2025年高一上學(xué)期化學(xué)“化學(xué)能源材料”中的化學(xué)知識(shí)考查一、化學(xué)能源的核心知識(shí)點(diǎn)解析（一）能源的分類與化學(xué)本質(zhì)能源根據(jù)來源可分為三類：來自地球外部天體的能量（如太陽能、化石燃料）、地球本身蘊(yùn)藏的能量（如核能、地?zé)崮埽⑻祗w相互作用產(chǎn)生的能量（如潮汐能）。從化學(xué)視角看，能源的本質(zhì)是物質(zhì)內(nèi)部能量的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化形式，其中化石燃料的化學(xué)能來源于遠(yuǎn)古生物固定的太陽能，通過燃燒反應(yīng)釋放熱能：C?H?+(n+m/4)O?→nCO?+(m/2)H?O+熱量。該反應(yīng)的焓變（ΔH）可通過鍵能計(jì)算：ΔH=反應(yīng)物總鍵能-產(chǎn)物總鍵能，例如甲烷燃燒的ΔH=[4E(C-H)+2E(O=O)]-[2E(C=O)+4E(O-H)]=-890kJ/mol，體現(xiàn)強(qiáng)放熱特性。（二）化學(xué)反應(yīng)與能量變化在任何的化學(xué)反應(yīng)中總伴有能量的變化。原因：當(dāng)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，斷開反應(yīng)物中的化學(xué)鍵要吸收能量，而形成生成物中的化學(xué)鍵要放出能量。化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中是吸收能量還是放出能量，取決于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小。E反應(yīng)物總能量>E生成物總能量，為放熱反應(yīng)。常見的放熱反應(yīng)包括所有的燃燒與緩慢氧化、酸堿中和反應(yīng)、金屬與酸反應(yīng)制取氫氣、大多數(shù)化合反應(yīng)等；常見的吸熱反應(yīng)包括以C、H?、CO為還原劑的氧化還原反應(yīng)、銨鹽和堿的反應(yīng)、大多數(shù)分解反應(yīng)等。（三）電化學(xué)基礎(chǔ)與化學(xué)電源原電池通過自發(fā)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化，其電動(dòng)勢E=E正極-E負(fù)極。例如鋅銅原電池：負(fù)極（氧化）：Zn-2e?=Zn2?E°=-0.76V；正極（還原）：Cu2?+2e?=CuE°=+0.34V；總反應(yīng)：Zn+Cu2?=Zn2?+CuE°=1.10V。電池容量（mAh/g）與電極材料摩爾質(zhì)量、電子轉(zhuǎn)移數(shù)相關(guān)：容量=(nF)/(3.6M)，其中n為電子數(shù)，F(xiàn)=96500C/mol，M為摩爾質(zhì)量（g/mol）?；瘜W(xué)電源的能量轉(zhuǎn)化效率可用ΔG/ΔH表示，如氫氧燃料電池的ΔG=-237kJ/mol，ΔH=-286kJ/mol，理論效率達(dá)82.9%。氫能源系統(tǒng)與燃料電池是新能源領(lǐng)域的重要方向，氫能生產(chǎn)方法包括化石燃料重整：CH?+H?O=CO+3H?（700-1000℃，Ni催化劑）；電解水：2H?O=2H?↑+O?↑（酸性電解液：陽極4OH?-4e?=O?+2H?O；陰極2H?+2e?=H?↑）。燃料電池類型主要有PEMFC（質(zhì)子交換膜）：以Nafion膜傳導(dǎo)H?，工作溫度60-80℃，用于汽車；SOFC（固體氧化物）：ZrO?-Y?O?傳導(dǎo)O2?，工作溫度800-1000℃，發(fā)電效率60%以上。二、材料化學(xué)的核心知識(shí)點(diǎn)解析（一）金屬材料金屬材料包括純金屬和合金。合金的硬度比成分金屬的大，熔點(diǎn)比成分金屬的低。例如鋁合金具有強(qiáng)度大、密度小、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。常見金屬元素及其化合物的制備方法和主要性質(zhì)及應(yīng)用是考查重點(diǎn)，如鈉、鎂、鋁、鐵、銅等金屬的性質(zhì)，它們的氧化物、氫氧化物、鹽的性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化。（二）無機(jī)非金屬材料常見的無機(jī)非金屬材料有水泥、玻璃、陶瓷、光導(dǎo)纖維、新型陶瓷、碳納米材料等。制作普通玻璃的主要原料為純堿、石灰石和石英砂，發(fā)生的主要反應(yīng)為：Na?CO?+SiO?高溫Na?SiO?+CO?↑，CaCO?+SiO?高溫CaSiO?+CO?↑。常見硅酸鹽材料為水泥、玻璃和陶瓷等，它們在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。（三）有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料分為天然材料和合成材料。天然材料如棉花、羊毛、蠶絲、天然橡膠等，其中天然橡膠是順式聚異戊二烯。合成材料包括塑料（如聚乙烯、酚醛樹脂等）、合成纖維（如滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、尼龍66等）、合成橡膠（如丁苯橡膠、氯丁橡膠等）。復(fù)合材料如玻璃鋼，比原單一材料有更優(yōu)越的性能。三、考查方向分析（一）化學(xué)能源部分的考查方向能源的分類與化學(xué)本質(zhì)：考查能源的分類方式，根據(jù)來源、再生性、對環(huán)境的影響等進(jìn)行分類，理解化石燃料的化學(xué)能來源及燃燒反應(yīng)的能量變化?；瘜W(xué)反應(yīng)與能量變化：考查放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的判斷，焓變的計(jì)算，熱化學(xué)方程式的書寫。要求能正確書寫熱化學(xué)方程式，能進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)焓變的計(jì)算。電化學(xué)基礎(chǔ)與化學(xué)電源：考查原電池和電解池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，電極反應(yīng)式的書寫，電池容量的計(jì)算等。理解原電池和電解池的構(gòu)成，工作原理及應(yīng)用是考查的重點(diǎn)。（二）材料化學(xué)部分的考查方向金屬材料：考查常見金屬及其重要化合物的制備方法、主要性質(zhì)及應(yīng)用，合金的性質(zhì)及應(yīng)用。了解常見金屬及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及應(yīng)用是考查的要求。無機(jī)非金屬材料：考查常見無機(jī)非金屬材料的成分、制備及應(yīng)用，如水泥、玻璃、陶瓷等。知道常見的無機(jī)非金屬材料及其應(yīng)用是考查的基礎(chǔ)。有機(jī)高分子材料：考查有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用，合成材料的種類及對環(huán)境的影響。了解常見的有機(jī)高分子材料及其應(yīng)用，以及使用合成材料對人和環(huán)境的影響是考查的內(nèi)容。四、實(shí)例分析（一）能源化學(xué)實(shí)例已知熱化學(xué)方程式：C（g）＋O?（g）===CO?（g）△H＝－393.5kJ·mol?1；H?（g）＋1/2O?（g）===H?O（l）△H＝－285.8kJ·mol?1。試通過計(jì)算說明等質(zhì)量的氫氣和碳燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量的比。解析：設(shè)氫氣和碳的質(zhì)量均為1g，氫氣的物質(zhì)的量為1/2mol，燃燒放出的熱量為1/2×285.8kJ=142.9kJ；碳的物質(zhì)的量為1/12mol，燃燒放出的熱量為1/12×393.5kJ≈32.79kJ。則等質(zhì)量的氫氣和碳燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量的比為142.9:32.79≈4.36:1。氫能源有可能實(shí)現(xiàn)能源貯存，也有可能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效的輸送。研究表明在過渡金屬型氫化物（又稱間充氫化物）中，氫原子填充在金屬的晶格間隙之間，其組成不固定，通常是非化學(xué)計(jì)量的，如LaH?.76、TiH?.73等。已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1體積的鈀粉大約可吸附896體積的氫氣（鈀粉的密度為10.64g·cm?3，相對原子質(zhì)量為106.4），試寫出鈀（Pd）的氫化物的化學(xué)式。解析：設(shè)鈀粉的體積為1cm3，則鈀的質(zhì)量為10.64g，物質(zhì)的量為10.64/106.4=0.1mol。吸附氫氣的體積為896cm3，標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的物質(zhì)的量為896/22400=0.04mol。則鈀與氫的物質(zhì)的量之比為0.1:0.04=5:2，所以鈀的氫化物的化學(xué)式為PdH?.?。（二）材料化學(xué)實(shí)例下列關(guān)于材料的說法正確的是（）A.鋁合金具有強(qiáng)度大、密度大、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)B.制作普通玻璃的主要原料為純堿、石灰石和石英砂C.塑料、纖維和橡膠都是天然高分子材料D.復(fù)合材料的性能優(yōu)于單一材料，如玻璃鋼的強(qiáng)度不如鋼解析：鋁合金具有強(qiáng)度大、密度小、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，A錯(cuò)誤；制作普通玻璃的主要原料為純堿、石灰石和石英砂，B正確；塑料、合成纖維和合成橡膠都是合成高分子材料，C錯(cuò)誤；復(fù)合材料的性能優(yōu)于單一材料，如玻璃鋼的強(qiáng)度大于鋼，D錯(cuò)誤。答案：B。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，能源問題已經(jīng)越來越引起人們的重視?？茖W(xué)家預(yù)言，未來最理想的燃料是綠色植物，即將植物的秸稈（主要成分是纖維素）用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔盟獬善咸烟?，再將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇，用作燃料。寫出將綠色植物的秸稈轉(zhuǎn)化為乙醇的化學(xué)方程式。解析：纖維素水解生成葡萄糖，化學(xué)方程式為（C?H??O?）n+nH?O催化劑nC?H??O?；葡萄糖在酒化酶的作用下轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳，化學(xué)方程式為C?H??O?酒化酶2C?H?OH+2CO?↑。（三）綜合實(shí)例上?？蒲袌F(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種用鋅修飾的氮化鎵（GaN）納米線催化劑，實(shí)現(xiàn)了人工光合作用下CO?高效轉(zhuǎn)化為甲烷，原理與反應(yīng)部分路徑圖如圖1，助力實(shí)現(xiàn)碳中和。團(tuán)隊(duì)通過大量實(shí)驗(yàn)證明，產(chǎn)生甲烷速率的影響因素如圖2。（1）造成CO?過度排放的原因。（2）CO?經(jīng)人工光合作用生成的燃料屬于（填“有機(jī)”或“無機(jī)”）物。（3）圖1發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式。（4）由圖2推測，該實(shí)驗(yàn)至少設(shè)置組對照實(shí)驗(yàn)；光照越強(qiáng)，催化作用越（填“強(qiáng)”或“弱”），提高甲烷產(chǎn)生速率的方法有（寫一條）。（5）實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化的意義是（寫一條）。解析：（1）化石燃料的燃燒、森林砍伐和工業(yè)發(fā)展等造成CO?過度排放。（2）CO?經(jīng)人工光合作用生成的甲烷是含碳化合物，屬于有機(jī)物。（3）根據(jù)題意，CO?和H?O在催化劑和光照條件下反應(yīng)生成