第六单元 化学反应
及能量变化
第1课时 化学反应速率与限度
知识整合
一、1.快慢 减小 增大 mol/(L·s) mol/(L·min) 平均
2.活泼 大 增大 减小 增大 减小 增大 增大
二、正反应方向 逆反应方向 正反应 逆反应
改变 最大 不能 低于 没有 不等于 相等
考点突破
[例1] B 由表中数据可知B、D温度最高,反应速率较大,且B为粉末状,固体表面积较大,反应速率最大,故B正确。
[例2] B 增大压强能增大化学反应速率,A错误;加入合适的催化剂,能降低反应的活化能,增大化学反应速率,B正确;增大水蒸气的浓度,即增大反应物的浓度,能增大化学反应速率,C错误;该反应为可逆反应,反应物的转化率小于100%,即达到化学平衡时,H2O不能全部转化为H2,D错误。
[跟踪训练]
1.D 升高温度能增大反应速率,增大浓度也能增大反应速率,综合考虑选择温度高、浓度大的,故选D。
2.A A项,增大N2的浓度,反应速率增大,正确;B项,减小H2的浓度,反应速率减小,错误;C项,升温,反应速率增大,错误;D项,催化剂会改变反应速率,错误。
3.A A项,CaCO3与稀盐酸反应时,加入水,盐酸被稀释,浓度减小,反应速率减小,正确;B项,H2O2分解制取O2时,加适量的MnO2作催化剂,反应速率增大,错误;C项,煤燃烧时,将煤块粉碎,增大接触面积,反应速率增大,错误;D项,Cu与稀硝酸反应时加热,温度升高,反应速率增大,错误。
[例3] B A项,硫铁矿粉碎后煅烧,可增大反应物的接触面积,增大反应速率,正确;B项,
SO2与O2的反应是可逆反应,SO2不可能100%转化为SO3,不正确;C项,SO3遇水剧烈反应,放出大量的热,用98.3%的H2SO4溶液吸收SO3可减少酸雾,提高吸收效率,正确;D项,SO2是酸性气体,能引起酸雨,尾气中含有的SO2需经处理达标后方能排放,正确。
[例4] B 根据题图中信息可知,反应物总能量高于生成物总能量,为放热反应,A错误;使用合适的催化剂能增大化学反应速率,B正确;反应物的浓度减小,反应速率减小,C错误;可逆反应无法完全转化,故CH3OH无法完全转化为生成物,D错误。
[跟踪训练]
4.D A项,升温会增大化学反应速率,错误;B项,使用催化剂能增大反应速率,错误;C项,可逆反应中反应物不能全部转化为生成物,错误。
5.B A项,该反应为可逆反应,故反应物不可能完全反应转化为生成物,错误;B项,体系中各物质的浓度不再发生变化,可以判断反应达到化学平衡状态,正确;C项,化学平衡状态时,正、逆反应速率相同,但不为0,错误;D项,反应达到平衡状态时反应物、生成物的浓度不一定相同,错误。
6.D A项,催化剂不能改变平衡状态,因此使用催化剂不能实现SO2的100%转化,错误;B项,以SO2或O2浓度的变化均可表示反应速率,速率之比等于化学计量数之比,所以根据方程式可判断两者的数值不相等,错误;C项,达到平衡状态时,由于转化率不确定,所以SO2与SO3物质的量之比不一定为1∶1,错误;D项,达到平衡状态时正逆反应速率相等,因此SO2的浓度不再发生变化,正确。
第2课时 化学反应与能量转化
知识整合
一、1.(1)小于 大于 吸收 放出
二、1.化学 电 2.化学 电 负 正 Zn 氧化 H+ 还原 负 正 正 负 正 负 锌片逐渐溶解 铜电极上有气泡产生
3.(3)H2 氧化 O2 还原 2H2+O22H2O
考点突破
[例1] D 反应放出大量的热,则生成物的总能量小于反应物的总能量,题图不能表示该反应的能量变化,A错误;断键吸热,断开O2中的化学键吸收热量,B错误;该反应放热,维持反应进行不需持续提供能量,C错误;工业炼铁常用CO还原Fe2O3,Fe2O3可用作炼铁的原料,
D正确。
[例2] D 甲烷燃烧为放热反应,A错误;浓硫酸溶于水要放出大量的热量,B错误;镁条与盐酸反应,属于放热的置换反应,C错误;冰融化成水需要吸收热量,D正确。
[跟踪训练]
1.A 由题图可知,反应物的总能量小于生成物的总能量,故分解水属于吸热反应,A正确,D错误;断开化学键需要吸收能量,B错误;形成化学键放出能量,C错误。
2.A 由题图可知,该反应是放热反应,即CH3OH转变成H2的过程是放出能量的过程,A错误。
3.C 燃烧、铝热反应、中和反应都是放热反应,碳酸钙的分解反应为吸热反应,故选C。
[例3] B Zn为负极,在电池工作中不断被消耗,质量减少,A正确;MnO2作正极,正极在反应中得到电子被还原,B错误;电池工作中O2-通过电解质膜进行迁移传递电流,C正确;原电池是将化学能转化为电能的装置,D正确。
[例4] C 氢氧燃料电池中,H2在负极a上被氧化,O2在正极b上被还原,A错误;原电池工作时,电子由负极经外电路流向正极,即由电极a通过负载流向电极b,B错误;该电池的总反应是2H2+O22H2O,C正确;该装置为原电池,可将化学能转化为电能,D错误。
[跟踪训练]
4.B 铜—锌原电池中,Zn比Cu活泼,Zn作负极,A错误;在Cu表面H+得电子生成H2,B正确;电子由Zn经导线流向Cu,C错误;原电池可将化学能转化为电能,D错误。
5.C 该装置是原电池,是将化学能转化为电能的装置,C错误。
6.C Li失去电子,发生氧化反应,Li作负极,金属镍作正极,A、B错误;原电池中电子由负极经外电路流向正极,则在该电路中电子从锂电极经用电设备流向镍电极,C正确;原电池可将化学能转化为电能,D错误。
7.D Zn比Cu更活泼,故Zn为负极,A错误;工作时铜电极作正极,发生还原反应,B错误;工作时电子经外电路由负极Zn流向正极Cu,C错误;工作时Cu2+在铜电极上得电子生成Cu,工作一段时间后铜电极质量增加,D正确。第六单元 化学反应及能量变化
第1课时 化学反应速率与限度
【复习目标】
1.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。2.能简单描述化学平衡状态。3.能运用变量控制的方法探究化学反应速率的影响因素,初步解释简单的实际反应条件的选择问题。
一、化学反应速率
1.化学反应速率的概念
定义 表达式 常用单位 说明
衡量化学反应进行 的物理量。用单位时间内反应物浓度的 或生成物浓度的 来表示 v= 或 ①化学反应速率表示的是 速率,不是瞬时速率。 ②固体和纯液体一般不用来表示反应速率
2.影响化学反应速率的因素
影响因素 规律
内因 反应物本身 反应物的化学性质越 ,化学反应速率越 ;反之越小
外因 浓度 增大反应物的浓度,化学反应速率 ;反之,化学反应速率
温度 升高温度,化学反应速率 ;反之,化学反应速率
催化剂 一般地,使用催化剂能极大地 化学反应速率
固体的表 面积 增大固体反应物的表面积,化学反应速率
二、化学反应的限度(化学平衡)
对象 可逆反应:在同一条件下,既能向 进行,同时又能向 进行的反应
定义 在一定条件下,当可逆反应进行到 速率与 速率相等,反应物的浓度和生成物的浓度不再 的状态
特征 等:正反应速率等于逆反应速率;定:各物质的物质的量保持恒定; 动:反应速率不为0;变:条件改变,原来的化学平衡状态可能改变
续 表
说明 化学平衡状态是化学反应达到的 程度(反应物 完全转化,即转化率 100%)。 达到化学平衡状态(反应限度)时,化学反应并 停止,即正、逆反应速率都 0,则是正反应速率与逆反应速率
三、化学反应条件的控制
通常控制反应的条件可从浓度、温度、压强、催化剂、光照等方面考虑,使所选择的条件既可增大化学反应速率又可提高化学反应的限度。
化学反应速率
[例1] 控制变量法是科学研究的重要方法。相同质量的锌与足量的0.5 mol/L硫酸分别在下列条件下发生反应,开始阶段化学反应速率最大的是( )
选项 A B C D
锌的状态 粉末 粉末 块状 块状
实验温度/℃ 20 30 20 30
[例2] (2021·江苏合格考)水—碳催化制氢的反应为C+H2OH2+CO可应用于汽车尾气的净化,下列关于该反应的说法正确的是( )
A.增大压强能减小化学反应速率 B.加入合适的催化剂能增大化学反应速率
C.增大水蒸气的浓度能减小化学反应速率 D.达到化学平衡时,H2O能全部转化为H2
1.表示化学反应速率时,必须指明具体的物质,因为同一化学反应,用不同的物质表示的反应速率,其数值可能不同。
2.有气体参加的反应,改变压强对反应速率的影响实质是改变体积,使反应物的浓度改变。加压,气体反应物的化学反应速率增大;反之,减小。
[跟踪训练]
1.控制变量法是科学研究的重要方法。相同质量的锌粒与相同体积的硫酸分别在下列条件下发生反应,开始阶段化学反应速率最大的是( )
选项 A B C D
c(H2SO4)/(mol/L) 1 1 2 2
实验温度/℃ 20 40 20 40
2.(2020·江苏合格考样卷)反应N2+3H22NH3。下列反应条件的改变对反应速率的影响正确的是( )
A.增大N2的浓度能增大反应速率 B.减小H2的浓度能增大反应速率
C.升高温度能减小反应速率 D.添加催化剂对反应速率无影响
3.下列操作会导致化学反应速率减小的是( )
A.CaCO3与稀盐酸反应时加入水 B.H2O2溶液制O2时加入少量MnO2
C.将煤块粉碎后用于燃烧 D.Cu与稀硝酸反应时加热
化学反应限度
[例3] (2024·江苏合格考)硫铁矿(主要成分为FeS2)在空气中煅烧可制得SO2。在催化剂作用下SO2被O2氧化生成SO3,反应为2SO2+O22SO3,正反应是放热反应。SO3遇水剧烈反应,放出大量的热,产生酸雾。工业上采用98.3%的H2SO4溶液吸收反应生成的SO3,再经稀释可得到不同浓度的硫酸产品。工业制备硫酸的过程中,下列说法不正确的是( )
A.硫铁矿粉碎后煅烧,可增大反应物的接触面积
B.催化氧化反应达平衡时,SO2可100%转化为SO3
C.用98.3%的H2SO4溶液吸收SO3可减少酸雾,提高吸收效率
D.尾气中含有的SO2需经处理达标后方能排放
[例4] (2022·江苏合格考)犹记2008夏的热烈,拥抱2022冬的激情。北京冬奥会全部场馆将100%使用太阳能、氢能等清洁能源供电,着力打造“绿色冬奥”。甲醇与水蒸气制取氢气的反应为CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g),正反应是吸热反应。下列有关该反应的说法正确的是( )
A.如图表示正反应过程的能量变化
B.使用合适的催化剂能增大化学反应速率
C.减小CH3OH的浓度能增大反应速率
D.达到化学平衡时,CH3OH能完全转化为生成物
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。
[跟踪训练]
4.一定条件下,2 mol SO2和1 mol O2在密闭容器中发生反应:2SO2+O22SO3。下列有关说法正确的是( )
A.升温会减小化学反应速率
B.使用催化剂不能增大反应速率
C.使用高效催化剂可生成2 mol SO3
D.达到平衡时,SO2与O2的物质的量之比为2∶1
5.我国科学家利用反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)实现了低温制氢。一定温度下,在密闭容器中,当CO、H2O、CO2、H2的浓度不再变化时,下列说法正确的是( )
A.CO和H2O全部转化为CO2和H2 B.该反应已达到化学平衡状态
C.正、逆反应速率相等且等于零 D.CO、H2O、CO2、H2的浓度一定相等
6.一定温度下,向某恒容密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,在催化剂作用下发生反应:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。下列说法正确的是( )
A.使用催化剂可实现SO2的100%转化
B.以SO2或O2浓度的变化均可表示反应速率,两者的数值相等
C.达到平衡状态时,SO2与SO3物质的量之比为1∶1
D.达到平衡状态时,SO2的浓度不再发生变化
第2课时 化学反应与能量转化
【复习目标】
1.认识物质具有能量,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。能从物质及能量变化的角度评价燃料的使用价值。2.能举出化学能转化为电能的实例,能辨识简单原电池的构成要素,并能分析简单原电池的工作原理。能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。
一、化学能与热能
1.化学反应中的能量变化
(1)从能量形式上看,化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化。
名称 吸热反应 放热反应
图像
续 表
名称 吸热反应 放热反应
能量关系 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
微观解释 断开化学键要 能量,形成化学键要 能量
说明 是吸热反应还是放热反应,取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小
(2)常见的放热反应、吸热反应。
项目 吸热反应 放热反应
常见反应 大部分分解反应、C与H2O或CO2在高温条件下的反应;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应等 燃烧、中和反应、铝热反应、金属与水或酸的反应、大部分化合反应等
2.能源的分类
形成条件 利用历史 性质 举例
一次能源 常规能源 可再生资源 水能
不可再生资源 煤、石油、天然气等化石能源
新能源 可再生资源 太阳能、地热能、海洋能、氢能、风能、生物质能
不可再生资源 核能
二次能源 (一次能源经过加工、转化得到的能源称为二次能源)电能(水电、火电、核电)、蒸汽、工业余热、酒精、汽油、焦炭等
二、化学能与电能
1.原电池的概念
概念 把 能直接转化为 能的装置
组成 两个电极即正极与负极、导线、电解质溶液
形成条件 a.构成闭合回路;b.有自发的氧化还原反应发生;c.有电解质溶液;d.两种活动性不同的电极
2.工作时的原电池(铜锌电池为例)
能量转化 能转化为 能
装置图
续 表
电极材料 一般较活泼金属作负极,较不活泼金属(也可以是碳棒)作正极
电极判断 电子流出的一极为 极;电子流入的一极为 极
电极反应 负极上 发生 反应;正极上 发生 反应
电子或电 流的流向 电子由 极经外电路流入 极;电流由 极经外电路流入 极
离子的移向 阳离子经电解质溶液向 极移动;阴离子经电解质溶液向 极移动
反应现象 ①负极: ;②正极:
注意 ①电子从负极经导线流向正极,电子不能通过电解质溶液; ②电解质溶液中阴、阳离子的定向移动,组成了完整的闭合回路
3.化学电源
(1)干电池(锌锰电池)(一次电池):在使用过程中,活泼金属作负极,被腐蚀或消耗。
(2)充电电池(二次电池):放电时,化学能转化为电能;充电时,电能转化为化学能。
(3)燃料电池:利用原电池原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的优点是能量转化效率高、洁净、无污染。以硫酸溶液作电解质溶液的氢氧燃料电池如表所示。
电极反应 负极上 发生 反应 正极上 发生 反应 总反应为
电子的流向 负(a)极经外电路流向正(b)极
离子的移向 阳离子(H+)向正极移动; 阴离子(S)向负极移动
化学反应中的能量变化
[例1] (2024·江苏合格考)在空气中煅烧硫铁矿可制得SO2:4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,该反应放出大量的热。对于该反应,下列说法正确的是( )
A.如图可表示该反应的能量变化
B.断开O2中的化学键放出热量
C.维持反应进行需持续提供能量
D.反应所得的Fe2O3可用作炼铁的原料
[例2] (2020·江苏学测)下列过程需要吸收热量的是( )
A.甲烷在空气中燃烧 B.稀释浓硫酸
C.镁条与盐酸反应 D.冰融化成水
1.化学反应时不仅物质种类会发生变化,能量也会发生变化。反应物的总能量一定不等于生成物的总能量,化学反应需要吸收能量或放出能量。化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。
2.物质由气态→液态→固态的变化,会放出能量;物质由固态→液态→气态的变化,会吸收能量。例如干冰升华时吸收能量、水蒸气凝结时放出能量。浓硫酸溶于水时放出能量,硝酸铵溶于水时吸收能量。
[跟踪训练]
1.(2021·江苏合格考)分解水获得H2的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.分解水属于吸热反应
B.断开H—O放出能量
C.形成H—H吸收能量
D.反应物的总能量大于生成物的总能量
2.先进的甲醇蒸气重整-变压吸附技术可得到高浓度CO2混合气、H2,化学反应原理是CH3OH+H2OCO2+3H2,其能量变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.CH3OH转变成H2的过程是吸收能量的过程
B.反应物的总能量大于生成物的总能量
C.形成H—H放出能量
D.断开H—C吸收能量
3.下列属于吸热反应的是( )
A.镁的燃烧 B.盐酸与氢氧化钠的反应
C.碳酸钙的分解反应 D.铝与氧化铁的铝热反应
原电池
[例3] (2024·江苏合格考)某柔性电池的结构如图所示,其中Zn作电池的负极,MnO2作正极。下列关于该电池工作时的说法不正确的是( )
A.Zn逐渐被消耗 B.MnO2失去电子
C.离子通过电解质膜进行迁移 D.化学能转化为电能
[例4] (2023·江苏合格考)氢是燃料电池的理想燃料。氢燃料电池的使用推动了氢气制取、储存和利用技术的不断创新。氨在燃料电池中与O2反应生成N2和H2O,氨易于储存,且泄漏时易被察觉,也是燃料电池的理想燃料。一种氢氧燃料电池的反应装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.电极a是正极
B.电子经导线由电极b流向电极a
C.该电池的总反应为2H2+O22H2O
D.该装置可将电能转化为化学能
1.原电池中电子不能在溶液中流动,溶液中通过阴、阳离子定向移动导电。
2.判断电极上的现象时一定要结合电极上的反应。比如Zn、C(石墨)、硫酸铜溶液构成的原电池,负极反应为Zn失去电子转化为Zn2+,所以负极的现象为锌片溶解;正极反应为Cu2+得到电子转化为Cu(红色),所以正极的现象为石墨上有红色金属析出。
[跟踪训练]
4.(2022·江苏合格考)某原电池工作时结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.Zn为正极
B.Cu表面的气体为H2
C.电子由Cu流向Zn
D.可以将电能转化为化学能
5.某同学用如图所示装置探究原电池的工作原理,并推出下列结论,其中不正确的是( )
A.锌片不断溶解,说明Zn失去电子
B.铜片上产生气泡,说明溶液中H+在其表面得到电子
C.电流计指针发生偏转,说明该装置将电能转化为化学能
D.该装置中发生的总反应:Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
6.锂—海水电池常用在海上浮标等助航设备中,其示意图如图所示。电池反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑。电池工作时,下列说法正确的是( )
A.金属镍作负极
B.金属锂发生还原反应
C.电子从锂电极经用电设备流向镍电极
D.可将电能转化为化学能
7.(2021·江苏合格考)某兴趣小组模拟纸电池进行实验(如图),该电池工作时,下列有关说法正确的是( )
A.Zn为正极
B.工作时铜电极发生氧化反应
C.工作时电子经外电路由Cu流向Zn
D.工作一段时间后铜电极质量增加
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