第六章--化学反应与能量-(164页课件)2026-2027学年高一化学下学期（人教版2019必修二）

该高中化学单元复习课件系统梳理了化学反应与能量变化（含热能、电能）、反应速率与限度等核心内容，通过实验探究对比（如放热与吸热反应现象）、概念辨析（如“三个不一定”）、表格总结（如能源分类、原电池构成条件）构建知识网络，体现能量变化与反应规律的内在逻辑。 其亮点在于采用“实验探究-模型建构-分层训练”模式，如用变量控制法探究反应速率影响因素培养科学思维，设计原电池实验提升科学探究能力，能源利用内容渗透科学态度。分层练习（基础判断、综合计算）满足不同学生需求，助力教师精准复习，有效巩固知识。

第六章 化学反应与能量 第一节　化学反应与能量变化 第2课时　化学反应与电能 P35 第二节　化学反应的速率与限度 第1课时　化学反应的速率及影响因素 P81 第2课时　化学反应的限度及反应条件的控制 P120 第1课时　化学反应与热能 实验操作 实验现象 结论 ①看到有气泡产生 ②用手触摸反应后的试管，__________ ③用温度计测得反应后温度______ 该反应____热量 闻到刺激性气味，烧杯壁_____，木片和烧杯_________，混合物呈糊状 该反应____热量 放热反应与吸热反应 第1课时　化学反应与热能 化学反应中能量变化的原因 化学键 断裂或形成1 mol 化学键时能量变化 反应中能量变化 Cl—Cl 吸收243 kJ H—H 吸收436 kJ 共吸收______kJ H—Cl 放出431 kJ 共放出______kJ 图示 能量相对大小 反应物的总能量____生成物的总能量 反应物的总能量_____生成物的总能量 人类对热能和能源的利用 分类依据 种类 举例 来源 来自太阳辐射的能量 太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能 来自地球内部的能量 地热能、核能、水能 来自天体的引力能量 潮汐能 转换过程 一次能源 太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能 二次能源 石油制品、煤气、电能 利用历史 化石燃料 煤、石油、天然气 新能源 太阳能、风能、地热能、核能、氢能、生物质能 性质 可再生能源 太阳能、风能、水能、生物质能 不可再生能源 煤、石油、天然气、核能 化学反应中能量变化的计算 原电池的工作原理 装置 现象 解释或结论 实验1 ①锌片：不断溶解，且锌片上有_________ ②铜片：___________ 锌是活泼金属能与稀硫酸反应产生氢气；铜不能与稀硫酸反应 实验2 ①锌片：不断溶解 ②铜片：_______，但铜片上产生大量气泡 ③电流计：指针发生______ 有______产生，装置中_____能转化为_____能 电极材料 电极名称 电子 转移 电极反应式 反应类型 锌 负极 _______ _________________ ________ 铜 正极 _______ ________________ _________ 总反应式 ________________________ 化学电源 名称 干电池 (一次电池) 充电电池 (二次电池) 燃料电池 特点 ①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用 ②电解质溶液为胶状，不流动 ①放电后可再充电使活性物质获得再生 ②可以多次充电，重复使用 ①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件 ②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出 举例 普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等 铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池 氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等 A B C D 手机用锂 电池 电动汽车用电池 铅酸蓄电池 锌锰干电池 实验装置 部分实验现象 a极质量减小，b极质量增大 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极 原电池原理的应用 化学电源 电极反应式的书写 化学反应速率 起始浓度/(mol·L－1) ___ _____　 ___ 5 s内浓度的变化量/(mol·L－1) ____　 ____ 0.4 5 s后浓度/(mol·L－1) ____　 ____　 0.4 实验 操作 加入2 mL 5%H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol·L－1FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中 实验现象 ①产生气泡速率变慢 ②产生气泡速率变快 实验结论 影响化学反应速率的因素 实验操作 实验现象 装有12%H2O2溶液的试管中先产生气泡 实验结论 增大反应物浓度能使H2O2分解速率_____ 实验 操作 实验 现象 ①有少量气泡出现 ②能产生大量气泡 ③能产生大量气泡 实验 结论 MnO2、FeCl3可以使H2O2分解的速率______ 影响因素 影响规律 内因 反应物本 身的性质 反应物的化学性质越活泼，化学反应速率越大；反之化学反应速率越小 外因浓度 增大反应物的浓度，化学反应速率增大；减小反应物的浓度，化学反应速率减小 温度 升高温度，化学反应速率增大；降低温度，化学反应速率减小 催化剂 一般地，使用催化剂能增大反应速率 压强 有气体参加的反应，增大压强反应速率增大，反之减小 固体的表面积 增大固体反应物的表面积，化学反应速率增大 其他 光照、溶剂、形成原电池等，也能影响化学反应速率 　　　　　　实验 混合溶液 A B C D E F 4 mol·L－1H2SO4/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5 饱和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20 H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0 变量控制法探究影响化学反应速率的因素 确定 变量 解答这类题目时首先要认真审题，找出影响实验探究结果的因素 定多变一 在探究时，应先控制其他的因素不变，只改变一种因素，探究这种因素与题给问题的关系，然后按此方法依次分析其他因素与所探究问题的关系 数据 有效 解答时注意选择的数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断 组别 c(HCl)/(mol·L－1) 温度/℃ 状态 1 2.0 25 块状 2 2.5 30 块状 3 2.5 50 块状 4 2.5 50 粉末状 实验编号 锌的形态 反应温度/℃ 收集100 mL氢气所需时间/s Ⅰ 薄片 15 200 Ⅱ 薄片 25 90 Ⅲ 粉末 25 10 组别 10%硫酸体积/mL 温度/℃ 其他物质 Ⅰ 2 20 Ⅱ 2 20 10滴饱和 MnSO4溶液 Ⅲ 2 30 Ⅳ 1 20 1 mL蒸馏水 化学反应的限度 直接判断依据 v(正)＝v(逆) 同一物质 生成速率等于消耗速率 不同物质 化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不同方向(即一正一逆与化学计量数成比例) 如对于反应：aA＋bB===mC中当bv(A)正＝av(B)逆时反应平衡 间接判断依据 各物质的 某些物理量 保持不变 各组分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变 各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数保持不变 化学反应条件的控制 化学平衡状态的判断 有关化学平衡的简单计算 放出 发凉 黏在一起 吸收 阅读教材，回答下列问题： 1．化学反应实验探究 手感到热 升高 2．放热反应、吸热反应的概念 (1)把释放热量的化学反应称为 反应。 (2)把吸收热量的化学反应称为 反应。 3．常见的吸热反应和放热反应 (1)常见的放热反应有：燃烧反应(如木炭、氢气、甲烷等在氧气中的燃烧)、金属与水或酸的反应(如镁条、铝片与盐酸的反应)、大多数化合反应(如氢气与氯气反应)。 (2)常见的吸热反应有：大多数分解反应(如CaCO3eq \o(=====,\s\up17(高温))CaO＋CO2↑)、氢氧化钡与氯化铵的反应、盐酸与碳酸氢钠、C＋CO2eq \o(=====,\s\up17(高温))2CO、C＋H2O(g) eq \o(=====,\s\up17(高温))CO＋H2等。 放热 吸热 正确理解吸热反应和放热反应 1．“三个不一定” (1)需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应。 (2)放热反应常温下不一定容易发生，如物质燃烧。 (3)吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。 2．区分吸放热反应和吸放热过程 吸热反应和放热反应都是化学变化，如NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。 1．下列反应既属于氧化还原反应，又是吸热反应的是(　　) A．锌粒与稀硫酸的反应 B．甲烷在空气中燃烧的反应 C．灼热的木炭与CO2的反应 D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应 解析：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑既是氧化还原反应，又是放热反应，A错误；甲烷在空气中燃烧既是氧化还原反应，又是放热反应，B错误；C＋CO2eq \o(=====,\s\up17(高温))2CO既是氧化还原反应，也是吸热反应，C正确；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，但不是氧化还原反应，D错误。 答案：C　 2．下列变化过程，属于放热反应的是 (　　) ①液态水变成水蒸气　 ②酸碱中和反应 ③浓H2SO4稀释　 ④固体NaOH溶于水 ⑤H2在Cl2 中燃烧　 ⑥食物腐败 A．②⑤⑥　　　　　　　 B．②③④ C．①③⑤ D．②③④⑤⑥ 解析：①是同种物质状态变化，③和④分别为稀释和溶解的过程，均不属于化学反应；中和反应、大部分化合反应和缓慢氧化、活泼金属与酸(或水)的反应、燃烧反应均为放热反应，即②⑤⑥均为放热反应，A正确。 答案：A　 3．下列说法正确的是 (　　) ①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应　②放热反应在常温下一定很容易发生　③浓硫酸溶于水放出热量属于放热反应　④有的放热反应加热到一定温度引发后，停止加热反应也能继续进行 A．只有④ B．只有①② C．①②③④ D．②③④ 解析：加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铜在氯气中燃烧；放热反应在常温下不一定容易发生，如N2与H2合成NH3；浓硫酸溶于水放出热量属于放热过程，不是放热反应；需要加热才能发生的放热反应，如果反应放出的热量达到反应所需要的热量，停止加热反应也能继续进行，如Fe＋Seq \o(=====,\s\up17(△))FeS。 答案：A　 放热 阅读教材，回答下列问题： 1．微观角度分析 (1)化学反应实质 化学反应的过程可以看作是反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。 (2)化学反应中能量变化的原因 若吸收能量大于放出能量时，反应为 反应，反之为 反应。 吸热 (3)示例分析 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应过程如图所示： ①根据上图填写下表： ②该反应______(填“放出”或“吸收”)______kJ热量。 提示：①679　862　②放出　183 2．宏观角度分析 高于 低于 放热反应和吸热反应的三种判断方法 1．根据经验规律判断 用常见吸热反应和放热反应的反应类型来判断。 2．根据反应物和生成物的总能量大小判断 反应物的总能量高于生成物的总能量为放热反应，反之为吸热反应。 3．根据化学键断裂和形成时能量变化关系判断 破坏反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量的反应为吸热反应，反之为放热反应。 1．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是 (　　) A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的 B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行 C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量 D．反应物X和Y的总能量一定高于生成物M和N的总能量 解析：该反应为吸热反应，说明反应物的总能量低于生成物的总能量，但不能说明X与M的能量关系、Y与N的能量关系，A错误；反应类型与反应条件无关，B错误；反应中断裂化学键吸收的能量比形成化学键时放出的能量高，由能量守恒可知部分能量储存在物质中，为吸热反应，C正确；该反应中X和Y的总能量一定低于生成物M和N的总能量，D错误。 答案：C　 2．硅是太阳能电池的重要材料。工业冶炼纯硅的原理是： 粗硅冶炼：①SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋2CO↑。 精炼硅：②Si＋3HCleq \o(=====,\s\up17(高温))SiHCl3＋H2； ③SiHCl3＋H2eq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋3HCl。 化学反应与能量变化如图所示，回答下列问题： (1)①是_____________反应，②是_____________反应，③是______________反应。(填“吸热”或“放热”) (2)反应②破坏反应物中的化学键所吸收的能量______(填“大于”或“小于”)形成生成物中化学键所放出的能量。 解析：(2)因为反应②是放热反应，所以破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量。 答案：(1)吸热　放热　吸热　(2)小于 阅读教材，回答下列问题： 1．人类利用能源的三个阶段 树枝杂草时期、化石能源时期和多能源结构时期。 2．从柴草时期到化石能源时期人类获取热能的主要途径都是通过物质的 。 燃烧 寻找清洁的新能源 无污染 太阳能 3．人类利用化石燃料过程中亟待解决的两个问题 (1)短期内不可再生，且储量有限， 之间的矛盾日益突显。 (2)煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是______污染物的主要来源。 4．为了改善人类的生存环境，促进社会可持续发展，_____和 成为人类的必然选择。 5．新能源 (1)优点：资源丰富、可以再生、对环境 等。 (2)种类： 、风能、地热能、海洋能和氢能等。 能源消费量与储量 大气 节能 能源的多角度分类 1．有关能源的下列说法不正确的是 (　　) A．煤、石油、天然气均为化石能源 B．化石能源是非再生能源 C．氢能是可再生能源 D．氢能、核能均是无污染的高效能源 解析：化石能源是非再生能源；氢能是可再生能源(可通过分解水得到氢气)，且是无污染的高效能源；核能利用的是核反应过程中释放的巨大能量，虽然高效，但会产生放射性物质，有一定的污染性，不过人们可以采用技术控制这种污染。 答案：D　 2.“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项 中全部符合图中阴影部分的能源是(　　) A．煤炭、石油、潮汐能 B．水能、生物质能、天然气 C．太阳能、风能、沼气 D．地热能、海洋能、核能 解析： A项，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B项，天然气不是新能源，也不是可再生能源；D项，地热能是来自地球内部的能源，核能不是可再生能源，也不是来自太阳的能源。 答案：C　 3．有专家指出，如果对燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合，那么，不仅可以消除对大气的污染，还可以节约燃料，缓解能源危机。如图所示。 在此构想的物质循环中太阳能最终转化为 (　　) A．化学能　　　　　　　　 B．热能 C．生物质能 D．电能 解析：图中关键信息是利用太阳能使H2O、CO2、N2等重新组合，组合成可燃物，而可燃物燃烧后转化为燃烧产物并放出热量，产物又结合太阳能转化为燃料，如此循环，可知太阳能最终转化为热能。 答案：B　 [典例1]　已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ，且氧气中1 mol OO键完全断裂时需要吸收能量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出能量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收能量为 (　　) A．920 kJ　　　　　　　 B．557 kJ C．436 kJ D．188 kJ [解析]　由1 g H2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ可知：2 g H2(即含1 mol H—H键)完全燃烧生成水蒸气时放出能量为121 kJ×2＝242 kJ。由化学方程式H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)eq \o(=====,\s\up7(点燃))H2O(g)，可设1 mol H—H键断裂吸收的能量为Q，则：Q＋eq \f(1,2)×496 kJ－2×463 kJ＝－242 kJ，得Q＝436 kJ。 [答案]　C [典例2]　肼(H2N—NH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示，已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ)：键为942、O==O键为500、N—N键为154，则断裂1 mol N—H键所需的能量(kJ)是 (　　) A.194 B．391 C.516 D．658 [解析]　利用图示可知肼和氧气变成原子时断键需要吸收的能量为2 752 kJ－534 kJ＝2 218 kJ。肼和氧气断键变为原子时要断裂1个N—N,4个N—H,1个O==O键，所以1×154＋4×(N—H键键能)＋1×500＝2 218，解得断裂1 mol N—H键所需能量为391 kJ。 [答案]　B 可以根据反应物断键吸收的总能量和生成物成键放出的总能量计算反应过程中放出的能量。这种情况一般都是直接或结合图像的形式给出具体断键(成键)，吸收(放出)的能量数据，结合数据进行计算即可。 1.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.断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量 D.2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量 解析：由图示知反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时吸收能量，B项错误。 答案：C　 2.已知断开1 mol H—H键吸收的能量为436 kJ，形成1 mol H—N键放出的能量为391 kJ，根据化学方程式N2＋3H2eq \o(,\s\up17(高温、高压),\s\do15(催化剂)) 2NH3，反应完1 mol N2放出的能量为92.4 kJ，则断开1 mol N≡N键需吸收的能量是 (　　) A.431 kJ B．945.6 kJ C.649 kJ D．869 kJ 解析：设断开1 mol N≡N键需吸收的能量为x，根据反应放出的能量＝形成新键放出的能量－断开旧键吸收的能量，代入数据：92.4 kJ＝6×391 kJ－3×436 kJ－x，x＝945.6 kJ。 答案：B　 3.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。如图表示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.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应放出的能量为180 kJ B.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量 C.通常情况下，N2 (g)和O2(g)混合能直接生成NO D.NO是一种酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成盐和水 解析：反应热就是断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键所放出的能量的差值，所以该反应的反应热是946 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－2×632 kJ·mol－1＝180 kJ·mol－1，所以该反应是吸热反应，所以A不正确，B正确；氮气和氧气反应需要在高温或放电条件下，C不正确；NO不是酸性氧化物，和氢氧化钠溶液不反应，D不正确。 答案：B　 阅读教材，回答下列问题： 1．化学能间接转化为电能——火力发电 eq \a\vs4\al(化学能) eq \o(―――――→,\s\up17(燃料燃烧))_____eq \o(―――――→,\s\up17(蒸汽轮机))______eq \o(――――→,\s\up17(发电机)) eq \a\vs4\al(电能) eq \a\vs4\al(热能) eq \a\vs4\al(机械能) 第2课时　化学反应与电能 不溶解 偏转 电流 化学 电 2．化学能直接转化成电能——原电池 (1)实验探究 气泡产生 无明显现象 氧化反应 得电子 还原反应 Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ (2)原电池 ①定义：把化学能转化为 的装置。 ②工作原理(以铜－锌－稀硫酸原电池为例)： Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ ③反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。 电能 失电子 1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应” (1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属如碳棒)。 (2)一液——电解质溶液(或熔融的电解质)。 (3)一线——形成闭合回路。 (4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。 2．原电池的工作原理思维模型 (1)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。 (2)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 [注意]　①电子只能在导线中定向移动，离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为：电子不下水，离子不上岸) ②负极区失电子带正电，所以带负电的阴离子移向负极，电子流向正极后正极带负电，所以溶液中带正电的阳离子移向正极。(简记为：负负、正正) 3．原电池正负极的判断方法 1.如图所示，把锌片和铜片用导线相连后插入稀硫 酸溶液构成原电池。下列叙述正确的是(　　) A．Zn是负极，发生还原反应 B．电流从锌片流向铜片 C．一段时间后，铜片质量减轻 D．该装置将化学能转变为电能 解析：负极上发生氧化反应，A错误；电流从铜片流向锌片，B错误；铜片上产生H2，质量不变，C错误；该装置为原电池，能将化学能转化为电能，D正确。 答案：D　 2.如图所示的装置中，M为活动性顺序位于氢之前的金 属，N为石墨棒。下列关于此装置的叙述中，不正确 的是 (　　) A．N上有气体放出 B．M为负极，N为正极 C．是化学能转变为电能的装置 D．导线中有电流通过，电流方向由M到N 解析：M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒，则M为原电池的负极，石墨为正极，负极M被氧化，正极生成氢气，电流由正极经外电路流向负极，即由N流向M，故D项错误。 答案：D 3．(1)下列装置属于原电池的是________。 (2)在选出的原电池中，________是负极，发生________反应，________是正极，该极的现象是_______________________。 (3)此原电池反应的化学方程式为______________。 解析：(1)依据构成原电池的条件判断，只有⑤符合。 (2)在装置⑤中，较为活泼的金属铁作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋；不活泼的金属铜作正极，正极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2 ↑，所以看到的现象是正极产生气泡。 (3)由上述分析，可确定此原电池的电池总反应是Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。 答案：(1)⑤　(2)Fe　氧化　Cu　电极上产生气泡 (3)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ 1．干电池 (1)构造示意图 锌筒 石墨棒 不能 (2)工作原理和正负极 _______作负极，发生氧化反应， 作正极，_________不断被还原，电子由 流向 。 (3)特点 ①一次电池，放电后 充电。 ②便于携带，价格低。 锌筒 石墨棒 二氧化锰 铅酸蓄电池 锂离子电池 2．蓄电池 (1)特点：又称 电池，它在放电时进行氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 (2)实例： 、镍氢电池、 等。目前汽车上使用的多数是 。手机、笔记本计算机、照相机和摄像机等电器所用的电池多数为 。 二次 铅酸蓄电池 锂离子电池 3．燃料电池 如图是氢氧燃料电池结构示意图，结合图示思考什么是燃料电池，其有什么特点： (1)概念：一种将 (如氢气、甲烷、乙醇)与 (如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。 燃料 氧化剂 (2)特点： ①电极反应物不是储存在电池内部，从外部提供，同时将电极反应产物不断排出电池。 ②具有清洁、安全、能量转化率高、供电量易于调节，能适应用电器负载的变化等特点。 (3)常见燃料电池：氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等。 几种电池的特点比较 1．下列有关电池的叙述正确的是 (　　) A．水果电池是高效环保的家用电池 B．锌锰干电池是一种常用的二次电池 C．锌锰干电池中碳棒是负极，锌是正极 D．锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄 解析：水果电池产生的电流微弱，不能作为家用电池，A错误；锌锰干电池是一种常用的一次性电池，其中锌作负极，碳棒作正极；锌锰干电池工作时，Zn放电被消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，B、C错误，D正确。 答案：D　 答案：D 2．下列电池不属于二次电池的是 (　　) 解析：四种电池中只有锌锰干电池不属于二次电池，故D项符合题意。 3．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是(　　 ) A．该电池工作时电能转化为化学能 B．该电池中电极a是正极 C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a D．该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O 解析：燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。 答案：D　 [典例]　有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 (　　) A．a＞b＞c＞d　　　　　　　 B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c [解析]　装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c。 [答案]　C 1．原电池原理的应用 (1)比较金属活动性 作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。 (2)改变化学反应速率 如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正、负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。 (3)设计原电池 如：把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。 (4)保护金属设备 如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn)，则构成以Zn、Fe为电极的原电池，Zn被消耗掉而Fe得到保护。 2．设计原电池的一般思路 (1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应 氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物 还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物 正极反应式＋负极反应式===电池总反应式 (2)根据总反应式并结合两个半反应，找出正、负极材料及电解质溶液。 ①电极材料的选择：选活泼性较强的金属作负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。 ②电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能与负极发生反应，可参照总反应式选择电解质溶液。 1．100 mL 2 mol·L－1的盐酸与过量的锌反应，为加快速率，又不影响产生氢气的总量，可采用的方法是 (　　) A．加入适量的6 mol·L－1的盐酸 B．加入数滴氯化铜溶液 C．加入适量的蒸馏水 D．加入适量的氯化钠溶液 解析： A项，能加快反应速率，但增加了产生氢气的总量，错误；C、D项，不影响H2的量，但稀释了盐酸，降低了反应速率，错误；B项，发生反应Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，形成Cu－Zn原电池，加快了反应速率，正确。 答案：B　 2.如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐 渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、 C应是下列各组中的 (　　 ) A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸 B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸 C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液 D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液 解析：A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A项和B项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项中A极变细，B项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项中A极变细，D项中A极变粗。 答案：D　 3．利用反应Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，设计一个原电池。 (1)选用______为负极材料，_______为正极材料，电解质溶液为________。 (2)写出电极反应式：负极________________，正极___________________________。 (3)试画出上述装置图。 解析：(1)根据反应Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4可知Zn是还原剂，CuSO4是氧化剂，故用锌片作负极，正极选用金属性弱于锌的金属或能导电的非金属，因此可以是铜片或碳棒为正极材料，电解质溶液为CuSO4溶液。(2)Zn在负极发生氧化反应生成Zn2＋，即Zn－2e－===Zn2＋，Cu2＋正极被还原得到Cu，即Cu2＋＋2e－===Cu。 答案：(1)锌片　铜片(或碳棒)　CuSO4溶液 (2)Zn－2e－===Zn2＋　Cu2＋＋2e－===Cu (3) [典例1]　铅酸蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据上述情况判断： (1)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)工作时，电解质溶液中的阴离子移向________极。 (3)电流方向从______极流向______极。 (4)写出负极的电极反应式：______________________。 (5)当铅酸蓄电池向外电路提供1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。 [解析]　本题解答时应从两方面入手：一是根据电池总反应式明确铅酸蓄电池的工作原理；二是抓住电极反应中各反应物和生成物之间量的关系。由铅酸蓄电池工作时总反应式可知Pb为负极，负极反应为Pb－2e－＋SOeq \o\al(2－,4)===PbSO4，PbO2为正极，正极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O。由于电池工作时，不断消耗H2SO4且生成水，使H＋的浓度减小，故pH增大；阴离子移向负极，电流方向与电子移动方向相反，由正极到负极；当外电路中通过1 mol电子时，根据Pbeq \o(――→,\s\up17(－2e－))PbSO4，则负极增重为SOeq \o\al(2－,4)的质量，即96 g·mol－1×eq \f(1,2) mol＝48 g。 [答案]　(1)增大　(2)负　(3)正　负 (4)Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4　(5)48 [典例2]　如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。 试回答下列问题： (1)酸式电池的电极反应：负极：____________________， 正极：_________________________________________； 电池总反应：__________________________；电解质溶液pH的变化为_______(填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)碱式电池的电极反应：负极：_____________________， 正极：_________________________________________； 电池总反应：___________________________________； 电解质溶液pH的变化为__________(填“变大”“变小”或“不变”)。 [解析]　(1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，与水结合生成OH－，酸性条件下再与H＋结合成H2O。负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH变大。(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，与H2O结合成OH－。负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合成H2O。电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应。同样，由于有水生成，c(OH－)变小，pH变小。 [答案]　(1)2H2－4e－===4H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　2H2＋O2===2H2O　变大 (2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　2H2＋O2===2H2O　变小 常见化学电源电极反应式 1．普通锌锰干电池 负极：Zn－2e－===Zn2＋ 正极：2MnO2＋2NHeq \o\al(＋,4)＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O 总反应：Zn＋2MnO2＋2NHeq \o\al(＋,4)===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O 2．铅酸蓄电池 负极(Pb)：Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4 正极(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 3．氢氧燃料电池 酸性 碱性 负极 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－ ===4H2O 正极 O2＋4H＋＋4e－ ===2H2O O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 1．汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4↓＋2H2O，根据此反应判断下列叙述中正确的是 (　　) A．PbO2是电池的负极 B．负极反应式为Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4↓ C．PbO2得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液酸性增强 解析：根据电极反应式可知Pb被氧化，作负极，PbO2作正极，A错误；Pb在负极失去电子结合SOeq \o\al(2－,4)生成PbSO4，B正确；PbO2在正极得电子被还原，C错误；放电过程中，正极消耗H＋，溶液酸性减弱，D错误。 答案：B　 2．一种燃料电池中发生的化学反应为酸性溶液中甲醇(CH3OH)与氧反应生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是(　　) A．CH3OH＋O2－2e－===H2O＋CO2＋2H＋ B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：该燃料电池的总反应为2CH3OH＋3O2===4H2O＋2CO2，由于在酸性溶液中正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，根据电子守恒则负极反应为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋。 答案：C 3.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理： Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作 示意图如图。下列说法不正确的是 (　　) A．Zn电极是负极 B．Ag2O电极发生还原反应 C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 D．放电前后电解质溶液的pH保持不变 解析：根据反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，锌元素的化合价升高，失电子，发生氧化反应生成Zn(OH)2，作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，A和C选项都正确；银元素的化合价降低，得电子，发生还原反应生成Ag，作原电池的正极，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B选项正确；根据总反应式可知，KOH没有参与总反应，但是反应消耗了水，使溶液的体积变小，c(OH－)变大，溶液的pH升高，D选项错误。 答案：D　 第二节　化学反应的速率与限度 第1课时　化学反应的速率及影响因素 阅读教材，回答下列问题： 1．观察下列图片，从定性的角度想一想哪些化学反应较快，哪些化学反应较慢？ 提示：火箭发射、汽油的燃烧过程中化学反应较快；溶洞的形成、铁制品生锈过程中化学反应较慢。 2．不同化学反应进行的快慢差别很大，在科学研究中，需要定量的描述一个反应进行的快慢，如何表示呢？ 提示：通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)来表示(可以根据表达式：v＝eq \f(Δc,Δt)来进行计算)。 0 0.4 0.2 0.6 0.3 3．在一个体积为2 L的密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。5 s后，测得SO3的物质的量为 0.8 mol。试填写下表并思考后面的问题： 分别用SO2、O2和SO3的浓度变化量表示该反应在5 s内的反应速率。 提示：v(SO2)＝0.08 mol·L－1·s－1，v(SO3)＝0.08 mol·L－1·s－1，v(O2)＝0.04 mol·L－1·s－1 2SO2(g)＋ O2(g)2SO3(g) eq \a\vs4\al(1) 0.5 1．对化学反应速率的正确理解 (1)同一化学反应，用不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比等于反应方程式中相应的物质的化学计量数之比。计量数不同，速率不同，因而定量表示一个化学反应的反应速率时，必须指明是用哪一种物质来表示。 (2)无论是用反应物表示还是用生成物表示，其化学反应速率都取正值，而且是某一段时间内的平均速率。 (3)在一定温度下，对于固体和纯液体物质来说，其单位体积里的物质的量不会改变，即它们的物质的量浓度为常数，所以不用固体或纯液体来表示反应速率。 2．化学反应速率的计算方法 (1)定义式法：利用公式v＝eq \f(Δc,Δt)计算化学反应速率，也可以利用该公式计算浓度变化量或反应时间。 (2)关系式法：化学反应速率之比＝物质的量浓度的变化量之比＝物质的量的变化量之比＝化学计量数之比。 (3)三段式法：找出起始、转化、某时刻的数据进行计算，使用三段式法进行计算比较直观明了。计算模型如下： 　　　　　　　aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) 起始/(mol·L－1)　 a　　　b 转化/(mol·L－1)　 x　 　eq \f(b,a)x　　　eq \f(c,a)x　 　eq \f(d,a)x 某时/(mol·L－1)　a－x　b－eq \f(b,a)x　　eq \f(c,a)x　 　eq \f(d,a)x 3．化学反应速率大小的比较方法 (1)归一法：若单位不统一，则要换算成相同的单位；若为不同物质表示的反应速率，则要换算成同一物质来表示反应速率；再比较数值的大小。 (2)比值法：比较化学反应速率与化学计量数的比值，如aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，比较eq \f(vA,a)与eq \f(vB,b)，若eq \f(vA,a)＞eq \f(vB,b)，则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。 1．对于反应：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，下列判断正确的是 (　　) A．用HCl和CaCl2表示的化学反应速率数值不同，但所表示的意义相同 B．不能用CaCO3的浓度的变化来表示化学反应速率，但可以用水来表示 C．用H2O和CO2表示的化学反应速率相同 D．用CaCl2浓度的减少来表示其化学反应速率 解析： CaCO3是固体，H2O为液体，不能用它们表示化学反应速率；CaCl2是生成物，其浓度在反应过程中会增加。在同一反应中，选用不同的物质表示化学反应速率数值可能不同，也可能相同，但意义相同，故正确答案为A项。 答案：A　 2．下列说法正确的是 (　　) A．化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示 B．用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时，其数值之比等于化学反应方程式中对应物质的化学计量数之比 C．化学反应速率的单位由时间单位和物质的量的单位决定 D．反应过程中，反应物浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值 解析： A项，化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的物质的量浓度的变化来表示，故错误；B项，用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时，其数值之比等于化学反应方程式中对应物质的化学计量数之比，故正确；C项，化学反应速率单位由时间单位和物质的量浓度的单位决定，故错误；D项，反应过程中，反应物浓度逐渐变小，用反应物或生成物浓度的变化量表示的化学反应速率均为正值，故错误。 答案：B　 3．在一定条件下，反应N2＋3H22NH3在10 L恒容密闭容器中进行，测得2 min内，H2的物质的量由20 mol减少到8 mol，则2 min内H2的化学反应速率为 (　　) A．1.2 mol·L－1·min－1　 B．1.8 mol·L－1·min－1 C．0.6 mol·L－1·min－1 D．0.2 mol·L－1·min－1 解析： v(H2)＝eq \f(ΔcH2,Δt)＝eq \f(20 mol－8 mol,10 L×2 min)＝0.6 mol·L－1·min－1。 答案：C　 4．反应：3A(g)＋B(g)===2C(g)＋2D(g)，在不同条件下，用不同物质表示其反应速率，分别为 ①v(A)＝0.6 mol·L－1·min－1 ②v(B)＝0.45 mol·L－1·min－1 ③v(C)＝0.015 mol·L－1·min－1 ④v(D)＝0.45 mol·L－1·min－1，则此反应在不同条件下进行最快的是 (　　) A．①　　　　　　　 B．② C．③ D．④ 解析：化学反应速率之比等于化学反应方程式中的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝3∶1∶2∶2，则用A表示的化学反应速率分别为①中v(A)＝0.6 mol·L－1·min－1；②中v(A)＝3v(B)＝0.45 mol·L－1·min－1×3＝1.35 mol·L－1·min－1；③中v(A)＝eq \f(3,2)v(C)＝eq \f(3,2)×0.015 mol·L－1·min－1＝0.022 5 mol·L－1·min－1；④中v(A)＝eq \f(3,2)v(D)＝eq \f(3,2)×0.45 mol·L－1·min－1＝0.675 mol·L－1·min－1；所以在不同条件下，进行最快的是②，B项正确。 答案：B　 阅读教材，回答下列问题： 1．温度对化学反应速率影响的探究 对于反应2H2O2eq \o(=====,\s\up17(催化剂))2H2O＋O2↑来说，降低温度H2O2的分解速率 ，温度升高，H2O2的分解速率 减慢 加快 2．浓度对化学反应速率影响的探究 加快 3．催化剂对化学反应速率影响的探究 加快 减小 减小 4．压强对有气体参加的反应速率的影响分析 对于气体来说，在相同温度下，压强越大，一定质量气体的体积越小，单位体积内气体的分子数越多。 (1)增大压强→ 容器体积→反应物浓度 →化学反应速率______。 (2)减小压强→_____容器体积→反应物浓度______→化学反应速率 。 [说明]　压强对反应速率的影响实质：是通过改变反应物的浓 度实现的。 减小 增大 增大 增大 1．影响化学反应速率的因素对比 [注意]　固体和纯液体的浓度可视为定值，即增加固体和纯液体的量，一般对化学反应速率几乎无影响。 2．充入非反应气体对反应速率的影响 (1)恒温恒容时 充入“惰性气体”eq \o(――→,\s\up17(引起))总压增大，但各组分的分压不变，即各物质的浓度不变，反应速率不变。 (2)恒温恒压时 充入“惰性气体”eq \o(――→,\s\up17(引起))体积增大eq \o(――→,\s\up17(引起))各反应物浓度减小eq \o(――→,\s\up17(引起))反应速率减小。 总之，压强改变，若引起浓度改变，则反应速率改变。 1．用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加快的是 (　　) ①加热　②不用稀硫酸，改用98%的浓硫酸　③增大稀硫酸的用量　④不用铁片，改用铁粉 A．①②　　　　　　　 B．①③ C．②③ D．③④ 解析：用98%的浓硫酸代替稀硫酸，不能增大Fe＋H2SO4=== FeSO4＋H2↑的反应速率，其原因是Fe在浓硫酸中钝化，Fe与浓硫酸反应不生成H2等；增大稀硫酸的用量并不能增大硫酸的浓度，不能加快反应速率。 答案：C　 2．10 mL 1 mol·L－1盐酸与一小块大理石发生反应：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O，下列措施对该反应的反应速率无影响的是 (　　) A．将盐酸的温度升高10 ℃ B．加入一定量的CaCO3 C．加入5 mL 5 mol·L－1硝酸 D．加入5 mL H2O 解析： A项，升高温度，反应速率加快；B项，加入一定量的CaCO3，CaCO3是固体，对反应速率无影响；C项，加入硝酸，增大了H＋浓度，反应速率加快；D项，加入H2O，稀释了盐酸，H＋浓度减小，反应速率减慢。 答案：B　 3．在下列事实中，各是什么因素影响了化学反应速率。 (1)集气瓶中H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时发生爆炸：________________。 (2)黄铁矿煅烧时要粉碎成矿粒：_____________________。 (3)熔化的KClO3放出气泡很慢，撒入少量MnO2，则很快产生气体：________________。 (4)同浓度、同体积的盐酸放入同样大小的锌粒和镁条，产生气体有快有慢：_______________________________。 (5)同样大小的石灰石分别与0.1 mol·L－1盐酸和1 mol·L－1盐酸反应，速率不同：__________________________。 答案：(1)光　(2)反应物的接触面积　(3)催化剂 (4)反应物本身的性质　(5)反应物的浓度 [典例]　为研究硫酸铜的量对锌与稀硫酸反应生成氢气速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需的时间。下列说法正确的是(　　) A．V1＝30，V6＝10 B．反应一段时间后，实验A、E中的金属呈暗红色 C．加入MgSO4与Ag2SO4可以起与硫酸铜相同的加速作用 D．硫酸铜的量越多，产生氢气的速率肯定越快 [解析]　A项，反应的总体积应该相同。A组中硫酸为30 mL，那么其他组硫酸量也都为30 mL，因此V1＝30，而硫酸铜溶液和水的总量应相同，F组中硫酸铜为20 mL，水为0 mL，那么总量为20 mL，因此V6＝10，故正确；B项，A中Zn反应较慢，反应一段时间后金属呈灰黑色，而E中置换出大量的Cu，反应一段时间后金属呈红色，故错误；C项，硫酸镁与锌不反应，不能形成原电池，故错误；D项，如果硫酸铜过多，生成的铜附着在锌表面，会阻碍锌与硫酸的反应，反而会降低反应速率，故错误。 [答案]　A 变量控制探究影响化学反应速率因素的思维模型 1.等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间t产生氢气体积V的数据，根据数据绘制得到如图曲线，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是 (　　) A．4、3、2、1　　　　 B．1、2、3、4 C．3、4、2、1 D．1、2、4、3 解析：由图像可知，斜率等于反应速率，斜率越大反应速率越大，即反应速率为a＞b＞c＞d；实验1温度最低，c(HCl)最小且固体表面积小，即反应最慢，为d曲线；实验2、3、4 c(HCl)均相同，温度越高，接触面积越大，则反应速率越快，即反应速率4＞3＞2＞1，即a、b、c、d分别对应实验组别为4、3、2、1，A正确。 答案：A　 2．某探究性学习小组用相同质量的锌和相同浓度的足量的稀盐酸反应得到实验数据如表所示： (1)该实验的目的是探究________、________对锌和稀盐酸反应速率的影响。 (2)实验Ⅰ和Ⅱ表明，___________化学反应速率越大。 (3)能表明固体的表面积对反应速率有影响的实验编号是______和______。 (4)请设计一个实验方案证明盐酸的浓度对该反应的速率的影响___________________________________。 解析：(1)影响化学反应速率的因素有固体表面积、温度、催化剂、浓度，对气体来说还有压强等。根据表格提供的信息，锌有薄片和粉末两种状态，反应温度有15 ℃和25 ℃，可知该实验的目的是探究固体表面积和温度对反应速率的影响。 (2)根据表格提供的信息，实验Ⅰ和实验Ⅱ中锌片的形态相同，温度不同，温度高的收集相同体积的氢气所需时间短，说明化学反应速率大。(3)探究固体表面积对反应速率的影响，需要温度相同。(4)探究浓度对化学反应速率的影响，必须其他条件相同，故设计的实验方案为在相同的温度下，采用相同形态的质量相同的锌片与两种体积相同但浓度不同的盐酸反应。 答案：(1)固体表面积　温度　(2)温度越高　(3)Ⅱ　Ⅲ　(4)在相同的温度下，采用相同形态的质量相同的锌片与两种体积相同但浓度不同的盐酸反应 3．草酸与高锰酸钾在酸性条件下能够发生如下反应：2MnOeq \o\al(－,4)＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。用4 mL 0.001 mol·L－1KMnO4溶液与2 mL 0.01 mol·L－1H2C2O4溶液，研究反应的温度、反应物的浓度与催化剂等因素对化学反应速率的影响。改变的条件如表所示： (1)实验Ⅰ和Ⅱ可得出的结论：影响化学反应速率的因素是________；如果研究温度对化学反应速率的影响，使用实验Ⅰ和___________(用Ⅰ～Ⅳ表示)。 (2)实验Ⅳ中加入1 mL蒸馏水的目的是_________________ ___________________________________________________。 解析：(1)实验Ⅰ、Ⅱ中温度、浓度相同，研究了催化剂对化学反应速率的影响；研究温度对化学反应速率的影响，应保证浓度相同，且不使用催化剂，则选实验Ⅰ和Ⅲ。(2)实验Ⅰ和Ⅳ中，硫酸的浓度不同，可研究浓度对化学反应速率的影响，加1 mL蒸馏水可确保两实验中其余各物质浓度和总体积相等。 答案：(1)催化剂　Ⅲ (2)确保所有实验中c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和总体积不变，实验Ⅳ中c(H＋)不同 不 共存 第2课时　化学反应的限度及反应条件的控制 阅读教材，回答下列问题： 1．可逆反应的特点 (1)在 条件下， 反应和 反应同时进行。 (2)反应物 能按照化学计量数完全转化为产物，反应物与产物 。 相同 正 逆 图示如下： 2．化学平衡状态的建立过程探究 3．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，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度都__________，达到一种表面静止的状态，即称之为化学平衡状态，简称 。 不再改变 化学平衡 4．化学反应的限度 (1)化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到的或完成的 ，任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。 (2)不同条件下，同一可逆反应的化学反应限度不同；相同条件下，不同反应的化学反应限度也不同。 (3)化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大 。 最大程度 转化率 1．化学平衡状态的特征 2．化学平衡状态的判断依据 [注意]　化学反应达到平衡时，各组分的浓度保持不变，不要理解为浓度相等，也不要理解为浓度之比等于化学计量数之比。 1．下列关于化学反应限度的说法中正确的是 (　　) A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度 B．当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零 C．平衡状态时，各物质的浓度保持相等 D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变 解析：平衡状态就是一个可逆反应在该条件下所能达到的最大限度，A正确；反应达到平衡时v(正)＝v(逆)≠0，各物质浓度保持不变但不一定相等，且当外界条件发生改变时，这种状态可能会发生改变，B、C、D错误。 答案：A　 2．某可逆反应达到平衡状态时，下列说法正确的是 (　　) ①正反应和逆反应同时进行，两者的速率完全相等 ②反应物和生成物同时存在，两者的浓度相同 ③混合物的组成比例不会随时间而改变 A．①　　　　　　　　 B．①③ C．② D．①②③ 解析：可逆反应达到平衡状态时，v(正)＝v(逆)≠0，且各组分的含量保持不变，故①③正确。 答案：B　 3．下列对于可逆反应2M(g)＋N(g)2P(g)达到平衡时的说法正确的是 (　　) A．M、N全部变成了P B．反应已经停止 C．反应混合物中各组分的浓度不再改变 D．v(M)∶v(N)＝2∶1 解析：该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，A错误；达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，但反应不停止，B错误；达到平衡状态时反应混合物各组分浓度保持不变，C正确；v(M)∶v(N)＝2∶1，未体现正逆关系，D错误。 答案：C　 4．在恒温恒容条件下可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列能够说明反应已经达到平衡状态的是 (　　) A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2 B．氨气的百分含量不再变化 C．断开1个N≡N键的同时有6个N—H键生成 D．混合气体的质量不随时间的变化而变化 解析： c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2，无法判断反应是否达到了平衡状态，A错误；NH3的百分含量不再变化，其他物质的百分含量也不会变化，即说明反应达到了平衡状态，B正确；1个N≡N键断裂同时有6个N—H键生成，表示的都是正反应速率，无法判断反应是否达到平衡状态，C错误；根据质量守恒定律可知，质量不变不能作为反应达到平衡状态的标志，D错误。 答案：B　 阅读教材，回答下列问题： 1．调控反应条件的目的和方法 大 400～500 10～30 2．调控反应条件时需要考虑的问题 控制反应条件的 和实际 。 示例：以工业合成氨反应条件的调控为例分析： (1)理论上条件的选择及利弊分析。 ①温度 、压强 ，氨的产率高。 ②存在问题：温度低，反应速率小，达到平衡的时间长，生产成本高。压强大，对动力和生产设备的要求较高，所以一味增大压强，也会增加生产成本。 (2)实际条件控制：温度： ℃，压强一般选择_________ MPa。 成本 可能性 低 3．调控反应条件、提高燃料的燃烧效率(以煤为例) (1)煤的状态 煤被研得越细，与空气中氧气的接触面积越大，燃烧越充分，反应速率越大。 (2)空气用量 适当过量的空气有利于煤的充分燃烧。过多的空气会带走大量的热量，降低反应温度，减小燃烧速率，甚至会使燃烧停止(当温度达不到煤的着火点时)；少量的空气则会使煤燃烧不充分，造成能源浪费。 (3)炉(灶)膛材料的选择 炉(灶)膛材料采用隔热的耐高温材料。隔热可以减少热量的流失，耐高温材料可以防止炉(灶)膛熔融(或熔裂)而脱离。 (4)废气中热能的利用 燃烧后废气中的热能可用于供暖或发电等。 1．合理选择的化学反应条件的角度 (1)化学反应速率问题。 (2)化学反应限度问题。 (3)生产设备的耐高温、抗高压性，生产投入的成本问题等。 2．提高燃料的燃烧效率的措施 (1)尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量。 (2)尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。 1．下列有关合成氨条件的选择和解释不合理的是 (　　) A．使用催化剂，可加快N2和H2合成氨的速率 B．高压比常压条件更有利于合成氨 C．采用500 ℃左右主要考虑反应速率问题 D．采用高温高压合成氨有利于提高反应速率和平衡产率 解析：合成氨选择的温度是400～500 ℃，并且高温不能提高合成氨的平衡产率。 答案：D　 2．能使煤炭燃烧更充分，且使热能利用率提高的最有效措 施是 (　　) A．多加煤以使炉火更旺 B．把煤炭做成大煤球 C．把煤中掺和一些黄泥做成蜂窝煤 D．把煤粉碎，在煤粉燃烧器中燃烧 解析： A项中只增加煤的用量，不会使煤炭燃烧充分，也不能提高热能的利用率；B、C项无论从煤的粉碎程度，还是空气用量上都比不上D项。 答案：D　 3．下列措施可以提高燃料燃烧效率的是 (　　) ①提高燃料的着火点　②降低燃料的着火点　③将固体燃料粉碎　④将液体燃料雾化处理　⑤将煤进行气化处理　⑥通入适当过量的空气 A．①③④⑤　　　　　　　 B．②③⑤⑥ C．③④⑤⑥ D．①②③④ 解析：理论上，提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积，并通入适当过量的空气。对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。③、④、⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。 答案：C　 [典例]　在两个恒温、恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应： (甲)2X(g)Y(g) (乙)A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，当下列物理量不再发生变化时，其中能表明(甲)、(乙)均达到化学平衡状态的有(　　) ①混合气体的密度 ②反应容器中生成物的百分含量 ③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比 ④混合气体的压强 ⑤混合气体的平均相对分子质量 ⑥混合气体的总物质的量 A．①②③⑤　　　　　　　 B．①③⑤⑥ C．②③⑤ D．②③④ [解析]　①(甲)混合气体的密度始终不变，所以不能作为平衡状态的标志，故错误；②反应容器中生成物的百分含量不变，说明各组分物质的量不变，达平衡状态，故正确；③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比，说明正、逆反应速率相等，故正确；④(乙)混合气体的压强始终不变，故错误；⑤混合气体的平均相对分子质量不变，则(甲)混合气体物质的量不变，(乙)混合气体的总质量不变，都说明正、逆反应速率相等，故正确；⑥(乙)混合气体的总物质的量始终不变，故错误。 [答案]　C 判断可逆反应达到平衡状态的标志 1．直接标志 (1)v(正)＝v(逆)≠0(化学平衡的本质) ①同一种物质的生成速率等于消耗速率。 ②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于相应物质的化学计量数之比。 ③化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于相应物质的化学计量数之比。 (2)各组分的浓度保持一定(化学平衡的特征) 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。 2．间接标志——“变量不变即平衡” (1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于有气体参与且反应前后气体的体积不等的可逆反应)。 (2)混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于①恒压且反应前后气体的体积不等的可逆反应；②恒容且有固体、液体参与或生成的可逆反应)。 (3)对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应，若体系的颜色不再改变，则反应达到平衡状态。 (4)体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。 3．注意事项 (1)恒容容器中，对于全部是气体的反应体系，密度不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。 (2)恒容容器中，对于化学方程式两边气态物质的化学计量数之和相等的反应，压强不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。 (3)对于全部是气体的反应体系，若反应物和生成物的化学计量数之和相等，则气体的平均相对分子质量不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。 1．一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)的可逆反应，下列能说明反应达到平衡状态的是 (　　) A．体系压强保持不变 B．混合气体颜色保持不变 C．SO3和NO的体积比保持不变 D．每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2 解析： A项，反应前后气体总物质的量不变，恒温恒容下，压强始终不变，故错误；B项，混合气体颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度不变，反应达到平衡，故正确；C项，自反应开始，SO3和NO的体积比始终为1∶1，保持不变不能说明反应达到平衡，故错误；D项，每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2，均表示逆反应速率，不能说明反应达到平衡，故错误。 答案：B　 2．一定温度下在一定体积的密闭容器中，下列叙述不能作为可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡状态标志的是 (　　) ①C的生成速率与C的消耗速率相等　②单位时间内生成 a mol A，同时生成3a mol B　③A、B、C的浓度不再变化　④C的物质的量不再变化　⑤混合气体的总压强不再变化　⑥混合气体的总物质的量不再变化　⑦单位时间消耗a mol A，同时生成3a mol B　⑧A、B、C的分子数之比为1∶3∶2 A．②⑧ B．④⑦ C．①③ D．⑤⑥ 解析：关于平衡状态的判断，一定要根据实际反应分析选项，判断是否达到平衡状态，只有在平衡状态下具备的性质才能作为“标志”。本题中的反应是一个反应前后气体物质的量不等的可逆反应。②在反应过程中的任意时刻都符合。⑧可能是平衡状态，也可能不是平衡状态。 答案：A　 3．已知可逆反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。 (1)若反应在一容积可变的密闭容器中进行，在其他条件不变的情况下，下列条件的改变对其反应速率无影响的是________(填字母，下同)。 A．保持体积不变，增加CO的物质的量 B．将容器的体积缩小一半 C．保持压强不变，充入N2使容器体积增大 D．保持体积不变，充入N2使体系压强增大 (2)若反应在一容积恒定的密闭容器内进行，能判断该反应一定达到化学平衡状态的是________。 ①容器内气体的平均相对分子质量不随时间而变化 ②v正(H2O)＝v逆(H2)　③容器内气体的密度不随时间而变化　④容器内气体总质量不随时间而变化　⑤消耗n mol H2的同时消耗n mol CO A．①②③ B．①②③④ C．② D．①④⑤ 解析：(1)A项，增加CO的物质的量，由于体积不变，会使c(CO)增大，则反应速率加快；B项，容器体积缩小一半，各气体的浓度都增大，则反应速率加快；C项，N2不参与反应，充入N2使容器的体积增大，从而使参与反应的各组分的浓度变小，反应速率变慢；D项，充入N2，体系压强虽增大，但由于体积不变，则参与反应的各组分的浓度不变，对反应速率无影响。(2)由于C是固体，只要反应未达到平衡状态，气体的质量、密度、平均相对分子质量就是不断变化的，它们不变时说明反应已达平衡状态，故①③④正确；用不同物质的反应速率表示化学平衡状态时必须一正一逆且速率数值之比等于化学计量数之比，故②正确；任何时刻，消耗n mol H2的同时都消耗n mol CO，⑤错误。 答案：(1)D　(2)B [典例1]　在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于 (　　) A．5%　　　　　　　　 B．10% C．15% D．20% [解析]　达到平衡时，H2转化的物质的量为8 mol×25%＝2 mol。在一定条件下，N2与H2发生反应： 　　　　　　　　　　N2＋3H22NH3 起始物质的量/mol　　2　　 8　　 0 转化物质的量/mol　 eq \f(2,3)　 2　　　eq \f(4,3) 平衡物质的量/mol　 eq \f(4,3)　 6　　　eq \f(4,3) 同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为eq \f(\f(4,3)mol,\f(4,3)mol＋6 mol＋\f(4,3)mol)×100%≈15%。 [答案]　C [典例2]　X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y===2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)n(Z)，则Y的转化率为(　　) A.eq \f(a＋b,5)×100% B.eq \f(2a＋b,5b)×100% C.eq \f(2a＋b,5)×100% D.eq \f(a＋b,5a)×100% [解析]　设反应达平衡时消耗Y物质的量为x。则： 　　　　　　　　X＋　2Y2Z 起始量/mol　　 a 　　b　　0 转变量/mol　　　 eq \f(x,2)　　 x　　 x 平衡量/mol　　 a－eq \f(x,2) b－x　x 依题意可得：eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a－\f(x,2)))＋(b－x)＝x，x＝eq \f(2a＋b,5) mol Y的转化率为eq \f(\f(2a＋b,5),b)×100%＝eq \f(2a＋b,5b)×100%。 [答案]　B 解答有关化学平衡计算题的方法 1．思维模型 一般需要写出化学方程式，列出起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和定律列方程式求解。如： 　　　　 mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g) 起始量/mol　　 a　　　b　　　 0　　　0 转化量/mol　　mx　　 nx　　　px　　 qx 平衡量/mol　a－mx　b－nx　　 px　　 qx 2．计算类型 (1)关于反应物转化率的计算 A的转化率＝eq \f(A的转化量,A的起始量)×100%(计算式中A的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等)。 (2)关于某组分的体积分数的计算 A的体积分数＝eq \f(体系中A的物质的量,体系中总的物质的量)×100%。 3．注意事项 (1)转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。 (2)这里a、b可指物质的量、浓度、体积等。 (3)对反应物：平衡时的量＝起始的量－转化的量； 对生成物：平衡时的量＝起始的量＋转化的量。 1．一定条件下，对于反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达平衡时，X、Y、Z浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1和0.08 mol·L－1，则下列判断不合理的是 (　　) ①c1∶c2＝1∶3　②平衡时，Y和Z的生成速率之比2∶3 ③X和Y的转化率不相等　 ④c1的取值范围为0＜c1＜0.14 mol·L－1 A．①②　　　　　　　 B．③④ C．①④ D．②③ 解析：分析浓度变化关系： 　　　　　　X(g)＋3Y(g)2Z(g) c起始/(mol·L－1)　c1　　 c2　　　c3 c平衡/(mol·L－1) 0.1　 0.3　　　0.08 反应的化学方程式中反应物化学计量数之比为1∶3，所以反应中X和Y必然以1∶3消耗，因为达平衡时X和Y浓度之比为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，①正确；平衡时Y和Z的生成速率之比应该和化学方程式中对应化学计量数之比相等，故Y和Z的生成速率之比为3∶2，②错误；由于起始时反应物是按化学方程式中化学计量数之比配料，故X和Y转化率相等，③错误；运用极限法，假设Z完全转化为反应物，c1的极限值为0.14 mol·L－1，而题设c1＞0，反应又是可逆的，④正确。 答案：D　 2．在一定温度下，发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，起始时，充入的N2和H2的物质的量分别是3.0 mol和6.0 mol，平衡时生成NH3的物质的量是2.4 mol。已知容器的容积为5.0 L，试求： (1)H2的转化率是________。 (2)平衡时混合气体中N2的体积分数是________。 解析：　　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 起始/mol　 3.0 　 6.0 　　　 0 转化/mol　 1.2 　 3.6 　　　 2.4 平衡/mol　 1.8 　 2.4 　　　 2.4 (1)H2的转化率＝eq \f(3.6 mol,6.0 mol)×100%＝60%。 (2)N2的体积分数＝eq \f(1.8 mol,1.8＋2.4＋2.4mol)×100%≈27.3%。 答案：(1)60%　(2)27.3% $