第2章 化学键 化学反应规律 本章知识体系构建与核心素养提升（Word导学案）-【步步高】2023-2024学年高一化学必修第二册学习笔记（鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

本章知识体系构建与核心素养提升 一、化学键与物质构成 化学键 二、化学反应与能量转化 1．化学能与热能 2．化学能转化为电能的装置——原电池 常见的化学电源 三、化学反应速率和限度(化学平衡) 化学反应 一、变化观念与平衡思想 通过本章的学习，让学生知道化学反应过程中不但有物质变化，而且伴随着能量变化，能量变化也可以是多样的，化学反应速率受温度、反应物浓度、催化剂等外界条件的影响，增强化学反应是动态变化的观念。通过原电池原理和可逆反应的学习，让学生建立起平衡的思维模型，知道原电池中正、负极得失电子守恒，对一定条件下的可逆反应，当v正＝v逆时，反应达到平衡，反应体系中各组分浓度保持不变，增强平衡思想的培养。 例1　(2023·山东日照高一期中) 某温度下，A、B两种气体在2 L密闭容器内发生转化反应，A、B的物质的量随时间变化的曲线如图所示。 回答下列问题： (1)该反应的化学方程式为____________。 (2)4 min时，反应是否达到化学平衡____________(填“是”或“否”)，0～4 min，B的平均反应速率为____________。 (3)下列叙述能说明该反应达到平衡状态的是____________(填字母，下同)。 A．v正(A)＝2v逆(B) B．混合气体的密度不再改变 C．容器内压强保持不变 D．消耗0.4 mol A的同时生成0.2 mol B (4)下列措施能使化学反应速率减小的是________________________________。 A．适当升高温度 B．保持温度不变，增大容器体积 C．保持容器体积不变，通入氦气 D．保持容器体积不变，充入A气体 (5)如果平衡时容器内有0. 5 mol B，则A的转化率α(A)＝____________。 已知：转化率α(A)＝×100%。 答案　(1)2AB　(2)否　0.025 mol·L－1·min－1 (3)AC　(4)B　(5)75% 解析　(1)由图像分析知A为反应物，B为生成物，物质的量不变时反应物A的物质的量没有变为0，说明反应是可逆反应，且达到平衡状态，根据A、B消耗的物质的量之比计算得到化学计量数之比，0～4 min，A物质的量变化量为0.8 mol－0.4 mol＝0.4 mol，B物质的量变化量为0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol，A、B变化量的物质的量之比为2∶1，所以反应的化学方程式为2AB。(2)根据图像分析可知，4 min后A的物质的量继续减少，B的物质的量继续增加，说明4 min时反应未达到平衡；0～4 min时，v(B)＝＝0.025 mol· L－1·min－1。(3)反应速率之比等于化学计量数之比，v正(A)＝2v逆(B)时，反应达到平衡状态，A符合题意；反应前后气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度始终不变，因此当混合气体的密度不再改变，不能说明反应达到平衡状态，B不符合题意； 该反应是气体体积减小的反应，容器内的压强是变量，因此容器内压强保持不变，反应达到平衡状态，C符合题意；消耗0.4 mol A的同时生成0.2 mol B，都是正反应方向，无法判断反应达到平衡状态，D不符合题意。(4)升高温度反应速率加快，A不符合题意；保持温度不变，增大容器体积，各物质的浓度减小，反应速率减小，B符合题意；保持容器体积不变，通入氦气，各物质的浓度不变，反应速率不变，C不符合题意；保持容器体积不变，充入A气体，反应物的浓度增大，反应速率加快，D不符合题意。(5)由2AB可知，Δn(A)＝2Δn(B)，产生 0.3 mol物质B时，消耗0.6 mol物质A，所以A的转化率为×100%＝75%。 例2　甲醇用途日益广泛，越来越引起关注，工业上合成甲醇的途径多种多样。现在实验室中模拟甲醇的合成反应，在2 L密闭容器内，400 ℃时发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，体系中甲醇的物质的量n(CH3OH)随时间的变化如下表： 时间/s 0 1 2 3 5 n(CH3OH)/mol 0 0.009 0.012 0.013 0.013 (1)下图中表示CH3OH的浓度变化曲线的是____(填字母)。 (2)用H2表示0～2 s内该反应的平均速率v(H2)＝________________________________。随着反应的进行，该反应的速率逐渐减慢的原因是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。 a．容器内CO与CH3OH的浓度相等 b．v逆(CO)＝v正(H2) c．容器内气体的密度保持不变 d．容器内气体的压强不变 (4)该反应是一个放热反应，说明该反应中破坏1 mol CO和2 mol H2的化学键吸收的能量____________(填“＜”“＝”或“＞”)形成1 mol CH3OH的化学键释放的能量。 (5)已知在400 ℃时，反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)生成1 mol CH3OH(g)放出的热量为116 kJ。计算上述反应达到平衡时放出的热量Q＝____________kJ。 答案　(1)b　(2)0.006 mol·L－1·s－1　反应物的浓度减小　(3)d　(4)＜　(5)1.508 解析　(1)CH3OH是产物，随着反应的进行，其物质的量逐渐增大，平衡时CH3OH的物质的量为0.013 mol，在2 L密闭容器内，甲醇的浓度为＝0.006 5 mol·L－1，根据图像分析，b曲线符合。(2)在2 L密闭容器内，0～2 s内甲醇的物质的量增加了0.012 mol，根据化学方程式CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可知，Δn(H2)＝0.024 mol，则v(H2)＝＝ 0.006 mol·L－1·s－1。随着反应的进行，反应物的浓度减小，该反应的速率逐渐减慢。(3)a错，平衡时浓度不再发生变化，但各物质的浓度不一定相等或满足某种关系；b错，达到平衡时用不同物质表示的正、逆反应速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比，当2v逆(CO)＝v正(H2)时，反应达到平衡状态，因此当v逆(CO)＝v正(H2)时，反应未达到平衡状态；c错，反应前后气体的总质量始终保持不变，容器的容积也不变，因此混合气体的密度始终保持不变，故密度保持不变不能判定反应是否达到平衡状态；d对，反应前后气体体积不相同，反应过程中气体压强是一个变量，故压强不变说明反应达到平衡状态。(5)根据图表可知平衡时CH3OH的物质的量为0.013 mol，生成1 mol CH3OH(g)放出的热量为116 kJ，则生成0.013 mol CH3OH(g)放出的热量为116 kJ·mol－1×0.013 mol＝1.508 kJ。 例3　(1)锂-空气电池比传统的锂离子电池拥有更强的蓄电能力，是传统锂离子电池容量的10倍，其工作原理如图所示。 放电时，b电极为电源的________极，电极反应式为___________________________________。 (2)汽车尾气中CO、NO2在一定条件下可发生反应：4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g)，一定温度下，向容积固定的2 L密闭容器中充入一定量的CO和NO2，NO2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。 ①0～10 min内该反应的平均反应速率v(CO)＝______________________________。 ②恒温恒容条件下，不能说明该反应已经达到平衡状态的是________(填字母)。 A．容器内混合气体颜色不再变化 B．容器内的压强保持不变 C．容器内混合气体密度保持不变 答案　(1)正　O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)①0.03 mol·L－1·min－1　②C 解析　(1)电池放电时属于原电池，a电极为负极，发生氧化反应，b电极为正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (2)①v(CO)＝2v(NO2)＝2×＝0.03 mol·L－1·min－1。②容器内混合气体颜色不再变化，说明二氧化氮的浓度不变，即反应达到平衡状态；因反应前后的气体分子数不相等，所以容器内的压强保持不变，说明各气体的物质的量不变，反应达到平衡状态；反应过程中，容器内混合气体密度始终保持不变。 二、科学态度与社会责任 通过本章的学习，让学生理解化学反应都伴随着能量变化，可以将化学能转化为热能、电能等。因此可以合理利用传统能源，大力开发新能源，实现“绿色环保”理念，形成简约适度、绿色低碳的发展模式。通过对化学反应速率及限度的学习，让学生理解在工业生产中，可以通过选择适当条件，加快反应速率，提高产品产率，如控制变量，实现工业生产的最佳产能，降低能耗，减少污染，从而促进社会的可持续发展。 例4　(2023·合肥一中高一月考)下列四个常用电化学装置的叙述错误的是(　　) 图Ⅰ水果电池 图Ⅱ干电池 图Ⅲ铅蓄电池 图Ⅳ氢氧燃料电池 A.图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出 B．图Ⅱ所示干电池中锌作负极 C．图Ⅲ所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4 D．图Ⅳ所示电池中正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O 答案　C 解析　图Ⅰ水果电池中，锌的活动性比铜强，锌作负极，铜作正极，电子由负极流向正极，A正确；图Ⅱ为锌锰干电池，锌为金属，锌作负极，石墨作正极，B正确；图Ⅲ为铅蓄电池，铅作负极，二氧化铅作正极，放电时负极的电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，正极反应式为PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O，C错误；图Ⅳ为氢氧燃料电池，氢气作负极失电子，氧气作正极得电子被还原，由于电解质溶液呈酸性，因此正极电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D正确。 例5　汽车排放的尾气为大气污染源之一，目前，可利用以下化学原理处理尾气：2NO＋2CO2CO2＋N2。 (1)写出CO2的结构式：_________________________________________________________。 (2)一定条件下，在容积固定的容器中进行上述反应，CO浓度与时间关系如图所示： 则反应速率v(a)、v(b)、v(c)的大小关系是___________________________________。 (3)为研究如何提高该转化过程的反应速率，某课题组进行了以下实验探究。 [资料查阅] A．不同的催化剂对同一反应的催化效率不同； B．使用等质量且相同的催化剂时，催化剂的比表面积对催化效率有影响。 [实验设计]　课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律，设计了以下对比实验。 实验编号 实验目的 T/℃ NO初始浓度/(mol·L－1) CO初始浓度/(mol·L－1) 同种催化剂的比表面积/(m2·g－1) c(CO)不变时所用的时间/min Ⅰ 参照实验 280 6.50×10－3 4.00×10－3 80 t Ⅱ 280 6.50×10－3 4.00×10－3 120 0.5t Ⅲ 360 6.50×10－3 4.00×10－3 80 0.2t [结论] ①实验编号Ⅱ的实验目的为_________________________________________。 ②课题中探究外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响的另一因素是__________，且____________反应速率将__________(填“增大”“减小”或“无影响”)。 答案　(1)O==C==O　(2)v(a)＞v(b)＝v(c) (3)①探究同种催化剂的比表面积对反应速率的影响　②温度　升高温度　增大 解析　(1)CO2为直线形分子，其结构式为O==C==O。(2)反应开始时反应物的浓度最大，故反应速率最大，当反应达到平衡时，反应速率相等。 学科网（北京）股份有限公司 $$