第六章　化学反应与能量　章末整合　重点突破 学案（含答案）

第六章　化学反应与能量 章末整合　重点突破
1．化学反应与能量变化
(1)化学反应与热能
(2)化学反应与电能——原电池
原电池
2．化学反应速率与限度
1．(2022·全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)存在]。电池放电时，下列叙述错误的是(　　)
A.Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O
D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)＋Mn2＋＋2H2O
2．(2021·广东，9)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时(　　)
A．负极上发生还原反应
B．CO2在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极
D．将电能转化为化学能
3．(2022·浙江1月选考，19)在恒温恒容条件下，发生反应A(s)＋2B(g)3X(g)，c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是(　　)
A．从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B．从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C．在不同时刻都存在关系：2v(B)＝3v(X)
D．维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催化剂，c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
4．(2019·浙江4月选考，17改编)下列说法正确的是(　　)
A．H2(g)＋I2(g)2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变
B．C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C．若压强不再随时间变化能说明反应2A(？)＋B(g) 2C(？)已达平衡，则A、C不能同时是气体
D．恒压条件下发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，当气体压强不再改变时，反应达到平衡状态
5．(2017·江苏，10)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
突破一　化学反应中的能量变化计算公式
(1)反应的能量变化＝________能量之和－________能量之和。
(2)反应的能量变化＝____________断键吸收的能量之和－__________成键放出的能量之和。
1．已知反应A＋B===C＋D的能量变化如图所示，下列叙述正确的是(　　)
A．该反应为放热反应
B．该反应吸收的能量为E1－E2
C．反应物的总能量高于生成物的总能量
D．该反应只有在加热条件下才能进行
2．氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨是人工固氮比较成熟的技术，其原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知破坏1 mol有关化学键需要的能量如表所示：
H—H N—H N—N N≡N
436 kJ 390.8 kJ 192.8 kJ 945.8 kJ
则反应生成1 mol NH3(g)所释放出的热量为________ kJ。
突破二　电极反应式的书写及正误判断
1．电极反应式的书写
(1)书写电极反应式的原则
电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒。
(2)电极反应式的书写思路
特别提醒　给出原电池总反应式书写电极反应式时，可以先写出比较简单的某一电极的电极反应式，复杂的电极反应式＝总反应式－较简单的电极反应式，利用此式计算时，须保证总式与分式中得失电子数相等。
2．电极反应式的正误判断
在选择题选项中出现电极反应式时，一般从以下方面判断其正误
(1)注意电子转移的方向与数目是否正确。如O2－4e－＋2H2O===4OH－(　　)
(2)注意电极反应式与正负极是否对应。如某电池正极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2(　　)
(3)注意电极反应式是否符合溶液的酸碱性。如碱性条件下：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋(　　)
(4)注意电极产物与电解质溶液是否反应。如铅酸蓄电池负极：Pb－2e－===Pb2＋(　　)
1．银锌电池是一种常见的化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，其工作原理如图所示。
(1)在装置中Ag2O作________(填“正”或“负”)极，发生________(填“还原”或“氧化”)反应，电极反应式为_______________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)在装置中Zn作________(填“正”或“负”)极，发生________(填“还原”或“氧化”)反应，电极反应式为_________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
2．(2022·长沙高一月考)肼(N2H4)是一种无色易溶于水的油状液体，具有碱性和极强的还原性，在工业生产中应用非常广泛。
(1)试写出肼的电子式：____________。
(2)目前正在研发的一种肼燃料电池的结构如图甲所示，________(填“a”或“b”)电极为电池的负极，负极的电极反应式为_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)在1 L固定体积的密闭容器中加入0.1 mol N2H4，在303 K、Pt催化下发生反应：N2H4(l)N2(g)＋2H2(g)，测得容器中与时间的关系如图乙所示，则0～4 min氮气的平均速率v(N2)＝____________。
突破三　化学平衡状态的判断依据
(1)直接特征，直接判断
①同一物质的正反应速率和逆反应速率相等，即v正＝v逆。
②由反应混合物中各组分的质量、物质的量、浓度、百分含量和体系的温度、颜色等特征不变可直接判断反应达到平衡状态。
(2)间接特征，变量不变
若由m、n、p、ρ、r(或)等物理量来判断可逆反应是否达到平衡，可以归纳为一句话：反应过程中始终保持不变的量，不能作为判断反应是否达到平衡的依据；当变化的量不再变化时，表明反应已达到平衡。可记忆为“变量不变，平衡建立”。
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
2．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，反应达到平衡状态的标志是(　　)
①体系的温度不再改变　②各组分的物质的量浓度不再改变　③各组分的质量分数不再改变　④反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q　⑤单位时间内有m mol A断键反应，同时有p mol C也断键反应
A．②③④⑤ B．①②③⑤
C．①③④⑤ D．①②③④
突破四　化学反应速率及平衡的相关计算
1．列出一个模型——“三段式”思维模型
解答有关化学反应速率和化学平衡的计算题时，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求解。如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后消耗A的物质的量为mx mol。
mA(g)＋　nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始量/mol　　　a　　　　b　　　0　　　0
变化量/mol　　　mx　　　nx　　　px　　　qx
平衡量/mol　　　a－mx　b－nx　　px　　　qx)
注意　(1)a、b也可指浓度或气体的体积、压强等。
(2)明确三个量的关系
①同一反应物：起始量－变化量＝平衡量。
②同一生成物：起始量＋变化量＝平衡量。
③各变化量之比＝各物质的化学计量数之比。
2．掌握四个公式——“三段式”应用
(1)反应物转化率：A的转化率＝×100%。
(2)生成物产率：C的产率＝×100%。
(3)平衡混合物某组分的百分含量＝×100%。
(4)平衡混合物某气体组分的体积分数＝×100%。
1．(2020·浙江1月选考，21)一定温度下，在2 L的恒容密闭容器中发生反应A(g)＋2B(g)3C(g)。反应过程中的部分数据如表所示：
n/mol t/min　　 n(A) n(B) n(C)
0 2.0 2.4 0
5 0.9
10 1.6
15 1.6
下列说法正确的是(　　)
A．0～5 min用A表示的平均反应速率为0.09 mol·L－1·min－1
B．该反应在10 min后才达到平衡
C．平衡状态时，c(C)＝0.6 mol·L－1
D．物质B的平衡转化率为20%
2．恒温恒容下，将2 mol A气体和4 mol B气体通入体积为2 L的密闭容器中发生反应：2A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s)，2 min达到平衡，测得平衡时A的物质的量为1.2 mol，C的浓度为0.8 mol·L－1。
(1)从开始反应至达到平衡状态，生成C的平均反应速率为______________。
(2)x＝________。
(3)A的转化率与B的转化率之比为________。
(4)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是________(填字母)。
A．压强不再变化
B．气体密度不再变化
C．气体的平均相对分子质量不再变化
D．A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1
章末整合　重点突破
体验高考
1．A　2.B
3．C　[图像中可以得到单位时间内的浓度变化，反应速率是单位时间内物质的浓度变化计算得到，从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率，A正确；b点处切线的斜率是此时刻物质浓度除以此时刻时间，为反应物B的瞬时速率，B正确；由化学反应速率之比等于化学方程式中化学计量数之比分析，3v(B)＝2v(X)，C不正确；维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催化剂，反应速率增大，D正确。]
4．B
5．D　[A项，浓度对反应速率的影响是浓度越大，反应速率越快，错误；B项，NaOH浓度越大，即pH越大，H2O2分解速率越快，错误；C项，由图可知，Mn2＋存在时，0.1 mol·L－1 NaOH溶液中H2O2的分解速率比1.0 mol·L－1 NaOH中的快，错误；D项，由图可知，碱性条件下，Mn2＋存在时，对H2O2分解速率影响大，正确。]
重点突破
突破一　
(1)生成物　反应物　(2)反应物　生成物
跟踪训练
1．B
2．45.5
解析　根据表中数据可计算出破坏3 mol H—H吸收的能量为1 308 kJ，破坏1 mol N≡N吸收的能量为945.8 kJ，化学键被破坏吸收的总能量为2 253.8 kJ，形成6 mol N—H放出能量2 344.8 kJ，反应生成2 mol NH3(g)释放出的热量为2 344.8 kJ－2 253.8 kJ＝91 kJ，则反应生成1 mol NH3(g)释放出的热量为45.5 kJ。
突破二
2．(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
跟踪训练
1．(1)正　还原　Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
(2)负　氧化　Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O
2．(1)　(2)a　N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O　(3)0.012 5 mol·L－1·min－1
解析　(2)负极肼失电子发生氧化反应，所以a电极为电池的负极，负极是N2H4失电子发生氧化反应，又由于是碱性溶液，所以负极电极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O。(3)在303 K、Pt催化下发生反应：N2H4(l)N2(g)＋2H2(g)，设生成氮气的量为x mol，则生成氢气的量为2x mol，此时N2H4(l)的物质的量为(0.1－x) mol，根据4 min时比值为3.0，所以有＝3.0，解得x＝0.05，v＝＝＝0.012 5 mol·L－1·min－1。
突破三
跟踪训练
1．B
2．B　[①化学反应一定伴随能量变化，容器内温度是变量，体系的温度不再改变，反应一定达到平衡状态；②反应达到平衡状态，各物质的浓度保持不变，若各组分的物质的量浓度不再改变，反应一定达到平衡状态；③反应达到平衡状态，各物质的浓度保持不变，各组分的质量分数不再改变，反应一定达到平衡状态；④反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，不能判断正逆反应速率是否相等，反应不一定达到平衡状态；⑤单位时间内有m mol A断键反应，同时有p mol C也断键反应，说明正逆反应速率相等，反应一定达到平衡状态，故反应达到平衡状态的标志是②③④⑥。]
突破四
跟踪训练
1．C
2．(1) 0.4 mol·L－1·min－1　(2)4　(3)4∶1　(4)ABC
解析　(1)根据2 min达平衡时C的浓度为0.8 mol·L－1，可知v(C)＝＝0.4 mol·L－1·min－1。
(2)根据三段式：2A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s)
起始/mol　　　　2　　　4　　　0
转化/mol　　　　0.8　　0.4　　2×0.8
平衡/mol　　　　1.2　　3.6　　1.6
即Δn(A)∶Δn(C)＝0.8 mol∶1.6 mol＝2∶x，解得x＝4。
(3)A的转化率与B的转化率之比为∶＝4∶1。
(4)反应前后气体总体积不同，当压强不再变化时，达到平衡状态，A正确；反应有固体生成，当气体密度不变时达到平衡状态，B正确；反应前后气体体积不同，当气体的平均相对分子质量不再变化时，达到平衡状态，C正确；A和B的消耗速率均表示正反应速率，不能由此判断反应达到平衡状态，D错误。