第6章 第2节 课时2 化学反应限度 化学反应条件的控制-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第2课时　化学反应限度　化学反应条件的控制 学习目标 素养解读 1.了解可逆反应及其特点。 2．理解化学平衡状态的特征及标志，知道改变条件化学平衡会发生改变。 3．了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用 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，提升宏观辨识与微观探析能力、培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养 任务一　化学反应的限度 17世纪时，炼制1 t生铁所需焦炭的实际用量远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉内出来的气体中含有未利用的CO气体。为提高生产效率，炼铁工程师设法增加高炉的高度，但高炉尾气中CO的比例仍然没有改变，原因是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：高炉炼铁发生的反应是Fe2O3(s)＋3CO(g)⥫⥬2Fe(s)＋3CO2(g)，该反应是可逆反应，反应进行到一定程度时达到最大限度，只通过增加高炉的高度，不改变其他反应条件，不能使化学平衡移动，所以高炉尾气中CO的比例不会改变。 1．化学平衡状态的概念 在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态，称为化学平衡状态。 2．化学平衡状态的建立 (1)过程 (2)图示 3．化学平衡状态的特征 4．化学反应的限度 (1)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的最大程度。 (2)化学反应限度决定了反应物在一定条件下的最大转化率。 (3)改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度，即改变该反应的化学平衡状态。 5．影响化学反应的限度的因素 (1)决定因素：化学反应的限度首先决定于反应物的化学性质。不同的可逆反应在给定条件下的化学反应限度不同，反应物的最大转化率不同。 (2)外界因素：化学反应的限度受温度、浓度、压强等条件的影响。改变其中的一个条件，可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。 【易错辨析】 (1)任何可逆反应都有一定的限度 (√) (2)H2与O2反应生成H2O及电解水生成H2和O2是可逆反应(×) (3)化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等 (√) (4)化学反应的限度与时间的长短无关 (√) (5)一定条件，可以通过延长化学反应的时间来改变反应物的最大转化率(×) 合成氨反应式为N2＋3H22NH3，假设该反应在体积不变的密闭容器中发生，分析思考下列问题： 问题1.容器内混合气体的密度不随时间变化时，该反应是否达到平衡状态？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：因容器的体积不变，而混合气体的总质量不改变，则无论平衡与否，混合气体的密度均不变，不能判断反应是否达到平衡状态。 问题2.根据问题1分析哪些物理量能够作为合成氨反应达到平衡的标志？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：压强、浓度等随着反应进行而变化的物理量，如果不再变化，说明已经到达化学平衡。 问题3.单位时间内生成2a mol NH3，同时消耗a mol N2时，该反应是否达到平衡状态？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：两反应速率均表示正反应速率，反应进行的任何阶段均成比例，不能判断反应是否达到平衡状态。 【要点归纳】 1．判断化学平衡状态的三个关注 (1)关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器。 (2)关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应。 (3)关注特殊情况，是否有固体参加或生成。 2．化学平衡状态的判断标志 (1)等：v正＝v逆 ①同一物质的生成速率等于消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。 ②不同物质一正一逆，速率比等于系数比。 如aA＋bB⥫⥬cC＋dD，。 (2)定：各组分的浓度保持一定 ①各组分的浓度不随时间的改变而改变。 ②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。 (3)变量不变 如果一个物理量随着反应的进行而改变，当其不变时为平衡状态；随反应的进行保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据。例如： ①对于反应前后气体体积不等的可逆反应，若反应体系总压强和混合气体的平均摩尔质量不再变化，则反应达到平衡状态。 ②对于反应中存在有颜色的物质的可逆反应，若体系颜色不再变化，则反应达到平衡状态。 3．不能作为平衡标志的情况 (1)反应中各组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。 (2)恒温恒容下体积不变的反应，其体系的压强或气体总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)。 (3)全是气体参加的体积不变的反应，其体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)。 (4)全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。 【典例分析】 考向1　化学平衡状态的判断 【典例1】 在一个不传热的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)，当m、n、p、q为任意整数时，一定达到平衡的标志是(　　) ①体系的温度不再改变 ②体系的压强不再改变(不考虑温度对压强的影响) ③各组分的浓度不再改变 ④各组分的质量分数不再改变 ⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q ⑥单位时间内m mol A发生断键反应，同时p mol C也发生断键反应 A．③④⑤⑥ B．①③④⑥ C．②③④⑥ D．①③④⑤ 解析：选B。①体系的温度不再改变，正、逆反应速率相等，据此能判断该反应达到平衡状态，①正确；②如果该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆反应，则体系的压强始终不变，所以不能根据压强判断反应是否达到平衡状态，②错误；⑤任何时刻反应时都存在速率关系v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，故不能根据反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q判断该反应是否达到平衡状态，⑤错误；⑥单位时间内m mol A发生断键反应等效于p mol C形成，若同时p mol C也发生断键反应，则达到平衡，⑥正确。 【对点练】 1.一定温度下，向某恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)。下列情况表明反应达到平衡状态的是(　　) A．气体密度不随时间变化 B．生成CH3OH(g)的速率等于消耗CO2(g)的速率 C．CO2和H2转化率相同 D．气体总压强不随时间变化 解析：选D。A．容器为恒容密闭容器，体系全为气体，密度始终不变，故不能说明达到平衡；B．生成CH3OH(g)和消耗CO2(g)都是正反应，不能说明达到平衡；C．CO2和H2的投料比等于它们的计量数之比，故转化率始终相同，不能说明达到平衡；D．该反应是反应前后气体体积缩小的反应，在恒容容器中，气体总压强不随时间变化可以说明达到平衡。 2．下列描述的化学反应状态，不一定是平衡状态的是(　　) A．H2(g)＋Br2(g)⥫⥬2HBr(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变 B．2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变 C．CaCO3(s)CO2(g)＋CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变 D．N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，反应体系中H2与N2的物质的量之比保持1∶3 解析：选D。3H2(g)＋N2(g)⥫⥬2NH3(g) 反应体系中H2与N2的物质的量之比保持1∶3，不能证明正、逆反应速率相等，不一定是平衡状态，D对。 考向2　化学反应速率、化学平衡的计算 【典例2】 一定条件下，将3 mol A气体和1 mol B气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中，发生反应3A(g)＋B(g)⥫⥬4C(g)＋2D(s)。2 min末该反应达到平衡，生成D的物质的量随时间的变化情况如图所示。下列判断正确的是(　　) A．到达平衡时C的物质的量浓度为0.8 mol·L-1 B．反应过程中A和B的转化率之比为3∶1 C．平衡时体系的压强与开始时体系的压强之比为3∶2 D．从开始到平衡，用D表示的化学反应速率为0.2 mol·L-1 ·min-1 解析：选A。由图可知，2 min后D的物质的量为0.8 mol且不再改变，反应达到平衡状态，可列三段式： 到达平衡时C的物质的量浓度为＝0.8 mol·L-1，A正确；根据三段式可知，反应过程中A和B的转化率都为40%，转化率之比为1∶1，B错误；平衡时体系的压强与开始时体系的压强之比为＝1∶1，C错误；D为固体，不能用单位时间内浓度的变化率来表示反应速率，D错误。 【对点练】 3.373 K时把0.24 mol无色的N2O4气体通入体积为500 mL的密闭容器中，发生反应：N2O4⥫⥬2NO2，容器中立即出现红棕色。反应进行到2 s时，测得生成NO2的物质的量为0.04 mol；反应进行到60 s时，容器内N2O4与NO2的物质的量相等。请计算： (1)开始2 s内以N2O4表示的化学反应速率：____________________。 (2)反应进行到60 s时体系的压强与开始时体系的压强之比：____________________。 (3)60 s时N2O4的转化率：________。 解析：(1)开始2 s内以NO2表示的化学反应速率v＝＝0.04 mol/(L·s)，根据速率之比等于计量数之比，以N2O4表示的化学反应速率＝×0.04 mol/(L·s)＝0.02 mol/(L·s)。 (2)设反应的N2O4的物质的量为x， 　　　　 　N2O4 ⥫⥬ 2NO2 起始/mol　　　0.24　　　 0 反应/mol　 　 　x　　 　 2x 60 s时/mol　 0.24－x　 　 2x 60 s时容器内N2O4与NO2的物质的量相等，因此0.24－x＝2x，解得x＝0.08 mol，60 s时体系的压强与开始时体系的压强之比＝60 s时气体的物质的量与开始时气体的物质的量之比＝。(3)根据(2)的计算，60 s时反应的N2O4为0.08 mol，N2O4的转化率＝×100%≈33.3%。 答案：(1)0.02 mol/(L·s)　(2) 4∶3　(3)33.3% 任务二　化学反应条件的控制 为实现“碳达峰”“碳中和”的目标，提高燃料的燃烧效率与热量的利用率也是重要措施之一。试回答下列调控燃烧反应条件的目的及措施。 (1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉且通入适当过量空气的目的是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：将煤块粉碎成煤粉的目的是增大其与空气中O2的接触面积，提高反应速率，使煤粉燃烧更充分；通入适当过量的空气，可以使煤粉充分燃烧，生成CO2放出能量，若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量少，且造成污染。 (2)煤燃烧时，选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：减少热量损失，提高煤燃烧的效率。 (3)煤燃烧后的废气中的热量，采取什么措施可充分利用？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：可将燃烧后的废气通过热循环装置，供其他方面使用。 1．化学反应条件的控制 2．化工生产中反应条件的调控 (1)考虑因素 控制反应条件的成本和实际可能性。 (2)应用实例 [开拓思维] (1)合成氨的生产温度越低，氨的产率越高。为什么工业生产条件不选择室温而是选择在400～500 ℃下进行呢？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：温度低时，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高。 (2)合成氨的生产压强越大，氨的产率越高。在工业生产中是否压强越大越有利于合成氨生产？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：压强越大，对动力和生产设备的要求越高，需要根据生产规模和设备条件选择合适的压强，并不是压强越大越有利。 【对点练】 4．(2024·河南信阳联考)下列事实中，对调控化学反应速率的分析错误的是(　　) A．KClO3加热制氧气，加入少量MnO2很快产生气体，MnO2作催化剂 B．煅烧黄铁矿时将矿粒粉碎有助于加快反应速率，增大反应物接触面积 C．夏天食品易霉变，冬天不易发生该现象，温度影响了化学反应速率 D．集气瓶中装有H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时发生爆炸，镁条作反应的催化剂 解析：选D。集气瓶中装有H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条产生耀眼的白光，光影响了H2和Cl2的反应速率，镁条不是该反应的催化剂，D错误。 5．以下是反应2SO2＋O2⥫⥬2SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。 温度 转化率 压强 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 10 MPa 400 ℃ 99.2% 99.6% 99.7% 99.9% 500 ℃ 93.5% 96.9% 97.8% 99.3% 600 ℃ 73.7% 85.8% 89.5% 96.4% 试回答下列问题： (1)提高该化学反应限度的途径有：____________________。(回答一条) (2)要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件是_____________。 答案：(1)增大压强(或在一定范围内降低温度)　(2)500 ℃、0.1 MPa 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．有关化学反应限度的说法中正确的是(　　) A．可逆反应达到平衡状态时反应物浓度等于生成物浓度 B．可逆反应达到平衡状态时正、逆反应速率相等 C．可逆反应达到平衡状态后不可改变 D．可逆反应达到平衡状态时反应停止 解析：选B。可逆反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，但是各种物质的浓度不一定相等，A错误，B正确；可逆反应达到平衡状态后，如果反应条件改变，则原平衡会被破坏，C错误；可逆反应达到平衡状态时，化学反应仍然在进行，只不过任何物质的反应消耗速率与产生速率相等，因此任何物质的浓度不变，并不是反应停止了，D错误。 2．在一定温度下，恒容密闭容器中进行反应2SO2(g)＋18O2(g)2SO3(g)，下列说法正确的是(　　) A．反应一段时间后18O只存在于O2和SO3中 B．向容器中通入少量SO3，反应速率增大 C．达到平衡状态时，SO2与SO3物质的量之比一定为1∶1 D．容器内密度不再变化时，判定反应已经达到平衡状态 解析：选B。反应可逆，反应一段时间后18O存在于O2、SO2和SO3中，A错误；向容器中通入少量SO3，逆反应的反应物浓度增大，逆反应速率增大，导致正反应速率也随着增大，B正确；达到平衡状态时，SO2与SO3物质的量保持不变，SO2与SO3物质的量之比不一定为1∶1，C错误；反应前后气体总质量不变、容器体积不变，密度是恒量，容器内密度不再变化时，反应不一定达到平衡状态，D错误。 3．甲烷消除NO2污染的原理为CH4(g)＋2NO2(g)⥫⥬N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)。在一定温度下，向恒容密闭容器中充入一定量的CH4和NO2进行上述反应，下列表述能用来判断该反应达到化学平衡状态的是(　　) A．v正(CH4)＝2v逆(H2O) B．容器中混合气体的密度不再变化 C．容器中混合气体总压强不再发生变化 D．单位时间内，消耗1 mol CH4同时生成1 molN2 解析：选C。v正(CH4)＝2v逆(H2O)时正、逆反应速率不相等，反应未达到平衡，A错误；由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量相等，在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变，无法判断反应是否达到平衡，B错误；该反应是反应前后气体体积增大的反应，反应中容器内压强增大，则容器内压强保持不变说明正、逆反应速率相等，反应已达到平衡，C正确；单位时间内，消耗1 mol甲烷同时生成1 mol氮气都代表正反应速率，不能说明正、逆反应速率相等，D错误。 4．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，在673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间(t)变化的关系如图所示。 下列叙述正确的是(　　) A．c点处正反应速率和逆反应速率相等 B．a点的正反应速率比b点的大 C．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同 D．在t2时刻，正反应速率大于逆反应速率 解析：选B。c点反应物和生成物的物质的量仍在变化，没有达到平衡状态，所以正、逆反应速率不相等，A错误；从a点到b点，氢气的物质的量在逐渐减小，即其物质的量浓度在逐渐减小，所以正反应的反应速率在逐渐减小，即a点的正反应速率比b点的大，B正确；d点和e点都处于平衡状态，n(N2)不变，即d点和e点处n(N2)相等，C错误；在t2时刻，该反应处于化学平衡状态，所以正、逆反应速率相等，D错误。 5．(2024·黑龙江佳木斯期末)一定温度下，在容积为2 L的密闭容器中，与同一个化学反应有关的A、B、C、D(其中A、B、C均为气体)四种物质的物质的量随反应时间的变化如图所示。E为该反应的另一种气态生成物，且在化学方程式中E的化学计量数与B的相同。请回答下列问题： (1)该反应的反应物为__________。 (2)0～2 min内，v(C)＝__________，v(E)＝__________。 (3)该反应达到平衡状态的标志有________(填字母)。 a．A和C的物质的量相等 b．B的物质的量保持不变 c．A的正反应速率与B的逆反应速率之比为2∶1 d．容器内压强不变 (4)物质D在反应中的作用是__________。 解析：(1)由题图可知，随着反应的进行，A、B的物质的量减少，则A、B为反应物，C的物质的量增加，则C为生成物。 (2)v(C)＝5 mol·L-1·min-1，因在化学方程式中E的化学计量数与B的相同，故v(E)＝v(B)＝25 mol·L-1·min-1。 (3)A和C的物质的量相等，不能说明反应达到了平衡状态，a错误；由图可知，2 min后，该反应达到平衡状态，B的物质的量保持不变，b正确；由图可知，0～2 min内，|Δn(A)|＝2 mol，|Δn(B)|＝1 mol，|Δn(C)|＝2 mol，由相同时间内物质的物质的量变化值之比等于其对应的化学计量数之比可知，该反应的化学方程式为2A(g)＋B(g)⥫⥬2C(g)＋E(g)，若v正(A)＝2v逆(B)，由v正(A)＝2v正(B)，知v正(B)＝v逆(B)，说明反应达到了平衡状态，c正确；该反应为反应前后气体分子数不变的反应，容器体积不变，则容器内压强始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，d错误。 (4)由图知，反应前后D的物质的量不变，故D作催化剂。 答案：(1)A、B　(2)0.5 mol·L-1·min-1　0.25 mol·L-1·min-1　(3)bc　(4)作催化剂 实验活动6　化学能转化成电能 【实验目的】 1．理解氧化还原反应在化学能转化成电能过程中的作用，体会化学的价值。 2．认识原电池的构成要素及其作用。 【实验用品】 烧杯、导线、电流表。 锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸。 【实验步骤】 1．电极材料的实验 (1)用导线将电流表分别与锌片、铜片相连接，使锌片和铜片接触，观察电流表指针是否发生偏转；用石墨棒代替铜片进行上述实验。解释所观察到的现象。 电极材料 电流表指针是否发生偏转 解释 锌片、铜片 否 没有电解质溶液，不能形成回路 锌片、石墨棒 否 (2)将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象；再插入铜片，观察现象；取出铜片，插入石墨棒，观察现象。 电极材料 实验现象 解释 锌片 锌片逐渐溶解，表面有大量气泡产生 Zn能与H＋反应生成H2 锌片、铜片 锌片逐渐溶解，表面有大量气泡产生；铜片表面无明显现象 Zn能与H＋反应生成H2，Cu不能与H＋反应 锌片、石墨棒 锌片逐渐溶解，表面有大量气泡产生；石墨棒表面无明显现象 Zn能与H＋反应生成H2，石墨不能与H＋反应 2.原电池实验 用导线将电流表分别与不同的电极材料相连接，并插入盛有稀硫酸的烧杯里(如图所示)，观察电流表指针偏转情况(指针偏向正极)，记录在下表中。 电极材料 电流表指针偏转方向 锌片、铜片 偏向铜片 锌片、石墨棒 偏向石墨棒 铜片、石墨棒 不偏转 【问题和讨论】 1．根据以上实验，说明原电池的工作原理和构成要素。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：原电池的工作原理为负极上金属失电子发生氧化反应，电子经导线流向正极，溶液中阳离子在正极得电子被还原；电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，形成电流。原电池的构成要素有①活动性不同的两种金属(或金属与非金属)作电极；②两电极用导线相连并插入连通的电解质溶液(或熔融碳酸盐)中；③形成闭合回路(或在溶液中接触)。 2．能否用铁片作为电极代替铜锌原电池中的锌片？为什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：能。铁的金属性比铜强，且铁可与稀硫酸自发进行氧化还原反应，故能形成原电池。 3．将原电池实验中锌­石墨原电池中的锌片换成铁片，能否形成电流？若能产生电流，写出电极反应和电池总反应。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：能产生电流。 负极：Fe－2e－===Fe2+； 正极：2H＋＋2e－===H2↑； 电池总反应：Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑。 【对点练】 1．甲、乙两名同学一起做了水果电池实验，测得数据如下表。下列甲提问，乙回答不正确的是(　　) 实验 次序 电极材料 水果 品种 电极 间距/cm 电压/mV 1 锌 铜 菠萝 3 900 2 锌 铜 苹果 3 650 3 锌 铜 柑橘 3 850 4 锌 铜 西红柿 3 750 5 锌 铝 菠萝 3 650 6 锌 铝 苹果 3 450 ①甲：实验 6 中负极的电极反应式如何写？ 乙：铝为负极，负极的电极反应式为Al－3e－===Al3+。 ②甲：实验 1、5 电流方向为什么相反？ 乙：实验 1 中锌为负极，电子由锌经溶液流向铜；实验 5 中铝为负极，铝失去电子，电流由锌经导线流向铝。 ③甲：水果电池的电压与哪些因素有关？ 乙：只跟水果的品种有关。 ④甲：水果电池中的铜电极可以用硬币(成分为铜锌合金)代替吗？ 乙：可以 A．③④ B．②③ C．①②③ D．②③④ 解析：选B。实验6中Al比Zn更活泼，Al作负极，发生氧化反应，电极反应式为Al－3e－===Al3+，①正确；实验1中锌为负极，电子由锌经导线流向铜，而不是经电解质溶液流向铜，②错误；分析表中数据可知，水果电池的电压与水果种类、电极材料等因素有关，③错误；硬币的成分为铜锌合金，其金属活动性小于锌，故可以代替铜电极，④正确。 2．化学电源在生产生活中有着广泛的应用，同学们常常通过设计实验和查阅资料的方式学习化学电源的相关知识。 (1)乙同学用如图装置推算铜锌原电池工作时产生的电流量。供选择的电极材料有纯铜片和纯锌片。a电极的电极反应式为________________________，当量筒中收集到336 mL(标准状况下)气体时，通过导线的电子的物质的量为________。 (2)丙同学了解到科学家正在研究利用原电池原理常温常压下合成氨，在该装置简图中，电极a为______极(填“正”或“负”)，若原料气H2中混有CO，单位体积原料气合成氨气的物质的量不变，只是在电极b附近需增设排气口，排出的气体中主要含有_________。 解析：(1)从图示装置可知，b电极上生成气体，则b电极为正极，a电极为负极，a电极上Zn失电子生成Zn2+，电极反应为Zn－2e－===Zn2+。量筒中收集到336 mL气体时，生成氢气0.015 mol，正极上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，生成0.015 mol氢气转移电子数为0.03 mol。 (2)电极a上氮气得电子生成氨气，则电极a为正极。电极b为负极，负极上H2失电子转化为氢离子，H2－2e－===2H＋，氢气中混有CO，CO失电子转化为CO2，排出的气体主要含有CO2。 答案： (1)Zn－2e－===Zn2+　0.03 mol　(2)正　CO2 实验活动7　化学反应速率的影响因素 【实验目的】 1．体验浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。 2．理解改变反应条件可以调控化学反应的速率。 【实验原理】 1．硫代硫酸钠与硫酸的反应 硫代硫酸钠与硫酸反应会生成不溶于水的硫：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，反应生成的硫使溶液出现乳白色浑浊，比较浑浊现象出现所需时间的长短，可以判断该反应进行的快慢。在不同浓度和温度条件下分别进行上述反应，并比较其反应快慢，可以看出反应物浓度和温度对该反应速率的影响。 2．过氧化氢分解会产生氧气，在有或无催化剂存在下进行对比实验，通过观察氧气产生的快慢可以看出催化剂对该反应速率的影响。 【实验用品】 烧杯、试管、量筒、试管架、胶头滴管、温度计、药匙、秒表。 0．1 mol·L-1 Na2S2O3溶液、0.1 mol·L-1 H2SO4溶液、10% H2O2溶液、1 mol·L-1 FeCl3溶液、MnO2粉末、蒸馏水。 【实验步骤】 1．浓度对化学反应速率的影响 取两支大小相同的试管，分别加入2 mL和1 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液，向盛有1 mL Na2S2O3溶液的试管中加入1 mL蒸馏水，摇匀；同时向上述两支试管中加入2 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液，振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。 实验 编号 加入0.1 mol/L Na2S2O3溶液 的体积/mL 加入 水的体 积/mL 加入0.1 mol/L H2SO4溶液的 体积/mL 出现浑 浊所用 时间 1 2 0 2 快 2 1 1 2 慢 结论：增大反应物的浓度，化学反应速率增大，反之则减小。 2．温度对化学反应速率的影响 取两支大小相同的试管，各加入2 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液，分别放入盛有冷水和热水的两个烧杯中。再同时向上述两支试管中加入2 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液，振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。 实验 编号 加入0.1 mol/L Na2S2O3溶液 的体积/mL 加入0.1 mol/L H2SO4溶液的 体积/mL 水浴 温度 出现浑 浊所用 时间 1 2 2 热水 快 2 2 2 冷水 慢 结论：升高温度，化学反应速率增大，反之则减小。 3．催化剂对化学反应速率的影响 先向三支大小相同的试管中各加入2 mL 10% H2O2溶液，再向其中的两支试管中分别加入少量MnO2粉末和2滴1 mol/L FeCl3溶液；比较三支试管中气泡出现的快慢。 实验 编号 加入10% H2O2 溶液的体积/mL 加入的催化剂 气泡出现 的快慢 1 2 无 较慢 2 2 少量MnO2粉末 很快 3 2 2滴1 mol·L-1 FeCl3溶液 较快 结论：使用催化剂，可增大H2O2分解反应的速率。 【问题和讨论】 1．解释下列现象：颗粒大小相似的煤在氧气中燃烧比在空气中燃烧更旺。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：燃烧是可燃物与氧气发生的化学反应，氧气中氧气的浓度比空气中的大，所以更容易反应，燃烧更剧烈。 2．在通常情况下，铁与冷水或热水都不发生反应，但红热的铁与水蒸气则可发生反应，生成Fe3O4和H2。试从反应条件的角度思考并解释这一事实。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：红热的铁与水蒸气可发生反应生成Fe3O4和H2，是因为反应温度高，反应速率大，且反应物H2O为气态，铁与水蒸气的接触面积大，反应速率大，说明反应条件及反应物状态对化学反应速率有重要影响。 【对点练】 1．将一定物质的量的HI(g)置于2 L的恒容密闭容器中，只发生反应2HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)，在其他条件相同时，反应物HI(g)的物质的量(n)随反应时间(t)的变化情况如表所示： 实验序号 (反应温度) n /mol t /min 0 10 20 30 40 50 60 1(800 ℃) 1.0 0.80 0.67 0.57 0.50 0.50 0.50 2(800 ℃) 1.2 0.92 0.75 0.63 0.60 0.60 0.60 3(820 ℃) 1.0 0.40 0.25 0.20 0.20 0.20 0.20 根据表中数据，下列说法正确的是(　　) A．在实验1中，反应在10～20 min内v(HI)＝1.3×10-2 mol·L-1·min-1 B．根据实验1和实验2，可知反应恰好达到平衡状态的时间相同 C．根据实验2和实验3，无法说明浓度对反应速率的影响趋势 D．根据实验1和实验3，可得出温度越高，HI的分解率越小 解析：选C。实验1中，反应在10～20 min内，v(HI)＝006 5 mol·L-1·min-1，A错误；在实验1和实验2中，40 min后HI(g)的物质的量不再变化，说明40 min后反应处于平衡状态，但不能说明40 min时反应恰好达到平衡状态，B错误；实验2和实验3的反应温度不同，且HI(g)的起始物质的量不同，则无法说明浓度对反应速率的影响趋势，C正确；比较实验1和实验3，开始时加入的n(HI)相同，反应温度不同，平衡时实验3中HI(g)的物质的量少，说明温度越高，HI的分解率越大，D错误。 2．某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，进行了酸性KMnO4溶液与草酸(H2C2O4)的反应，该反应的化学方程式为＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2+＋10CO2↑＋8H2O，实验数据记录如下： 实验 编号 实验 温度/℃ 试管中所加试剂及其用量/mL 溶液褪至 无色所需 时间/min 0.6 mol/L H2C2O4溶液 H2O 3 mol/L H2SO4溶液 0.05 mol/L 酸性KMnO4 溶液 ① 25 3.0 V1 2.0 3.0 1.5 ② 25 2.0 3.0 2.0 3.0 2.7 ③ 50 2.0 V2 2.0 3.0 1.0 (1)V1＝________。 (2)根据表中实验①②的数据，可以得到的结论是____________。 (3)探究温度对化学反应速率的影响，应选择________(填实验编号) (4)该小组根据经验绘制了n(Mn2+)随时间变化的趋势如图1所示，但有同学查阅已有实验资料发现，该实验过程中n(Mn2+)随时间变化的实际趋势如图2所示。该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设，并设计实验方案④继续进行实验探究。 实验 编号 实验 温度/℃ 试管中所加试剂及其用量/mL 溶液褪 至无色 所需时 间/min 0.6 mol/L H2C2O4溶液 H2O 3 mol/L H2SO4 溶液 0.05 mol/L 酸性KMnO4 溶液 再加入 某种 固体 ④ 25 2.0 3.0 2.0 3.0 MnSO4 t ①小组同学提出的假设是___________________________。 ②若该小组同学提出的假设成立，应观察到__________的现象。 答案：(1)2.0　(2)其他条件相同时，反应物浓度减小，反应速率减小　(3)②③　(4)①Mn2+对该反应有催化作用　②溶液褪色时间变短 学科网（北京）股份有限公司 $$