专题六　化学反应与能量 (原卷版)

这是一份专题六　化学反应与能量 (原卷版)，共32页。学案主要包含了化学能与热能，化学能与电能等内容，欢迎下载使用。
专题六　化学反应与能量
明课程标准
备关键能力
1．认识化学能可以与热能、电能等其他形式能量之间相互转化，能量的转化遵循能量守恒定律。知道内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强、物质的聚集状态的影响。
2．认识化学能与热能的相互转化，恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示，了解盖斯定律及其简单应用。
3．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。了解原电池及常见化学电源的工作原理。了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。
1．理解与辨析：理解能量变化产生的原因，掌握原电池、电解池的工作原理，能辨析燃烧热、中和热、原电池、电解池的相关概念。
2．分析与推测：能够分析化学反应过程、物质价键情况，从不同角度进行反应热的计算，正确分析原电池和电解池装置，判断并书写电极反应。
3．归纳与论证：能够识别原电池和电解池的工作原理模型，对新型化学电源利用模型进行分析，总结相关规律。


高考真题·导航
GAO KAO ZHEN TI DAO HANG
　　　　　　
1．(2021·全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　)

A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为＋2H＋＋2e－===＋H2O
C．制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 mol电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
2．(2021·全国乙卷)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率，为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。

下列叙述错误的是(　　)
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
3．(2020·全国卷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
4．(2020·全国卷Ⅱ·12)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
5．(2020·全国卷Ⅲ·12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)－空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O该电池工作时，下列说法错误的是(　　)

A．负载通过0．04 mol电子时，有0．224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
6．(2019·课标全国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，示意图如图所示。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NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
7．(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。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__________________________________________。

8．(2020·全国卷Ⅰ·28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)　ΔH＝－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____________________________________________________________。

9．(2020·全国卷Ⅱ·28)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)
－1 560
－1 411
－286

ΔH＝____________kJ· mol－1。
10．(2020·全国卷Ⅱ·28节选)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__________。

　　　　　　
化学能与热能是高考必考知识点，且考查形式固定，主要以填空题型考查，预测未来高考中仍会以非选择题的形式与化学平衡相结合考查热化学方程式的书写、盖斯定律的应用、反应热的计算，偶尔在选择题型中考查反应热的大小比较。
高考每年都会结合图形考查原电池原理或电解池原理在工业生产中的应用。建议在备考过程中加强对新型燃料电池、新型可充电电池的关注。
近几年全国卷高考化学试题中均涉及电化学知识，并且试题的背景较为新颖，对考生分析问题的能力提出了较高要求。预测在2022年的高考命题中，在题型上仍以传统题型为主，以某一个非水溶液电池为背景考察以原电池为主的电化学知识。依托于某一新型可充电电池示意图，考察原电池的工作原理及其电极反应式的书写，电极材料以及电极反应的判断，溶液pH的变化是高考命题的热点。考纲中对原电池的要求达到了“理解”的级别，因此，通过一个新型电池装置考察原电池的知识以及金属的腐蚀和绿色能源的开发，即突出了使考生了解新科技的发展，又达到了选拔优秀生的目的。

必备知识·整合
BI BEI ZHI SHI ZHENG HE
一、化学能与热能
1．从两种
角度理解化学反应热
反应热
图示

图像
分析
微观
宏观
a表示断裂旧化学键吸收的能量；
b表示生成新化学键放出的能量；c表示反应热
a表示反应物的活化能；
b表示活化分子形成生成物释放的能量；c表示反应热
ΔH的
计算
ΔH＝H(生成物)－H(反应物)
ΔH＝∑E(反应物键能)－∑E(生成物键能)
2．热化学方程式书写注意事项
(1)注意ΔH的单位：ΔH的单位为kJ·mol－1。
(2)注意测定条件：绝大多数的反应热ΔH是在25 ℃、101 kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。
(3)注意热化学方程式中的化学计量数：热化学方程式的化学计量数可以是整数，也可以是分数。
(4)注意物质的聚集状态：气体用“g”，液体用“1”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用“↑”和“↓”。
(5)注意ΔH的数值与符号：如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。
(6)对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态外，还要注明物质的名称。
如：①S(单斜，s)＋O2(g)===SO2(g)
ΔH＝－297．16 kJ·mol－1
②S(正交，s)＋O2(g)===SO2(g)
ΔH2＝－296．83 kJ·mol－1
③S(单斜，s)===S(正交，s)　ΔH3＝－0．33 kJ·mol－1
二、化学能与电能
1．原电池、电解池的工作原理
原电池

电解池
(阳极为惰
性电极)


2．正、负极和阴、阳极的判断方法
原电池

电解池


3．新型化学电源中电极反应式的书写
(1)书写步骤

(2)燃料电池中正极电极反应式的书写思路
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，O2得到电子后化合价降低，首先变成O2－，O2－能否存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸碱盐)的不同，其电极反应也有所不同，下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后O2－的存在形式：
电解质环境
从电极反应式判O2－的存在形式
酸性电解质溶液环境下
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性电解质溶液环境下
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
固体电解质(高温下能传导O2－)环境下
O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下
O2＋2CO2＋4e－===2CO

4．电解池电极反应式的书写方法
—判断电解池的阴、阳极
│
—

特别说明：通常电极反应可以根据阳极材料和电解质溶液性质判断。但在高考题中往往需要结合题给信息进行判断。
5．陌生电解池装置图的知识迁移
(1)电解池

(2)金属腐蚀


关键能力·突破
GUAN JIAN NENG LI TU PO
考点一　化学能与热能
角度　能量图像的分析与应用
典例1(2021·重庆模拟)甲烷燃烧时的能量变化如图，有关说法正确的是(　　)

A．图1中反应为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝＋890．3 kJ/mol
B．图2中反应为CH4(g)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－607．3 kJ/mol
C．由图可以推知CO2和CO相比，CO更稳定
D．由图可以推得CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283 kJ/mol

易错点拨
解答能量变化图像题的“4关键”
(1)反应热不能取决于部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小，即部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小不能决定反应是吸热还是放热。
(2)注意活化能在图示(如图)中的意义。

从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能，即E1；从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能，即E2。
(3)催化剂只能影响正、逆反应的活化能，而不影响反应的ΔH。
(4)设计反应热的有关计算时，要切实注意图示中反应物和生成物的物质的量。

角度　化学反应机理、进程图像分析
典例2(2021·长沙模拟)Ni可活化C2H6放出CH4，其反应历程如下图所示：

下列关于活化历程的说法错误的是(　　)
A．此反应的决速步骤：中间体2→中间体3
B．只涉及极性键的断裂和生成
C．在此反应过程中Ni的成键数目发生变化
D．Ni(s)＋C2H6(g)===NiCH2(s)＋CH4(g)　ΔH＝－6．57 kJ·mol－1
角度　反应热的计算及热化学方程式的书写
典例3(2021·南京模拟)随着化石能源的减少，新能源的开发利用日益迫切。
(1)Bunsen热化学循环制氢工艺由下列三个反应组成：
SO2(g)＋I2(g)＋2H2O(g)===2HI(g)＋H2SO4(l)　ΔH1＝a kJ·mol－1
2H2SO4(l)===2H2O(g)＋2SO2(g)＋O2(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1
2HI(g)===H2(g)＋I2(g)　ΔH3＝c kJ·mol－1
则：2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝_____________kJ·mol－1。
(2)硅光电池作为电源已广泛应用于人造卫星、灯塔和无人气象站等，工业制备纯硅的反应为2H2(g)＋SiCl4(g)===Si(s)＋4HCl(g)　ΔH＝＋240．4 kJ·mol－1。若将生成的HCl通入100 mL 1 mol·L－1的NaOH溶液中恰好完全反应，则在此制备纯硅反应过程中的热效应是________________________kJ。
(3)据粗略统计，我国没有经过处理便排放的焦炉煤气已超过250亿立方米，这不仅是能源的浪费，也对环境造成极大污染。为解决这一问题，我国在2004年起已利用焦炉煤气制取甲醇及二甲醚。已知CO中的C与O之间为三键连接，且合成甲醇的主要反应原理为CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH。表中所列为常见化学键的键能数据：
化学键
C—C
C—H
H—H
C—O
C≡O
H—O
键能/kJ·mol－1
348
414
436
326．8
1 032
464

则该反应的ΔH＝________________kJ·mol－1。
(4)以CO2(g)和H2(g)为原料合成甲醇，反应的能量变化如图1所示。

补全上图：图中A处应填入____________________________________。
(5)恒温恒容条件下，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图2所示。

已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196．6 kJ·mol－1
①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式：_________________________________。
②ΔH2＝_________________kJ·mol－1。


方法技巧
热化学方程式书写与正误判断易出现的5种常见错误
(1)“＋”“－”漏写或使用不正确。如放热反应未标“－”。
(2)单位与热量Q单位混淆。ΔH的单位为“kJ·mol－1(或kJ/ mol)”，易错写成“kJ”。
(3)物质的状态标注不正确。s、l、 g和aq分别表示固态、液态、气态和水溶液。
(4)ΔH的数值不正确。即ΔH的数值必须与方程式中的化学计量数相对应。
(5)对概念的理解不正确。如燃烧热是指1 mol可燃物，且生成CO2(g)、H2O(l)、SO2(g)等；中和热是指1 mol H＋和1 mol OH－生成1 mol H2O(l)。

〔类题通关〕
1．(2021·郑州模拟)科学家结合实验和计算机模拟结果，研究了在贵重金属催化剂表面上的气态体系中，一个CO分子还原NO的能量变化与反应历程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．该反应的热化学方程式为2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝Ed－Ea kJ·mol－1
B．决定整个反应速率快慢的步骤是①
C．反应过程中断裂与形成的化学键都包含σ键和π键
D．改变催化剂，不能使反应的焓变发生改变
2．(2021·西安模拟)2007年诺贝尔化学奖授予埃特尔以表彰其对于合成氨反应机理的研究，氮气和氢气分子在催化剂表面的部分变化过程如图所示，下列说法不正确的是(　　)

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1
A．升高温度不能提高一段时间内NH3的产率
B．图①→②过程吸热，图②→③过程放热
C．N2在反应过程中三键均发生断裂
D．反应过程中存在—NH—、—NH2等中间产物
3．(2021·嘉兴模拟)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出废旧印刷电路板上的铜。已知：
①Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)　ΔH＝＋64．39 kJ·mol－1
②2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH＝－196．46 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285．84 kJ·mol－1
在H2SO4溶液中，1 mol Cu(s)与H2O2(l)反应生成Cu2＋(aq)和H2O(l)的反应热ΔH等于(　)
A．－319．68 kJ·mol－1 B．－417．91 kJ·mol－1
C．－448．46 kJ·mol－1 D．＋546．69 kJ·mol－1
考点二　化学能与电能
角度　原电池原理在新型电池中的应用
典例1(2021·衡阳模拟)近日，南开大学陈军院士团队以KSn合金为负极，以含羧基多壁碳纳米管(MWCNTs—COOH)为正极催化剂构建了可充电K－CO2电池(如图所示)，电池反应为4KSn＋3CO22K2CO3＋C＋4Sn，其中生成的K2CO3附着在正极上。该成果对改善环境和缓解能源问题具有巨大潜力。下列说法正确的是(　　)

A．放电时，电子由KSn合金经酯基电解质流向MWCNTs—COOH
B．电池每吸收22．4 L CO2，电路中转移4 mol e－
C．充电时，阳极电极反应式为C－4e－＋2K2CO3===3CO2↑＋4K＋
D．为了更好地吸收温室气体CO2，可用适当浓度的KOH溶液代替酯基电解质

方法技巧
四步解决新型化学电源问题


角度　实际生产中电解原理的应用
典例2(2021·东北师大附中模拟)近日，上海交通大学周保学教授等人提出了一种如下图所示的光电催化体系，该体系利用双极膜既能将SO2转化为SO所释放的化学能用于驱动阴极H2O2的高效生成，也可以实现烟气脱SO2．则下列说法错误的是(　　)

A．阴极反应为：2H＋＋O2＋2e－===H2O2
B．电解液中有2个离子交换膜，膜b为阳离子交换膜，膜a为阴离子交换膜
C．随着反应的进行，阳极区pH降低
D．每生成1 mol SO，伴随着1 mol H2O2的生成

答题模板
“电解装置”解题流程


角度　电化学原理在金属腐蚀与防护中的应用
典例3　＋＋＋(2020·江苏高考·11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)

A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快

规律方法
金属的三种防护措施
1．改变金属内部结构：如把Ni、Cr等加入普通钢里制成不锈钢合金，具有很强的抗腐蚀性。
2．覆盖保护层：在金属的表面覆盖保护层如涂防锈漆、油脂、搪瓷、加塑料保护层及电镀等可阻止金属与周围可发生反应的物质接触。
3．使用电化学保护法
(1)利用原电池原理——牺牲阳极的阴极保护法
(2)利用电解池原理——外加电流的阴极保护法

角度　原电池原理与电解池原理的综合应用
典例4电絮凝技术(EC)是一种集混凝、气浮、电化学于一体的新兴水处理技术，实验表明电絮凝技术能除去废水中96%以上的磷(主要以PO形式存在)和油污，某化学兴趣小组用甲烷燃料电池作为电源模拟电絮凝净水，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．甲烷燃料电池中X是空气，Y是甲烷
B．燃料电池的负极反应为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
C．电解池阳极溶解9 g Al，理论上有2 g CH4被氧化
D．电絮凝净水存在氧化、水解、吸附、上浮和下沉等过程

方法技巧
燃料电池中不同环境下的电极反应式
以甲醇、O2燃料电池为例：
酸性介质，如稀H2SO4
负极
CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
正极
O2＋6e－＋6H＋===3H2O
碱性介质，如KOH溶液
负极
CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
正极
O2＋6e－＋3H2O===6OH－
熔融盐介质，如K2CO3
负极
CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O
正极
O2＋6e－＋3CO2===3CO
高温下能传导O2－的固体作电解质
负极
CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
正极
O2＋6e－===3O2－


〔类题通关〕
1．(2021·河北高考)K－O2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
2．(2021·福州模拟)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对污染防治比过去要求更高。某种利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体结合的装置示意图如下，当该装置工作时，下列说法正确的是(　　)

A．盐桥中Cl－向Y极移动
B．电路中流过7．5 mol电子时，共产生标准状况下N2的体积为16．8 L
C．电流由X极沿导线流向Y极
D．Y极发生的反应为2NO＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－，周围pH增大
3．(2021·成都模拟)关于下列各装置图的叙述错误的是(　　)

A．用图①装置精炼铜，b极为精铜，电解质溶液为CuSO4溶液
B．图②装置盐桥中KCl的K＋移向乙烧杯
C．图③装置中钢闸门应与外接电源的负极相连，称之为“牺牲阳极的阴极保护法”
D．图④两个装置中通过导线的电子数相同时，消耗负极材料的物质的量不同
4．(2021·深圳模拟)一种以水和氮气为原料，用电驱动可实现常压下合成氨的机理如图所示。有关该过程的叙述正确的是(　　)

A．电解MgCl2的水溶液可得到Mg和Cl2
B．Mg3N2既是氧化产物又是还原剂
C．NH4Cl是催化剂
D．产生了副产物O2

预测精练·提能
YU CE JING LIAN TI NENG
1．(2021·广州模拟)我国科学家构建直接异质结构和间接异质结构系统，实现CO2还原和H2O氧化。有关该过程的叙述正确的是(　　)

A．只涉及太阳能转化为化学能
B．金属Pt表面的反应为Fe2＋－e＝===Fe3＋
C．Fe2＋/Fe3＋作为氧化还原协同电对，可以换成I－/I2
D．总反应为2H2O＋2CO2===O2＋2HCOOH
2．(2021·重庆模拟)工业合成三氧化硫的反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　△H＝－198 kJ·mol－1，反应过程可用下图模拟(代表O2分子，代表SO2分子，代表催化剂)。下列说法不正确的是(　　)

A．过程Ⅱ和过程Ⅲ决定了整个反应进行的程度
B．过程Ⅱ为吸热过程，过程Ⅲ为放热过程
C．加入SO2和O2各1 mol，充分反应后放出的热量小于99 kJ
D．催化剂可降低反应的活化能，使ΔH减小
3．(2021·兰州模拟)上海交通大学仇毅翔等研究了不同含金化合物催化乙烯加氢[C2H4(g)＋H2(g)===C2H6(g)　△H＝a mol·L－1]的反应历程如下图所示：

下列说法正确的是(　　)
A．该反应为吸热反应
B．a＝－129．6
C．催化乙烯加氢效果较好的催化剂是AuF
D．两种过渡态物质中较稳定的是过渡态1
4．(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：

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
5．(2021·洛阳模拟)我国化学工作者提出一种利用有机电极(PTO/HQ)和无机电极(MnO2/石墨毡)，在酸性环境中可充电的电池其放电时的工作原理如图所示：

下列说法错误的是(　　)
A．放电时，MnO2/石墨毡为正极，发生还原反应
B．充电时，有机电极和外接电源的负极相连
C．放电时，MnO2/石墨毡电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O
D．充电时，有机电极的电极反应式为PTO＋4e－＋4H2O===HQ＋4OH－
6．(2021·南昌模拟)碳的化合物在工业上应用广泛，下面有几种碳的化合物的具体应用：
(1)已知下列热化学方程式：
ⅰ．CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)===CH2ClCHClCH3(g)　ΔH1＝－133 kJ·mol－1
ⅱ．CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)===CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)　ΔH2＝－100 kJ·mol－1
又已知在相同条件下，CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)===CH2ClCHClCH3(g)的正反应的活化能Ea(正)为132 kJ·mol－1，则逆反应的活化能Ea(逆)为_______kJ·mol－1。
(2)查阅资料得知，反应CH3CHO(aq)===CH4(g)＋CO(g)在含有少量I2的溶液中分两步进行：
第Ⅰ步反应为CH3CHO(aq)＋I2(aq)―→CH3I(l)＋HI(aq)＋CO(g)(慢反应)；
第Ⅱ步为快反应。
增大I2的浓度______(填“能”或“不能”)明显增大总反应的平均速率，理由是_____________________________________________________________________________。
(3)在一密闭容器中，起始时向该容器中充入6 mol H2S和3 mol CH4，发生反应：CH4(g)＋2H2S(g)===CS2(g)＋4H2(g)。在压强为0．11 MPa时，温度变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如下图所示：

为提高H2S的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是__________________________________________(列举一条)。N点对应温度下，该反应的Kp＝______________________(MPa)2(Kp为以分压表示的平衡常数)。
(4)合成碳酸二甲酯的工作原理如下图所示。

阳极的电极反应式为__________________________，离子交换膜a为______(填“阳膜”“阴膜”)。

热点聚焦
RE DIAN JU JIAO
一、大题题型—盖斯定律的应用
〔知识储备〕
1．定律内容
一定条件下，一个反应不管是一步完成，还是分几步完成，反应的总热效应相同，即反应热的大小与反应途径无关，只与反应的始态和终态有关。
2．常用关系式
热化学方程式
焓变之间的关系
aA===B　ΔH1
A===B　ΔH2
ΔH2＝ΔH1或
ΔH1＝aΔH2
aA===B　ΔH1
B===aA　ΔH2
ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2
3．答题模板——叠加法
(1)步骤
—
⇩
—
⇩
—
(2)方法
—

—

—
〔典例剖析〕
(1)(2019·全国卷Ⅲ·28节选)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。
Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g)　ΔH1＝83 kJ· mol－1
CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g)　ΔH2＝－20 kJ· mol－1
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。
(2)(2018·全国卷Ⅰ·28节选)已知：
2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4．4 kJ·mol－1
2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55．3 kJ·mol－1
则反应的N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝__________kJ·mol－1。
(3)(2018·全国卷Ⅱ·27节选)CH4－CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。
回答下列问题：
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－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ· mol－1
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ· mol－1
该催化重整反应的ΔH＝__________kJ· mol－1。
(4)(2018·全国卷Ⅲ·28节选)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。SiHCl3在催化剂作用下发生反应：
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)　ΔH1＝48 kJ· mol－1
3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)＋2SiHCl3(g)　ΔH2＝－30 kJ· mol－1
则反应4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH＝____________kJ· mol－1。
〔增分训练〕
1．(1)氨是最重要的化工产品之一。合成氨用的氢气可以甲烷为原料制得：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。有关化学反应的能量变化如下图所示，则CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为_____________________________________________。

(2)已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1
S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2
2S(s)S2(g)　ΔH3
2H2S(g)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(g)　ΔH4
则反应2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)的ΔH＝_____________________________________。
(3)工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ/mol
已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－484 kJ/mol，写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式：__________________________________________________________。
2．(2021·郑州模拟)在化学反应中，只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应，这些分子称为活化分子，使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能，其单位通常用kJ/mol表示。请认真观察图像，然后回答问题：

(1)图中所示反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，该反应________(填“需要”或“不需要”)加热，该反应的ΔH＝___________(用含E1、E2的代数式表示)；
(2)对于同一反应，图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比，活化能大大降低，活化分子的百分数增多，反应速率加快，你认为最可能的原因是____________。
(3)已知红磷比白磷稳定，则反应：
P4(白磷，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)　ΔH1；
4P(红磷，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)　ΔH2；
ΔH1和ΔH2的关系是ΔH1______ΔH2(填“＞”“＜”或“＝”)。
(4)在298 K、101 kPa时，已知：
2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　ΔH1
Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g)　ΔH2
2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3
则ΔH3与ΔH1和ΔH2之间的关系正确的是______。
A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2
(5)已知H2(g)＋Br2(l)===2HBr(g)　ΔH＝－72 kJ·mol－1，蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ，其他相关数据如下表：
物质
H2(g)
Br2(g)
HBr(g)
1 mol分子中的化学键断
裂时需要吸收的能量(kJ)
436
200
a

则表中a＝__________。
二、离子交换膜在电化学中的应用
〔知识储备〕
1．离子交换膜的作用及类型
(1)功能的作用

(2)常见的离子交换膜
种类
允许通过的离子及移动方向
说明
阳离子交换膜
阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极
阴离子和气体不能通过
阴离子交换膜
阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极
阳离子和气体不能通过
质子交换膜
质子→移向电解池的阴极或原电池的正极
只允许H＋通过
2．多室交换膜的分析
(1)两室电解池
如图是利用一种微生物将废水中的有机物(如淀粉)和废气NO的化学能直接转化为电能。

(2)三室电解池
用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠。

(3)四室电解池
H3PO2可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：

〔典例剖析〕
(2021·广东高考)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 g
C．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＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋　　
〔增分训练〕
1．(2018·课标全国Ⅰ，13)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA－Fe2＋－e－===EDTA－Fe3＋
②2EDTA－Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA－Fe2＋

该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA－Fe3＋/EDTA－Fe2＋，溶液需为酸性
2．(2021·绵阳模拟)锌铈液流二次电池，放电工作原理如图所示。下列说法正确的是( )

A．充电时，b极发生还原反应
B．放电时，溶液中离子由b极向a电极方向移动
C．放电时，电池的总离子反应方程式为Zn＋2Ce4＋===Zn2＋＋2Ce3＋
D．充电时，当a极增重3．25 g时，通过交换膜的离子为0．05 mol






3．电解合成1,2－二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中正确的是(　　)

A．该装置工作时，化学能转变为电能
B．CuCl2能将C2H4还原为l,2－二氯乙烷
C．X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D．该装置总反应为CH2===CH2＋2H2O＋2NaClH2＋2NaOH＋ClCH2CH2Cl
4．(2021·昆明模拟)利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．a极反应：CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
B．A膜和C膜均为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．a极上通入标况下2．24 L甲烷，理论上产品室可新增0．4 mol Ca(H2PO4)2
专题强化提升训练(六)
1．(2021·天津模拟)如图是CH4与Cl2生成CH3Cl的部分反应过程中各物质物质的能量变化关系图(Ea表示活化能)，下列说法错误的是(　　)

A．增大Cl2的浓度，可提高反应速率，但不影响ΔH的大小
B．第一步反应的速率小于第二步反应
C．总反应为放热反应
D．升高温度，Ea1、Ea2均增大，反应速率加快
2．已知热化学方程式：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q>0)。下列说法正确的是(　　)
A．相同条件下，2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)所具有的能量小于2 mol SO3(g)所具有的能量
B．将2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)置于一密闭容器中充分反应后，放出热量为Q kJ
C．增大压强或升高温度，该反应过程放出更多的热量
D．如将一定量SO2(g)和O2(g)置于某密闭容器中充分反应后放热Q kJ，则此过程中有2 mol SO2(g)被氧化
3．(2021·临川模拟)使用NC环金属化Ir(Ⅲ)配合物催化甲酸脱氢的反应机理如下图。下列说法中错误的是(　　)

A．甲酸脱氢过程的总反应为HCOOHCO2↑＋H2↑
B．反应过程中，Ir(Ⅲ)配合物B为催化剂，Ir(Ⅲ)配合物A为中间产物
C．由D→E的过程，是甲酸协助转运H的过程
D．反应过程中，HCOOH中的C===O键发生断裂
4．(2021·北京模拟)Deacon催化氧化法将HCl转化为Cl2的反应为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－116 kJ·mol－1
研究发现CuCl2(s)催化反应的过程如下：
反应ⅰ：CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g)　ΔH1＝＋83 kJ·mol－1
反应ⅱ：CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g)　ΔH2＝－20 kJ·mol－1
反应ⅲ：……
下列表述不正确的是(　　)
A．反应ⅰ中反应物的总能量小于生成物的总能量
B．反应ⅱ中，1 mol CuCl(s)反应时转移2 mol e－
C．推断反应ⅲ应为CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)　ΔH3＝－242 kJ·mol－1
D．由反应过程可知催化剂参与反应，通过改变反应路径提高反应速率
5．(2021·山东高考)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(　　)
A．放电过程中，K＋均向负极移动
B．放电过程中，KOH物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1 mol O2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11．2 L
6．已知：(1)Zn(s)＋O2(g)===ZnO(s)，ΔH＝－348．3 kJ·mol－1，
(2)2Ag(s)＋O2(g)===Ag2O(s)，ΔH＝ －31．0 kJ·mol－1，则Zn(s)＋Ag2O(s)===ZnO(s)＋2Ag(s)的ΔH等于(　　)
A．－379．3 kJ·mol－1 B．－317．3 kJ·mol－1
C．－332．8 kJ·mol－1 D．317．3 kJ·mol－1
7．(2021·绵阳模拟)文献报道：在45 ℃、0．1 MPa时，科学家以铁粉为催化剂，通过球磨法合成氨。部分反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注)，下列说法正确的是(　　)

A．由此历程可知：N*＋3H*===NH*＋2H*　ΔH>0
B．铁粉改变了合成氨的反应历程和反应热
C．图示过程中有极性共价键的生成
D．用不同催化剂合成氨，反应历程均与上图相同
8．(2021·茂名模拟)中国科学家研究出对环境污染小、便于铝回收的海水电池，其工作原理示意图如图所示，已知聚丙烯半透膜的作用是允许某类粒子通过。下列说法正确的是( )

A．电极Ⅰ为正极，其电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．聚丙烯半透膜允许阳离子从右往左通过
C．如果电极Ⅱ为活性镁铝合金，则负极区会逸出大量气体
D．当负极质量减少5．4 g时，正极消耗3．36 L气体
9．(2021·安庆模拟)甲池是一种常见的氢氧燃料电池，如下图所示。一段时间乙池内，D中进入10 mol混合气体其中苯的物质的量分数为20%(杂质不参与反应)，C出来的气体中含苯的物质的量分数为10%的混合气体(不含H2，该条件下苯、环己烷都为气态)，下列说法不正确的是(　　)

A．甲池中A处通入O2，E处有O2放出，且体积一样(标况下测定)
B．甲池中H＋由G极移向F极，乙池中H＋由多孔惰性电极移向惰性电极
C．乙池中惰性电极上发生：＋6H＋＋6e－===
D．导线中共传导12 mol电子
10．(2021·哈尔滨模拟)中国科学院大连化物所的研究团队创新性提出锌碘单液流电池的概念，实现锌碘单液流中电解液的利用率近100%，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．放电时A电极反应式为：Zn2＋＋2e－===Zn
B．放电时电解质储罐中离子总浓度减小
C．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜
D．充电时A极增重65 g，C区增加离子数为2NA
11．(2021·合肥模拟)普通电解水制氢气和氧气的缺点是温度高，能耗大。铈—钒液流电池在充电状态下产生的Ce4＋和V2＋离子可在低温催化条件下用于制备氢气和氧气，该装置示意图如图。下列说法错误的是(　　)

A．在催化剂作用下有利于降低分解水制氢的能耗
B．铈—钒液流电池在充电状态下总反应为：Ce3＋＋V3＋Ce4＋＋V2＋
C．工作时，H＋通过质子交换膜由a往b移动
D．制氧气的离子方程式为：4Ce4＋＋4OH－4Ce3＋＋O2↑＋2H2O
12．(2021·长沙模拟)H2O2和O3都是较强的氧化剂，可用于环境消杀。以下电化学装置可协同产生H2O2和O3，产生H2O2和O3的物质的量之比为5∶1，下列说法错误的是(　　)

A．Y电极电势低于X电极
B．膜为质子交换膜
C．生成双氧水的电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．X极处可能还存在其他副反应
13．(2021·广元模拟)碳是形成化合物种类最多的元素，其单质及化合物是人类生产生活的主要能源物质。请回答下列问题：
(1)有机物M经过太阳光光照可转化成N，转化过程如图：

ΔH＝＋88．6 kJ/mol则M、N相比，较稳定的是______。(用字母“M”或“N”表示)
(2)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH＝－238．6 kJ/mol，CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－a kJ/mol，则a______238．6(填“＞”“＜”或“＝”)。
(3)使Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1 mol Cl2参与反应时释放出145 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：___________________________________。
(4)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质，将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧，所得物质可作耐高温材料，4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)===2Al2O3(s)＋3TiC(s)　ΔH＝－1 176 kJ/mol，则反应过程中，每转移1 mol电子放出的热量为__________kJ。
(5)盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可通过间接的方法测定。现根据下列3个热化学反应方程式：
①Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)　ΔH＝－24．8 kJ·mol－1
②3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH＝－47．2 kJ·mol－1
③Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋640．5 kJ·mol－1
写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式：____________________________________________________________。



14．生活污水中的氮和磷主要以铵盐和磷酸盐形式存在，可用电解法从溶液中去除。电解装置如图：以铁作阴极、石墨作阳极，可进行除氮；翻转电源正负极，以铁作阳极、石墨作阴极，可进行除磷。

Ⅰ．电解除氮
(1)在碱性溶液中，NH3能直接在电极放电，转化为N2，相应的电极反应式为：_____________________________________________。
(2)有Cl－存在时，除氮原理如图1所示，主要依靠有效氯(HClO、ClO－)将NH或NH3氧化为N2。在不同pH条件下进行电解时，氮的去除率和水中有效氯浓度如图2：

①当pH D．无法确定
Ⅳ．制备碳基燃料
利用铜基配合物1,10—phenanthroline—Cu催化剂电催化CO2还原制备碳基燃料(包括CO、烷烃和酸等)是减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键手段之一，其装置原理如图所示。

(5)①电池工作过程中，图中Pt电极附近溶液的pH______(填“变大”或“变小”)，阴极的电极反应式为___________________________________________________。
②每转移2 mol电子，阴极室溶液质量增加________g。