單元整體教學(xué)設(shè)計與階段驗收評價目錄一、主干知識——在微點判斷中澄清二、綜合思維——在知識融會中貫通三、遷移應(yīng)用——在課題活動中踐行一、主干知識在微點判斷中澄清1.判斷下列有關(guān)化學(xué)能與熱能敘述的正誤(1)任何化學(xué)反應(yīng)都是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。(

)(2)對于任何吸熱反應(yīng),反應(yīng)時必須加熱才能發(fā)生。(

)(3)在2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)中,反應(yīng)物H2的總能量高于生成物H2O(l)的總能量。(

)×××(4)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化主要是與化學(xué)鍵的斷裂和形成有關(guān)。(

)(5)氫能、天然氣是綠色可再生的新型能源。(

)(6)植物的光合作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。(

)√×√2.判斷下列有關(guān)化學(xué)能與電能敘述的正誤(1)任何放熱反應(yīng)均可以設(shè)計為原電池。(

)(2)原電池工作時負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng),正極發(fā)生氧化反應(yīng)。(

)(3)原電池工作時電子從負(fù)極流出經(jīng)過導(dǎo)線流入正極,電解質(zhì)溶液中陽離子移向負(fù)極。(

)×××(4)粗鋅與稀H2SO4反應(yīng)比純鋅與稀H2SO4反應(yīng)快的原因是前者形成了原電池。(

)(5)燃料電池中充入燃料的電極為電池的負(fù)極。(

)(6)鋅錳干電池的鋅電極為正極。(

)√√×3.判斷下列有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的速率與限度敘述的正誤(1)化學(xué)反應(yīng)越劇烈,反應(yīng)現(xiàn)象越明顯。()(2)化學(xué)反應(yīng)中任何物質(zhì)的濃度變化均可以表示反應(yīng)速率。()(3)對于C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)反應(yīng),增加C的量,可以加快反應(yīng)速率。()×××

√√××二、綜合思維在知識融會中貫通(一)化學(xué)能與熱能1.微觀角度2.宏觀角度化學(xué)反應(yīng)放出能量化學(xué)反應(yīng)吸收能量1.(2024·天津和平區(qū)高一檢測)鎂粉在火星上可以扮演地球上煤的角色,反應(yīng)Mg+CO2

MgO+CO可以為火星上的采礦車、電站等提供熱能。下列關(guān)于該反應(yīng)的說法中,不正確的是(

)A.屬于放熱反應(yīng)B.反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量C.屬于氧化還原反應(yīng)D.能量變化與化學(xué)鍵的斷裂和形成有關(guān)

[綜合訓(xùn)練]√解析:Mg+CO2MgO+CO可以為火星上的采礦車、電站等提供熱能,說明是放熱反應(yīng),故A正確;Mg燃燒反應(yīng)放出熱量,說明反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,故B錯誤;物質(zhì)燃燒反應(yīng)過程中元素的化合價發(fā)生了變化,因此該反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng),故C正確;化學(xué)反應(yīng)過程就是原子重新組合的過程,在這個過程中要吸收能量斷裂反應(yīng)物化學(xué)鍵變?yōu)閱蝹€原子,然后這些原子重新組合形成生成物中的化學(xué)鍵,再釋放出能量,故能量變化與化學(xué)鍵的斷裂和形成有關(guān),故D正確。√

3.NF3是一種溫室氣體,其存儲能量能力是CO2的12000~20000倍,在大氣中的壽命可長達740年,如表所示是幾種化學(xué)鍵的鍵能,下列說法中正確的是(

)化學(xué)鍵N≡NF—FN—F鍵能/(kJ·mol-1)946154.8283A.過程N2(g)―→2N(g)放出能量B.過程N(g)+3F(g)―→NF3(g)放出能量C.反應(yīng)N2(g)+3F2(g)―→2NF3(g)為吸熱反應(yīng)D.NF3吸收能量后如果沒有化學(xué)鍵的斷裂與形成,仍可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)√解析:N2(g)―→2N(g)為化學(xué)鍵斷裂的過程,吸收能量,

A錯誤;

N(g)

+

3F(g)―→NF3(g)為形成化學(xué)鍵的過程,放出能量,

B正確;反應(yīng)N2(g)+3F2(g)―→2NF3(g)的ΔH=反應(yīng)物的鍵能之和減去生成物的鍵能之和,則ΔH=946

kJ·mol-1+

3×154.8

kJ·mol-1-6×283

kJ·mol-1=-287.6

kJ·mol-1,因此ΔH<0,為放熱反應(yīng),

C錯誤;

NF3吸收能量后如果沒有化學(xué)鍵的斷裂與形成,則不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成,

D錯誤。(二)化學(xué)能與電能——原電池√4.如圖所示,電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),正極變粗,負(fù)極變細(xì),符合這種情況的是(

)A.正極為Cu,負(fù)極為Zn,S為稀H2SO4B.正極為Zn,負(fù)極為Cu,S為CuSO4溶液C.正極為Ag,負(fù)極為Zn,S為AgNO3溶液D.正極為Fe,負(fù)極為Cu,S為AgNO3溶液

[綜合訓(xùn)練]解析:原電池中,負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),根據(jù)題意知負(fù)極變細(xì),即金屬單質(zhì)失電子,負(fù)極應(yīng)為活潑金屬,故B、D錯誤;又因為正極變粗,即該電池的正極反應(yīng)生成金屬,故A錯誤,C正確。5.化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用,下列說法錯誤的是(

)A.甲:正極的電極反應(yīng)式為Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-B.乙:鋅筒作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),鋅筒會變薄C.丙:使用一段時間后,電解質(zhì)溶液的酸性減弱,導(dǎo)電能力下降D.丁:Zn2+向Cu電極方向移動,Cu電極附近溶液中H+濃度增加√解析:甲中Ag2O作正極,電極反應(yīng)式為Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-,故A正確;乙中Zn作負(fù)極,在反應(yīng)中失電子發(fā)生氧化反應(yīng),鋅筒會變薄,故B正確;氫氧燃料電池總反應(yīng)為2H2+O2===2H2O,反應(yīng)生成水,電解質(zhì)溶液被稀釋,電解質(zhì)溶液的酸性減弱,導(dǎo)電能力下降,故C正確;Zn比Cu活潑,Zn作負(fù)極,Cu作正極,陽離子(Zn2+)向正極(Cu)移動,氫離子在正極得電子生成氫氣,故Cu電極附近溶液中H+濃度減小,故D錯誤。6.研究人員發(fā)現(xiàn)了一種“水”電池,這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進行發(fā)電,在海水中電池總反應(yīng)可表示為5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl。下列關(guān)于“水”電池在海水中放電時的說法正確的是(

)A.正極反應(yīng)式為Ag+Cl--e-===AgClB.每生成1molNa2Mn5O10轉(zhuǎn)移2mol電子C.Na+不斷向“水”電池的負(fù)極移動D.AgCl是還原產(chǎn)物√解析:正極得電子,發(fā)生還原反應(yīng),正極反應(yīng)式為5MnO2+2Na++2e-===Na2Mn5O10,每生成1

mol

Na2Mn5O10轉(zhuǎn)移2

mol電子,A錯誤,B正確;Na+不斷向“水”電池的正極移動,最終參與正極反應(yīng),C錯誤;由總反應(yīng)可知Ag元素化合價升高,AgCl是氧化產(chǎn)物,D錯誤。(三)化學(xué)反應(yīng)速率表達式單位mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1影響因素內(nèi)因反應(yīng)物本身的性質(zhì)外因濃度:增大濃度,速率增大壓強:對于有氣體參加的反應(yīng),縮小體積增大壓強,速率增大影響因素外因溫度:升高溫度速率增大催化劑:同等程度改變正、逆反應(yīng)速率其他:固體表面積等續(xù)表7.反應(yīng)4A(s)+3B(g)===2C(g)+D(g),經(jīng)2min,B的濃度減少了0.6mol·L-1。對此反應(yīng)速率的表示,正確的是(

)A.用A表示的反應(yīng)速率是0.4mol·L-1·min-1B.分別用B、C、D表示反應(yīng)的速率,其比是3∶2∶1C.在2min末的反應(yīng)速率,用B表示是0.3mol·L-1·min-1D.其他條件不變,適當(dāng)增加A的物質(zhì)的量會使反應(yīng)速率增大√

[綜合訓(xùn)練]

8.在鋅與某濃度的鹽酸反應(yīng)的實驗中,得到如下結(jié)果:實驗序號鋅的質(zhì)量/g鋅的形狀溫度/℃鋅完全溶解于酸的時間/s12薄片1515022薄片35t132粉末35t2下列說法中,正確的是(

)①t1<t2

②t1>150

③實驗1和實驗2比較,單位時間內(nèi)消耗的鋅的質(zhì)量前者小于后者A.只有①

B.①②C.只有③ D.②③√解析:2、3實驗中溫度相同,鋅的形狀不同,粉末狀鋅與酸反應(yīng)速率快,則3中反應(yīng)速率快,可知t1>t2,故①錯誤;實驗1和實驗2鋅的質(zhì)量和形狀均相同,但溫度不同,溫度越高,反應(yīng)速率越快,2中實驗速率快,則t1<150,故②錯誤;實驗1和實驗2鋅的質(zhì)量和形狀均相同,但溫度不同,溫度越高,反應(yīng)速率越快,實驗2速率快,則單位時間內(nèi)消耗的鋅的質(zhì)量實驗1小于實驗2,故③正確。9.(2024·石家莊市趙縣高一期末)常溫下,將帶有氧化膜的鋁條投入盛有一定量稀鹽酸的敞口容器中,反應(yīng)過程中產(chǎn)生氫氣速率與時間關(guān)系如圖所示。下列說法不正確的是(

)A.反應(yīng)過程中生成H2體積一直增加B.t1→t2速率增大,與反應(yīng)放熱和氧化膜減少有關(guān)C.t2→t3速率減小,只與c(H+)減小有關(guān)D.反應(yīng)過程中的速率變化是溫度、c(H+)、Al與鹽酸接觸面積共同作用的結(jié)果√解析:反應(yīng)過程中,H2生成速率不同,但生成H2的量一直在增加,故A正確;t1→t2,溶液溫度升高、Al與鹽酸接觸面積增大對反應(yīng)速率的影響大于c(H+)降低的影響,故B正確;t2→t3,c(H+)降低為主要影響因素,但不是唯一因素,故C錯誤;多種因素綜合影響反應(yīng)速率,但不同階段主要影響因素不同,故D正確。(四)化學(xué)反應(yīng)的限度10.利用CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)可消除NO2的污染。在1L的密閉容器中,控制不同溫度,分別加入0.50molCH4(g)和1.20molNO2(g)進行上述反應(yīng),測得n(CH4)隨時間變化的實驗數(shù)據(jù)如表。下列說法正確的是(

)

[綜合訓(xùn)練]組別溫度n/mol時間/min010204050①T1n(CH4)0.500.350.250.100.10②T2n(CH4)0.500.300.18

0.15A.0~10min內(nèi),CH4的反應(yīng)速率:①>②B.由實驗數(shù)據(jù)可知:T1>T2C.40min時,實驗②中反應(yīng)已達平衡狀態(tài)D.實驗①中,0~20min內(nèi),v(CH4)=0.025mol·L-1·min-1√

11.T1℃時,向某容積為2L的恒容密閉容器中充入一定量SO2和O2發(fā)生反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),容器中各組分的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖所示。下列說法正確的是(

)

√

12.將一定量純凈的氨基甲酸銨置于某恒溫、恒容的真空密閉容器中(固體試樣的體積忽略不計),使其發(fā)生分解反應(yīng):H2NCOONH4(s)

2NH3(g)+CO2(g)。已知該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),下列能判斷該反應(yīng)已經(jīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的有(

)①v正(NH3)=2v逆(CO2);②密閉容器中總壓強不變;③密閉容器中混合氣體的密度不變;④密閉容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變;⑤密閉容器中溫度不變;⑥密閉容器中CO2的體積分?jǐn)?shù)不變;⑦混合氣體總質(zhì)量不變A.①②③⑦

B.①③④⑦C.①②④⑤⑥ D.③④⑤⑥⑦√解析:①反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比,v正(NH3)=2v逆(CO2)=v逆(NH3),能判斷該反應(yīng)已達到化學(xué)平衡狀態(tài);②該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),隨著反應(yīng)的正向進行,密閉容器中總壓強不斷增大,當(dāng)密閉容器中總壓強不變時,能判斷該反應(yīng)已達到化學(xué)平衡狀態(tài);③隨著反應(yīng)的正向進行,混合氣體的質(zhì)量不斷增大,容器容積不變,則混合氣體的密度不斷增大,當(dāng)密閉容器中混合氣體的密度不變時,能判斷該反應(yīng)已達到化學(xué)平衡狀態(tài);④隨著反應(yīng)的正向進行,氨氣和二氧化碳按照物質(zhì)的量之比為2∶1增加,混合氣體的平均相對分子質(zhì)量始終不變,故密閉容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變不能作為判斷該反應(yīng)已達到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志;⑤該反應(yīng)是在恒溫密閉容器中進行的,故密閉容器中溫度不變不能作為判斷該反應(yīng)已達到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志;⑥隨著反應(yīng)的正向進行,氨氣與二氧化碳始終按照物質(zhì)的量之比為2∶1增加,CO2的體積分?jǐn)?shù)始終不變,則密閉容器中CO2的體積分?jǐn)?shù)不變不能作為判斷該反應(yīng)已達到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志;⑦隨著反應(yīng)的正向進行,混合氣體的總質(zhì)量不斷增加,當(dāng)混合氣體總質(zhì)量不變時,能判斷該反應(yīng)已達到化學(xué)平衡狀態(tài)。三、遷移應(yīng)用在課題活動中踐行課題活動

甲醇的合成及甲醇燃料電池甲醇耐高溫、熱值高、易存儲、無污染、節(jié)能環(huán)保,可做燃料,又是重要的化工原料,用于制造氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯、丙炔酸甲酯等多種有機產(chǎn)品。工業(yè)上可以利用CO或CO2制取甲醇,而甲醇也可以用來制備燃料電池。本課題通過甲醇合成中的能量變化理解化學(xué)能與熱能的轉(zhuǎn)換;通過甲醇合成反應(yīng)中化學(xué)反應(yīng)條件的控制來理解化學(xué)反應(yīng)中的速率與限度;通過甲醇等物質(zhì)在電化學(xué)中的應(yīng)用體會化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換。探究目標(biāo)(一)

甲醇合成的能量變化[材料1]

煤的液化原理是以煤的氣化得到的水煤氣為原料合成甲醇等液體燃料,如合成甲醇的原理為CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)。該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng),已知1

mol

CO和2

mol氫氣完全反應(yīng)生成CH3OH(g),放出99

kJ的熱量。已知反應(yīng)中相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下:1.根據(jù)材料,畫出上述反應(yīng)的能量與反應(yīng)過程的示意圖。提示:化學(xué)鍵H—HC—HC—OO—HE/(kJ·mol-1)4364133434652.根據(jù)材料中的有關(guān)數(shù)據(jù),計算斷開1molCO所需要的最低能量為多少?(寫出計算過程)提示:化學(xué)反應(yīng)為舊鍵的斷裂與新鍵的形成,則E(CO)+436

kJ·mol-1×2-413

kJ·mol-1×3-343

kJ·mol-1-465

kJ·mol-1=-99

kJ·mol-1,故E(CO)=1

076

kJ·mol-1,則斷開1

mol

CO需提供的最低能量為1

076

kJ。[材料2]

二氧化碳捕獲技術(shù)用于去除氣流中的二氧化碳或者分離出二氧化碳作為氣體產(chǎn)物,其中CO2催化合成甲醇是一種很有前景的方法。如下圖所示為該反應(yīng)在無催化劑及有催化劑時的能量變化。3.(1)從圖可知,有催化劑存在的是過程

(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

提示:催化劑可以降低反應(yīng)活化能,據(jù)圖可知過程Ⅱ的活化能更低,有催化劑存在。(2)根據(jù)圖示可知,圖中CO2催化合成甲醇的反應(yīng)屬于

(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。

提示:據(jù)圖可知1

mol

CO2(g)與3

mol

H2(g)完全反應(yīng)生成CH3OH(g)和H2O(g),放出49.0

kJ的熱量,所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(3)反應(yīng)生成2molCH3OH(g)和2molH2O(g)能量變化為

。

提示:生成1

mol

CH3OH(g)和1

mol

H2O(g)放出49

kJ的能量,故生成2

mol

CH3OH(g)和2

mol

H2O(g)放出49×2

kJ=98

kJ的能量。探究目標(biāo)(二)

甲醇燃料電池的原理分析[材料3]

甲醇是一種常用的能源物質(zhì),可設(shè)計為原料裝置即甲醇燃料電池,裝置如圖所示。4.充入甲醇的電極為

極,電極反應(yīng)式為_________________

,

充入空氣的電極為

極,電極反應(yīng)式為

。

負(fù)

CH3OH-6e-+H2O正

===CO2+6H+

探究目標(biāo)(三)

合成甲醇適宜條件的選擇[材料4]

已知利用CO2和氫氣合成甲醇,反應(yīng)如下:CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)(稱為反應(yīng)Ⅰ)。在一定條件下測得不同的H2和CO2投料比與體系中CO2的轉(zhuǎn)化率及甲醇的產(chǎn)率關(guān)系如下。n(H2)∶n(CO2)2357α(CO2)/%11.6313.6815.9318.71φ(CH3OH)/%3.044.125.266.93注:α為轉(zhuǎn)化率,φ為產(chǎn)率,反應(yīng)條件為溫度553

K、總壓2

MPa、無催化劑。6.(1)從提高CO2的轉(zhuǎn)化率和甲醇的產(chǎn)率角度分析,你能得到什么結(jié)論?提示:從表格中能夠得到的結(jié)論是增大氫氣的比例可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率和甲醇的產(chǎn)率。(2)若從反應(yīng)速率來分析,加快反應(yīng)的措施有哪些?提示:增大CO2或H2的濃度,增大壓強,適當(dāng)升溫,使用合適催化劑。7.如圖分別是壓強和溫度對反應(yīng)Ⅰ中甲醇產(chǎn)率的影響。(1)在實際生產(chǎn)中是不是壓強越大越好?提示:不是。要考慮生產(chǎn)的實際,選擇合適的壓強,如動力和生產(chǎn)設(shè)備的承受力等方面。(2)請分析甲醇的產(chǎn)率在溫度為523K時最高的原因。提示:在523

K之前,隨溫度的升高反應(yīng)速率加快,使甲醇產(chǎn)率增大;超過523

K時,甲醇的產(chǎn)率降低的原因可能是催化劑的活性降低、副反應(yīng)的發(fā)生等。8.下表是不同的催化劑組成對甲醇產(chǎn)率和選擇性的影響。組成CuO/ZnO/Al2O3CuO/ZnO/ZrO2CuO/ZnO/ZrO2/MnOCuO/ZnO/ZrO2/MnOCuO/(wt.%)65.862.465.865.8ZnO/(wt.%)26.325.026.626.6Al2O3/(wt.%)7.9000ZrO2/(wt.%)012.63.65.6MnO/(wt.%)0042φ(CH3OH)/[g·(kg?催化劑)-1·h-1]789688138選擇性/%408810091續(xù)表注:反應(yīng)條件為n(H2)∶n(CO2)=3,溫度553

K,總壓4

MPa;wt.%:質(zhì)量分?jǐn)?shù);選擇性:生成甲醇的二氧化碳在全部二氧化碳反應(yīng)物中所占的比例;甲