知识讲解_《化学反应与能量》单元复习与巩固_提高

1 《化学反应与能量》单元复习与巩固(提高) 【学习目标】 1、掌握化学反应的本质和化学反应中的能量变化； 2、了解原电池的工作原理及电极反应式的书写； 3、了解化学反应速率的概念和化学反应限度。 【知识网络】 【要点梳理】 要点一、化学能与热能 要点诠释： 1．化学反应中能量变化的本质是化学键的断裂和形成。其中断键吸收能量，成键放出能量。 2．化学反应中能量变化与反应物、生成物能量的关系： 　　反应物的总能量＞生成物的总能量，反应放出能量（放热反应）。 　　反应物的总能量＜生成物的总能量，反应吸收能量（吸热反应）。 3．反应中化学能与热能的相互转化 （1）化学能转化为热能——放热反应 常见的放热反应： ①所有的燃烧与缓慢氧化 ②酸碱中和反应 ③金属与酸反应制取氢气 ④大多数化合反应（特殊：C＋CO2 2CO 是吸热反应） 　　（2）热能转化为化学能——吸热反应 常见的吸热反应： △2 ①以 C、H2、CO 为还原剂的氧化还原反应如：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ②铵盐和碱的反应如 Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl＝BaCl2＋2NH3↑＋10H2O ③大多数分解反应如 KClO3、KMnO4、CaCO3 的分解等 （3）化学能与热能的相互转化 　　　　 　　4．中和热：酸与碱发生中和反应生成 1mol H2O 时所释放的热量称为中和热。 　　5．能源的分类： 形成条件 利用历史 性质 可再生资源 水能、风能、生物质能常规能源 不可再生资源 煤、石油、天然气等化石能源 可再生资源 太阳能、风能、地热能、潮汐能、沼气 一次能源 新能源 不可再生资源 核能 二次能源 （一次能源经过加工、转化得到的能源称为二次能源） 电能（水电、火电、核电）、蒸汽、工业余热、酒精、汽油、焦炭等 要点二、化学能与电能 1．原电池 要点诠释： （1）概念：把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。 （2）原电池的工作原理：通过氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能。 （3）构成原电池的条件：①电极为导体且活泼性不同；②两个电极接触（导线连接或直接接触）；③两个相互 连接的电极插入电解质溶液中构成闭合回路。 （4）电极名称及发生的反应： 负极：较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应， 电极反应式：较活泼金属－ne－＝金属阳离子 负极现象：负极溶解，负极质量减少。 正极：较不活泼的金属或石墨作正极，正极发生还原反应， 电极反应式：溶液中阳离子＋ne－＝单质 正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加。 （5）原电池正负极的判断方法： ①依据原电池两极的材料： 较活泼的金属作负极（K、Ca、Na 太活泼，不能作电极）； 较不活泼金属或可导电非金属（石墨）、氧化物（MnO2）等作正极。 ②根据电流方向或电子流向：（外电路）的电流由正极流向负极；电子则由负极经外电路流向原电池的正极。 △ 能 量 变 化 化 学 能 转 化 为 热 能 放热反应 吸热反应 类型 反应物的总能量大于生 成物的总能量 反应物的总能量小于生 成物的总能量 遵循能量 守恒原理 能量 利用 燃料充分燃烧 减少污染 新能源的开发3 ③根据内电路离子的迁移方向：阳离子流向原电池正极，阴离子流向原电池负极。 ④根据原电池中的反应类型： 负极：失电子，发生氧化反应，现象通常是电极本身消耗，质量减小。 正极：得电子，发生还原反应，现象是常伴随金属的析出或 H2 的放出。 （6）原电池电极反应的书写方法： ①原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极反应是氧化反应，正极反应是还原反应。因此书 写电极反应的方法归纳如下： a.写出总反应方程式。 b.把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应。 c.氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，反应物和生成物对号入座，注意酸碱介质和水等参与反应。 ②原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。 （7）原电池的应用： ①加快化学反应速率，如粗锌制氢气速率比纯锌制氢气快； ②比较金属活动性强弱； ③设计原电池； ④金属的腐蚀。 2．发展中的化学电源（只要求了解正负极材料、电解质溶液和其用途） 　要点诠释： （1）干电池（一次电池）：活泼金属作负极，被腐蚀或消耗。如：Cu－Zn 原电池、锌锰电池。 （2）充电电池（二次电池）：两极都参加反应的原电池，可充电循环使用。如铅蓄电池、锂电池和银锌电池 等。 （3）燃料电池：两电极材料均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如 H2、CH4 燃料电池，其电解质溶液常为碱性试剂（KOH 等）。　　　　　　 要点三、化学反应的速率和限度 1．化学反应的速率 要点诠释： （1）概念：化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）来表示。 计算公式：v(B)＝ ＝ ①单位：mol/(L·s)或 mol/(L·min) ②B 为溶液或气体，若 B 为固体或纯液体不计算速率。 ③以上所表示的是平均速率，而不是瞬时速率。 ④重要规律：a.速率比＝方程式系数比；b.变化量比＝方程式系数比 （2）影响化学反应速率的因素： 内因：由参加反应的物质的结构和性质决定的（主要因素）。 外因：①温度：升高温度，增大速率 ②催化剂：一般加快反应速率（正催化剂） ③浓度：增加反应物的浓度，增大速率（溶液或气体才有浓度可言） ④压强：增大压强，增大速率（适用于有气体参加的反应） ⑤其它因素：如光（射线）、固体的表面积（颗粒大小）、反应物的状态（溶剂）、原电池等也会改变化学 反应速率。 2．化学反应的限度——化学平衡 要点诠释： （1）化学平衡的定义： ( )c B t ∆ ∆ ( )n B V t ∆ •∆4 在一定条件下，当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应物和生成物的浓度不再改 变，达到表面上静止的一种“平衡状态”，这就是这个反应所能达到的限度，即化学平衡状态。 化学平衡的移动受到温度、反应物浓度、压强等因素的影响。催化剂只改变化学反应速率，对化学平衡无影 响。 在相同的条件下同时向正、逆两个反应方向进行的反应叫做可逆反应。通常把由反应物向生成物进行的反应 叫做正反应。而由生成物向反应物进行的反应叫做逆反应。 在任何可逆反应中，正反应进行的同时，逆反应也在进行。可逆反应不能进行到底，即是说可逆反应无论进 行到何种程度，任何物质（反应物和生成物）的物质的量都不可能为 0。 （2）化学平衡状态的特征：逆、动、等、定、变。 ①逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。 ②动：动态平衡，达到平衡状态时，正逆反应仍在不断进行。 ③等：达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，但不等于 0。即 v 正＝v 逆≠0。 ④定：达到平衡状态时，各组分的浓度保持不变，各组成成分的含量保持一定。 ⑤变：当条件变化时，原平衡被破坏，在新的条件下会重新建立新的平衡。 （3）判断化学平衡状态的标志： ①vA(正方向)＝vA(逆方向)或 nA(消耗)＝nA(生成)（不同方向同一物质比较） ②各组分浓度保持不变或百分含量不变 ③借助颜色不变判断（有一种物质是有颜色的） ④总物质的量或总体积或总压强或平均相对分子质量不变（前提：反应前后气体的总物质的量不相等的反应适用， 即如对于反应 xA(g)＋yB(g) zC(g)，x＋y≠z。 【典型例题】 类型一：关于化学反应中能量变化的问题 例 1、在研究化学反应中的能量变化时我们通常做下面的实验： 在一个小烧杯里，加入 20g 已研磨成粉末的氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]，将小烧杯放在事先已滴有 3～4 滴水的玻璃片(或三合板)上，然后向烧杯内加入约 10gNH4Cl 晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌。 试回答下列问题： （1）写出反应的化学方程式： ________________________________________________________________________。 （2）实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （3）如果实验中没有看到“结冰”现象，可能的原因是(答出三个或三个以上原因)： ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________； ③________________________________________________________________________； ④________________________________________________________________________； ⑤________________________________________________________________________； ⑥________________________________________________________________________。 （4）如果实验中没有看到“结冰”现象，我们还可以采取哪些方式来说明该反应吸热？(要求答出两种方案) ________________________________________________________________________。 （5）实验中即使不“结冰”，提起烧杯的时候，发现烧杯与玻璃片也“粘在一起了”，原因是： ________________________________________________________________________。 （6）试用简单的方法说明烧杯与玻璃片之间是因为“结冰”而粘在一起的： ________________________________________________________________________。5 【答案】（1）2NH4Cl＋Ba(OH)2·8H2O===BaCl2＋2NH3·H2O＋8H2O （2）使反应物迅速混合而充分反应，使温度迅速下降 （3）①药品用量太小 ②Ba(OH)2·8H2O 晶体研成粉末，反应太慢 ③没有立即迅速搅拌 ④环境温度太高 ⑤玻璃片上加水太多 ⑥氢氧化钡晶体失水 （4）①用皮肤感受，感觉很凉； ②用温度计来检验，发现温度降低。 （5）因为水排开了烧杯底部与玻璃片之间的空气，在大气压的作用下，烧杯和玻璃片粘在了一起 （6）看烧杯和玻璃片之间是否能够发生相对滑动，若不能，则是由于结冰而粘在一起 【解析】本题是教材实验的拓展探究，对实验成败的关键以及实验过程中可能出现的现象进行了综合分析， 对跨学科知识也进行了综合考查。 要想证明该反应吸热，不一定要通过“结冰”现象，还可以是“人的感觉”、“温度计”等，但是无论通过什 么方式，实验成功的关键是让反应快速进行，从而在较短的时间内使体系温度得到明显的下降。通过“结冰”现 象推断反应吸热时，容易出现一个假象，因为即使在不结冰的情况下，由于水排开了烧杯底部与玻璃片之间的空 气，在大气压的作用下，烧杯和玻璃片也可能粘在一起，当然这种假象可以通过烧杯和玻璃片之间是否能够发生 相对滑动来验证，如果是大气压的作用，它们之间可以发生相对滑动；如果是结冰的原因，它们之间不能发生相 对滑动。 举一反三： 【变式 1】对于放热反应 2H2＋O2 2H2O，下列说法中正确的是（　　） A．产物 H2O 所具有的总能量高于反应物 H2 和 O2 所具有的总能量 B．反应物 H2 和 O2 所具有的总能量高于产物 H2O 所具有的总能量 C．反应物 H2 和 O2 所具有的总能量等于产物 H2O 所具有的总能量 D．反应物 H2 和 O2 具有的能量相等 【答案】B 【解析】2H2＋O2 2H2O 是放热反应，放热反应反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量。 【变式 2】X、Y 两元素的原子，它们分别获得一个电子后，都能形成稀有气体原子的电子层结构，此过程 中 X 放出的能量大于 Y，下列推断中不正确的是（　　） A．X－的还原性大于 Y－ B．X－的还原性小于 Y－ C．Y 的氧化性小于 X D．Y 的氧化性大于 X 【答案】A、D 【解析】本题主要考查物质的稳定性与能量之间的关系。X、Y 获得电子达到稀有气体的稳定结构时，X 放 出的能量大于 Y，说明 X 结合电子的能力强于 Y，则 X－的失电子能力小于 Y－。 类型二：原电池原理及原电池的构成 例 2、将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( ) A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极 C．两烧杯中溶液的氢离子浓度均减小 D．产生气泡的速率甲比乙慢 【答案】C 【解析】图甲是一个原电池装置，负极：Zn－2e－==Zn2+， 正极(Cu)：2H++2e－==H2↑，形成的原电池能加快产生氢气的速率；图 乙中，Zn 直接与稀硫酸反应生成 H2：Zn+2H+==Zn2++H2↑，甲、乙两烧杯中 H2SO4 均被消耗，溶液的氢离子浓 度均减小。6 举一反三： 【变式 1】(2016 山东临沂)下列有关原电池的说法中，正确的是( ) A.铝片和镁片用导线连接后插入 NaOH 溶液中，镁片较活泼，作负极 B.铝片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中，铜作负极 C.镀锌铁和镀锡铁的镀层破损后，前者较易被腐蚀 D.将反应 2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋设计为原电池，则可用锌片作负极，铁片作正极，FeCl3 溶液作电解质 【答案】B 【解析】本题考查原电池的电极材料的选择及金属的腐蚀的快慢半径的知识。A 不对，铝片和镁片用导线连接 后插入 NaOH 溶液中，由于 Al 能够与 NaOH 反应，故 Al 片作负极；B 正确，铝片和铜片用导线连接后插入浓 硝酸中，由于 Al 在常温下在浓硝酸中会发生钝化现象，故铜作负极；C 不对，镀锌铁镀层破损后， Zn 作原电 池的负极被腐蚀，仍然对 Fe 起到保护作用；而镀锡铁的镀层破损后，Fe 作原电池的负极被腐蚀；D 不对，若 将反应 2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋设计为原电池，则可用铁片作负极，石墨作正极，FeCl3 溶液作电解质。 类型三：影响化学反应速率的因素 例 3、（2015 人大附中）等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间 t 产生氢气 体积 V 的数据，根据数据绘制得到下图，则曲线 a、b、c、d 所对应的实验组别可能是（　 ）。 组别 c (HCl)（mol / L） 温度（℃） 状态 ① 2.0 25 块状 ② 2.5 30 块状 ③ 2.5 50 块状 ④ 2.5 30 粉末状 A．④、③、②、① B．①、②、③、④ C．③、④、②、① D．①、②、④、③ 【答案】AC 【解析】其他条件一定时，溶液的浓度越大，化学反应速率越快；固体表面积越大，化学反应速率越快；温 度越高，化学反应速率越快。所以④、③的速率大于①和②，且②的速率大于①，而④和③温度、表面积各不同， 所以它们的速率不能确定。 【总结升华】本题考查影响化学反应速率的因素的知识以及考生对实验数据的查阅、分析能力。当研究多 个因素对实验结果的影响时，往往先控制其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，这种 方法叫控制变量法。控制变量法是化学中常用的探究问题和分析解决问题的科学方法之一，这一方法可以使研究 的问题简单化。通过控制变量可以对影响实验结果的多个因素逐一进行探究，然后再总结出结论。这一思想在化 学学习中被逐渐渗透，成为一种主要的探究方式。 举一反三： 【变式 1】把镁条投入到盛有盐酸的敞口容器里，产生 H2 的速率可由下图表示。在下列因素中： ①盐酸的浓度；②镁条的表面积；③溶液的温度；④Cl-的浓度。 影响反应速率的因素是（ ）。7 A．①④ B．③④ C．①②③ D．②③ 【答案】C 【解析】镁条和盐酸反应产生 H2，Mg+2H+=Mg2++H2↑，其反应的实质是镁与 H+间的置换，与 Cl-无关。在 镁条的表面有一层氧化膜，当将镁条投入盐酸中时，随着氧化膜的不断溶解，镁与盐酸接触面积不断增大，产生 H2 的速率会加快；溶液的温度对该反应也有影响，反应放出热量，使温度升高，反应速率也会加快；随着反应 的进行，H+浓度不断减小，反应速率会逐渐减慢。答案为 C。 类型四：化学平衡状态的判定 例 4、可逆反应：2NO2 2NO+O2 在密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是（ ） ①单位时间内生成 n molO2 的同时生成 2n molNO2 ②单位时间内生成 n molO2 的同时生成 2n molNO ③用 NO2、NO、O2 的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为 2∶2∶1 的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A．①④⑥ B．②③⑤ C．①③④ D．①②③④⑤⑥ 【答案】A 【解析】①中可以说明 v(正)=v(逆)，可用于判定化学平衡；②中两种物质都是生成物，不能说明 v(正)=v(逆)，不可用于判定化学平衡；③在任何状态下化学反应速率之比都等于化学计量数之比，不可用于判定 化学平衡；④反应前后存在气体颜色的变化，所以混合气体的颜色不再改变说明已达到化学平衡状态；⑤密度= 质量/体积，根据质量守恒定律反应前后质量不变，而在恒容条件下体积也不变，所以混合气体的密度不再改变 不能说明达到化学平衡状态；⑥对反应前后气体的化学计量数变化的反应，混合气体的平均相对分子质量不再改 变可以说明已达到化学平衡状态。所以①④⑥正确，故选 A。 举一反三： 【变式 1】在一定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应：mA(g)+nB(g) pC(g) +qD(g)，当系 数为任意正整数时，下列状态： ①体系的压强不再发生变化； ②体系的密度不再发生变化； ③各组分的物质的量浓度不再改变； ④各组分的质量分数不再改变； ⑤反应速率 v(A):v(B):v(C):v(D)=m:n:p:q； 其中，能肯定反应已达到平衡的是（ ） A．③④ 　　　　　　 B．②③④ C．①②③④ 　　　　 D．①②③④⑤ 【答案】A8 【巩固练习】 一、选择题（每题有 1-2 个选项符合题意） 1．下列物质的变化过程中，有共价键明显被破坏的是（　　） A．I2 升华 B．NaCl 颗粒被粉碎 C．HCl 溶于水得盐酸 D．从 NH4HCO3 中闻到了刺激性气味 2．在相同温度和压强下，将等质量的硫分别在足量的纯氧气、空气中燃烧，设前者放出的热量为 Q1，后者 放出的热量为 Q2，则 Q1 和 Q2 的相对大小判断正确的是（　　） A．Q1＝Q2　　 B．Q1>Q2 C．Q1