第六章化学反应与能量（知识梳理）

第六章化学反应与能量化学反应与能量变化第1节化学反应与能量变化第1节【知识梳理】一、化学反应与热能1、化学能与热能转化的实验探究（1）镁与盐酸反应实验操作实验现象实验结论产生大量气泡、温度计指示温度升高镁与盐酸反应的离子方程式为：Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，该反应放出热量（2）Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应实验操作实验现象实验结论有刺激性气味气体产生b．用手摸烧杯底部有冰凉感觉c．用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部d．烧杯内反应物成糊状化学方程式为：Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O，该反应吸收热量2、化学反应中能量变化的原因（1）宏观解释——反应物与生成物的总能量不同。宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图（2）微观角度——反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量不同。微观解释反应物、生成物中化学键的变化关系能量变化断裂旧化学键吸收的总能量＜形成新化学键释放的总能量放出能量断裂旧化学键吸收的总能量＞形成新化学键释放的总能量吸收能量3、常见的放热反应和吸热反应（五放四吸）放热反应：①燃烧反应②酸碱中和反应③金属和水或酸的反应④大多数化合反应⑤铝热反应吸热反应：①大多数分解反应②铵盐与碱的反应③CO2或水蒸气与碳的反应④H2或CO还原CuO的反应二、能源1.能源的分类形成条件利用历史性质一次能源常规能源可再生资源水能、风能、生物质能不可再生资源煤、石油、天然气等化石能源新能源可再生资源太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能、沼气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、焦炭等能源的利用(1)当前我国使用最多的能源：化石燃料，即煤、石油、天然气。(2)化石燃料需亟待解决的问题：(3)解决燃料燃烧存在问题的研究方向①研究化石燃料完全燃烧的条件和减少燃料燃烧产生的热量损耗的技术，研究提高燃料利用率的措施；②防止燃料燃烧造成的环境污染；③通过化学方法把石油、煤等化石燃料转化为清洁燃料；④开发太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、核能、等清洁、高效的新能源。【典型例题】1．过渡态理论认为：不管是放热反应还是吸热反应，反应物经过渡态变为生成物，都必须要经过一个高能量的过渡态，好比从一个谷地到另一个谷地必须爬山一样。如图为反应进程中过渡态理论能量变化示意图。下列说法错误的是A．该示意图表示的是一个放热反应B．该反应的能量变化为E1C．反应物总能量高于生成物总能量D．反应物、过渡态、生成物，三者中总能量最高者为过渡态【答案】B【解析】A．根据图中信息可知，反应物的总能量大于生成物总能量，反应为放热反应，选项A正确；B．该反应的能量变化为E1E2，选项B错误；C．根据图中信息可知，反应物的总能量大于生成物总能量，选项C正确；D．根据图中信息可知，反应物、过渡态、生成物中总能量最高者为过渡态，选项D正确；答案选B。2.下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是【答案】A【解析】稀盐酸和Zn反应生成H2,容器内气体压强增大,使针筒活塞向右移动,所以针筒活塞向右移动不能说明该反应放热,A符合题意;反应物总能量大于生成物总能量,反应放热,B不符合题意;反应开始后,甲处液面低于乙处液面,说明气体受热膨胀,证明反应放热,C不符合题意;温度计的水银柱不断上升,说明温度升高,证明反应放热,D不符合题意。白磷与氧气可发生反应：P4＋5O2=P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：PP：akJ·mol1、PO：bkJ·mol1、P=O：ckJ·mol1、O=O：dkJ·mol1，根据图示的分子结构和有关数据估算1mol白磷反应放出的热量，其中正确的是A．(6a＋5d4c12b)kJ B．(4c＋12b6a5d)kJC．(4c＋12b4a5d)kJ D．(4a＋5d4c12b)kJ【答案】B【解析】该反应为放热反应，反应中放出热量=形成生成物中化学键的总能量断开反应物中化学键的总能量。由图可以看出：P4中有6mol的P－P，5mol的O2中含有5molO=O，1mol的P4O10中含有4mol的P=O，12mol的PO，故该反应中放出能量=(4c＋12b)kJ(6a＋5d)kJ=(4c＋12b6a5d)kJ。故选B。下列过程属于放热反应的是A．烧碱溶于水 B．锌与稀硫酸的反应C．Ba(OH)2•8H2O晶体与氯化铵固体的反应 D．高炉炼铁中CO还原Fe2O3的反应【答案】B【解析】A．烧碱溶于水是一个物理变化，虽然溶解过程放出热量，但不属放热反应，A不合题意B．活泼金属与水或酸的反应是一个放热反应，则锌与稀硫酸的反应是放热反应，B符合题意；C．铵盐与碱的反应属于吸热反应，故Ba(OH)2•8H2O晶体与氯化铵固体的反应是吸热反应，C不合题意；

D．以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应是吸热反应，故高炉炼铁中CO还原Fe2O3的反应是吸热反应，D不合题意；故答案为：B。风力发电是崇明东滩湿地旅游区的一道独特景观，下列有关风力发电的叙述不正确的是A．可节约大量煤、天然气、石油等燃料 B．有效减少二氧化碳，控制温室效应C．风能是一种清洁的环保型能源 D．风力发电是化学能转变为电能【答案】D【详解】A．风力发电可以减少热力发电的需要，从而节约大量煤、天然气、石油等燃料，故A正确；B．风力发电过程中没有化石燃料的燃烧，且可以减少热力发电，有效减少二氧化碳，控制温室效应，故B正确；C．风力发电不会对环境造成污染，为清洁能源，故C正确；D．风力发电是把风能转化为电能，故D错误；综上所述答案为D。三、火力发电——化学能间接转化为电能（1）我国目前电能主要来自火力发电，其次来自水力发电。（2）火力发电的原理首先通过化石燃料燃烧，使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。（3）能量转换过程化学能eq\o(→,\s\up7(燃料燃烧))热能eq\o(→,\s\up7(蒸汽轮机))机械能eq\o(→,\s\up7(发电机))电能四、原电池——化学能直接转化为电能（1）实验探究实验操作实验现象原因解释(1)Zn片：锌片溶解，表面产生无色气泡Cu片：无变化反应的离子方程式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气(2)Zn片是否溶解：溶解Cu片上是否有气泡：有气泡电流表A指针偏转电流表指针偏转说明：导线中有电流Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出（2）原电池的概念原电池是把化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。（3）原电池的工作原理原电池总反应式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。能量转化：化学能转变为电能。（4）原电池的构成条件原电池反应必须是自发的氧化还原反应。具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。两电极均插入电解质溶液中。电解质溶液、电极、导线形成闭合回路（5）原电池正负极的判断方法：（6）原电池原理的应用加快化学反应速率比较金属活泼性强弱用于金属保护设计原电池五、化学电源【典型例题】1、关于如图所示装置的叙述，正确的是A．锌是负极，质量逐渐减少，发生还原反应B．铜是正极，铜片上有气泡产生，溶液变蓝C．电子从铜片经导线流向锌片D．正极的电极反应式：2H++2e=H2↑【答案】D【解析】在锌、铜和稀硫酸组成的原电池中，活泼金属Zn作负极，失电子发生氧化反应，氢离子在正极Cu上得电子发生还原反应；A．Zn作负极，失电子生成Zn2+，质量减少，化合价升高发生氧化反应，故A错误；B．Cu是正极，没有参加反应，氢离子在正极Cu上得电子生成氢气，冒出气泡，没有生成Cu2+，溶液没有变蓝，故B错误；C．Zn作负极，失电子，电子从负极锌片流出，经导线流向铜，故C错误；D．Cu是正极，氢离子在正极Cu上得电子生成氢气，电极反应式：2H++2e=H2↑，故D正确；故选：D。2、下列装置中，能构成原电池的是A．只有甲 B．只有乙C．只有丙 D．除乙均可以【答案】C【解析】甲．没有用导线连接形成闭合回路，所以不能构成原电池，错误；乙．两电极材料相同，所以不能构成原电池，错误；丙．有两个活泼性不同的电极，且两电极插入电解质溶液中，两电极间构成闭合回路，能自发的进行氧化还原反应，所以该装置能构成原电池，正确；丁．乙醇是非电解质，且电极和乙醇不能自发的发生氧化还原反应，所以不能构成原电池，错误；故选C。3、如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液【答案】D【解析】A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A和B中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A中A极变细，B中A极不变。C和D中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C中A极变细，D中A极变粗。4、X、Y、Z、M、N代表五种金属单质，有以下反应：①Y与M用导线连接放入稀硫酸中，M上冒气泡；②M、N为电极，与N的盐溶液组成原电池，电子从M极流出，经过外电路流入N极；③Z+2H2O(冷水)=Z(OH)2+H2↑；④水溶液中，X+Y2+=X2++Y。则这五种金属的活泼性由强到弱的顺序为A.Z>X>Y>M>N B.Z>Y>X>M>NC.Z>X>Y>N>M D.X>Y>M>N>Z【答案】A【解析】①Y与M用导线连接放入稀硫酸中,形成原电池,M上冒气泡,说明M是正极,活泼性:Y>M;②M、N为电极,与N的盐溶液组成原电池,电子从M极流出,经过外电路流入N极,则M是负极,活泼性:M>N;③Z能与冷水反应生成H2,则Z是非常活泼的金属;④X能置换出Y,则活泼性:X>Y,综上所述,金属的活泼性:Z>X>Y>M>N。5、如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法正确的是A．上述电池分别属于二次电池、一次电池和燃料电池B．干电池工作时，H+向锌筒移动C．铅蓄电池工作过程中，每通过2mol电子，负极质量减轻207gD．酸性氢氧燃料电池的正极反应式为O2+4H++4e=2H2O【答案】D【详解】A．干电池属于一次电池，铅蓄电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，A错误；B．在干电池中，Zn作负极，石墨电极为正极，氢离子向正极石墨电极移动，B错误；C．铅蓄电池的负极反应式为Pb+SO422e=PbSO4，则每通过2mol电子时，该极质量应该增加而非减少，C错误；D．酸性氢氧燃料电池的正极反应式为O2+4H++4e=2H2O，D正确；故选D。6、甲烷燃料电池能量转化率高。以KOH为电解质溶液，分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流，其电极反应分别为：；。下列说法不正确的是A．CH4在负极发生氧化反应B．工作时溶液的pH上升C．理论上每消耗1molCH4，需要2molO2参与反应D．分别将1molH2和CH4做燃料电池的原料，产生电量甲烷多【答案】B【解析】甲烷发生的电极反应为CH48e+10OH=CO32+7H2O，甲烷在负极发生失电子的氧化反应；O2发生的电极反应为O2+4e+2H2O=4OH，O2在正极发生得电子的还原反应；电池总反应为CH4+2O2+2OH=CO32+3H2O。A．甲烷发生的电极反应为CH48e+10OH=CO32+7H2O，甲烷在负极发生失电子的氧化反应，A项正确；B．甲烷燃料电池工作时总反应为CH4+2O2+2OH=CO32+3H2O，消耗OH生成H2O，OH浓度减小，溶液的pH减小，B项错误；C．甲烷燃料电池工作时总反应为CH4+2O2+2OH=CO32+3H2O，理论上每消耗1molCH4需要2molO2参与反应，C项正确；D．若用H2做燃料电池的原料，1molH2失去2mol电子，而1molCH4失去8mol电子，故分别将1molH2和CH4做燃料电池的原料，产生电量甲烷多，D项正确；答案选B。化学反应的速率与限度第2节化学反应的速率与限度第2节【知识梳理】一、化学反应速率1、正确理解化学反应速率2、化学反应速率大小的比较方法（1）归一法：若单位不统一，则要换算成相同的单位；若为不同物质表示的反应速率，则要换算成同一物质来表示反应速率；再比较数值的大小。（2）比值法：比较化学反应速率与化学计量数的比值，如aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，比较eq\f(v(A),a)与eq\f(v(B),b)，若eq\f(v(A),a)＞eq\f(v(B),b)，则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。3、化学反应速率的影响因素（1）内因反应物本身的性质（2）外因影响因素影响结果浓度增大反应物的浓度，速率加快；减小反应物的浓度，速率减慢温度升高温度，速率加快；降低温度，速率减慢压强增大气态反应物的压强，速率加快；减小气态反应物的压强，速率减慢催化剂使用催化剂能极大地加快反应速率固体反应物的表面积增大固体反应物的表面积，化学反应速率加快；减小固体反应物的表面积，化学反应速率减慢其他形成原电池、使用合适的溶剂等也影响化学反应速率二、化学反应的限度1、可逆反应(1)概念：在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的化学反应。(2)特征：反应不能进行到底，或者在一定条件下反应物与生成物同时存在。在书写化学方程式时，可逆反应用符号“”表示。2、化学平衡的建立对于可逆反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，其化学反应速率与时间的关系如图所示。①反应开始时，正反应速率最大，原因是反应物浓度最大；逆反应速率为0，原因是生成物浓度为0；②反应进行中，正反应速率的变化是逐渐减小，原因是反应物浓度逐渐减小；逆反应速率的变化是逐渐增大，原因是生成物浓度逐渐增大；③反应一段时间(t1)后，正反应速率和逆反应速率的关系是大小相等，反应物的浓度不再改变，生成物的浓度不再改变。3、化学平衡状态的特征4、化学反应的限度（1）化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到的或完成的最大程度，任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。（2）不同条件下，同一可逆反应的化学反应限度不同；相同条件下，不同反应的化学反应限度也不同。（3）化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率。5、化学平衡状态的判断依据（1）v正＝v逆≠0（2）变量不变可能的情况举例是否已达平衡各物质的质量或各物质的质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总压强、总体积、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了，同时生成，即v(正)=v(逆)平衡在单位时间内消耗了，同时生成不一定平衡不一定平衡在单位时间内生成了，同时消耗不一定平衡压强压强不再变化，当平衡压强不再变化，当不一定平衡混合气体的平均相对分子质量（）一定，当平衡一定，当不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变的情况下，体系温度一定平衡气体的密度密度一定不一定平衡颜色反应体系内有色物质的颜色不变，即有色物质的浓度不变平衡三、化学反应条件的控制1、调控反应条件的目的和方法2、合理选择的化学反应条件的角度（1）化学反应速率问题。（2）化学反应限度问题。（3）生产设备的耐高温、抗高压性，生产投入的成本问题等。3、提高燃料的燃烧效率的措施（1）尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量。（2）尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。【典型例题】1、在一密闭容器中加入A和B，各物质的物质的量浓度随着反应的进行如图所示。下列说法正确的是A．该反应的化学方程式为5A+4B=4CB．2min前，化学反应速率都是在减小C．用A的浓度变化表示2min内的速率为2mol/(L•min)D．2min时，该反应达到平衡，此时A、B、C的浓度比为1：3：4【答案】D【解析】A．从图像知该反应为可逆反应；反应中，Δc(A)=5mol/L，Δc(B)=4mol/L，Δc(C)=4mol/L，则该反应的化学方程式为5A+4B4C，A错误；B．在2min前，反应物A和B的浓度都在减小，生成物C的浓度在增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，B错误；C．用A的浓度变化表示2min内的速率为=2.5mol/(L∙min)，C错误；D．2min时，体系中各组分的浓度不再改变，则该反应达到平衡；此时，c(A)=1mol/L，c(B)=3mol/L，c(C)=4mol/L，则A、B、C的浓度比为1:3:4，D正确；故选D。2、对于可逆反应A(g)+3B(s)=2C(g)+2D(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应速率最快的是A．v(A)=0.5mol·L1·min1 B．v(B)=1.2mol·L1·s1C．v(D)=0.4mol·L1·min1 D．v(C)=0.1mol·L1·s1【答案】D【解析】A．v(A)=0.5mol·L1·min1，A错误；B．B是固体，固体的浓度视为常数，故不能用固体的浓度变化来表示反应速率，B错误；C．v(D)=0.4mol·L1·min1，所以v(A)==0.4mol·L1·min1=0.2mol·L1·min1，C错误；D．v(C)=0.1mol·L1·s1，所以v(A)==0.1mol·L1·s1=0.05mol·L1·s1=3mol·L1·min1，D正确；故选D。3、对水样中M的分解速率的影响因素进行研究，每次取2L水样进行实验，在相同温度下，M的物质的量[n(M)]随时间(t)变化的有关实验数据如下图所示，下列说法正确的是A．由③④得，水样中添加Cu2+，能加快M的分解速率B．由②③得，反应物浓度越大，M的分解速率越快C．由②④得，水样的pH越小，M的分解速率越快D．在0～20min内，②中M的平均分解速率为0.015mol/(L·min)【答案】A【解析】A．根据③④知，pH相同时，添加铜离子的，相同时间内c(M)的变化量越大，则M的分解速率大，故A正确；B．根据②③知，反应起始浓度及溶液pH都不同，两个变量，则无法判断反应速率与浓度关系，故B错误；C．根据②④知，铜离子及溶液pH都不同，两个变量，则无法判断M的分解速率与pH关系，故C错误；D．由题图知0～20min内，②中M的分解速率V(M)===0.0075mol•L1•min1，故D错误；答案为A。4、工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)，向一恒压密闭容器中充入1molN2和3molH2，在一定条件下发生反应并达到平衡，下列说法正确的是A．平衡时，NH3的物质的量为2molB．平衡时，正反应速率和逆反应速率都为零C．若单位时间内消耗amolN2，则同时消耗2amolNH3D．容器内气体总压强不再变化时，说明该反应达到平衡状态【答案】C【解析】A．由于合成氨的反应是一个可逆反应，即平衡时，NH3的物质的量小于2mol，A错误；B．平衡时，正反应速率和逆反应速率相等，但均不为零，B错误；C．化学反应平