第6章 化学反应与能量（word版）-【精英1号】2024年高一化学学考名师解析与训练·知识梳理手册

第六章　化学反应与能量 第一节　化学反应与能量变化 1．化学反应与热能 (1)从能量视角对化学反应分类。 ①吸热反应：大多数分解反应；以C、H2为还原剂的氧化还原反应；Ba(OH)2·8H2O＋NH4Cl(固态铵盐与碱的反应)；NaHCO3与盐酸的反应。 ②放热反应：所有的燃烧反应；酸碱中和反应；大多数化合反应；活泼金属跟水或酸的反应；物质的缓慢氧化。 (2)化学反应中能量变化的原因。 ①宏观角度：反应物与生成物具有不同的能量。 吸热反应：E(反应物)<E(生成物)；放热反应：E(反应物)>E(生成物)。 ②微观角度：断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量。 吸热反应：E(反应物键能总和)>E(生成物键能总和)。 放热反应：E(反应物键能总和)<E(生成物键能总和)。 2．化学反应与电能 (1)原电池原理：将氧化还原反应分开在两个电极进行，实现在两个电极之间电子的定向移动，形成电流，将化学能转化为电能。 (2)电极反应规律：失去电子的一极是负极，物质发生氧化反应；得到电子的一极是正极，物质发生还原反应。 (3)电子导体和离子导体中微粒的迁移方向：导线中电子由负极移向正极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。 3．常见的化学电源 (1)电源分类：一次电池、二次电池、燃料电池。 (2)电源工作原理：两极物质发生氧化还原反应，电子定向移动。 1．反应吸、放热的判断：依据经验规律，结合反应的类型进行判断。 2．反应吸、放热的定量计算：准确分析反应物断裂化学键的种类和数目，生成物形成化学键的种类和数目。 3．原电池中微粒迁移方向的分析：根据闭合回路思想，即导线中的电子与溶液中的阴离子形成闭合回路，电流方向与溶液中的阳离子移动方向一致。思路如下图所示。 4．化学电源电极总反应书写思路。 用双线桥法分析电池总反应→将总反应拆分成氧化反应和还原反应两个半反应→负极对应失电子的半反应、正极对应得电子的半反应。 例1　下列叙述正确的是(　　) A．吸热的化学反应必须加热才能发生 B．根据能量守恒定律，反应物的总能量等于生成物的总能量 C．常温常压下，H2(g)＋Cl2(g)===2 HCl(g)在光照和点燃条件下反应热相同 D．等物质的量的氢气在氧气中完全燃烧，生成气态水比生成液态水放出的热量更多 【答案】C 【解析】A.吸热的化学反应不一定加热才能发生，如Ba(OH)2、8H2O和NH4Cl反应是吸热反应，但不需要加热就能进行，故A错误；B.反应物的总能量不等于生成物的总能量，如放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，吸热反应中反应物的总能量小于生成物的总能量，故B错误；C.反应热只取决于反应物和生成物总能量的大小，与反应条件无关，常温常压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下反应热相同，故C正确；D.气态水的能量高于液态水，则等物质的量的氢气在氧气中完全燃烧，生成气态水比生成液态水放出的热量更少，故D错误。 例2　化学反应中伴随着能量变化，探究各种能量变化是一个永恒的主题。 (1)下列变化属于放热反应的是________(填字母)。 a．过氧化钠溶于水 b．氢氧化钠固体溶于水 c．酸碱中和反应 d．氯化铵晶体与氢氧化钡晶体混合搅拌 (2)中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，可利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。 已知：几种物质中化学键的键能如表所示。 化学键 H2O中H—O键 O2中O===O键 H2中H—H键 H2O2中O—O键 H2O2中O—H键 键能/(kJmol－1) 463 496 436 138 463 　　 若反应过程中分解了2mol水，则过程Ⅲ________(填“放出”或“吸收”)了________kJ能量。 (3)新冠病毒感染最明显的症状是发热，体温枪能快速检测人体体温。某体温枪所用的电池为一种银锌电池(如图所示)。该电池的总反应为：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 ①该电池工作时，________能转化为________能。 ②该电池负极的电极反应式为：____________________________。 ③该电池放电时，溶液中的K＋向__________(选择“Zn电极”或“Ag2O电极”)移动。 (4)某化学兴趣小组探究原电池的工作原理装置图如图所示，若a、b为质量相同的铜棒和铁棒，用导线连接后插入CuSO4溶液中，一段时间后，取出洗净、干燥、称量，二者质量差为12g，则导线中通过的电子的数目为 ____________。 【答案】(1)ac　(2)吸收　132　(3)①化学能　电能　②Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2　③Ag2O电极　(4)0.2NA 【解析】(1)a.过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气，放出热量，为放热反应，故a正确；b.氢氧化钠固体溶于水，放出热量，但为物理变化，故b错误；c.酸碱中和反应，放出热量，为放热反应，故c正确；d.氯化铵晶体与氢氧化钡晶体混合搅拌，反应生成氯化钡、氨气和水，吸收热量，为吸热反应，故d错误。 (2)过程Ⅲ为过氧化氢分解生成氧气和氢气，若反应过程中分解了2mol水，则过程Ⅲ有1molH2O2分解为1molH2和1molO2，过程Ⅲ的ΔH＝(138＋2×463－436－496)kJ/mol＝132kJ/mol，即过程Ⅲ吸收了132kJ的能量。 (4)质量相同的铜棒和铁棒，用导线连接后插入CuSO4溶液中，形成原电池，铁棒作负极，铁失电子生成亚铁离子，质量减少，铜棒作正极，溶液中铜离子得电子生成单质铜，质量增加，总反应为：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，反应过程中，若转移2mol电子，两极质量差为(56＋64)g＝120g，因此当两极质量差为12g时，导线中通过0.2mol电子，电子数为0.2NA。 第二节　化学反应速率与限度 1．化学反应速率 (1)①定义：化学反应速率是指单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。 ②表达式：v＝。 ③适用对象：溶液或气体中的反应。纯固体、纯液体浓度是恒定的，不能用浓度变化来衡量其反应速率。 ④v＝求算的是一个时间段内的平均速率，不适合计算瞬时速率。 ⑤同一反应用不同物质浓度变化表示的速率，速率之比等于其化学计量数之比。 ⑥比较速率大小，需要转化为同一物质、同一单位再进行比较。 (2)速率的影响因素。 ①内因：物质本身的性质。 ②外因：浓度、压强、温度、催化剂、接触面积等因素。 ③设计实验探究影响速率的因素的关键：保持无关变量不变，探究单一自变量与因变量的关系。 2．化学反应的限度 (1)可逆反应的判断：同一条件下，正、逆反应同时进行。 (2)平衡状态是一定条件下可逆反应的最大限度。 (3)平衡状态。 ①条件：同一物质的消耗速率与其生成速率相等。 ②标志：各组分的浓度保持恒定不变。 3．化学反应条件的控制 工业生产中反应条件的调控，需要从三个方面考虑：(1)反应速率；(2)反应限度(平衡)；(3)生产成本和实际可能性。 1．关于速率的计算：搞清楚计算对象的状态→找出对应时段物质浓度的变化→确定容器的容积→计算结果。 2．分析速率的影响因素。 (1)确定是否是单因子变量→分析变量之间的逻辑关系→遵循实验结果→得出结论。 (2)双变量问题：分析变量与实验结果的关系→讨论变量之间是协同还是矛盾关系→得出结论。 3．平衡状态的判断思路：分析描述的物理量是否随条件的变化而变化→是随条件变化而变化的物理量，某一时刻开始不变了→达到平衡。 【强调】(1)与压强、密度有关的物理量：要关注物质的状态，是否是气体。(2)容器的特点：恒温、恒压、恒容、绝热等。(3)反应特点：气体分子数是否变化。 例1　下列说法正确的是(　　) A．化学反应中能量变化的多少与反应物的物质的量无关 B．吸热反应只有加热才能发生 C．能量变化必然伴随发生化学反应 D．化学反应中的能量变化主要是由化学键变化引起的 【答案】D 【解析】A.活化分子间的碰撞有合适取向时才是有效碰撞，故A错误；B.有些吸热反应在常温下也能进行，如氢氧化钡和氯化铵的反应，故B错误；C.物质状态的改变也会引起能量变化，如气态水转化为液态水时放出热量，但该过程是物理变化，所以能量变化过程不一定伴随发生化学反应，故C错误；D.断键吸收能量、成键放出能量，所以化学反应中的能量变化主要是由化学键变化引起的，故D正确。 例2　一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物为原料生产化工产品的方法。合成气(CO和H2的混合气体)是一碳化学的重要原料，焦炭与水蒸气在恒容密闭容器中会发生如下三个反应： Ⅰ：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) Ⅱ：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) Ⅲ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) (1)当反应Ⅰ达到平衡后，下列措施可提高正反应速率的是________。(多选) A．加入焦炭 B．通入CO C．升高温度 D．分离出氢气 (2)若在恒温恒容容器中仅发生反应Ⅱ，则下列能说明反应达到平衡状态的是________________________________________________________________________。 A．容器内气体的压强不变 B．容器内气体的总质量不变 C．容器内气体的平均相对分子质量不变 D．单位时间内，每有2molO—H键断裂，同时有1molH—H键断裂 (3)在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO2和3mol H2，一定条件下发生反应Ⅲ。 ①图1表示该反应进行过程中能量的变化，则该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。 图1 图2 ②反应过程中测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示：3min时的正反应速率________(填“＞”“＝”或“＜”)逆反应速率，从反应开始到第10min，氢气的平均反应速率v(H2)＝____________mol·L－1·min－1。 (4)在体积为VL并带有滑动活塞的恒温密闭容器中加入2molX和2molY，发生如下反应(X、Y状态未知)：2X＋YaZ(g)。10分钟后达到平衡，此时X、Y、Z的物质的量之比为1∶3∶2，且容器的体积不变，则a＝________；X的状态为________(填“气态”或“非气态”)。 【答案】(1)BC　(2)D　(3)①放热　②＞　0.225　(4)1　非气态 【解析】(1)A.加入焦炭，焦炭是固体，改变它的用量化学反应速率不变，故A错误；B.通入CO，增加反应物浓度，正反应速率加快，故B正确；C.升高温度，正逆反应速率均增大，故C正确；D.分离出氢气，正反应速率不变，逆反应速率减小，故D错误。 (2)A.反应Ⅱ前后气体的化学计量数之和相等，容器内气体的压强始终不变，故不能判定平衡状态，故A错误；B.容器内气体的总质量始终不变，故不能判定平衡状态，故B错误；C.容器内气体的平均相对分子质量M＝，气体质量不变，物质的量也不变，故不能判定平衡状态，故C错误；D.单位时间内，对于正反应每有2molO—H键断裂，则有1molH—H键形成，又同时有1molH—H键断裂，则正、逆反应速率相等，是化学平衡状态，故D正确。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 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