专题6 化学反应与能量变化 专题整体教学设计与验收评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

专题整体教学设计与验收评价 目录 一、主干知识——在微点判断中澄清 二、综合思维——在知识融会中贯通 三、迁移应用——在课题活动中践行 2 在微点判断中澄清 一、主干知识 1.判断下列有关化学反应速率与限度叙述的正误 (1)化学反应速率通常用单位时间内生成或消耗某物质的质量的多少来表示。( ) (2)在同一个反应中,可以用反应物或生成物来表示反应速率。( ) (3)化学反应速率的常用单位有mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1。( ) (4)升高温度反应速率一定加快。( ) (5)增大压强反应速率一定加快。( ) × √ √ √ × 2.判断下列有关化学反应的限度叙述的正误 (1)2H2+O2 2H2O与2H2O 2H2↑+O2↑互为可逆反应。( ) (2)SO2和O2的反应可写为2SO2+O2 2SO3。( ) (3)化学反应达到限度时,正、逆反应速率相等。( ) (4)可逆反应达到平衡后,正反应和逆反应都停止。( ) (5)若将1 mol N2和3 mol H2充入密闭容器中充分反应,最终生成2 mol NH3。( ) × × √ × × 3.判断下列有关化学反应中的热叙述的正误 (1)只要有化学键的断裂,一定发生化学反应。( ) (2)断裂化学键释放出能量而生成新键则吸收能量。( ) (3)当反应物的总能量大于生成物的总能量时,化学反应吸收能量。( ) (4)化学反应的过程实际上是一个旧键断裂的过程。( ) × × × × (5)吸热反应一定需要加热才能发生。 ( ) (6)化学反应中的能量变化全部是以热量的形式变化的。( ) (7)化学反应必然伴随着能量变化。( ) × × √ 4.判断下列有关化学能与电能叙述的正误 (1)原电池是把电能转化为化学能的一种装置。( ) (2)在原电池的电解质内部,电子从正极流向负极。 ( ) (3)原电池的负极材料一定发生氧化反应。( ) (4)手机上用的锂离子电池属于二次电池。( ) × × × √ (5)锌锰干电池中,锌电极是正极。 ( ) (6)甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为负极,发生还原反应。( ) (7)废旧电池需回收集中处理的原因是为了利用电池外壳的金属材料。( ) (8)氢氧燃料电池工作时,发出淡蓝色火焰。 ( ) × × × × 在知识融会中贯通 二、综合思维 (一)化学反应速率 1.一定条件下,在一密闭容器中将1.0 mol·L-1 N2与3.0 mol·L-1 H2合成氨,反应到2 s时测得NH3的浓度为0.8 mol·L-1,当用氨气浓度的增加来表示该反应的反应速率时,该反应的反应速率为 (　　) A.0.2 mol·L-1·s-1 　B.0.4 mol·L-1·s-1 C.0.6 mol·L-1·s-1 　D.0.8 mol·L-1·s-1 [综合训练] √ 解析:根据化学反应速率的表示方法:v(NH3)== =0.4 mol·L-1·s-1。 2.反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),在密闭容器中进行,下列条件中能减慢化学反应速率的是(假设温度不变)(　　) A.缩小容积 B.加入催化剂 C.保持容积不变,充入氩气 D.保持压强不变,充入氩气 √ 解析:缩小容积,N2、H2、NH3的浓度都增大,反应速率增大;催化剂能显著地增大反应速率;容积不变,充入Ar,N2、H2、NH3的浓度都没有改变,故化学反应速率不变;保持压强不变,充入氩气,则容器的容积增大,N2、H2、NH3的浓度都减小,化学反应速率减小。 3.(2024·石家庄市赵县高一期末)常温下,将带有氧化膜的铝条投入盛有一定量稀盐酸的敞口容器中,反应过程中产生氢气速率与时间关系如图所示。下列说法不正确的是 (　　) A.反应过程中生成H2体积一直增加 B.t1→t2速率增大,与反应放热和氧化膜减少有关 C.t2→t3速率减小,只与c(H+)减小有关 D.反应过程中的速率变化是温度、c(H+)、Al与盐酸接触面积共同作用的结果 √ 解析:反应过程中,H2生成速率不同,但生成H2的量一直在增加,故A正确;t1→t2,溶液温度升高、Al与盐酸接触面积增大对反应速率的影响大于c(H+)降低的影响,故B正确;t2→t3,c(H+)降低为主要影响因素,但不是唯一因素,故C错误;多种因素综合影响反应速率,但不同阶段主要影响因素不同,故D正确。 (二)化学反应的限度 4.(2024·北京西城区高一期中)工业上可利用CO和H2合成二甲醚:3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)。一定温度下,在恒容、密闭容器中发生上述反应,当反应达到化学平衡状态时,下列说法正确的是(　　) A.正、逆反应速率相等且等于零 B.CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度不再变化 C.CO和H2全部转化为CH3OCH3和CO2 D.CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度一定相等 √ [综合训练] 解析:化学平衡是一种动态平衡,则当反应达到化学平衡状态时,正、逆反应速率相等且不等于零,故A错误;当CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度不再变化时,说明该反应已达到化学平衡状态,故B正确;该反应是可逆反应,反应物不能完全转化为生成物,则当反应达到化学平衡时,CO和H2不能完全转化为CH3OCH3和CO2,故C错误;当反应达到化学平衡状态,只能说明各组分浓度不再改变,不能说明CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度一定相等,故D错误。 √ 5.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,下列描述正确的是 (　　) A.反应的化学方程式为X+Y===Z B.a点正、逆反应速率相等 C.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 mol·L-1·s-1 D.反应开始到10 s,Y转化率为79% 解析:由图像可以看出,反应中X、Y的物质的量减小,Z的物质的量增多,则X、Y为反应物,Z为生成物,且Δn(Y)∶Δn(X)∶Δn(Z)=0.79 mol∶0.79 mol∶1.58 mol=1∶1∶2,则反应的化学方程式为X+Y 2Z,结合物质的量的变化解答该题。由以上分析可知反应的化学方程式为X+Y 2Z,A错误;a点时各物质的浓度仍然在变化,反应没有达到平衡状态,B错误;反应开始到10 s,Z的浓度变化量是1.58 mol÷2 L=0.79 mol·L-1,用Z表示的反应速率为0.79 mol·L-1÷10 s=0.079 mol·L-1·s-1,C错误;反应开始到10 s时,Y的转化率为0.79 mol÷1.00 mol×100%=79.0%,D正确。 (三)化学反应中的热 √ 6.下列图示变化为吸热反应的是 (　　) [综合训练] 解析:A项中生成物的总能量高于反应物的总能量,只能通过吸收能量才能实现;B项则恰好相反;C项中浓硫酸溶于水要放出热量,但此过程是物理变化,没有发生化学反应;D项是典型的放热反应。 7.化学反应A2+B2===2AB的能量变化如图所示,则下列说法正确的是 (　　) A.该反应是吸热反应 B.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键能放出x kJ 能量 C.形成2 mol A—B键需要放出y kJ的能量 D.2 mol AB(g)的总能量高于1 mol A2(g)和1 mol B2(g)的总能量 √ 解析:A项,反应物的能量高于生成物的能量,反应是放热反应,错误;B项,旧键的断裂吸收能量,而不是释放能量,错误;C项,新键的形成释放能量,由图可知形成2 mol A—B键可放出y kJ能量,正确;D项,该反应为放热反应,1 mol A2(g)和1 mol B2(g)的总能量高于2 mol AB(g)的总能量,错误。 8.(2024·无锡期末)N2H4是一种高效清洁的火箭燃料,0.25 mol N2H4(g)燃烧生成N2和气态水时放出133.5 kJ 热量,则下列热化学方程式中正确的是 (　　) A.N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+H2O(g) ΔH=+267 kJ·mol-1 B.N2H4(g)+O2(g) ===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-133.5 kJ·mol-1 C.N2H4(g)+O2(g) ===N2(g)+2H2O(l) ΔH=-534 kJ·mol-1 D.N2H4(g)+O2(g) ===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534 kJ·mol-1 √ 解析:0.25 mol N2H4(g)燃烧放出133.5 kJ热量,则1 mol N2H4(g)燃烧放出的热量为4×133.5 kJ=534 kJ。选项A,ΔH为正值,不正确;选项B,ΔH数值不正确;选项C,生成物水的状态不正确。 (四)原电池 9.如图为某同学用镁带、铜丝和苹果设计的水果电池的装置图,下列有关该装置的说法正确的是 (　　) A.镁带为正极 B.铜丝发生氧化反应 C.电子由镁带经导线流向铜丝 D.该装置可将电能转化为化学能 √ [综合训练] 解析:镁比铜活泼,该原电池中镁被氧化,作负极,故A错误;镁为负极,铜为正极,原电池中正极发生还原反应,故B错误;原电池中电子经导线由负极流向正极,即由镁流向铜,故C正确;原电池装置可以将化学能转化为电能,故D错误。 10.下列装置属于原电池装置的是 (　　) √ 解析:原电池的构成条件有:①有两个活泼性不同的电极,②将电极插入电解质溶液中,③两电极间构成闭合回路,④能自发的进行氧化还原反应,根据原电池的构成条件判断。A.符合原电池的构成条件,故正确;B.乙醇属于非电解质,没有电解质溶液,故错误;C.没有构成闭合回路,故错误;D.两个电极相同,没有两个活泼性不同的电极,故错误。 11.CO分析仪以燃料电池为工作原理,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇⁃氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是 (　　) A.负极的电极反应式为CO+O2--2e-===CO2 B.工作时电极b作正极,O2-由电极a流向电极b C.工作时电子由电极a通过传感器流向电极b D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高 √ 解析:a为负极,b为正极,b极的电极反应式为O2+4e-===2O2-,O2-从正极流向负极,并在负极发生反应CO+O2--2e-===CO2,A项正确,B项错误;电子通过导线由负极流向正极,电流越大,说明转移电子数目越多,参加反应的CO越多,C、D项正确。 在课题活动中践行 三、迁移应用 课题活动　合成氨反应的反应速率及能量变化 合成氨是地球上最重要的化学反应之一,曾两次作为获得诺贝尔化学奖项目。20世纪初,随着农业发展和军工生产的需要,氨成为一种制造化肥和拥有众多工业用途的基本化工原料。传统的工业合成氨技术是德国人哈伯在1905年发明的,因此也被称为哈伯法合成氨,哈伯本人也因此获得了1918年度诺贝尔化学奖。 探究目标(一)　合成氨反应的快慢及影响因素 工业合成氨工厂中为了提高经济效益所采用的条件: 温度:700 K(反应速率较快,转化率适中,催化剂活性最大) 压强:2×107~5×107 Pa(200~500 atm)(有利于氨的合成,对动力、材料强度、设备制造要求适中) 催化剂:铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂) 使反应物在较低温度下较快的进行反应 浓度:将生成的氨及时从混合气中分离出来,且向循环气中不断补充N2、H2(1∶2.8) 如在2 L密闭容器中,t ℃时发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),在体系中,n(N2)随时间的变化如下表: 时间/min 0 1 2 3 4 5 N2的物质 的量/mol 0.20 0.10 0.08 0.06 0.06 0.06 1.上述反应进行到第5 min时,N2的转化率为　　　。  提示:反应进行到第5 min时,消耗氮气的物质的量是0.20 mol-0.06 mol=0.14 mol,则N2的转化率为×100%=70%。 2.用H2表示0~2 min内该反应的平均速率v(H2)=　　　　　　　　　　。  提示:0~2 min内消耗氮气的物质的量是0.20 mol-0.08 mol=0.12 mol,根据方程式可知消耗氢气的物质的量是0.36 mol,则浓度变化是0.18 mol·L-1,即用H2表示0~2 min内该反应的平均速率v(H2)==0.09 mol·L-1·min-1。 3.t ℃时,在4个均为2 L的密闭容器中分别进行合成氨反应。根据在相同时间内测定的结果,判断反应进行快慢的顺序为　　　　　(填字母,下同)。  a.v(NH3)=0.05 mol·L-1·min-1 b.v(H2)=0.03 mol·L-1·min-1 c.v(N2)=0.02 mol·L-1·min-1 d.v(H2)=0.06 mol·L-1·s-1 提示:如果都用氢气表示其反应速率,则根据反应速率之比是相应的化学计量数之比可知:a项,v(H2)=0.075 mol·L-1·min-1,b项,v(H2)=0.03 mol·L-1·min-1,c项,v(H2)=0.06 mol·L-1·min-1,d项,v(H2)=3.6 mol·L-1·min-1,所以反应进行快慢的顺序为d>a>c>b。 4.若其他条件不变时,升高体系的温度,化学反应速率如何改变?向反应体系中加入催化剂呢? 提示:升高温度,反应速率加快;加入催化剂,反应速率加快。 探究目标(二)　可逆反应的特点及平衡状态的判断 工业合成氨工厂中为了提高经济效益所采用的条件: 即便是采用了适宜的条件,从合成塔出来的混合气体,其中NH3只占15%。 1.合成氨反应的v(正)、v(逆)随时间变化如图所示: t2~t3时间段内,反应速率是否为0?此时反应体系 中各物质的浓度是否发生改变? 提示:由于t2~t3达到平衡状态,v(正)=v(逆)≠0,此时各种参与反应的物质的浓度均保持不变。 2.若500 ℃时,将2 mol N2和2.25 mol H2充入体积为10 L的恒容密闭容器中,反应达到平衡时,NH3的浓度可能为0.15 mol·L-1,该说法是否正确? 提示:该反应中N2过量。假设2.25 mol H2完全参与反应,则生成NH3的浓度为0.15 mol·L-1,由于该反应是可逆反应,H2不可能完全转化生成NH3,故平衡时NH3的浓度小于0.15 mol·L-1。 3.若该反应在2 L的密闭容器中进行,若某一时间段内1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键断裂能否说明反应是否达到平衡状态?若该时间段内1个N≡N键断裂的同时,有6个N—H键断裂呢? 提示:根据化学反应的实质可知,每当有1个N≡N键断裂时,必有3个H—H键断裂,同时有6个N—H键形成,因而无法判断反应已达平衡状态;当有6个N—H键断裂时,必有1个N≡N键形成,则一个N≡N键断裂的同时又有一个N≡N键形成,说明反应已达平衡状态。 4.若该反应在2 L的密闭容器中进行,若容器内的密度保持不变能否说明该反应达到平衡状态? 提示:该容器的体积不变,反应前后都是气体,气体的质量保持不变,该反应的密度始终是定值,因此,当该反应的密度是定值时无法判断反应已达平衡状态。 探究目标(三)　合成氨反应中的能量变化 新型氨燃料电池是以氨气为燃料的电池,因其价格低廉、释放能量多,产物无污染等优点引起科学家重视,发展潜力巨大。 1.N2+3H2 2NH3中能量变化如图所示: 从图像上来看,该反应是放热反应还是吸热反应? 若虚线部分是向该反应体系中加入催化剂后的能量变 化,那么加入催化剂后该反应的反应热是否发生改变? 提示:由于反应物的能量高,产物的能量低,因此该反应是放热反应;加入催化剂前后反应物和产物的能量差值不变,因此反应热不变。 2.合成氨时,每生成17 g氨气,释放出46.2 kJ的热量,写出合成氨的热化学方程式。 提示:N2(g)+3H2(g) ===2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 3.氨气是一种富氢燃料,可以直接用于燃料电池,下图是供氨水式燃料电池工作原理: 该电池的两个电极均为石墨电极,分别标记做C1和C2,且该反应的产物均为对环境友好的物质。 (1)该电池的负极是哪个石墨电极? 提示:该燃料电池中,通入氨气的电极为负极,因此C1为负极。 (2)若该电池的电解质溶液为氢氧化钠溶液,那么通入电池中的空气要先通过某一电解质溶液,该电解质溶液的作用是什么? 提示:由于电池中的电解质溶液为碱性,因此空气通入电池之前要先通过碱性溶液以除去空气中的二氧化碳气体。 (3)该电池的两极反应和总反应方程式分别是什么? 提示:负极:4NH3-12e-+12OH-===2N2+12H2O; 正极:3O2+12e-+6H2O===12OH-; 总化学方程式:4NH3+3O2===2N2+6H2O。 (4)该电池工作时,电池中的氢氧根离子向哪一个电极移动? 提示:原电池内电路中电解质溶液中离子移动的规律是“正向正,负向负”,因此氢氧根离子向C1电极移动。 2024年4月25日,搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射成功。 (1)发射火箭常用肼(N2H4)为燃料和二氧化氮作氧化剂,两者反应生成氮气和气态水。反应的热化学方程式为2N2H4(g)+2NO2(g) ===3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 153.7 kJ·mol-1。消耗1 kg肼释放的热量约为　　　　　　。  [素养训练] 18 026.6 kJ (2)①肼⁃空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。该电池放电时,负极的电极反应式是 　　　　　　 　　　　　　。 正极的电极反应式是 　。  N2H4+4OH--4e-===N2 ↑+4H2O 2H2O+O2 +4e-===4OH- ②如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应生成物均为无毒无害的物质。该电池放电时,正极的电极反应式是O2+4e-===2O2-,负极的电极反应式是 　　 　　　　　　　　　　。电池内的O2-由电极　　　　　___移向电极　　。  N2H4+2O2--4e-===N2↑+2H2O 乙 甲 (3)火箭燃料的氧化剂为NO2在常温下存在以下平衡:2NO2(g) N2O4(g),NO2为红棕色气体,N2O4为无色气体,反应进行到一定程度时,混合气体的颜色不再改变,此时是否达到平衡?若反应在固定容积的密闭容器中进行,密度不变时,反应是否达到平衡? 达到平衡;不一定。 $$