O*和结束时生成物COOH*＋2H*＋OH*，可得反应的化学方程式为COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*，也可以写为H2O*===H*＋OH*。

[答案]　

（1）89.3　

（2）－116　（3）小于　2.02　COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*（或H2O*===H*＋OH*）

2．

（1）（2018·全国卷Ⅰ，节选）已知：

2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4kJ·mol－1

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3kJ·mol－1

则反应N2O5（g）===2NO2（g）＋

O2（g）的ΔH＝______kJ·mol－1。

（2）（2017·全国卷Ⅰ，节选）下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为______________________________________________________、

______________________________________________________，

制得等量H2所需能量较少的是________。

（3）（2015·全国卷Ⅱ，节选）甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。

利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

①CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH1

②CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH2

③CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）　ΔH3

回答下列问题：

已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

化学键

H—H

C—O

CO

H—O

C—H

E/（kJ·mol－1）

436

343

1076

465

413

由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58kJ·mol－1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。

[解析]　

（2）令题干中的四个热化学方程式分别为

①H2SO4（aq）===SO2（g）＋H2O（l）＋

O2（g）

ΔH1＝327kJ·mol－1

②SO2（g）＋I2（s）＋2H2O（l）===2HI（aq）＋H2SO4（aq）

ΔH2＝－151kJ·mol－1

③2HI（aq）===H2（g）＋I2（s）

ΔH3＝110kJ·mol－1

④H2S（g）＋H2SO4（aq）===S（s）＋SO2（g）＋2H2O（l）

ΔH4＝61kJ·mol－1

根据盖斯定律，将①＋②＋③可得，系统（Ⅰ）中的热化学方程式。

同理，将②＋③＋④可得，系统（Ⅱ）中的热化学方程式。

（3）根据键能与反应热的关系可知，ΔH1＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝（1076kJ·mol－1＋2×436kJ·mol－1）－（413kJ·mol－1×3＋343kJ·mol－1＋465kJ·mol－1）＝－99kJ·mol－1。

根据盖斯定律，由②－①可得：

CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g），结合盖斯定律可得：

ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝（－58kJ·mol－1）－（－99kJ·mol－1）＝＋41kJ·mol－1。

[答案]　

（1）＋53.1　

（2）H2O（l）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝286kJ·mol－1　H2S（g）===H2（g）＋S（s）　ΔH＝20kJ·mol－1　系统（Ⅱ）　（3）－99　＋41

3．（2019·全国卷Ⅲ）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（3DZn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池，结构如图所示。

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

D　[A项，三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，正确；B项，二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni（OH）2（s）＋OH－（aq）－e－===NiOOH（s）＋H2O（l），正确；C项，二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn（s）＋2OH－（aq）－2e－===ZnO（s）＋H2O（l），正确；D项，二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，错误。

]

4．（2018·全国卷Ⅱ）我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。

将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。

下列说法错误的是（　　）

A．放电时，ClO

向负极移动

B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2

C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2CO

＋C

D．充电时，正极反应为Na＋＋e－===Na

D　[充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。

]

5．（2017·全国卷Ⅰ）支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。

下列有关表述不正确的是（　　）

A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

C　[C项，高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极。

]

6．

（1）（2019·全国卷Ⅱ，节选）环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe（C5H5）2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。

二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF溶液（DMF为惰性有机溶剂）。

该电解池的阳极为________，总反应为___________。

电解制备需要在无水条件下进行，原因为_______________________________

_____________________________________________________。

（2）（2019·全国卷Ⅲ，节选）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：

负极区发生的反应有__________________________（写反应方程式）。

电路中转移1mol电子，需消耗氧气________L（标准状况）。

[解析]　

（1）由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁做电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总方程式为＋H2↑。

电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe（OH）2沉淀。

（2）由题图知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1molO2，需转移4mol电子，则转移1mol电子时，应消耗

molO2，标准状况下，

molO2的体积为

mol×22.4L·mol－1＝5.6L。

[答案]　

（1）Fe电极　＋H2↑[Fe＋2C5H6===Fe（C5H5）2＋H2↑]　水会阻碍中间物

的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe（OH）2

（2）Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6

7．（2018·全国卷Ⅲ，节选）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：

KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

（1）写出电解时阴极的电极反应式________________________

_____________________________________________________。

（2）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________。

（3）与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有________________________________（写出一点）。

[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。

（3）根据工艺流程分析，KClO3氧化法生成的Cl2有毒，且在调pH时加入KOH的量不易控制，另外，生成的KIO3中杂质较多。

[答案]　

（1）2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　

（2）K＋　由a到b　（3）产生Cl2，易污染环境等

上述真题的题型有选择题和大题中的填空题。

命题角度主要涉及：

1化学能与热能：

①反应热ΔH计算，②利用盖斯定律进行计算，如T1、T2。

（2）原电池：

①原电池原理：

两极判断、离子移动方向，电极反应书写判断，②新型二次电池的原理分析：

充、放电时两极反应的书写判断，如T3、T4。

（3）电解池：

①电解原理：

两极判断，离子移向，电极反应书写判断，②电解原理应用：

物质制备，如T6、T7。

（4）电化学、外加电流阴极的保护原理，如T5。

预测2020年高考在盖斯定律的有关应用计算和电化学原理实际应用及间接电化学原理分析等角度加强命题。

特别是电化学原理及应用要注意领悟。

　反应热与盖斯定律的有关计算

（对应学生用书第22页）

1．理解化学反应热效应的两种角度

（1）从微观的角度说，反应热是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值，即a－b。

如图所示：

a表示旧化学键断裂吸收的能量；

b表示新化学键形成放出的能量；

c表示反应热。

（2）从宏观的角度说，反应热是生成物的能量与反应物自身能量的差值，即E2－E1。

2．盖斯定律中的三种定量关系

转化类型

反应热间的关系

aA

B、A

B

ΔH1＝aΔH2

ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2

3．“五步”分析法突破盖斯定律的计算

（1）[示例]

（2017·全国卷Ⅲ，节选）已知：

①As（s）＋

H2（g）＋2O2（g）===H3AsO4（s）　ΔH1

②H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH2

③2As（s）＋

O2（g）===As2O5（s）　ΔH3

则反应As2O5（s）＋3H2O（l）===2H3AsO4（s）的ΔH＝___________。

[解答思路]　

[答案]　2ΔH1－3ΔH2－ΔH3

（2）思维模板

　化学反应能量图像分析与ΔH的基本计算

1．叔丁基氯与碱溶液经两步反应得到叔丁基醇，反应（CH3）3CCl＋OH－―→（CH3）3COH＋Cl－的能量与反应过程如图所示：

下列说法正确的是（　　）

A．该反应为吸热反应

B．（CH3）3C＋比（CH3）3CCl稳定

C．第一步反应一定比第二步反应快

D．增大碱的浓度和升高温度均可加快反应速率

D　[A项，由图像可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应，错误；B项，由图像可知，（CH3）3C＋、Cl－的能量总和比（CH3）3CCl高，能量越高越不稳定，错误；C项，第一步反应的活化能大，反应肯定慢，错误]

2．北京时间2018年8月18日晚第十八届亚洲运动会在印度尼西亚正式开幕，本次亚运会火炬的燃料是丙烷，亚运圣火将体育精神代代相传。

已知25℃，101kPa下：

化学键

C—H

C—C

O===O

C===O

H—O

键能/（kJ·mol－1）

415

331

498

745

465

（丙烷燃烧过程中不考虑其他能量转化）。

下列说法正确的是（　　）

A．火炬中丙烷完全燃烧的热化学方程式为C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O　ΔH＝－1718kJ·mol－1

B．C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（g）　ΔH<－1718kJ·mol－1

C．火炬中丙烷完全燃烧的热化学方程式为C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（g）　ΔH＝1718kJ·mol－1

D．火炬中丙烷燃烧的能量变化可用如图所示表示

D　[1molC3H8分子中含有2molC—C键，8molC—H键，C3H8在燃烧过程中所有的化学键均要发生断裂，1molC3H8化学键断裂吸收的热量＝2×331kJ＋8×415kJ＝3982kJ5molO2化学键断裂吸收的热量＝5×498kJ＝2490kJ，生成的3molCO2和4molH2O放出的热量＝3×2×745kJ＋4×2×465kJ＝8190kJ，故1molC3H8完全燃烧生成CO2和H2O（g）放出热量＝8190kJ－（3982＋2490）kJ＝1718kJ，故火炬中丙烷完全燃烧的热化学方程式为C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（g）　ΔH＝－1718kJ·mol－1。

故选项B错；选项A，没有注明物质的状态，错误；选项C中ΔH忽视“－”，错误；选项D，因C3H8（g）完全燃烧是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，正确。

]

3．（2019·合肥模拟）用CO2催化加氢可以制取乙烯：

CO2（g）＋3H2（g）

C2H4（g）＋2H2O（g）

若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图所示，则该反应的ΔH＝________（用含a、b的式子表示）。

又知：

相关化学键的键能如下表所示，实验测得上述反应的ΔH＝－152kJ·mol－1，则表中的x＝________。

化学键

C===O

H—H

C===C

C—H

H—O

键能/（kJ·mol－1）

803

436

x

414

464

[解析]　该反应的ΔH＝（803kJ·mol－1×2＋436kJ·mol－1×3）－[

×（xkJ·mol－1＋414kJ·mol－1×4）＋464kJ·mol－1×4]＝－152kJ·mol－1，解得x＝764。

[答案]　（a－b）kJ·mol－1　764

4．

（1）一定条件下（T℃、1atm），可以用Cl2（g）和NH3（g）制得NH2Cl（g）同时得到HCl（g）。

已知部分化学键的键能如表所示：

化学键

N—H

Cl—Cl

N—Cl

H—Cl

键能/（kJ·mol－1）

391.3

243.0

191.2

431.8

写出该反应的热化学方程式：

____________________________。

（2）已知1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143kJ，18g水蒸气变成液态水放出44kJ的热量。

其他相关数据如表：

化学键

OO（g）

H—H

H—O

键能/（kJ·mol－1）

496

x

463

则表中x为________。

[解析]　

（2）根据题意，可得热化学方程式为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－572kJ·mol－1；而18g水蒸气变成液态水时放出44kJ热量，则2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－484kJ·mol－1，即－484kJ＝2xkJ＋496kJ－4×463kJ，解得x＝436。

[答案]　

（1）Cl2（g）＋NH3（g）===NH2Cl（g）＋HCl（g）　ΔH＝＋11.3kJ·mol－1

（2）436

常见反应热或ΔH的计算类型

（1）利用热化学方程式进行有关计算

根据已知的热化学方程式、已知的反应物或生成物的物质的量、反应吸收或放出的热量，可以把反应热当作“产物”，计算反应放出或吸收的热量。

（2）根据燃烧热数据，计算反应放出的热量

计算公式：

Q＝燃烧热×n（可燃物的物质的量）。

（3）根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算焓变

若反应物旧化学键断裂吸收能量E1，生成物新化学键形成放出能量E2，则反应的ΔH＝E1－E2。

（4）利用物质的焓（H）计算

ΔH＝H（生成物）－H（反应物）。

　盖斯定律的有关计算与判断

5．（2014·全国卷Ⅱ）室温下，将1mol的CuSO4·5H2O（s）溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1mol的CuSO4（s）溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为：

CuSO4·5H2O（s）△CuSO4（s）＋5H2O（l），热效应为ΔH3。

则下列判断正确的是（　　）

A．ΔH2>ΔH3　B．ΔH1<ΔH3

C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2D．ΔH1＋ΔH2>ΔH3

B　[设计路径为

且ΔH1＝ΔH2＋ΔH3。

]

6．（2019·衡水金卷，节选）

（1）已知：

Ⅰ.2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）　ΔH1＝－113kJ·mol－1；

Ⅱ.NO（g）＋O3（g）NO2（g）＋O2（g）　ΔH2＝－199kJ·mol－1；

Ⅲ.N2O4（g）2NO2（g）　ΔH3＝＋55.3kJ·mol－1；

Ⅳ.4NO2（g）＋O2（g）2N2O5（g）　ΔH4＝－57kJ·mol－1。

则反应6NO2（g）＋O3（g）3N2O5（g）　ΔH＝________kJ·mol－1。

（2）已知：

N2（g）＋O2（g）===2NO（g）　ΔH＝＋180.5kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221kJ·mol－1

若某反应的平衡常数表达式为K＝

，请写出此反应的热化学方程式：

_______________________________________

_____________________________________________________。

[解析]　

（1）根据盖斯定律

×（Ⅳ×3＋Ⅱ×2－Ⅰ）得：

6NO2（g）＋O3（g）3N2O5（g）　ΔH＝

×[（－57kJ·mol－1）×3＋（－199kJ·mol－1）×2－（－113kJ·mol－1）]＝－288kJ·mol－1。

（2）根据平衡常数表达式可写出目标反应，然后根据盖斯定律可知ΔH＝[－180.5－（－221）＋2×（－393.5）]kJ·mol－1＝－746.5kJ·mol－1。

[答案]　

（1）－228　

（2）2NO（g）＋2CO（g）N2（g）＋2CO2（g）　ΔH＝－746.5kJ·mol－1

7．

（1）（2019·长沙、长郡中学模拟）已知：

H2（g）、CH3OH（l）的燃烧热（ΔH）分别为－285.8kJ·mol－1和－726.5kJ·mol－1；

CH3OH（l）===CH3OH（g）　ΔH＝＋35.2kJ·mol－1；

H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44kJ·mol－1。

则CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH＝________kJ·mol－1。

（2）（2019·济宁一模）尿素[CO（NH2）2]是一种非常重要的高效氮肥，工业上以NH3、CO2为原料生产尿素，该反应实际为两步反应：

第一步：

2NH3（g）＋CO2（g）H2NCOONH4（s）　

ΔH＝－272kJ·