2020新课标高考化学二轮教师用书：第1部分 专题4 化学能与热能、电能的相互转化

专题四化学能与
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。

■真题引领——感悟高考真题·········································
1．(2019·江苏高考)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。

下列有关说法正确的是()
A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0 B．氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023
D．反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：ΔH＝反应中形成新共价键的键能之和－反应中断裂旧共价键的键能之和
A[A项，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)，反应前后气体分子数减少，ΔS<0，根据化学反应自发性的判据ΔH－TΔS<0知，该反应的ΔH<0，正确；B项，氢氧燃料电池的负极为H2失电子发生氧化反应，正极为O2得电子发生还原反应，错误；C项，常温常压下，气体摩尔体积数值未知，无法计算11.2 L H2的物质的量，故无法确定电子转移数目，错误；D项，ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，错误。

]
2．(2019·浙江4月选考)MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M＝Ca、Mg)：
已知：离子电荷相同时，半径越小，离子键越强。

下列说法不正确的是
()
A．ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0
B．ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)>0
C．ΔH1(CaCO3)－ΔH1(MgCO3)＝ΔH3(CaO)－ΔH3(MgO)
D．对于MgCO3和CaCO3，ΔH1＋ΔH2>ΔH3
C[根据已知信息，离子电荷相同时，半径越小，离子键越强。

由于r(Mg2＋)<r(Ca2＋)，所以MgCO3的离子键强于CaCO3，由于化学键断裂需要吸热，故ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0，A项正确；由于ΔH2只与CO2－3相关，故ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)>0，B项正确；根据能量关系图可知ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3，由于ΔH(MgCO3)≠ΔH(CaCO3)，故ΔH1(MgCO3)＋ΔH2(MgCO3)－
ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)＋ΔH2(CaCO3)－ΔH3(CaO),而ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)，故ΔH1(MgCO3)－ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)－ΔH3(CaO)，Δ
H1(CaCO3)－ΔH1(MgCO3)≠ΔH3(CaO)－ΔH3(MgO)，C项错误；由于ΔH＋ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，而ΔH>0，故ΔH1＋ΔH2>ΔH3，D项正确。

]
3．(1)(2019·全国卷Ⅱ，节选)已知：
(g)===
(g)＋H2(g)ΔH1＝100.3 kJ·mol－1①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)
ΔH 3＝________ kJ·mol －1。

③
(2)(2019·全国卷Ⅲ，节选)Deacon 直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl 2(s)===CuCl(s)＋12
Cl 2(g) ΔH 1＝83 kJ·mol －1 CuCl(s)＋12O 2(g)===CuO(s)＋12
Cl 2(g) ΔH 2＝－20 kJ·mol －1
CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl 2(s)＋H 2O(g)
ΔH 3＝－121 kJ·mol －1
则4HCl(g)＋O 2(g)===2Cl 2(g)＋2H 2O(g)的ΔH ＝____kJ ·mol －1。

[解析] (1)根据盖斯定律，反应①＋②可得反应③，则ΔH 3＝ΔH 1＋ΔH 2＝100.3 kJ·mol －1＋(－11.0 kJ·mol －1)＝89.3 kJ·mol －1。

(2)由盖斯定律可得，4HCl(g)＋O 2(g)===2Cl 2(g)＋2H 2O(g) ΔH ＝2ΔH 3＋2ΔH 2＋2ΔH 1＝(－121 kJ·mol －)×2＋(－20 kJ·mol －1×2)＋(83 kJ·mol －1×2)＝－116 kJ·mol －1。

[答案] (1)89.3 (2)－116
4．(1)(2018·全国卷Ⅰ，节选)已知：2N 2O 5(g)===2N 2O 4(g)＋O 2(g) ΔH 1＝－
4.4 kJ·mol －1
2NO 2(g)===N 2O 4(g) ΔH 2＝－55.3 kJ·mol －1
则反应N 2O 5(g)===2NO 2(g)＋12
O 2(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
C O
H—O C—H
E/(kJ·mol
－1)
436 343 1 076 465 413 123 ________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)＋1
2O2(g)
ΔH1＝327 kJ·mol－1
②SO2(g)＋I2(s)＋2H2O(l)===2HI(aq)＋H2SO4(aq)
ΔH2＝－151 kJ·mol－1
③2HI(aq)===H2(g)＋I2(s)
ΔH3＝110 kJ·mol－1
④H2S(g)＋H2SO4(aq)===S(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)
ΔH4＝61 kJ·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＝(1 076 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1)－(413 kJ·mol－1×3＋343 kJ·mol－1＋465 kJ·mol－1)＝－99 kJ·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＝(－58 kJ·mol－1)－(－99 kJ·mol－1)＝＋41 kJ·mol－
1。

[答案](1)＋53.1(2)H2O(l)===H2(g)＋1
2O2(g)ΔH＝286 kJ·mol
－1
H2S(g)===H2(g)＋S(s)ΔH＝20 kJ·mol－1系统(Ⅱ)(3)－99＋41 5．(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(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的
3D-Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。

电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋
H2O(l)放电
充电
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。

]
6．(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。

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－4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－===2CO2－3＋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。

]
7．(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。

]
8．(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)。

Na＋―→Na
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1 mol 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Fe＋2===Fe
,
＋H2↑。

电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍Na＋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1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗1
4mol O2，标
准状况下，1
4mol O2的体积为
1
4mol×22.4 L·mol
－1＝5.6 L。

[答案](1)Fe电极Fe＋2===Fe
,
＋H2↑[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]水会阻碍中间物Na＋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
9．(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、T3、T4。

(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T5、T6。

(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T8、T9。

(4)电化学、外加电流阴极的保护原理，如T7。

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)
■重难突破——重难知识梳理···········································
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E 2－E 1。

2．盖斯定律中的三种定量关系
转化类型 反应热间的关系 a A ――→ΔH 1B 、A ――→ΔH 21a B
ΔH 1＝a ΔH 2 A
ΔH 1
ΔH 2
B
ΔH 1＝－ΔH 2
ΔH＝ΔH1＋ΔH2
(1)[示例]
(2017·全国卷Ⅲ，节选)已知：
①As(s)＋3
2H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)ΔH1
②H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(l)ΔH2
③2As(s)＋5
2O2(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
■考能提升——高考类题集训··········································
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 ℃，101 kPa 下：
化学键C—H C—C O===O C===O H—O 键能/ (kJ·mol－1) 415 331 498 745 465
A．火炬中丙烷完全燃烧的热化学方程式为C3H8＋5O2===3CO2＋4H2OΔH ＝－1 718 kJ·mol－1
B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(g)ΔH<－1 718 kJ·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＝1 718 kJ·mol－1
D．火炬中丙烷燃烧的能量变化可用如图所示表示
D[1 mol C3H8分子中含有2 mol C—C键，8 mol C—H键，C3H8在燃烧过程中所有的化学键均要发生断裂，1 mol C3H8化学键断裂吸收的热量＝2×331 kJ ＋8×415 kJ＝3 982 kJ，5 mol O2化学键断裂吸收的热量＝5×498 kJ＝2 490 kJ，生成的3 mol CO2和4 mol H2O放出的热量＝3×2×745 kJ＋4×2×465 kJ＝8 190 kJ，故1 mol C3H8完全燃烧生成CO2和H2O(g)放出热量＝8 190 kJ－(3 982＋2 490)kJ＝1 718 kJ，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＝－1 718 kJ·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C 3H 8(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CO 2催化加氢可以制取乙烯： CO 2(g)＋3H 2(g)
1
2C 2H 4
(g)＋2H 2O(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 ＝－152 kJ·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 ＝(803 kJ·mol －1×2＋436 kJ·mol －1×3)－[12
×(x kJ ·mol
－1
＋414 kJ·mol －1×4)＋464 kJ·mol －1×4]＝－152 kJ·mol －1，解得x ＝764。

[答案] (a －b ) kJ·mol －1 764
4．(1)一定条件下(T ℃、1 atm)，可以用Cl 2(g)和NH 3(g)制得NH 2Cl(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
(2)已知1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143 kJ，18 g水蒸气变成液态水放出44 kJ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 x463
[解析](2)根据题意，可得热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH＝－572 kJ·mol－1；而18 g水蒸气变成液态水时放出44 kJ热量，则2H2(g)＋
O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－484 kJ·mol－1，即－484 kJ＝2x kJ＋496 kJ－4×463 kJ，解得x＝436。

[答案](1)Cl2(g)＋NH3(g)===NH2Cl(g)＋HCl(g)ΔH＝＋11.3 kJ·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1 mol 的CuSO 4·5H 2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH 1，将1 mol 的CuSO 4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH 2；CuSO 4·5H 2O 受热分解的化学方程式为：CuSO 4·5H 2O(s)=====△CuSO 4(s)＋5H 2O(l)，热效应为ΔH 3。

则下列判断正确的是( )
A ．ΔH 2>ΔH 3
B ．ΔH 1<ΔH 3
C ．ΔH 1＋ΔH 3＝ΔH 2
D ．ΔH 1＋ΔH 2>ΔH 3 B [设计路径为
且ΔH 1＝ΔH 2＋ΔH 3。

]
6．(2019·衡水金卷，节选)(1)已知：Ⅰ.2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH1＝－113 kJ·mol－1；
Ⅱ.NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g)ΔH2＝－199 kJ·mol－1；
Ⅲ.N2O4(g)2NO2(g)ΔH3＝＋55.3 kJ·mol－1；
Ⅳ.4NO2(g)＋O2(g)2N2O5(g)ΔH4＝－57 kJ·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＝＋180.5 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g)ΔH＝－221 kJ·mol－1
若某反应的平衡常数表达式为K＝c（N2）·c2（CO2）
c2（NO）·c2（CO）
，请写出此反应的热化
学方程式：
_____________________________________________________ _____________________________________________________。

[解析](1)根据盖斯定律1
2×(Ⅳ×3＋Ⅱ×2－Ⅰ)得：6NO2(g)＋
O3(g)3N2O5(g)ΔH＝1
2×[(－57 kJ·mol
－1)×3＋(－199 kJ·mol－1)×2－(－113
kJ·mol－1)]＝－288 kJ·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＝－746.5 kJ·mol－1。

[答案](1)－228(2)2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746.5 kJ·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－285.8 kJ·mol－1和－726.5 kJ·mol－1；
CH3OH(l)===CH3OH(g)ΔH＝＋35.2 kJ·mol－1；
H2O(l)===H2O(g)ΔH＝＋44 kJ·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＝－272 kJ·mol－1
第二步：H2NCOONH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH＝＋138 kJ·mol－1写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式：
_____________________________________________________
_____________________________________________________。

[解析](1)H2燃烧的热化学方程式为①H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(l)ΔH＝－
285.8 kJ·mol－1
CH3OH燃烧的热化学方程式为②CH3OH(l)＋3
2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－726.5 kJ·mol－1
③CH3OH(l)===CH3OH(g)ΔH＝＋35.2 kJ·mol－1；
④H2O(l)===H2O(g)ΔH＝＋44 kJ·mol－1。

根据盖斯定律得①×3－②＋③＋④，得CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋
H2O(g)的ΔH＝－51.7 kJ·mol－1。

[答案](1)－51.7(2)2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2(s)ΔH＝－134 kJ·mol－1
新型电池的工作原理分析
(对应学生用书第24页)
■重难突破——重难知识梳理···········································
1．突破原电池工作原理
2．原电池的改进
说明：(1)改进后的优点是电流效率的提高，电流持续稳定。

(2)盐析的三个作用
①隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；
②通过离子的定向移动，构成闭合回路；
③平衡电极区的电荷。

(3)离子交换膜的作用：离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。

3．二次电池充电时连接模型(“正”接“正”，“负”接“负”)
注意：放电时负极反应与充电时的阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。

如铅蓄电池：
负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4
阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4
4．电极反应式书写的一般方法
(1)[示例]
①Pb＋PbO2＋2H2SO4放电
充电
2PbSO4＋2H2O
a．放电时：负极反应式为_______________________________
b．充电时：阳极反应式为_______________________________
②2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－为锂-铜电池的放电反应，负极反应式为___________________，正极反应式为______________________。

③已知H2O2是一种弱酸，在强碱溶液中主要以HO－2的形式存在。

已知：Al—H2O2碱性燃料电池的总反应为2Al＋3NaHO2===2NaAlO2＋NaOH＋H2O。

该电池的负极反应式为______________，正极反应式为_______________。

[答案]①Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SO2－4
②2Li－2e－===2Li＋Cu2O＋2e－＋H2O===2Cu＋2OH－
③2Al－6e－＋8OH－===2AlO－2＋4H2O3HO－2＋6e－＋3H2O===9OH－
(2)思维模板
■考能提升——高考类题集训··········································
新型二次电池
1．(2019·衡水模拟)钠电池由于其快速充放电的特性受到科研工作者的重视，某钠离子钛基电池结构如图所示，电解质为含钠离子的高聚物，已知电池的反应
方程式为2Na x C n＋x NaTi2(PO4)3放电
充电
2n C＋x Na3Ti2(PO4)3。

下列关于该电池
说法正确的是()
A．放电时电池正极为Na x C n
B．放电时Na＋向电极Ⅱ移动
C．充电时阳极反应：Na x C n－x e－===n C＋x Na＋
D．充电时电极Ⅰ与外电源正极相连
D[根据电子的移动方向可知，电极Ⅱ为负极，Na x C n失去电子生成C，电极Ⅰ为正极，NaTi2(PO4)3得到电子生成Na3Ti2(PO4)3。

A.根据上述方向，放电时电池正极为NaTi2(PO4)3，错误；B.放电时是原电池，在原电池中阳离子移向正极，错误；C.充电时，原电池的正极与电源的正极相连，作阳极，阳极上是Na3Ti2(PO4)3失去电子生成NaTi2(PO4)3，错误。

]
2．(2019·青岛一模)水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如图。

该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及黏结剂等)为负极，V2O5为正极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液。

下列叙述错误的是()
A．放电时，Zn2＋向V2O5电极移动
B．充电时，阳极区电解液的浓度变大
C．充电时，粉末多孔锌电极发生还原反应
D．放电时，V2O5电极上的电极反应式为V2O5＋x Zn2＋＋2x e－===Zn x V2O5 B[充电时，阳极区发生氧化反应，Zn2＋通过阳离子交换膜移向阴极区，阳极区电解液浓度不会变大，B错误。

]
3．(2019·潍坊模拟)石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充放电电池，其反应式为Li x C6＋Li1－
x CoO2
放电
充电
C6＋LiCoO2，其工作原理如图所示。

下列关于该电池的说法正确
的是()
A．充电时，Li＋嵌入LiCoO2中
B．放电时，LiCoO2极发生的电极反应为LiCoO2－e－===Li1－x CoO2＋Li＋C．放电时负极反应为Li－e－===Li＋
D．充电时，若转移1 mol e－，石墨烯电极增重7 g
D[充电时，石墨烯为阴极，C6发生还原反应生成Li x C6，则Li＋向石墨烯移动，故A项错误；放电时，LiCoO2极是正极，发生得电子的还原反应，电极反应式为Li1
－x
CoO2＋x Li＋＋x e－===LiCoO2，故B项错误；放电时负极反应为Li x C6－x
e－===C6＋x Li＋，原电池中无Li单质存在，故C项错误。

]
4．浙江大学成功研制出具有较高能量密度的新型铝—石墨
烯(C n)电池(如图)。

该电池分别以铝、石墨稀为电极，放电时，
电池中导电离子的种类不变。

已知能量密度＝电池容量（J）负极质量（g）。

下列分析正确的是()
A．放电时，C n(石墨烯)为负极
B．放电时，Al2Cl－7在负极转化为AlCl－4
C．充电时，阳极反应为4Al2Cl－7＋3e－===Al＋7AlCl－4
D．以轻金属为负极有利于提高电池的能量密度
D[该电池以铝、石墨稀为电极，放电时铝为负极，C n(石墨烯)为正极，A项错误；放电时负极上Al发生氧化反应，根据放电时电池中导电离子的种类不变，可知负极上发生反应：Al－3e－＋7AlCl－4===4Al2Cl－7，AlCl－4在负极转化为Al2Cl－7，B项错误；充电时，阳极发生失电子的氧化反应，C项错误；根据能量密度＝
电池容量（J）
负极质量（g）
，以轻金属为负极，负极质量小，有利于提高电池的能量密度，D 项正确。

]
新型二次电池常考的几个角度
(1)放电时，正、负极的判断。

(2)充、放电时两极反应式书写判断。

(3)充、放电时，电子、离子的移动方向。

(4)电极附近溶液性质的变化。

(5)充、放电两极反应类型判断。

(6)充电连接判断。

(7)基本电化学计算。

新型燃料电池
5．锂-铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。

该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电能，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu
＋2Li＋＋2OH－，下列说法错误的是()
A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动
B．放电时，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O
D．整个反应过程中，氧化剂为O2
B[由总反应方程式可知Cu2O中Cu元素化合价降低，被还原，正极反应式应为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－，B错误。

]
6．(2019·江西南昌一模)微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。

如图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。

下列说法正确的是()
A．好氧微生物反应器中反应为NH＋4＋2O2===NO－3＋2H＋＋H2O
B．B极电势比A极电势低
C．A极的电极反应式：CH3COO－＋8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋
D．当电路中通过1 mol电子时，理论上总共生成2.24 L N2
A[根据题中图示H＋移向B极，故A为负极，B为正极，正极电势高于负极电势，B错误；A电极发生失电子反应，C错误；2.24 L未指明标准状况，D错误。

]
7．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。

某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是()
A．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO2－4的反应为HS－＋4H2O－8e－===SO2－4＋9H＋
B．电子从电极b流出，经外电路流向电极a
C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化
D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜
A[根据题图知，在硫氧化菌作用下HS－转化为SO2－4，发生氧化反应：HS－＋4H2O－8e－===SO2－4＋9H＋，A项正确；电子从电极a流出，经外电路流向电极b，B项错误；如果将反应物直接燃烧，有部分化学能转化为热能和光能，能量的利用率降低，C项错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.4 mol H ＋通过质子交换膜，D项错误。

]
回归高考，真题验收
8．(2018·全国卷Ⅲ)一种可充电锂—空气电池如图所示。

当电池放电时，O 2与Li ＋
在多孔碳材料电极处生成Li 2O 2－x (x ＝0或1)。

下列说法正确的是( )
A ．放电时，多孔碳材料电极为负极
B ．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C ．充电时，电解质溶液中Li ＋
向多孔碳材料区迁移
D ．充电时，电池总反应为Li 2O 2－x ===2Li ＋⎝ ⎛⎭
⎪⎫1－x 2O 2 D [根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O 2，O 2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A 项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B 项错误；Li ＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C 项错误。

]
9．(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋x S8===8Li2S x(2≤x ≤8)。

下列说法错误的是()
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
D[D项，电池充电时电极a发生反应：2Li2S2－2e－===Li2S4＋2Li＋，充电时间越长，电池中Li2S2的量越少，错误。

]
10．(2019·全国卷Ⅰ)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，示意图如下所示。

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
B[A项，该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件，正确；B项，该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV ＋，错误；C项，右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，是正极，在正极区N2得到电子生成NH3，发生还原反应，正确；D项，原电池中，内电路中H＋通过交换膜由负极区向正极区移动，正确。

]
间接电化学反应原理简介
(1)定义：间接电化学反应是以具有“电子传递”功能的物质为媒质(催化剂)，对反应基质进行间接氧化或还原，从而得到目的产物。

(2)原理：媒质也称为“电对”或“介对”，其首先在电极表面失去(或得到)电子，形成氧化态(或还原态)在电解溶液中进一步氧化(或还原)反应基质，最终生成目的产物。

其原理如下图所示：
电解原理的应用金属腐蚀与防
护
(对应学生用书第27页)
■重难突破——重难知识梳理···········································
1．电解池工作原理模型图
[注]①阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……
②阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞……
③当阳极是金属(Au、Pt除外)电极时，溶液中的离子不再放电而是金属失电子生成金属阳离子。

2．电化学计算的两种常用方法
(1)根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

②用于混合溶液中电解的分阶段计算。

(2)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其
离子的化合价数值)
3．金属电化学腐蚀与防护思维模型
■考能提升——高考类题集训··········································
电解原理的应用
1．纳米级Cu 2O 由于具有优良的催化性能而受到关注。

采用离子交换膜控制电解液中OH －的浓度制备纳米级Cu 2O 的装置如图所示，发生的反应为2Cu ＋
H 2O=====电解Cu 2O ＋H 2↑。

下列说法正确的是( )
A．钛电极发生氧化反应
B．阳极附近溶液的pH逐渐增大
C．离子交换膜应采用阳离子交换膜
D．阳极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
D[钛电极为阴极，发生还原反应，A项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，OH－由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C项错误、D项正确；由阴极区迁移过来的OH－在阳极全部参与反应，阳极附近溶液的pH不变，B项错误。

]
2．(2019·茂名模拟)煤的电化学脱硫是借助煤在电解槽阳极发生的电化学氧化反应，将煤中黄铁矿(FeS2)或有机硫化物氧化成可溶于水的含硫化合物而达到净煤目的，如图是一种脱硫机理，则下列说法正确的是()
①—电极a②—黄铁矿③—MnSO4、H2SO4混合溶液④—未反应黄铁矿⑤—电解产品
A．Mn3＋充当了电解脱硫过程的催化剂
B．电极a应与电源负极相连
C．脱硫过程中存在的离子反应为8H2O＋FeS2＋15Mn3＋===Fe3＋＋16H＋＋2SO2－4＋15Mn2＋
D．阴极发生的反应：2H2O＋2e－===4H＋＋O2↑
C[电解初期，电极a发生Mn2＋－e－===Mn3＋，电解后期Mn3＋又被还原，。