第六章 化学反应与能量（整理与提升）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（人教版2019必修第二册）

第六章 化学反应与能量（整理与提升） 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1.能从化学反应限度和快慢的角度解释生产、生活中简单的化学现象。 2.能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。 3.能运用变量控制的方法探究化学反应速率的影响因素，并初步解释化学实验和化工生产中反应条件 的选择问题。 4.能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。 5.能从物质及能量变化的角度评价燃料的使用价值。能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。 重点:1.化学反应中的能量转化（热能、电能）及其微观机制； 2.化学反应速率的影响因素和化学平衡的概念及调控方法。 难点:1.从宏观现象出发，深入微观层面探析化学反应的能量变化； 2.运用动态平衡的观点分析化学反应的进程和限度，理解反应条件对化学平衡的影响。 一、化学能与热能的转化 1.一个本质：化学反应的本质是反应物中的化学键断裂和生成物中化学键形成的过程。 2.化学反应的两个特征：物质变化和能量变化。 3.化学反应遵循两条规律：质量守恒定律和能量守恒定律。 4.化学反应中的两种转化：化学能转化为热能，热能转化为化学能。 5.化学反应的两种类型：放热反应和吸热反应。 6.两条规律： （1）E反应物>E生成物，放热反应，生成物能量低，更稳定；E反应物<E生成物，吸热反应，反应物能量低，更稳定； （2）E反应物断键吸热>E生成物成键放热，吸热反应；E反应物断键吸热<E生成物成键放热，放热反应。 7.三类计算： （1）依据一定质量（或物质的量、体积）的物质完全反应放出或吸收的热量计算化学反应的能量变化：用E(反应物)表示反应物的总能量，E(生成物)表示生成物的总能量，ΔQ表示能量变化，则ΔQ＝E(生成物)－E(反应物)。 （2）根据断键与成键的能量变化来计算化学反应的能量变化。用Q(吸)表示反应物化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物化学键形成时放出的总能量，ΔQ表示能量变化，则ΔQ＝Q(吸)－Q(放)。 （3）根据能量变化的图像来计算化学反应的能量变化。 二、原电池电极反应式的书写 1.书写遵循的原则 原电池的负极和正极分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子形式表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 2.电极反应式的书写类型 （1）题目给定原电池的装置图，未给总反应式 ①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 ②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 ③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4) ④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 （2）题目给出原电池的总反应式 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律，根据原电池总反应判断出两极反应的产物，然后结合电解质溶液所能提供的离子，依据质量守恒、电荷守恒配平电极反应式。 ①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。即列出物质，标出电子得失； ②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。即选离子，配电荷；配个数，巧用水； ③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 ④两式加，验总式。 （3）电池的电极反应书写要满足所处的电解质溶液的酸碱性环境。例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。 （4）电池的电极反应式可以直接写，也可以将总电池反应减去某一极反应得到另一极反应。减的时候要注意不要在负（正）极出现正（负）极得（失）电子的物质。 3.给出电极反应式书写总反应方程式 根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式得失电子数相等，然后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H+和OH-、Pb2+和SO42-要写成反应后的物质H20和PbS04。 4．燃料电池的电极反应式的书写 （1）写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 （2）写出电池的正极反应式 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 （3）写出电池的负极反应式 负极反应式＝总反应式－正极反应式。 【特别提醒】书写电极反应式时应注意： （1）两极得失电子数相等。 （2）电极反应常用“=”，不用“→” （3）电极反应中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”。 三、化学反应速率与限度的图像分析 （一）图像拾零 1、速率—时间图 1）识图：这类图像定性地揭示了反应过程中 v（正）、v（逆）随时间（含条件改变对化学反应速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“逆、动、等、定、变、同”的基本特征，以及平衡移动的方向。分析这类图像的重点及易错点是图像中演变出来的相关面积，曲线下方阴影部分的面积大小就表示在该时间段内某物质的浓度的变化量。另外，由v-t图可知，在一般情况下，同一个反应有先快后慢的特点，生成等量产物（或消耗等量反应物），所需的时间逐渐变长。 2）类型 （1）“渐变”类v－t图像 图像 分析 结论 t1时v′正突然增大，v′逆逐渐增大；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，增大反应物的浓度 t1时v′正突然减小，v′逆逐渐减小；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，减小反应物的浓度 t1时v′逆突然增大，v′正逐渐增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，增大生成物的浓度 t1时v′逆突然减小，v′正逐渐减小；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，减小生成物的浓度 （2）“断点”类v－t图像 图像 t1时刻所改变的条件 温度 升高 降低 升高 降低 适合正反应为放热的反应 适合正反应为吸热的反应 压强 增大 减小 增大 减小 适合正反应为气体物质的量增大的反应 适合正反应为气体物质的量减小的反应 （3）“平台”类v­t图像 图像 分析 结论 t1时v′正、v′逆均突然增大且v′正＝v′逆，平衡不移动 t1时其他条件不变使用催化剂 t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化) t1时v′正、v′逆均突然减小且v′正＝v′逆，平衡不移动 t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化) 2、浓度（或物质的量）—时间图 此类图像能说明各平衡体系组分（或某一成分）在反应过程中的变化情况。此类图像要注意各物质曲线的折点（即达到平衡时）时间应该相同。且各物质的浓度变化值应该满足方程式的计量系数之比。此类图像可以用于推测反应方程式。 （1）识图：在c-t图中，一般横坐标表示时间，纵坐标表示浓度或物质的量等变化，分析图时要抓住随着时间的变化曲线的基本走势问题，其重点及易错点应抓住曲线的斜率，某一时刻曲线的斜率大小就表示该时刻反应的速率快慢，曲线越陡表示反应的速率越大，曲线越平缓表示反应的速率越小。 （2）规律：①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。 ②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。 ③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。 （3）实例：某温度时，在定容(V L)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。 1)由图像得出的信息 ①X、Y是反应物，Z是产物。 ②t3 s时反应达到平衡状态，X、Y并没有全部反应，该反应是可逆反应。 ③0～t3 s时间段：Δn(X)＝n1－n3mol，Δn(Y)＝n2－n3mol，Δn(Z)＝n2mol。 2)根据图像可进行如下计算 ①某物质的平均速率、转化率，如 v(X)＝ mol·L－1·s－1； Y的转化率＝×100%。 ②确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2。 （4）易错提醒：解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。 3、全程速率—时间图 如锌和盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如图所示的变化。不同时间段的反应速率的变化情况不同。AB段反应速率逐渐增加是因为该反应是放热反应，温度升高，反应速率加快。而BC段反应速率减小是因为随反应的进行，盐酸逐渐被消耗，浓度减小，反应速率减小。 （二）解答化学反应速率和限度图象题的一般方法 化学反应速率与化学反应限度问题常以图像题的形式出现，在相关图像的平面直角坐标系中，可能出现的物理量有物质的量、浓度、压强、时间等。这类问题要按照“一看、二想、三判断”这三个步骤来分析解答。 （1）“一看”——看图像 ①看面：看清各坐标轴所代表的量的意义，理解各坐标轴所代表量的意义及曲线所示的是哪些量之间的关系。 ②看线：分清正反应和逆反应，分清突变和渐变、小变和大变；理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义；理解曲线的变化趋势并归纳出规律。若图中有拐点，可按照先拐先平的规律，即较早出现拐点的曲线所表示的反应先达到平衡，对应的温度高、压强大。 ③看点：理解曲线上点的意义，特别是某些特殊点，如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。分清反应物和生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物。 ④看辅助线：做横轴或纵轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等)。 ⑤看量的变化：弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化还是转化率的变化。 （2）“二想”——想规律 如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系、各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系、外界条件的改变对化学反应的影响以及对正、逆反应速率的影响规律等。 （3）“三判断”——利用有关规律，结合图像，通过对比分析，做出正确判断。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等。( ) （2）化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反应将会停止。( ) （3）任何化学反应，都有物质变化，同时伴随着能量变化。( ) （4）放热反应为“贮存”能量的过程，吸热反应为“释放”能量的过程。( ) （5）对于放热反应，升高温度化学反应速率减小。( ) （6）HCl＋NaOH=NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。( ) （7）相同条件下形成1 mol H—Cl键放出的能量与断开1 mol H—Cl键吸收的能量相等。( ) （8）对于一个化学反应来说，当化学键断裂时吸收的能量大于化学键形成时放出的能量，则反应放热。( ) (9)已知Fe与稀盐酸的反应为放热反应，即Fe的能量大于H2的能量。( ) (10)目前我国的电力主要来自火力发电。( ) (11)所有化合反应都是放热反应。( ) (12)2molSO2和1molO2在一定条件下充分反应后，混合物的分子数为2NA。( ) (13)从能量角度看，断开化学键要放热，形成化学键要吸热。一个化学反应是释放能量，还是吸收能量，取决于二者的相对大小。( ) 2．自1909年德国化学家哈伯经过反复实验研究出合成氨的条件，1913年实现工业化生产，合成氨一直是人工固氮的最主要方式。氨气是一种重要的工业原料，可用于制取硝酸和肥料。为增加氨的产量，化学家们一直在研究调控合成氨的反应条件和措施。 （1）已知：NH3中N-H键能为391 kJ · mol-1，N2中键能为945.6 kJ · mol-1，H2中H-H键能为436 kJ · mol-1，则合成1.0mol NH3 (填“吸收”或“放出”) kJ热量。 （2）某温度下，向2.0L的恒容密闭容器中充入2.0 mol N2和6.0mol H2，发生合成氨反应，实验数据如下表所示： t/s 0 50 150 250 350 n(NH3)/mol 0 0.24 0.36 0.40 0.40 ①0～50s内的平均反应速率v(N2)= ，氨气的平衡含量为 %(保留两位有效数字)。 ②工业上恒温恒容时随反应的进行，气体的物质的量减少，压强减小，当容器压强不变时说明已达平衡状态，此时容器中下列数据也不再变化的是 (填标号)。 a．氨气的含量 　 b．气体的密度 　 c．N2 和H2 的物质的量之比 （3）现在化学家们研究电化学方法N2和H2合成氨(如图)，则气体a是 (填化学式)，电极2发生的电极反应为 。 ►问题一 如何理解化学反应中化学能与热能的相互转化？ 【典例1】关于化学反应与能量的说法正确的是 A．任何化学反应都伴随有能量变化 B．能量变化必然伴随发生化学反应 C．化学键的断裂会放出能量 D．反应物总能量比生成物总能量高的反应是吸热反应 【解题必备】一、化学能与热能转化的原理化学能与热能之间转化的本质是化学反应过程中的能量变化。在化学反应中，物质之间相互作用，伴随着能量的吸收或释放。这些能量通常以热能的形式表现出来。具体来说，当物质发生化学反应时，反应过程中所吸收或释放的能量将引起周围环境的温度变化，从而实现化学能与热能之间的转化。 二、化学能与热能转化的应用 1. 燃料燃烧燃料燃烧是化学能与热能转化最典型的应用之一。在燃烧过程中，燃料与氧气发生化学反应，释放出能量。这些能量以热能的形式传递给周围环境，可以用于加热物体、发电或驱动机械等。常见的燃料包括煤炭、石油、天然气等。 2. 电池反应电池是一种将化学能转化为电能的装置，但在其工作过程中也会伴随着热能的形成。当电池内部的化学物质发生反应时，会释放出能量，其中一部分能量转化为电能，另一部分能量则以热能的形式释放出来。虽然电池产生的热能相对较少，但仍然需要注意散热问题，以保持电池性能和寿命。 3. 生物质能利用生物质能是由生物质转化而来的能源形式。在生物质能利用过程中，生物质通过化学反应转化为可燃气体、生物燃料等，同时释放出热能。这些热能可以用于供暖、发电等应用，实现能量的多级利用。生物质能的利用有助于减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放。 能源物质在人体中氧化分解生成CO2和H2O，产生的能量一部分以热量的形式散失；另一部分作为可转移能量在人体内利用(如合成代谢)。 4. 工业生产在许多工业生产过程中，化学能与热能之间的转化起着至关重要的作用。例如，化工生产中的反应过程需要控制温度和压力等条件，以保证化学反应的顺利进行。同时，许多工业生产过程中的余热回收利用也是实现能量高效利用的重要手段。 【变式1-1】化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化，下列说法中正确的是    A．1mol N2(g)和1mol O2(g)完全反应放出的能量为180kJ B．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO C．1mol N2(g)和1mol O2(g)具有的总能量小于2mol NO(g)具有的总能量 D．NO2是一种酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成盐和水 【变式1-2】CH4(g)与Cl2(g)发生取代反应分别生成1mol相关有机物和HCl(g)的能量变化如下。已知断开1molCl-Cl键、1molC-Cl键吸收的能量分别为243kJ、327kJ。下列说法错误的是    A．1molCH3Cl(g)比1molCH4(g)的能量少99kJ B． C． D．断开1molC-H键吸收的能量比断开1molH-Cl键吸收的能量少 ►问题二 如何书写原电池中的电极反应式？ 【典例2】锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高等优点而受到了重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　) A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋ B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋ C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋ 【解题必备】（1）原电池负极反应式的书写 ①较活泼金属作负极时，电极本身被氧化 若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋。 若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应。如铅蓄电池负极反应为Pb＋SO－2e－===PbSO4。 ②负极本身不反应 氢氧(酸性)燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。 （2）原电池正极反应式的书写 书写时总的原则是首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；其次确定该微粒得电子后生成什么物质。 如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O 氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 （3）书写复杂电极反应式的方法——加减法 ①写出总反应。如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。 ②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如Li－e－===Li＋(负极)。 ③利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。 【变式2-1】某燃料电池装置如图所示，则有关该电池的说法不正确的是    A．根据电子移动方向，可知a极为电池的负极 B．该电池的总反应可表示为：2H2+O2=2H2O C．b极发生的电极反应：O2+ 4e-+ 2H2O=4OH- D．溶液中OH-由a极向b极移动 【变式2-2】下图是我国学者研发的高效过氧化氢—尿素电池的原理装置，该装置工作时，下列说法错误的是    A．极上的电势比极上的电势高 B．向正极迁移的主要是，产物主要为 C．极上发生反应： D．负极的电极反应式为 ►问题三 如何分析化学反应速率与化学平衡图像？ 【典例3】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．t min时该反应达到化学平衡状态 B．反应开始到10 min，用X表示的反应速率为0.079 mol·L－1·min－1 C．反应开始到10 min时，Y的转化率为79% D．反应的化学方程式为X(g)＋2Y(g)3Z(g) 【解题必备】一、速率图像分析方法 1.识图 这类图像定性地揭示了反应过程中 v（正）、v（逆）随时间（含条件改变对化学反应速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“逆、动、等、定、变、同”的基本特征，以及平衡移动的方向。分析这类图像的重点及易错点是图像中演变出来的相关面积，曲线下方阴影部分的面积大小就表示在该时间段内某物质的浓度的变化量。另外，由v-t图可知，在一般情况下，同一个反应有先快后慢的特点，生成等量产物（或消耗等量反应物），所需的时间逐渐变长。 2.常见v-t图像分析方法 （1）看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。 （2）对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。 （3）改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆移,v(正)<v(逆)。 二、平衡图像分析方法 1.思维建模 2.解题步骤 第一步：看特点。即分析可逆反应方程式，观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分 子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应，还是吸热反应)等。 第二步：识图像。即识别图像类型，一看“面”（理清横坐标、纵坐标表示的含义）；二看“线”（分析曲线的走向和变化趋势，它与横坐标、纵坐标的关系）；三看 “点”（重点分析特殊点——起点、拐点、交点、终点的含义）；四看是否要作辅助线（如等温线、等压线等），五看定量图像中有关量的多少问题。 第三步：联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素及使用前提条件等。利用规律“先拐先平，数值大”判断，即曲线先出现拐点，先达到平衡，其温度、压强越大。 第四步：图表与原理整合。逐项分析图表，重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。 3.解题技巧 ①先拐先平：在含量—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线表示的温度较高或压强较大。 ②定一议二：在含量—T/p曲线中，图像中有三个变量，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系(因平衡移动原理只适用于“单因素”的改变)。即确定横坐标所示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所示的量后(通常可画一垂线)，讨论横坐标与曲线的关系。 ③三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看v(正)、v(逆)的相对大小；三看化学平衡移动的方向。 【变式3-1】如图所示是425 ℃ 时，在1 L密闭容器中发生化学反应的浓度随时间变化的示意图。 下列叙述错误的是(　　) A．图①中t0时，三种物质的物质的量相同 B．图①中t0时，反应达到平衡状态 C．图②中的可逆反应为2HI(g)H2(g)＋I2(g) D．图①②中当c(HI)＝3.16 mol·L－1时，反应达到平衡状态 【变式3-2】某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如图甲所示，正逆反应速率随时间的变化如图乙所示，下列说法中正确的是(　　) A．30～40 min间该反应使用了催化剂 B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应 C．30 min时降低温度，40 min时升高温度 D．前8 min A的平均反应速率为0.08 mol·L－1·min－1 1．下列关于化学反应中物质或能量变化的判断正确的是 A．加热条件下进行的化学反应一定是吸热反应 B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因 C．一定条件下进行的化学反应，只能将化学能转化为热能 D．将NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O固体混合并搅拌，反应放出热量 2．某电池以和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液，电池总反应式为。下列说法正确的是 A．Zn为电池的负极，发生还原反应 B．正极反应式为 C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时向负极迁移 3．一定温度下，2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示，10s时达到平衡。下列说法不正确的是 A．反应的化学方程式为： B．时，Z和X浓度相等，正反应速率大于逆反应速率 C．当X的物质的量不再随时间而变化，此时正、逆反应速率相等，但不为零 D．从反应开始到10s内，用Z的浓度变化表示的平均反应速率为 4．液体锌电池具有成本低、安全性强等特点，其工作原理如图所示(凝胶中允许离子存在、生成或迁移)。下列说法正确的是 A．电子由极流出，经用电器流向极 B．负极反应式为 C．13.0g参与反应，理论上电路中转移0.2电子 D．电池工作一段时间后，极区溶液酸性减弱 5．下列物质间反应，其能量变化可以用下图表示的是 A．氢氧化钡与氯化铵反应 B．灼热的炭与二氧化碳反应 C．盐酸与氢氧化钠 D．高温煅烧使碳酸钙分解 6．常温常压下，N2与H2反应的能量变化示意图如图，下列说法错误的是 A．断裂化学键需要吸收能量 B．1molN2与3molH2的总能量比2molNH3的总能量大 C．若生成2molNH3，则反应放出92kJ能量 D．反应过程中有非极性键的断裂与形成 7．HI受热发生反应：2HI(g)H2(g)+I2(g)一定温度时，向1L恒容密闭容器中充入1molHI，体系中c(HI)与反应时间t的关系如图所示。下列说法错误的是 A．0～40min内，v(H2)=1.875×10-3mol/(L·min) B．20min时，HI的转化率为9% C．120min时，2v正(HI)=v逆(I2) D．加入高效催化剂，达到平衡时t<120min 8．恒温下在2L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的量随时间变化曲线如图。 （1）该反应的化学方程式为 。 （2）从开始至5min，Y的平均反应速率为 ；X的转化率为 。 （3）下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是 (填序号)。 A．容器内温度不变 B．混合气体的密度不变 C．混合气体的压强不变     D．容器内X、Y、Z三种气体的浓度之比为3：1：2 E．的物质的量浓度不变 （4）在某一时刻采取下列措施能加快反应速率的是_____(填字母)。 A．加催化剂 B．降低温度 C．体积不变，充入X D．体积不变，从容器中分离出Y （5）化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的，图为和。反应生成过程中的能量变化： 该反应中，每生成1mol，放出(或吸收)热量 kJ。 1．已知下图表示N2(g)+O2(g)=2NO(g)过程的能量变化。下列说法不正确的是 A．该反应是一个吸热反应 B．反应物的总能量比生成物的总能量低 C．在N2(g)和O2(g)的反应过程中，有非极性键的断裂和极性键的形成 D．燃料燃烧的能量变化也可用上图表示 2．计算机模拟催化剂表面水煤气产氢反应[]过程中能量的变化如图所示。下列说法错误的是 A．过程I、Ⅱ均表示断键的吸收能量过程 B．由图可知比CO稳定 C．过程Ⅲ既有共价键断裂，又有共价键形成 D．该反应为放热反应 3．如图所示是一种以液态肼()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。在固体氧化物电解质的温度达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。下列说法正确的是 A．放电时，电子的流向为电极甲→负载→电极乙→固体氧化物→电极甲 B．放电时，电池内的O2-由电极甲移向电极乙 C．电池负极反应为：N2H4 - 4e-=N2 ↑+ 4H+ D．当电路中通过2mol e-时，电极乙上有16g O2参与反应 4．一定温度下，向容积为的密闭容器中通入两种气体发生可逆反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，下列对反应的推断合理的是 A．该反应的化学方程式为 B． C．，各物质的反应速率相等 D．的平均反应速率为 5．为有效降低含氮化物的排放量，又能充分利用化学能，合作小组设计如图所示电池，将含氮化合物转化为无毒气体。下列说法正确的是 A．该电池的负极反应为：2NO2+8e-+4H2O=8OH-+N2 B．电池工作一段时间后，左侧电极室溶液的碱性增强 C．同温同压时，正负两极室中产生的气体体积比为3∶4 D．若离子交换膜为阴离子交换膜(只允许阴离子通过)，电池工作时OH-从左侧电极室通过交换膜移向右侧 6．研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示。下列有关说法正确的是 A．该反应中断裂N2O和CO中化学键释放的能量大于形成N2和CO2中化学键吸收的能量 B．FeO+是该反应的催化剂 C．由图可知，CO2比CO稳定 D．Fe++N2O→FeO++N2、FeO++CO→Fe++CO2两步均为放热反应 7．在体积均为2L的甲、乙两个恒容密闭容器中，分别加入相同质量的炭粉和2.8水蒸气，发生反应。甲、乙两容器在不同温度下反应时的物质的量随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 A．甲容器中，A点正反应速率B点逆反应速率 B．甲容器中，0~1min内的平均反应速率 C．依据温度对反应速率的影响，可推出两个容器的温度：甲乙 D．乙容器中C点时，的转化率[]约为43% 8．化学反应速率在生产、生活和科学研究中有重要意义。 I．构成原电池能增大化学反应速率，甲、乙两个原电池装置如图所示： 回答下列问题： （1）若装置甲的溶液M为稀硫酸，两个电极采用镁棒和铝棒。 ①电极X的电极反应式为 。 ②该电池的正极是 (填“镁棒”或“铝棒”)，该电极产物W是 (填化学式)。 （2）若装置甲中两电极质量变化与时间的关系如图所示，其中一个电极为Ag电极，则该电池的电解质溶液为 (填化学式)溶液，电极X为 (填字母)。 a．Fe电极      b．Mg电极    c．Cu电极    d．Al电极 Ⅱ．一定温度下，在4 L密闭容器内进行的某一反应(该反应仅涉及两种物质)，气体M、气体N的物质的量随时间变化的曲线如图所示。 （3）t2 min时，v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。 （4）若t1=2，则0~2 min内，M的平均反应速率v(M)= 。 （5）t3 min时，反应物的转化率为 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第六章 化学反应与能量（整理与提升） 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1.能从化学反应限度和快慢的角度解释生产、生活中简单的化学现象。 2.能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。 3.能运用变量控制的方法探究化学反应速率的影响因素，并初步解释化学实验和化工生产中反应条件 的选择问题。 4.能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。 5.能从物质及能量变化的角度评价燃料的使用价值。能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。 重点:1.化学反应中的能量转化（热能、电能）及其微观机制； 2.化学反应速率的影响因素和化学平衡的概念及调控方法。 难点:1.从宏观现象出发，深入微观层面探析化学反应的能量变化； 2.运用动态平衡的观点分析化学反应的进程和限度，理解反应条件对化学平衡的影响。 一、化学能与热能的转化 1.一个本质：化学反应的本质是反应物中的化学键断裂和生成物中化学键形成的过程。 2.化学反应的两个特征：物质变化和能量变化。 3.化学反应遵循两条规律：质量守恒定律和能量守恒定律。 4.化学反应中的两种转化：化学能转化为热能，热能转化为化学能。 5.化学反应的两种类型：放热反应和吸热反应。 6.两条规律： （1）E反应物>E生成物，放热反应，生成物能量低，更稳定；E反应物<E生成物，吸热反应，反应物能量低，更稳定； （2）E反应物断键吸热>E生成物成键放热，吸热反应；E反应物断键吸热<E生成物成键放热，放热反应。 7.三类计算： （1）依据一定质量（或物质的量、体积）的物质完全反应放出或吸收的热量计算化学反应的能量变化：用E(反应物)表示反应物的总能量，E(生成物)表示生成物的总能量，ΔQ表示能量变化，则ΔQ＝E(生成物)－E(反应物)。 （2）根据断键与成键的能量变化来计算化学反应的能量变化。用Q(吸)表示反应物化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物化学键形成时放出的总能量，ΔQ表示能量变化，则ΔQ＝Q(吸)－Q(放)。 （3）根据能量变化的图像来计算化学反应的能量变化。 二、原电池电极反应式的书写 1.书写遵循的原则 原电池的负极和正极分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子形式表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 2.电极反应式的书写类型 （1）题目给定原电池的装置图，未给总反应式 ①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 ②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 ③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4) ④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 （2）题目给出原电池的总反应式 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律，根据原电池总反应判断出两极反应的产物，然后结合电解质溶液所能提供的离子，依据质量守恒、电荷守恒配平电极反应式。 ①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。即列出物质，标出电子得失； ②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。即选离子，配电荷；配个数，巧用水； ③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 ④两式加，验总式。 （3）电池的电极反应书写要满足所处的电解质溶液的酸碱性环境。例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。 （4）电池的电极反应式可以直接写，也可以将总电池反应减去某一极反应得到另一极反应。减的时候要注意不要在负（正）极出现正（负）极得（失）电子的物质。 3.给出电极反应式书写总反应方程式 根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式得失电子数相等，然后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H+和OH-、Pb2+和SO42-要写成反应后的物质H20和PbS04。 4．燃料电池的电极反应式的书写 （1）写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 （2）写出电池的正极反应式 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 （3）写出电池的负极反应式 负极反应式＝总反应式－正极反应式。 【特别提醒】书写电极反应式时应注意： （1）两极得失电子数相等。 （2）电极反应常用“=”，不用“→” （3）电极反应中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”。 三、化学反应速率与限度的图像分析 （一）图像拾零 1、速率—时间图 1）识图：这类图像定性地揭示了反应过程中 v（正）、v（逆）随时间（含条件改变对化学反应速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“逆、动、等、定、变、同”的基本特征，以及平衡移动的方向。分析这类图像的重点及易错点是图像中演变出来的相关面积，曲线下方阴影部分的面积大小就表示在该时间段内某物质的浓度的变化量。另外，由v-t图可知，在一般情况下，同一个反应有先快后慢的特点，生成等量产物（或消耗等量反应物），所需的时间逐渐变长。 2）类型 （1）“渐变”类v－t图像 图像 分析 结论 t1时v′正突然增大，v′逆逐渐增大；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，增大反应物的浓度 t1时v′正突然减小，v′逆逐渐减小；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，减小反应物的浓度 t1时v′逆突然增大，v′正逐渐增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时其他条件不变，增大生成物的浓度 t1时v′逆突然减小，v′正逐渐减小；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时其他条件不变，减小生成物的浓度 （2）“断点”类v－t图像 图像 t1时刻所改变的条件 温度 升高 降低 升高 降低 适合正反应为放热的反应 适合正反应为吸热的反应 压强 增大 减小 增大 减小 适合正反应为气体物质的量增大的反应 适合正反应为气体物质的量减小的反应 （3）“平台”类v­t图像 图像 分析 结论 t1时v′正、v′逆均突然增大且v′正＝v′逆，平衡不移动 t1时其他条件不变使用催化剂 t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化) t1时v′正、v′逆均突然减小且v′正＝v′逆，平衡不移动 t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化) 2、浓度（或物质的量）—时间图 此类图像能说明各平衡体系组分（或某一成分）在反应过程中的变化情况。此类图像要注意各物质曲线的折点（即达到平衡时）时间应该相同。且各物质的浓度变化值应该满足方程式的计量系数之比。此类图像可以用于推测反应方程式。 （1）识图：在c-t图中，一般横坐标表示时间，纵坐标表示浓度或物质的量等变化，分析图时要抓住随着时间的变化曲线的基本走势问题，其重点及易错点应抓住曲线的斜率，某一时刻曲线的斜率大小就表示该时刻反应的速率快慢，曲线越陡表示反应的速率越大，曲线越平缓表示反应的速率越小。 （2）规律：①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。 ②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。 ③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。 （3）实例：某温度时，在定容(V L)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。 1)由图像得出的信息 ①X、Y是反应物，Z是产物。 ②t3 s时反应达到平衡状态，X、Y并没有全部反应，该反应是可逆反应。 ③0～t3 s时间段：Δn(X)＝n1－n3mol，Δn(Y)＝n2－n3mol，Δn(Z)＝n2mol。 2)根据图像可进行如下计算 ①某物质的平均速率、转化率，如 v(X)＝ mol·L－1·s－1； Y的转化率＝×100%。 ②确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2。 （4）易错提醒：解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。 3、全程速率—时间图 如锌和盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如图所示的变化。不同时间段的反应速率的变化情况不同。AB段反应速率逐渐增加是因为该反应是放热反应，温度升高，反应速率加快。而BC段反应速率减小是因为随反应的进行，盐酸逐渐被消耗，浓度减小，反应速率减小。 （二）解答化学反应速率和限度图象题的一般方法 化学反应速率与化学反应限度问题常以图像题的形式出现，在相关图像的平面直角坐标系中，可能出现的物理量有物质的量、浓度、压强、时间等。这类问题要按照“一看、二想、三判断”这三个步骤来分析解答。 （1）“一看”——看图像 ①看面：看清各坐标轴所代表的量的意义，理解各坐标轴所代表量的意义及曲线所示的是哪些量之间的关系。 ②看线：分清正反应和逆反应，分清突变和渐变、小变和大变；理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义；理解曲线的变化趋势并归纳出规律。若图中有拐点，可按照先拐先平的规律，即较早出现拐点的曲线所表示的反应先达到平衡，对应的温度高、压强大。 ③看点：理解曲线上点的意义，特别是某些特殊点，如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。分清反应物和生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物。 ④看辅助线：做横轴或纵轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等)。 ⑤看量的变化：弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化还是转化率的变化。 （2）“二想”——想规律 如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系、各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系、外界条件的改变对化学反应的影响以及对正、逆反应速率的影响规律等。 （3）“三判断”——利用有关规律，结合图像，通过对比分析，做出正确判断。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等。( ) （2）化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反应将会停止。( ) （3）任何化学反应，都有物质变化，同时伴随着能量变化。( ) （4）放热反应为“贮存”能量的过程，吸热反应为“释放”能量的过程。( ) （5）对于放热反应，升高温度化学反应速率减小。( ) （6）HCl＋NaOH=NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。( ) （7）相同条件下形成1 mol H—Cl键放出的能量与断开1 mol H—Cl键吸收的能量相等。( ) （8）对于一个化学反应来说，当化学键断裂时吸收的能量大于化学键形成时放出的能量，则反应放热。( ) (9)已知Fe与稀盐酸的反应为放热反应，即Fe的能量大于H2的能量。( ) (10)目前我国的电力主要来自火力发电。( ) (11)所有化合反应都是放热反应。( ) (12)2molSO2和1molO2在一定条件下充分反应后，混合物的分子数为2NA。( ) (13)从能量角度看，断开化学键要放热，形成化学键要吸热。一个化学反应是释放能量，还是吸收能量，取决于二者的相对大小。( ) 【答案】（1）×（2）×（3）√（4）×（5）×（6）×（7）√（8）×(9)×(10)×(11)×(12)×(13)× 2．自1909年德国化学家哈伯经过反复实验研究出合成氨的条件，1913年实现工业化生产，合成氨一直是人工固氮的最主要方式。氨气是一种重要的工业原料，可用于制取硝酸和肥料。为增加氨的产量，化学家们一直在研究调控合成氨的反应条件和措施。 （1）已知：NH3中N-H键能为391 kJ · mol-1，N2中键能为945.6 kJ · mol-1，H2中H-H键能为436 kJ · mol-1，则合成1.0mol NH3 (填“吸收”或“放出”) kJ热量。 （2）某温度下，向2.0L的恒容密闭容器中充入2.0 mol N2和6.0mol H2，发生合成氨反应，实验数据如下表所示： t/s 0 50 150 250 350 n(NH3)/mol 0 0.24 0.36 0.40 0.40 ①0～50s内的平均反应速率v(N2)= ，氨气的平衡含量为 %(保留两位有效数字)。 ②工业上恒温恒容时随反应的进行，气体的物质的量减少，压强减小，当容器压强不变时说明已达平衡状态，此时容器中下列数据也不再变化的是 (填标号)。 a．氨气的含量 　 b．气体的密度 　 c．N2 和H2 的物质的量之比 （3）现在化学家们研究电化学方法N2和H2合成氨(如图)，则气体a是 (填化学式)，电极2发生的电极反应为 。 【答案】（1）放出 46.2 （2）①0.0012 mol∙L-1∙s-1 5.3 ②a （3）H2 【解析】（1）合成氨反应的方程式为： ，，即合成2.0mol NH3放出92.4kJ的热量，故合成1.0mol NH3放出46.2kJ热量； （2）①0～50s内的平均反应速率v(N2)=，根据表格中数据，平衡时NH3的物质的量为0.40mol，故可列出三段式：，NH3的平衡含量为：； ②a．达到平衡时氨气的含量不变，a正确； b．恒容条件下气体的总质量不变，气体的密度一直不变，与是否达到平衡无关，b错误； c．N2和H2的投料比为系数比，物质的量之比始终等于1:3，与是否达到平衡无关，c错误；故选a； （3）合成氨反应中N元素化合价降低，H元素化合价升高，故H2在负极反应，电极1为负极，N2在正极反应，电极2为正极。根据以上分析，气体a是H2，电极2发生的电极反应为：。 ►问题一 如何理解化学反应中化学能与热能的相互转化？ 【典例1】关于化学反应与能量的说法正确的是 A．任何化学反应都伴随有能量变化 B．能量变化必然伴随发生化学反应 C．化学键的断裂会放出能量 D．反应物总能量比生成物总能量高的反应是吸热反应 【答案】A 【解析】A．任何化学反应过程中伴随键的断裂与形成，键的断裂吸收能量，键的形成放出能量，故任何化学反应都伴随能量变化，A正确；B．物质的状态变化过程中也伴随能量变化，不一定发生化学变化，B错误；C．化学键的断裂会吸收能量，C错误；D．反应物总能量比生成物总能量高的反应是放热反应，D错误；故选：A。 【解题必备】一、化学能与热能转化的原理化学能与热能之间转化的本质是化学反应过程中的能量变化。在化学反应中，物质之间相互作用，伴随着能量的吸收或释放。这些能量通常以热能的形式表现出来。具体来说，当物质发生化学反应时，反应过程中所吸收或释放的能量将引起周围环境的温度变化，从而实现化学能与热能之间的转化。 二、化学能与热能转化的应用 1. 燃料燃烧燃料燃烧是化学能与热能转化最典型的应用之一。在燃烧过程中，燃料与氧气发生化学反应，释放出能量。这些能量以热能的形式传递给周围环境，可以用于加热物体、发电或驱动机械等。常见的燃料包括煤炭、石油、天然气等。 2. 电池反应电池是一种将化学能转化为电能的装置，但在其工作过程中也会伴随着热能的形成。当电池内部的化学物质发生反应时，会释放出能量，其中一部分能量转化为电能，另一部分能量则以热能的形式释放出来。虽然电池产生的热能相对较少，但仍然需要注意散热问题，以保持电池性能和寿命。 3. 生物质能利用生物质能是由生物质转化而来的能源形式。在生物质能利用过程中，生物质通过化学反应转化为可燃气体、生物燃料等，同时释放出热能。这些热能可以用于供暖、发电等应用，实现能量的多级利用。生物质能的利用有助于减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放。 能源物质在人体中氧化分解生成CO2和H2O，产生的能量一部分以热量的形式散失；另一部分作为可转移能量在人体内利用(如合成代谢)。 4. 工业生产在许多工业生产过程中，化学能与热能之间的转化起着至关重要的作用。例如，化工生产中的反应过程需要控制温度和压力等条件，以保证化学反应的顺利进行。同时，许多工业生产过程中的余热回收利用也是实现能量高效利用的重要手段。 【变式1-1】化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化，下列说法中正确的是    A．1mol N2(g)和1mol O2(g)完全反应放出的能量为180kJ B．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO C．1mol N2(g)和1mol O2(g)具有的总能量小于2mol NO(g)具有的总能量 D．NO2是一种酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成盐和水 【答案】C 【解析】A．1mol N2(g)和1mol O2(g)完全反应生成2molNO，断键吸收了946kJ+498kJ=1444kJ，成键释放了632kJ×2=1264kJ，则吸收的能量为1444kJ −1264kJ =180kJ，故A错误；B．氮气含有氮氮三键，键能大，N2(g)和O2(g)在高温或则放电条件下反应生成NO，故B错误；C．根据A选项分析，该反应是吸热反应，则1mol N2(g)和1mol O2(g)具有的总能量小于2mol NO(g)具有的总能量，故C正确；D．NO2能与NaOH溶液反应生成盐和水，但不是一种酸性氧化物，故D错误。 综上所述，答案为C。 【变式1-2】CH4(g)与Cl2(g)发生取代反应分别生成1mol相关有机物和HCl(g)的能量变化如下。已知断开1molCl-Cl键、1molC-Cl键吸收的能量分别为243kJ、327kJ。下列说法错误的是    A．1molCH3Cl(g)比1molCH4(g)的能量少99kJ B． C． D．断开1molC-H键吸收的能量比断开1molH-Cl键吸收的能量少 【答案】A 【解析】A．由题干信息可知，1molCH3Cl(g)和1molHCl (g)的能量之和比1molCH4(g)和1mol Cl2(g)的能量之和少99 kJ，故A错误；B．由题干信息可知，，故B正确；C．由题干信息可知，，由CCl4(g)= CCl4(l)为放热过程，故，故C正确；D．由B可知，反应的焓变△H=反应物的总键能-生成物的总键能，又已知断开1molCl-Cl键、1molC-Cl键吸收的能量分别为243kJ、327 kJ，则△H=3×E(C-H键能)+327+3×243-4×327-3×E(H-Cl键能)=-301，得E(C-H键能)- E(H-Cl键能)＜0，故断开1molC-H键吸收的能量比断开1molH-Cl键吸收的能量少，故D正确；故选A。 ►问题二 如何书写原电池中的电极反应式？ 【典例2】锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高等优点而受到了重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　) A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋ B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋ C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋ 【答案】B 【解析】由总反应i＋nO2===nO2可知，Li元素在反应后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－===MnO。 【解题必备】（1）原电池负极反应式的书写 ①较活泼金属作负极时，电极本身被氧化 若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋。 若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应。如铅蓄电池负极反应为Pb＋SO－2e－===PbSO4。 ②负极本身不反应 氢氧(酸性)燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。 （2）原电池正极反应式的书写 书写时总的原则是首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；其次确定该微粒得电子后生成什么物质。 如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O 氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 （3）书写复杂电极反应式的方法——加减法 ①写出总反应。如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。 ②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如Li－e－===Li＋(负极)。 ③利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。 【变式2-1】某燃料电池装置如图所示，则有关该电池的说法不正确的是    A．根据电子移动方向，可知a极为电池的负极 B．该电池的总反应可表示为：2H2+O2=2H2O C．b极发生的电极反应：O2+ 4e-+ 2H2O=4OH- D．溶液中OH-由a极向b极移动 【答案】D 【分析】从图看电极a为电子流出的极为负极，b为正极。 【解析】A．利用电子的移动方向判断，A项正确；B．该电池为H2燃料电池，总反应为2H2+O2=2H2O，B项正确；C．b极为正极O2发生还原反应O2+ 4e-+ 2H2O=4OH-，C项正确；D．原电池中离子的移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极，即OH-由b极移向a极，D项错误；故选D。 【变式2-2】下图是我国学者研发的高效过氧化氢—尿素电池的原理装置，该装置工作时，下列说法错误的是    A．极上的电势比极上的电势高 B．向正极迁移的主要是，产物主要为 C．极上发生反应： D．负极的电极反应式为 【答案】A 【解析】A．根据图中信息左边尿素变为氮气，化合价升高，作原电池负极，则右边是正极，即极上的电势比极上的电势低，A错误；B．根据原电池原理，则向正极迁移的主要是，产物主要为，B正确；C．极为正极，其电极上发生反应：，C正确；D．负极是尿素在碱性条件下失去电子变为氮气和碳酸根，其电极反应式为，D正确； 故选A。 ►问题三 如何分析化学反应速率与化学平衡图像？ 【典例3】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．t min时该反应达到化学平衡状态 B．反应开始到10 min，用X表示的反应速率为0.079 mol·L－1·min－1 C．反应开始到10 min时，Y的转化率为79% D．反应的化学方程式为X(g)＋2Y(g)3Z(g) 【答案】C 【解析】到10 min时该反应达到化学平衡状态，A错误；反应进行到10 min时，X、Y均减少了0.79 mol，Z增加了1.58 mol，用X表示的反应速率为＝0.039 5 mol·L－1·min－1，反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，B、D错误；反应开始到10 min时Y的转化率为×100%＝79%，C正确。 【解题必备】一、速率图像分析方法 1.识图 这类图像定性地揭示了反应过程中 v（正）、v（逆）随时间（含条件改变对化学反应速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“逆、动、等、定、变、同”的基本特征，以及平衡移动的方向。分析这类图像的重点及易错点是图像中演变出来的相关面积，曲线下方阴影部分的面积大小就表示在该时间段内某物质的浓度的变化量。另外，由v-t图可知，在一般情况下，同一个反应有先快后慢的特点，生成等量产物（或消耗等量反应物），所需的时间逐渐变长。 2.常见v-t图像分析方法 （1）看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。 （2）对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。 （3）改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆移,v(正)<v(逆)。 二、平衡图像分析方法 1.思维建模 2.解题步骤 第一步：看特点。即分析可逆反应方程式，观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分 子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应，还是吸热反应)等。 第二步：识图像。即识别图像类型，一看“面”（理清横坐标、纵坐标表示的含义）；二看“线”（分析曲线的走向和变化趋势，它与横坐标、纵坐标的关系）；三看 “点”（重点分析特殊点——起点、拐点、交点、终点的含义）；四看是否要作辅助线（如等温线、等压线等），五看定量图像中有关量的多少问题。 第三步：联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素及使用前提条件等。利用规律“先拐先平，数值大”判断，即曲线先出现拐点，先达到平衡，其温度、压强越大。 第四步：图表与原理整合。逐项分析图表，重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。 3.解题技巧 ①先拐先平：在含量—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线表示的温度较高或压强较大。 ②定一议二：在含量—T/p曲线中，图像中有三个变量，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系(因平衡移动原理只适用于“单因素”的改变)。即确定横坐标所示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所示的量后(通常可画一垂线)，讨论横坐标与曲线的关系。 ③三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看v(正)、v(逆)的相对大小；三看化学平衡移动的方向。 【变式3-1】如图所示是425 ℃ 时，在1 L密闭容器中发生化学反应的浓度随时间变化的示意图。 下列叙述错误的是(　　) A．图①中t0时，三种物质的物质的量相同 B．图①中t0时，反应达到平衡状态 C．图②中的可逆反应为2HI(g)H2(g)＋I2(g) D．图①②中当c(HI)＝3.16 mol·L－1时，反应达到平衡状态 【答案】B 【解析】图①中t0时，三种物质的物质的量浓度相等，由于体系恒容，所以三者的物质的量也相等，故A正确；图①中t0时，三种物质的物质的量浓度相等，但t0后各物质的物质的量浓度仍在变化，反应没有达到平衡状态，故B错误；由图②可知，该图表示的反应为2HI(g)H2(g)＋I2(g)，故C正确；图①②中当c(HI)＝3.16 mol·L－1时，各物质的物质的量浓度开始保持不变，说明反应均达到平衡状态，故D正确。 【变式3-2】某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如图甲所示，正逆反应速率随时间的变化如图乙所示，下列说法中正确的是(　　) A．30～40 min间该反应使用了催化剂 B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应 C．30 min时降低温度，40 min时升高温度 D．前8 min A的平均反应速率为0.08 mol·L－1·min－1 【答案】D 【解析】若使用催化剂，则化学反应速率加快，A项错误；由甲图像可知，A、B的浓度变化相同，故A、B的化学计量数相同，都为1；由乙图像可知，30 min时改变的条件为减小压强，40 min时改变的条件为升高温度，且升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，B项、C项错误；前8 min A的平均反应速率为＝0.08 mol·L－1·min－1，D项正确。 1．下列关于化学反应中物质或能量变化的判断正确的是 A．加热条件下进行的化学反应一定是吸热反应 B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因 C．一定条件下进行的化学反应，只能将化学能转化为热能 D．将NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O固体混合并搅拌，反应放出热量 【答案】B 【解析】A．放热反应有的也需要加热才能发生，如煤炭的燃烧，即加热条件下进行的化学反应不一定是吸热反应，A错误；B．化学变化中一定有新物质生成，则一定有化学键的断裂和生成，断裂化学键吸收能量、成键释放能量，则化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因，B正确；C．一定条件下进行的化学反应，可以将化学能转化成光能、热能或电能等，还可能是热能转化为化学能，C错误；D．将NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O固体混合并搅拌，反应吸收热量，D错误；答案选B。 2．某电池以和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液，电池总反应式为。下列说法正确的是 A．Zn为电池的负极，发生还原反应 B．正极反应式为 C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时向负极迁移 【答案】D 【分析】电池以和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液，根据电池总反应，Zn发生氧化反应作负极，发生还原反应作正极。 【解析】A．Zn为电池的负极，失去电子发生氧化反应，A错误；B．正极得到电子发生还原反应生成氢氧化铁，反应式为，B错误；C．根据电池总反应：，该电池放电过程中电解质氢氧化钾溶液浓度增大，C错误；D．原电池中阴离子向负极移动，D正确；故选D。 3．一定温度下，2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示，10s时达到平衡。下列说法不正确的是 A．反应的化学方程式为： B．时，Z和X浓度相等，正反应速率大于逆反应速率 C．当X的物质的量不再随时间而变化，此时正、逆反应速率相等，但不为零 D．从反应开始到10s内，用Z的浓度变化表示的平均反应速率为 【答案】D 【解析】A．由图可知，X、Y为反应物，不能完全转化，该反应为可逆反应，Z为生成物，X、Y、Z的系数比为(1.2-0.41)mol：(1-0.21)mol：1.58mol=1：1：2，化学方程式为：X(g)+Y(g)⇌2Z(g)，A正确；B．由图可知，反应正向建立平衡，t1时，Z和X浓度相等，反应未达平衡状态，故(正)＞(逆)，B正确；C．由图可知，当X的物质的量不再随时间而变化，此时正、逆反应速率相等，但不为零，C正确；D．由题干图像信息可知，反应开始到10s，用Z表示的反应速率为=0.079mol/(L•s)，D错误；故答案为：D。 4．液体锌电池具有成本低、安全性强等特点，其工作原理如图所示(凝胶中允许离子存在、生成或迁移)。下列说法正确的是 A．电子由极流出，经用电器流向极 B．负极反应式为 C．13.0g参与反应，理论上电路中转移0.2电子 D．电池工作一段时间后，极区溶液酸性减弱 【答案】D 【分析】液体锌电池放电时Zn作负极，发生氧化反应，负极电极反应式为，MnO2所在电极作正极，发生还原反应生成Mn2+，正极反应式为MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，放电时，阳离子由负极移向正极、阴离子由正极移向负极。 【解析】A．原电池放电时，电子由负极经用电器流向正极，即电子由Zn极经用电器流向MnO2极，故A错误；B．由分析可知，负极电极反应式为，故B错误；C．13.0gZn参与反应，理论上电路中转移×2=0.4mol电子，故C错误；D．MnO2所在电极作正极，电极反应为MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，消耗氢离子，酸性减弱，故D正确；故选D。 5．下列物质间反应，其能量变化可以用下图表示的是 A．氢氧化钡与氯化铵反应 B．灼热的炭与二氧化碳反应 C．盐酸与氢氧化钠 D．高温煅烧使碳酸钙分解 【答案】C 【分析】根据图象判断这是一个放热反应，据此解答。 【解析】A．氢氧化钡与氯化铵的反应为吸热反应，故A不符合题意；B．灼热的炭和二氧化碳的反应属于吸热反应，故B不符合题意；C．酸碱中和反应属于放热反应，故C符合题意；D．高温煅烧碳酸钙属于吸热反应，故D不符合题意；答案选C。 6．常温常压下，N2与H2反应的能量变化示意图如图，下列说法错误的是 A．断裂化学键需要吸收能量 B．1molN2与3molH2的总能量比2molNH3的总能量大 C．若生成2molNH3，则反应放出92kJ能量 D．反应过程中有非极性键的断裂与形成 【答案】D 【分析】△H=反应物的总键能－生成物的总键能，则该反应ΔH=946kJ/mol+3×436 kJ/mol－6×391kJ/mol=﹣92 kJ/mol。 【解析】A．旧化学键断裂吸收能量，新化学键形成放出能量，故A正确；B．该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物总能量，则1 molN2与3molH2的总能量比2molNH3的总能量大，故B正确；C．由分析可知，合成氨的反应热为﹣92 kJ/mol，则生成2molNH3，则反应放出92kJ能量，故C正确；D．该反应只有H－H非极性键的断裂，无非极性键的形成，故D错误；故选D。 7．HI受热发生反应：2HI(g)H2(g)+I2(g)一定温度时，向1L恒容密闭容器中充入1molHI，体系中c(HI)与反应时间t的关系如图所示。下列说法错误的是 A．0～40min内，v(H2)=1.875×10-3mol/(L·min) B．20min时，HI的转化率为9% C．120min时，2v正(HI)=v逆(I2) D．加入高效催化剂，达到平衡时t<120min 【答案】C 【解析】A．0～40min内，v(HI)==0.00375 mol⋅L−1⋅min−1，则v(H2)=1.875×10−3mol⋅L−1⋅min−1，故A正确；B．20min时，HI的转化率为=9%，故B正确；C． 120min时达到平衡状态，则v正(HI)=2v逆()，故C错误；D．加入高效催化剂，化学反应速率加快，达到平衡时t<120min，故D正确；故选C。 8．恒温下在2L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的量随时间变化曲线如图。 （1）该反应的化学方程式为 。 （2）从开始至5min，Y的平均反应速率为 ；X的转化率为 。 （3）下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是 (填序号)。 A．容器内温度不变 B．混合气体的密度不变 C．混合气体的压强不变     D．容器内X、Y、Z三种气体的浓度之比为3：1：2 E．的物质的量浓度不变 （4）在某一时刻采取下列措施能加快反应速率的是_____(填字母)。 A．加催化剂 B．降低温度 C．体积不变，充入X D．体积不变，从容器中分离出Y （5）化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的，图为和。反应生成过程中的能量变化： 该反应中，每生成1mol，放出(或吸收)热量 kJ。 【答案】（1） （2） 60% （3）CE （4）AC （5）吸收90 【解析】（1）根据图像可知，X、Y物质的量随反应进行而减小，X、Y为反应物，Z物质的量随反应进行而增大，Z为生成物，前5min内，X、Y、Z变化物质的量为0.6mol、0.2mol、0.4mol，即该反应的化学方程式为3X(g)+Y(g)2Z(g)；故答案为3X(g)+Y(g)2Z(g)； （2）从开始至5min，Y变化物质的量为0.2mol，用Y表示化学反应速率为v(Y)==0.02mol/(L·min)；X的转化率为60%；故答案为0.02mol/(L·min)；60%； （3）A．该容器为恒温，因此温度始终不变，即容器温度不变，不能说明反应达到平衡，故A不符合题意；B．组分均为气体，则混合气体总质量不变，容器为恒容，根据密度的定义，任何时刻，混合气体的密度不变，即混合气体的密度不变，不能说明反应达到平衡，故B不符合题意；C．相同条件下，气体压强之比等于其物质的量之比，该反应为气体物质的量减少反应，即随着反应进行，气体压强减小，当混合气体压强不变，说明反应达到平衡，故C符合题意；D．浓度之比为3∶1∶2，不能说明反应达到平衡，故D不符合题意；E．根据化学平衡限度的定义，当Z(g)的物质的量浓度不变，说明反应达到平衡，故E符合题意；答案为CE； （4）A．使用催化剂，能降低活化能，提高单位体积内活化分子百分数，加快反应速率，故A符合题意；B．降低温度，化学反应速率减缓，故B不符合题意；C．体积不变，充入X，反应物浓度增大，化学反应速率加快，故C符合题意；D．体积不变，从容器中分离出Y，反应物浓度减少，反应速率减缓，故D不符合题意；答案为AC； （5）生成2molNO：断开化学键吸收能量为(946+498)kJ=1444kJ，形成化学键释放能量为1264kJ，因此该反应为吸热反应，吸收热量为(1444-1264)kJ=180kJ，即每生成1molNO(g)，吸收热量为90kJ；故答案为吸收90kJ。 1．已知下图表示N2(g)+O2(g)=2NO(g)过程的能量变化。下列说法不正确的是 A．该反应是一个吸热反应 B．反应物的总能量比生成物的总能量低 C．在N2(g)和O2(g)的反应过程中，有非极性键的断裂和极性键的形成 D．燃料燃烧的能量变化也可用上图表示 【答案】D 【解析】A．该反应中生成物的能量高于反应物，属于吸热反应，A正确；B．由图可知，反应物的总能量比生成物的总能量低，反应吸热，B正确；C．在N2(g)+O2(g)=2NO(g)中，有、O=O非极性键的断裂和氮氧极性键的形成，C正确；D．该反应中生成物的能量高于反应物，属于吸热反应，而燃料燃烧是放热反应，不能用上图表示，D错误；故选D。 2．计算机模拟催化剂表面水煤气产氢反应[]过程中能量的变化如图所示。下列说法错误的是 A．过程I、Ⅱ均表示断键的吸收能量过程 B．由图可知比CO稳定 C．过程Ⅲ既有共价键断裂，又有共价键形成 D．该反应为放热反应 【答案】B 【解析】A．根据图示，过程I、Ⅱ均为O-H键断裂，故均需要吸收能量，A正确；B．根据图示数据，不能判断、CO稳定性强弱，B错误；C．过程Ⅲ既有O-H键键断裂；又有C=O、O-H、H-H键形成，C正确；D．生成物总能量低于反应物总能量，则总反应为放热反应，D正确；答案选B。 3．如图所示是一种以液态肼()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。在固体氧化物电解质的温度达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。下列说法正确的是 A．放电时，电子的流向为电极甲→负载→电极乙→固体氧化物→电极甲 B．放电时，电池内的O2-由电极甲移向电极乙 C．电池负极反应为：N2H4 - 4e-=N2 ↑+ 4H+ D．当电路中通过2mol e-时，电极乙上有16g O2参与反应 【答案】D 【分析】该电池中以液态肼为燃料，通入N2H4的电极为负极，即电极甲为负极，通入氧气的电极为正极，即电极乙为正极。 【解析】A．电子不能通过电解质，A错误；B．原电池中阴离子移向负极，故放电时，电池内的O2-由电极乙移向电极甲，B错误；C．反应生成物均为无毒无害的物质，所以N2H4被氧气氧化生成N2和H2O，电解质为固体氧化物，O2-在该固体氧化物电解质中自由移动，故负极反应为：，C错误；D．1molO2参与反应时转移4mol电子，故电路中通过2mol e-时，电极乙上消耗0.5molO2，即有16g O2参与反应，D正确；故选D。 4．一定温度下，向容积为的密闭容器中通入两种气体发生可逆反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，下列对反应的推断合理的是 A．该反应的化学方程式为 B． C．，各物质的反应速率相等 D．的平均反应速率为 【答案】D 【解析】A．由题图可知，反应达到平衡时A物质增加了物质增加了物质减少了物质减少了，所以为生成物，为反应物，的物质的量变化量之比为，故化学方程式为，A错误；B．化学反应速率之比等于化学计量数之比，故，B错误；C．根据可知，反应中各物质的化学计量数不同，而各物质的化学反应速率与化学计量数成正比，所以各物质的反应速率不相等，C错误；D.的物质的量的变化量为，容器容积为，所以，D正确。故选D。 5．为有效降低含氮化物的排放量，又能充分利用化学能，合作小组设计如图所示电池，将含氮化合物转化为无毒气体。下列说法正确的是 A．该电池的负极反应为：2NO2+8e-+4H2O=8OH-+N2 B．电池工作一段时间后，左侧电极室溶液的碱性增强 C．同温同压时，正负两极室中产生的气体体积比为3∶4 D．若离子交换膜为阴离子交换膜(只允许阴离子通过)，电池工作时OH-从左侧电极室通过交换膜移向右侧 【答案】C 【分析】图中物质转化关系可知，氨气失电子生成氮气，则电极A为原电池的负极，负极电极反应为：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，二氧化氮得到电子生成氮气，则B做原电池的正极，正极电极反应为：2NO2+8e-+4H2O=8OH-+N2，结合选项分析判断。 【解析】A．由分析可知负极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，故A错误；B．左侧为负极，反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，左侧中OH-浓度减小，碱性减弱，故B错误；C．负极反应为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，正极反应为2NO2+8e-+4H2O=8OH-+N2，由得失电子守恒可知，同温同压时，正负两极室中产生的气体体积比为6：8=3：4，故C正确；D．原电池中电解质溶液中的阴离子移向负极，若交换膜为阴离子交换膜(只允许阴离子通过)，电池工作时OH-从右侧电极室通过交换膜移向左侧，故D错误；答案选C。 6．研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示。下列有关说法正确的是 A．该反应中断裂N2O和CO中化学键释放的能量大于形成N2和CO2中化学键吸收的能量 B．FeO+是该反应的催化剂 C．由图可知，CO2比CO稳定 D．Fe++N2O→FeO++N2、FeO++CO→Fe++CO2两步均为放热反应 【答案】D 【解析】A．由图可知，反应是放热反应，断裂N2O和CO中化学键释放的能量小于形成N2和CO2中化学键吸收的能量，故A错误；B．将①、②两步加和，可确定Fe+是催化剂，FeO+是中间产物，故B错误；C．由图像只能判断出生成物的总能量小于反应物的总能量，不能比较CO2和CO的能量高低，也就不能比较两者的稳定性，故C错误；D．Fe++N2O→FeO++N2、FeO++CO→Fe++CO2 两步反应，都是反应物的总能量高于生成物的总能量，所以两步反应均为放热反应，故D正确；答案选D。 7．在体积均为2L的甲、乙两个恒容密闭容器中，分别加入相同质量的炭粉和2.8水蒸气，发生反应。甲、乙两容器在不同温度下反应时的物质的量随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 A．甲容器中，A点正反应速率B点逆反应速率 B．甲容器中，0~1min内的平均反应速率 C．依据温度对反应速率的影响，可推出两个容器的温度：甲乙 D．乙容器中C点时，的转化率[]约为43% 【答案】D 【解析】A．由图可知A点没有达到平衡状态，随着反应的进行，正反应速率减小，B点处于平衡状态，B点时正逆反应速率相等，所以A点正反应速率大于B点的逆反应速率，A错误；B．甲容器中，0~1min内，△c(CO)=0.75mol/L=△c(H2)，则，B错误；C．由图可知，甲容器中CO的物质的量随时间的变化快，先达到平衡，反应速率快，所以甲容器中的温度比乙容器中的温度高，C错误；D．根据方程式可知，乙容器中C点时生成1.2 mol CO，则同时消耗1.2 molH2O ，故H2O的转化率为，D正确；故选D。 8．化学反应速率在生产、生活和科学研究中有重要意义。 I．构成原电池能增大化学反应速率，甲、乙两个原电池装置如图所示： 回答下列问题： （1）若装置甲的溶液M为稀硫酸，两个电极采用镁棒和铝棒。 ①电极X的电极反应式为 。 ②该电池的正极是 (填“镁棒”或“铝棒”)，该电极产物W是 (填化学式)。 （2）若装置甲中两电极质量变化与时间的关系如图所示，其中一个电极为Ag电极，则该电池的电解质溶液为 (填化学式)溶液，电极X为 (填字母)。 a．Fe电极      b．Mg电极    c．Cu电极    d．Al电极 Ⅱ．一定温度下，在4 L密闭容器内进行的某一反应(该反应仅涉及两种物质)，气体M、气体N的物质的量随时间变化的曲线如图所示。 （3）t2 min时，v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。 （4）若t1=2，则0~2 min内，M的平均反应速率v(M)= 。 （5）t3 min时，反应物的转化率为 。 【答案】（1） 铝棒 H2 （2）AgNO3 d （3）> （4）0.125 mol-1·L-1·min-1 （5）75% 【解析】（1）镁的活泼性大于铝，若装置甲的溶液M为稀硫酸，两个电极采用镁棒和铝棒，镁是负极、铝是正极。 ①根据图示，电子由X流出，X是负极，则电极X的电极反应式为。 ②该电池的正极是铝棒，氢离子在正极得电子生成氢气，该电极产物W是H2。 （2）根据装置甲中两电极质量变化与时间的关系，Y电极质量增加、X电极质量减小，X是负极、Y是正极，其中一个电极为Ag电极，则正极为Ag，银电极质量增加，则该电池的电解质溶液为硝酸银(AgNO3)溶液，生成银的物质的量为0.1mol，有0.1mol电子转移，则负极消耗0.05molFe或0.05molMg或0.05molCu或molAl，质量分别是2.8g、1.2g、3.2g、0.9g，则电极x为Al，选d。 （3）t2 min时，反应正向进行，v(正) >v(逆)。 （4）若t1=2，则0~2 min内，M的物质的量增加1mol，M的平均反应速率v(M)= mol-1·L-1·min-1。 （5）N的物质的量减少，N是反应物，t3 min时，N的物质的量减少6mol，反应物的转化率为； 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$