第六章化學反應與能量（知識梳理）

第六章化學反應與能量化學反應與能量變化第1節(jié)化學反應與能量變化第1節(jié)【知識梳理】一、化學反應與熱能1、化學能與熱能轉化的實驗探究（1）鎂與鹽酸反應實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結論產生大量氣泡、溫度計指示溫度升高鎂與鹽酸反應的離子方程式為：Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，該反應放出熱量（2）Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl晶體反應實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結論有刺激性氣味氣體產生b．用手摸燒杯底部有冰涼感覺c．用手拿起燒杯，玻璃片黏結到燒杯的底部d．燒杯內反應物成糊狀化學方程式為：Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O，該反應吸收熱量2、化學反應中能量變化的原因（1）宏觀解釋——反應物與生成物的總能量不同。宏觀解釋放熱反應示意圖吸熱反應示意圖（2）微觀角度——反應物斷鍵吸收的能量與生成物成鍵釋放的能量不同。微觀解釋反應物、生成物中化學鍵的變化關系能量變化斷裂舊化學鍵吸收的總能量＜形成新化學鍵釋放的總能量放出能量斷裂舊化學鍵吸收的總能量＞形成新化學鍵釋放的總能量吸收能量3、常見的放熱反應和吸熱反應（五放四吸）放熱反應：①燃燒反應②酸堿中和反應③金屬和水或酸的反應④大多數(shù)化合反應⑤鋁熱反應吸熱反應：①大多數(shù)分解反應②銨鹽與堿的反應③CO2或水蒸氣與碳的反應④H2或CO還原CuO的反應二、能源1.能源的分類形成條件利用歷史性質一次能源常規(guī)能源可再生資源水能、風能、生物質能不可再生資源煤、石油、天然氣等化石能源新能源可再生資源太陽能、風能、地熱能、潮汐能、氫能、沼氣不可再生資源核能二次能源（一次能源經過加工、轉化得到的能源稱為二次能源）電能（水電、火電、核電）、蒸汽、工業(yè)余熱、酒精、汽油、焦炭等能源的利用(1)當前我國使用最多的能源：化石燃料，即煤、石油、天然氣。(2)化石燃料需亟待解決的問題：(3)解決燃料燃燒存在問題的研究方向①研究化石燃料完全燃燒的條件和減少燃料燃燒產生的熱量損耗的技術，研究提高燃料利用率的措施；②防止燃料燃燒造成的環(huán)境污染；③通過化學方法把石油、煤等化石燃料轉化為清潔燃料；④開發(fā)太陽能、風能、地熱能、海洋能、氫能、核能、等清潔、高效的新能源?！镜湫屠}】1．過渡態(tài)理論認為：不管是放熱反應還是吸熱反應，反應物經過渡態(tài)變?yōu)樯晌铮急仨氁涍^一個高能量的過渡態(tài)，好比從一個谷地到另一個谷地必須爬山一樣。如圖為反應進程中過渡態(tài)理論能量變化示意圖。下列說法錯誤的是A．該示意圖表示的是一個放熱反應B．該反應的能量變化為E1C．反應物總能量高于生成物總能量D．反應物、過渡態(tài)、生成物，三者中總能量最高者為過渡態(tài)【答案】B【解析】A．根據(jù)圖中信息可知，反應物的總能量大于生成物總能量，反應為放熱反應，選項A正確；B．該反應的能量變化為E1E2，選項B錯誤；C．根據(jù)圖中信息可知，反應物的總能量大于生成物總能量，選項C正確；D．根據(jù)圖中信息可知，反應物、過渡態(tài)、生成物中總能量最高者為過渡態(tài)，選項D正確；答案選B。2.下列實驗現(xiàn)象或圖像信息不能充分說明相應的化學反應是放熱反應的是【答案】A【解析】稀鹽酸和Zn反應生成H2,容器內氣體壓強增大,使針筒活塞向右移動,所以針筒活塞向右移動不能說明該反應放熱,A符合題意;反應物總能量大于生成物總能量,反應放熱,B不符合題意;反應開始后,甲處液面低于乙處液面,說明氣體受熱膨脹,證明反應放熱,C不符合題意;溫度計的水銀柱不斷上升,說明溫度升高,證明反應放熱,D不符合題意。白磷與氧氣可發(fā)生反應：P4＋5O2=P4O10。已知斷裂下列化學鍵需要吸收的能量分別為：PP：akJ·mol1、PO：bkJ·mol1、P=O：ckJ·mol1、O=O：dkJ·mol1，根據(jù)圖示的分子結構和有關數(shù)據(jù)估算1mol白磷反應放出的熱量，其中正確的是A．(6a＋5d4c12b)kJ B．(4c＋12b6a5d)kJC．(4c＋12b4a5d)kJ D．(4a＋5d4c12b)kJ【答案】B【解析】該反應為放熱反應，反應中放出熱量=形成生成物中化學鍵的總能量斷開反應物中化學鍵的總能量。由圖可以看出：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，故該反應中放出能量=(4c＋12b)kJ(6a＋5d)kJ=(4c＋12b6a5d)kJ。故選B。下列過程屬于放熱反應的是A．燒堿溶于水 B．鋅與稀硫酸的反應C．Ba(OH)2?8H2O晶體與氯化銨固體的反應 D．高爐煉鐵中CO還原Fe2O3的反應【答案】B【解析】A．燒堿溶于水是一個物理變化，雖然溶解過程放出熱量，但不屬放熱反應，A不合題意B．活潑金屬與水或酸的反應是一個放熱反應，則鋅與稀硫酸的反應是放熱反應，B符合題意；C．銨鹽與堿的反應屬于吸熱反應，故Ba(OH)2?8H2O晶體與氯化銨固體的反應是吸熱反應，C不合題意；

D．以C、H2、CO為還原劑的氧化還原反應是吸熱反應，故高爐煉鐵中CO還原Fe2O3的反應是吸熱反應，D不合題意；故答案為：B。風力發(fā)電是崇明東灘濕地旅游區(qū)的一道獨特景觀，下列有關風力發(fā)電的敘述不正確的是A．可節(jié)約大量煤、天然氣、石油等燃料 B．有效減少二氧化碳，控制溫室效應C．風能是一種清潔的環(huán)保型能源 D．風力發(fā)電是化學能轉變?yōu)殡娔堋敬鸢浮緿【詳解】A．風力發(fā)電可以減少熱力發(fā)電的需要，從而節(jié)約大量煤、天然氣、石油等燃料，故A正確；B．風力發(fā)電過程中沒有化石燃料的燃燒，且可以減少熱力發(fā)電，有效減少二氧化碳，控制溫室效應，故B正確；C．風力發(fā)電不會對環(huán)境造成污染，為清潔能源，故C正確；D．風力發(fā)電是把風能轉化為電能，故D錯誤；綜上所述答案為D。三、火力發(fā)電——化學能間接轉化為電能（1）我國目前電能主要來自火力發(fā)電，其次來自水力發(fā)電。（2）火力發(fā)電的原理首先通過化石燃料燃燒，使化學能轉變?yōu)闊崮埽訜崴怪癁檎羝酝苿诱羝啓C，然后帶動發(fā)電機發(fā)電。（3）能量轉換過程化學能eq\o(→,\s\up7(燃料燃燒))熱能eq\o(→,\s\up7(蒸汽輪機))機械能eq\o(→,\s\up7(發(fā)電機))電能四、原電池——化學能直接轉化為電能（1）實驗探究實驗操作實驗現(xiàn)象原因解釋(1)Zn片：鋅片溶解，表面產生無色氣泡Cu片：無變化反應的離子方程式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑Cu片表面無明顯變化的原因：銅排在金屬活動性順序表氫的后面，不能從酸溶液中置換出氫氣(2)Zn片是否溶解：溶解Cu片上是否有氣泡：有氣泡電流表A指針偏轉電流表指針偏轉說明：導線中有電流Cu片上有氣泡說明：溶液中的氫離子在銅片表面獲得電子發(fā)生還原反應產生氫氣，從銅片上放出（2）原電池的概念原電池是把化學能轉化為電能的裝置；原電池的反應本質是氧化還原反應。（3）原電池的工作原理原電池總反應式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。能量轉化：化學能轉變?yōu)殡娔堋＃?）原電池的構成條件原電池反應必須是自發(fā)的氧化還原反應。具有活動性不同的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬)。兩電極均插入電解質溶液中。電解質溶液、電極、導線形成閉合回路（5）原電池正負極的判斷方法：（6）原電池原理的應用加快化學反應速率比較金屬活潑性強弱用于金屬保護設計原電池五、化學電源【典型例題】1、關于如圖所示裝置的敘述，正確的是A．鋅是負極，質量逐漸減少，發(fā)生還原反應B．銅是正極，銅片上有氣泡產生，溶液變藍C．電子從銅片經導線流向鋅片D．正極的電極反應式：2H++2e=H2↑【答案】D【解析】在鋅、銅和稀硫酸組成的原電池中，活潑金屬Zn作負極，失電子發(fā)生氧化反應，氫離子在正極Cu上得電子發(fā)生還原反應；A．Zn作負極，失電子生成Zn2+，質量減少，化合價升高發(fā)生氧化反應，故A錯誤；B．Cu是正極，沒有參加反應，氫離子在正極Cu上得電子生成氫氣，冒出氣泡，沒有生成Cu2+，溶液沒有變藍，故B錯誤；C．Zn作負極，失電子，電子從負極鋅片流出，經導線流向銅，故C錯誤；D．Cu是正極，氫離子在正極Cu上得電子生成氫氣，電極反應式：2H++2e=H2↑，故D正確；故選：D。2、下列裝置中，能構成原電池的是A．只有甲 B．只有乙C．只有丙 D．除乙均可以【答案】C【解析】甲．沒有用導線連接形成閉合回路，所以不能構成原電池，錯誤；乙．兩電極材料相同，所以不能構成原電池，錯誤；丙．有兩個活潑性不同的電極，且兩電極插入電解質溶液中，兩電極間構成閉合回路，能自發(fā)的進行氧化還原反應，所以該裝置能構成原電池，正確；丁．乙醇是非電解質，且電極和乙醇不能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應，所以不能構成原電池，錯誤；故選C。3、如圖所示裝置，電流表指針發(fā)生偏轉，同時A極逐漸變粗，B極逐漸變細，C為電解質溶液，則A、B、C應是下列各組中的A．A是Zn，B是Cu，C為稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C為稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C為稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C為稀AgNO3溶液【答案】D【解析】A極逐漸變粗，說明A極為原電池的正極，溶液中的金屬陽離子得到電子后在A極上析出；B極逐漸變細，說明B極為原電池的負極，失去電子后變成離子進入溶液中。A和B中的反應為Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，則A中A極變細，B中A極不變。C和D中的反應為Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C中A極變細，D中A極變粗。4、X、Y、Z、M、N代表五種金屬單質，有以下反應：①Y與M用導線連接放入稀硫酸中，M上冒氣泡；②M、N為電極，與N的鹽溶液組成原電池，電子從M極流出，經過外電路流入N極；③Z+2H2O(冷水)=Z(OH)2+H2↑；④水溶液中，X+Y2+=X2++Y。則這五種金屬的活潑性由強到弱的順序為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與M用導線連接放入稀硫酸中,形成原電池,M上冒氣泡,說明M是正極,活潑性:Y>M;②M、N為電極,與N的鹽溶液組成原電池,電子從M極流出,經過外電路流入N極,則M是負極,活潑性:M>N;③Z能與冷水反應生成H2,則Z是非常活潑的金屬;④X能置換出Y,則活潑性:X>Y,綜上所述,金屬的活潑性:Z>X>Y>M>N。5、如圖所示是幾種常見的化學電源示意圖，有關說法正確的是A．上述電池分別屬于二次電池、一次電池和燃料電池B．干電池工作時，H+向鋅筒移動C．鉛蓄電池工作過程中，每通過2mol電子，負極質量減輕207gD．酸性氫氧燃料電池的正極反應式為O2+4H++4e=2H2O【答案】D【詳解】A．干電池屬于一次電池，鉛蓄電池屬于二次電池，氫氧燃料電池屬于燃料電池，A錯誤；B．在干電池中，Zn作負極，石墨電極為正極，氫離子向正極石墨電極移動，B錯誤；C．鉛蓄電池的負極反應式為Pb+SO422e=PbSO4，則每通過2mol電子時，該極質量應該增加而非減少，C錯誤；D．酸性氫氧燃料電池的正極反應式為O2+4H++4e=2H2O，D正確；故選D。6、甲烷燃料電池能量轉化率高。以KOH為電解質溶液，分別向兩極通入CH4和O2，即可產生電流，其電極反應分別為：；。下列說法不正確的是A．CH4在負極發(fā)生氧化反應B．工作時溶液的pH上升C．理論上每消耗1molCH4，需要2molO2參與反應D．分別將1molH2和CH4做燃料電池的原料，產生電量甲烷多【答案】B【解析】甲烷發(fā)生的電極反應為CH48e+10OH=CO32+7H2O，甲烷在負極發(fā)生失電子的氧化反應；O2發(fā)生的電極反應為O2+4e+2H2O=4OH，O2在正極發(fā)生得電子的還原反應；電池總反應為CH4+2O2+2OH=CO32+3H2O。A．甲烷發(fā)生的電極反應為CH48e+10OH=CO32+7H2O，甲烷在負極發(fā)生失電子的氧化反應，A項正確；B．甲烷燃料電池工作時總反應為CH4+2O2+2OH=CO32+3H2O，消耗OH生成H2O，OH濃度減小，溶液的pH減小，B項錯誤；C．甲烷燃料電池工作時總反應為CH4+2O2+2OH=CO32+3H2O，理論上每消耗1molCH4需要2molO2參與反應，C項正確；D．若用H2做燃料電池的原料，1molH2失去2mol電子，而1molCH4失去8mol電子，故分別將1molH2和CH4做燃料電池的原料，產生電量甲烷多，D項正確；答案選B?；瘜W反應的速率與限度第2節(jié)化學反應的速率與限度第2節(jié)【知識梳理】一、化學反應速率1、正確理解化學反應速率2、化學反應速率大小的比較方法（1）歸一法：若單位不統(tǒng)一，則要換算成相同的單位；若為不同物質表示的反應速率，則要換算成同一物質來表示反應速率；再比較數(shù)值的大小。（2）比值法：比較化學反應速率與化學計量數(shù)的比值，如aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，比較eq\f(v(A),a)與eq\f(v(B),b)，若eq\f(v(A),a)＞eq\f(v(B),b)，則說明用A表示的化學反應速率大于用B表示的化學反應速率。3、化學反應速率的影響因素（1）內因反應物本身的性質（2）外因影響因素影響結果濃度增大反應物的濃度，速率加快；減小反應物的濃度，速率減慢溫度升高溫度，速率加快；降低溫度，速率減慢壓強增大氣態(tài)反應物的壓強，速率加快；減小氣態(tài)反應物的壓強，速率減慢催化劑使用催化劑能極大地加快反應速率固體反應物的表面積增大固體反應物的表面積，化學反應速率加快；減小固體反應物的表面積，化學反應速率減慢其他形成原電池、使用合適的溶劑等也影響化學反應速率二、化學反應的限度1、可逆反應(1)概念：在同一條件下，既能向正反應方向進行，又能向逆反應方向進行的化學反應。(2)特征：反應不能進行到底，或者在一定條件下反應物與生成物同時存在。在書寫化學方程式時，可逆反應用符號“”表示。2、化學平衡的建立對于可逆反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，其化學反應速率與時間的關系如圖所示。①反應開始時，正反應速率最大，原因是反應物濃度最大；逆反應速率為0，原因是生成物濃度為0；②反應進行中，正反應速率的變化是逐漸減小，原因是反應物濃度逐漸減??；逆反應速率的變化是逐漸增大，原因是生成物濃度逐漸增大；③反應一段時間(t1)后，正反應速率和逆反應速率的關系是大小相等，反應物的濃度不再改變，生成物的濃度不再改變。3、化學平衡狀態(tài)的特征4、化學反應的限度（1）化學平衡狀態(tài)是可逆反應達到的一種特殊狀態(tài)，是在給定條件下化學反應所能達到的或完成的最大程度，任何可逆反應在給定條件下的進程都有一定的限度。（2）不同條件下，同一可逆反應的化學反應限度不同；相同條件下，不同反應的化學反應限度也不同。（3）化學反應的限度決定了反應物在該條件下轉化為生成物的最大轉化率。5、化學平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)（1）v正＝v逆≠0（2）變量不變可能的情況舉例是否已達平衡各物質的質量或各物質的質量分數(shù)一定平衡各氣體的體積或體積分數(shù)一定平衡總壓強、總體積、總物質的量一定不一定平衡正、逆反應速率的關系在單位時間內消耗了，同時生成，即v(正)=v(逆)平衡在單位時間內消耗了，同時生成不一定平衡不一定平衡在單位時間內生成了，同時消耗不一定平衡壓強壓強不再變化，當平衡壓強不再變化，當不一定平衡混合氣體的平均相對分子質量（）一定，當平衡一定，當不一定平衡溫度任何化學反應都伴隨著能量變化，在其他條件不變的情況下，體系溫度一定平衡氣體的密度密度一定不一定平衡顏色反應體系內有色物質的顏色不變，即有色物質的濃度不變平衡三、化學反應條件的控制1、調控反應條件的目的和方法2、合理選擇的化學反應條件的角度（1）化學反應速率問題。（2）化學反應限度問題。（3）生產設備的耐高溫、抗高壓性，生產投入的成本問題等。3、提高燃料的燃燒效率的措施（1）盡可能使燃料充分燃燒，提高能量的轉化率。關鍵是燃料與空氣或氧氣要盡可能充分接觸，且空氣要適當過量。（2）盡可能充分利用燃料燃燒所釋放出的熱能，提高熱能的利用率?！镜湫屠}】1、在一密閉容器中加入A和B，各物質的物質的量濃度隨著反應的進行如圖所示。下列說法正確的是A．該反應的化學方程式為5A+4B=4CB．2min前，化學反應速率都是在減小C．用A的濃度變化表示2min內的速率為2mol/(L?min)D．2min時，該反應達到平衡，此時A、B、C的濃度比為1：3：4【答案】D【解析】A．從圖像知該反應為可逆反應；反應中，Δc(A)=5mol/L，Δc(B)=4mol/L，Δc(C)=4mol/L，則該反應的化學方程式為5A+4B4C，A錯誤；B．在2min前，反應物A和B的濃度都在減小，生成物C的濃度在增大，所以正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，B錯誤；C．用A的濃度變化表示2min內的速率為=2.5mol/(L?min)，C錯誤；D．2min時，體系中各組分的濃度不再改變，則該反應達到平衡；此時，c(A)=1mol/L，c(B)=3mol/L，c(C)=4mol/L，則A、B、C的濃度比為1:3:4，D正確；故選D。2、對于可逆反應A(g)+3B(s)=2C(g)+2D(g)，在不同條件下的化學反應速率如下，其中表示的反應速率最快的是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錯誤；B．B是固體，固體的濃度視為常數(shù)，故不能用固體的濃度變化來表示反應速率，B錯誤；C．v(D)=0.4mol·L1·min1，所以v(A)==0.4mol·L1·min1=0.2mol·L1·min1，C錯誤；D．v(C)=0.1mol·L1·s1，所以v(A)==0.1mol·L1·s1=0.05mol·L1·s1=3mol·L1·min1，D正確；故選D。3、對水樣中M的分解速率的影響因素進行研究，每次取2L水樣進行實驗，在相同溫度下，M的物質的量[n(M)]隨時間(t)變化的有關實驗數(shù)據(jù)如下圖所示，下列說法正確的是A．由③④得，水樣中添加Cu2+，能加快M的分解速率B．由②③得，反應物濃度越大，M的分解速率越快C．由②④得，水樣的pH越小，M的分解速率越快D．在0～20min內，②中M的平均分解速率為0.015mol/(L·min)【答案】A【解析】A．根據(jù)③④知，pH相同時，添加銅離子的，相同時間內c(M)的變化量越大，則M的分解速率大，故A正確；B．根據(jù)②③知，反應起始濃度及溶液pH都不同，兩個變量，則無法判斷反應速率與濃度關系，故B錯誤；C．根據(jù)②④知，銅離子及溶液pH都不同，兩個變量，則無法判斷M的分解速率與pH關系，故C錯誤；D．由題圖知0～20min內，②中M的分解速率V(M)===0.0075mol?L1?min1，故D錯誤；答案為A。4、工業(yè)合成氨反應為N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)，向一恒壓密閉容器中充入1molN2和3molH2，在一定條件下發(fā)生反應并達到平衡，下列說法正確的是A．平衡時，NH3的物質的量為2molB．平衡時，正反應速率和逆反應速率都為零C．若單位時間內消耗amolN2，則同時消耗2amolNH3D．容器內氣體總壓強不再變化時，說明該反應達到平衡狀態(tài)【答案】C【解析】A．由于合成氨的反應是一個可逆反應，即平衡時，NH3的物質的量小于2mol，A錯誤；B．平衡時，正反應速率和逆反應速率相等，但均不為零，B錯誤；C．化學反應平