2023屆高考二輪總復習課件 化學（適用于廣東、福建、遼寧、湖北、重慶、浙江、江蘇） 專題六　化學反應與能量

專題六化學反應與能量第一編2023內(nèi)容索引01核心考點聚焦專項熱考突破02[專題體系構建]核心考點聚焦考點1化學能與熱能[核心回顧]1.從宏觀角度和微觀角度理解反應熱化學反應中能量變化圖示

圖像分析微觀角度宏觀角度a表示斷裂舊化學鍵吸收的能量;b表示生成新化學鍵放出的能量;ΔH表示反應熱a表示反應物的活化能;b表示活化分子形成生成物釋放的能量;ΔH表示反應熱2.中和反應反應熱(1)測定原理c=4.18J·g-1·℃-1=4.18×10-3kJ·g-1·℃-1;n為生成H2O的物質(zhì)的量。稀溶液的密度用1g·mL-1進行計算。(2)實驗裝置(3)標準數(shù)值在25℃和101kPa下,強酸的稀溶液與強堿的稀溶液發(fā)生中和反應生成1molH2O時,放出57.3kJ的熱量:H+(aq)+OH-(aq)══H2O(l)

ΔH=-57.3kJ·mol-1。簡易量熱計示意圖

3.書寫熱化學方程式的“五步驟”4.燃燒熱

5.計算反應熱(ΔH)的四種常用方法(1)根據(jù)物質(zhì)能量(焓值)計算反應熱:ΔH=生成物總能量-反應物總能量;(2)根據(jù)鍵能計算反應熱:ΔH=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能;(3)根據(jù)活化能計算反應熱:ΔH=Ea(正反應)-Ea(逆反應);(4)根據(jù)蓋斯定律計算反應熱:熱化學方程式的疊加,符合質(zhì)量守恒和能量守恒規(guī)律。[命題角度]角度1根據(jù)鍵能計算反應熱【典例】

(2022浙江6月選考卷)標準狀態(tài)下,下列物質(zhì)氣態(tài)時的相對能量如表所示:可根據(jù)HO(g)+HO(g)══H2O2(g)計算出H2O2中氧氧單鍵的鍵能為214kJ·mol-1。下列說法不正確的是(

)A.H2的鍵能為436kJ·mol-1B.O2的鍵能大于H2O2中氧氧單鍵的鍵能的兩倍C.解離氧氧單鍵所需能量:HOO<H2O2D.H2O(g)+O(g)══H2O2(g)

ΔH=-143kJ·mol-1C提示

本題考查反應熱、焓變和鍵能,側(cè)重分析與應用能力的考查,題目難度不大。H(g)的相對能量為218

kJ·mol-1,H2(g)的相對能量為0,故兩個氣態(tài)氫原子成鍵釋放出的能量為218

kJ·mol-1×2-0=436

kJ·mol-1,即H2的鍵能為436

kJ·mol-1,A項正確;O2的鍵能為249

kJ·mol-1×2=498

kJ·mol-1,大于H2O2中氧氧單鍵的鍵能的兩倍,B項正確;可根據(jù)O(g)+HO(g)══HOO(g)計算出HOO中氧氧單鍵的鍵能為278

kJ·mol-1,大于H2O2(g)中氧氧單鍵的鍵能,C項錯誤;焓變等于生成物的總能量減去反應物的總能量,即H2O(g)+O(g)══H2O2(g)

ΔH=-136

kJ·mol-1-(-242

kJ·mol-1+249

kJ·mol-1)=-143

kJ·mol-1,D項正確。角度拓展1.(2022福建漳州模擬)部分化學鍵的鍵能如表所示:則CO2(g)與H2(g)反應生成CH3OH(g)和H2O(g)的熱化學方程式是

。

CO2(g)+3H2(g)====CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-46kJ·mol-12.(2022廣東汕頭一模)綠色能源是未來能源發(fā)展的重要方向,氫氣是一種環(huán)保的氣體,不會污染大氣且熱值高。相關化學鍵的鍵能表示如下:則氫氣燃燒熱的ΔH=

kJ·mol-1(用含a、b、c的代數(shù)式表示)。

化學鍵O=OH—HO—H鍵能E/(kJ·mol-1)abc提示

反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能,則氫氣燃燒熱的ΔH=b

kJ·

mol-1+×a

kJ·

mol-1-2×c

kJ·

mol-1=-(2c-b-a)

kJ·mol-1。角度2根據(jù)蓋斯定律計算反應熱【典例】

(1)(2021河北卷,16節(jié)選)大氣中的二氧化碳主要來自于煤、石油及其他含碳化合物的燃燒。已知25℃時,相關物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表:則25℃時H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的熱化學方程式為

。

6C(石墨,s)+3H2(g)====C6H6(l)

ΔH=+49.1kJ·mol-1

(2)(2022全國乙卷,28節(jié)選)已知下列反應的熱化學方程式:ΔH4=

kJ·mol-1。

+170角度拓展1.(2022福建漳州模擬)以CO2和H2為原料合成甲醇主要發(fā)生反應Ⅰ和反應Ⅱ(不考慮其他反應):+40.9kJ·mol-12.(2022廣東梅州模擬)H2還原CO2制CH4的部分反應如下:-205kJ·mol-1考點2原電池原理及應用[核心回顧]1.基于原電池模型,掌握原電池的構成及工作原理2.熟悉原電池中正極和負極的判斷方法

3.原電池中正極和負極電極反應式的書寫

4.掌握二次電池在充電、放電時的原理及變化

角度1原電池原理及其應用【典例】

(2021廣東卷,9)火星大氣中含有大量CO2,一種有CO2參加反應的新型全固態(tài)電池有望為火星探測器供電。該電池以金屬鈉為負極,碳納米管為正極,放電時(

)A.負極上發(fā)生還原反應 B.CO2在正極上得電子C.陽離子由正極移向負極 D.將電能轉(zhuǎn)化為化學能B提示

本題考查新型化學電源。電池的負極發(fā)生氧化反應,A項錯誤;CO2在正極上得電子發(fā)生還原反應,B項正確;放電時陽離子移向正極,C項錯誤;原電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能,D項錯誤。[命題角度]角度拓展1.(2022遼寧東北育才學校模擬)銅鋅原電池裝置如圖所示,其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過。判斷下列說法是否正確。(1)電池工作一段時間后,甲池的c()減小。(

)(2)電池工作一段時間后,乙池溶液的總質(zhì)量增加。(

)(3)該電池總反應式與鋅片插入CuSO4溶液的反應相同。(

)×√√提示

(1)該電池中Zn為負極,電極反應式為Zn-2e-===Zn2+,中間隔膜是陽離子交換膜,甲池中Zn2+通過交換膜向乙池中移動,故甲池的c()不變。2.(2022福建師大附中模擬)一定條件下,實驗室利用如圖所示裝置,通過測量電壓求算Ksp(AgCl),工作一段時間后,兩電極質(zhì)量均增大。判斷下列說法是否正確。(1)右池中銀電極為負極,發(fā)生氧化反應。(

)(2)鹽橋中的

向右池方向移動。(

)(3)該電池的總反應式:Ag++Cl-══AgCl。(

)××√提示

(1)由于“工作一段時間后,兩電極質(zhì)量均增大”則右池中銀電極為正極,發(fā)生還原反應,電極反應式:Ag++e-══Ag。(2)左池中銀電極是負極,電極反應式:Ag+Cl--e-══AgCl,鹽橋中陰離子向負極移動,即向左池移動。角度2新型化學電源及分析【典例】

(2021遼寧卷,10)如圖,某液態(tài)金屬儲能電池放電時產(chǎn)生金屬化合物Li3Bi。下列說法正確的是(

)A.放電時,M電極反應式為Ni-2e-══Ni2+B.放電時,Li+由M電極向N電極移動C.充電時,M電極的質(zhì)量減小D.充電時,N電極反應式為Li3Bi+3e-══3Li++BiB角度拓展1.(2022湖南永州模擬)通過控制裝置中開關K1和K2,可交替制取H2和向外輸出電流。判斷下列說法是否正確。(1)開關連接K1時,惰性電極上產(chǎn)生H2。(

)(2)開關連接K2時,電極Ⅰ的反應式:NiOOH+H2O+e-

══Ni(OH)2+OH-。(

)(3)開關連接K1工作一段時間后,轉(zhuǎn)連K2,電極Ⅰ復原,此時溶液的pH比原來大。(

)√√×提示

若開關連接K1工作一段時間后,Ni(OH)2失去電子變?yōu)镹iOOH,反應消耗OH-,產(chǎn)生H2O,導致溶液pH減小;然后將開關轉(zhuǎn)連K2,電極Ⅰ為正極,發(fā)生反應NiOOH+H2O+e-══Ni(OH)2+OH-,使電極Ⅰ復原,反應消耗水,又產(chǎn)生OH-,導致此時溶液的c(OH-)不變,故溶液pH與原來相同。2.(2022福建漳州二模)某科研人員以二硫化鉬(MoS2)作為電極催化劑,研發(fā)出一種Zn-NO電池系統(tǒng),該電池同時具備合成氨和對外供電的功能,其工作原理如圖所示(雙極膜可將水解離為H+和OH-,并實現(xiàn)其定向通過)。判斷下列說法是否正確。(1)Zn/ZnO電極反應式為Zn+2OH--2e-══ZnO+H2O。(

)(2)電池工作一段時間后,正極區(qū)溶液的pH增大。(

)(3)當電路轉(zhuǎn)移10mole-時,理論上可以轉(zhuǎn)化NO的質(zhì)量為30g。(

)√√×提示

(3)由題圖可知,MoS2電極上NO→NH3,N元素化合價由+2價降低到-3價,則轉(zhuǎn)化1

mol

NO時電路中轉(zhuǎn)移5

mol電子,故當電路轉(zhuǎn)移10

mol

e-時,理論上轉(zhuǎn)化2

mol

NO,其質(zhì)量為2

mol×30

g·mol-1=60

g?？键c3電解原理及金屬的防護[核心回顧]1.基于電解CuCl2溶液模型,掌握電解池的構成及工作原理2.正確判斷電解池的電極反應及產(chǎn)物(1)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極,若為活性電極作陽極,則電極材料失電子,電極本身溶解;若為惰性電極作陽極,則需看溶液中陰離子的失電子能力,陰離子放電順序為S2->I->Br->Cl->OH-(水)。(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進行判斷:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)。微點撥:①鐵作為陽極時,發(fā)生氧化反應生成Fe2+而溶解,不是Fe3+;②電解時,溶液中Fe3+發(fā)生還原反應,一般生成Fe2+。3.熟悉兩種電化學防護原理及方法兩種方法都要采用輔助陽極,將被保護金屬作為陰極方法犧牲陽極法外加電流法原理圖示

原理分析利用原電池原理,被保護金屬為正極,受到保護利用電解原理,將被保護金屬與電源的負極相連,電解池的陰極受到保護[命題角度]角度1電解原理及其應用D【典例】

(2021廣東卷,16)鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是(

)A.工作時,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo,Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少16gC.移除兩交換膜后,石墨電極上發(fā)生的反應不變D.電解總反應:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+提示

本題考查電解原理。電解裝置工作時,Ⅰ室反應為2H2O-4e-══4H++O2↑,Ⅲ室反應:Co2++2e-══Co,形成閉合回路,H+移向Ⅱ室,Cl-移向Ⅱ室。Ⅰ室中H2SO4的物質(zhì)的量不變,H2O的物質(zhì)的量減小,H2SO4濃度增大,溶液pH減小,A項錯誤;生成1

mol

Co轉(zhuǎn)移2

mol

e-,Ⅰ室減少1

mol

H2O,質(zhì)量為18

g,B項錯誤;移除兩交換膜,石墨電極放電的是Cl-,C項錯誤;根據(jù)電子守恒,該電解過程的總反應為2Co2++2H2O══2Co+O2↑+4H+,D項正確。角度拓展1.(2022福建泉州模擬)無金屬薄碳電極(TCE)可利用天然木材為原料,經(jīng)過炭化和活化處理制得。利用TCE電極電還原去除氮氧化物污染的原理如圖所示。判斷下列說法是否正確。(1)Pt電極附近溶液pH變大。(

)(2)TCE電極的電極反應式:2NO2+8H++8e-══N2+4H2O。(

)(3)Pt電極生成標準狀況下2.24L氣體,理論上能處理0.2molNO2。(

)×√×提示

(1)Pt電極的電極反應式為2H2O-4e-══O2↑+4H+,溶液中c(H+)增大,pH變小;(3)Pt電極生成標準狀況下2.24

L氣體,其物質(zhì)的量為0.1

mol,根據(jù)2H2O-4e-══O2↑+4H+可知,轉(zhuǎn)移0.4

mol電子,再根據(jù)TCE電極的電極反應式2NO2+8H++8e-══N2+4H2O,可知消耗NO2的物質(zhì)的量為0.1

mol。2.(2022廣東梅州模擬)電解法常用于分離提純物質(zhì),某混合物漿液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4?？紤]到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小組利用設計的電解分離裝置(如圖),使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素溶液進行回收利用(已知:(1)陰極室生成的物質(zhì)為NaOH和H2。(

)(2)a離子交換膜為陽離子交換膜。(

)(3)當外電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時,陽極室可生成1mol

。(

)√√×角度2電化學防護原理及應用【典例】

(2022廣東卷,11)為檢驗犧牲陽極的陰極保護法對鋼鐵防腐的效果,將鍍層有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段時間后,取溶液分別實驗,能說明鐵片沒有被腐蝕的是(

)A.加入AgNO3溶液產(chǎn)生沉淀B.加入淀粉碘化鉀溶液無藍色出現(xiàn)C.加入KSCN溶液無紅色出現(xiàn)D.加入K3[Fe(CN)6]溶液無藍色沉淀生成D提示

檢驗鐵片是否被腐蝕,實際上就是檢驗有無Fe2+產(chǎn)生。溶液中的氯離子能與銀離子反應生成氯化銀沉淀,加入AgNO3溶液產(chǎn)生沉淀無法說明Fe2+是否存在,A項錯誤;加入淀粉碘化鉀溶液無藍色出現(xiàn),說明不存在Fe3+,但不能確定是否存在Fe2+,B項錯誤;加入KSCN溶液無紅色出現(xiàn),說明不存在Fe3+,但不能確定是否存在Fe2+,C項錯誤;加入鐵氰化鉀溶液,無藍色沉淀生成,說明溶液中無Fe2+,即鐵片未被腐蝕,D項正確。角度拓展1.(2022廣東梅州二模)港珠澳大橋的設計使用壽命高達120年,主要的防腐方法有:①鋼梁上安裝鋁片;②使用高性能富鋅(富含鋅粉)底漆;③使用高附著性防腐涂料;④預留鋼鐵腐蝕量。判斷下列說法是否正確。(1)方法①②③只能減緩鋼鐵腐蝕,未能完全消除。(

)(2)防腐涂料可以防水、隔離O2降低吸氧腐蝕速率。(

)(3)防腐過程中鋁和鋅均失去電子,主要發(fā)生化學腐蝕。(

)(4)鋼鐵在海水中發(fā)生吸氧腐蝕時正極反應式為O2+2H2O+4e-══4OH-。(

)√√×√提示(3)鋁和鋅比鐵活潑,防腐過程形成原電池,鋁和鋅作負極失去電子,發(fā)生的是電化學腐蝕。2.(2022江蘇南通中學調(diào)研)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進行鐵的電化學腐蝕實驗。判斷下列說法是否正確。(1)鐵被氧化的電極反應式為Fe-2e-══Fe2+。(

)(2)活性炭的存在會加速鐵的腐蝕。(

)(3)以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕。(

)√√×提示

(3)以水代替NaCl溶液,電解質(zhì)溶液呈中性,鐵發(fā)生吸氧腐蝕。

專項熱考突破——突破一命題篇——新教材新高考

新型二次電池及分析二次電池是世界上廣泛使用的一種“化學電源”,具有電壓平穩(wěn)、安全可靠、價格低廉、適用范圍廣、原材料豐富和回收再生利用率高等優(yōu)點,是當前國際上研發(fā)的熱點?；诮滩闹秀U酸蓄電池的認知模型,結合原電池原理和電解原理,分析二次電池在放電、充電過程中電極或電解質(zhì)溶液發(fā)生的變化,并根據(jù)電子守恒進行簡單計算。典例突破1(2022廣東廣州執(zhí)信中學聯(lián)考)某大學科研團隊以KSn合金為負極,以含羧基多壁碳納米管(MWCNTs-COOH)為正極催化劑構建了可充電K-CO2電池,電解質(zhì)溶液為有機電解質(zhì),電池放電反應為4KSn+3CO2══2K2CO3+C+4Sn。該成果對改善環(huán)境和緩解能源問題具有巨大潛力。下列說法正確的是(

)A.充電時,陰極反應為2K2CO3+C-4e-══4K++3CO2↑B.電池每吸收22.4LCO2,電路中轉(zhuǎn)移4mole-C.放電時,內(nèi)電路中電流由KSn合金經(jīng)有機電解質(zhì)流向MWCNTs-COOHD.為了更好地吸收溫室氣體CO2,可用適當濃度的KOH溶液代替有機電

解質(zhì)答案

C解析

充電時,陰極發(fā)生得電子的還原反應,A錯誤;題干未說明氣體所處的條件,故無法計算22.4

L

CO2的物質(zhì)的量,無法計算電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目,B錯誤;放電時,內(nèi)電路中電流是由負極流向正極,即由KSn合金經(jīng)有機電解質(zhì)流向MWCNTs-COOH,C正確;K能與KOH溶液中的H2O反應,羧基能與KOH反應,故不能用適當濃度的KOH溶液代替有機電解質(zhì),D錯誤。典例突破2(2022北京豐臺區(qū)一模)一種可充電的鋅錳分液電池,其結構如下圖所示:下列說法不正確的是(

)A.放電時,正極電極反應式:MnO2+4H++2e-══Mn2++2H2OB.充電時,Zn作陰極:[Zn(OH)4]2-+2e-══Zn+4OH-C.離子交換膜a和b分別為陽離子交換膜和陰離子交換膜D.充電過程中K2SO4溶液的濃度逐漸降低答案

C解析

放電時,Zn是負極,MnO2是正極,正極的電極反應式為MnO2+4H++2e-══Mn2++2H2O,A正確;放電時,Zn是負極,充電時,Zn作陰極,陰極的電極反應式為[Zn(OH)4]2-+2e-══Zn+4OH-,B正確;放電過程中,正極區(qū)

通過離子交換膜a進入硫酸鉀溶液,負極區(qū)K+通過離子交換膜b進入硫酸鉀溶液,則a和b分別為陰離子交換膜和陽離子交換膜,C錯誤;充電過程中,K+通過離子交換膜b進入負極區(qū),通過離子交換膜a進入正極區(qū),故K2SO4溶液的濃度逐漸降低,D正確。典例突破3(2022福建莆田一模)科學家開發(fā)了一種高能量密度的鋰硫電池。其裝置如圖所示,當電池放電時,S8與Li+在多孔碳粒材料處生成Li2Sx(x為1~8)。下列說法正確的是(

)A.放電時,電流由鋰電極經(jīng)用電器流向多孔碳粒材料B.放電時,正極上的電極反應式為xS8+16e-+16Li+══8Li2SxC.充電時,電路上通過2mol電子,理論上陰極質(zhì)量減少14gD.非水電解質(zhì)可以用“超強酸”HSbF6代替答案

B

解析

放電時,鋰電極為電源負極,電流由多孔碳粒材料經(jīng)用電器流向鋰電極,A錯誤;放電時,正極發(fā)生還原反應,電極反應式為xS8+16e-

+16Li+══8Li2Sx,B正確;充電時,陰極發(fā)生還原反應,電路上通過2

mol電子,理論上陰極生成2

mol

Li,故質(zhì)量增加14

g,C錯誤;電極材料為活潑金屬鋰,鋰能與酸反應,故非水電解質(zhì)不可以用“超強酸”HSbF6代替,D錯誤。新材料新情境

北京冬奧會與氫燃料電池汽車新材料

為實現(xiàn)“綠色冬奧”的承諾,2022年2月4日至2月20日北京冬奧會期間我國政府在北京、延慶和張家口三大賽區(qū)共投入使用816輛氫氧燃料電池汽車作為主運力開展示范運營服務,再次將綠色奧運提到了新高度。思考(1)氫氧燃料電池中,通入空氣(或氧氣)的是

(填“正極”或“負極”);

(2)若氫氧燃料電池使用稀硫酸作電解質(zhì)溶液,負極電極反應式為

,正極電極反應式為

。

正極

H2-2e-====2H+O2+4H++4e-====2H2O典例突破4(2022陜西漢中二模)“踐行雙碳目標,助力綠色冬奧”,2022年北京冬奧會使用了搭載國家電投氫能公司全自主研發(fā)的“氫騰”燃料電池系統(tǒng)的宇通氫能大巴。某種氫燃料電池的內(nèi)部結構如圖,下列說法正確的是(

)A.b極為正極,電極反應式為O2+4e-+2H2O══4OH-B.電子流向:從電極a經(jīng)電解質(zhì)溶液到電極bC.裝置工作一段時間后,電解質(zhì)溶液的pH增大D.正極每消耗2.24LH2,轉(zhuǎn)移2mol電子答案

C解析

通入氧氣的電極b為正極,酸性條件下,氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應生成水,電極反應式為O2+4H++4e-══2H2O,A錯誤;通入氫氣的電極a為負極,通入氧氣的電極b為正極,電子從電極a經(jīng)用電器到電極b,B錯誤;電池工作時,反應生成水,電解質(zhì)溶液體積增大,溶液中c(H+)減小,溶液的pH增大,C正確;未告知是否處于標準狀況下,無法計算2.24

L

H2的物質(zhì)的量和反應轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量,D錯誤?！黄贫忸}篇——素養(yǎng)命題+題型突破1.反應熱的計算及蓋斯定律的應用(變化觀念與平衡思想)新高考廣東卷、山東卷、河北卷等在非選擇題中考查反應熱的計算,從鍵能、燃燒熱、蓋斯定律等角度進行反應熱的簡單計算,能用熱化學方程式表示反應中的能量變化,運用反應焓變合理選擇和利用化學反應,側(cè)重考查考生的綜合分析能力、簡單計算能力。典例突破1(2022遼寧撫順六校聯(lián)考)我國科學家合成高選擇性光催化劑,在溫和條件下利用CO2合成CH3CHO:答案

+186解析

分析反應①和反應②,確定需消去的中間物質(zhì)是CO2(g),根據(jù)蓋斯定律,由①-②×2可得反應2CH4(g)+H2O(g)CH3CHO(g)+3H2(g),則有ΔH=ΔH1-2ΔH2=-170

kJ·mol-1-(-178

kJ·mol-1)×2=+186

kJ·mol-1。方法點撥(1)根據(jù)鍵能計算反應熱:ΔH=?(反應物鍵能)-(生成物鍵能)。(2)利用蓋斯定律解題的思維流程——“疊加法”針對訓練1(2022廣東深圳一模)N2O是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》所列六種溫室氣體之一。目前,直接催化分解法是消除N2O的主要方法,該過程中發(fā)生的反應如下:答案

ΔH3-ΔH1-ΔH2解析

分析題給三個熱化學方程式,確定消去中間物質(zhì):N2O(g)、N2(g),根據(jù)蓋斯定律,由ⅲ-ⅰ-ⅱ可得反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g),則有ΔH=ΔH3-ΔH1-ΔH2。2.新型化學電源及分析(證據(jù)推理與模型認知)新高考廣東卷、河北卷、天津卷等在選擇題中設置考查化學電源及原理分析題,側(cè)重考查原電池原理及電解池原理的應用,此類題的認知模型是教材中氫氧燃料電池、鉛酸蓄電池、鋰離子電池等?；谧钚驴蒲谐晒?向考生展現(xiàn)科學研究的過程,領悟科學家的科學思維和方法,激發(fā)理論創(chuàng)新和應用實踐的興趣,激發(fā)學習動力,體現(xiàn)化學學科的育人價值作用。典例突破2(2022廣東茂名一模)一種新型可充放電鋰硒電池的結構示意圖如圖,下列說法正確的是(

)A.交換膜是陰離子交換膜B.放電時,Li+向b極移動C.放電時,外電路流過0.2mol電子時,負極減輕0.7gD.充電時,b極可發(fā)生反應3Li2Se8+2Li++2e-══4Li2Se6答案

B

解析

放電時,a極上Li失電子生成Li+,電極反應式為Li-e-══Li+,a為負極,則b為正極,電極反應式為3Li2Se8+2Li++2e-══4Li2Se6等,充電時則相反。Li+在充放電時向兩極移動,則交換膜是陽離子交換膜,A錯誤;放電時,a為負極,b為正極,溶液中陽離子移向正極,則Li+向b極移動,B正確;放電時,負極的電極反應式為Li-e-══Li+,外電路流過0.2

mol電子時,負極減少0.2

mol

Li,質(zhì)量為0.2

mol×7

g·mol-1=1.4

g

,C錯誤;充電時,b為電解池的陽極,失去電子發(fā)生氧化反應,D錯誤。方法點撥

“四步法”突破新型化學電源的構成及原理類題針對訓練2(2022湖南常德一模)近期,某科研團隊發(fā)明了一種新型的鋅離子熱充電電池,可以利用人體產(chǎn)生的低熱量充電。該電池以Zn和VO2-PC為電極材料,實現(xiàn)了低熱量發(fā)電。放電時,VO2結合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A.分離器可以為陰離子交換膜B.充電時,陽極電極反應式為ZnxVO2·yH2O+2xe-══VO2+xZn2++yH2OC.放電時,電流從Zn極流向VO2-PC極D.充電時,鋅離子從較高溫一側(cè)移至低溫一側(cè)答案

D解析

放電時,Zn為負極,電極反應式為Zn-2e-══Zn2+,VO2結合Zn2+生成ZnxVO2·yH2O,說明Zn2+從負極移向正極,則分離器可以是陽離子交換膜,但不能是陰離子交換膜,A錯誤;充電時,陽極發(fā)生氧化反應,電極反應式為ZnxVO2·yH2O-2xe-══VO2+xZn2++yH2O,B錯誤;放電時,電流由正極流向負極,即電流從VO2-PC極流向Zn極,C錯誤;充電時,Zn2+由較高溫區(qū)向左側(cè)低溫區(qū)遷移,并在Zn電極得電子被還原為Zn,D正確。3.電解原理及其應用(證據(jù)推理與模型認知)新高考廣東卷、山東卷、湖南卷、河北卷等重點考查了電解原理及其應用,建構電解池的裝置模型和工作原理的認知模型,基于此分析陌生電解池的工作原理,結合物質(zhì)的氧化性、還原性強弱,分析電極上放電物質(zhì)及反應產(chǎn)物,根據(jù)得失電子守恒進行電解池的相關計算,并設計電解池實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化或能量轉(zhuǎn)化。典例突破3(2022湖南懷化二模)乙醛酸(HOOCCHO)是有機合成的重要中間體。工業(yè)上以乙二醛(OHCCHO)和乙二酸(HOOCCOOH)為原料,用“雙極室成對電解法”生產(chǎn)乙醛酸,原理如圖所示。該裝置中陰、陽兩極均為惰性電極,兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸,其中乙二醛與M電極生成的物質(zhì)反應生成乙醛酸。下列說法錯誤的是(

)A.M極與直流電源的正極相連B.N電極上的電極反應式:HOOCCOOH+2e-+2H+══HOOCCHO+H2OC.電解一段時間后,N極附近溶液的pH變小D.若有2molH+通過質(zhì)子交換膜,則該裝置中生成的乙醛酸為2mol答案

C解析

由題圖可知,與直流電源正極相連的M電極為電解池的陽極,A正確;N電極為陰極,乙二酸在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成乙醛酸,電極反應式為HOOCCOOH+2H++2e-══HOOCCHO+H2O,B正確;由B項分析的N電極反應式可知,放電時消耗H+,溶液pH增大,C錯誤;若有2

mol

H+通過質(zhì)子交換膜,陰極和陽極均生成1

mol乙醛酸,則裝置中生成的乙醛酸的物質(zhì)的量為2

mol,D正確。方法點撥1.判斷電解池的陰極和陽極的方法2.電解池中電極產(chǎn)物的判斷和電極反應式的書寫

針對訓練3(2022廣東肇慶第三次質(zhì)檢)我國科研工作者提出通過電解原理聯(lián)合制備環(huán)氧乙烷的同時處理酸性含鉻廢水,其工作原理示意圖如圖所示。其中雙極膜由陽離子交換膜和陰離子交換膜組成,工作時內(nèi)層H2O解離為H+和OH-,并分別向兩極遷移。下列說法正確的是(

)A.電極a為電源正極B.膜q為陽離子交換膜C.工作時,NaOH溶液濃度保持不變答案

D

解析

由信息可知,電極M上乙烯被氧化為環(huán)氧乙烷、電極N上

被還原為Cr3+,則電極M為陽極、電極N為陰極,電極a為負極、電極b為正極,A錯誤;雙極膜中水解離出來的氫氧根離子向陽極區(qū)移動,膜q適合選用陰離子交換膜,B錯誤;工作時陽極區(qū)生成水,NaOH溶液濃度減小,C錯誤;Cr元素由+6價變?yōu)?3價,N極的電極反應式為

+14H++6e-══2Cr3++7H2O,D正確。——突破三熱點專攻——一、反應歷程(機理)的分析及應用高考必備1.命題分析高考廣東卷、湖南卷、山東卷、河北卷等均出現(xiàn)了考查反應歷程(機理)的試題,以分析反應過程為主,涉及共價鍵的變化、催化劑和反應中間體、氧化還原反應、能量變化、化學反應速率、活化能等,充分體現(xiàn)新高考對學科素養(yǎng)中“學習掌握”“實踐探索”“思維方法”三個維度的全面考查。2.催化劑和反應中間體的判斷(1)催化劑:分步反應中,參與第一步反應,并在最后一步重新生成的物質(zhì)。(2)反應中間體:除最初反應物、最終生成物及催化劑外,其他物質(zhì)一般都是反應中間體。3.物質(zhì)的能量變化及穩(wěn)定性的判斷(1)物質(zhì)的能量變化:根據(jù)反應物和生成物的總能量的相對高低,判斷吸熱反應和放熱反應;根據(jù)物質(zhì)具有能量或共價鍵的鍵能確定反應熱(ΔH)。(2)正、逆反應活化能的比較:結合ΔH=Ea(正反應)-Ea(逆反應)進行比較,如若為放熱反應ΔH<0,則有Ea(正反應)<Ea(逆反應)。(3)物質(zhì)穩(wěn)定性的判斷:先確定物質(zhì)具有能量的相對高低,一般情況,物質(zhì)具有的能量越低,其穩(wěn)定性越強。4.化學反應速率的比較(1)若化學反應分為多個基元反應,一般來說,活化能(Ea)越大,基元反應的反應速率越慢,反之則反應速率越快。(2)多步反應中,整個反應的總反應速率是由慢反應步驟決定。真題感悟1.(2022山東卷,10)在NO催化下,丙烷與氧氣反應制備丙烯的部分反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.含N分子參與的反應一定有電子轉(zhuǎn)移B.由NO生成HONO的反應歷程有2種C.增大NO的量,C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率不變D.當主要發(fā)生包含②的歷程時,最終生成的水減少D解析

本題考查有機物的轉(zhuǎn)化、反應歷程、氧化還原反應、平衡轉(zhuǎn)化率等相關知識點。根據(jù)反應機理的圖示可知,含N分子發(fā)生的反應有NO+·OOH══NO2+·OH、NO+NO2+H2O══2HONO、NO2+·C3H7══C3H6+HONO、HONO══NO+·OH,含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合價依次為+2價、+4價、+3價,上述反應中均有元素化合價的升降,都為氧化還原反應,一定有電子轉(zhuǎn)移,A項正確;根據(jù)圖示,由NO生成HONO的反應歷程有2種,B項正確;NO是催化劑,增大NO的量,C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率不變,C項正確;無論反應歷程如何,在NO催化下丙烷與O2反應制備丙烯的總反應都為2C3H8+O22C3H6+2H2O,當主要發(fā)生包含②的歷程時,最終生成的水不變,D項錯誤。2.[2021廣東卷,19(3)]一定條件下,CH4分解形成碳的反應歷程如圖所示。該歷程分

步進行,其中,第

步的正反應活化能最大。

答案

4

43.(2022湖南卷,12改編)反應物(S)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物(P或P·Z)的能量與反應進程的關系如下圖所示:下列有關四種不同反應進程的說法正確的是(

)A.進程Ⅰ是吸熱反應 B.平衡時P的產(chǎn)率:Ⅱ>ⅠC.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ

D.進程Ⅳ中,Z沒有催化作用答案

D解析

由圖中信息可知,進程Ⅰ中S的總能量大于產(chǎn)物P的總能量,因此進程Ⅰ是放熱反應,A錯誤;進程Ⅱ中使用了催化劑X,但是催化劑不能改變平衡產(chǎn)率,因此在兩個進程中平衡時P的產(chǎn)率相同,B錯誤;進程Ⅲ中由S·Y轉(zhuǎn)化為P·Y的活化能高于進程Ⅱ中由S·X轉(zhuǎn)化為P·X的活化能,由于這兩步反應分別是兩個進程的決速步驟,因此生成P的速率為Ⅲ<Ⅱ,C錯誤;進程Ⅳ中S吸附到Z表面生成S·Z,然后S·Z轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物P·Z,由于P·Z沒有轉(zhuǎn)化為P+Z,因此,Z沒有表現(xiàn)出催化作用,D正確。方法點撥“三步法”突破化學反應機理圖像及分析類題考向預測1.(無機反應歷程及能量變化)(2022山東臨沂二模)一種提純白磷樣品(含惰性雜質(zhì))的工藝流程如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.不慎將白磷沾到皮膚上,可用CuSO4稀溶液沖洗B.過程Ⅰ中氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為5∶6C.過程Ⅱ中,除生成Ca3(PO4)2外,還可能生成Ca(H2PO4)2、CaHPO4D.過程Ⅲ的化學方程式為2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C6CaSiO3+P4+10CO↑答案

B解析

由題圖可知,白磷與CuSO4溶液反應生成H3PO4和Cu3P,可除去白磷,故可用CuSO4稀溶液沖洗沾到皮膚上的白磷,再用大量水沖洗,A正確。過程Ⅰ中H3PO4是氧化產(chǎn)物,P4→H3PO4,P元素由0價升高到+5價,生成1

mol

H3PO4時失去5

mol電子;Cu3P是還原產(chǎn)物,CuSO4+P4→Cu3P,Cu元素由+2價降低到+1價,P元素由0價降低到-3價,生成1

mol

Cu3P得到6

mol電子,根據(jù)得失電子守恒推知,氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為6∶5,B錯誤。H3PO4是三元酸,過程Ⅱ中與Ca(OH)2溶液反應時,反應物的量影響生成物,除生成正鹽Ca3(PO4)2外,還可能生成兩種酸式鹽:Ca(H2PO4)2、CaHPO4,C正確。過程Ⅲ中,Ca3(PO4)2與SiO2、焦炭在高溫下反應生成CaSiO3、P4和CO,配平方程式可得:2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C6CaSiO3+P4+10CO↑,D正確。2.(有機反應機理及能量變化)(2022廣東汕頭一模)鐵的配合物離子(用[L-Fe-H]+表示)催化某反應的一種反應機理和相對能量的變化情況如圖所示:下列說法不正確的是(

)A.該過程的總反應為HCOOHCO2↑+H2↑B.H+濃度過大或者過小,均導致反應速率降低C.該反應機理中反應速率最慢的一步:HCOO-+CO2+Ⅳ―→HCOO-+CO2+H2+ⅠD.該催化循環(huán)中Fe元素的化合價發(fā)生了變化答案

D解析

根據(jù)反應機理圖可知,甲酸在催化劑的作用下,分解成CO2和H2,即該過程中的總反應為HCOOHCO2↑+H2↑,A正確;根據(jù)反應機理圖可知,甲酸電離產(chǎn)生H+和HCOO-,HCOO-參與反應,與催化劑結合放出二氧化碳,若H+濃度過大,抑制甲酸的電離,使c(HCOO-)降低,反應速率減慢,若H+濃度降低,反應Ⅲ→Ⅳ速率減慢,B正確;一般情況下,活化能越大,反應速率越慢,根據(jù)反應機理圖可知,HCOO-+CO2+Ⅳ―→HCOO-+CO2+H2+Ⅰ,活化能最大,反應速率最慢,C正確;與鐵成鍵的原子數(shù)和種類發(fā)生了改變,但配離子的電荷數(shù)沒變,故Fe元素化合價不變,D錯誤。二、電化學中隔膜的種類及作用高考必備1.命題分析新高考廣東卷、湖北卷、山東卷、湖南卷等在電化學選擇題中出現(xiàn)了涉及隔膜(離子交換膜、雙極膜)的試題,利用隔膜將原電池或電解池分成兩個或多個室,綜合考查原電池(或電解池)的構成及工作原理、判斷隔膜的種類、兩極室溶液的變化、簡單定量計算等,充分體現(xiàn)新高考對學科素養(yǎng)中“學習掌握”“思維方法”兩個維度的考查。2.電化學裝置中隔膜的種類及作用

種類作用陽離子交換膜只通過陽離子,且陽離子向陰極移動陰離子交換膜只通過陰離子,且陰離子向陽極移動質(zhì)子交換膜只通過質(zhì)子(H+),且向陰極移動雙極膜水流經(jīng)雙極膜,解離產(chǎn)生H+和OH-,分別向陰極、陽極移動3.離子交換膜的功能和作用(1)交換膜的功能是使離子選擇性地定向移動,使溶液保持電中性。(2)作用有三點:①隔離陰、陽極的產(chǎn)物,防止其發(fā)生化學反應;②用于制備物質(zhì);③用于物質(zhì)的分離提純。真題感悟1.(2022全國甲卷,10)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示[KOH溶液中,Zn2+以

存在]。電池放電時,下列敘述錯誤的是(

)A.Ⅱ區(qū)的K+通過隔膜向Ⅲ區(qū)遷移B.Ⅰ區(qū)的

通過隔膜向Ⅱ區(qū)遷移C.MnO2電極反應:MnO2+4H++2e-══Mn2++2H2OD.電池總反應:Zn+4OH-+MnO2+4H+══

+Mn2++2H2O答案

A解析

根據(jù)電池裝置圖可知,Zn電極為負極,MnO2電極為正極。根據(jù)原電池電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的移動方向(陰離子向負極定向移動,陽離子向正極定向移動)的規(guī)律可知,A項敘述錯誤,B項敘述正確;電池放電時的正極反應為MnO2+4H++2e-══Mn2++2H2O,C項敘述正確;放電時的負極反應為Zn+4OH--2e-

══

,由此可知,放電時的電池總反應為Zn+4OH-+MnO2+4H+══

+Mn2++2H2O,D項敘述正確。2.(2021天津卷,11)如圖所示電解裝置中,通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐漸溶解,下列判斷錯誤的是(

)A.a是電源的負極B.通電一段時間后,向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出現(xiàn)紅色C.隨著電解的進行,CuCl2溶液濃度變大D.當0.01molFe2O3完全溶解時,至少產(chǎn)生氣體336mL(折合成標準狀況下)答案

C解析

通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐漸溶解,說明石墨電極Ⅱ為陽極,則b為電源的正極,a為電源的負極,石墨電極Ⅰ為陰極,A正確;石墨電極Ⅱ為陽極,通電一段時間后,產(chǎn)生O2和H+,所以向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出現(xiàn)紅色,B正確;隨著電解的進行,Cu2+在陰極得電子生成銅單質(zhì),則CuCl2溶液濃度變小,C錯誤;當0.01

mol

Fe2O3完全溶解時,消耗氫離子的物質(zhì)的量為0.06

mol,根據(jù)陽極電極反應式2H2O-4e-══O2↑+4H+,產(chǎn)生氧氣的物質(zhì)的量為0.015

mol,體積為336

mL(折合成標準狀況下),D正確。方法點撥判斷離子交換膜種類的方法(1)判斷離子交換膜的用途是制取物質(zhì),還是避免電極產(chǎn)物之間發(fā)生反應。(2)根據(jù)電解質(zhì)溶液呈電中性的原則,判斷離子交換膜的種類。明確電極反應及產(chǎn)物,寫出陰、陽極上的電極反應。(3)依據(jù)電極反應式判斷該電極附近剩余哪種離子,考慮交換膜的用途,結合溶液呈電中性的原則,判斷離子移動的方向,確定離子交換膜的種類?？枷蝾A測

1.(帶隔膜的化學電源)(2022福建泉州二模)我國科學家利用光激發(fā)氧還原與氧析出反應構建了一種夾心三明治結構的鋅-空氣電池,實現(xiàn)了光能在電池中的轉(zhuǎn)換或存儲。電池反應式為2Zn+O2══2ZnO,裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.放電時,通入O2的一極為正極B.放電時,鋅電極的電極反應式為Zn+2OH--2e-══ZnO+H2OC.充電時,當電路中通過0.2mol電子,Zn電極增重6.5gD.析出等量氧,光激發(fā)可降低充電所需的電能答案

C解析

根據(jù)電池反應為2Zn+O2══2ZnO,Zn失電子為負極,通入O2的一極為正極。放電時,O2得電子,故通入O2的一極為正極,A正確;放電時,Zn失電子生成ZnO,故電極反應式為Zn+2OH--2e-══ZnO+H2O,B正確;充電時,Zn電極發(fā)生反應ZnO+H2O+2e-══Zn+2OH-,當電路中通過0.2

mol電子,有0.1

mol

ZnO被還原生成0.1

mol

Zn,故電極減重0.1

mol×81

g·mol-1-0.1

mol×65

g·mol-1=1.6

g,C錯誤;析出等量氧為充電過程,光激發(fā)實現(xiàn)了光能向電能的轉(zhuǎn)化,故光激發(fā)為電池充電提供了一部分能量,因此可降低充電所需的電能,D正確。2.(帶隔膜的化學電源)某科研團隊研制了一種基于陽離子型活性分子的中性水系有機液流電池,以[Pyr-TEMPO]和[Pyr-PV]Cl4作中性水系有機液流電池的電極材料,已知放電時[Pyr-PV]2+先轉(zhuǎn)化為[Pyr-PV]3+,后轉(zhuǎn)化為[Pyr-PV]4+,電池工作原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A.放電的過程中,氯離子由b電極向a電極移動B.放電時,負極的電極反應之一為[Pyr-PV]3+-e-══[Pyr-PV]4+C.a電極的電勢比b電極的低D.充電時,b電極為陽極,發(fā)生氧化反應答案

B解析

放電時[Pyr-PV]2+先轉(zhuǎn)化為[Pyr-PV]3+,后轉(zhuǎn)化為[Pyr-PV]4+,可知b電極失電子發(fā)生氧化反應,b極為電源負極,則a電極為正極。放電時,氯離子由a電極向b電極移動,A錯誤;放電時,負極的電極反應之一為[Pyr-PV]3+-e-══[Pyr-PV]4+,B正確;充電時,a電極為陽極,b電極為陰極,故無論放電或充電,a電極的電勢均比b電極的高,C錯誤;充電時,b電極為陰極,發(fā)生還原反應,D錯誤。3.(帶隔膜的化學電源)研究微生物燃料電池不僅可以獲得高效能源,還能對工業(yè)污水等進行處理。利用微生物燃料電池處理含硫廢水并電解制備KIO3的原理如圖所示,下列說法正確的是(

)A.光照強度大小不影響KIO3的制備速率B.右側(cè)電池中K+通過陽離子交換膜從P極移向Q極C.電極N處發(fā)生電極反應:S-6e-+4H2O══

+8H+D.不考慮損耗,電路中每消耗1molO2,理論上Q極可制得342.4gKIO3答案

C解析

光照強度大小影響單位時間內(nèi)生成氧氣的量,即影響電流大小,會影響KIO3的制備速率,A錯誤;鉑電極P為陰極,鉑電極Q為陽極,陰極生成氫氧根離子,而陽極生成的

比消耗的OH-少,溶液中K+通過陽離子交換膜從Q極移向P極,B錯誤;N極為負極,硫氧化菌將FeSx氧化為S,S再放電生成4.(帶隔膜的電解池)(2022遼寧本溪二模)我國科學家開發(fā)出一種雙極制氫系統(tǒng),在低電池電壓下的KOH介質(zhì)中,可將醛類物質(zhì)電催化轉(zhuǎn)化為相應的羧酸鹽和氫氣,其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(

)A.泡沫銅與直流電源的正極相連B.制得1mol氫氣,理論上外電路中遷移了2mol電子C.高電壓下不能實現(xiàn)雙極制氫的原因可能是Cu被氧化從而使催化劑失活D.泡沫銅電極上發(fā)生的電極反應式可能為2RCHO+4OH--2e-══2RCOO-+H2↑+2H2O答案

B解析

由題圖中OH-的移動方向可知,泡沫銅是陽極,與直流電源的正極相連,A正確;陰極的電極反應式為2H2O+2e-══2OH-+H2↑,陽極的電極反應式為2RCHO+4OH--2e-══2RCOO-+H2↑+2H2O,轉(zhuǎn)移2

mol電子時兩極上共生成2

mol

H2,B錯誤,D正確;銅是活性電極,高壓電可能使Cu放電生成Cu2+,引起催化劑失活,C正確。5.(帶隔膜的電解池)微生物電解池產(chǎn)甲烷技術是一種有望成為緩解能源危機與溫室效應的重要新型途徑。它以外界輸入的較小電能為能量來源,以微生物為催化劑,微生物電解池耦合厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)甲烷的工作原理如下。下列有關說法錯誤的是(

)A.a為電源的正極,b為電源的負極

B.電子的移動方向:從b→導線→Y電極,再經(jīng)X→導線→aC.Y電極發(fā)生的反應:CO2+8H++8e-══CH4+2H2O、8H++8e-══4H2↑、CO2+4H2══CH4+2H2OD.若用鉛酸電池為電源,理論上消耗98gH2SO4時,此裝置中有2molH+發(fā)生遷移答案

D解析

由圖可知,右側(cè)CO2得電子轉(zhuǎn)化為CH4,則右側(cè)Y電極為陰極,則b為電源負極