(新课标)2020高考化学二轮复习第一部分专题突破方略专题九化学反应与能量教学案

(1)以天然气为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。 已知：①CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝ a kJ·mol ②CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH2＝ b kJ·mol ③CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH3

请计算反应③的反应热ΔH3＝________(用a、b表示)kJ·mol。 (2)已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1 2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2 C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3 C(s)＋H2O(g)

CO(g)＋H2(g) ΔH

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则ΔH＝________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的式子表示)。

(3)某课题组实现了在常温常压下，以氮气和液态水为原料制备氨同时有氧气生成。

已知，在一定温度和压强下，由最稳定的单质生成1 mol纯物质的热效应，称为该物质的生成热(ΔH)。常温常压下，相关物质的生成热如下表所示：

物质 ΔH/(kJ·mol1－NH3(g) －46 H2O(l) －242 ) 上述合成氨反应的热化学方程式为_________________________________________。 (4)已知：①COS(g)＋H2(g)②COS(g)＋H2O(g)③CO(g)＋H2O(g)

H2S(g)＋CO(g) ΔH1＝－17 kJ·mol

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H2S(g)＋CO2(g) ΔH2＝－35 kJ·mol H2(g)＋CO2(g) ΔH3

则ΔH3＝____________。

(5)下图所示为1 mol CH4完全燃烧生成气态水的能量变化和1 mol S(g)燃烧的能量变化。在催化剂作用下，CH4可以还原SO2生成单质S(g)、H2O(g)和CO2，写出该反应的热化学方程式：______________________________________________________________________。

(6)汽车排气管内的催化转化器可实现尾气无毒处理。 已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.5 kJ·mol 2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221.0 kJ·mol CO2(g)===C(s)＋O2(g) ΔH＝＋393.5 kJ·mol

则反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的 ΔH＝________ kJ·mol。

解析：(1)根据盖斯定律可得③＝①×2－②，所以ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝(2a－b) kJ·mol。

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(2)已知：①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1； ②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2； ③C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3；

11

根据盖斯定律，由③－×①－×②得反应C(s)＋H2O(g)

221

ΔH2。 2

(3)由题意知①式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH1＝(－46×2) kJ·mol

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1

CO(g)＋H2(g) ΔH＝ΔH3－ΔH1－

2

，②式：2H2(g)＋

O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝(－242×2) kJ·mol，2×①－3×②得方程式为2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g) ΔH＝2ΔH1－3ΔH2＝＋1 268 kJ·mol。

(4)根据盖斯定律由②－①＝③可得ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－35 kJ·mol－(－17 kJ·mol)＝－18 kJ·mol。

(5)根据图像可知：

①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝Ea1－Ea2＝126 kJ·mol－928 kJ·mol＝－802 kJ·mol

②S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－577 kJ·mol；

根据盖斯定律可知①－②×2即得到CH4和SO2反应的热化学方程式：CH4(g)＋2SO2(g)===CO2(g)＋2S(g)＋2H2O(g) ΔH＝＋352 kJ·mol。

(6)将已知热化学方程式依次编号为①②③，

根据盖斯定律，由①＋②＋③×2得N2(g)＋2CO2(g)===2NO(g)＋2CO(g) ΔH＝(＋180.5 kJ·mol

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)＋(－221.0 kJ·mol

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)＋(＋393.5 kJ·mol

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)×2＝＋746.5 kJ·mol

－1

，则反应2NO(g)＋

2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝－746.5 kJ·mol。

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答案：(1)2a－b (2)ΔH3－ΔH1－ΔH2 (3)2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g) ΔH＝＋1

22268 kJ·mol (4)－18 kJ·mol (5)CH4(g)＋2SO2(g)===2S(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝＋352 kJ·mol (6)－746.5

10．按要求回答下列问题：

(1)《Journal of Energy Chemistry》报道我国科学家设计CO2熔盐捕获与转化的装置如图，电源负极为________(填“a”或“b”)，d极的电极反应式为______________________。

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(2)利用生物电池，以H2、N2为原料合成氨的装置如图所示。

Q、R均为催化剂，据图示判断，负极反应的催化剂为________(填“Q”或“R”)；正极的电极反应式为_______________________________________________________________。

(3)对废水中氮、磷元素的去除已经逐渐引起科研人员的广泛关注。采用两级电解体系对废水中硝态氮和磷进行降解实验取得了良好的去除效果。装置如图所示，由平板电极(除氮时a极为催化电极，b极为钛电极；除磷时a极为铁，b极为钛板)构成二维两级电解反应器。

①a电极上的电势比b电极上的电势________(填“低”或“高”)。

②除氮时，b极的电极反应式为___________________________________________。

(4)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能：

①M极的电极反应式为______________________________________。

②当外电路通过0.2 mol电子时，质子交换膜左侧的溶液质量________(填“增大”或“减小”)________g。

(5)某种燃料电池以熔融碳酸钠、碳酸钾为电解质，其工作原理如图所示，该电池负极的电极反应式为_____________________________________________________________。

若电极B附近通入1 m空气(假设空气中O2的体积分数为20%)并完全反应，理论上可消耗相同条件下CH4的体积为________m。

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解析：(1)由题图所示，c电极上发生失电子的氧化反应，故c做阳极，则a为电源正极，b为电源负极；d极得电子，电极反应式为CO3＋4e===C＋3O。(2)根据原电池工作原理，负极上失去电子，元素化合价升高，所以通氢气的一端为负极，根据装置图判断，Q为负极催化剂；通氮气的一端为正极，根据工作原理，正极反应式为N2＋6H＋6e===2NH3。(3)①由电极反应可知b电极为阴极，a电极为阳极，所以a电极上的电势比b电极上的电势高；②除氮时，因电解质溶液呈酸性，故b极的电极反应式为2NO3＋10e＋12H===N2↑＋6H2O。(4)①反应本质是二氧化硫、氧气与水反应生成硫酸，M电极为负极，N电极为正极，M电极上二氧化硫失去电子被氧化生成SO4，根据原子守恒和电荷守恒可知，有水参加反应，有氢离子生成，电极反应式为SO2＋2H2O－2e===SO4＋4H。②正极反应式为O2＋4e＋4H===2H2O，当外电路通过0.2 mol电子时，负极反应的二氧化硫为0.1 mol，质量为6.4 g，同时有0.2 mol氢离子通过质子交换膜进入右侧，左侧溶液质量增大6.4 g－0.2 g＝6.2 g。(5)燃料电池通O2的电极为正极，通CH4的电极为负极，即电极A为负极，负极上CH4失电子发生氧化反应，生成CO2，电极反应式为CH4＋4CO3－8e===5CO2＋2H2O；若电极B附近通入1 m空气(假设空气中O2的体积分数为20%)，则参加反应的O2的物质的量为1 000 L×20%÷22.4 L·mol，根据得失电4－1－13

子守恒可知，消耗CH4的体积为1 000 L×20%÷22.4 L·mol××22.4 L·mol＝100 L＝0.1 m。

8

答案：(1)b CO3＋4e===C＋3O (2)Q N2＋6H＋6e===2NH3

(3)①高 ②2NO3＋12H＋10e===N2↑＋6H2O (4)①SO2＋2H2O－2e===SO4＋4H ②增大 6.2 (5)CH4＋4CO3－8e===5CO2＋2H2O 0.1

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