第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
一、化学反应与热能
1、实验探究
(1)向Mg与稀盐酸反应的溶液中插入温度计，温度计显示的温度__________，说明该反应为__________反应。
(2)将20 g Ba(OH)2·8 H2O晶体粉末与10 g NH4Cl晶体混合放入烧杯中，将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，闻到有__________气味时用玻璃片盖上烧杯，用手触摸杯壁下部感觉__________，烧杯与木片间有__________现象，说明该反应为__________反应。
2、放热反应与吸热反应
(1)放热反应：__________的化学反应，如活泼金属与酸的反应，燃烧反应，中和反应等。
(2)吸热反应：__________的化学反应，如氢氧化钡与氯化铵的反应，盐酸与碳酸氢钠的反应，灼热的炭与二氧化碳的反应。
3、化学反应存在能量变化的原因
(1)从化学键的变化理解——主要原因
(2)从物质储存化学能的角度理解
宏观解释 __________反应示意图 __________反应示意图
化学反应__________ 化学反应__________
①放热反应可以看成是反应物所具有的__________能转化为__________能释放出来。
②吸热反应可以看成是__________能转化为__________能被生成物所“储存”。
4、人类对能源的利用
(1)利用的三个阶段
——树枝杂草
↓
——__________、__________、__________
↓
——
(2)化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题
①一是其短期内__________，储量有限；
②二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、____________________等是大气污染物的主要来源。
5、新能源
(1)特点：资源丰富、__________、对环境__________等。
(2)人们比较关注的新能源：__________能、__________能、地热能、海洋能和__________能等。
6、放热反应与吸热反应的比较
放热反应 吸热反应
形成原因 反应物具有的总能量 __________生成物具有的总能量 反应物具有的总能量__________生成物具有的总能量
与化学键强弱的关系 生成物分子成键时释放的总能量_________反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量__________反应物分子断键时吸收的总能量
反应过程图示
示例 ①金属与水或酸的反应 ②燃烧反应 ③中和反应 ④大部分化合反应 ①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 ②C与H2O(g)、CO2的反应 ③大部分分解反应
二、化学能转化为电能
1、火力发电
(1)火力发电原理：通过__________燃烧时发生的氧化还原反应，使__________能转化为__________，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动__________发电。间接实现了__________转化为电能。
(2)能量转换过程：__________能__________能__________能__________能。其中能量转换的关键环节是____________________。
2、化学能直接转化为电能——原电池
(1)定义：把__________能转化为__________能的装置叫原电池。
(2)原理：负极：发生__________反应，电子__________。
正极：发生__________反应，电子__________。
3、原电池的生活示例——水果电池
(1)水果电池中，水果的作用是____________________。
(2)水果电池中，选择电极材料时应注意两电极不能相同，其中有一电极为活泼金属如Al、Fe等，另一电极可以是Cu片或__________等。
4、常见的化学电源
(1)锌锰干电池
①结构：锌锰干电池是以锌筒作__________极，石墨棒作__________极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作____________________。
②原理：锌锰干电池属于__________电池，放电之后__________充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为____________________，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。
(2)充电电池
①充电电池属于__________电池。有些充电电池在放电时所进行的____________________反应，在充电时可以__________进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。
②常见充电电池：铅酸蓄电池、____________________、锂离子电池等。
第二节 化学反应的速率与限度
一、化学反应速率
1、表示方法：化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的__________或生成物浓度的__________ (均取正值)来表示。
2、表达式：v＝，单位__________或__________。
3、化学反应速率的影响因素
(1)浓度：增大反应物浓度，化学反应速率__________。
(2)温度：升高温度，化学反应速率__________。
(3)压强：对于气体参加的反应，增大压强，气体反应物浓度__________，化学反应速率__________。
(4)催化剂：催化剂可以改变化学反应速率，一般加快反应速率。
(5)其他：反应物状态、固体的__________、溶剂、光照等。
4、温度对化学反应速率的影响
实验操作 试管中均为2 mL 5%的H2O2溶液，同时滴入2滴FeCl3溶液
实验现象 ①产生气泡速率_________ ②产生气泡速率________ ③产生气泡速率__________
实验结论 其他条件相同时，升高温度，化学反应速率__________，降低温度，化学反应速率 __________
5、催化剂对化学反应速率的影响
实验操作
实验现象 ①有__________气泡出现 ②产生__________气泡 ③产生__________气泡
实验结论 MnO2、FeCl3可以使H2O2分解的速率__________
6、压强对化学反应速率的影响
在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)。该密闭容器有一个可移动的活塞(如图所示)。
(1)恒容时：__________压强体积__________反应速率__________。
(2)气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时对反应速率的影响
(3)恒容：充入“惰性气体”―→总压__________―→反应物浓度__________―→反应速率__________。
(4)恒压：充入“惰性气体”―→体积__________―→反应物浓度__________―→反应速率__________。
二、化学反应的限度
1、可逆反应
(1)概念：在同一条件下__________方向和__________方向均能进行的化学反应。
(2)特点：①反应不能进行__________；②在一定条件下__________与__________同时存在；③正、逆反应方向__________进行。
2、化学平衡
(1)化学平衡的建立
①浓度对速率的影响的角度：在一定条件下，向反应容器中加入N2和H2，发生反应：N2＋3H22NH3。
浓度 速率变化 v正、v逆关系
开始 反应物浓度__________ v正__________ v正＞v逆
生成物浓度__________ v逆__________
变化 反应物浓度__________ v正__________ v正＞v逆
生成物浓度__________ v逆__________
平衡 反应物浓度__________ v正__________ v正＝v逆≠0
生成物浓度__________ v逆__________
②利用速率—时间(v t)图像分析：
(2)化学平衡状态的概念：
在一定条件下，当反应进行到一定程度时，____________________与____________________相等，反应物的__________和生成物的__________都不再改变，达到一种表面静止的状态，称之为__________状态。
(3)化学反应的限度是指可逆反应在一定条件下所能达到或完成的__________程度，即该反应进行的限度。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__________。
(4)转化率＝×100%。
(5)影响因素：改变反应条件，可以在一定程度上改变该反应的化学__________状态。
三、化学反应条件的控制
1、化学反应条件的控制
(1)目的：促进__________的化学反应，抑制__________的化学反应。
(2)基本措施
①改变化学反应速率：改变反应体系的__________、物质的__________、气体的__________、固体的__________以及催化剂的合理使用等。
②改变可逆反应进行的限度：改变__________体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。
(3)考虑因素：控制反应条件的成本和实际可能性。
2、提高煤的燃烧效率
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是增大与空气中O2的__________，煤粉燃烧__________，反应速率快；通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量；若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。
(2)选择保温隔热且耐热的炉灶材料的主要目的是__________热量散失。
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过__________装置，供其他方面使用。
3、化学平衡状态的特征——“五字诀”
4、化学平衡状态的判定
(1)正、逆反应速率相等：＝
(2)各组分的浓度保持一定
(3)间接标志——“变量不变”
实验活动6 化学能转化成电能
1、原电池实验
电极材料 实验现象 解释
锌片、铜片 _________逐渐溶解，_________表面有气泡产生，电流表指针__________ 锌、铜、稀硫酸构成原电池，__________作负极，__________作正极，__________失去电子转化为__________，__________得到电子在铜片表面产生H2
锌片、石墨棒 _________逐渐溶解，__________ 表面有气泡产生，电流表指针__________ 锌、石墨、稀硫酸构成原电池，__________作负极，__________作正极，__________失去电子转化为__________，_________得到电子在石墨棒表面产生H2
铜片、石墨棒 铜片 、石墨棒表面均无明显现象，电流表指针__________ _________________________________________第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
一、化学反应与热能
1、实验探究
(1)向Mg与稀盐酸反应的溶液中插入温度计，温度计显示的温度 升高 ，说明该反应为 放热 反应。
(2)将20 g Ba(OH)2·8 H2O晶体粉末与10 g NH4Cl晶体混合放入烧杯中，将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，闻到有 刺激性 气味时用玻璃片盖上烧杯，用手触摸杯壁下部感觉 冰凉 ，烧杯与木片间有 结冰 现象，说明该反应为 吸热 反应。
2、放热反应与吸热反应
(1)放热反应： 释放热量 的化学反应，如活泼金属与酸的反应，燃烧反应，中和反应等。
(2)吸热反应： 吸收热量 的化学反应，如氢氧化钡与氯化铵的反应，盐酸与碳酸氢钠的反应，灼热的炭与二氧化碳的反应。
3、化学反应存在能量变化的原因
(1)从化学键的变化理解——主要原因
(2)从物质储存化学能的角度理解
宏观解释 放热 反应示意图 吸热 反应示意图
化学反应 放出热量 化学反应 吸收热量
①放热反应可以看成是反应物所具有的 化学 能转化为 热 能释放出来。
②吸热反应可以看成是 热 能转化为 化学 能被生成物所“储存”。
4、人类对能源的利用
(1)利用的三个阶段
——树枝杂草
↓
—— 煤 、 石油 、 天然气
↓
——
(2)化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题
①一是其短期内 不可再生 ，储量有限；
②二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、 SO2、NOx、CO 等是大气污染物的主要来源。
5、新能源
(1)特点：资源丰富、 可以再生 、对环境 无污染 等。
(2)人们比较关注的新能源： 太阳 能、 风 能、地热能、海洋能和 氢 能等。
6、放热反应与吸热反应的比较
放热反应 吸热反应
形成原因 反应物具有的总能量 大于 生成物具有的总能量 反应物具有的总能量 小于 生成物具有的总能量
与化学键强弱的关系 生成物分子成键时释放的总能量 大于 反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量 小于 反应物分子断键时吸收的总能量
反应过程图示
示例 ①金属与水或酸的反应 ②燃烧反应 ③中和反应 ④大部分化合反应 ①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 ②C与H2O(g)、CO2的反应 ③大部分分解反应
二、化学能转化为电能
1、火力发电
(1)火力发电原理：通过 化石燃料 燃烧时发生的氧化还原反应，使 化学 能转化为 热能 ，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动 发电机 发电。间接实现了 化学能 转化为电能。
(2)能量转换过程： 化学 能 热 能 机械 能 电 能。其中能量转换的关键环节是 燃烧(氧化还原反应) 。
2、化学能直接转化为电能——原电池
(1)定义：把 化学 能转化为 电 能的装置叫原电池。
(2)原理：负极：发生 氧化 反应，电子 流出 。
正极：发生 还原 反应，电子 流入 。
3、原电池的生活示例——水果电池
(1)水果电池中，水果的作用是 提供电解质溶液 。
(2)水果电池中，选择电极材料时应注意两电极不能相同，其中有一电极为活泼金属如Al、Fe等，另一电极可以是Cu片或 石墨棒 等。
4、常见的化学电源
(1)锌锰干电池
①结构：锌锰干电池是以锌筒作 负 极，石墨棒作 正 极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质溶液 。
②原理：锌锰干电池属于 一次性 电池，放电之后 不能 充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为 Zn－2e－===Zn2＋ ，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。
(2)充电电池
①充电电池属于 二次 电池。有些充电电池在放电时所进行的 氧化还原 反应，在充电时可以 逆向 进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。
②常见充电电池：铅酸蓄电池、 镍氢电池 、锂离子电池等。
第二节 化学反应的速率与限度
一、化学反应速率
1、表示方法：化学反应速率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。
2、表达式：v＝，单位 mol/(L·min) 或 mol/(L·s) 。
3、化学反应速率的影响因素
(1)浓度：增大反应物浓度，化学反应速率 增大 。
(2)温度：升高温度，化学反应速率 增大 。
(3)压强：对于气体参加的反应，增大压强，气体反应物浓度 增大 ，化学反应速率增大 。
(4)催化剂：催化剂可以改变化学反应速率，一般加快反应速率。
(5)其他：反应物状态、固体的 表面积 、溶剂、光照等。
4、温度对化学反应速率的影响
实验操作 试管中均为2 mL 5%的H2O2溶液，同时滴入2滴FeCl3溶液
实验现象 ①产生气泡速率 最慢 ②产生气泡速率 较快 ③产生气泡速率 最快
实验结论 其他条件相同时，升高温度，化学反应速率 增大 ，降低温度，化学反应速率 减小
5、催化剂对化学反应速率的影响
实验操作
实验现象 ①有 少量 气泡出现 ②产生 大量 气泡 ③产生 大量 气泡
实验结论 MnO2、FeCl3可以使H2O2分解的速率 加快
6、压强对化学反应速率的影响
在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)。该密闭容器有一个可移动的活塞(如图所示)。
(1)恒容时： 增大 压强体积 缩小 反应速率 增大 。
(2)气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时对反应速率的影响
(3)恒容：充入“惰性气体”―→总压 增大 ―→反应物浓度 不变 ―→反应速率 不变 。
(4)恒压：充入“惰性气体”―→体积 增大 ―→反应物浓度 减小 ―→反应速率 减小 。
二、化学反应的限度
1、可逆反应
(1)概念：在同一条件下 正反应 方向和 逆反应 方向均能进行的化学反应。
(2)特点：①反应不能进行 到底 ；②在一定条件下 反应物 与 生成物 同时存在；③正、逆反应方向 同时 进行。
2、化学平衡
(1)化学平衡的建立
①浓度对速率的影响的角度：在一定条件下，向反应容器中加入N2和H2，发生反应：N2＋3H22NH3。
浓度 速率变化 v正、v逆关系
开始 反应物浓度最大 v正最大 v正＞v逆
生成物浓度最小 v逆最小
变化 反应物浓度减小 v正减小 v正＞v逆
生成物浓度增大 v逆增大
平衡 反应物浓度不变 v正不变 v正＝v逆≠0
生成物浓度不变 v逆不变
②利用速率—时间(v t)图像分析：
(2)化学平衡状态的概念：
在一定条件下，当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 都不再改变，达到一种表面静止的状态，称之为 化学平衡 状态。
(3)化学反应的限度是指可逆反应在一定条件下所能达到或完成的 最大 程度，即该反应进行的限度。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 转化率 。
(4)转化率＝×100%。
(5)影响因素：改变反应条件，可以在一定程度上改变该反应的化学 平衡 状态。
三、化学反应条件的控制
1、化学反应条件的控制
(1)目的：促进 有利 的化学反应，抑制 有害 的化学反应。
(2)基本措施
①改变化学反应速率：改变反应体系的 温度 、物质的 浓度 、气体的 压强 、固体的 表面积 以及催化剂的合理使用等。
②改变可逆反应进行的限度：改变 可逆反应 体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。
(3)考虑因素：控制反应条件的成本和实际可能性。
2、提高煤的燃烧效率
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是增大与空气中O2的 接触面积 ，煤粉燃烧 更充分 ，反应速率快；通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量；若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。
(2)选择保温隔热且耐热的炉灶材料的主要目的是 防止 热量散失。
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过 热交换 装置，供其他方面使用。
3、化学平衡状态的特征——“五字诀”
4、化学平衡状态的判定
(1)正、逆反应速率相等：＝
(2)各组分的浓度保持一定
(3)间接标志——“变量不变”
实验活动6 化学能转化成电能
1、原电池实验
电极材料 实验现象 解释
锌片、铜片 锌片 逐渐溶解，铜片 表面有气泡产生，电流表指针发生偏转 锌、铜、稀硫酸构成原电池，锌作负极，铜作正极，锌失去电子转化为Zn2＋，H＋得到电子在铜片表面产生H2
锌片、石墨棒 锌片 逐渐溶解， 石墨棒 表面有气泡产生，电流表指针 发生偏转 锌、石墨、稀硫酸构成原电池，锌作负极，石墨棒作正极， 锌 失去电子转化为Zn2＋ ，H＋ 得到电子在石墨棒表面产生H2
铜片、石墨棒 铜片 、石墨棒表面均无明显现象，电流表指针不偏转 铜、石墨与稀硫酸不反应，无法构成原电池
