第6章 第1节 化学反应与能量变化-【一本】高中化学知识大盘点

第六章 化学反应与能量 课 1.认识吸热反应与放热反应，了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。以原 标 电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。 2.体会从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的重要性。了解可逆反应的含义，知道可 要 逆反应在一定条件下能达到化学平衡。知道化学反应平均速率的表示方法，通过实验探究影 的 响化学反应速率的因素。 思维导图 断裂吸收能量 化学键的断裂与形成 形成释放能量 化学反应 与热能 放热反应：反应物总能量>生成物总能量 反应物与生成物的总能量 吸热反应：反应物总能量<生成物总能量 实质一利用能自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能 电极活泼性不同，存在电解质溶液 化学反应 条件 与电能 形成闭合回路，能自发进行的氧化还原反应 比较金属的活泼性强弱 化学反应 应用 加快化学反应速率 设计原电池 定义一 用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量 化学反应的速率 表达式一= △r 内因：反应物本身的性质 影响因素 外因：浓度、温度、压强和催化剂等 可逆反应 化学反应的限度 判断：V正=V逆≠0 化学平衡 特征：逆、等、动、定、变 。113e 第一节 化学反应与能量变化5年20考 必备知识 。。 知识点31化学反应与热能◆ 重点 少易混易错 1.吸热反应与放热反应 修第二册 物质的溶解、状态变化 放热反应：释放热量的化学反应 (1)定义 等过程带来的热量变化 吸热反应：吸收热量的化学反应 为吸热过程或放热过 (2)前提：必须是化学反应。 程，如浓硫酸溶于水、水 2.常见的吸、放热反应类型 第六章 蒸气的液化是放热过 放热反应 吸热反应 程，NH4NO3固体溶于 ①酸碱中和反应。 ①大多数分解反应 水、碘升华是吸热过程。 ②所有的燃烧及缓慢氧化 ②少数化合反应，如C+CO2 反 反应。 ◆易混易错 与能 ①需要加热才能发生的 ③大多数的化合反应。 高温2C0: ④活泼金属与酸（或水）的 ③Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl 量 反应不一定是吸热反 反应。 BaC2+2NH3个+10H2O。 应，如碳和氧气的反应。 ⑤铝热反应。 ④C+H,0(g商温c0+H。 ②放热反应常温下不一 ⑥少数分解反应，如2H2O2 ⑤HCl+NaHCO—NaCl+ 定容易发生，如铝热 MnO =2H2O+O2↑ H20+CO2个 反应。 ③吸热反应不一定需要 知识点2化学反应中能量变化的原因← 重点 加热，如Ba(OH)2· 1.从化学键角度理解化学反应中的能量变化 微观角度 8H2O晶体和NH4Cl晶 吸收能量 体的反应。 反应物 旧化学键断裂 生成物 决定能量 巴◆特别提醒 新化学键形成 变化 化学键的断裂要吸收能 释放能量 量，化学键的形成要放 结论：化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变 出能量。 化的主要原因。 ◆知识拓展 E<E2,要向环境释放能量，发生的是放热反应。 吸、放热反应的其他判据 E1>E2,需从环境吸收能量，发生的是吸热反应。 ↑能量 ↑能量 ①需要持续加热才能进行 断键吸 成键 断键吸收 的反应一般是吸热反应。 收的能E 释放 的能量 的能量 成键释放 量 的能 ②反应开始时需要加 E C(g)+D(g) A(g+B(g) E 热，停止加热后仍能继 续进行的一般是放热反 A(g)+B(g) 应，如铝热反应。 C(g)+D(g) 反应过程 反应过程 。114e 例如：对于反应H2(g)+CL2(g)一2HCl(g),断开1molH2 中的化学键和断开1 mol Cla2中的化学键吸收的总能量为 ③停止加热后催化剂继 (436+243)kJ=679kJ,形成2 mol HCl中的化学键释放的总 续红热的为放热反应， 能量为(2×431)kJ=862kJ,则此反应为放热反应。 不再红热的为吸热 ①@ 化学键， ① 反应。 断裂 吸收436kJ能量 ©@化学键 假想的中间物质 ◆知识拓展 断裂 C @ 键能 吸收243kJ能量 键成 键成 键能是指气态分子中 @@ @@ 1mol化学键解离成气态 修第二 放出431kJ能量 原子所吸收的能量，键能 放出431kJ能量 通常是298.15K、101kPa 2.从物质角度理解化学反应中的能量变化 宏观角度 第 条件下的标准值 (1)从物质具有的能量角度理解反应 章 ①放热反应：可看成反应物所具有的化学能转化为热能释放 出来。 学以致用 化学反 ②吸热反应：可看成热能转化为化学能被生成物所“储存” (湖北卷)2023年5月 与能 (2)化学反应与能量变化的关系示意图 10日，天舟六号货运飞 反应物的总能量高 生成物的总能量高 船成功发射，标志着我 化学反应 释放能量 化学反应 吸收能量 国航天事业进入高质量 发展新阶段。下列不能 生成物的总能量低 反应物的总能量低 作为火箭推进剂的是 结论：化学反应中的能量变化决定于反应物总能量与生成物 () 总能量的相对大小。 A.液氮一液氢 +能量 能量 B.液氧一液氢 反应物 生成物 C.液态二氧化氨一肼 放出能量 吸收能量 D.液氧一煤油 答案：A 生成物 反应物 反应过程 反应过程 反应物总能量>生成物总能量， 反应物总能量<生成物总能量， 发生放热反应 发生吸热反应 知识点3人类对能源的利用 身知识拓展 1.能源使用历史 碳达峰与碳中和 为应对气候变化，我国 柴草时期 以树枝杂草为主要能源 提出力争2030年前实 化石能源时期 以煤、石油、天然气为主要能源 现碳达峰，2060年前实 可再生能源和清洁能源（绿色能源） 现碳中和。 多能源结构时期 将成为新能源的主力 。115 2.化石燃料利用过程中亟待解决的问题 碳排放量 (1)短期内不可再生，储量有限。 碳达峰 (2)煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NO、CO等是大气 污染物的主要来源。 2021 2030年份 3.节能减排的措施 碳达峰 (1)燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。 (2)能量利用阶段提高能源的利用率。 必修第二册 (3)开发使用新能源。目前，人们比较关注的新能源有太阳 能、风能、地热能、海洋能和氢能等。 排放=吸收 知识点4化学反应与电能 碳中和 第六章 1.化学能间接转化为电能一火力发电 ◆易混易错 (1)能量转换过程 >能量利用率低 ①电子在导线中定向移 化学能 燃烧燃料，热能 蒸汽轮机，机械能 发电机，电能 动，离子在溶液中定向 反 (2)能量转换的关键：可燃物的燃烧，属于氧化还原反应。 移动，即“电子不下水， 2.化学能直接转化为电能 原电池◆一重难点 与能量 离子不上岸”。 ②电子的流动方向与电 (1)实验探究 流的方向相反。 实验原理 若电流表产生偏转，则产生了电流 A Zn 实验步骤 探究化学 稀硫酸 稀硫酸 稀硫酸 能转化为 电能的条 件 锌片溶解，表 锌片溶解， 锌片溶解，铜 实验现象 面产生气泡， 铜片上有气 片上有气泡，电 铜片上无气泡 泡 流表指针偏转 m 学以致用 锌与稀硫酸 锌与稀硫酸 在物质发生化 实验结论 反应生成H 发生反应， 学反应的同时 下列装置中，能构成原 铜与稀硫酸 但铜片上有 产生了电流，化 电池的是 不反应 H产生 学能转化为了 电能 Cu (2)原电池 ① ①定义：将化学能转化为电能的装置。 稀硫酸 ②工作原理（以铜锌-稀硫酸原电池为例） e e +(A 石墨 电极名称：负极 铜电极名称：正极 ② 反应类型：氧化反应 反应类型：还原反应 FeCl 电极反应式：Zn-2e一Zn2* 电极反应式：2+2e一H2↑ 溶液 稀硫酸 总反应的离子方程式：Zn十2H+ Zn2++H2个。 。116© ③模型 电子沿导线传递， Cu Fe 有电流产生 ③ 稀硫酸 氧化反应 负极 正极 还原反应 不期 阴离子 阳离子 Zn Fe 溶解 移向 移向 电解质溶液 ④ 酒精 必 两反应：正极 还原反应，负极 氧化反应。 溶液 三方向：a.电流方向（正极→负极）；b.电子流动方向（导线中 答案：②③ 修第二册 负极→正极)；C.阴、阳离子移动方向（电解质溶液中阳离子从 学以致用 负极→正极，阴离子从正极→负极)。 第 判断正、负极并写出电 ④构成条件 极反应式。 a.能自发进行的氧化还原反应（放热的氧化还原反应）； b.活泼性不同的两电极，一般为金属和金属或金属和非金属 (石墨)； CuSO4溶液 化学反应与能量 c.形成闭合回路，两电极直接或间接接触（用导线连接），两电 ①总反应： 极插入电解质溶液或熔融电解质中。 ②负极()： ⑤电极反应式的书写 ③正极()： a.列物质标得失：按照负极发生氧化反应，正极发生还原反 答案：①Fe+Cu+ Fe2++Cu 应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数目。 ②FeFe-2e-Fe+ b.看环境配守恒：电极产物在电解质溶液中要能稳定存在，如 ③C Cu++2e-Cu 碱性介质中H+应结合OH厂生成水。电极反应式要遵守电 ⑧ 荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等。 学以致用 c.两式相加验总式：两电极反应式相加，与总反应式对照进行 (广东卷)火星大气中含 有大量CO2,一种有 验证。 CO2参加反应的新型全 ⑥正、负极的判断方法 固态电池有望为火星探 (判断依据 、正极 负极 测器供电。该电池以金 属钠作负极，碳纳米管 电极材料 不活泼金属 活泼金属 或非金属 作正极，放电时() A.负极上发生还原反应 电子流向 电子流人 电子流出 BCO2在正极上得电子 电极反应 还原反应 氧化反应 C.阳离子由正极移向 负极 电极增重或 电极常见现象 D.将电能转化为化学能 产生气体 电极减轻 答案：B 离子移向 阳离子移向 阴离子移向 。117。 ⑦原电池原理的应用 ◆易混易错 a.加快氧化还原反应的速率 活泼性强的不一定作负 原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶 极。如镁铝氢氧化钠 液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应速率加快。 溶液原电池中铝作负 应用：实验室中用锌与稀硫酸反应制取氢气时，通常滴入几滴 极；铜铝-浓硝酸原电池 硫酸铜溶液，原因是锌置换出的铜与锌、稀硫酸构成原电池， 中，铝遇浓硝酸会发生 加快了锌与H的反应速率。加入的硫酸铜不宜过多，否则析出的 b.比较金属活动性强弱 铜会覆盖在锌表面，阻碍反应的进行。 修 钝化，因此铜作负极。 原理：在原电池中，一般活动性较强的金属作负极，活动性较 二册 ◆生活应用 弱的金属作正极。 水果电池 应用：A、B两种金属用导线连接后插入电解质溶液中，若A 第六章 水果电池是利用水果中 极溶解，B极上产生气泡或析出固体，则活泼性：A>B。 的化学物质和金属片发 c.设计原电池详见P256“设计原电池” 生反应产生电能的一种 化学反 知识点5化学电池 电池。水果中含有大量 一次电池 锌锰干电池 的水果酸，如柠檬中含 与能口 有柠檬酸等 负极 锌筒 锌被氧化，逐渐消耗 电池 正极 石墨棒 MnO2被还原 构成 电解质 NHCI糊 电极 负极 Zn-2e -Zn2 反应式 正极 2MnO2+2NH +2e Mn2O3+H2O+2NH↑ 柠檬电池 电池总 Zn+2MnO2+2NH Zn2++Mn2O3+H2O+ 反应式 2NHg 便于携带，价格低；使用过程中锌筒和二氧化锰不断被消 ◆知识拓展 特点 耗，电池电压会逐渐降低，最终失效 甲烷燃料电池（酸性） 总反应式： 2.二次电池 CH+202 C02+ 常见 类型 铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等 2H2O。 二次电池 放电时：化学能转化为电能 正极反应式： 充电电池) 充电时：电能转化为化学能 特点 O2+4H++4e 放电时发生的氧化还原反应在充电时逆向进 2H20。 行，能使电池恢复放电前的状态 3.燃料电池 负极反应式： (1)燃料电池 CH4+2H20-8e 种连续地将燃料（如氢气、甲烷、乙醇)和氧化 CO2+8H+。 定义 剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的化学电源 燃料电池 清洁、安全、高效等 能量转化率可以达到80%以上 特点 反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供 供电量易于调节 ●1180 (2)常见的燃料电池 珍特别提醒 电极 氢氧燃料电池（酸性） 氢氧燃料电池（碱性） 燃料电池中电极不参与 正极 O2+4H++4e-2H2O O2+2H20+4e—4OH 反应，通入燃料的一极为 负极，通入助燃剂（一般 负极 H2-2e=2H H2+2OH-2e—2H2O 为氧气)的一极为正极。 必 高频考点 ●●● 修第二 考点1化学反应与热能 5年10考 一2HX(X代表CI、Br、I),以氯气为例，旧 例1某化学反应中，设反应物的总 键断裂吸收的总能量E嘎=（243十 第 能量为E1,生成物的总能量为E2。 436)k·mol1=679kJ·mol1;新键形成释 章 I.(1)若E>E2,则该反应为 放的总能量E放=(432×2)kJ·mol1= 化学 (填“放热”或“吸热”)反应。该反应 864k灯·mol1,E吸<Et,该反应为放热反应。 可用图 (填“A”或“B”)表示。 答案(1)放热A(2)A(3)放热反应 与能 能1 反应物 能 生成物 规律方法利用化学键计算反应中能量变化的 解题思路 生成物 反应物 判断数目 反应过程 反应过程 判断各物质中化学键的数目 A B 计算数值 计算断键吸收的能量E,和成键释 Ⅱ.下表中的数据是破坏1mol物质中的化 放的能量E 学键所消耗的最小能量。 比较大小 比较能量E和E的相对大小，并 物质 Cl2 Br2 2 HCIHBr HI H2 计算差值 键能/ 若E>E效， 则为吸热反应，若 243193151432 366298436 判断类型 E顾<E放，则为放热反应。E和 (kJ·mol-1) E微的差值为吸收或放出的热量 根据上述数据回答下列问题： 电极的判断及电极反 (2)下列物质本身具有的能量最低的是 考点2 应式的书写 5年4考 (填字母)。 例2根据如图所示的三个装置，回 A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2 答相关问题： (3)X2十H2=2HX(X代表C、Br、D的反应 是 (填“吸热反应”或“放热反应”)。 解析(1)若E>E2,则表示反应物的总能量 大于生成物的总能量，该反应为放热反应，可 用图A表示。(2)键能越大，化学键越不易 断裂，物质越稳定，物质本身具有的能量越 稀HSO NaOH溶液 浓HNO3 低，符合题意的为H2,故选A。(3)X2十H2 图1 图2 图3 。119e (1)图1装置，Mg作 极。 原电池原理的简单 (2)图2装置，Mg作 极，负极反应 考点3应用 56年5考 式为 ,正极反应式 例3（全国卷Ⅲ)一种高性能的碱 为 ,总反应的离子方 性硼化钒(VB2)-空气电池如图所 程式为 、0 示，其中在VB2电极上发生反应的 (3)图3装置，Fe作 极，负极反应式 电极反应式为VB2+16OH-11e 为 ,正极反应式为 VO}十2B(OH)4+4H2O。该电池工作时， 修第二册 ,总反应的化学方程式为 下列说法错误的是 () VB,电极 负载 复合碳电极 解析(1)图1装置，在稀H2SO4溶液中，Mg 空气 第 比A1活泼，Mg作负极，A1作正极。（2)图2 装置，在NaOH溶液中，Al与NaOH反应， Mg几乎不与NaOH反应，Al作负极，Mg作 KOH溶液 正极，负极反应式为2Al十8OH-6e 离子选择性膜 反 2[Al(OH)4],正极反应式为6H2O+6e A.负载通过0.04mol电子时，有0.224L 与能 —6OH十3H2个。总反应的离子方程式 (标准状况)O2参与反应 为2A1+2OH+6H2O2[A1(OH)4]+ B.正极区溶液的pH降低，负极区溶液的 3H2个。(3)图3装置，在浓硝酸中，Fe与浓 pH升高 硝酸发生钝化，Fe作正极，正极上发生NO3 C.电池总反应式为4VB2+11O2+20OH+ 的还原反应产生气泡，正极反应式为2NO方十 6H20—8B(OH)4+4VO43 4H++2e—2NO2个+2H2O;Cu作负极， D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、 负极反应式为Cu一2e一Cu+,总反应的 KOH溶液回到复合碳电极 化学方程式为Cu+4HNO3(浓) 解析根据VB2电极上发生反应的电极反应 Cu(NO3)2+2NO2个+2H2O。 式可知，VB2作负极，复合碳作正极。正极反 答案(1)负(2)正2A1+80H-6e 应式为O2十4e+2H20一4OH。根据 —2[A1(OH)4]6H20+6e 得失电子守恒可知，当负载通过0.04mol电 60H-+3H2 2A1+20H-+6H2O- 子时，正极参加反应的O2的物质的量为 2[A1(OH)4]+3H2个(3)正Cu-2e 0.01mol,在标准状况下的体积为0.224L, Cu2+2NO5+4Ht+2e—2NO2个+ A正确；根据正、负极的电极反应式可知，负 2H2OCu+4HNO3(浓)—Cu(NO3)2+ 极消耗OH,溶液的pH降低，而正极生成 2NO2个+2H2O OH,溶液的pH升高，B错误；由负极反应 式和正极反应式可得电池总反应式为4VB2十 规律方法 11O2+200H+6H20—8B(OH)4+ 原电池的正、负极不仅与电极材料的性质有 4VO,C正确；电流方向与电子的流向相 关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼金属 反，电流方向为复合碳电极→负载→VB2电 一定是负极的思维定势，但发生氧化反应的一 极→KOH溶液→复合碳电极，D正确。故 定是负极。 选B。 ●120e 规律方法燃料电池电极反应的书写 续表 第一步：写出燃料电池反应的总反应式 固体电解质（高温 02+4e—2021 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产 下能传导0-) 物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。 熔融碳酸盐（如 02+2C02+4e-2C0 第二步：写出电池的正极反应式 熔融KC03)】 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生反应 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写 必 的物质是O2,电解质溶液不同，其电极反应式 出负极反应式 不同，大致有以下四种情况： 总反应式一正极反应式=负极反应式。由于 修第二册 酸性电解质溶液O2十4H+4e -2HO O2不是负极反应物，所以两个反应式相减时 碱性电解质溶液 O2+2H20+4e -40H 要彻底消除O2。 第六章 第二节 化学反应的速率与限度5阵8考 盘 必备知识 化学反应与能量 知识点1化学反应速率 重点 ® 1.定义：描述化学反应过程进行快慢的物理量。 学以致用 2.表示：通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的 (浙江卷改编)取50mL 增大来表示（取正值）。 H2O2溶液，在有少量 3.公式：u(A)=△c(A) 厂存在的情况下分解： △t 2H,0,T2H,0+ 4.单位：mol·L1·min1(或mol·L1·s1)。 O2个。在一定温度下， 5.规律：对于反应mA(g)十nB(g)一C(g)十qD(g),有v(A): 将测得生成O2的量转 (B):v(C):o(D)=m:n:p:q=△c(A):△c(B): 换成H2O2的浓度(c) △c(C):△c(D)=△n(A):△n(B):△n(C):△n(D)。 如表所示。 (注意 t/min c/(mol·L-1) (1)对于一个化学反应，用不同的物质表示的反应速率可能不 0 0.80 同，故描述反应速率时必须指明具体的物质，如(H2)。 20 0.40 (2)固体或纯液体的浓度为定值，因此不用固体或纯液体表示 40 0.20 反应速率。 60 0.10 (3)化学反应速率是一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时 速率。 。121●