2017_2018学年高中化学专题2化学反应与能量转化教学案（打包9套）苏教版必修2

专题2 化学反应与能量转化
本专题重难点突破
一、化学反应速率影响因素探究
北京故宫的“云龙陛石”上曾经雕刻有精美的蟠龙图案，近些年来，这些浮雕遭到严重的损坏。而以前几百年这种腐蚀都是很慢的，那为什么近些年来的腐蚀就加快了呢？这就要从影响化学反应速率的因素来分析了。
1．内因
决定化学反应速率大小的主要因素是反应物的性质，而不是外界条件。
2．外因
影响化学反应速率的外界条件很多，如浓度、压强、温度、催化剂等。另外，形成原电池也可以加快反应速率。
影响化学反应速率的因素
规律
内因
反应物的性质
在其他条件相同时，反应物的性质越活泼，化学反应速率越快；反应物的化学性质越不活泼，化学反应速率越慢
外因
反应物的浓度
在其他条件相同时，增加反应物的浓度，可使反应速率加快
反应温度
在其他条件相同时，升高温度，可加快化学反应速率
反应时的压强
对有气体参加的反应，在其他条件相同时，增大压强，可加快化学反应速率
催化剂
在其他条件相同时，使用正催化剂，可极大地加快化学反应速率
固体反应物的表面积
在其他条件相同时，增大固体反应物的表面积，即固体反应物的颗粒越小，化学反应速率越快
其他
光波、超声波、磁场、溶剂等也能改变某些反应的速率
注意　①对于有固体或纯液体参加的化学反应，改变它们的量不会引起浓度的变化，对它们的反应速率无影响。例如：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，增加C的量，对此反应的反应速率无影响。
②压强只对有气体参加或生成的化学反应的速率有影响，若一个化学反应的反应物、生成物中均无气体，则压强对此反应的反应速率无影响。压强对反应速率的影响关键是看改变压强是否改变相关物质的浓度。对于有气体参加的反应体系，压强改变的实质是气体物质浓度的改变。有以下几种情况：
A．恒温：增大压强→体积减小→浓度增大→反应速率加快
B．恒容：充入气体反应物→浓度增大→反应速率加快
充入稀有气体→总压增大，但各物质浓度不变→反应速率不变
C．恒压：充入稀有气体→体积增大→各反应物浓度减小→反应速率减慢
③多个因素影响反应速率变化要看主要因素
例如：锌与稀硫酸反应的图像如图，由图像可知氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。反应体系中硫酸所提供的氢离子浓度是由高到低，若氢气的生成速率由其决定，速率的变化趋势也应由快到慢，所以反应前半程速率增大的原因是温度所致，锌与硫酸反应时放热体系温度逐渐升高，温度对反应速率的影响占主导地位。一定时间后，硫酸的浓度下降占据主导地位，因而氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。
【例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产生气体体积V的数据，根据数据绘制得到下图，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别是(　　)
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
A.4－3－2－1 B．1－2－3－4
C．3－4－2－1 D．1－2－4－3
解析　化学反应速率与温度、浓度和固体物质的表面积大小有关，实验1的盐酸的浓度最小，反应的温度最低，所以化学反应速率最小；物质状态相同时由于实验3的反应温度比实验2的反应温度高，所以反应速率实验3的大于实验2的；而实验4和实验3盐酸的浓度相同，反应的温度也相同，但物质的状态不相同，所以实验4的反应速率大于实验3的。
【例2】　反应E＋F===G在温度T1下进行，反应M＋N===K在温度T2下进行，已知：T1>T2，且E和F的浓度均大于M和N的浓度，则两者的反应速率(　　)
A．前者大 B．后者大
C．一样大 D．无法判断
解析　因为这两个反应是不同的反应，而决定反应速率的主要因素是内因(反应物本身的性质)，故尽管前者的反应温度高、浓度大，但反应速率不一定大于后者，如合成氨反应在高温、高压且有催化剂的条件下进行，其速率也不如低温下的酸碱中和反应的速率大。故两者的反应速率快慢无法比较。
答案　D
易错警示　本题很容易错选A，因为教材中用较多的篇幅介绍了温度、浓度、催化剂等外界因素对化学反应速率的影响，而忽视了内因才是决定化学反应速率的关键；外界因素在内因相同的情况下(即反应相同时)才会决定反应速率的大小，在进行分析判断反应速率大小时应遵循以下思路：①先看内因；②内因相同者，再看外界因素(温度、浓度、压强、催化剂等)。
二、化学反应速率及平衡图像问题的分析方法
化学反应速率及化学平衡的图像，能直观描述反应进行的快慢、反应进行的程度等问题。图像题是化学中常见的一种题目，做这类题既要读文字内容，又要读图。解答化学反应速率图像题三步曲：“一看”“二想”“三判断”。
“一看”——看图像
①看坐标轴：弄清纵、横坐标表示的含义；②看线：弄清线的走向、趋势；③看点：弄清曲线上点的含义，特别是一些特殊点，如曲线的折点、交点、最高点与最低点等；④看量的变化：弄清是物质的量的变化、浓度的变化还是转化率的变化等。
“二想”——想规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系、各物质的速率之比与化学计量数之比的关系等。
“三判断”——通过对比分析，作出正确判断。
【例3】　在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述正确的是(　　)
A．反应的化学方程式为2M((N
B．t2时，正、逆反应速率相等，达到平衡
C．t3时，正反应速率大于逆反应速率
D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍
解析　由图像可知N为反应物，M为生成物，然后找出在相同时间段内变化的M、N的物质的量之比(与是否达平衡无关)以确定M、N在化学方程式中的化学计量数之比，即该反应的化学方程式为2N((M。t2时刻M、N的物质的量相等，但此时M、N的物质的量仍在发生变化，反应未达到平衡状态，因此正反应速率不等于逆反应速率。t3时刻及t3时刻之后，M、N的物质的量不再改变，证明已达到平衡状态，此时正、逆反应速率相等。
【例4】　在密闭容器中充入一定量NO2，发生反应2NO2(g)((N2O4(g)　ΔH＝－57 kJ·mol－1。在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．a、c两点的反应速率：a>c
B．a、b两点NO2的转化率：aC．a、c两点气体的颜色：a深，c浅
D．由a点到b点，可以用加热的方法
解析　由图像可知，a、c两点都在等温线上，c的压强大，则a、c两点的反应速率：a答案　B
三、化学平衡状态的特征及其判断方法
1．化学平衡的特征
化学平衡状态是一个动态平衡，化学反应并没有停止，不过反应物、生成物浓度不再改变，即反应混合物的百分组成不变的状态。其特征是
(1)动：动态平衡，正逆反应仍在进行，v正＝v逆≠0。
(2)定：反应混合物中各组分的浓度保持一定，各组分的含量保持不变。
(3)变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。
2．判断化学反应达到平衡的标志
(1)根本性标志：v正＝v逆≠0。
①正逆反应的描述：同一物质的消耗和生成速率相等，或反应物和生成物的消耗或生成按化学计量数成比例，即必须体现出双方向的变化。
②速率相等：同一物质速率的数值相等，不同物质速率比等于化学方程式中的化学计量数之比。
(2)等价标志：在其他条件一定的情况下，下列物理量不变可以说明反应达平衡。
①混合气体中各组分的体积百分含量不变(或体积比不变)；
②某物质的转化率不变或某物质的质量或物质的量不变；
③体系中含有色物质时，颜色不随时间的变化而变化；
④同种物质化学键的断裂与化学键的形成的物质的量相等，若以化学键或浓度表示，则必须对应反应物和生成物且要按反应方程式计量数关系成比例。
(3)特殊标志：
①若反应前后气体的总分子数不相等，总压强不变或总物质的量不变或平均分子量不变，可以说明反应达到了平衡状态。
②若反应前后气体的总分子数相等时，若反应物或生成物中有一个是非气体，平均相对分子量不变，可以说明反应达到了平衡状态。
③当给定的是密度不变时，要考虑容器体积和气体总质量变化，若二者都不变，则不能说明反应达到了平衡状态。
【例5】　某温度下，在2 L密闭容器中X、Y、Z三种物质(均为气态)间进行反应，其物质的量随时间的变化曲线如图。依图回答：
(1)该反应的化学方程式可表示为_______________________________________。
(2)反应起始至t1 min(设t1＝5)，Y的平均反应速率是_________________________。
(3)在t1 min时，该反应达到了________状态，下列可判断反应已达到该状态的是________(填字母)。
A．X、Y、Z的反应速率相等
B．X、Y的反应速率比为2∶3
C．混合气体的密度不变
D．生成1 mol Z的同时生成2 mol X
E．X、Y、Z物质的量之比等于化学方程式中计量数之比
F．混合气体的总压强不再发生改变
解析　(1)观察图像可得X的物质的量减少2.4 mol－1.6 mol＝0.8 mol，X为反应物，Y的物质的量增加1.2 mol，Z的物质的量增加0.4 mol，Y、Z的物质的量增加，可判断Y、Z为生成物，在相同时间内，同一容器中，其速率之比等于化学方程式中计量数之比，等于物质的量变化之比，即v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝0.8 mol∶1.2 mol∶0.4 mol，反应达到t1时刻后，X、Y、Z共存，其物质的量不变可判断该反应为可逆反应，t1时刻达到了化学平衡，该反应的化学方程式为2X(g)((3Y(g)＋Z(g)。(2)v(Y)＝＝0.12 mol·L－1·min－1。(3)由反应方程式可知，达平衡时X、Y、Z的反应速率不相等；反应进行中，无论是否达到平衡X、Y的速率之比始终为2∶3；X、Y、Z均为气体，反应前后气体的质量不变，体积也不变，密度不变，根据密度不能判断反应是否达到平衡；生成1 mol Z是正反应方向，生成2 mol X是逆反应方向，v正＝v逆，反应达到平衡；X、Y、Z物质的量之比与计量数比不等；根据反应方程式可知，该反应前后压强有变化，当压强不变时，反应达到了平衡。
答案　(1)2X(g)((3Y(g)＋Z(g)　(2)0.12 mol·L－1·min－1　(3)化学平衡　DF
四、详析化学反应中热量的变化
我们在做化学实验时，经常会感受到有热量的变化，比如钠与水的反应等，其实在化学反应中，不仅有物质的变化，即新物质的生成，而且还伴随着能量的变化，有的反应是吸热的，有的反应是放热的。而化学反应中物质变化的实质是旧化学键断裂和新化学键形成。
化学反应是化学科学研究的核心，化学反应过程中的物质变化要遵循质量守恒定律，而能量变化要遵循能量守恒定律。在化学反应过程中一定存在着能量的变化，而这些能量变化大多数表现为热量的变化，这就实现了化学能与热能的转化。
1．从化学键的角度理解
在化学变化前后，参加反应的原子的种类和个数并没有改变，只是进行了原子之间的重组和整合；原子进行重组、整合的过程，实际上就是反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成的过程。由于反应物中化学键的断裂要消耗能量，而生成物中化学键的形成要释放能量，因此我们将化学反应中能量变化表示为
反应物生成物
这样，当反应中吸收的能量大于释放的能量时，反应表现为吸收能量，该反应为吸热反应；
当反应中吸收的能量小于释放的能量时，反应表现为放出能量，该反应为放热反应。
【例6】　已知：①1 mol H2分子中化学键断裂时需吸收436 kJ 的能量；②1 mol Cl2分子中化学键断裂时需吸收243 kJ的能量；③由氢原子和氯原子形成1 mol HCl分子时释放 431 kJ 的能量。则1 mol H2和1 mol Cl2反应生成氯化氢气体时的能量变化为(　　)
A．放出能量183 kJ B．吸收能量183 kJ
C．吸收能量248 kJ D．吸收能量862 kJ
解析　根据反应的化学方程式：H2＋Cl22HCl，可知在反应过程中，断裂1 mol H—H键、1 mol Cl—Cl键，同时形成2 mol H—Cl键。计算可知生成2 mol HCl气体时，吸收的热量为436 kJ＋243 kJ＝679 kJ，放出的热量为431 kJ×2＝862 kJ，故反应中放出的热量为862 kJ－679 kJ＝183 kJ，A对。
答案　A
特别提示　从化学键的角度看能量变化时，首先要明确物质内部的化学键的数目。要是对物质中化学键的数目认识错误，就会导致错误的计算结果，比如每个水分子中含有的H—O键的数目为2个。
2．从化学能的角度理解
自然界中存在着成千上万种物质，但不同的物质能量不同，因此在化学反应前后反应物和生成物所具有的能量也是不同的。我们还可以从化学能的角度，也就是从反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小来看一个化学反应的能量变化。
若反应物的总能量>生成物的总能量，则化学反应放出能量，该反应为放热反应；
若反应物的总能量<生成物的总能量，则化学反应吸收能量，该反应为吸热反应。
3．化学反应中能量变化的计算
(1)用E(反应物)表示反应物的总能量，E(生成物)表示生成物的总能量，ΔQ表示能量变化，则：
ΔQ＝E(生成物)－E(反应物)。
(2)用Q(吸)表示反应物分子断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物分子成键时放出的总能量，ΔQ表示能量变化，则：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)。
【例7】　下列有关化学反应中能量变化的理解，正确的是(　　)
A．凡是伴随能量变化的过程都是化学变化
B．在化学反应过程中总是伴随着能量的变化
C．在确定的化学反应中反应物的总能量一定等于生成物的总能量
D．在确定的化学反应中反应物的总能量总是高于生成物的总能量
解析　在化学变化中，既有物质的变化又有能量的变化，但是有能量变化的过程不一定就是化学变化，如水的三态变化。在确定的化学反应中，反应物的总能量不等于生成物的总能量，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热；当反应物的总能量小于生成物的总能量时，反应吸热。
答案　B
五、从氧化还原反应原理分析原电池
原电池是把化学能转化为电能的装置。构成原电池的条件有哪些？是不是所有的化学反应均可以设计成原电池呢？在学习过程中，这些问题可能一直使同学们感到困惑，下面我们一起来分析，解开困惑。
1．原电池与氧化还原反应的关系
我们在学习氧化还原反应时，经常用单线桥或双线桥标注电子转移的方向和数目，如：
氧化还原反应中存在电子的得失，在该反应中，线桥仿佛是一根导线，假如电子能在导线上流动，就会由电子的转移变成电子的定向移动，也就形成了电流。因此，并不是所有的反应均可以设计成原电池，只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
从单线桥上看，可将导线一端连接在锌极上，另一端当然不可能直接放在溶液中，因此可将另一端连接在一个能导电的电极上，如石墨电极。这样连接后，在整个装置中就会出现与原来不同的实验现象：氢气在石墨电极上大量产生。为什么会出现这样的现象呢？原因在于：当锌片直接放入硫酸溶液中时，锌失去的电子集中在锌片表面，溶液中的H＋在锌的表面获得电子生成氢气。而当锌、石墨共同放入硫酸溶液并用导线连接时，电子就会沿导线流向石墨电极，这样在石墨电极表面聚集了大量电子，溶液中的H＋移向石墨电极并获得这些电子生成氢气。在这个过程中，电子在导线中实现了定向移动，即形成了电流。这样，化学反应的化学能就转变成了电能，这样的装置我们称之为原电池。
2．原电池的构成
从以上分析可以看出，原电池是由两个活动性不同的电极、电解质溶液构成的闭合回路，也就是说原电池的构造是：①两个活动性不同的电极；②电解质溶液；③闭合回路，如下图。
在原电池中，科学上规定把电子流出的一极称为负极(较活泼的金属)；把电子流入的一极(较不活泼的金属或惰性电极)称为正极。在上面的原电池中，锌为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，石墨为正极，发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，这两个半反应恰好是氧化还原反应中的两个线桥。
也就是说，原电池实质上是将氧化反应和还原反应分到了两个电极上进行，使其分别成为一个“半反应”，因此，根据氧化还原反应方程式可以很容易地设计原电池装置。
【例8】　人造地球卫星上使用的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断Ag2O是(　　)
A．负极，被氧化 B．正极，被还原
C．负极，被还原 D．正极，被氧化
解析　由题给电极反应式可知，Ag2O得到电子，发生还原反应，作原电池的正极。
答案　B
3．电子的流向及离子的流向
整个原电池装置是一个闭合回路，在外电路中(导线)是靠电子的定向移动导电，在溶液中则是靠阴、阳离子的定向移动导电。在外电路中，电子是由负极流向正极，电流的方向与电子移动的方向相反，由正极流向负极。在溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，这里我们只需记住：阳离子一定移向发生还原反应的极，即阳离子一定是为获得电子而奔去。
原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)如下图所示：
4．电子的得失守恒
电子守恒法是依据氧化还原反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数相等这一原则进行计算的。电子守恒法是氧化还原反应计算的最基本的方法，而原电池反应就是一种典型的氧化还原反应，只不过氧化反应和还原反应在负极和正极分别发生。因此可以利用电子守恒法来处理原电池的有关计算。具体来说就是正极得到的电子总数与负极失去的电子总数相等。
【例9】　(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流表。
锌片上发生的电极反应为________________________________________________。
银片上发生的电极反应为______________________________________________。
(2)若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算：
①产生氢气的体积(标准状况)；②通过导线的电量。(已知NA＝6.02×1023 mol－1，电子的电荷量为1.60×10－19 C)
解析　(1)在锌片、银片、稀硫酸组成的原电池中，锌片作负极，其电极反应为Zn－2e－===Zn2＋；银片作正极，其电极反应为2H＋＋2e－===H2↑；则电池总反应式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。(2)根据电极反应式找出已知量与电量之间的定量关系进行计算。①电极减少的质量等于生成氢气所消耗的锌的质量，设产生的氢气体积为x，则：
　　　　　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
65 g 22.4 L
60 g－47 g＝13 g x
x＝13 g×22.4 L÷65 g＝4.48 L。
②反应消耗的锌的物质的量为13 g÷65 g·mol－1＝0.2 mol。1 mol Zn变为Zn2＋时，转移2 mol e－，则通过的电量为0.2 mol×2×6.02×1023 mol－1×1.60×10－19 C≈3.85×104 C。
答案　(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑
(2)①4.48 L　②3.85×104 C
六、原电池正极和负极的判断方法
1．根据电极材料判断
一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
2．根据电流方向或电子流动方向判断
电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。
3．根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向
在原电池的电解质溶液中，阳离子移向的极为正极，阴离子移向的极为负极。
4．根据原电池两极发生的变化判断
原电池的负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应。
5．根据现象判断
溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。
特别提示　在判断原电池正、负极时，不要只根据金属活动性的相对强弱，有时还与电解质溶液有关，如Mg－Al和NaOH溶液构成的原电池中，由于Mg不与NaOH溶液反应，虽然金属性Mg>Al，但在该条件下是Al作负极。因此要根据具体情况来判断正、负极。
【例10】　根据反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是(　　)
A．X可以是银或石墨
B．Y是硫酸铜溶液
C．电子从铜电极经外电路流向X电极
D．X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag
解析　由电池反应2Ag＋＋Cu===2Ag＋Cu2＋可知，铜作负极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；X为正极，可以是比铜不活泼的银或石墨等，电极反应为Ag＋＋e－===Ag；电解质溶液中需含有Ag＋，故B说法错误。
答案　B
七、原电池的电极反应及其书写方法
电极上物质的变化情况以及电子的转移情况可用电极反应式来表明。在原电池中，氧化反应和还原反应是分别在两个电极上进行的，每个电极上只发生一个方向的电子转移，相当于氧化还原反应的一半，常称为半反应。这种在电极上进行的半反应叫做电极反应。电极反应总是涉及含有同一元素但价态不同的两种物质，一种处于较高价态，另一种处于较低价态。以Cu－Zn(H2SO4)原电池为例：
负极反应：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)，正极反应：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)。
而电池总反应则为电池中正、负极反应式在电量相等情况下的加和式，一般是一个自发的、完整的氧化还原反应。例如原电池的电池总反应：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑(化学方程式)，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑(离子方程式)。
【例11】　钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是(　　)
A．负极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．正极发生的反应为2H2O＋O2＋2e－===4OH－
C．原电池是将电能转变为化学能的装置
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易被腐蚀
解析　
选项
正误
理由
A
√
负极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe作负极，C作正极
B
×
正极发生的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C
×
原电池是将化学能转变为电能的装置
D
×
水下部分溶解氧的浓度比交界处小，因而腐蚀比交界处慢
答案　A
1．电极反应式书写的几种情况
(1)可充电电池电极反应式的书写
在书写可充电电池的电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向反应都能进行，所以要明确电池和电极，放电时为原电池，充电时为电解池。原电池的负极反应为放电方向的氧化反应；原电池的正极反应为放电方向的还原反应。
(2)根据给出电极反应式书写总反应式
根据给出的两个电极反应式书写总反应式时，首先要使两个电极反应式的得失电子数相等，再将两式相加，然后消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意，若反应式同侧出现不能大量共存的离子，如H＋和OH－、Pb2＋和SO，要写成反应后的物质，即H2O和PbSO4。
(3)燃料电池电极反应式的书写
书写燃料电池的电极反应式时，首先要明确电解质是酸还是碱。在酸性电解质溶液中，电极反应式不要出现OH－；在碱性电解质溶液中，电极反应式不要出现H＋。同时还要分清燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、
CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，但无论是哪一种燃料，在碱性条件下，正极反应式都是一样的，即O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若是在酸性条件下，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。如果是含碳燃料时，负极反应式的书写同甲烷燃料电池的书写，只是需要考虑用电荷守恒来配平不同的计量数。
2．几种燃料电池的电极反应式及总反应式
(1)氢氧燃料电池
在不同的介质中发生的电极反应归纳如下：
介质
电池反应：2H2＋O2===2H2O
酸性
(H＋)
负极
2H2－4e－===4H＋
正极
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
中性
(Na2SO4)
负极
2H2－4e－===4H＋
正极
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性
(OH－)
负极
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)甲醇燃料电池
电解质：KOH；正极反应式：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；负极反应式：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O；总反应式：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。
(3)肼燃料电池
电解质：KOH；正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；负极反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O；总反应式：N2H4＋O2===N2＋2H2O。
【例12】　科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为(　　)
A．H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．H2－2e－===2H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析　根据题给信息，该燃料电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O；电解质为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH－，A错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B、D错误。
答案　C
第1课时　化学反应的速率
[学习目标定位]　1.通过实验认识化学反应速率及其影响因素。2.能进行化学反应速率的计算、转化与比较，学会控制化学反应速率的常用方法。
一、化学反应速率
1．观察下列图片，说说哪些图片表示的过程中化学反应较快？哪些表示的化学反应较慢？
答案　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．如何定性判断下列化学反应进行的快慢？
(1)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
(2)Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O
(3)Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3
答案　常通过化学反应现象变化的快慢来定性判断化学反应速率的快慢：(1)观察气泡逸出的快慢；(2)观察沉淀产生的快慢；(3)观察溶液颜色变化的快慢。
3．化学反应速率
(1)概念：化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行快慢程度的物理量。
(2)表示方法：通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加(均取正值)来表示。
(3)计算：表达式为v＝或v＝。
式中：Δc为浓度的变化量，一般以mol·L－1为单位；Δt为时间，一般以s或min为单位。
(4)常用单位mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
4．在一个体积为2 L的密闭容器中发生反应2SO2＋O2((2SO3，经过5 s后，测得SO3的物质的量为0.8 mol。填写下表：
有关反应物质
SO2
O2
SO3
物质的量浓度变化
0.4_mol·L－1
0.2_mol·L－1
0.4_mol·L－1
化学反应速率
0.08_mol·L－1·s－1
0.04_mol·L－1·s－1
0.08_mol·L－1·s－1
化学反应速率之比
2∶1∶2
5.某一化学反应在第5 s时的反应速率是0.2 mol·L－1·s－1的说法正确吗？
答案　不正确。通常所说的化学反应速率是指一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时速率。
6．一个化学反应的速率可以用任何一种反应物或生成物来表示吗？
答案　由于Δc表示的是物质的物质的量浓度的变化，而固态物质和纯液态物质的浓度在一定温度下是常数，所以这种表示化学反应速率的方法不适合固态物质和纯液态物质。
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。例如，化学反应N2＋3H2((2NH3，用H2表示该反应的反应速率时应写成v(H2)。
2．对于有固体或纯液体参加的反应，由于固体或纯液体的浓度为一常数，即Δc＝0(无意义)，所以不用固体或纯液体表示反应速率。
3．对于一个具体的化学反应，反应物和生成物的物质的量的变化是按化学方程式中化学计量数之比进行的，所以化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
对于反应aA＋bB===cC＋dD(A、B、C、D均不是固体或纯液体)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)＝a∶b∶c∶d。
4．在同一时间内的同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但它们表示的意义相同，即一种物质的化学反应速率就代表了整个化学反应的反应速率。
5．化学反应速率的计算模式
设a mol·L－1、b mol·L－1分别为A、B两物质的起始浓度，mx mol·L－1为反应物A的转化浓度，nx mol·L－1为反应物B的转化浓度，则：
　　　　　　　　 mA(g)＋nB(g)((pC(g)＋qD(g)
起始浓度/mol·L－1 a b 0 0
变化浓度/mol·L－1 mx nx px qx
终态浓度/mol·L－1 a－mx b－nx px qx
1．下列关于化学反应速率的说法正确的是(　　)
A．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
B．化学反应速率通常表示一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加
C．化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1
D．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
答案　D
解析　A项，化学反应速率越大，反应现象不一定越明显，如盐酸与氢氧化钠溶液的反应；B项，固体或纯液体的浓度可视为常数，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率；C项，0.8 mol·L－1·s－1表示1 s的时间内，某物质的浓度变化了0.8 mol·L－1；D项，化学反应速率就是表示化学反应进行快慢的物理量。
2．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．②③ B．①③ C．②④ D．②
答案　D
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)＝v(C)＝×0.015 mol·L－1·min－1＝0.022 5 mol·L－1·min－1；④中v(A)＝v(D)＝×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，D项正确。
思维启迪　化学反应速率的转化、计算与比较
(1)计算速率时要把物质的量转化为浓度，同时注意时间及物质状态。
(2)在比较速率大小时要转化成同一种物质的速率，同时要注意时间的单位。
(3)用公式v＝求算出的是一段时间内的平均速率。
二、影响化学反应速率的因素
1．温度对化学反应速率影响的探究
实验操作
试管中均为2～3 mL相同浓度的滴有FeCl3溶液的H2O2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
对于反应2H2O22H2O＋O2↑来说，温度越高，H2O2的分解速率越快
2.催化剂对化学反应速率影响的探究
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
3.浓度对化学反应速率影响的探究
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分解速率加快
4.影响化学反应速率的因素除温度、催化剂和反应物浓度外，还有反应物的状态、固体的表面积、压强、溶剂、光照等许多因素。人们可以通过这些因素来调控化学反应速率。

1.影响化学反应速率的主要因素(内因)
不同的化学反应，具有不同的反应速率，因此，参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素。
2．影响化学反应速率的外界因素(外因)
(1)温度：当其他条件不变时，升高温度，可以增大化学反应速率；降低温度，可以减小化学反应速率。
提醒：不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能增大化学反应速率，故不能认为升高温度只会增大吸热反应的反应速率，如木炭燃烧是放热反应，温度越高，燃烧越快。
(2)催化剂：当其他条件不变时，使用适当的催化剂通常能极大地加快化学反应速率。
(3)溶液的浓度：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以增大化学反应速率；减小反应物的浓度，可以减小化学反应速率。
(4)压强：对于有气体参加的反应，当其他条件不变时，增大气体的压强，可以增大化学反应速率；减小气体的压强，可以减小化学反应速率。
(5)固体表面积：固体颗粒越小，其单位质量的表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，化学反应速率越大。
(6)反应物状态：一般来说，配成溶液或反应物是气体，都能增大反应物之间的接触面积，有利于增大反应速率。
(7)形成原电池，可以增大氧化还原反应的反应速率。
3．把下列四种X溶液分别加入四个盛有10 mL 2 mol·L－1盐酸的烧杯中，均加水稀释到50 mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是(　　)
A．10 ℃ 20 mL 3 mol·L－1的X溶液
B．20 ℃ 30 mL 2 mol·L－1的X溶液
C．20 ℃ 10 mL 4 mol·L－1的X溶液
D．10 ℃ 10 mL 2 mol·L－1的X溶液
答案　B
解析　在化学反应中，当其他条件不变时，浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越快。本题中要综合考虑浓度和温度的影响。先比较浓度的大小，这里的浓度应该是混合以后的浓度，由于混合后各烧杯中盐酸的浓度相等，因此只要比较X的浓度即可，X浓度越大，反应速率越快。因为反应后溶液的体积均为50 mL，所以X的物质的量越大，浓度就越大。通过观察可知，混合后A、B选项中X的浓度相等，且比C、D两项的大，但B中温度更高，因此B的反应速率最大。
思维启迪　分析判断影响化学反应速率大小因素时应遵循以下思路
(1)先看内因
在内因不相同的情况下(即反应物不相同)，只能根据反应事实及实验现象定性分析反应的快慢。
(2)内因相同时，再看外因
在内因相同的情况下(即反应物相同)，可根据外界条件对反应速率的影响来定量判断反应速率的大小。
4．在下列事实中，判断什么因素影响了化学反应的速率。
(1)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时发生爆炸：_____________________。
(2)黄铁矿煅烧时需粉碎成细小的矿粒：___________________________________。
(3)KI晶体和HgCl2晶体混合后无明显现象，若一起投入水中，很快生成红色的HgI2：________________________________________________________________________。
(4)熔化的KClO3放出气泡很慢，撒入少量MnO2很快产生气体：________________________________________________________________________。
(5)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌粒和镁块，产生气体有快有慢：________________________________________________________________________。
(6)同样大小的石灰石分别在0.1 mol·L－1的盐酸和1 mol·L－1的盐酸中反应速率不同：________________________________________________________________________。
(7)夏天的食品易霉变，冬天就不易发生该现象：________________________________
________________________________________________________________________。
(8)葡萄糖在空气中燃烧时需要较高的温度，可是在人体内，正常体温(37 ℃)下，就可以被氧化，这是因为：_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)光　(2)反应物的表面积
(3)水作溶剂，增大了反应物的接触面积
(4)催化剂　(5)反应物本身的性质
(6)反应物的浓度　(7)反应温度
(8)人体内的生物酶起催化作用
解析　影响化学反应速率的因素除了浓度、温度、压强、催化剂以外，光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等也会对化学反应速率产生影响。

1．下列关于化学反应速率的说法中正确的是(　　)
A．化学反应速率可用某时刻生成物的物质的量来表示
B．在同一反应中，用反应物或生成物表示的化学反应速率的值是相等的
C．化学反应速率是指反应进行的时间内，反应物浓度的减少或生成物浓度的增加
D．可用单位时间内氢离子物质的量浓度的变化来表示氢氧化钠和硫酸的反应速率
答案　D
解析　化学反应速率是用单位时间内反应物或生成物浓度的变化值来表示的平均速率，故A、C两项错误；因化学反应速率与各反应物、生成物的化学计量系数成正比，如果方程式中反应物与生成物的计量系数不同，则反应速率的值不相同，B选项错误。
2．已知合成氨反应的浓度数据如下：
N2＋3H2((2NH3
N2
H2
NH3
起始浓度/mol·L－1
1.0
3.0
0
2 s末浓度/mol·L－1
0.6
1.8
0.8
当用氨气浓度的增加来表示该化学反应的速率时，其速率为(　　)
A．0.2 mol·L－1·s－1 B．0.4 mol·L－1·s－1
C．0.6 mol·L－1·s－1 D．0.8 mol·L－1·s－1
答案　B
解析　v(NH3)＝＝0.4 mol·L－1·s－1，B项正确。
3．把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生氢气的速率变化曲线如图所示。下列因素中，影响该反应速率的是(　　)
①盐酸的浓度　②镁条的表面积　③溶液的温度 ④Cl－的浓度
A．①④ B．③④
C．①③ D．②③
答案　C
解析　镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，与H＋有关，与Cl－无关。在镁与盐酸的反应中，刚开始时H＋的浓度最大，反应速率应最大，但由于此反应为放热反应，温度升高，化学反应速率还会增大，随着化学反应的进行，H＋浓度逐渐减小，化学反应速率又逐渐减慢。
4．反应4A(s)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，2 min内B的浓度减少0.6 mol·L－1。对此化学反应速率表示正确的是(　　)
A．用A表示的反应速率是0.4 mol·L－1·min－1
B．分别用B、C、D表示的反应速率之比是3∶2∶1
C．在2 min末的反应速率，用B表示是0.3 mol·L－1·min－1
D．在这2 min内B和C两物质的浓度都是逐渐减小的
答案　B
解析　A为固体，一般不用固体表示反应速率，因为固体的浓度一般视为常数，A项错误；同一反应用不同物质表示的反应速率，其数值与方程式中化学计量数成正比，B项正确；v(B)＝0.3 mol·L－1·min－1为平均值，并非2 min末的速率，C项错误；B为反应物，C为生成物，两者不可能同时减小，D项错误。
5．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：
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
(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：___________________
________________________________________________________________________。
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
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，锌的状态有薄片和粉末两种，反应温度有15 ℃和25 ℃。(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。
[基础过关]
题组一　化学反应速率及计算
1．下列关于化学反应速率的说法，不正确的是(　　)
A．化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B．化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质
C．化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示
D．化学反应速率常用单位有mol·L－1·s－1和mol·L－1·min－1
答案　C
解析　化学反应速率用单位时间内反应物或生成物的浓度变化量来表示，而不采用物质的质量或物质的量。
2．已知4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示，则正确的关系式为(　　)
A．4v(NH3)＝5v(O2)
B．5v(O2)＝6v(H2O)
C．2v(NH3)＝3v(H2O)
D．4v(O2)＝5v(NO)
答案　D
解析　在同一化学反应里，各物质的速率之比等于各物质的化学计量数之比。A选项应为5v(NH3)＝4v(O2)；B选项应为6v(O2)＝5v(H2O)；C选项应为3v(NH3)＝
2v(H2O)。
3．反应2SO2＋O2((2SO3经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L－1·s－1，则这段时间为(　　)
A．0.1 s B．2.5 s
C．5 s D．10 s
答案　C
解析　v(O2)＝0.04 mol·L－1·s－1，则v(SO3)＝0.08 mol·L－1·s－1，由Δt＝Δc(SO3)/v(SO3)，代入数据计算得Δt＝5 s。故选C。
4．已知某反应的各物质浓度数据如下：
　　　　　　　　　aA(g)＋bB(g)((2C(g)
起始浓度(mol·L－1) 3.0 1.0 0
2 s末浓度(mol·L－1) 1.8 0.6 0.8
据此可推算出上述反应化学方程式中，各物质的化学计量数之比是(　　)
A．9∶3∶4 B．3∶1∶2
C．2∶1∶3 D．3∶2∶1
答案　B
解析　各物质的反应速率之比等于它们在化学方程式中的化学计量数之比。v(A)＝
＝0.6 mol·L－1·s－1，v(B)＝＝0.2 mol·L－1·s－1，v(C)＝＝0.4 mol·L－1·s－1。故化学计量数之比为0.6∶0.2∶0.4，即3∶1∶2。
5．对于反应2A(g)＋B(g)((3C(g)＋4D(g)，下列表示的反应速率最快的是(　　)
A．v(A)＝0.5 mol·L－1·s－1
B．v(B)＝0.3 mol·L－1·s－1
C．v(C)＝0.8 mol·L－1·s－1
D．v(D)＝1 mol·L－1·s－1
答案　B
解析　正确的思路应是根据反应速率与化学方程式中化学计量数之间的关系将各物质的反应速率转化为用同一种物质表示的速率。A项中据v(A)推知v(B)＝0.25 mol·L－1·s－1，C项中据v(C)推出v(B)≈0.27 mol·L－1·s－1，D项中据v(D)推出v(B)＝0.25 mol·L－1·s－1，故反应速率最快的是B选项。
题组二　影响化学反应速率的因素
6．在反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)中，可使反应速率增大的措施是(　　)
①增大压强　②升高温度　③通入CO2　④增加碳的量
⑤用等量炭粉代替焦炭
A．①②③ B．②③④⑤
C．①②③⑤ D．②③④
答案　C
解析　因为碳是固体，只增加它的量，不能加快反应速率，但是若用炭粉代替焦炭，能增大与CO2的接触面积，所以反应速率加快。
7．用锌片与1 mol·L－1稀盐酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率增大的是(　　)
A．对该反应体系加热
B．加入少量NaCl溶液
C．不用锌片，改用锌粉
D．加入少量1 mol·L－1硫酸
答案　B
解析　B项，NaCl溶液不参与反应且使盐酸浓度变小；C项，改用锌粉能增大接触面积；D项，加入H2SO4能增大H＋浓度。
8．为了探究温度对化学反应速率的影响，下列实验方案可行的是(　　)
答案　D
解析　没有对比实验，A错误；催化剂不同，温度不同，无法比较，B错误；前者没有催化剂，后者有催化剂，且温度不同，无法比较，C错误；只有温度不同，其他条件都相同，该方案可行，D正确。
9．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　)
实验
反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/mol·L－1
V/mL
c/mol·L－1
V/mL
A
25
5
0.1
10
0.1
5
B
25
5
0.2
5
0.2
10
C
35
5
0.1
10
0.1
5
D
35
5
0.2
5
0.2
10
答案　D
解析　影响化学反应速率的因素众多，本题从浓度和温度两个因素考查，只要抓住浓度越大，温度越高，反应速率越大，D正确。
10．CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如下图所示。下列结论不正确的是(　　)
A．反应开始4 min内温度对反应速率的影响比浓度大
B．一段时间后，反应速率减小的原因是c(H＋)减小
C．反应在2～4 min内平均反应速率最大
D．反应在2～4 min内生成CO2的平均反应速率为v(CO2)＝0.06 mol·L－1·s－1
答案　D
解析　随着反应的进行c(H＋)减小，而前4 min内反应速率变大，根据反应是放热反应，可推出前4 min内温度对反应速率的影响比浓度大，A、B项正确；在2～4 min内n(CO2)的变化量最大(或曲线的斜率最大)，可判断出平均反应速率最大，C项正确；由题意及图可知，该题不知道容器体积，故不能计算出反应速率。
[能力提升]
11．在密闭容器中发生下列反应：I2(g)＋H2(g)((2HI(g)(正反应为放热反应)。起始时，n(H2)＝a mol，n(I2)＝b mol。只改变表中列出的条件，其他条件不变，试将化学反应速率的改变填入相关的表格中(填“增大”“减小”或“不变”)。
编号
改变的条件
反应速率
(1)
升高温度
(2)
加入正催化剂
(3)
再充入a mol H2
(4)
将容器的容积扩大到原来的2倍
(5)
保持容积不变，通入b mol Ne
答案　(1)增大　(2)增大　(3)增大　(4)减小　(5)不变
解析　(1)不论正反应是吸热还是放热，升高温度都会使化学反应速率增大。
(2)若无特别说明，通常所说的催化剂即为“正催化剂”，加入催化剂，可加快化学反应速率。
(3)再充入a mol H2，c(H2)增大，化学反应速率增大。
(4)扩大容器的容积，容器内各物质的浓度减小，化学反应速率减小。
(5)在密闭容器中通入Ne(g)，保持容积不变，并未改变反应物浓度，化学反应速率不变。
12．(1)在反应A(g)＋3B(g)===2C(g)中，若以物质A表示的该反应的化学反应速率为0.2 mol·L－1·min－1，则以物质B表示此反应的化学反应速率为______ mol·L－1·min－1。
(2)在2 L的密闭容器中，充入2 mol N2和3 mol H2，在一定条件下发生反应，3 s后测得N2的物质的量为1.9 mol，则以H2的浓度变化表示的反应速率为______________________。
(3)将10 mol A和5 mol B放入容积为10 L的密闭容器中，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)((2C(g)，在最初2 s 内，消耗A的平均速率为0.06 mol·L－1·s－1，则在2 s 时，容器中有______ mol A，此时C的物质的量浓度为______。
答案　(1)0.6　(2)0.05 mol·L－1·s－1
(3)8.8　0.08 mol·L－1
解析　(1)根据化学方程式中的计量数关系：＝，v(B)＝3v(A)＝3×0.2 mol·L－1·min－1＝0.6 mol·L－1·min－1。
(2)解法一：3 s内消耗的N2的物质的量为2 mol－1.9 mol＝0.1 mol，根据化学方程式N2＋3H22NH3，可以计算出3 s内消耗的H2的物质的量为0.3 mol，根据化学反应速率的计算公式，v(H2)＝＝0.05 mol·L－1·s－1。
解法二：先计算出用N2表示的化学反应速率：v(N2)＝＝ mol·L－1·s－1，再根据化学方程式的计量数关系，计算出用H2表示的化学反应速率：v(H2)＝3v(N2)＝
0.05 mol·L－1·s－1。
(3)　　　　　　　 3A(g)　 ＋ B(g) 　((　 2C(g)
起始浓度(mol·L－1( 1.0 0.5 0
转化浓度(mol·L－1( 0.06×2＝0.12 0.04 0.08
2 s时浓度(mol·L－1( 1.0－0.12＝0.88 0.5－0.04＝0.46 0.08
则2 s时，n(A)＝0.88 mol·L－1×10 L＝8.8 mol，
c(C)＝0.08 mol·L－1。
13．某学生为了探究锌与盐酸反应过程中速率的变化，在100 mL稀盐酸中加入足量的锌，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如下：
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL
50
120
232
290
310
(1)________(填“0～1”“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”)min时间段反应速率最大，原因是________________________________________________________________________
(填“反应物浓度增大”或“溶液温度升高”)。
(2)________(填“0～1”“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”)min时间段反应速率最小，原因是________________________________________________________________________
(填“反应物浓度减小”或“溶液温度降低”)。
(3)如果要减缓反应速率而又不减少产生氢气的量，下列措施你认为可行的是________。
A．加入蒸馏水
B．通入HCl气体
C．加入NaOH固体
答案　(1)2～3　溶液温度升高　(2)4～5　反应物浓度减小　(3)A
解析　锌是足量的，随着反应的进行，盐酸的浓度逐渐降低，温度逐渐升高，化学反应速率逐渐增大，反应到一段时间以后，随着盐酸浓度的降低，反应速率又逐渐减小。计算反应速率的大小，可以根据单位时间内生成氢气的体积的多少来进行简便的计算。
14．H2O2不稳定、易分解，Fe3＋、Cu2＋等对其分解起催化作用，为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，某化学研究小组同学分别设计了如图甲、乙两种实验装置。
(1)若利用图甲装置，可通过观察_______________________________________
现象，从而定性比较得出结论。
(2)有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理，其理由是______________________。
写出H2O2在二氧化锰催化作用下发生反应的化学方程式：______________________。
(3)若利用乙实验可进行定量分析，图乙中仪器A的名称为________，实验时均以生成40 mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略，实验中还需要测量的数据是________________________________________________________________________。
(4)将0.1 mol MnO2粉末加入50 mL H2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图丙所示，解释反应速率变化的原因：_______________________________。
H2O2初始物质的量浓度为________(保留两位小数)。
丙
答案　(1)产生气泡的快慢　(2)可以消除阴离子不同对实验的干扰　2H2O22H2O＋O2↑　(3)分液漏斗　产生40 mL气体所需的时间　(4)随着反应的进行，反应物的浓度减小，反应速率减小　0.11 mol·L－1
解析　(1)通过产生气泡的快慢即可比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果(保持其他条件相同，只改变催化剂)。(2)FeCl3和CuSO4中阴、阳离子都不相同，无法判断是阴离子起作用还是阳离子起作用，Fe2(SO4)3和CuSO4的阴离子相同，可以消除阴离子不同对实验的干扰。(3)通过计算分别用Fe3＋、Cu2＋催化时生成O2的速率，来定量比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，因此需要测量的数据是产生40 mL气体所需要的时间。(4)由于随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，反应速率减慢，最终生成氧气的体积是60 mL，即0.002 7 mol。根据2H2O2～O2，c(H2O2)＝0.005 4 mol÷0.05 L≈0.11 mol·L－1。
第2课时　化学反应的限度
[学习目标定位]　1.认识可逆反应的特征。2.通过实验认识化学反应的限度。3.知道化学平衡的含义及其特征，会判断可逆反应的平衡状态。
一、化学反应限度
1．Cl2与H2O的反应
化学方程式
Cl2＋H2O ((HCl＋HClO
溶液中微粒
三分子
H2O、Cl2、HClO
四离子
H＋、Cl－、ClO－、OH－
反应特点
反应不能进行到底
2.FeCl3溶液与KI溶液的反应
实验步骤
实验现象
溶液颜色由无色变为褐色
溶液分层，上层为浅绿色，下层油状液体呈紫色
溶液变为血红色
实验结论
有I2生成
有Fe2＋和I2生成
上层清液中含有未反应的Fe3＋
离子方程式
2Fe3＋＋2I－((2Fe2＋＋I2
反应特点
I－过量条件下，反应物Fe3＋不能完全转化
为生成物，即可逆反应具有一定的限度
3.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：在一定条件下，可逆反应有一定的限度，反应物不能完全转化为生成物。
(3)表示：在可逆反应的化学方程式中，用“((”号代替“===”号。
1.化学反应限度是在给定的条件下，可逆反应所能达到或完成的程度。化学反应限度的意义在于决定了反应的最大转化率。
2．不同的可逆反应在给定条件下的化学反应限度不同；同一可逆反应在不同条件(如温度、浓度、压强等)下，其反应限度不同。
1．对于化学反应限度的叙述，错误的是(　　)
A．任何可逆反应都有一定的限度
B．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等
C．化学反应的限度与时间的长短无关
D．化学反应的限度是不可改变的
答案　D
解析　任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，此时v正＝v逆，对同一可逆反应，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关，但当外界条件发生改变时，化学反应的限度也会发生改变。
2．在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2和SO3浓度分别为0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1。当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　)
A．SO2为0.4 mol·L－1、O2为0.2 mol·L－1
B．SO2为0.25 mol·L－1
C．SO3为0.4 mol·L－1
D．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1
答案　B
解析　假设SO2、O2完全转化为SO3，则c(SO2)＝c(O2)＝0，c(SO3)＝0.4 mol·L－1；假设SO3完全转化为SO2和O2，则c(SO2)＝0.4 mol·L－1，c(O2)＝0.2 mol·L－1，c(SO3)＝0，而可逆反应的特点是反应不能进行到底，故A、C错误，B正确；又因为反应物SO2和生成物SO3不可能同时减小，故D错误。
二、化学平衡状态
1．化学平衡的建立
(1)对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在一定温度下，将 2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定体积的密闭容器中，其化学反应速率与时间关系如图所示。分析回答下列问题：
①反应开始时，正反应速率最大，原因是反应物浓度最大；逆反应速率为0，原因是生成物浓度为0；
②反应进行中，正反应速率的变化是逐渐减小，原因是反应物浓度逐渐减小；逆反应速率的变化是逐渐增大，原因是生成物浓度逐渐增大；
③反应一段时间(t1)后，正反应速率和逆反应速率的关系是大小相等，反应物的浓度不再改变，生成物的浓度不再改变。
(2)化学平衡状态也可从逆反应开始建立。如图：
2．化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念：如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当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，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。化学平衡研究的对象是可逆反应。
(2)化学平衡状态的特征：
3．影响化学反应的限度的因素
(1)决定因素：化学反应的限度首先决定于反应物的化学性质。不同的可逆反应在给定条件下的化学反应限度不同，反应物的最大转化率不同。
(2)外界因素：化学反应的限度受温度、浓度、压强等条件的影响。改变其中的一个条件，可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。要注意的是，压强只影响有气体物质参与或生成的可逆反应的限度。
化学平衡状态的判断方法
可逆反应达到平衡状态时主要有以下两个特征：①v正＝v逆；②混合物中各组分的百分含量不变(除百分含量外其他在反应过程中变化的量，达到平衡后均不再发生变化，即“变化量”达“定量”)。
以上两个特征可作为判断可逆反应达平衡的标志。归纳如下：
1．直接标志
①v正＝v逆
a．同一种物质的生成速率等于消耗速率；
b．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化学计量数之比；
c．在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。
②各组分的浓度保持一定
a．各组分的浓度不随时间的改变而改变；
b．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
(1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。
(2)对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。
(3)全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。
(4)对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
3．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因时间而改变
A．只有① B．①③ C．只有② D．①②③
答案　B
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；反应物和生成物浓度相同，只是反应达到的某一特殊状态，并不一定达到平衡。
4．可逆反应2NO2(g)((2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是(　　)
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
答案　A
解析　①中单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，知v正＝v逆，所以①能说明达到平衡状态；②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比；④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明达到平衡状态；该反应是一个反应前后
气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明达到平衡。
1．下列不属于可逆反应的是(　　)
A．N2＋3H22NH3
B．CO2＋H2O((H2CO3
C．2NO2((N2O4
D．Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
答案　D
解析　可逆反应必须在同一条件下同时进行，D中两个方向反应条件不同且不是同时进行，故不属于可逆反应。
2．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，正向反应速率和逆向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
答案　A
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。
3．对可逆反应4NH3(g)＋5O2(g)((4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是(　　)
A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态
C．达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．化学反应速率关系是2v正(NH3)＝3v正(H2O)
答案　A
解析　NO的生成与NH3的消耗同时表示正反应，在任意时刻都相等，B项不正确。达到平衡时，增加容器体积，反应物、生成物浓度同时减小，正、逆反应速率同时减小，C项不正确。在反应的任意状态总有v正(NH3)∶v正(H2O)＝4∶6，即3v正(NH3)＝2v正(H2O)，D项不正确。
4．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.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
答案　B
解析　设反应达平衡时消耗Y的物质的量为x。则：
X　＋　2Y((2Z
起始量/mol a b 0
转化量/mol x x
平衡量/mol a－ b－x x
依题意可得：＋(b－x)＝x
解得x＝ mol
则Y的转化率为×100%＝×100%，选B。
5．一定温度下，在容积为V L的密闭容器中进行反应：aN(g)((bM(g)，M、N的物质的量随时间的变化曲线如下图所示：
(1)此反应的化学方程式中＝________。
(2)t1到t2时刻，以M的浓度变化表示的平均反应速率为________。
(3)下列叙述能说明上述反应达到平衡状态的是____________________________。
A．反应中M与N的物质的量之比为1∶1
B．混合气体的总质量不随时间的变化而变化
C．混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化
D．单位时间内消耗a mol N，同时生成b mol M
E．混合气体的压强不随时间的变化而变化
答案　(1)2　(2) mol·L－1·min－1
(3)CE
解析　(1)化学计量数之比等于物质的物质的量的变化量之比，所以a∶b＝(8 mol－2 mol)∶
(5 mol－2 mol)＝2∶1，该反应的化学方程式为2N(g)((M(g)。
(2)v(M)＝＝ mol·L－1·min－1。
(3)达到平衡状态时，各组分的浓度不再发生变化，M与N的物质的量之比为1∶1时，不能说明达到平衡状态，A选项错误；该反应的反应物和生成物都是气体，根据质量守恒定律，反应前后混合气体的质量始终不变，B选项错误；该反应为气体体积减小的反应，若反应没有达到平衡状态，反应过程中气体的总物质的量和压强始终在减小，当该量不再发生变化时，则说明反应达到了平衡状态，C和E选项正确；消耗a mol N和生成b mol M都表示的是正反应速率，没有体现逆反应速率的大小，不能说明反应达到了平衡状态，D选项错误。
[基础过关]
题组一　可逆反应的特点及其判断
1．下列各组反应中，不属于可逆反应的是(　　)
A．N2＋3H22NH3和2NH3N2＋3H2
B．H2＋I22HI和2HIH2＋I2
C．2H2＋O22H2O和2H2O2H2↑＋O2↑
D．2SO2＋O22SO3和2SO32SO2＋O2
答案　C
解析　根据可逆反应的定义，在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能同时进行的反应叫做可逆反应，所以C中的反应不属于可逆反应，故选C。
2．当可逆反应2SO2＋O2((2SO3达到平衡后，通入18O2，再次达到平衡时，18O存在于(　　)
A．SO3和O2中 B．SO2和SO3中
C．SO2、O2和SO3中 D．SO2和O2中
答案　C
解析　本题考查了化学平衡的特征——化学平衡是动态平衡，SO2和18O2反应生成了S18O3，S18O3又分解生成S18O2和18O2，所以平衡混合物中含18O的粒子有S18O2、18O2、S18O3，故选C。
题组二　化学平衡状态的特征
3．一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)((2C(g)未达到平衡的是(　　)
A．C的生成速率与C的分解速率相等
B．单位时间内生成n mol A的同时消耗4n mol B
C．A、B、C的浓度不再变化
D．C的百分含量达到最大值
答案　B
解析　化学平衡的标志是正反应速率与逆反应速率相等。C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，A项达到平衡；A、B、C各物质的浓度不变化，是平衡状态的宏观表现，C项达到平衡；逆反应生成n mol A，同时生成 3n mol B，对于正反应却消耗了4n mol B，说明v正>v逆，反应向正反应方向进行，B项未达到平衡；C的百分含量达到最大值，说明反应达到限度，即D项达到平衡。
4．在一定温度下，向密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生反应：NO2＋SO2((NO＋SO3(g)，当化学反应达到平衡时，下列叙述正确的是(　　)
A．SO2和SO3的物质的量一定相等
B．NO2和SO3的物质的量一定相等
C．反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量
D．SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等
答案　C
解析　题中没有给出各物质的投料情况，NO2、SO2、NO和SO3的量之间没有必然的关系，可能相等，也可能不等，A、B、D项错；该反应反应前后气体分子数不变，故反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量，C项正确。
5．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)((2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是(　　)
A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1
C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1
答案　A
题组三　化学平衡状态的判断
6．一定条件下，可逆反应2A(g)((B(g)＋3C(g)，在下列四种状态中，处于平衡状态的是(　　)
　正反应速率　　　　　　逆反应速率
A．vA＝2 mol·L－1·min－1　vB＝2 mol·L－1·min－1
B．vA＝2 mol·L－1·min－1 vC＝2 mol·L－1·min－1
C．vA＝1 mol·L－1·min－1 vB＝2 mol·L－1·min－1
D．vA＝1 mol·L－1·min－1 vC＝1.5 mol·L－1·min－1
答案　D
解析　将逆反应速率根据化学方程式统一折算成A表达的速率即A的生成速率，正反应速率表示A的消耗速率，二者相等，则说明达到了平衡状态。
7.下图是可逆反应X2(g)＋3Y2(g)((2Z2(g)在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是(　　)
A．t1时刻，v正＞0，v逆＝0
B．t1～t2，X2的消耗速率小于X2的生成速率
C．t2～t3，反应不再发生
D．t2～t3，各物质的浓度不再发生变化
答案　D
解析　t1时，v正＞v逆＞0，A不正确；由于t1～t2时，反应物X2与Y2物质的量逐渐减少至t2时刻保持不变，X2的消耗速率大于X2的生成速率，B不正确；t2～t3达平衡状态，v正＝v逆≠0，C不正确，D正确。
8．一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
答案　A
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。
题组四　有关化学平衡的计算
9．一定条件下，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的浓度分别为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的生成速率之比为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
答案　D
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X和Y的化学计量数之比为1∶3，所以反应中X和Y的必然以1∶3消耗，因为达平衡时X和Y的浓度之比为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的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的化学计量数之比配料，故X和Y的转化率相等，③错误；运用极限法，假设起始状态只有X和Y，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。
10．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%
答案　C
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＋3H22NH3
起始物质的量/mol 2 8 0
转化物质的量/mol 2
平衡物质的量/mol 6
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×100%≈15%。
[能力提升]
11．以下是反应：2SO2＋O22SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率：
压强
转化率
温度
0.1 MPa
0.5 MPa
1 MPa
10 MPa
400 ℃
99.2%
99.6%
99.7%
99.9%
500 ℃
93.5%
96.9%
97.8%
99.3%
600 ℃
73.7%
85.8%
89.5%
96.4%
试回答下列问题：
(1)关于可逆反应的限度，你能得出什么启示？
________________________________________________________________________。
(2)提高该化学反应限度的途径：___________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件是_________________________。
答案　(1)可逆反应中的反应物不能全部转化为生成物；可逆反应中某物质的逆反应速率与其正反应速率相等时，生成物和反应物的浓度不再变化，该反应就达到了限度；改变反应条件可以改变化学反应的限度(合理即可)
(2)由表可知，要提高反应限度，可以采取增大压强或在一定范围内降低温度的方法等
(3)500 ℃、0.1 MPa
解析　在化工生产中，往往需要考虑反应的快慢和反应后所得产物的产率。前者研究的是化学反应速率，后者研究的是化学平衡即化学反应的限度，对于一个特定的化学反应来说，外部条件对化学反应速率和化学反应限度都存在一定的影响。因此，选择适宜的反应条件，既可以增大反应速率，缩短生产周期，又可以达到较大的反应限度，从而获得较大的产率。
12．在一定条件下，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图。回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为____________________________________________。
(2)0～t1 s内A的反应速率为________。
(3)反应后与反应前的压强之比为________。
(4)(t1＋10)s时，A气体的体积分数为________，此时v正(A)________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆(B)。
(5)关于该反应的说法正确的是________(填字母)。
a．t1 s时反应已停止
b．在t1 s之前B气体的消耗速率大于它的生成速率
c．在t1 s时C气体的正反应速率等于逆反应速率
答案　(1)3A＋B((2C
(2) mol·L－1·s－1
(3)9∶13
(4)22.2%　＞
(5)bc
解析　(1)从0到t1 s时，Δc(A)＝0.8 mol·L－1－0.2 mol·L－1＝0.6 mol·L－1，Δc(B)＝0.5 mol·L－1－0.3 mol·L－1＝0.2 mol·L－1，Δc(C)＝0.4 mol·L－1，三者之比为Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)＝0.6 mol·L－1∶0.2 mol·L－1∶0.4 mol·L－1＝3∶1∶2，所以化学方程式为3A＋B((2C。
(2)0～t1 s内A的反应速率为＝ mol·L－1·s－1。
(3)压强之比等于物质的量之比，为9∶13。
(4)A气体的体积分数为＝≈22.2%；在t1～(t1＋10)s反应处于平衡状态，v正(A)＝3v逆(B)，故v正(A)＞v逆(B)。
(5)a项，可逆反应不可能停止，错误；b项，在t1 s之前，反应未达平衡，仍然向正反应方向进行，故B气体的消耗速率大于它的生成速率，正确；c项，在t1 s时，反应达到平衡，故C气体的正反应速率等于逆反应速率，正确。
13．Ⅰ.某实验小组对H2O2的分解做了如下探究：将质量相同但状态不同的MnO2分别加入盛有15 mL 5%的H2O2溶液的大试管中，并用带火星的木条测试。下表是该实验小组研究影响H2O2分解速率的因素时记录的一组数据：
MnO2
触摸试管情况
观察结果
反应完成所需的时间
粉末状
很烫
剧烈反应，带火星的木条复燃
3.5 min
块状
微热
反应较慢，火星红亮但木条未复燃
30 min
(1)写出大试管中发生反应的化学方程式：___________________________________
________________________________________________________________________，
该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。
(2)实验结果表明，催化剂的催化效果与________有关。
Ⅱ.某可逆反应在体积为5 L的密闭容器中进行，0～3 min内各物质的物质的量的变化情况如图所示(A、B、C均为气体)。
(3)该反应的化学方程式为_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)反应开始至2 min时，B的平均反应速率为________________。
(5)能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。
a．v(A)＝2v(B)
b．容器内压强保持不变
c．2v逆(A)＝v正(B)
d．容器内混合气体的密度保持不变
(6)在密闭容器里，通入a mol A(g)、b mol B(g)、c mol C(g)，发生上述反应，当改变下列条件时，反应速率会减小的是________(填序号)。
①降低温度
②加入催化剂
③增大容器体积
答案　(1)2H2O22H2O＋O2↑　放热
(2)催化剂接触面积的大小
(3)2A＋B((2C
(4)0.1 mol·L－1·min－1
(5)b
(6)①③
解析　(1)大试管中的反应是过氧化氢在二氧化锰作催化剂的条件下分解生成水和氧气，化学方程式为2H2O22H2O＋O2↑；试管很烫，说明反应放热。
(2)催化剂的形状不同，催化效果不同，说明催化剂的催化效果和催化剂接触面积的大小有关。
(3)从图像分析，在相同时间内，A减少了2 mol，B减少了1 mol，C增加了2 mol，所以该反应的化学方程式为2A＋B((2C。
(4)2 min内B减少了1 mol，所以v(B)＝1 mol÷5 L÷2 min＝0.1 mol·L－1·min－1。
(5)a.没有说明正、逆反应方向，不能说明反应已达平衡；b.压强不变说明反应达到平衡状态；c.反应达到平衡状态时，A的逆反应速率应该是B的正反应速率的2倍，表示为v逆(A)＝2v正(B)，所以错误；d.容器内的密度始终不变。
(6)①降温，反应速率减小；②加入催化剂，反应速率加快；③增大容器的体积，物质的浓度减小，反应速率减慢，所以选①③。
14．恒温下，将a mol N2与b mol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)((2NH3(g)。
(1)若反应进行到某时刻t时，nt(N2)＝13 mol，nt(NH3)＝6 mol，计算a的值：________。
(2)反应达到平衡时，混合气体的体积为716.8 L(标况下)，其中NH3的含量(体积分数)为25%。计算平衡时NH3的物质的量：________。
(3)原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比(写最简整数比，下同)n(始)∶n(平)＝________。
(4)原混合气体中，a∶b＝________。
(5)达到平衡时，N2和H2的转化率之比α(N2)∶α(H2)＝________。
答案　(1)16　(2)8 mol　(3)5∶4　(4)2∶3　(5)1∶2
解析　反应方程式：
　　　　　　　　 N2＋3H2((2NH3
开始/mol a b 0
t时刻/mol 13 6
(1)在t时刻生成了6 mol NH3，消耗了3 mol N2，所以a＝13＋3＝16。
(2)分析题意知，n(NH3)平＝×25%＝8 mol。
(3)平衡混合气体的总物质的量为n平＝n(N2)平＋n(H2)平＋n(NH3)平＝＝32 mol。
由方程式知　　　N2　＋　3H2　((　2NH3
开始/mol a b 0
转化/mol 4 12 8
平衡/mol a－4 b－12 8
分析题意：a－4＋b－12＋8＝32，a＋b＝40。
因a＝16，故b＝24。n(始)∶n(平)＝5∶4。
(4)原混合气体中，a∶b＝16∶24＝2∶3。
(5)平衡时，N2的转化率为×100%＝25%，H2的转化率为×100%＝50%，故α(N2)∶α(H2)＝1∶2。
第1课时　化学反应中的热量变化
[学习目标定位]　通过生产、生活中的实例熟悉化学能与热能的相互转化，会判断吸热反应和放热反应。
一、化学反应中能量变化的探究
1．按照下列各实验的操作步骤，完成各实验并将观察到的实验现象及其实验结论填入表中。
(1)铝与盐酸反应
实验操作
实验现象
实验结论
产生大量气泡、温度计指示温度升高
铝与盐酸反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，该反应放出热量
(2)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应
实验操作
实验现象
实验结论
①有刺激性气味气体产生
②用手摸烧杯底部有冰凉感觉
③用手拿起烧杯，玻璃片粘结到烧杯的底部
④烧杯内反应物成糊状
化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应吸收热量
由上述实验可知，化学反应都伴随着能量变化，有的放出能量，有的吸收能量。化学反应中的能量变化有多种形式，但通常主要表现为热量的变化。化学上把有热量放出的化学反应称为放热反应，把吸收热量的化学反应称为吸热反应。
2．根据前面的学习和生活常识，分析下列反应是吸热反应还是放热反应？
①H2SO4＋2KOH===K2SO4＋2H2O
②Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
③NH4ClHCl↑＋NH3↑
④2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe
⑤2Mg＋O22MgO
⑥Ca(OH)2＋2NH4Cl===CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
⑦C＋CO22CO
⑧C＋H2O(g)CO＋H2
答案　③⑥⑦⑧为吸热反应；①②④⑤为放热反应。
1.常见的放热反应
(1)所有的燃烧反应，剧烈的发光、发热的化学反应；
(2)酸碱中和反应；
(3)大多数的化合反应；
(4)铝热反应；
(5)活泼金属与酸或H2O的反应。
2．常见的吸热反应
(1)消石灰与氯化铵固体的反应；
(2)大多数的分解反应；
(3)碳与水蒸气的反应；
(4)以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应。
1．下列对化学反应的认识中错误的是(　　)
A．会引起化学键的变化
B．会产生新的物质
C．必然引起物质状态的变化
D．必然伴随着能量的变化
答案　C
解析　化学反应不一定引起物质状态的变化，如气相反应：氮气与氢气化合生成氨气无状态变化。
2．下列变化中属于吸热反应的是(　　)
①液态水汽化　②将胆矾加热变为白色粉末　③苛性钠固体溶于水　④氯酸钾分解制氧气　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰　⑥干冰升华
A．①④ B．②④ C．③⑤ D．④⑥
答案　B
解析　①③⑥不是化学反应，②④是吸热反应，⑤是放热反应。
二、化学反应中能量变化
1．从化学键角度分析化学反应中的能量变化
(1)请根据下列信息分析氢气燃烧生成水蒸气时，为什么会发生能量变化？
答案　从给出的信息可知，在化学反应过程中，反应物分子中旧键断裂需吸收能量，生成物分子中新键形成放出能量。断裂1 mol H2和 mol O2中的化学键吸收的能量总和为436 kJ＋249 kJ＝685 kJ，而形成1 mol H2O的共价键释放 930 kJ 能量，放出的能量大于吸收的能量，故该反应要放出能量。
(2)化学反应中的能量变化可以用下图形象地表示出来：
①若E1>E2，反应吸收能量；
②若E12．化学反应的能量变化与物质内部能量的关系
(1)从物质内部能量分析化学反应过程：化学反应的过程可看作“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等形式释放出来，或者是热能、电能或光能等转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。
(2)化学反应的能量变化与物质内部能量的关系
①图Ⅰ中反应物内部的总能量大于生成物内部的总能量，反应释放能量；
②图Ⅱ中反应物内部的总能量小于生成物内部的总能量，反应吸收能量。
1.化学反应的基本特征：一是物质发生了变化，即有新物质生成；二是能量发生了变化，即吸收能量或放出能量。
2．由于拆开不同的化学键消耗的能量不同，形成不同的化学键释放的能量也不同，所以化学反应中总会伴有能量的变化，最终的反应结果表现为吸收能量和放出能量。
3．下列关于反应能量的说法中正确的是(　　)
A．化学反应中的能量变化，都表现为热量的变化
B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
C．已知反应：Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)为放热反应，则反应物总能量<生成物总能量
D．相同条件下，如果1 mol氢原子所具有的能量为E1，1 mol氢分子的能量为E2，则2E1＝E2
答案　B
解析　化学反应中的能量变化，不是都表现为热量的变化，还可能有其他能量的变化，如光能等，故A项错误；放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，故C项错误；分子变成原子需要破坏化学键，吸收能量，2E1>E2，故D项错误。
4．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
＋3H22NH3，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
答案　B
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。

1．判断下列说法的正误，正确的在括号内划“√”，错误的在括号内划“×”。
(1)所有化学反应必然引起物质状态的变化(　　)
(2)不同的化学反应放出或吸收的能量一般是不相同的(　　)
(3)同一化学反应中反应物的用量不同时，放出或吸收的能量却相同(　　)
(4)放出能量越多的反应，通常生成物越不稳定(　　)
(5)因为氢气在氧气中燃烧是放出能量的，所以水的分解反应一定是吸收能量的(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
解析　(4)放出能量越多的反应，说明生成物的能量越低，生成物越稳定。
2．下列说法正确的是(　　)
A．物质发生化学反应时都伴随着能量变化
B．伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C．在一个确定的化学反应体系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定相同
D．在一个确定的化学反应体系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量
答案　A
解析　物质发生化学反应时都伴随着能量变化，伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如物质发生核变(如原子弹的爆炸)时也伴有能量变化。在一个确定的化学反应体系中，反应物的总能量(设为x)与生成物的总能量(设为y)之间的关系：①x＞y，化学反应为放热反应；②x＜y，化学反应为吸热反应。
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反应是放出能量还是吸收能量必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小　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③④ B．只有①②
C．①②③④ D．②③④
答案　A
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；反应是放热还是吸热取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小；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＋SFeS。
4．已知反应A2＋B2===2AB，破坏1 mol A2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol B2中的化学键消耗的能量为 Q2 kJ，形成1 mol AB中的化学键释放的能量为Q3 kJ，则下列说法正确的是(　　)
A．若A2和B2的总能量之和大于生成的AB的总能量，则反应放热
B．若A2和B2的总能量之和小于生成的AB的总能量，则反应放热
C．若该反应放出能量，则Q1＋Q2＞Q3
D．若该反应吸收能量，则Q1＋Q2答案　A
解析　若反应物总能量之和大于生成物总能量之和，则反应放热，反之，反应吸热。若破坏反应物化学键消耗的能量小于形成生成物化学键释放的能量，则反应放热，反之，反应吸热。
5．已知在高温、高压、催化剂作用下，1 mol石墨转化为金刚石，吸收1.9 kJ的热量。
(1)石墨转化为金刚石属于________变化。
(2)石墨和金刚石相比，________能量高，________更稳定。
(3)推测石墨与金刚石各1 mol在相同条件下燃烧，________放出的热量多。
答案　(1)化学　(2)金刚石　石墨　(3)金刚石
解析　同素异形体之间的转化是化学变化；1 mol石墨转化为金刚石，该反应吸收1.9 kJ的热量，属于吸热反应，金刚石的能量高，石墨的能量低，故石墨更稳定；石墨与金刚石各1 mol在相同条件下燃烧时金刚石放出的热量多。
[基础过关]
题组一　化学变化的本质特征
1．物质在发生化学变化时，下列说法正确的是(　　)
A．反应物的总质量等于生成物的总质量
B．发生电子得失或偏移
C．有化学键的断裂，不一定有新物质生成
D．反应物所具有的总能量等于生成物所具有的总能量
答案　A
解析　A项符合质量守恒，正确；非氧化还原反应没有电子得失或偏移，B项不正确；化学变化时有化学键的断裂，则一定有新物质生成，C项不正确。
2．在研究物质变化时，人们可以从不同的角度、不同的层面来认识物质变化所引起的化学键及能量的变化，据此判断以下叙述错误的是(　　)
A．化学反应中物质变化的实质是旧化学键断裂和新化学键形成
B．物质的燃烧过程可看成“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能释放出来的过程
C．在化学反应中，破坏旧化学键吸收的能量大于形成新化学键释放的能量时，该反应是吸热反应
D．需要在高温条件下才能发生的反应一定是吸收能量的反应
答案　D
解析　化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，故A项正确；物质燃烧放出热量，化学能转化为热能，故B项正确；若反应时形成新化学键释放的能量大于破坏旧化学键吸收的能量，则该反应为放热反应，反之，为吸热反应，故C项正确；合成氨反应需要在高温条件下进行，但该反应却是释放能量的反应，故D项错误。
题组二　放热反应和吸热反应的判断
3．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(　　)
A．锌粒与稀硫酸的反应
B．灼热的木炭与CO2反应
C．甲烷在氧气中的燃烧反应
D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
答案　B
解析　锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应，不合题意；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，但元素的化合价无变化，是非氧化还原反应，D项不合题意。
4．下列有关化学反应能量变化的叙述中正确的是(　　)
①如果反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应一定是吸热反应　②只要是在点燃条件下进行的反应就一定是吸热反应　③只要是在常温常压下进行的反应就一定是放热反应　④燃烧反应一定是放热反应　⑤化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应
A．①④ B．①②③
C．③⑤ D．④⑤
答案　A
解析　②燃烧反应和铝热反应虽需点燃，但属于放热反应。③NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O的反应是吸热反应。⑤C和CO2生成CO的反应属于吸热反应，而分解反应通常是吸热反应。
5．在25 ℃、101 kPa的条件下，1 mol的白磷(化学式为P4)完全燃烧放出的热量比4 mol的红磷(化学式为P)完全燃烧放出的热量多。化学方程式分别为P4(s)＋5O2(g)===P4O10(s)；4P(s)＋5O2(g)===P4O10(s)。由此判断，下列说法正确的是(　　)
A．由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷高
B．由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷低
C．由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷高
D．由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷低
答案　D
解析　白磷和红磷燃烧的生成物相同，但白磷释放的热量较多，说明等质量的白磷具有较高的能量，白磷转化为红磷要放热，反之要吸热。
题组三　化学反应中的能量变化
6．氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是(　　)
A．Q1＋Q2<2Q3 B．Q1＋Q2>Q3
C．Q1＋Q22Q3
答案　A
解析　由于Cl2和H2反应生成HCl要放出热量，所以Q1＋Q2<2Q3。
7．研究物质变化时，人们可以从不同的角度、不同的层面来认识物质变化时所引起的化学键及能量变化。据此判断以下叙述中错误的是(　　)
A．金属钠与氯气反应生成氯化钠后，其结构的稳定性增强，体系的能量降低
B．物质燃烧可看作是储存在物质内部的能量(化学能)转化为热能释放出来
C．氮气分子内部存在着很强的化学键，故通常情况下氮气的化学性质很活泼
D．需要加热才能发生的反应不一定是吸收能量的反应
答案　C
8．下列能正确表示氢气与氯气反应生成氯化氢的过程中能量变化的示意图是(　　)
答案　B
解析　氢气与氯气的反应是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应物断键先吸收能量，总能量增大，然后形成化学键时放出能量。
题组四　化学键与化学反应中的能量变化
9. H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g) ＋I2(g) ((2HI(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1
已知： (a、b、c均大于零)下列说法不正确的是(　　)
A．反应物的总能量高于生成物的总能量
B．断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量大于断开2 mol H—I键所需能量
C．断开2 mol H—I键所需能量约为(c＋b＋a) kJ
D．向密闭容器中加入2 mol H2和2 mol I2，充分反应后放出的热量小于2a kJ
答案　B
解析　ΔH<0，该反应为放热反应，所以反应物的总能量高于生成物的总能量，A项正确；因为该反应为放热反应，所以断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量小于断开2 mol H—I键所需能量，B项不正确；设断开2 mol H—I键所需能量为x，则b＋c－x＝－a，所以x＝a＋b＋c，C项正确；因为该反应为可逆反应，所以向密闭容器中加入2 mol H2和2 mol I2，充分反应后放出的热量小于2a kJ，D项正确。
10．根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是(　　)
A．H2O分解为H2与O2时放出热量
B．生成1 mol H2O时吸收热量245 kJ
C．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙
D．氢气和氧气的总能量小于水的能量
答案　C
解析　根据能量变化可知，1 mol H2与 mol O2断键时吸收685 kJ能量，而生成1 mol H2O放出930 kJ能量，所以H2燃烧生成H2O的反应是放热反应，则H2O的分解是吸热反应。
[能力提升]
11．为了研究化学反应A＋B===C＋D的能量变化情况，某同学设计了如图所示装置。当向盛有A的试管中滴加试剂B时，看到U形管中甲处液面下降乙处液面上升。试回答下列问题：
(1)该反应________(填“放出”或“吸收”)热量。
(2)A和B的总能量比C和D的总能量________(填“高”或“低”)。
(3)物质中的化学能通过化学反应转化成________释放出来。
(4)反应物化学键断裂吸收的能量________(填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。
(5)写出一个符合题中条件的化学方程式：__________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)放出　(2)高　(3)热能　(4)低
(5)2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑(或2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑或NaOH＋HCl===NaCl＋H2O等合理答案均可)
12．请根据化学反应与热能的有关知识，填写下列空白：
(1)在一个小烧杯里，加入20 g Ba(OH)2·8H2O粉末，将小烧杯放在事先已滴有4～5滴水的玻璃片上。然后加入10 g NH4Cl晶体，并用玻璃棒迅速搅拌。
①实验中玻璃棒的作用是__________________________________________
________________________________________________________________________。
②写出有关反应的化学方程式：______________________________________________
________________________________________________________________________。
③实验中观察到的现象有________________________________________________
________________________________________________________________________
和反应混合物呈糊状。
(2)下列过程中不一定释放能量的是________(填编号)。
①形成化学键　②燃料燃烧　③化合反应　④葡萄糖在体内的氧化反应　⑤酸碱中和　⑥炸药爆炸
(3)等质量的下列物质分别完全燃烧，放出热量较多的是________(填编号)。
①固体硫 ②硫蒸气
(4)已知H2和O2反应放热，且断开1 mol H—H键、1 mol O===O键、1 mol O—H键需吸收的能量分别为Q1 kJ、Q2 kJ、Q3 kJ，由此可以推知下列关系正确的是________(填编号)。
①Q1＋Q2＞Q3 ②Q1＋Q2＞2Q3
③2Q1＋Q2＜4Q3 ④2Q1＋Q2＜2Q3
答案　(1)①搅拌使混合物充分接触并反应
②Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O　③玻璃片与烧杯之间结冰黏在一起，有少许刺激性气味的气体逸出
(2)③　(3)②　(4)③
解析　(1)用玻璃棒迅速搅拌，可以知道玻璃棒的作用是搅拌使混合物充分接触并反应；氯化铵属于铵盐，能和强碱氢氧化钡反应生成氨气、水以及氯化钡，化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。氯化铵和Ba(OH)2·8H2O的反应是吸热反应，温度降低能让水结冰，导致烧杯和玻璃片黏在一起，同时生成的氨气具有刺激性气味。
(2)一般的化合反应放热，但有的化合反应吸热，如二氧化碳和碳反应生成一氧化碳。
(3)固态变为气态需要吸收能量，所以硫蒸气的能量大于固体硫，等质量的固体硫、硫蒸气分别完全燃烧，放出热量较多的是硫蒸气。
(4)已知2 mol H2和1 mol O2反应生成2 mol H2O，反应断开2 mol H—H键吸收能量2Q1 kJ、1 mol O===O键吸收能量Q2 kJ，形成4 mol O—H键放出能量4Q3 kJ，总反应放热，则2Q1＋Q2＜4Q3。
13．在25 ℃、101 kPa的条件下，断裂1 mol H—H键吸收436 kJ能量，断裂1 mol Cl—Cl键吸收243 kJ能量，形成 1 mol H—Cl键放出431 kJ能量。H2＋Cl2===2HCl的化学反应可用下图表示：
请回答下列有关问题：
(1)反应物断键吸收的总能量为________。
(2)生成物成键放出的总能量为________。
(3)判断H2＋Cl2===2HCl是________(填“吸收”或“放出”)能量。
(4)反应物的总能量________(填“＞”“＝”或“＜”)生成物的总能量。
答案　(1)679 kJ　(2)862 kJ　(3)放出　(4)＞
解析　(1)反应物断键吸收的总能量应该是断裂1 mol H—H键与1 mol Cl—Cl键吸收的能量之和，即436 kJ＋243 kJ＝679 kJ。
(2)生成物成键放出的总能量为2×431 kJ＝862 kJ。
(3)、(4)由于吸收的总能量小于放出的总能量，所以反应放热，即反应物的总能量大于生成物的总能量。
14．能源是人类生活和社会发展的基础，研究化学应用中的能量变化，有助于更好地利用化学反应为生产和生活服务。
(1)化学键断裂和形成是化学反应的本质和化学反应能量产生的原因。从能量的角度看，断开旧化学键需要________(填“吸收”或“放出”，下同)能量，形成新化学键需要________能量。
(2)已知化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示，
①1 mol N和3 mol H生成1 mol NH3(g)是________(填“吸收”或“释放”)能量的过程。由mol N2(g)和mol H2(g)生成1 mol NH3(g)的过程________(填“吸收”或“释放”)________ kJ能量。
②已知断开1 mol H—H键，1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要吸收的能量为436 kJ、391 kJ、946 kJ。一定条件下由氢气和氮气反应生成1 mol NH3需要________(填“放出”或“吸收”)________ kJ的热量。
答案　(1)吸收　放出
(2)①释放　释放　(b－a)　②放出　46
解析　(2)①如果反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量，整个反应就放出能量，反之就吸收能量。由图像可知1 mol N和3 mol H具有的总能量比1 mol NH3(g)高b kJ，所以1 mol N和3 mol H生成1 mol NH3(g)是释放能量的过程。由图像可知 mol N2(g)和 mol H2(g)具有的总能量比1 mol N和3 mol H具有的总能量低a kJ，而1 mol NH3(g)具有的总能量比1 mol N和3 mol H具有的总能量低b kJ，b>a，所以由 mol N2(g)和 mol H2(g)生成1 mol NH3(g)的过程释放出(b－a) kJ能量。②根据化学方程式N2＋3H22NH3，生成1 mol NH3时需要消耗0.5 mol的N2和1.5 mol的H2。因此在上述的反应过程中断裂0.5 mol N≡N键和1.5 mol H—H键，共吸收热量0.5
×946 kJ＋1.5×436 kJ＝1 127 kJ；形成1 mol NH3中的3 mol N—H键，共放出热量3×391 kJ＝1 173 kJ。因为1 173 kJ＞1 127 kJ，因此反应放热，共放出1 173 kJ－1 127 kJ＝46 kJ的热量。
第2课时　热化学方程式　燃料燃烧释放的热量
[学习目标定位]　1.知道热化学方程式与普通化学方程式的不同，会正确书写热化学方程式。2.熟知提高燃料的燃烧效率的措施。3.会进行化学反应热效应的简单计算。
一、热化学方程式
1．用热化学方程式可以表示化学反应中放出或吸收的热量。
氢气在氧气中燃烧的热量变化，可用下列热化学方程式分别表示：
①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)
ΔH＝－241.8 kJ·mol－1
回答下列问题：
(1)①与化学方程式2H2＋O22H2O相比较，有何特点？
答案　注明了反应物、生成物的状态；在方程式的右边注明了反应热ΔH的正负、数值和单位。
(2)①与②相比较，ΔH不同的原因是什么？
答案　化学计量数不同，参加反应H2的物质的量不同，ΔH不同。
(3)②与③相比较，ΔH不同的原因是什么？
答案　参加反应H2的物质的量相同，生成物H2O的状态不同，ΔH不同。
(4)③表示的意义是在一定条件下，1 mol氢气与 mol氧气完全反应，生成1 mol气态水放出241.8 kJ的热量。
2．由以上分析可知：
(1)热化学方程式是用来表示化学反应中吸收或放出热量的化学方程式。
(2)热化学方程式的意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化，还说明了物质的“量”与“能量”之间的数量关系。

热化学方程式的书写方法
(1)遵循一般化学方程式的书写规则(一般不写反应条件)。
(2)要注明反应物和生成物的状态。
(3)在右端注明ΔH的符号(正号常省略)、大小及单位。
(4)化学计量数只表示物质的量，因此可以是整数，也可以是分数。化学计量数改变，ΔH的数值要相应改变。
1．下列对热化学方程式H2(g)＋I2(g)===HI(g)　ΔH＝－9 kJ·mol－1的叙述中，正确的是(　　)
A．1 mol氢气和1 mol碘蒸气完全反应需要吸收9 kJ的热量
B．1个氢分子和1个碘分子完全反应需要放出9 kJ的热量
C．1 mol H2(g)与1 mol I2(g)完全反应生成2 mol的HI气体需放出18 kJ的热量
D．1 mol H2(g)与1 mol I2(g)完全反应吸收18 kJ的热量
答案　C
解析　热化学方程式的具体形式是表示一定物质的量、一定聚集状态的反应物完全反应生成一定聚集状态的生成物时的放热或吸热情况。只要依据书写热化学方程式的注意事项，对于本题就不难作出判断。
2．已知：101 kPa时，1 mol辛烷完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为5 518 kJ，强酸与强碱在稀溶液中发生反应生成1 mol H2O时放出的热量为57.3 kJ，则下列热化学方程式书写正确的是(　　)
A．C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g)
ΔH＝5 518 kJ·mol－1
B．C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)
ΔH＝－5 518 kJ·mol－1
C．H＋＋OH－===H2O
ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
D．2NaOH(aq)＋H2SO4(aq)===Na2SO4(l)＋2H2O(l)
ΔH＝57.3 kJ·mol－1
答案　B
解析　A项，因该反应为放热反应，ΔH应取“－”，同时水应为液态，故A错；C项中应标明H＋、OH－状态是稀溶液状态(aq)；D项中Na2SO4应为稀溶液状态(aq)，ΔH应取“－”且数值错误，故D错。
思维启迪　“四查”热化学方程式书写正误
一查“四态”。即(g、l、s、aq)是否正确；二查“正负莫反”。即“＋”、“－”是否与吸热和放热一致；三查“单位书写”。即反应热的单位是否为kJ·mol－1；四查“数值对应”，即ΔH的数值与物质化学计量数是否对应。
二、燃料燃烧释放的热量
1．常见燃料C、C8H18、CH4、C2H5OH(乙醇)完全燃烧的热化学方程式可以分别表示为
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.6 kJ·mol－1
②C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)
ΔH＝－5 518 kJ·mol－1
③CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－889.6 kJ·mol－1
④C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)
ΔH＝－1 366.8 kJ·mol－1
根据上述热化学方程式，回答下列问题：
(1)完全燃烧相等物质的量的上述物质，放出热量的大小顺序是②>④>③>①。
(2)完全燃烧相等质量的上述物质，放出热量的大小顺序为③>②>①>④。
(3)燃料燃烧放出热量的大小常用热值来衡量。燃料的热值是指在一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，单位是kJ·g－1。
(4)我国实施的“西气东输”工程中的“气”是指天然气，主要成分是甲烷，与煤等燃料相比较其优点是热值高，使用起来更经济，对环境污染小。
2．以煤为例，探究提高燃料燃烧效率问题。
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉的依据是与空气中O2的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率加快。
(2)通入适当过量空气的依据是空气充足，煤粉燃烧充分，生成CO2，放出热量多；若空气不足，煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。
(3)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。
(4)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交换装置，供其他方面使用。
提高燃料燃烧效率的措施及意义
(1)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。
(2)提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节约资源、减少污染。
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
答案　C
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。③④⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。
4．将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是(　　)
①使煤充分燃烧，提高煤的利用率　②减少SO2的产生，避免造成“酸雨”　③减少有毒的CO产生，避免污染空气
④减少CO2的产生，避免“温室效应”
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②③④
答案　A
解析　煤块粉碎是为了提高煤的利用率；脱硫是为了减少SO2的产生；过量空气是为了减少CO的产生。
1．下列说法中错误的是(　　)
A．燃料的燃烧反应都是放热反应
B．一定量的燃料完全燃烧放出的热量比不完全燃烧放出的热量大
C．放热反应的逆反应一定是吸热反应
D．选择燃料只要考虑燃料热值的大小
答案　D
2．1 g氢气燃烧生成液态水时，放出142.9 kJ的热量。下列表示该反应的热化学方程式中，正确的是(　　)
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－142.9 kJ·mol－1
B．H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
C．2H2＋O2===2H2O
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝571.6 kJ·mol－1
答案　B
解析　1 g氢气燃烧生成液态水时，放出142.9 kJ的热量，ΔH<0，则1 mol H2燃烧生成液态水放出285.8 kJ的热量，故反应的热化学方程式为H2(g)＋O2(g)===H2O(l) 　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1或2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1。A项中热量计算错误，C项中没有注明物质的聚集状态，D项中ΔH应为负值。故正确答案为B。
3．已知H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g)　ΔH＝－92.3 kJ·mol－1，则反应2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)的ΔH为(　　)
A．92.3 kJ·mol－1
B．－92.3 kJ·mol－1
C．－184.6 kJ·mol－1
D．184.6 kJ·mol－1
答案　D
4．下列热化学方程式书写正确的是(　　)
A．2SO2＋O2===2SO3　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－517.6 kJ·mol－1
C．H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ
D．C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝393.5 kJ·mol－1
答案　B
解析　A项，未注明物质状态，错误；B项，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－517.6 kJ·mol－1，B正确；C项，ΔH的单位是kJ·mol－1，错误；D项，C(s)＋O2(g)===CO2(g)是放热反应，ΔH<0，错误。
5．(1)已知肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101 kPa、25 ℃时，0.5 mol液态肼与足量氧气反应，生成氮气和液态水，放出312 kJ的热量，写出该反应的热化学方程式________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知每千克氢气在常温常压下燃烧放出热量1.43×105 kJ，每千克汽油燃烧约放出热量4.6×104kJ，氢气被公认为是21世纪替代矿物燃料的理想能源，氢气作为能源的优点有：________________________________________________________________________。
答案　(1)N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－624 kJ·mol－1
(2)清洁无污染、来源广泛、放热效率高等
解析　(1)101 kPa、25 ℃时，0.5 mol液态肼与足量氧气反应，生成氮气和液态水，放出312 kJ的热量，则该反应的热化学方程式N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－624 kJ·mol－1。(2)由题意可知，相同质量的氢气和汽油，氢气提供的能量高，而且反应产物是水，清洁、无污染，制取氢气的原料来源广泛。
[基础过关]
题组一　化石燃料及其利用
1．下列说法不正确的是(　　)
A．当今社会人们所需的能量绝大部分是由化学反应产生的
B．目前，全球仍处于化石能源时代
C．人体生命活动所需要的能量，是由氧化还原反应提供的
D．凡是放出热量的化学反应均可用来造福人类
答案　D
2．减少酸雨的产生可以采取的措施有(　　)
①用煤作燃料　②把工厂烟囱建高　③燃料脱硫　④向已酸化的土壤中加入石灰　⑤开发新能源
A．①②③ B．②④⑤
C．③⑤ D．①③④⑤
答案　C
解析　本题主要考查化石燃料的使用，酸雨主要是大量燃烧化石燃料造成的，开发新能源可以减少化石燃料的使用，燃料脱硫可以减少二氧化硫的排放量，这些都是可行的措施，故正确答案为C。
3．近年来，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中你认为不妥当的是(　　)
A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．硅的来源丰富，易于开采
C．硅燃料放出的热量大，且燃料产物对环境污染较低，容易有效控制
D．寻找高效催化剂，使二氧化硅分解产生硅的同时释放能量，是硅能源大规模开发利用的一项关键技术
答案　D
解析　二氧化硅分解产生硅的同时吸收能量，无论多么高效的催化剂，也不会放出能量。
题组二　热化学方程式的意义及书写
4．工业生产水煤气的反应为C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝131.4 kJ·mol－1。下列判断正确的是(　　)
A．反应物能量总和大于生成物能量总和
B．CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(l)　ΔH＝－131.4 kJ·mol－1
C．水煤气反应中有NA个H—H键形成时吸收131.4 kJ的热量
D．生成1体积CO(g)吸收131.4 kJ热量
答案　C
解析　该反应是吸热反应，故反应物的总能量小于生成物的总能量，故A项不正确；该反应产物为液态水，根据题干热化学方程式可得CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(l)　ΔH＜－131.4 kJ·mol－1，故B项不正确；反应有NA个H—H键形成，即生成1 mol氢气吸收的热量为131.4 kJ，故C正确；由题干反应可知生成1 mol CO(g)吸收的热量为131.4 kJ,1体积CO(g)物质的量不是1 mol，故D项不正确。
5．根据碘与氢气反应的热化学方程式
(Ⅰ)I2(g)＋H2(g)((2HI(g)　ΔH＝－9.48 kJ·mol－1
(Ⅱ)I2(s)＋H2(g)((2HI(g)　ΔH＝26.48 kJ·mol－1
下列判断正确的是(　　)
A．254 g I2(g)中通入2 g H2(g)，反应放热9.48 kJ
B．1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJ
C．反应(Ⅰ)的产物比反应(Ⅱ)的产物能量高
D．反应(Ⅱ)的反应物总能量比反应(Ⅰ)的反应物总能量低
答案　D
解析　由于反应I2(g)＋H2(g)((2HI(g)为可逆反应，不能进行到底，因此254 g I2(g)中通入2 g H2(g)，反应放出的热量小于9.48 kJ，故A项不正确；1 mol固态碘比1 mol气态碘完全反应少放出的热量即为它们所含的能量差，其数值为35.96 kJ，故B项不正确；两个反应的产物相同，能量相同，故C不正确。
6．在25 ℃、101 kPa的条件下，5.2 g C2H2完全燃烧生成CO2和H2O(l)时放出259.92 kJ热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是(　　)
A.C2H2(g)＋O2(g)===CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝259.92 kJ·mol－1
B.C2H2(g)＋O2(g)===CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－259.92 kJ·mol－1
C．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝2 599.2 kJ·mol－1
D．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－2 599.2 kJ·mol－1
答案　B
解析　A项，反应是放热的，所以焓变是负数，故A错误；B项，5.2 g即＝0.2 mol C2H2完全燃烧生成CO2和H2O(l)时放出259.92 kJ热量，则C2H2(g)＋O2(g)===CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－259.92 kJ·mol－1，故B正确；C项，反应是放热的，所以焓变是负数，故C错误；D项，5.2 g即＝0.2 mol C2H2完全燃烧生成CO2和H2O(l)时放出259.92 kJ热量，则2 mol C2H2完全燃烧生成CO2和H2O(l)时放出2 599.2 kJ热量，2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－2 599.2 kJ·mol－1，而不是生成气态水，故D错误。
7．反应2C＋O2===2CO的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．12 g C(s)与一定量O2(g)反应生成14 g CO(g)放出的热量为110.5 kJ
B．2 mol C(s)与足量O2(g)反应生成CO2(g)放出的热量大于221 kJ
C．该反应的热化学方程式是2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
　ΔH＝－221 kJ
D．该反应的反应热等于CO分子中化学键形成所释放的总能量与O2分子中化学键断裂时所吸收的总能量的差
答案　B
解析　反应生成14 g CO(g)放出的热量为55.25 kJ；2 mol C(s)与O2(g)反应生成CO(g)时放出的热量为221 kJ，完全燃烧时放出的热量大于221 kJ；C项中ΔH＝－221 kJ·mol－1；D项中断裂的化学键还包括碳中的化学键。
题组三　反应热的简单计算
8．已知如下三个热化学方程式：
①H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝a kJ·mol－1
②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝b kJ·mol－1
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝c kJ·mol－1
关于它们的下列说法中正确的是(　　)
A．它们都是吸热反应 B．a、b、c均为正值
C．a＝b D．2b＝c
答案　D
解析　H2与O2化合生成H2O都是放热反应，a、b、c都是负值，1 mol H2完全反应生成水的状态不同，ΔH不同，a≠b。
9．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 O===O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
答案　C
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。由方程式H2(g)＋O2(g)===H2O(g)可设1 mol H—H键断裂吸收的能量为Q，则：Q＋×496 kJ－2×463 kJ＝－242 kJ，Q＝436 kJ。
10．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1；CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890 kJ·mol－1。现有H2与CH4的混合气体112 L(标准状况)，使其完全燃烧生成CO2和H2O(l)，若实验测得反应放热3 695 kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是(　　)
A．1∶1 B．1∶3 C．1∶4 D．2∶3
答案　B
解析　设H2与CH4的物质的量分别是x和y，则x＋y＝5 mol，571.6 kJ·mol－1×＋890 kJ·mol－1×y＝
3 695 kJ，解得x＝1.25 mol，y＝3.75 mol，故两者之比为1∶3。
[能力提升]
11．已知H2(g)＋O2(g)===H2O(g)，如图是1 mol H2燃烧的反应过程中能量变化示意图。
请回答下列问题：
(1)a、b、c分别代表什么意义？
a________________________________________________________________________；
b________________________________________________________________________；
c________________________________________________________________________。
(2)该反应是______(填“吸热”或“放热”)反应，H2燃烧的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
(3)氢气在氧气中燃烧，破坏1 mol H—H键吸收Q1 kJ的能量，破坏1 mol O===O键吸收Q2 kJ的能量，形成1 mol H—O键释放Q3 kJ的能量，则下列关系式正确的是________________。
A．2Q1＋Q2>4Q3
B．2Q1＋Q2<4Q3
C．Q1＋Q2D．2Q1＋Q2＝4Q3
答案　(1)a表示断裂1 mol H—H键和0.5 mol O===O 键所吸收的总能量　b表示形成2 mol H—O键所放出的总能量　c表示1 mol H2(g)和0.5 mol O2(g)完全反应生成1 mol H2O(g)放出的能量
(2)放热　2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－2c kJ·mol－1或ΔH＝－2(b－a) kJ·mol－1
(3)B
解析　(1)化学反应发生时，首先断裂反应物中的化学键，再形成生成物中的化学键，H2(g)和O2(g)与2H(g)和O(g)之间的能量差是H2(g)→2H(g)和O2(g)→O(g)过程中断开H—H键和O===O键需吸收的能量。故a表示断裂1 mol H—H键和0.5 mol O===O键所吸收的总能量。同理，b表示形成2 mol H—O键所放出的总能量，c表示1 mol H2(g)和0.5 mol O2(g)完全反应生成1 mol H2O(g)放出的能量。(2)所以该反应的热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－2c kJ·mol－1或ΔH＝－2(b－a) kJ·mol－1。
(3)氢气在氧气中燃烧的反应为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)，反应释放能量。在该反应中破坏2 mol H—H键、1 mol O===O键，形成4 mol H—O键，所以2Q1＋Q2<4Q3。
12．天然气的主要成分是CH4，甲烷燃烧时的能量变化如下图所示，已知1 mol H2O由气态变为液态时放出44 kJ的能量。请回答下述问题：
(1)写出甲烷燃烧生成液态水的热化学反应方程式：
________________________________________________________________________。
(2)8 g CH4完全燃烧时生成液态水放出的热量是____________ kJ。
答案　(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890 kJ·mol－1　(2)445
解析　由图知1 mol CH4完全燃烧生成气态水时放出热量为(882－80) kJ＝802 kJ，反应中生成2 mol气态水，其液化时放出热量44 kJ×2＝88 kJ，故ΔH＝－890 kJ·mol－1。
13．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。
(1)0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ热量，其热化学方程式为______________________________。
(2)家用液化气中主要成分之一是丁烷。当1 g丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时，放出热量50 kJ。试写出丁烷燃烧的热化学方程式：______________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)　ΔH＝－2 165 kJ·mol－1
(2)C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)
ΔH＝－2 900 kJ·mol－1
解析　(1)根据题意可知，1 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ×＝2 165 kJ热量，其热化学方程式为B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)
ΔH＝－2 165 kJ·mol－1。
(2)根据题意可知，1 mol丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时，放出热量50× kJ＝2 900 kJ，所以丁烷燃烧的热化学方程式为C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)　ΔH＝－2 900 kJ·mol－1。
14. (1)在25 ℃、101 kPa的条件下，
请回答下列有关问题：
①由H＋H―→H2，当生成1 mol H2时，要________(填“吸收”或“放出”)436 kJ的能量；由Cl2―→Cl＋Cl，当断裂1 mol Cl2中的共价键时，要________ (填“吸收”或“放出”) 243 kJ的能量。
②对于反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)，测得生成2 mol HCl(g)时，反应过程中放出183 kJ的热量，则断开1 mol H—Cl键所需的能量是________kJ。
③有两个反应：a.H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g)，b.H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g)。这两个反应的能量转化方式主要是________能转化为________能，相同物质的量的H2(g)、Cl2(g)反应生成相同质量的HCl(g)时，放出的能量________(填“相等”或“不相等)。
(2)根据图示的能量转化关系判断，生成16 g CH3OH(l)________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。
(3) 已知反应Cl2(g)＋3F2(g)===2ClF3(g)　ΔH＝－313 kJ·mol－1，F—F键的键能为159 kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242 kJ·mol－1，则ClF3中Cl—F键的键能为________ kJ·mol－1。
答案　(1)①放出　吸收　②431　③化学　热　相等 (2)放出　45.5　(3)172
解析　(1)①断裂化学键需要吸收能量，形成化学键需要释放能量。②断裂1 mol H—H键与1 mol Cl—Cl键吸收的能量之和，即436 kJ＋243 kJ＝679 kJ。设断开1 mol H—Cl键所吸收的总能量为E(H—Cl)，则生成2 mol H—Cl键所释放的总能量为2×E(H—Cl)，则有2×E(H—Cl)－(436 kJ＋243 kJ)＝183 kJ，所以E(H—Cl)＝431 kJ。③两个反应的能量转化形式主要是化学能转化为热能，一个具体反应释放能量的多少与反应条件无关，而与断开旧化学键和形成新化学键的能量变化有关，所以生成等量的产物所释放的能量相等。
(2)根据图示变化可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应属于释放能量的反应，生成1 mol　CH3OH(l)放出的能量为510 kJ－419 kJ ＝91 kJ,16 g CH3OH的物质的量为0.5 mol，故生成16 g CH3OH(l)放出的能量为45.5 kJ。
(3)ΔH＝242 kJ·mol－1＋3×159 kJ·mol－1－6E(Cl—F)＝－313 kJ·mol－1，解得Cl—F键的键能E(Cl—F)＝172 kJ·mol－1。
第1课时　化学能转化为电能
[学习目标定位]　1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能及原电池的构成条件。2.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。3.会书写简单的原电池的电极反应式及电池总反应方程式(离子方程式)。
一、原电池工作原理
按要求完成下列实验，并填表：
实验步骤
①
②
③
④
现象
锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡
锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流计指针发生偏转
两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流计指针不偏转
无现象
解释或说明
锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能
锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流
锌与稀硫酸反应产生氢气，但导线中无电流
乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应
根据上述实验回答下列问题：
1．装置②中能量是如何转化的？具备这种特点的装置名称是什么？
答案　化学能转化为电能；该装置称为原电池。
2．原电池的工作原理
①分析下图并填空：
原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
②能量转化过程：原电池在工作时，负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到电子，发生还原反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，即化学能转变为电能。
3．结合原电池工作原理及上述实验现象，分析原电池的构成条件是什么？
答案　理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是
①具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；
②溶液：两电极均插入电解质溶液中；
③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。
　
1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是______________________________________。
答案　DFG
解析　图中A、B都只有一个电极，C中是两个活动性相同的电极，E中酒精不是电解质溶液，H不能形成闭合回路，它们不属于原电池，属于原电池的只有D、F、G。
思维启迪　原电池的判定方法：一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活动性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。
2.在如图所示的装置中，a的金属活动性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是(　　)
A．碳棒上有气体放出，溶液中c(H＋)减小
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，电子从a极到b极
D．a极上发生了氧化反应
答案　B
解析　显然，电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活动性a＞b(碳棒)，所以a为原电池的负极，b为正极。电极反应式：a(负)极：a－ne－===an＋(氧化反应)；b(正)极：nH＋＋ne－===H2↑(还原反应)。由于正极放电消耗H＋，溶液中c(H＋)减小。在外电路中，电子由a极流向b极。
二、原电池原理的应用
1．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是______________________________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是_________________________________________。
(3)装置丙中溶液的pH变化是________。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是______________________________________。
答案　(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－===Cu
(3)增大　(4)D>A>B>C
解析　据图Ⅰ知活动性：A>B，A作负极，电极反应式为A－2e－===A2＋；据图Ⅱ知活动性：B>C，正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；据图Ⅲ知活动性：D>A，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故c(H＋)减小，pH增大。据Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ知活动性：D>A>B>C。
2.钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀，如图所示。回答下列问题：
(1)钢铁表面形成的电解质溶液中溶有O2，通常溶液呈中性或弱碱性。
(2)钢铁表面会形成无数微小的原电池，负极是Fe，正极是C。
(3)负极反应式是2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应式是2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
(4)总反应的化学方程式是2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，最终生成红色的铁锈(Fe2O3·xH2O)。
(5)金属跟电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
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。
1.利用原电池原理可比较金属活动性
作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。
2．形成原电池可改变化学反应速率
如金属表面形成原电池会加速金属被腐蚀，即金属易发生电化学腐蚀。
3．在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是(　　)
①Fe2＋转化为Fe3＋　②O2被还原　③产生H2
④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O　⑤杂质碳被氧化
A．只有①② B．只有②③④
C．①②③④ D．①②③④⑤
答案　C
解析　本题考查钢铁的电化学腐蚀。在腐蚀过程中，负极Fe－2e－===Fe2＋，正极O2或H＋得电子，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3失水形成铁锈。
4．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：
________________________________________________________________________。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，可用______作负极，______作正极，__________作电解质溶液。写出电极反应式：负极反应：____________________________________________；
正极反应：_________________________________________________。
答案　(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)铜　石墨　FeCl3溶液
Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
解析　该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应：
氧化反应(负极反应)：Cu－2e－===Cu2＋。
还原反应(正极反应)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。
故Cu作负极，活动性比Cu差的材料作正极，如Ag、C等，FeCl3溶液作电解质溶液。
　原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是
1．下列装置不能构成原电池的是(　　)
答案　C
解析　C选项中两种金属都不能和稀H2SO4发生自发的氧化还原反应，故C选项中装置不能构成原电池。
2．下列叙述正确的是(　　)
①原电池是把化学能转化成电能的一种装置
②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应
③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现
④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，能以原电池的形式来实现
A．①⑤ B．①④⑤ C．②③④ D．②⑤
答案　A
解析　①原电池是把化学能转化为电能的一种装置，①正确；②在发生反应时，原电池的正极要得到电子而发生还原反应，负极要失去电子而发生氧化反应，②错误；③铜与稀硫酸不能发生反应，若用铜作负极，碳棒作正极，稀硫酸作电解质溶液，组成原电池，此反应仍然不能发生，③错误；④碳棒可以用来作原电池的正极，④错误；⑤可以用铜作负极，碳棒作正极，AgNO3溶液作电解质溶液，组成原电池，此时即可发生反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，⑤正确。故A正确。
3．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是(　　)
A．两个装置都构成了原电池
B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池
C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生
D．产生气泡的速率甲比乙慢
答案　B
解析　甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；铜作正极，氢离子在铜极上得电子，生成氢气；总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合电路。构成原电池后生成氢气的速率加快。
4．X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为(　　)
A．X>Y>Z B．X>Z>Y
C．Y>X>Z D．Y>Z>X
答案　C
解析　根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知活泼性Y>X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知活泼性X>Z，故三种金属的活动性顺序为Y>X>Z。
5．在铜锌原电池中(如下图)，以硫酸铜为电解质溶液，锌为________极，电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_____________________________。
锌片上观察到的现象为______________________________________________；
铜为________极，电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式是________________________________________________________________________；
铜片上观察到的现象是______________________________________________，
原电池总反应的离子方程式为___________________________________________。
答案　负　氧化　Zn－2e－===Zn2＋　锌片溶解　正　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　铜极变粗　Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
解析　CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以铜极不断变粗，电池总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
[基础过关]
题组一　原电池的形成与判断
1．下列有关原电池的叙述中正确的是(　　)
A．把电能转变为化学能的装置
B．活泼金属作正极，不活泼金属或非金属作负极
C．外电路中电子从负极流向正极
D．正极发生氧化反应
答案　C
2．如下图，下列装置属于原电池的是(　　)
答案　C
解析　A中铁不能和KOH溶液反应，故不能形成原电池；B中酒精不是电解质溶液；C可以构成原电池；D中无两个电极和闭合回路。
3．一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是(　　)
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Zn
Cu
CuCl2
B
Cu
Zn
H2SO4
C
Cu
Zn
CuSO4
D
Zn
Fe
CuCl2
答案　C
解析　由总反应式知，Zn被氧化作原电池的负极，符合条件的有B、C两项，电解质溶液中Cu2＋＋2e－===Cu，B选项中是2H＋＋2e－===H2↑，故应选C。
题组二　原电池正极和负极的判断
4．如图所示装置，电流计指针发生偏转，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
答案　D
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和B两项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项A极变细，B项A极不变；C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项A极变细，D项A极变粗。
5．某学生用如图装置研究原电池原理，下列有关说法错误的是(　　)
A．图(3)中Zn片增重质量与Cu片减轻质量的比为65∶64
B．图(2)中如果两极上都有气体产生，则说明Zn片不纯
C．图(1)中铜片上没有气体产生
D．图(2)与图(3)中正极生成物的质量比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等
答案　A
解析　图(3)中Zn片作负极，发生氧化反应而溶解，质量减轻，Cu片作正极，Cu2＋在此电极上发生还原反应析出Cu，质量增加，A错误；图(2)中Zn作负极，铜作正极，溶液中的H＋在铜电极上生成H2，若Zn片不纯，会形成另一个原电池，Zn片表面也有气体生成，B正确；Cu与稀硫酸不反应，C正确；图(2)与图(3)中正极生成物分别是H2和Cu，两者质量比为1∶32时，物质的量之比n(H2)∶n(Cu)＝1∶1，转移电子的物质的量也相等，消耗锌片的质量相等，D正确。
6．如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是(　　)
实验后的记录：
①Zn为正极，Cu为负极
②H＋向负极移动
③电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu
④Cu极上有H2产生
⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H2 0.5 mol
⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
A．①②③ B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．②③④
答案　B
解析　在该原电池中，金属活动性Zn>Cu，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故转移1 mol电子时，产生H2 0.5 mol，在溶液中H＋向正极移动，SO向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。
题组三　原电池原理的应用
7．按下图装置进行实验，若x轴表示流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示(　　)
①c(Ag＋)　②c(NO)　③a棒的质量　④b棒的质量 ⑤溶液的质量
A．①③ B．②④ C．①③⑤ D．②④⑥
答案　A
解析　根据图中装置可判断，Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中，活泼金属Fe为负极，Ag为正极，Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应，所以银离子浓度减小，硝酸根浓度不变，①正确、②错误；在负极上金属铁本身失电子，即a棒质量减轻，③正确；正极b棒上析出金属银，即b棒质量增加，④错误；负极上金属铁本身失电子，正极Ag上析出金属银，所以溶液的质量是增加了Fe，但是析出了Ag，在转移电子数相等情况下，析出的金属质量多，所以溶液质量减轻，但不能为零，⑤错误。故A正确。
8．现有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P 用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　)
A．P>M>N>E B．E>N>M>P
C．P>N>M>E D．E>P>M>N
答案　A
解析　由①知，金属还原性：M>N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属还原性：P>M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属还原性：N>E。
题组四　钢铁的电化学腐蚀
9．钢铁生锈过程发生如下反应：①2Fe＋O2＋2H2O===
2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；
③2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。下列说法正确的是(　　)
A．反应①、②中电子转移数目相等
B．反应①中氧化剂是氧气和水
C．与铜质水龙头连接的钢质水管不易发生腐蚀
D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
答案　A
解析　反应①②中消耗O2的量相等，两个反应都仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确；①中H2O的H、O两元素的化合价都没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢质水管中的铁构成原电池，使钢质水管的腐蚀速率加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，D项错。
[能力提升]
10.在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡(如右图所示)。小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。
(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)____。
A．铁圈和银圈左右摇摆不定
B．保持平衡状态不变
C．铁圈向下倾斜
D．银圈向下倾斜
(2)产生上述现象的原因是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)写出反应的化学方程式：______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)D　(2)加入CuSO4溶液后，构成Fe－Ag原电池，铁溶解，质量减轻，Cu2＋在银圈上得电子，生成的Cu沉积在银圈上，质量增加　(3)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
解析　加入CuSO4溶液后，构成Fe－Ag原电池，Fe失电子作负极，质量减轻，Cu2＋在正极银圈上得电子，生成金属铜沉积在上面使其质量增加。
11．(1)现有如下两个反应：
(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋
①根据两反应本质，判断能否设计成原电池：________________________________。
②如果不能，说明其原因：________________________________________________
________________________________________________________________________。
③如果可以，则写出正、负极材料，电极反应式及反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：
负极：________，________________，________。
正极：________，________________，________。
(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池。
①负极材料是________(写名称)，电极反应为______________________________________
________________________________________________________________________。
②正极电极反应式为__________________________________________________。
③溶液中SO向________极移动。
答案　(1)①(A)不能，(B)可以　②(A)不是氧化还原反应，没有电子转移　③Cu　Cu－2e－===Cu2＋　氧化反应　碳棒、Ag、铂、金(任选一种)　2Ag＋＋2e－===2Ag　还原反应
(2)①铜　Cu－2e－===Cu2＋　②O2＋4e－＋4H＋===2H2O　③负
解析　(1)①只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(B)是氧化还原反应且能自发进行。
③根据电池反应式Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜不活泼的金属或能导电的非金属。
(2)该氧化还原反应中还原剂为Cu，故负极是铜，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，氧化剂是O2，故正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，溶液中阴离子SO向负极移动。
12．某同学利用生活中或实验室中常用的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计了一个原电池。请填写下列空白：
(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)实验用品：电极(铁钉、铜钉)、稀硫酸、烧杯、导线、耳机(或者电流计)。
(3)实验装置如图：
(4)原电池设计及注意的问题：
①按如图所示装置连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发生“嚓嚓嚓……”的声音。其原因是在原电池中，由化学能转化为____________，在耳机中又由__________转化为声音这种能量；
②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的________极，电极反应式为________________________________________________________________________，
发生了__________反应；铜钉应该接电流计的________极，电极反应式为__________________________________________，发生了________反应。
答案　(4)①电能　电能　②负　Fe－2e－===Fe2＋　氧化　正　2H＋＋2e－===H2↑　还原
解析　原电池是将化学能转变为电能的装置，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼材料作正极，发生还原反应。电流计正极应接原电池正极，电流计负极应接原电池负极。
13．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。
编号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
1
Al、Mg
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀盐酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氢氧化钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
试根据上表中的实验现象回答下列问题：
(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？____________。
(2)由实验3完成下列填空：
①铝为________极，电极反应式：_____________________________________________；
②石墨为________极，电极反应式：________________________________________；
③电池总反应式：________________________________________。
(3)实验4中铝作负极还是正极？________，理由是______________________________
__________________________________________________________。
写出铝电极的电极反应式：______________________________________________。
(4)解释实验5中电流计指针偏向铝的原因：__________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：_____________________。
答案　(1)否　(2)①负　2Al－6e－===2Al3＋　②正
6H＋＋6e－===3H2↑　③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)负极　在NaOH溶液中，活动性Al＞Mg　Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O
(4)Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中活动性Zn＞Al，Al是原电池的正极
(5)①另一个电极材料的活动性；②电解质溶液
解析　在稀盐酸中的活动性Mg＞Al、Al＞Cu。由实验1和2可知，原电池中电流计指针是偏向正极。在实验3中电流计指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负极，石墨是正极，化学反应是Al失去电子被氧化为Al3＋，盐酸中的H＋得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中活动性Al＞Mg，则Al是负极，Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中活动性Zn＞Al，Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中电流计指针偏向铝。
第2课时　发展中的化学电源
[学习目标定位]　1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。
一、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为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质。
(2)原理：锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。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。
(3)缺陷：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的腐蚀。
改进措施：①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。
2．充电电池
(1)充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是化学能电能。
(2)常见的充电电池
①铅蓄电池
常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。
②镍镉电池
以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。
③碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
3．燃料电池
(1)燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。
(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。
(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O(氧化反应)；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)；
总反应：2H2＋O2===2H2O。
化学电池的基本类型
(1)活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。
(2)两电极都参加反应，如铅蓄电池。
(3)两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。
1．下列电池工作时，O2在正极得电子的是(　　)
A
B
C
D
锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
镍镉电池
答案　C
2．汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是(　　)
A．Pb是正极
B．PbO2得电子，被氧化
C．负极反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4
D．电池放电时，溶液的酸性增强
答案　C
解析　从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。
二、原电池电极反应式的书写方法
1．负极反应式的书写
先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。
(1)锌锰干电池(Zn—C—NH4Cl)的负极是Zn，其负极反应特点是锌本身失去电子生成Zn2＋，Zn2＋与电解质溶液成分不反应，负极反应式是Zn－2e－===Zn2＋。
(2)铅蓄电池(Pb—PbO2—H2SO4)的负极是Pb，其负极反应特点是Pb失去电子生成Pb2＋，Pb2＋与电解质溶液中的SO反应生成PbSO4，负极反应式是Pb－2e－＋SO===PbSO4。
(3)氢氧燃料电池(Pt—Pt—KOH)的负极是Pt，其负极反应特点是Pt为惰性电极，燃料氢气失去电子生成H＋，H＋与电解质溶液中的OH－反应生成H2O，负极反应式是H2－2e－＋2OH－===2H2O。
2．正极反应式的书写
(1)首先判断在正极发生反应的物质
①当负极材料与电解质溶液能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；
②当负极材料与电解质溶液不能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。
(2)然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应要书写叠加式。
(3)甲烷燃料电池用铂作电极插入KOH溶液中，其正极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－；铜锌原电池(Zn－Cu－H2SO4)的正极反应式是2H＋＋2e－===H2↑。
书写原电池电极反应式时注意的问题
(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。
(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。
(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。
3．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　)
A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO
D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
答案　B
解析　由总反应i＋nO2===LnO2可知，Li元素在反应后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－===MnO。
4．燃料电池是目前电池研究的热点之一。
现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是(　　)
A．a极是负极，该电极上发生氧化反应
B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C．总反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2O
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
答案　B
解析　a极通H2为负极，电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应，A正确；b极通O2为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B不正确；正、负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O，C正确；氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源，D正确。
思维启迪　从理论上讲，凡是可燃物的燃烧反应都可以设计成原电池，所以燃料电池的燃料除H2外，还可以用CH4、甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)、肼(N2H4)等，燃料电池的正极反应物一般为氧气。电解质不同，电极反应就不同，如
①氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质，其放电原理为
负极(H2)反应式：2H2－4e－＋4OH－===4H2O(氧化反应)
正极(O2)反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)
电池总反应式：2H2＋O2===2H2O
②氢氧燃料电池以酸性溶液为电解质，其放电原理为
负极(H2)反应式：2H2－4e－===4H＋(氧化反应)
正极(O2)反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(还原反应)
电池总反应式：2H2＋O2===2H2O
③CH4、CH3OH、
C2H5OH燃料电池—
④N2H4燃料电池―→产物是N2和H2O。

1．随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是(　　)
A．利用电池外壳的金属材料
B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中的石墨电极
答案　B
解析　回收电池的主要目的是防止对环境的污染。
2．下列有关电池的说法不正确的是(　　)
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
答案　B
解析　电池中电子由负极流向正极，B项电子应从Zn电极流向Cu电极。
3．已知空气－锌电池的电极反应为
锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
碳棒：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。据此判断，锌片是(　　)
A．正极，被还原 B．正极，被氧化
C．负极，被还原 D．负极，被氧化
答案　D
4．“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是(　　)
A．镁片作为正极
B．食盐水作为电解质溶液
C．电池工作时镁片逐渐被消耗
D．电池工作时实现化学能向电能的转化
答案　A
解析　电极反应式为
负极：2Mg－4e－===2Mg2＋，
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
5．有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中一定浓度的O2和H2O进行工作。
(1)负极材料是________，电极反应为______________________________________。
(2)正极材料是________，电极反应为_____________________________________。
答案　(1)锌　2Zn－4e－===2Zn2＋
(2)铂　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析　以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，正极是铂，负极是锌，电解质溶液是人体血液，工作时，负极锌被氧化，血液中的O2得到电子被还原。正极的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；负极的反应为2Zn－4e－===2Zn2＋。
[基础过关]
题组一　化学电源及其回收利用
1．对化学电源的叙述正确的是(　　)
A．化学电源比火力发电对化学能的利用率高
B．化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位
C．化学电源均是安全、无污染的
D．化学电源即为可充电电池
答案　A
解析　由于是化学能与电能的直接转化，节省了许多中转环节，所以化学电源对化学能的利用率比火力发电高得多，但火力发电仍居世界耗电量的首位；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染；有些化学电源是可充电电源(如镍镉电池)，有些是不可充电的(如干电池)。
2．下列化学电池不易造成环境污染的是(　　)
A．氢氧燃料电池 B．锌锰电池
C．镍镉电池 D．铅蓄电池
答案　A
3．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想将其变废为宝，以下他的想法你认为不正确的是(　　)
A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气
B．碳棒取出洗净用作电极
C．把铜帽取下洗净回收利用
D．电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥施用
答案　D
解析　虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。
题组二　常用化学电源
4．下列说法正确的是(　　)
A．镍镉电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池
B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C．化学电池的反应基础是氧化还原反应
D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2
答案　C
解析　碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。
5．日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论不正确的是(　　)
A．干电池内发生的是氧化还原反应
B．锌为负极，碳为正极
C．工作时，电子由碳极经过外电路流向锌极
D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器
答案　C
解析　由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼(指金属活动性强)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确；在外电路中，电子从负极流向正极，故选项C不正确；长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而生成H2O，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，选项D正确。
6．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，电解质溶液是强碱溶液。下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　)
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液的c(OH－)不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
答案　D
解析　O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式；燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小。
题组三　新型化学电源
7．据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正确的是(　　)
A．锌为正极，空气进入负极反应
B．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋
C．正极发生氧化反应
D．电解液为强酸
答案　B
解析　Zn与O2反应的电子转移情况为所以Zn作负极，负极发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。O2是正极反应物，发生还原反应。若电解液是强酸，电池的化学反应不是2Zn＋O2===2ZnO，而是Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
8．一种微生物燃料电池的结构示意图如下，关于该电池的叙述正确的是(　　)
A．电池工作时，电子由a流向b
B．微生物所在电极区放电时发生还原反应
C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区
D．正极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O
答案　D
解析　因为右侧产生CO2，说明微生物所在的电极区Cm(H2O)n失电子生成CO2，电池工作时电子由b极经外电路流向a极，A错误；微生物所在电极区放电时发生氧化反应，B错误；放电时阳离子向正极移动，C错误；放电时正极发生还原反应，D正确。
9．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)
A．有O2放电的a极为电池的负极
B．O2－移向电池的正极
C．b极对应的电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O
D．a极对应的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
答案　C
解析　在燃料电池中，有O2放电的a极为原电池的正极，A错误；在燃料电池中，O2－移向电池的负极，B错误；在燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O，C正确；a极是正极，氧气在正极得电子，则对应的电极反应为O2＋4e－===2O2－，D错误。
10．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为
3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
下列叙述不正确的是(　　)
A．放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．放电时正极反应为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－
C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强
答案　C
解析　高铁电池放电时为原电池，依据原电池工作原理，放电时负极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，用总式减去负极反应式即得正极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－，放电时每转移3 mol电子，正极有 1 mol K2FeO4被还原。
[能力提升]
11．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。
(1)该电池的负极是________，负极反应式是____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)正极现象是______________________________________________。
(3)放电时OH－向________(填“正极”或“负极”)移动。
答案　(1)锂　Li－e－===Li＋　(2)有无色气体产生　(3)负极
解析　金属锂比铁活泼，作原电池的负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，LiOH溶液中的阳离子有Li＋和H＋，由于氧化性：H＋＞Li＋，所以正极反应是2H＋＋2e－===H2↑，正极产生无色气体；在原电池的放电过程中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以OH－向负极移动。
12．如图为原电池装置示意图。
(1)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，作负极的分别是________。
A．铝片、铜片 B．铜片、铝片
C．铝片、铝片 D．铜片、铜片
写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：
________________________________________________________________________。
(2)若A为Pb，B为PbO2，电解质为H2SO4溶液，工作时的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。写出B电极反应式：_____________________________
________________________________________________________________________；
该电池在工作时，A电极的质量将________(填“增加”“减小”或“不变”)。若该电池反应消耗了0.1 mol H2SO4，则转移电子的数目为________。
(3)若A、B均为铂片，电解质为KOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，写出A电极反应式：_________________________________________；
该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将________(填“增强”“减弱”或“不变”)。
答案　(1)B　Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O
(2)PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O　增加　 0.1NA
(3)H2＋2OH－－2e－===2H2O　减弱
解析　(1)铝遇浓硝酸钝化，铜能与浓硝酸反应，故此时作负极的是铜片；铝能与烧碱溶液反应，铜不能，此时作负极的是铝片；铝在烧碱溶液中失去电子后结合OH－生成AlO。(2)B为PbO2，得到电子后结合溶液中的SO生成难溶的PbSO4：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；同样A极也生成PbSO4，故质量会增加；由总反应可知消耗2 mol H2SO4时，转移2 mol电子，故消耗0.1 mol H2SO4时转移电子的数目为0.1NA。(3)碱性条件下电极反应式中不能出现H＋，只能出现OH－；因为电池反应最终生成了水，对KOH溶液有稀释作用，故溶液的碱性将减弱。
13．Ⅰ.观察图A、B，回答下列问题：
(1)把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡产生，再平行插入一块铜片，可观察到铜片________(填“有”或“没有”)气泡产生。再用导线把锌片和铜片连接起来(见图A)，组成一个原电池，正极的电极反应式为_____________________
________________________________________________________________________。
(2)如果烧杯中最初装入的是2 mol·L－1 500 mL的稀硫酸，构成铜锌原电池(见图B，假设产生的气体没有损失，锌失去的电子完全沿导线到铜电极)，当在标准状况下收集到11.2 L的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度分别为(溶液体积变化忽略不计)______、________。
Ⅱ.将铜粉末用10% H2O2和3.0 mol·L－1稀硫酸混合溶液处理，测得不同温度下铜的平均溶解速率如下表：
温度(℃)
20
30
40
50
60
70
80
铜的平均溶解速率
(×10－3mol·L－1·min－1)
7.34
8.01
9.25
7.98
7.24
6.73
5.76
由表中数据可知，当温度高于40 ℃时，铜的平均溶解速率随着温度的升高而下降，其主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　Ⅰ.(1)没有　2H＋＋2e－===H2↑
(2)c(H2SO4)＝1 mol·L－1
c(ZnSO4)＝1 mol·L－1
Ⅱ.温度越高，双氧水越容易分解
14．Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质溶液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为____________，发生的电极反应为_____________________。
(2)电池正极发生的电极反应为______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_________________________________________
________________________________________________________________________，
反应的化学方程式为___________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是
________________________________________________________________________。
答案　(1)Li　Li－e－===Li＋
(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
(3)出现白雾，有刺激性气味的气体生成
SOCl2＋ H2O===SO2 ↑＋ 2HCl↑
(4)构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应
解析　分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂 ，SOCl2为氧化剂。
(1)负极材料为Li(还原剂)，发生反应：Li－e－===Li＋。
(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl，所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。
(4)因为构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应。
第3课时　电能转化为化学能
[学习目标定位]　1.知道电解的原理和电解池的形成条件，会分析电解的应用。2.能熟练书写电解池的电极反应式和电解反应方程式。
一、电解池的构成条件及工作原理
1．下图为电解氯化铜溶液的实验装置。
(1)通电数分钟后，阴极观察到的现象是有红色物质析出；阳极观察到的现象是有黄绿色刺激性气味气体产生。
(2)实验原理分析与讨论
①通电前，氯化铜溶液中存在的离子是Cu2＋、Cl－、H＋、OH－。
②通电后，移向阴极的离子是Cu2＋、H＋，移向阳极的离子是Cl－、OH－。
③阴极电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，阳极电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑。
(3)反应的化学方程式是CuCl2Cu＋Cl2↑。
2．根据上述实验，讨论回答下列问题：
(1)上述实验装置中的能量变化是电能转化为化学能，化学上把具备这种特点的装置称为电解池。
(2)电解池的构成条件是①直流电源，②两个固体电极，③电解质溶液或熔融电解质，④构成闭合回路。
(3)电极名称与电极反应
①阴极是与电源负极相连的电极，发生还原反应。
②阳极是与电源正极相连的电极，发生氧化反应。
3．从装置上比较原电池与电解池的区别是什么？
答案　原电池中没有外加电源，电解池中有外加电源。

电解池的工作原理及电解的概念
(1)电解池的工作原理
(2)电解是在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
1．下列关于电解池的说法正确的是(　　)
A．电源的负极就是阴极
B．与直流电源正极相连的是电解池的阴极
C．与直流电源负极相连的电极上发生还原反应
D．阳极上发生还原反应
答案　C
解析　解答本题需了解电解池阴、阳极的判断及电解的特点。电解池的阴、阳极是根据直流电源的正、负极确定的。与电源负极相连的电极为电解池的阴极，该电极上发生还原反应；与电源正极相连的电极为电解池的阳极，该电极上发生氧化反应。
思维启迪　电解池电极名称的判断方法
2．如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列判断中正确的是(　　)
A．a为负极、b为正极
B．a为阳极、b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
答案　C
解析　由于电流从电源正极流出，故a为电源的正极，b为电源的负极，A项错误；电源称正、负极，B项错误；Cu2＋向阴极移动，d电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，在阴极上析出Cu，所以d电极质量增加，C项正确；Cl－向阳极移动，c电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，导致溶液中c(Cl－)降低，D项错误。
二、电解原理的应用
1．下图为冶炼金属钠电解槽示意图。
(1)熔融氯化钠中存在的微粒：Na＋、Cl－。
(2)通电后离子的运动：
阳离子Na＋(填离子符号)移向阴极；
阴离子Cl－(填离子符号)移向阳极。
(3)电极反应式：
阴极：2Na＋＋2e－===2Na，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
(4)结论：熔融的氯化钠在直流电作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2。
2．下图为铜的电解精炼示意图。
回答下列问题：
(1)写出阴极和阳极上的电极反应式。
答案　阴极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu；阳极反应式是Cu－2e－===Cu2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Zn－2e－===Zn2＋。
(2)铜的精炼过程中，粗铜中的杂质(锌、铁、金、银等)是怎样被除去的？
答案　粗铜中的锌、铁等比铜活泼的金属发生氧化反应溶解变成金属阳离子进入溶液；银、金等不如铜活泼的金属，在电解过程中不发生反应，沉积在电解池的底部形成阳极泥；而阴极只有Cu2＋放电，Zn2＋、Fe2＋等留在电解质溶液中。
(3)从阳极沉积下来的阳极泥中含有哪些金属？
答案　不如铜活泼的金属金、银等。
(4)在电解过程中电解质CuSO4溶液浓度发生怎样的变化？
答案　电解过程中电解质CuSO4溶液的浓度减少，需及时补充。
电解产物的判断——“先看阳极材料，再看离子放电顺序”
1. 阳极产物的判断
(1)活性金属电极(金属活动性顺序表中在Ag之前)，电极金属失电子，生成对应的金属阳离子，阴离子不放电。
(2)惰性电极(Au、Pt、石墨)，溶液中的阴离子失电子，生成对应的非金属单质或高价化合物。
阴离子放电顺序：
2．阴极产物的判断
不管阴极的电极材料如何，都只起传导电子的作用，所以在阴极上，一定是阳离子得电子。阳离子得电子顺序可依据金属活动性顺序确定。
阳离子放电顺序：
3．下列关于电解精炼铜的叙述中不正确的是(　　)
A．粗铜板：阳极
B．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu
C．粗铜中所含Ni、Fe、Zn、Ag等杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥
D．电解铜的纯度可达99.95%～99.98%
答案　C
解析　电解精炼铜时，比金属铜活泼的金属锌、铁、镍会先于金属铜失电子，比金属铜活泼性差的Pt、Ag等固体会沉积下来形成阳极泥。
思维启迪　电解池问题解答思路
判断阴、阳电极→观察电极材料→分析放电顺序→确定电极产物→解答。
4．下列有关电化学的图示，完全正确的是(　　)
答案　D
解析　原电池中活泼金属作负极，A错；电解精炼铜粗铜作阳极，B错；电镀中镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，C错；D对。
1．如图所示装置中，属于电解池的是(　　)
答案　C
解析　若要形成电解池必须具备以下条件：①有一个外加直流电源；②有两个电极与电源相连；③形成闭合电路。
2．关于电解池的叙述不正确的是(　　)
A．与电源正极相连的是电解池的阳极
B．电解质溶液中的阳离子向阴极移动
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，再经电解质溶液流入电解池的阳极
答案　D
解析　与电源正极相连的是电解池的阳极，电解池中的阴离子移向阳极，失去电子发生氧化反应，A、B、C正确；电子由电源负极流向电解池阴极，不能经电解质溶液流向电解池的阳极，D错误。
3．某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是(　　)
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为
Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
C．电解一段时间后，石墨电极质量不变
D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
答案　B
解析　铜作阳极：Cu－2e－===Cu2＋，铜电极上无H2产生，A错误；石墨作阴极：2H＋＋ 2e－===H2↑，所以电解初期总方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑，电解一段时间后，溶液中Cu2＋浓度增大，并不断向阴极定向移动，故石墨电极上有铜析出，B正确、C错误；在电解开始阶段，2H＋＋ 2e－===H2↑，H＋的浓度减小，D错误。
4．有关下图的说法正确的是(　　)
A．构成原电池时溶液中的SO移向Cu电极
B．构成原电池时Cu极反应式： Cu－2e－===Cu2＋
C．要使Fe极不被腐蚀，Cu片换Zn片或a接直流电源负极
D．a和b分别接直流电源正、负极，Fe片上有气体产生
答案　C
解析　根据金属活动性顺序表可知，Fe比Cu活泼，则构成原电池时，外电路中Fe是流出电子的负极，Cu是流入电子的正极，内电路中带负电的SO移向负极，带正电的Cu2＋移向正极，故A项不正确；构成原电池时，Cu2＋移向正极，并且在正极上得到电子发生还原反应，析出单质铜覆盖在正极表面，即Cu2＋＋2e－===Cu，故B项不正确；保护Fe极的方法就是使其作正极或阴极，可以与比Fe活泼的金属构成原电池，或者与直流电源的负极相连，故C项正确；D项中构成电解池时，Fe极为阳极，Cu极为阴极，Fe片上的反应为Fe－2e－===Fe2＋，Cu2＋移向阴极，并且在阴极上得到电子发生还原反应，析出单质铜覆盖在阴极表面，即Cu2＋＋2e－===Cu，故D项不正确。
5．如图所示，A、B两个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。

(1)A、B两个装置中属于原电池的是________，属于电解池的是________。
(2)A池中Zn是________极，发生________(填“氧化”或“还原”， 下同)反应，电极反应式为________________________________________________________________________。
Cu是__________极，发生____________反应，电极反应式为___________________________。
A池中总的化学方程式为___________________________________________。
(3)B池中C是________极，发生________反应，电极反应式为____________________________。Pt是________极，发生________反应，电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
B池中总的化学方程式为_____________________________________________。
答案　(1)A　B
(2)负　氧化　Zn－2e－===Zn2＋　正　还原
Cu2＋＋2e－===Cu　Zn＋CuCl2===ZnCl2＋Cu
(3)阴　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　阳　氧化
2Cl－－2e－===Cl2↑　CuCl2Cu＋Cl2↑
解析　由装置图和题给条件知，A为原电池，B为电解池。对于原电池，活泼电极作负极，负极发生氧化反应，不活泼电极作正极，正极上发生还原反应。对于电解池，与电源负极相连为阴极，阴极上发生还原反应， 与电源正极相连为阳极，阳极上发生氧化反应。
[基础过关]
题组一　电解池的工作原理
1．下列关于电解池形成的闭合回路的叙述中，不正确的是(　　)
A．电解池中的闭合回路是由电子的定向运动形成的
B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极
C．在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动
D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等
答案　A
解析　电解池中电解质溶液依靠阴、阳离子的定向移动而导电。
2．以下能用电解原理说明的是(　　)
①电解是把电能转化成化学能　②电解是把化学能转化成电能　③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化　④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现　⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生
A．①②③④ B．②③⑤
C．③④ D．①③④⑤
答案　D
3．用惰性电极Pt电解下列物质的溶液，阴极上有金属析出的是(　　)
A．Na2SO4 B．NaCl C．AgNO3 D．KOH
答案　C
4．如图电解池中装有硫酸铜溶液，选用不同材料的电极进行电解。下列说法正确的是(　　)
选项
电极材料
通电后的变化
阴极
阳极
A
石墨
石墨
阴极质量增加，溶液的酸性减弱
B
铜
铜
阳极质量减小，阴极质量增加
C
铁
铁
两极的质量不发生变化
D
铂
铁
阴极质量不变
答案　B
解析　A项，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，溶液中有H2SO4生成，溶液酸性增强，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阴极质量增加；B项，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此阳极质量减小，阴极质量增加；C项，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此阳极质量减小，阴极质量增加；D项，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此阳极质量减小，阴极质量增加。
题组二　电解原理的应用
5．下列描述中，不符合生产实际的是(　　)
A．电解熔融的Al2O3制取铝，用石墨作阳极
B．电解法精炼铜，用纯铜作阴极
C．工业上电解饱和食盐水，可制得烧碱、氢气和氯气
D．电解氯化镁溶液，可制得镁和氯气
答案　D
解析　电解氯化镁溶液阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，无金属镁生成。工业上通过电解熔融氯化镁制取镁与氯气。
6．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑。则下列关于该装置的有关说法正确的是(　　)
A．该装置可能是原电池，也可能是电解池
B．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸
C．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极
D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸
答案　C
解析　该反应不能自发进行，只有在外加电源的条件下发生，故该装置为电解池，且铜作阳极。
7．以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是(　　)
A．电能全部转化为化学能
B．粗铜接电源正极，发生还原反应
C．溶液中Cu2＋向阳极移动
D．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
答案　D
解析　电解精炼铜过程中电能转变为化学能的同时，部分电能转化为热能，A错；电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，B错误；电解过程中Cu2＋向阴极移动，C错；粗铜中Ag、Pt、Au放电能力比铜弱，形成阳极泥，可以回收，D对。
8．下列各组溶液电解一段时间后，再加入相关物质，溶液能恢复原状况的是(　　)
选项
电解质溶液
阳极
阴极
加入的物质
A
NaCl溶液
碳
铁
盐酸
B
NaOH溶液
碳
碳
水
C
硫酸铜溶液
碳
碳
硫酸铜
D
硫酸
铁
碳
H2O
答案　B
解析　电解过程中，损耗什么物质，补充什么物质。但往往是两极损耗物质的化合物。
对于A，在阳极产生Cl2，在阴极产生H2，应补充H、Cl元素，但加入H2、Cl2显然不行，应加HCl，本例中加盐酸则多引入了水；
对于B，只电解了水，补充水是正确的；
对于C，阳极放出O2，阴极析出Cu，应补充CuO；
对于D，因阳极材料是铁，所以电极反应式是
阳极：Fe－2e－===Fe2＋，
阴极：2H＋＋2e－===H2↑。
按理应补H去Fe，其实这种变化加一种物质无法恢复。
9．用Pt作电极电解下列某种溶液，当阳极生成112 mL气体时，阴极上析出0.64 g金属。则该电解池中溶质可能是(　　)
A．CuSO4 B．MgSO4
C．Al2(SO4)3 D．Na2SO4
答案　A
解析　因Mg2＋、Al3＋、Na＋的氧化性弱于H＋，故水溶液中三种离子不放电，即不会析出金属，只有A能析出金属Cu，正确。
10．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念，设计制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
答案　A
解析　根据方程式可知，铜失去1个电子，发生氧化反应，所以铜和电源的正极相连，作阳极，则石墨是阴极。溶液中的氢离子得到电子，产生氢气，A项正确、B项和C项不正确；当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，所以D项不正确。
[能力提升]
11．根据如图所示电化学实验装置图，回答下列问题。
(1)若只闭合S1，该装置属于________，能量转化形式为________，锌极作________极。
(2)若只闭合S2，该装置属于________，能量转化形式为________，锌极上所发生反应的电极方程式为________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若只闭合S3，该装置属于________，铜极作________极，锌极上所发生反应的电极方程式为____________，总反应的化学方程式为____________________。
答案　(1)原电池　化学能转化为电能　负　(2)电解池　电能转化为化学能　Zn－2e－===Zn2＋　
(3)电解池　阳　2H＋＋2e－===H2↑　Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
解析　(1)若只闭合S1，没有外接电源，则Zn、Cu、稀硫酸构成原电池，该装置将化学能转化为电能，较活泼的锌作负极。
(2)若只闭合S2，装置中有外接电源，该装置为电解池，将电能转化为化学能，与电源正极相连的锌极作阳极，锌被氧化。
(3)若只闭合S3，该装置为电解池，与电源正极相连的铜极作阳极，铜被氧化，溶液中的H＋在阴极(锌极)上被还原为H2。
12．如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。
(1)正极为________(填“a”或“b”)，阳极为________(填“c”或“d”)。
(2)阳极反应式为_____________________________________________
________________________________________________________________________，
检验该阳极产物的方法是________。
(3)电解一段时间后发现阴极增重6.4 g，则外电路中通过的电子的物质的量是________ mol，若该电解反应所需的电子全部由氢氧燃料电池提供，则至少需要消耗________L氢气(标准状况下)才能满足需要。
答案　(1)a　c　(2)2Cl－－2e－===Cl2 ↑　用湿润的淀粉碘化钾试纸放在该电极附近，试纸变蓝　(3)0.2　2.24
13．电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则：
①电解池中X极上的电极反应式为__________________________________________。在X极附近观察到的实验现象是_________________________________________
________________________________________________________________________。
②Y电极上的电极反应式为_______________________________________________。
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
①X电极的材料是__________________，电极反应式为
________________________________________________________________________。
②Y电极的材料是________，电极反应式为_______________________________________
______________________。
(说明：杂质发生的电极反应不必写出)
答案　(1)①2H＋＋2e－===H2↑　放出气体，溶液变红
②2Cl－－2e－===Cl2↑
(2)①纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu
②粗铜　Cu－2e－===Cu2＋
解析　(1)用惰性电极电解饱和食盐水时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑。X极反应产物为H2和NaOH，H2逸出，NaOH使溶液呈现碱性，加入酚酞变红，Y极产生氯气，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。
14．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
(1)甲装置的名称是________ (填“原电池”或“电解池”)，Zn为________极，Pt为________极。
(2)写出电极反应式： Pt极_______________________________________________，
Cu极______________________________。当甲中产生0.1 mol气体时，乙中析出铜的质量应为________________________________________________________________________。
(3)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，电键闭合一段时间后，乙中溶液的颜色________(填“变深”、“变浅”或“不变”)。
答案　(1)原电池　负　阳　(2)2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－=== H2↑　6.4 g　(3)不变
解析　(1)由图中的铜、锌两种电极和电解质稀硫酸构成闭合电路知：该装置为原电池，Zn活泼，则Zn作负极；乙为电解池，Pt作阳极。
(2)甲装置为原电池，乙装置为电解池，石墨和铂都为惰性电极，连接电源正极的铂电极为电解池的阳极，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cu为原电池的正极，发生还原反应：2H＋＋2e－=== H2↑。连接电源负极的碳电极为电解池的阴极，发生：Cu2＋＋2e－===Cu，根据电子守恒，当甲中产生0.1 mol气体时，铜正极上发生2H＋＋2e－===H2↑，转移0.2 mol电子，根据Cu2＋＋2e－===Cu，乙中析出铜0.1 mol，即6.4 g。
(3)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，电键闭合一段时间后，为电镀池，阳极铜溶解Cu－2e－===Cu2＋，阴极铜上铜离子得电子析出金属铜Cu2＋＋2e－===Cu，溶液中铜离子颜色为蓝色，溶液中c(Cu2＋)不变，所以颜色不变。
第四单元　太阳能、生物质能和氢能的利用
[学习目标定位]　1.知道能源的分类。2.认识开发利用清洁高效新能源的重要意义。
一、太阳能的利用
1．下图是太阳能的转化关系图
观察分析上图，回答下列问题：
(1)地球上最根本的能源是太阳能，太阳能可以转化为各种不同的能量，如热能、风能、生物质能等。自然界中利用太阳能最重要也是最成功的途径是植物的光合作用。
(2)目前，世界所需的能源大多来自于石油、煤、天然气，它们是由远古生物掩埋在地下深处历经几百万年演变所形成的。
(3)在太阳光作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素，把光能转化为化学能，动物摄入体内的淀粉、纤维素能水解转化为葡萄糖，葡萄糖氧化生成水和二氧化碳，释放出热量，供给生命活动的需要。
2．阅读教材内容，回答下列问题：
(1)直接利用太阳能的方式有哪些？
答案　直接利用太阳辐射能，基本方式有：
①光—热转换，如太阳能热水器等；
②光—电转换，如太阳能电池等；
③光—化学能转换；
④光—生物质能转换。
(2)举例说明太阳能可间接转化为机械能、电能或化学能。
答案　①太阳能间接转化为机械能和电能。如太阳辐射能使地表水分蒸发形成云雨，汇成江、河，上游的水位提高，形成落差，推动水轮机发电。
②太阳能间接转化为化学能。如矿物燃料由远古时代的生物质能转化而来，归根到底是由太阳能转化而来。
1.人类生命活动使用的能量主要来源于太阳能
2．被广泛开发利用的理想能源——太阳能
(1)数量巨大；(2)时间长久；(3)普照大地；(4)清洁安全。
1．下列有关太阳能的说法不正确的是(　　)
A．太阳能以光波形式传送到地面
B．化石燃料蕴藏的能源来自太阳能
C．太阳能是洁净能源，不污染环境
D．食用植物体内的淀粉、蛋白质等属直接利用太阳能
答案　D
2．下列能源物质中不是源于太阳能的是(　　)
A．煤炭 B．水能 C．地热能 D．沼气
答案　C
解析　煤炭是远古植物吸收太阳能固定下来的能量，是储存在地壳中的“太阳能”；水能是地球上的水经过植物的光合作用、新陈代谢等生命活动推动了地球上水的循环，所以水能是间接的来自于太阳能；沼气是植物吸收太阳能转化成化学能，储存在植物体内，经过细菌的腐化而产生的，也是太阳能的转换。
二、生物质能的利用
1．阅读教材回答：生物质能的来源是什么？你所熟悉的生物质有哪些？
答案　生物质能来源于植物及其加工产品所储存的能量。
生物质包括农业废弃物(如植物的秸秆、枝叶)、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。
2．举例说明生物质能利用的方式主要有哪几种？
答案　生物质能利用的方式主要有三种：
(1)直接燃烧——燃烧植物枝叶获得热量：
(C6H10O5)n＋6nO26nCO2＋5nH2O
(2)生物化学转换——用淀粉制取燃料乙醇
(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6
C6H12O62CH3CH2OH＋2CO2↑
(3)热化学转换——生物质隔绝空气加强热产生可燃气体
3．现代垃圾处理厂是把大量生活垃圾中的生物质能转化为热能、电能。
生物质能的优点及利用方式
(1)生物质能具有可再生、储量大、污染低等优点。
(2)生物质能利用的方式有①直接燃烧；②生物化学转换；③热化学转换。
3．植物及其废弃物可制成乙醇燃料，下列关于乙醇燃料的说法错误的是(　　)
A．它是一种可再生能源
B．乙醇易燃烧，污染小
C．乙醇只能在实验室内作燃料
D．粮食作物是制乙醇的重要原料
答案　C
解析　粮食作物经过发酵可制得乙醇，所以A、D正确；乙醇燃烧生成二氧化碳和水，污染小，所以B正确；乙醇也可用作汽车的燃料，所以C错误。
4．能源与人类的生活和社会发展密切相关。下列关于能源开发和利用的说法正确的是(　　)
A．用粮食发酵得到酒精代替汽油作汽车燃料
B．随着科技的发展，氢气将会成为主要能源
C．在农村不提倡利用沼气作生活燃料
D．人类利用的能源都是通过化学反应获得的
答案　B
解析　用粮食发酵得到酒精会大量消耗粮食，不符合我国粮食安全的国情，A错；在农村提倡利用沼气作生活燃料，C错；人类利用的能源有的是通过化学反应获得的，有的是自然界提供的，如水能、风能等，D错。
三、氢能的开发和利用
1．通过初中化学的学习，氢能为什么是最好的新型能源？
答案　氢能的三大优点：(1)热值高；(2)来源广；(3)无污染。
2．氢能是一种理想的、极有前途的二次能源，它被人们视为理想的“绿色能源”。现在有多少种氢能的开发方式？这些方式有哪些优点和缺点？
答案　目前人类制取氢气的方法有：
(1)以天然气、石油和煤为原料，在高温下与水蒸气反应或用部分氧化法制氢气。此法消耗大量不可再生的能源。
(2)电解水制氢气。该方法制备氢气的条件比较简单，对环境也不会造成污染，但用该方法来制备氢气需要消耗大量的电能，生产成本太高。
(3)在光分解催化剂存在下，在特定的装置中，利用太阳能分解水制氢气。
3．举例说明氢能的利用有哪些途径？
答案　(1)氢气燃烧放热(如以液态氢作为火箭的燃料)；(2)用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池；(3)利用氢的热核反应释放的核能(如氢弹)。
氢能的开发利用及其优点
(1)氢能具有热值高、无污染、来源广等优点。
(2)氢能开发利用的关键问题是
①低成本制备H2(关键是寻找有效的催化剂)；
②H2的贮存运输(贮氢材料的研制应用)。
5．绿色能源是指使用过程中不排放或排放极少污染物的能源，如一级能源中的水能、地热能、天然气等；二级能源中的电能、氢能等。下列能源属于绿色能源的是(　　)
①太阳能　②风能　③石油　④煤　⑤潮汐能　⑥木材
A．①②③ B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．①②⑤
答案　D
6．冰岛火山爆发再一次向人类敲响了警钟，必须发展“低碳经济”。氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。下列不是氢能优点的是(　　)
A．原料来源广
B．易燃烧，放出热量多
C．生成物无污染
D．制取H2简单易行
答案　D
解析　工业上制取H2的原料是H2O，来源广，A正确；H2易燃烧且等质量物质中放出的热量较多，产物为H2O，无污染，B、C正确；工业上利用水制取H2需消耗大量能量且效率低，D错。

1．能量的转化
2．能源的分类
1．“能源分类相关图”如下图所示，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、生物能、天然气
C．太阳能、风能、沼气 D．地热能、海洋能、核能
答案　C
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。
2．下列给出的能源中，不能作为新能源的是(　　)
A．太阳能 B．无烟煤 C．燃料电池　 D．氢能
答案　B
解析　煤属于矿物燃料，会严重污染空气。太阳能、燃料电池、氢能均为有发展前景的新能源。
3．据报道，某国一集团拟在太空建造巨大的集光装置，把太阳光变成激光用于分解海水制氢：2H2O2H2↑＋O2↑。下列说法正确的是(　　)
①水的分解反应是放热反应　②氢气是一次能源　③使用氢气作燃料有助于控制温室效应　④若用生成的氢气与空气中多余的二氧化碳反应生成甲醇储存起来，可以改善生存环境
A．①④ B．②③ C．③④ D．①②
答案　C
解析　①中水的分解反应是吸热反应；②中在自然界中氢气无法直接取得，是二次能源；③中氢气的燃烧产物是水，化石燃料燃烧会产生二氧化碳，所以氢气作燃料有助于控制温室效应；④中生成的氢气与空气中多余的二氧化碳反应生成甲醇，则可以对二氧化碳进行循环利用。
4．下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中错误的是(　　)
A．化石能源物质内部蕴含着大量的能量
B．绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能储存起来
C．物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能，为人类所利用
D．吸热反应没有利用价值
答案　D
解析　任何反应都有有利和不利的一面，如C＋CO22CO是吸热反应，在钢铁冶炼中可以利用该反应获得更多的还原剂CO，故D项错误。
5．能源是现代文明的原动力，通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化，从而开辟新能源和提高能源的利用率。
(1)氢气在燃烧时，放出大量热量，说明该反应是________热反应，这是由于反应物的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”，下同)生成物的总能量；从化学反应的本质角度来看，是由于断裂反应物中的化学键吸收的总能量________形成生成物中的化学键放出的总能量。
(2)氢气被公认为是21世纪代替矿物燃料的理想能源，2 g 氢气燃烧时放出286 kJ热量，而每千克汽油燃烧放出的热量为46 000 kJ。试据此分析氢气作为能源代替汽油的优势：________________________________________________________________________。
答案　(1)放　大于　小于　(2)清洁能源，燃烧后无污染环境的物质生成；单位质量放出的热量多
解析　(1)燃烧反应都是放热反应，所以氢气的燃烧反应是放热反应，根据能量守恒定律，放热反应是反应物的总能量大于生成物的总能量；化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，放热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成生成物中的化学键放出的总能量。(2)2 g氢气燃烧时放出286 kJ热量，所以1 000 g氢气燃烧放出143 000 kJ的热量，约是每千克汽油燃烧放出热量的3倍，且氢气燃烧的产物是水，对环境无污染。
[基础过关]
题组一　太阳能的利用
1．下列有关太阳能的利用方式以及列举的实例错误的是(　　)
A．太阳能电池是一种光—电转换形式
B．太阳能热水器是一种光—热转换形式
C．绿色植物进行的光合作用，是一种光—生物质能转换，它的本质是光—化学能转换
D．风能是空气流动形成的，与太阳能无关
答案　D
解析　光—电转换、光—热转换、光—化学能转换和光—生物质能转换是太阳能利用的基本方式。它们都是把光能转换成其他形式的能量的过程。风能形成的本质原因是太阳辐射使空气受热不均造成的，D项错误。
2．人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是(　　)
A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生
C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强
D．催化剂b表面的反应是CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH
答案　C
解析　由CO2和HCOOH中碳元素的化合价变化可知，CO2应该在正极放电形成HCOOH，由图示装置电子移动的方向可确定b为正极，a为负极。催化剂a表面：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，所以答案选C。
题组二　生物质能的利用
3．下列有关生物质能的说法不正确的是(　　)
A．生物质能是可再生能源
B．生物质能来源于太阳能
C．焚烧生活垃圾发电是将生物质能直接转化为电能
D．玉米、高粱发酵制乙醇是生物质能转化为化学能
答案　C
解析　生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量，生物质能最终利用的结果：除释放能量外，产生无污染的CO2和H2O，通过植物的光合作用，重新将太阳能转化为生物质能，因此生物质能是可再生的新能源，A正确；光－生物质能的转化本质是光－化学能的转换，B项正确；焚烧生活垃圾发电的能量转化过程是：生物质能―→热能―→电能，C不正确；含淀粉较高的农作物发酵制燃料乙醇是生物质能转化为化学能，D正确。
4．下列对于城市废弃物中生物质能的利用不合理的是(　　)
A．把废弃物拉到乡下找个地方埋掉
B．对废弃物进行处理后焚烧，利用产生的热能供热和发电
C．把废弃物进行生物化学转化获取甲烷
D．让废弃物在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃性气体
答案　A
解析　城市废弃物中含有丰富的生物质能，埋掉是一种资源浪费，故A不合理；处理后焚烧利用产生的热能供热和发电，B合理；将废物进行生物化学转化获取甲烷、可燃性气体均合理，故C、D合理；利用不合理的只有A项。
题组三　氢能的开发与利用
5．H2是一种很有前途的能源，以水为原料大量制取H2，最理想的途径是(　　)
A．利用太阳能直接使水分解为H2
B．以焦炭和水为原料制水煤气后再分离出H2
C．以赤热的Fe和水反应生成H2
D．由热电厂提供电能，利用直流电电解水产生H2
答案　A
解析　B项，C＋H2O(g)CO＋H2；C项，3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2；D项，2H2O2H2↑＋O2↑，B、C、D三项都要消耗传统能源；而A项中太阳能是已被人们使用的新能源，与传统能源相比较，太阳能的优点很多，而且是一般传统能源无法比拟的。
6．科学家最近研究出一种环保、安全的储氢方法，其原理可表示为NaHCO3＋H2HCOONa＋H2O。下列有关说法正确的是(　　)
A．储氢、释氢过程均无能量变化
B．储氢过程中，NaHCO3被氧化
C．NaHCO3、HCOONa均含有离子键和共价键
D．释氢过程中，每消耗0.1 mol H2O放出2.24 L的H2
答案　C
解析　储氢、释氢过程均存在能量变化，A不正确；储氢过程中，NaHCO3被H2还原，B不正确；NaHCO3中Na＋与HCO之间存在离子键，HCO中存在共价键，HCOONa中Na＋与HCOO－之间存在离子键，HCOO－中存在共价键，C项正确；释氢过程中，每消耗0.1 mol H2O放出0.1 mol H2，但没说明状态，无法知道其体积，D项不正确。
题组四　能源的转化与利用
7．下列过程中的能量转化，属于太阳能转化为生物质能的是(　　)
A．石油燃烧
B．植物的光合作用
C．核电站发电
D．太阳能电池供电
答案　B
解析　石油燃烧是化学能转化为热能；核电站发电是核能转化为电能；太阳能电池供电是太阳能转化为电能；植物的光合作用是太阳能转化为生物质能。
8．为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。
下列说法正确的是(　　)
A．H2O的分解反应是放热反应
B．氢能源已被普遍使用
C．2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2具有的总能量
D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值
答案　C
解析　2H2O===2H2↑＋O2↑是吸热反应，说明2 mol H2O的能量低于2 mol H2 和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。
9．有专家指出，如果利用太阳能使燃烧产物如CO2、H2O、N2等重新组合，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。观察下面图示，判断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
答案　B
解析　理解图示的转化关系便可顺利解题。关键信息是利用太阳能使CO2、H2O、N2等重新组合，根据图示可知燃料燃烧后转化为燃烧产物并放出热量，燃烧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。故选B。
10．煤、石油、天然气和生物质能的能量形成和转换利用过程基本上是(　　)
A．太阳能→化学能→热能
B．太阳能→机械能→电能
C．生物质能→电能→化学能→热能
D．太阳能→机械能→化学能
答案　A
解析　煤、石油、天然气是远古植物吸收太阳能固定下来的能量，是储存在地壳下面的“太阳能”，可以说是远古植物将太阳能转换化学能而储存下来的；生物质能是植物进行光合作用将太阳能转换的化学能。最后化学能通过各种途径变为热能、电能等能量形式。
[能力提升]
11．(1)请在每个化学方程式后的横线上注明化学反应过程中能量的主要转化形式。
①Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag：________(填正向反应的能量转化形式)。
②2C2H2＋5O24CO2＋2H2O：________。
③6H2O＋6CO2C6H12O6＋6O2：________。
④CaCO3CaO＋CO2↑：________。
(2)沼气是一种廉价的能源，它是由秸秆、杂草等废弃物经微生物发酵后产生的，有关过程如下：
(C6H10O5)n(纤维素)＋nH2O3nCO2↑＋3nCH4↑＋能量
①上述过程的实际意义是______________________________________。
②在使用沼气做饭时，需要注意的问题是___________________________________。
③建立沼气发电站，可以把________能转化为电能，沼气被称为________能源。
答案　(1)①化学能转化为电能　②化学能转化为热能　③光能转化为化学能　④热能转化为化学能　(2)①即是能源的一个重要来源，也是扩大肥源、提高肥效、改善农村卫生条件的重要措施　②防止沼气泄漏，保持厨房通风良好　③生物质　新
解析　(1)①放电时，该反应在原电池中进行，将化学能转化为电能。
②C2H2(乙炔)燃烧时主要将化学能转化为热能。
③绿色植物进行光合作用时，主要将光能转化为化学能。
④石灰石(CaCO3)高温分解时，主要将热能转化为化学能。
(2)秸秆、杂草等废弃物经微生物发酵后产生沼气，可将生物质能转化为化学能，获得洁净的燃料，既可以提供能源，也可以扩大肥源、提高肥效、改善农村卫生条件。沼气与空气混合后遇到明火会发生爆炸，在使用沼气做饭时，要防止沼气泄漏，保护厨房通风良好。建立沼气发电站，可以把生物质能转化为电能。
12．科学家认为，氢气是一种高效而无污染的理想能源，近20年来，对氢能源的研究获得了迅速发展。
(1)已知1 mol H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ的热量，试写出H2燃烧的热化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)为了有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是________(填字母)。
A．电解水 B．锌和稀硫酸反应
C．光解海水 D．以石油、天然气为原料制取
(3)某学生查阅大量资料，提出下列用水制取氢气的研究方向：
①研究在水不发生化学反应的情况下制取氢气，同时释放能量
②设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气
③寻找高效催化剂，提高水在一定条件下分解产生氢气的转化率
④寻找特殊化学物质，用于开发廉价能源，用以分解水制取氢气
请你从上述研究方向中，选择其中不合理的一项，并简述理由：
不合理的是________，理由是_______________________________________________。
答案　(1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
(2)C　(3)①　水分子中不含氢气分子，不可能在不发生化学反应的情况下得到氢气，且水分解是吸热反应(或③　催化剂能提高水分解产生氢气的反应速率，但不能提高水的转化率)
解析　(2)电解水需要消耗大量的电力，A项不正确；锌和稀硫酸反应生成的氢气太少，不能满足生产需要，且不经济，B项不正确；以石油和天然气为原料制取氢气也需要消耗大量的能源，D项不正确。
13．保护环境已成为当前和未来的一项全球性重大课题。为解决目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源危机，有的专家提出利用太阳能促使燃料循环使用的构想，如图所示：
请回答下列问题：
(1)过程Ⅰ的能量转化形式为__________能转化为__________能。
(2)上述转化过程中，ΔH1和ΔH2的关系是__________。
(3)断裂1 mol化学键所需的能量见下表：
H—N
H—O
N≡N
O＝O
E/kJ·mol－1
393
460
941
499
常温下，N2与H2O反应生成NH3的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
答案　(1)太阳　化学
(2)ΔH1＝－ΔH2
(3)2N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2(g)
ΔH＝1 189 kJ·mol－1
解析　(1)由图可知，过程Ⅰ是太阳能转化为化学能。(2)由能量守恒定律可知，ΔH1＝－ΔH2。(3)常温下，N2与H2O反应生成NH3的反应为2N2(g)＋6H2O(l)
===4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH＝2×941 kJ·mol－1＋6×2×460 kJ·mol－1－(4×3×393 kJ·mol－1＋3×499 kJ·mol－1)＝1 189 kJ·mol－1，热化学方程式为2N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH＝1 189 kJ·mol－1。
14．分析下图，回答以下问题：
(1)电解水生成H2，首先要解决的问题是__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)标准状况下，11.2 L H2燃烧生成液态的水，放出Q kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)氢气作为理想的“绿色能源”的主要理由是___________________________________。
(4)氢氧燃料电池是氢能源利用的一个重要方向。氢气在________极上发生________反应，氧气在________极上发生________反应。
若电解质溶液为KOH溶液，写出正、负极上的电极反应式：负极________________________________________________________________________，
正极________________________________________________________________________。
答案　(1)需大量电能
(2)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－4Q kJ·mol－1
(3)来源丰富(H2O)，燃烧放出的热量多，产物无污染
(4)负　氧化　正　还原　2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析　(2)11.2 L H2为＝0.5 mol，故2 mol H2燃烧生成液态水放出热量为×2 mol＝4Q kJ，故该反应的热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－4Q kJ·mol－1。
(3)H2作为“绿色能源”优点有：来源丰富；热值高；无污染。
(4)在氢氧燃料电池中，H2在负极失电子发生氧化反应，O2在正极发生还原反应。若电解质为KOH溶液，则负极为2H2－4e－＋4OH－===4H2O，正极为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。