第1课时 化学键与化学反应中的物质变化
[目标导航] 1.了解化学键的定义。2.了解共价键和离子键的定义及形成过程。3.了解化学反应变化的实质，学会从微观角度认识化学反应。
一、化学键
化学键与物质变化
(1)化学键的概念：相邻原子间的强相互作用称为化学键。
(2)化学键的分类：化学键包括共价键、离子键等。
(3)化学反应中物质变化的实质：旧化学键断裂和新化学键形成。
【议一议】
1．任何物质内部都存在化学键吗？
答案 不一定，如稀有气体元素的原子都具有稳定的电子层结构，所以稀有气体元素的原子间不存在化学键。
2．存在化学键的物质一定是化合物吗？
答案 不一定。存在化学键的物质可能是单质，也可能是化合物。
3．有化学键的断裂或形成就一定是化学反应吗？举例说明。
答案 不一定，化学反应物质变化的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。只有化学键的断裂，没有化学键的形成不是化学变化；只有化学键的形成，没有化学键的断裂也不是化学变化。如NaCl溶于水发生电离：NaCl===Na＋＋Cl－，NaCl中的离子键发生断裂，但没有新化学键的形成，因此不属于化学变化。
二、化学键的类型
1．共价键
(1)形成过程
如HCl分子的形成过程如图：
①H原子需获得1个电子达到稳定结构，Cl原子需获得1个电子达到稳定结构。
②H原子和Cl原子各提供1个电子组成1对共用电子，使两原子最外电子层都达到稳定结构并产生强烈的相互作用，从而形成了HCl分子。
(2)概念：原子间通过共用电子形成的化学键。
(3)构成微粒：原子。
(4)成键元素：一般情况下，非金属元素原子间形成共价键。
(5)共价键的存在
①除稀有气体外的分子内存在共价键；
②有些由原子构成的物质，如碳原子通过共价键直接形成金刚石。
2．离子键
(1)形成过程
如NaCl的形成过程如图：
①Cl原子获得1个电子达到8电子稳定结构而形成Cl－，Na原子失去1个电子达到8电子稳定结构而形成Na＋。
②Na原子最外层的一个电子转移到Cl原子最外层上，形成带正电荷的Na＋和带负电荷的Cl－，带相反电荷的两种离子通过静电作用形成稳定的化合物。
(2)概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。
(3)构成微粒：阴离子和阳离子。
(4)成键元素：一般情况下，活泼金属元素原子与活泼非金属元素原子间易形成离子键。
【议一议】
1．离子键的实质是静电作用，形成离子键的静电作用指的只是阴、阳离子间的静电吸引吗？
答案 形成离子键的静电作用包括阴、阳离子之间的静电吸引，也包括电子和电子、原子核和原子核之间存在的静电排斥作用，当静电吸引与静电排斥作用达到平衡时，便形成离子键。
2．哪些元素的原子间一般形成共价键？哪些元素的原子间一般形成离子键？
答案 一般情况下，活泼金属元素原子与活泼非金属元素原子间易形成离子键，如第ⅠA族、第ⅡA族中的金属元素与第ⅥA族、第ⅦA族中的非金属元素化合时易形成离子键。非金属元素原子间形成共价键。
3．由金属元素和非金属元素形成的化学键一定是离子键吗？
答案 不一定，活泼金属与活泼非金属能形成离子键，如NaF、NaCl、KI等；有些金属元素与非金属元素形成的化合物内却是共价键，如AlCl3中存在的是共价键，而不是离子键。
4．仅由非金属元素组成的化合物中一定不含离子键吗？
答案 不一定，如NH4NO3等铵盐中NH与NO之间以离子键结合。
三、化学键与化合物类型及物质性质的关系
1．离子化合物与共价化合物
化合物类型
离子化合物
共价化合物
概念
含有离子键的化合物
只含共价键的化合物
化学键类型
一定存在离子键，可能存在共价键
只有共价键，没有离子键
构成粒子
阴、阳离子
原子
粒子间的作用
离子键
共价键
存在物质
强碱、绝大多数盐、活泼金属氧化物、其他类物质如Na2O2、NaH等
酸、弱碱、非金属氢化物、非金属化合物、极少数盐等
导电性
固态不导电，熔融或溶于水后导电
熔融态不导电，部分溶于水导电
熔、沸点
较高，通常为固态
差异较大(部分很高、多数较低)
2.化学键与物质性质的关系
(1)对物质物理性质的影响
①金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高，是因为破坏其中的共价键时需消耗很多的能量。
②NaCl等部分离子化合物熔化时破坏其中的离子键，需要消耗较多的能量，所以NaCl熔点较高。
(2)对化学性质的影响
N2分子中有很强的共价键，故在通常状况下，N2很稳定；H2S、HI等分子中的共价键较弱，故它们受热时易分解。
【议一议】
1．离子化合物中只含有离子键吗？共价化合物中只含有共价键吗？
答案 离子化合物中可能只含有离子键，也可能既含有离子键，又含有共价键。共价化合物中只含有共价键，不可能含有离子键。
2．含有共价键的化合物一定是共价化合物吗？
答案 不一定。只含共价键的化合物一定是共价化合物，含有共价键的化合物也可能是离子化合物，如NaOH是既含有离子键，又含有共价键的离子化合物。
3．仅由非金属元素构成的化合物一定是共价化合物吗？金属元素与非金属元素化合一定形成离子化合物吗？
答案 不一定，如NH4NO3等铵盐中NH与NO之间以离子键结合，所以铵盐属于离子化合物。不一定，如AlCl3等少数由金属元素与非金属元素形成的化合物是共价化合物。
一、化学键及其类型
1．化学键的含义
化学键概念中的关键字：“相邻”“原子间”“强相互作用” 少任何一个都不完整、不严密。
(1)化学键是“原子”间的相互作用。这里所说的原子是广义上的原子，既包括中性原子，也包括带电原子或原子团(即离子)。
(2)化学键是“相邻”原子间的相互作用。化学键不是“任何”原子间的相互作用，如水分子中的化学键只是指水分子内氢原子与氧原子之间的相互作用(相互作用强)，而不是水分子内两个氢原子之间的相互作用(相互作用弱)。
(3)化学键是相邻原子间的“强”相互作用。物质内不相邻的原子间的相互作用一般不强烈，这种相互作用不是化学键。分子之间的相互作用较弱，不属于化学键。稀有气体原子均已达到稳定结构，其原子间的相互作用微弱，也不能形成化学键。
(4)“相互作用”不能只理解为“相互吸引”。相互作用既包括相互吸引，也包括相互排斥，是二者的平衡。
2．离子键与共价键比较
化学键类型
共价键
离子键
概念
原子间通过共用电子形成的化学键
阴、阳离子间通过静电作用形成的化学键
成键微粒
原子
阴离子、阳离子
相互作用
(成键实质)
共用电子对与两原子核间的相互作用
阴、阳离子间的静电作用(引力和斥力)
成键方式
原子通过形成共用电子达到稳定结构
原子通过得失电子达到稳定结构
成键元素
(成键条件)
一般是非金属元素原子之间；某些金属元素与非金属元素(不活泼金属与不活泼非金属)原子之间
活泼金属元素与活泼非金属元素易形成离子键。如第ⅠA族、第ⅡA族的金属元素与第ⅥA族、第ⅦA族的非金属元素之间
形成物质
非金属单质(稀有气体除外)；共价化合物及复杂的离子化合物
离子化合物：大部分盐、强碱、活泼金属氧化物、其他类物质如Na2O2、NaH等
实例
O2、CO2、金刚石、H2O2、H2SO4、NaOH、Na2CO3、Na2O2等
NaCl、Na2CO3、NaOH等
【例1】 下列说法不正确的是( )
A．阴、阳离子结合成化合物的静电作用，属于离子键
B．原子之间通过共用电子对所形成的化学键，叫做共价键
C．化学键指的是相邻原子间的强烈的相互作用
D．只有活泼金属与活泼非金属原子间才能形成离子键
解析 本题考查了化学键、离子键、共价键的概念。化学键的概念中有两点必须注意：一个是“相邻原子间”，一个是“强相互作用”。当阴、阳离子间形成离子键时，不但有这两种离子的静电吸引作用，而且也存在两种离子的核外电子之间、两种离子的原子核之间的排斥作用，形成了吸引与排斥的平衡。D选项非金属元素的原子间也能形成离子键，如铵盐。
答案 D
【易错提醒】 (1)形成离子键的阴、阳离子之间不仅存在静电引力，还存在静电斥力。
(2)不是所有的物质中都存在化学键，稀有气体中不含有化学键。
(3)由金属元素和非金属元素形成的化合物不一定含有离子键(或不一定是离子化合物)。如BeCl2、AlCl3等含有共价键，是共价化合物。
(4)只由非金属元素组成的化合物不一定是共价化合物(可能含有离子键)，如NH4H、NH4NO3中含有离子键，属于离子化合物。
(5)由阳离子和阴离子结合生成的化合物不一定是离子化合物，如H＋＋OH－===H2O、H＋＋CH3COO－===CH3COOH等，反应产物均是共价化合物。
(6)由两种共价化合物结合生成的化合物不一定是共价化合物。如NH3＋HCl===NH4Cl，NH4Cl为离子化合物。
(7)同族能形成离子键的元素是H与Li、Na、K等碱金属，LiH、NaH和KH中均存在离子键。
变式训练1 下列各组物质中，化学键类型相同的是( )
A．NH4Cl和HNO3 B．Na2O和Na2O2
C．CaF2和Na2S D．NaOH和HCl
答案 C
解析 NH4Cl、NaOH、Na2O2中含离子键和共价键，HNO3、HCl中只含共价键，Na2O、 CaF2、Na2S只含离子键，C项化合物中均只含离子键。
【方法规律】 判断化学键的类型的方法
(1)从物质的组成元素判断：活泼金属元素原子与活泼非金属元素原子一般形成离子键，少数金属元素原子与非金属元素原子化合形成共价键，如AlCl3、BeCl2等化合物中含有共价键；非金属元素原子间以共价键结合。
(2)从物质的类型判断：
化学键类别
物质类别
实例
无化学键
稀有气体
He、Ne、Ar、Kr、Xe
只含有共价键
非金属单质
Si、C60、O2、金刚石等
共价化合物
非金属氢化物如H2S、非金属氧化物如CO2、含氧酸如HNO3、多数有机物如CH3OH、极少数盐(两种元素)如AlCl3、BeCl2等、其他非金属化合物如CS2等
只含有离子键
离子化合物
多数金属卤化物、活泼金属硫化物或氢化物，如MgCl2、Na2S 、NaH等；活泼金属氧化物，如CaO等
含有离子键和共价键
离子化合物
强碱：NaOH、Ba(OH)2等；活泼金属过氧化物： CaO2 、Na2O2等；铵盐：NH4Cl等；多数含氧酸盐：KNO3等
(3)记住一些特殊物质的化学键类型：如AlCl3、BeCl2等含有共价键，铵盐、NH4H、Na2O2、CaO2、Na2S2等既有离子键，又有共价键。
二、离子化合物与共价化合物的判断
1．判断离子化合物和共价化合物常见方法
(1)由化学键类型判断
只含有共价键的化合物是共价化合物，只含离子键或既含离子键又含共价键的化合物是离子化合物。
(2)由化合物类型判断
①活泼金属的氧化物(或过氧化物和氢化物)、强碱和大多数盐(少数盐如AlCl3、BeCl2等除外)属于离子化合物；
②非金属氧化物、非金属氢化物、含氧酸、多数有机物、少数盐(如AlCl3、BeCl2等)属于共价化合物。
(3)由化合物性质判断
熔融状态下能导电的化合物一定是离子化合物，熔融状态下不能导电的化合物一定是共价化合物；只根据化合物溶于水时能导电，不能确定化合物是离子化合物，还是共价化合物。
(4)由组成元素判断
一般含金属元素或NH的化合物是离子化合物(AlCl3、BeCl2等少数除外)，如NH4H、NH4HCO3、Ca(OH)2、KClO3等；只由非金属元素原子构成的化合物(铵盐等除外) 属于共价化合物。
2．化学键和化合物关系的“一定”和“不一定”
(1)“一定”
①离子化合物中一定含有离子键；
②含有离子键的化合物一定是离子化合物(一定不是共价化合物)；
③共价化合物中一定不含离子键(一定含有共价键)；
④只含有共价键的化合物一定是共价化合物(一定不是离子化合物)。
(2)“不一定”
①离子化合物中不一定含有共价键；
②金属元素和非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物，如AlCl3是共价化合物；
③含有共价键的化合物不一定是共价化合物；
④只含非金属元素的化合物不一定是共价化合物，如铵盐是离子化合物。
【例2】 下列物质中属于含共价键的离子化合物的是( )
A．H2S B．NH4NO3
C．K2S D．MgCl2
解析 H2S分中含有两个H—S共价键；NH4NO3中NH与NO之间以离子键结合，其中NH中N原子与H原子之间及NO中N原子与O原子之间都是以共价键结合；K2S中两个K＋分别与S2－间以离子键结合； MgCl2中Mg2＋与两个Cl－之间分别以离子键结合。H2S是共价化合物，NH4NO3、K2S、 MgCl2是离子化合物。
答案 B
【知识归纳】 化学键与物质类别的关系
物质
【易错警示】 (1)共价键一般在非金属元素之间形成，但有些金属元素与非金属元素间也可以形成共价键，如AlCl3中存在共价键，而不存在离子键。
(2)非金属元素原子间也可能形成离子键，如铵盐中存在离子键，但两个非金属元素的原子间一定形成共价键。
变式训练2 下列有关化学键的叙述正确的是( )
A．离子化合物中一定有离子键
B．含有共价键的化合物一定是共价化合物
C．非金属元素组成的化合物中只含共价键
D．单质分子中都存在化学键
答案 A
解析 A正确，离子化合物的定义就是含有离子键的化合物；B不正确，只含有共价键的化合物，才是共价化合物；C不正确，非金属元素组成的化合物中也可能既含共价键，又含离子键，如NH4Cl中NH与Cl－之间以离子键结合，N与H之间以共价键结合；D不正确，稀有气体单质中不含有共价键。
三、化学键与物质的性质及其变化
1．化学反应过程中一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成。
2．离子化合物溶于水或熔化时发生电离，离子键被破坏。如NaHSO4熔化时电离出Na＋、HSO，只破坏离子键；NaHSO4溶于水时电离出Na＋、H＋、SO，破坏离子键和一部分共价键。
3．属于电解质的共价化合物溶于水后发生电离，破坏共价键，熔化至液态时不破坏共价键(若不分解)，如HCl、HNO3等；属于非电解质的共价化合物溶于水后(若不与水反应)不破坏共价键，熔化至液态时不破坏共价键(若不分解)，如酒精等。
4．物质熔化时是否有化学键的破坏，关键看构成物质的微粒。由分子构成的物质不破坏共价键；由原子直接构成的单质或化合物(如金刚石、二氧化硅)熔化过程中破坏共价键。
【例3】 下列物质的变化过程中，有共价键明显被破坏的是( )
A．I2升华 B．NaCl颗粒被粉碎
C．冰融化 D．HCl溶于水得到盐酸
解析 HCl分子中存在H—Cl共价键，溶于水后得到盐酸，HCl分子变成了H＋和Cl－，溶液中不再存在HCl分子。
答案 D
【方法总结】 先判断物质中所含化学键的类型，再根据物质的变化来判断。
变式训练3 下列变化不属于化学变化的是( )
A．NH4Cl受热分解
B．石墨在高温下转化为金刚石
C．NaCl熔化
D．五氧化二磷吸水
答案 C
解析 NH4Cl受热分解破坏离子键及NH中的一个N—H共价键，形成HCl中的Cl—H键，属于化学变化；石墨和金刚石中碳原子之间存在共价键，二者转化必需破坏石墨中的碳碳键，形成金刚石中的碳碳键，属于化学变化；NaCl熔化只破坏离子键而无新化学键形成，不属于化学变化；五氧化二磷吸水与水发生反应，生成磷酸，破坏旧共价键，形成新共价键，属于化学变化。
【解题感悟】 只有旧化学键的断裂，而没有新化学键的形成的变化不属于化学变化，离子化合物溶于水或熔化条件下的电离不是化学变化。
1．下列关于共价键的说法正确的是( )
A．金属原子在化学反应中只能失去电子，因而不能形成共价键
B．由共价键形成的分子不一定是化合物分子
C．离子化合物中不可能含有共价键，共价化合物中不可能含有离子键
D．共价键只能在不同种原子之间形成
答案 B
解析 某些金属原子可以与非金属原子形成共价键，如AlCl3，A不正确；由共价键形成的分子也可能是单质分子，如N2，B正确；在共价化合物中，各原子均靠共用电子相结合，不存在离子键，但离子化合物中可以只含离子键，也可以既含离子键，又含共价键，如NH4Cl, C不正确；共价键也可以在同种原子之间，如金刚石，D不正确。
2．下列关于化学键的叙述正确的是( )
A．阴、阳离子通过静电吸引形成的强烈相互作用
B．仅由非金属元素组成的物质中一定不含离子键
C．金属元素和非金属元素化合时，不一定形成离子键
D．只有活泼金属与活泼非金属之间才能形成离子键
答案 C
3．请根据下面信息，判断下列叙述中正确的是( )
H2O
A．1 mol H2O分解为H2与O2需吸收930 kJ热量
B．H2与O2反应生成1 mol H2O放出930 kJ热量
C．2 mol H的能量小于1 mol H2的能量
D．2 mol H结合成1 mol H2放出436 kJ的热量
答案 D
解析 由反应方程式H2(g)＋1/2O2(g)===H2O ΔH＝436 kJ·mol－1＋249 kJ·mol－1－930 kJ·mol－1＝－245 kJ·mol可知，分解1 mol水需要吸收245 kJ的能量，生成1 mol水时放热245 kJ，A、B错误；1 mol H2生成2 mol H吸放436 kJ能量，反之2 mol H结合生成1 mol H2放出436 kJ能量，C错误；D正确。
4．下列原子序数所表示的两种元素，能形成AB2型离子化合物的是( )
A．6和8 B．11和13
C．11和16 D．12和17
答案 D
解析 6和8号元素分别为C和O，C和O元素不能形成离子键；11和13号元素分别为Na和Al元素，两种金属元素不可能形成离子键；16号元素为S元素，S和Na能形成离子化合物Na2S，Na2S不为AB2型离子化合物；12号和17号元素分别为Mg和Cl元素，它们能形成MgCl2，MgCl2为AB2型离子化合物。
5．现有如下说法：
①在水中氢、氧原子间均以化学键相结合；
②金属和非金属化合一定形成离子键；
③离子键是阳离子、阴离子的相互吸引；
④根据电离方程式HCl===H＋＋Cl－可判断HCl分子里存在离子键；
⑤H2分子和Cl2分子的反应过程是H2、Cl2分子里共价键发生断裂生成H、Cl原子，而后H、Cl原子形成离子键的过程。上述说法正确的是( )
A．①②⑤正确 B．都不正确
C．④正确，其他不正确 D．仅①不正确
答案 B
解析 水中存在分子内的H、O原子之间的相互作用，但也存在分子间的H、O原子间的相互作用，而化学键只指分子内相邻原子间强烈的相互作用，①不正确；只有活泼金属和活泼非金属化合时，才可形成离子键，②不正确；在离子化合物中，阴、阳离子间通过静电作用形成离子键，静电作用不单指相互吸引，还有相互排斥，③不正确；HCl属于共价化合物，分子中不存在离子，分子中没有离子键，④不正确；化学反应的本质是旧键断裂、新键形成的过程，但HCl中存在的是共价键而非离子键，⑤不正确。
6．下列物质中：①O2、②金刚石、③NaBr、④H2SO4、⑤Na2CO3、⑥NH4Cl、⑦NaHSO4、⑧Ar、⑨Na2O2、⑩NaOH、?CaCl2。
(1)只含有共价键的是________(填序号，下同)；只含有离子键的是________；既含有离子键又含有共价键的是________；不存在化学键的是________。
(2)属于共价化合物的是________；属于离子化合物的是________。
(3)Na2O2中阴、阳离子个数比是________。
(4)将NaHSO4溶于水，破坏了________(填化学键类型，下同)，将NaHSO4熔化破坏了________，写出NaHSO4溶于水的电离方程式__________________________________。
(5)下列变化中：①I2升华，②NaOH熔化，③H2SO4溶于水，④NaCl溶于水，⑤冰融化，⑥加热NH4Cl。
未发生化学键破坏的是________；仅发生离子键破坏的是________；仅发生共价键破坏的是________。
答案 (1)①②④ ③? ⑤⑥⑦⑨⑩ ⑧
(2)④ ③⑤⑥⑦⑨⑩? (3)1∶2
(4)离子键、共价键 离子键 NaHSO4===Na＋＋H＋＋ SO (5)①⑤ ②④ ③
解析 (1)和(2)，O2、金刚石中只含有共价键，是单质；H2SO4中只含有共价键，是共价化合物；NaBr、CaCl2中只含有离子键，是离子化合物；Na2CO3、NH4Cl、NaHSO4、Na2O2、NaOH中既含有离子键，又含有共价键，是离子化合物；稀有气体Ar原子最外层达到了稳定结构，Ar气体中不能形成化学键。
(3)Na2O2中的阳离子为Na＋，阴离子为O，阴、阳离子个数比是1∶2。
(4)NaHSO4溶于水，Na＋与HSO之间的离子键被破坏，HSO中“H”与“SO4”之间的共价键也受到破坏。
(5)I2升华、冰融化是发生物理变化，I2、H2O分子仍然存在，没有破坏共价键；NaOH熔化、H2SO4溶于水、NaCl溶于水均发生化学键的破坏，但NaOH熔化时O—H共价键未被破坏；NH4Cl受热分解既破坏了离子键，又破坏了部分共价键。
分层训练
[基础过关]
题组1 离子键和共价键及其判断
1．下列叙述正确的是( )
A．NaHCO3、CH3COONa均含有离子键和共价键
B．Ca(OH)2、CaCl2固体中均存在两类不同的化学键
C．液氯和氯气中存在不同类型的化学键
D．氧气和金刚石中存在不同类型的化学键
答案 A
解析 NaHCO3中Na＋与HCO之间、CH3COONa中Na＋与CH3COO－之间都以离子键结合，HCO和CH3COO－离子内含有共价键，A正确；Ca(OH)2中Ca2＋与OH－之间存在离子键，O与H之间存在共价键，CaCl2中两个Cl－与Ca2＋以离子键结合，B不正确；液氯和氯气的构成微粒都是Cl2，Cl2中存在共价键，C不正确；O2中两个O原子之间以共价键结合，金刚石中碳原子间以共价键结合，D不正确。
2．下列叙述不正确的是( )
A．活泼金属与活泼非金属化合时，能形成离子键
B．阴、阳离子通过静电引力所形成的化学键叫做离子键
C．离子所带电荷的符号和数目与原子成键时得失电子有关
D．阳离子半径比相应的原子半径小，而阴离子半径比相应的原子半径大
答案 B
解析 活泼金属元素与活泼非金属元素之间一般形成离子键，故A项正确；人们把带相反电荷的离子之间的相互作用称为离子键，B项错；由离子的形成过程易知C项正确；失去电子→形成阳离子→半径减小，得到电子→形成阴离子→半径增大，故D项正确。
3．下列各组元素既能形成离子键，又能形成共价键的是( )
①C、H、O ②K、Mg、Cl ③N、Cl、H ④H、Na、S
A．①④ B．②③
C．③④ D．①②
答案 C
解析 一般金属元素原子与非金属元素原子之间形成离子键，非金属元素原子之间形成共价键，但非金属元素原子也可以形成离子键。①组只能形成共价键；②组为ⅠA族、ⅡA族的金属元素和氯元素，只能形成离子键；③组中既可形成共价键，如HCl、NH3等，又可形成离子键，如NH4Cl；④组中既可形成共价键，如H2S，又可形成离子键，如Na2S、NaHS等。
4．下列化合物中，既有离子键，又有共价键的一组是( )
A．(NH4)2SO4 KOH H2SO4
B．MgO K2SO4 HNO3
C．Na2O2 NaNO3 NH4Cl
D．CH4 MgCl2 Al2O3
答案 C
解析 铵盐(NH4)2SO4和NH4Cl、强碱KOH、活泼金属含氧酸盐K2SO4和NaNO3、Na2O2中既有离子键，又有共价键。活泼金属氧化物MgO和Al2O3、活泼金属与非金属的化合物MgCl2中只有离子键。非金属氢化物、酸H2SO4、 HNO3中只存在共价键。
5．下列叙述中正确的是( )
A．元素周期表第1周期内的元素之间不可能形成离子键
B．元素周期表ⅠA族内的元素之间不可能形成离子键
C．离子键是阴、阳离子的相互吸引作用
D．金属原子和非金属原子之间均可形成离子键
答案 A
解析 元素周期表第1周期内的元素是氢(非金属元素)和氦(性质特别稳定)，它们不可能形成离子键，A项正确；元素周期表ⅠA族内有非金属元素氢和很活泼的碱金属元素，可以形成离子键，如化合物NaH，B项错误；离子键是阴、阳离子之间的相互作用，不单指相互吸引，还有相互排斥，C项错误；只有活泼金属元素原子和活泼非金属元素原子才可形成离子键，D项错误。
题组2 离子化合物与共价化合物
6．下列有关叙述中正确的是( )
A．ⅠA族与ⅦA族元素间可能形成共价化合物，也可能形成离子化合物
B．HCl溶液和NaCl溶液均通过离子导电，所以HCl和NaCl均是离子化合物
C．由阳离子和阴离子结合生成的化合物一定是离子化合物
D．由两种共价化合物结合生成的化合物一定是共价化合物
答案 A
解析 ⅠA族元素为H元素和碱金属元素，ⅦA族元素全部是活泼非金属元素，H元素与ⅦA族元素以共价键结合成共价化合物，碱金属元素与ⅦA族元素以离子键结合成离子化合物，A正确；HCl和NaCl溶于水时，HCl和NaCl在水分子作用下都电离出自由移动的离子，所以它们的溶液都能导电，但HCl属于共价化合物，NaCl属于离子化合物，B不正确；由阳离子和阴离子结合生成的化合物不一定是离子化合物，如H＋＋OH－===H2O、 H＋＋CH3COO－===CH3COOH等，反应产物均是共价化合物，C不正确；由两种共价化合物结合生成的化合物不一定是共价化合物，如NH3＋HCl===NH4Cl，反应产物NH4Cl为离子化合物，D不正确。
7．物质的下列性质能确定该物质为离子化合物的是( )
A．水溶液能导电的化合物
B．由金属元素和非金属元素组成的化合物
C．在熔化状态下能导电的化合物
D．熔点较高的化合物
答案 C
解析 水溶液能导电的化合物不一定是离子化合物，如HCl 、H2SO4、AlCl3等是共价化合物；由金属元素和非金属元素组成的化合物不一定是离子化合物，如AlCl3是共价化合物；熔化状态下能导电的化合物中一定存在离子键，是离子化合物而不是共价化合物；熔点较高的化合物不一定是离子化合物，如二氧化硅是共价化合物。
8．下列物质中，属于共价化合物的是( )
A．NH4Cl B．HNO3
C．NaCl D．I2
答案 B
解析 只有HNO3是共价化合物，全部由非金属元素以共价键的形式形成。
9．原子序数依次增大的元素a、b、c、d，它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。a－的电子层结构与氦相同，b和c的次外层有8个电子，c－和d＋的电子层结构相同。下列叙述错误的是( )
A．元素的非金属性次序为c＞b＞a
B．a和其他3种元素均能形成共价化合物
C．d和其他3种元素均能形成离子化合物
D．元素a、b、c各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6
答案 B
解析 原子序数依次增大的元素a、b、c、d，它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。a－的电子层结构与氦相同，则a是H。b和c的次外层有8个电子，所以b是S，c是Cl。c－和d＋的电子层结构相同，则d是K。A项，元素的非金属性次序为c＞b＞a，A正确；B项，氢元素与钾元素不能形成共价化合物，B错误；C项，d和其他3种元素均能形成离子化合物，即KH、K2S、KCl，C正确；D项，氢元素、硫元素和氯元素的最高价、最低价分别是＋1和－1、＋6和－2、＋7和－1，所以元素a、b、c各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6，D正确。
题组3 化学键与物质的性质及变化
10．下列反应过程中，同时有离子键、共价键的断裂和形成的反应是( )
A．NH4ClNH3↑＋HCl↑
B．NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3
C．NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3
D．2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
答案 D
解析 A中没有离子键的形成；B中没有离子键的断裂；C中没有共价键的断裂和形成；D中断开Na2O2中的离子键和共价键、CO2中的共价键，形成O2中的共价键、Na2CO3中的离子键和共价键。
[能力提升]
11．(1)下列分子内共用电子对数最多的是________(填字母)。
a．H2 b．H2O c．NH3 d．CO2
(2)X、Y和Z均为短周期元素，原子序数依次增大，X的单质为密度最小的气体，Y原子最外层电子数是其周期数的三倍，Z与X原子最外层电子数相同。回答下列问题：
由上述元素组成的化合物中，既含有共价键又含有离子键的有__________ 、__________。
(3)下列各组物质中，都是含有共价键的离子化合物的一组是________(填字母)。
a．Na2O2 Na2O MgF2
b．KClO NaOH NH4Cl
c．N2 HBr CaBr2
d．CO2 H2O H2O2
答案 (1)d (2)NaOH Na2O2 (3)b
解析 (1) H原子最外层有一个电子，所以H2有一对共用电子；O原子最外层有6个电子，所以H2O分子中有两对共用电子；N原子最外层有5个电子，所以NH3中有三对共用电子；C原子最外层有4个电子，O原子最外层有6个电子，所以CO2分子中有四对共用电子。
(2)密度最小的气体是H2，根据Y的信息可知Y为O，Z与H同主族，且Z的原子序数大于O，可推断出Z为Na。由H、O、Na组成的化合物中，既含离子键又含共价键的有NaOH和Na2O2。
(3)a中Na2O和MgF2中只含有离子键；c中N2为单质，HBr中只含共价键，CaBr2中只含离子键；d中均只含有共价键。只有b中符合。
12．短周期元素X、Y、Z、W 的原子序数依次增大，且原子最外层电子数之和为13。X的原子半径比Y 的小，X 与W 同主族，Z是地壳中含量最高的元素。
(1)X、Y、Z、W四种元素的符号：X______，Y________，Z________，W________。 X、Y、Z、W原子半径由大到小顺序为 ________________________________(写元素符号)。
(2)元素Y的简单气态氢化物的热稳定性比Z的________(填“强”或“弱”)。
(3)由以上元素中的两种元素组成的共价化合物有________(任写两种，下同)，离子化合物有________。
(4)由X、Y、Z三种元素所形成的只含有共价键的化合物是________(写化学式，下同)，既含离子键，又含共价键的化合物是________。
答案 (1)H N O Na Na＞N＞O＞H
(2)弱
(3)NH3、H2O、H2O2、N2H4、NO、NO2、N2O3等中的两种 Na2O、Na2O2、NaH等中的两种
(4)HNO3、HNO2 NH4NO3、NH4NO2
解析 (1)根据Z是地壳中含量最高的元素，推知Z为O，结合原子序数X (2)非金属元素气态氢化物的稳定性，同周期从左到右依次增强，即NH3的热稳定性比H2O的弱。
(3)由H、N、O、Na中的两种元素组成的共价化合物有NH3、H2O、N2H4、H2O2、NO、NO2、N2O3等，离子化合物有Na2O、Na2O2、NaH等。
(4)由H、N、O三种元素组成所形成的只含有共价键的化合物是HNO3、HNO2，既含共价键，又含离子键的化合物是NH4NO3或NH4NO2。
13．X、Y、Z、M、G五种主族元素分属三个短周期，且原子序数依次增大。X、Z同主族，可形成离子化合物ZX；Y、M同主族，可形成MY2、MY3两种分子。
回答下列问题：
(1)Y在元素周期表中的位置为________________。
(2)上述元素的最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是________(写化学式)，非金属气态氢化物还原性最强的是________(写化学式)。
(3)Y、G的单质与两元素之间形成的化合物可作水消毒剂的有____________________ (写出其中两种物质的化学式)。
(4)由X、Y、Z三种元素任意元素组成的只含离子键的是________，既含离子键，又含共价键的是________，由X、Y、Z、M四种元素组成的化合物的化学式为________________。
答案 (1)第2周期ⅥA族
(2)HClO4 H2S
(3)O3、Cl2、ClO2 (任写两种)
(4)Na2O NaOH、Na2O2 NaHSO3、NaHSO4
解析 X、Y、Z、M、G五种元素分属三个短周期，且原子序数依次增大，则X是H元素；Y、M同主族，可形成MY2、MY3两种分子，则Y是O元素，M是S元素；X、Z同主族，可形成离子化合物ZX，且Z原子序数大于Y原子序数，则Z是Na元素； G是短周期主族元素，G原子序数比M大，则G是Cl元素(不考虑稀有气体)。O原子有2个电子层，最外层电子数为6，处于第2周期第ⅥA族。
[拓展探究]
14．五种短周期元素A、B、C、D、E的原子序数依次增大，A和C同族，B和D 同族，C离子和B离子具有相同的电子层结构。A和B、D、E均能形成共价型化合物。A和B形成的化合物在水中呈碱性，C和E形成的化合物在水中呈中性。回答下列问题：
(1)五种元素中，原子半径最大的是________，非金属性最强的是________(填元素符号)。
(2)由A和B、D、E所形成的共价型化合物中，热稳定性最差的是________(用化学式表示)。
(3)A和E形成的化合物与A和B形成的化合物反应，产物的化学式为________，其中存在的化学键类型为________。
(4)D最高价氧化物的水化物的化学式为________。
(5)单质D在充足的单质E中燃烧，反应的化学方程式为____________________。
(6)单质E与水反应的离子方程式为_______________________________________。
答案 (1)Na Cl
(2)PH3
(3)NH4Cl 离子键和共价键
(4)H3PO4
(5)2P＋5Cl22PCl5
(6)Cl2＋H2O===H＋＋Cl－＋HClO
解析 由A和B形成的化合物在水中呈碱性，且A的原子序数小于B，则推知A为H，B为N。由A(H)和C同主族，且原子序数C大于B(N)且C离子和B离子(N3－)具有相同的电子层结构，推知C为Na。由C(Na)和E形成的化合物在水中呈中性，推知E为Cl。由B(N)和D同族，D的原子序数小于E(Cl)，推知D为P。(1)根据同周期从左到右，原子半径减小，元素的非金属性增强；同主族自上而下，原子半径增大，元素的非金属性减弱，推知五种元素中原子半径最大的是Na，非金属性最强的是Cl。(2)H和N、P、Cl形成的共价化合物分别是NH3、PH3、HCl，其中P元素的非金属性最差，所以PH3的热稳定性最差。(3)NH3＋HCl===NH4Cl，产物NH4Cl中，NH与Cl－以离子键结合，NH中N与H原子间以共价键结合。(4)P为ⅤA族元素，其最高化合价为＋5价，最高价氧化物的水化物为H3PO4。(5)P在足量的Cl2中燃烧生成PCl5。(6)Cl2与水反应的化学方程式为Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HClO为弱酸。
第2课时 化学键与化学反应中的能量变化
[目标导航] 1.了解化学反应中存在能量变化。2.知道常见的放热反应和吸热反应。3.了解化学反应能量变化的实质。
一、化学反应中的能量变化
实验操作
实验现象
有关化学方程式及结论
混合液的温度升高
化学方程式：NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
结论：反应过程释放热量
有刺激性气味气体产生，烧杯温度降低
化学方程式：Ca(OH)2＋2NH4Cl===CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
结论：反应过程吸收热量
结论
每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的释放能量，有的吸收能量
【议一议】
1．放热反应一定容易发生，吸热反应一定难以发生吗？
答案 不一定，放热反应不一定容易发生，有些放热反应需要加热才能进行，如铜与氧气、硫与铁的反应。吸热反应不一定难发生，有些吸热反应常温下能进行，如Ca(OH)2与NH4Cl的反应。
2．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗？
答案 不一定，有些需要加热进行的反应是放热反应，如硫与铁的反应。
二、化学反应中能量变化的实质及转化的形式
1．化学反应的实质
化学反应是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
2．化学反应中能量变化的实质
在化学反应过程中，旧化学键的断裂需要吸收一定的能量；新化学键的形成需要释放一定的能量，二者不相等。
3．化学反应中放出或吸收能量的原因
在化学反应过程中，最终是吸收能量还是释放能量，取决于旧化学键断裂所吸收的总能量与新化学键形成所释放的总能量的相对大小。
若形成新化学键所释放的总能量大于破坏旧化学键所吸收的总能量，则该反应放出能量；如果形成新化学键所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，则该反应吸收能量。
4．化学反应中能量转化的形式
(1)化学反应的能量变化还可以看做是“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来的过程。
(2)化学反应的能量变化也可以看做是热能、电能或光能等物质外部的能量转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。
【议一议】
1．为什么所有化学反应前后都有能量的变化？
答案 因为化学反应一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成，化学键断裂吸收的能量与新化学键形成释放的能量不等。
2．化学反应中能量变化全部表现为热能和光能吗？
答案 化学反应中能量变化不全部表现为热能和光能。化学反应中的能量还可以表现为电能等其他形式的能量。
3．根据以下信息，判断1 mol H2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为多少？
已知：1 mol H—H键完全断裂时吸收能量为436 kJ，1 mol O===O键完全断裂时吸收能量为498 kJ,1 mol H—O键形成时放出能量为465 kJ。
答案 因为化学反应一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成，断开1 mol H—H键和 mol O===O键需要吸收的能量为436 kJ＋×498 kJ＝685 kJ，生成1 mol H2O(g)放出的能量为2×465 kJ＝930 kJ。1 mol H2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为930 kJ －685 kJ＝245 kJ。
一、化学反应中能量变化的原因
1．从化学键的角度分析
若E1＞E2，反应吸收能量；若E1＜E2，反应释放能量。
2．从反应物和生成物所具有能量的角度分析
若反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量，则反应释放能量(如图1)；
若反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，则反应吸收能量(如图2)。
【特别提醒】 化学反应中能量的转化不一定都表现为化学能与热能的转化。
【例1】 已知反应X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是( )
A．X的能量一定高于M的，Y的能量一定高于N的
B．破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量
C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D．因为该反应为放热反应，所以不必加热就可发生
解析 由于该反应为放热反应，所以X和Y的总能量一定高于M和N的总能量，A不正确，C正确；破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量时，该反应则为吸热反应，B不正确；放热反应在通常情况下不一定就能反应，有些放热反应需要在一定的条件(如加热或光照等)下才能发生。
答案 C
【归纳总结】 (1)断裂或形成化学键的能量表示：
吸收能量值＝E吸－E放
放出能量值＝E放－E吸
(2)物质内部能量H表示：
放热：H反＞H产
吸热：H产＞H反
变式训练1 已知反应H2＋Cl2===2HCl，破坏1 mol H2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol Cl2 中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为Q3 kJ，则下列说法中正确的是( )
A．该反应反应物的总能量高于生成物的总能量
B．该反应的能量关系为Q1＋Q2C．该反应需要在点燃或光照下进行，所以为吸热反应
D．该反应中化学能只能转化为热能
答案 A
解析 所有的燃烧反应都是放热反应，所以该反应反应物的总能量高于生成物的总能量，A正确；放热反应形成化学键释放的能量2Q3 kJ大于破坏化学键吸收的能量(Q1＋Q2) kJ，B不正确；该反应为放热反应，反应放热还是吸热取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小，与条件无关，C不正确；该反应化学能可以转化为热能，也可以转化为其他形式的能，如电能、光能等，D不正确。
【解题感悟】 ΔE(化学反应中能量的变化)＝E(断开反应物化学键所吸收的能量)－E(形成生成物化学键所释放的能量)。若ΔE>0，则为吸热反应；若ΔE <0，则为放热反应。
二、放热反应和吸热反应
反应类型
放热反应
吸热反应
定义
放出热量的化学反应
吸收热量的化学反应
判断方法
根据反应物和生成物总能量的大小
反应物的总能量大于生成物的总能量
反应物的总能量小于生成物的总能量
根据反应前后化学键总能量的大小
断开化学键吸收的总能量小于形成化学键释放的总能量
断开化学键吸收的总能量大于形成化学键释放的总能量
根据化学反应的互逆性
可逆反应的正向反应若是放热反应，则逆向反应为吸热反应
根据图示
根据化学反应类别
①活泼金属与水或酸的反应；
②酸碱中和反应；
③活泼金属氧化物与水、酸的反应；
④燃烧反应；
⑤金属单质间的置换反应，如铝热反应；
⑥大多数化合反应(C与CO2反应等除外)，如合成氨反应、SO2与O2生成SO3的反应等；
⑦氨的催化氧化反应
①大多数分解反应，如CaCO3、NH4Cl、NH4HCO3等的分解反应；
②铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2·8H2O或Ca(OH)2与NH4Cl 的反应；
③以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C与H2O(g)反应，C与CO2反应
根据反应条件
若反应在开始时需要加热，反应开始后不再加热就能继续进行，如铁与硫的反应
需要持续加热才能进行的反应一般是吸热反应，如碳酸钙的受热分解
【例2】 下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是( )
A．铝粉与稀硫酸的反应
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
解析 铝粉与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应，A、C不符合；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，但是一个非氧化还原反应，D不符合；灼热的木炭与CO2的反应既是吸热反应，又是氧化还原反应，B符合。
答案 B
【易错警示】 吸热反应与放热反应判断的注意事项
(1)与反应条件(是否需加热)无关
①需要点燃、加热、光照的反应不一定是吸热反应，有些放热反应需要加热等条件引发反应。如H2在O2中点燃、铁粉与硫粉混合反应需要加热。
②不需要加热(在常温下)能进行的反应不一定是放热反应。如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应，在常温下能反应。
③在高温下或持续加热条件下进行的反应一般是吸热反应。
④放热反应在常温下不一定能进行反应，吸热反应在常温下也可能进行反应。
(2)不能将反应类型(吸、放热反应)与能量变化过程等同起来。化学反应中必然有能量的变化，但发生能量变化的却不一定是化学反应。如水蒸气变成液态水会放出能量，但这一过程属于物理变化。
变式训练2 下列说法正确的是( )
A．化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化
B．放热反应不需要加热就可以发生
C．反应条件是加热的反应都是吸热反应
D．化学反应放热还是吸热，取决于反应条件
答案 A
解析 根据化学反应中除了遵循质量守恒定律，还遵循能量守恒定律，所以化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化，故A正确；放热反应有的需加热，有的不需加热，如木炭的燃烧是一个放热反应，但需要点燃，点燃的目的是使其达到着火点，故B、C错误；放热反应是指反应物所具有的总能量高于生成物的总能量，在反应中会有一部分能量转变为热能的形式释放，反之，就是吸热反应，与反应条件无关，故D错误。
1．下列说法正确的是( )
A．任何化学反应都伴随有能量的变化
B．化学反应中的能量变化都表现为热量的变化
C．反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生吸热反应
D．在化学反应中一定有化学键的变化，但不一定有能量的变化
答案 A
解析 任何化学反应，破坏旧化学键所吸收的能量和形成新化学键所放出的能量不相等，所以任何化学反应都有能量的变化，A正确；化学反应过程中的能量变化除了热能外，还可以是光能、电能等，B不正确；C发生的是放热反应，C不正确；在化学反应过程中一定有化学键的变化，也一定有能量的变化，D不正确。
2．已知反应A＋B===C＋D的能量变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．该反应为放热反应
B．该反应为吸热反应
C．反应物的总能量高于生成物的总能量
D．该反应只有在加热条件下才能进行
答案 B
解析 由图示可知：该反应为吸热反应；生成物总能量高于反应物总能量；吸热反应，不一定需要加热才能进行。
3．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。共价键的键能是两种原子间形成1 mol共价键(或其可逆过程)时释放(或吸收)的能量。已知H—H键的键能为436 kJ·mol－1、Cl—Cl键的键能为243 kJ·mol－1、H—Cl键的键能为x，若1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)反应生成2 mol HCl(g)放出183 kJ的热量，则x为( )
A．496 kJ·mol－1 B．431 kJ·mol－1
C．862 kJ·mol－1 D．248 kJ·mol－1
答案 B
解析 2x－436 kJ·mol－1－243 kJ·mol－1＝183 kJ·mol－1，x＝431 kJ·mol－1。
4．石墨和金刚石都是碳的单质，石墨在一定条件下可以转化为金刚石。已知12 g石墨完全转化为金刚石时，要吸收a kJ的能量。下列说法中正确的是( )
A．石墨不如金刚石稳定
B．等质量的石墨和金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多
C．石墨转化为金刚石的反应是放热反应
D．等质量的石墨的能量高于金刚石的能量
答案 B
解析 由石墨完全转化为金刚石时吸热，属吸热反应，说明石墨的能量比金刚石低，石墨比金刚石更稳定；同质量的石墨和金刚石完全燃烧时，消耗氧气的量相同，生成同样多的二氧化碳，由于金刚石的能量高，所以金刚石燃烧后放出的能量要多。
5．下列变化属于吸热反应的是________(填序号)。
①葡萄糖在人体内被氧化成CO2；②天然气的燃烧；③煅烧大理石；④稀盐酸与稀氨水混合；⑤生石灰与水反应生成熟石灰；⑥干冰的升华；⑥钠与水反应；⑦消石灰与氯化铵晶体的反应。
答案 ③⑦
解析 葡萄糖在人体内的主要作用是通过氧化反应提供人体所需要的能量，为放热反应；燃料的燃烧放出热量，为放热反应；煅烧大理石，碳酸钙分解为吸热反应；盐酸和稀氨水发生中和反应为放热反应；生石灰与水发生化合反应，属放热反应；干冰升华吸收热量，属于物理变化，不属于化学反应；钠与水的置换反应为放热反应；铵盐与碱的反应属于吸热反应。
6．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如图。
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， a、b、c的关系为________。
(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________(填字母，下同)。
A．2Q1＋Q2>4Q3 B．2Q1＋Q2<4Q3
C．Q1＋Q2(4)已知1 g H2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出能量122.5 kJ，且O2(g)中1 mol O===O 键完全断裂时吸收能量 498 kJ，H2O(g)中1 mol H—O 键形成时放出能量465 kJ，则H2(g)中1 mol H—H 键断裂时吸收能量为________ kJ。
A．920 B．557
C．436 D．188
答案 (1)表示断裂1 mol H—H键和0.5 mol O===O 键所吸收的总能量 表示形成2 mol H—O 键所放出的总能量 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 b－a＝c (3)B (4)C
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→2H(g)和O2(g)→O(g)过程中断开1 mol H—H 键和0.5 mol 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)由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应为放热反应。旧化学键断裂吸收的能量小于新化学键生成放出的能量。所以a代表旧键断裂吸收的能量，b代表2H(g)＋O(g)结合成H—O键所放出的能量，c则代表成键所释放的能量－断键所吸收的能量，即b－a＝c。
(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。
(4)因为1 g H2 (g)完全燃烧生成H2O(g)时放出热量122.5 kJ，所以1 mol H2(g)与 mol O2(g)完全燃烧生成 1 mol H2O(g)时放出热量245 kJ。反应过程中断裂1 mol H—H 键和 mol O===O 键需要吸收的能量为×498 kJ＋EH—H，形成2 mol O—H键释放的能量为2×465 kJ＝930 kJ，所以930 kJ－(×498 kJ＋EH—H)＝245 kJ，解得EH—H＝436 kJ。
分层训练
[基础过关]
题组1 化学反应中能量变化的实质及转化
1．某化学反应中生成物的总能量为60 kJ，如果该反应是放热反应，那么反应物的总能量可能是( )
A．50 kJ B．30 kJ
C．80 kJ D．20 kJ
答案 C
解析 因放热反应中，反应物的总能量高于生成物的总能量，生成物的总能量为60 kJ，所以反应物总能量大于60 kJ。
2．下列说法不正确的是( )
A．化学反应放热还是吸热与反应条件无关
B．在加热条件下进行的反应不一定是吸热反应
C．所有的燃烧反应都是放热反应
D．在化学反应过程中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化
答案 D
解析 化学反应是放热还是吸热取决于反应物和生成物总能量的相对大小，或取决于断开反应物的化学键所吸收的总能量和形成生成物的化学键所放出的总能量的相对大小，与反应条件无关，A正确；在加热条件下进行的反应，可能是吸热反应，也可能是放热反应，B正确；燃烧是发光发热的剧烈的氧化还原反应，一定是放热反应，C正确；化学反应过程中发生物质变化的同时，一定发生能量变化，D不正确。
3．化学反应中的能量变化常表现为热量变化，如有的反应为放热反应，有的为吸热反应，请从下列选项中选出对此解释合理的为( )
A．旧化学键断裂时吸收的能量高于新化学键形成时所释放的总能量为吸热反应
B．旧化学键断裂时吸收的能量低于新化学键形成时所释放的总能量为吸热反应
C．在化学反应中需要加热的反应就是吸热反应
D．在化学反应中需要降温的反应为放热反应
答案 A
解析 在化学反应中，如果形成新化学键所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就需要不断吸收能量，即为吸热反应，故A正确，B不正确；有的放热反应开始需要加热，只是断裂旧的化学键需要能量而已，如合成氨的反应，铁与硫的反应等，故C、D不正确。
4．下列反应中反应物总能量小于生成物总能量的是( )
A．Fe粉与硫粉混合加热
B．常温下将氢氧化钡晶体与氯化铵粉末混合反应
C．将铁片投入到稀硝酸溶液中
D．Al粉与NaOH溶液反应
答案 B
解析 反应物的总能量小于生成物总能量的反应是吸热反应。
5．可以从不同角度、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。据此判断下列叙述中错误的是( )
A．钠原子与氯原子反应生成NaCl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“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能释放出来
C．氮分子内部存在着很强的共价键，故通常状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
解析 物质燃烧时放热，化学能转化为热能，属于放热反应，但该类反应往往需要先加热到其燃点才能进行，故B、D正确；化学反应首先是旧键的断裂，然后才是新键的形成。氮元素的非金属性虽然较强，但反应时，氮分子中的化学键很难断裂，故通常状况下氮气的化学性质很稳定，故C不正确。
题组2 放热反应和吸热反应
6．如图所示，在锥形瓶上放置装有水的小试管，往小试管中分别加入下列物质时：
①烧碱固体 ②浓硫酸 ③硝酸铵固体 ④NaCl固体，其中能使a端液面高于b端液面的是________(填序号)。
答案 ③
解析 a端液面高于b端液面，即锥形瓶内气体的压强减小，推知加入的A物质溶解时应吸热，使温度下降，而溶于水吸热的只有NH4NO3。
7．已知化学反应2C(s)＋O2(g)2CO(g)、2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)都是放热反应。据此判断，下列说法不正确的是(其他条件相同) ( )
A．12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量
B．56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量
C．12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量
D．将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多
答案 A
解析 放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。C和CO的燃烧反应都是放热反应，所以C＋O2CO2必然是放热反应，因此B、C两项的说法正确；12 g C并不代表反应物的全部，O2也是反应物，所以A项不正确；由于CCO放热、COCO2放热，所以CCO2比CCO放出的热量要多，即D项说法正确。
8．如图为反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的能量变化示意图。下列说法正确的是( )
A．拆开2 mol H2(g)和1 mol O2(g)中的化学键成为H、O原子，共放出1 368 kJ能量
B．由H、O原子形成2 mol H2O(g)，共吸收1 852 kJ能量
C．2 mol H2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(l)，共吸收484 kJ能量
D．2 mol H2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)，共放出484 kJ能量
答案 D
解析 由图示可以看出，断键需要吸收能量，成键时放出能量，A、B错；2 mol H2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol气态水时放出484 kJ能量，C错，D对。
题组3 化学反应的能量变化与化学键的关系
9．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 氢分子所具有的能量为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不正确；放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，故C不正确；分子变成原子需要破坏化学键，吸收能量，故2E1>E2，故D不正确。
10．化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是( )
A．该反应是吸热反应
B．1 mol A—A键和1 mol B—B键断裂能放出x kJ的能量
C．2 mol A—B键断裂需要吸收y kJ的能量
D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量
答案 C
解析 由图知，1 mol A2和1 mol B2的总能量高于2 mol AB 的能量，所以该反应放热，A和D不正确；化学键断裂时需吸收能量，B不正确；2 mol A—B键断裂变成 2 mol A 原子和2 mol B原子吸收y kJ的能量，C项正确。
[能力提升]
11．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)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 NN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的能量。
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)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 NN键和1.5 mol H—H键，共吸收能量0.5×946 kJ＋1.5×436 kJ＝1 127 kJ；形成1 mol NH3中的3 mol N—H键，共放出能量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的能量。
12．如图所示，把试管放入盛有25 ℃的饱和澄清石灰水的烧杯中，试管开始放入几小块镁片，再用滴管滴入5 mL盐酸于试管中，试回答下列问题：
(1)实验中观察到的现象是________________________________________________。
(2)产生上述现象的原因是________________________________________________。
(3)写出有关反应的离子方程式____________________________________________。
(4)由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________(填“大于”、“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。
答案 (1)①镁片上有大量气泡产生；②镁片逐渐溶解；③烧杯中析出固体(或烧杯中溶液变浑浊)
(2)镁与盐酸反应产生氢气，该反应为放热反应，Ca(OH)2在水中的溶解度随温度升高而减小
(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
(4)小于
解析 镁片与盐酸反应放热，是由于反应物(Mg和盐酸)的总能量高于生成物(MgCl2和H2)的总能量。放出的热量通过小试管传递给饱和石灰水，使Ca(OH)2因溶解度下降而析出Ca(OH)2固体。
13．(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”，下同)436 kJ的能量；由Cl2―→Cl＋Cl，当断裂1 mol Cl2中的共价键时，要________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。
答案 (1)①放出 吸收 ②431 ③化学 热 相等
(2)放出 45.5
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所吸收的总能量为E(H—Cl) kJ，则生成2 mol H—Cl所释放的总能量为2×E(H—Cl) kJ，则有2×E(H—Cl) kJ－(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。
[拓展探究]
14．如图是某同学设计的放热反应的观察装置。其实验操作是①按图所示将实验装置连接好；②在U形管内加入少量红墨水，打开T形管螺旋夹，使U形管内两边的液面处于同一水平面，再夹紧螺旋夹；③在中间的试管里盛1 g氧化钙，当滴入2 mL左右的蒸馏水后，即可观察。
试回答：
(1)预计实验中能观察到的现象是_________________________________________。
(2)该实验中①②操作之间必须进行的一步实验操作是
_____________________________________________________________________。
(3)实验中发生反应的化学方程式为_______________________________________。
(4)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2能量之间的关系：_____________________。
答案 (1)U形管里的红墨水会沿开口端上升(其他答案合理均可)
(2)检查装置气密性
(3)CaO＋H2O===Ca(OH)2
(4)CaO和H2O的总能量大于Ca(OH)2的能量
第1课时 化学反应的快慢
[目标导航] 1.了解化学反应速率的概念和常用表示方法。2.知道浓度、温度和催化剂等外界条件对化学反应速率的影响，了解调控化学反应速率的方法。3.掌握化学反应速率的简单计算。
一、化学反应速率
1．含义
化学反应速率是用来描述化学反应快慢的物理量。
2．表示方法
通常用单位时间内反应物浓度或生成物浓度的变化量来表示。
3．表达式
v(A)＝，Δc(A)表示反应物(或生成物)A浓度的变化量，Δt表示浓度变化的时间。
4．单位
化学反应速率的常用单位为mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1或mol·L－1·h－1。
5．实例
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：
反应物或生成物
SO2
O2
SO3
物质的量浓度变化/mol·L－1
0.4
0.2
0.4
化学反应速率/mol·L－1·s－1
0.08
0.04
0.08
化学反应速率之比
2∶1∶2
【议一议】
1．对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，能否用C和H2O来表示该反应的化学反应速率？
答案 该反应的化学反应速率不能用C表示，可以用H2O表示，固体或纯液体的浓度可视为常数，因此不能用固体或纯液体表示化学反应速率。若反应中水为气体，可以用来表示反应速率；若水为溶剂，则不能用水表示反应速率。
2．对同一化学反应，在相同的时间内，用不同的物质来表示其化学反应速率时，它们之间有什么关系？
答案 对同一化学反应，在相同的时间内，用不同的物质来表示的化学反应速率，化学反应速率之比等于反应方程式中相应的物质的化学计量数之比。
二、影响化学反应速率的因素
1．探究影响化学反应速率的因素
实验方案
实验现象
结论
镁片、铁片与盐酸反应，镁片产生气泡的速率快
决定化学反应速率大小的内因是反应物本身的性质
粉状碳酸钙比块状碳酸钙产生气泡的速率快
增大反应物的接触面积，可以加快化学反应速率
3 mol·L－1 HCl(aq)与Mg反应产生气泡的速率快
反应物浓度越大，化学反应速率越快
用酒精灯加热的试管中产生气泡的速率快
温度越高，化学反应速率越快
加入MnO2粉末的试管中产生气泡的速率较快
催化剂可以加快化学反应速率
2.影响化学反应速率的因素
(1)内因
不同的化学反应，具有不同的反应速率，这说明化学反应速率的大小主要取决于反应物本身的性质。
(2)外因
条件改变
反应速率变化
浓度
增加反应物浓度
加快
减少反应物浓度
减慢
温度
升高温度
加快
降低温度
减慢
压强
对气体物质参加的反应
增大压强
加快
减小压强
减慢
催化剂
加入合适的催化剂
加快
接触面积
增大反应物间的接触面积
加快
【议一议】
1．增加反应物的用量，一定能增大化学反应速率吗？为什么？
答案 不一定，固态和纯液态反应物的浓度是一个常数，增加固态和纯液态物质的用量，化学反应速率不变。
2．升高温度，吸热反应和放热反应的速率都加快吗？
答案 都加快。升高温度，分子运动加快，单位时间内有效碰撞次数增多，反应速率必然加快。
3．改变压强后，化学反应速率一定变化吗？
答案 不一定，改变压强，对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变。当压强改变，但对物质的浓度无影响时，化学反应速率不变。如恒容密闭容器中通入“惰性气体”时，化学反应速率不变。
一、化学反应速率的表示方法及简单计算
1．化学反应速率的表示方法
(1)表示一个化学反应的反应速率时，须指明用哪一种物质来表示。
(2)一定温度下，固态物质和纯液态物质的浓度是一个常数，所以不能用固态物质或纯液态物质表示反应速率。
(3)无论是用反应物还是用生成物表示化学反应速率，化学反应速率都取正值。
(4)化学反应速率是某一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻时的瞬时反应速率。
(5)由于一个化学反应中各物质的化学计量数不一定相同，所以同一化学反应用不同的物质表示的化学反应速率数值可能不同，但所表示的意义相同。
(6)同一化学反应，用不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比等于化学反应方程式中相应的物质的化学计量数之比。
如对于反应：aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，其反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。
2．化学反应速率的简单计算方法
(1)定义式法：利用定义式v(A)＝＝计算[Δc(A)表示反应物(或生成物)A的浓度的变化量，Δn(A)表示A的物质的量的变化，V表示反应容器的体积，Δt表示浓度变化的时间]。
已知任意两个量，可求第三个量。
(2)关系式法：利用“化学反应速率之比＝化学方程式中的化学计量数之比”求算。
(3)始转平法：对于较为复杂的题目，采用以下模式计算：
例如：反应 mA ＋ nB === pC
起始浓度(mol·L－1) a b c
转化浓度(mol·L－1) x
某时刻浓度(mol·L－1) a－x b－ c＋
【例1】 在一体积固定的密闭容器中加入反应物A、B，发生如下反应：A＋2B===3C。反应经2 min后，A的浓度从开始时的1.0 mol·L－1降到0.8 mol·L－1。已知反应开始时B的浓度是1.2 mol·L－1，求：
(1)2 min末B、C的浓度。
(2)以单位时间内A的浓度的减小来表示2 min内该反应的平均速率。
(3)不同条件下，测得v(A)＝0.2 mol·L－1·min－1，v(B)＝0.5 mol·L－1·min－1，v(C)＝1.2 mol·L－1·min－1，则哪种情况下反应速率最快？
解析 (1)2 min内A的浓度减小0.2 mol·L－1，则由A＋2B===3C知B消耗0.2×2 mol·L－1，C增加0.2 mol·L－1×3＝0.6 mol·L－1，则2 min末B的浓度为
1．2 mol·L－1－0.4 mol·L－1＝0.8 mol·L－1
C的变化浓度即为2 min末C的浓度。
(2)v(A)＝＝＝0.1 mol·L－1·min－1。
(3)由规律可知：
v(A)∶v(B)∶v(C)＝1∶2∶3，
当用v(A)表示v(C)、v(B)时，
v(A)＝v(B)＝×0.5 mol·L－1·min－1
＝0.25 mol·L－1·min－1
v(A)＝v(C)＝×1.2 mol·L－1·min－1
＝0.4 mol·L－1·min－1
所以v(C)＝1.2 mol·L－1·min－1时最快。
答案 (1)c(B)＝0.8 mol·L－1 c(C)＝0.6 mol·L－1
(2)0.1 mol·L－1·min－1
(3)v(C)＝1.2 mol·L－1·min－1最快
【方法点拨】 化学反应快慢的比较
(1)同一反应不同条件或者不同时段内的反应速率比较时，先换算成同一物质、相同单位的反应速率，数值大的速率反应速率快。
(2)对于反应aA＋bB===cC，将v(A)∶v(B)的值与a∶b的值进行比较，若v(A)∶v(B)＝a∶b，二者速率相等；若v(A)∶v(B)＞a∶b，v(A)＞v(B)；v(A)∶v(B)＜a∶b，v(A)＜v(B)。
(3)不同反应之间的速率大小没有可比性。
变式训练1 在容积为2 L的密闭容器中充入2 mol SO2和一定量O2，发生反应2SO2＋O22SO3，当反应进行到4 min时，测得n(SO2)＝0.4 mol。若反应进行到2 min末时，容器中SO2的物质的量是( )
A．等于1.6 mol B．等于1.2 mol
C．大于1.6 mol D．小于1.2 mol
答案 D
解析 前4 min用SO2表示的反应速率为v(SO2)＝＝0.2 mol·L－1·min－1，所以前2 min SO2的减少量大于0.2 mol·L－1·min－1×2 min×2 L＝0.8 mol。所以容器中SO2的物质的量应小于1.2 mol。
二、影响化学反应速率的外界因素
1．浓度
(1)只适用于气体参加或在溶液中进行的化学反应。
(2)在一定温度下，固体或纯液态物质的浓度是一个常数，改变其用量，对化学反应速率无影响。
(3)化学反应速率与固体颗粒的大小有关，颗粒越小，表面积越大，化学反应速率越快。
2．温度
(1)对任何化学反应都适用，且不受反应物状态的影响。
(2)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，降低温度都能减小化学反应速率。
3．压强
(1)压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。
(2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小，所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。
(3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率，否则，化学反应速率不变。
(4)压强改变的常见方式
①恒温恒容：充入稀有气体→容器压强增大，各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。
②恒温恒压：充入稀有气体→容器体积增大→各反应物的浓度减小→化学反应速率减小。
③恒温：缩小容器体积→容器压强增大→反应物浓度增大→化学反应速率增大。
④恒温恒容：充入一种反应物→增大反应物浓度→化学反应速率增大。
4．催化剂
(1)催化剂参与化学反应，但其质量和化学性质在反应前后保持不变。
(2)催化剂只有在适宜的温度下才能最大限度地显示其催化作用，不同的催化剂所需要的适宜温度不一定相同。
(3)使用催化剂，可逆反应的正、逆反应速率增大的倍数相同。
【例2】 反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一体积可变的密闭容器中进行。下列条件的改变对其化学反应速率几乎没有影响的是( )
①增大C的用量 ②将容器的体积缩小一半 ③保持体积不变，充入N2使容器内压强增大 ④保持压强不变，充入N2使容器体积增大 ⑤保持体积不变，充入水蒸气 ⑥温度升高
A．②④ B．①③
C．③④⑤ D．①④⑥
解析 C为固体，增大C的用量，化学反应速率不变；将容器体积缩小，增大反应物浓度，反应速率加快；体积不变，充入N2，反应物浓度不变，化学反应速率不变；充入N2，体积增大，反应物的浓度减小，反应速率减慢；体积不变，充入水蒸气，增大反应物浓度，反应速率加快；升高温度，反应速率加快。
答案 B
【易错警示】 只改变反应物的固体用量，化学反应速率不变；改变压强而反应物浓度不变，则化学反应速率不变。
变式训练2 100 mL 0.6 mol·L－1 H2SO4溶液与过量锌粉反应，在一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但不影响生成H2的总量，可向反应物中加入适量的( )
A．Na2CO3固体 B．NaNO3溶液
C．K2SO4固体 D．K2SO4溶液
答案 D
解析 Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑，加入Na2CO3固体，锌与H2SO4溶液反应的速率和生成H2的总量都减小；加入NaNO3，NO在酸性条件下具有强氧化性，与锌反应不能放出H2，所以锌与H2SO4溶液反应的速率和生成H2的总量都减小；加K2SO4固体，增大了SO的浓度，锌与H2SO4溶液反应的速率和生成H2的总量与SO的浓度无关，反应速率和生成H2的总量都不变；加K2SO4溶液，降低溶液中H＋的物质的量浓度，但H＋的物质的量不变，化学反应速率减小但生成H2的总量不变。
【易错警示】 对于溶液中进行的离子反应：
(1)化学反应速率与压强无关。
(2)根据离子反应方程式分析所加物质对化学反应速率是否有影响。如锌与稀硫酸反应，SO没有参与离子反应，增大c(SO)对反应速率没有影响。
1．下列关于X(g)＋Y(s)===2Z(g)的化学反应速率的叙述正确的是( )
A．该反应的化学反应速率可用单位时间内X或Y浓度的减少来表示
B．该反应的化学反应速率是指反应进行一段时间内，X浓度的减少或Z浓度的增加
C．相同条件下，若v(X)＝0.1 mol·L－1·s－1，v(Z)＝0.2 mol·L－1·s－1，则v(X)表示的反应速率比v(Z)表示的反应速率小
D．该反应的化学反应速率是指单位时间内X或Z浓度的变化
答案 D
解析 化学反应速率用单位时间内反应物浓度或生成物浓度的变化量来表示，D正确；一段时间和单位时间含义不同，B不正确；Y在该反应中为固态，其在反应过程中的浓度变化是一常数，A不正确；X与Z化学计量数之比为1∶2，v(X)∶v(Z)＝1∶2，v(X)与v(Z)表示的化学反应速率相等，C不正确。
2．下列说法错误的是 ( )
A．决定化学反应速率的主要因素是参加反应的物质的性质
B．升高温度可使吸热反应的反应速率增大，使放热反应的反应速率减小
C．等量的甲烷在纯氧气中燃烧的火焰的温度比在空气中燃烧时高
D．用物质的量浓度相同的盐酸分别与相同质量的石灰石块和石灰石粉末反应，石灰石块的反应速率慢
答案 B
解析 决定化学反应速率的主要因素是参加反应物质的性质，A正确；无论反应的热效应如何，升高温度，放热反应和吸热反应的反应速率均增大， B不正确；甲烷在纯氧中燃烧迅速且充分，在较短的时间内放出全部的热量，C正确；石灰石块的表面积小，与盐酸反应速率慢，D正确。
3．把下列四种X溶液分别倒入四个盛有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。其中化学反应速率最大的是( )
选项
温度
体积
浓度
A
10 ℃
20 mL
3 mol·L－1
B
20 ℃
30 mL
2 mol·L－1
C
20 ℃
10 mL
4 mol·L－1
D
10 ℃
20 mL
2 mol·L－1
答案 B
解析 先比较混合后浓度的大小，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。混合后A、B选项中X的物质的量相等，且比C、D的大，而B中温度更高，因此B的反应速率最大。
4．把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生H2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( )
①H＋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↑，化学反应速率与c(Cl－)无关。镁与盐酸的反应为放热反应，反应过程中溶液的温度升高，c(H＋)浓度逐渐减小。开始阶段温度升高(加快反应速率)为主要影响因素，c(H＋)的减小(使反应速率减小)为次要影响因素，所以反应速率增大。随后反应速率减小是因为c(H＋)减小。
5．进行如下实验，在A锥形瓶中放入10 g绿豆大小的碳酸钙，在B锥形瓶中放入5 g粉末状的碳酸钙，分别加入50 mL 1 mol/L盐酸，如图中能正确表示实验结果的是(注：x—时间、y—锥形瓶中碳酸钙减少的质量)( )
答案 C
解析 碳酸钙粉末与盐酸的反应速率比碳酸钙固体的反应速率要大，在盐酸的物质的量为少量的情况下，消耗的碳酸钙的质量最终是相等的。
6．现欲用纯净的碳酸钙与稀盐酸反应制取二氧化碳气体，请回答：
(1)对于化学反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O，在其他条件一定时，下列措施不能增大初始反应速率的是________(填字母，下同)。
a．将盐酸的用量增加一倍
b．盐酸的浓度增加一倍，用量减半
c．适当加热
d．将块状碳酸钙换成粉末状固体
e．增大CaCl2的浓度
f．把2 mol·L－1盐酸换成2 mol·L－1 H2SO4
(2)为了降低上述化学反应的反应速率，欲向溶液中加入下列物质，你认为可行的是________。
a．蒸馏水 b．NaCl固体
c．NaCl溶液 d．浓盐酸
除了上述方法外，你认为还可以采取哪些措施来降低化学反应速率________________________________________________________________________。
(3)实验过程如上图所示，分析判断：________段化学反应速率最快，________段单位时间内收集的CO2最多。
答案 (1)ae (2)ac 用块状大理石或降低温度等
(3)EF EF
解析 (1)a：对于一定浓度的盐酸，增加盐酸的用量并不能增加其浓度，反应速率不变；b：虽然盐酸用量减半，但因浓度加倍，反应速率加快；c：温度升高，反应速率加快；d：CaCO3为固态物质，粉末状碳酸钙比块状碳酸钙表面积大，反应速率快；e：CaCl2是生成物，增大CaCl2的浓度不能增大化学反应速率；f：将2 mol·L－1 HCl换为2 mol·L－1 H2SO4，c(H＋)浓度增大，初始的反应速率增大。
(2)减缓反应速率可采用降低反应物浓度、降低反应温度、减小固体表面积等措施。加蒸馏水或加NaCl溶液，降低了反应物浓度；加浓盐酸，加快反应速率；加固体NaCl，对反应速率没有影响。
(3)化学反应速率是用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示，改变量越多，反应速率越快。由图像可知EF段单位时间内CO2的生成量最多，反应速率最快。
分层训练
[基础过关]
题组1 化学反应速率的概念及其简单计算
1．下列关于化学反应速率的说法中，正确的是( )
A．化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减小或任何一种生成物浓度的增加
B．化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1所表示的意义是时间为1 s时，某物质的浓度为0.8 mol·L－1
C．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
D．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显
答案 C
解析 固体或纯液体的浓度视为常数，A不正确；化学反应速率是单位时间内物质的量浓度的变化量，B不正确；对于无明显现象的化学反应来说，无法通过现象判断反应速率的大小，D不正确。
2．在2 L的密闭容器中，发生以下反应：2A(g)＋B(g)??2C(g)＋D(g)。v(A)＝0.12 mol·L－1·s－1若最初加入的A和B都是4 mol，在第10 s C的物质的量是( )
A．1.6 mol B．2.8 mol
C．2.4 mol D．1.2 mol
答案 C
解析 同一个反应中，化学反应速率之比等于化学方程式中系数之比，即v(C)＝v(A)，10 s时，C的物质的量n(C)＝Δn(C)＝Δc(C)×V＝v(C)×t×V＝0.12 mol·L－1·s－1×10 s×2 L＝2.4 mol。
3．反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)。在不同的情况下测得反应速率如下，其中反应速率最快的是( )
A．v(D)＝0.4 mol·L－1·s－1 B．v(C)＝0.5 mol·L－1·s－1
C．v(B)＝0.6 mol·L－1·s－1 D．v(A)＝0.15 mol·L－1·s－1
答案 B
解析 方法一：化为用同一物质表示的反应速率再比较，如化为用A表示的反应速率，A项v(A)＝v(D)＝0.2 mol·L－1·s－1，B项v(A)＝v(C)＝0.25 mol·L－1·s－1，C项v(A)＝v(B)＝0.2 mol·L－1·s－1，B项表示的反应速率最快。
方法二：将用不同物质表示的反应速率分别除以对应系数再比较：A项 mol·L－1·s－1，B项 mol·L－1·s－1，C项 mol·L－1s－1，D项 mol·L－1·s－1，B项反应速率最快。
4．在一定条件下，向体积为2 L的密闭容器中加入2 mol N2和10 mol H2，发生反应：N2＋3H2??2NH3,2 min时，测得剩余的N2为1 mol，则下列化学反应速率的表达式中正确的是( )
A．v(N2)＝1 mol·L－1·min－1 B．v(H2)＝0.75 mol·L－1·min－1
C．v(NH3)＝0.25 mol·L－1·min－1 D．v(N2)＝0.5 mol·L－1·min－1
答案 B
解析 根据化学反应速率的表示方法可知，v(N2)＝＝0.25 mol·L－1·min－1，根据v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2可知，v(H2)＝3v(N2)＝0.75 mol·L－1·min－1，v(NH3)＝2v(N2)＝0.5 mol·L－1·min－1。
5．对于化学反应3W(g)＋2X(g)===4Y(g)＋3Z(g)，下列反应速率关系中，正确的是 ( )
A．v(W)＝3v(Z) B．2v(X)＝3v(Z)
C．2v(X)＝v(Y) D．3v(W)＝2v(X)
答案 C
解析 对于任一化学反应，用不同的物质表示该反应的速率，其数值之比等于其化学计量数之比。在题给的化学反应中，v(W)∶v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝3∶2∶4∶3，v(W)＝v(Z)，A项错误；3v(X)＝2v(Z)，B项错误；2v(X)＝v(Y)，C项正确；2v(W)＝3v(X)，D项错误。
题组2 外界条件对化学反应速率的影响
6．NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，它们能缓慢起反应生成N2和CO2。对此反应的下列叙述中正确的是( )
A．浓度、温度、催化剂等都是决定化学反应速率大小的因素
B．使用适当的催化剂，能改变化学反应速率
C．升高温度，降低化学反应速率
D．改变压强对反应速率没有影响
答案 B
解析 浓度、温度、压强、催化剂等外界条件都能影响反应速率，但它们都不是化学反应速率的决定因素，决定化学反应速率的因素是反应物本身的性质，A不正确；加入适当的催化剂，化学反应速率加快，B正确；不论反应是放热的还是吸热的，升高温度都能加快反应速率，降低温度都能减慢反应速率， C不正确；本反应的化学方程式为2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，因有气体参加反应，故压强的改变对反应速率有影响，且增大压强会加快反应速率，减小压强会减慢反应速率，D不正确。
7．反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变体积的容器中进行，则下列条件的改变使其反应速率增大的是( )
A．增加C的量
B．将容器的体积缩小一半
C．保持温度和容器体积不变，充入氦气
D．保持温度和压强不变，充入氦气
答案 B
解析 因C为固体，当增加C的量时，其浓度不会改变，则不会对速率产生影响；将容器的体积缩小一半，气态物质的浓度均增大一倍，一定会加快反应的进行，B正确；当保持温度和容器体积不变，充入氦气时，原来各种物质的浓度没有发生变化，速率不变，C错误；当保持温度和压强不变，充入氦气时，容器的体积必然扩大，原来体系中的各物质的浓度减小，反应速率变小，D错误。
8．把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，在下列因素中对产生H2速率没有影响的是( )
A．Cl－的浓度 B．镁条的表面积
C．溶液的温度 D．H＋的浓度
答案 A
解析 镁和盐酸反应的实质为：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，Cl－没有参加反应，不影响化学反应速率，故A选；镁条的表面积越大，反应速率越大，故B不选；温度越高，反应速率越大，故C不选；H＋的浓度越大，反应速率越大，故D不选。
9．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正确；在2～4 min内n(CO2)的变化量最大(或由曲线的斜率最大)，可判断出平均反应速率最大，C正确；由题意及图可知，该题不知道容器体积，故不能表示出反应速率，D不正确。
10．下列各组反应(表中物质均为反应物)，反应刚开始时，放出H2的速率最大的是( )
选项
金属(粉末状)/mol
体积/mL
酸浓度/mol·L－1
酸
反应温度/℃
A
Mg
0.1
10
6
HNO3
60
B
Al
0.1
10
3
HCl
60
C
Fe
0.1
10
3
HCl
60
D
Mg
0.1
10
3
H2SO4
60
答案 D
解析 金属与硝酸反应不产生H2，排除A项；Fe不如Mg活泼，排除C项；其他两项中只比较c(H＋)即可，显然3 mol·L－1盐酸中c(H＋)小于3 mol·L－1硫酸中c(H＋)，因此D项放出H2的速率最大。
[能力提升]
11．(1)少量铁粉与100 mL 0.01 mol·L－1的稀盐酸反应，反应速率较慢。为了加快此反应速率而不改变H2的产量，可以使用如下方法中的__________(填字母)。
①加H2O；②滴入几滴浓硝酸；③滴入几滴浓盐酸；④加CH3COONa固体；⑤加NaCl固体；⑥升高温度(不考虑盐酸挥发)；⑦改用10 mL 0.1 mol·L－1盐酸
A．①⑥⑦ B．③⑤⑦
C．③⑥⑦ D．⑤⑥⑦
(2)填写下列事实中影响化学反应速率的因素。
实例
影响条件
黄铁矿煅烧时要粉碎成细小的颗粒
同样大小的石灰石分别与0.1 mol·L－1的盐酸和1 mol·L－1的盐酸反应的速率不同
葡萄糖在空气中燃烧时需要较高的温度，可是在人体正常温度下就被氧化
食物放在冰箱里能延长保质期
答案 (1)C (2)反应物的表面积 反应物的浓度
催化剂 温度
解析 (1)该反应的本质是Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，所以要加快反应速率同时不改变H2的产量可以采取升高温度、增大H＋浓度、增大接触面积、使用催化剂等措施。加入浓硝酸虽然增大了H＋浓度，但Fe与HNO3反应不会产生H2，会使H2的量减少；Na＋和Cl－不参与反应，故加NaCl固体对反应速率无影响。
12．在室温条件下，5.0 mL 0.10 mol·L－1的Na2S2O3溶液和15.0 mL 0.10 mol·L－1的H2SO4溶液混合，析出淡黄色沉淀，反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O。回答下列问题：
(1)若在混合溶液中加入适量的Na2SO4固体，则析出淡黄色沉淀的速率________(填“明显增大”、“明显减小”或“基本不变”，下同)；若在混合溶液中加入5.0 mL 8 mol·L－1的Na2SO4溶液，则析出淡黄色沉淀的速率________。
(2)若将上述两种溶液分别在水浴中加热到60 ℃，然后将它们混合，则析出淡黄色沉淀的速率明显增大，原因是______________________________________________________。
答案 (1)基本不变 明显减小 (2)温度升高，化学反应速率加快
13．为了研究碳酸钙与稀盐酸反应的反应速率，某同学通过实验测定反应中生成的CO2气体体积随反应时间变化的情况，绘制出如图所示的曲线。请分析讨论以下问题：
(1)在O～t1、t1～t2、t2～t3各相同的时间段里，反应速率最大的是________时间段，收集到气体最多的是________时间段，由该图像说明此反应属于________(填“吸”或“放”)热反应。
(2)若CO2的体积是在标准状况下测定，盐酸的体积为100 mL，则t2到t3 min内用盐酸表示的平均速率为________ mol·L－1·min－1(忽略盐酸体积变化，用字母表示)。
(3)为了降低上述化学反应的反应速率，欲向溶液中加入下列物质，你认为可行的是________。
A．蒸馏水 B．NaCl固体
C．NaCl溶液 D．浓盐酸
(4)除了上述方法外，你认为还可以采取哪些措施来降低化学反应速率。
答案 (1)t1～t2 t1～t2 放
(2)
(3)AC
(4)用块状大理石或降低温度等(答案合理即可)。
解析 (1)从图上可看出，t1～t2时间段收集的CO2气体最多。O～t1、t1～t2、t2～t3时间段时间相同，则t1～t2时间段反应速率也最大，导致t1～t2时间段内反应速率最快的原因只能是该反应放热，温度升高，加快反应速率。
(2)由CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
2 1
mol mol
则v(HCl)＝＝mol·L－1·min－1。
(3)和(4)减缓反应速率可采用降低反应物浓度、降低反应温度、减小固体表面积等措施。加蒸馏水和NaCl溶液均降低c(H＋)，加NaCl固体不影响溶液中的c(H＋)，加浓盐酸增大溶液中的c(H＋)。
[拓展探究]
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甲、乙两种实验装置。
(1)若利用甲实验，可通过观察________________________________________现象，从而定性比较得出结论。
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：_______________________________________。若利用乙实验可进行定量分析，图中仪器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________________________________________________________________________。
(2)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下图所示，解释反应速率变化的原因：_______________________________， H2O2初始物质的量浓度为________(保留两位有效数字)。
(3)为了加深同学们对影响反应速率因素的认识，老师让同学完成如下实验：在上述实验装置的锥形瓶内加入6.5 g 锌粒，通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L－1的硫酸，10 s时收集产生的H2的体积为44.8 mL(标准状况)，用硫酸表示10 s内该反应的速率为________mol·L－1·s－1(假设反应前后溶液的体积不变)。
答案 (1)产生气泡的快慢 可以消除阴离子不同对实验的干扰 2H2O22H2O＋O2↑ 分液漏斗 产生40 mL气体所需的时间
(2)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
(3)0.005
解析 (1)利用甲实验，可通过产生气泡的快慢来比较两种离子对H2O2分解的催化效果，将FeCl3改为Fe2(SO4)3，两种催化剂中的阴离子相同，可以消除阴离子不同对实验的干扰。还需要测定产生40 mL气体所需的时间，才能计算反应速率。
(2)由图像可知，随着反应的进行，H2O2的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减小，到4 min时H2O2完全分解，标准状况下共产生60 mL O2，n(H2O2)＝2×n(O2)＝2×，c(H2O2)＝ ÷0.05 L≈0.11 mol·L－1。
(3)标准状况下H2为44.8 mL，即n(H2)＝0.002 mol，消耗的n(H2SO4)＝ 0.002 mol，Δc(H2SO4)＝ ＝0.05 mol·L－1。反应用了10 s，所以用H2SO4表示的化学反应速率为0.005 mol·L－1·s－1。
第2课时 化学反应的限度
[目标导航] 1.了解化学反应的可逆性，知道可逆反应的特征。2.了解化学平衡的概念和特征，能够判断平衡状态，知道条件改变时化学平衡会发生移动。3.认识化学反应的进行是有一定限度的。
一、化学反应的限度——化学平衡状态
1．可逆反应
(1)概念：在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称为可逆反应。
(2)特点：一定条件下，反应物不能全部转化成生成物，反应只能进行到一定限度。
(3)表示：在可逆反应的化学方程式中，用“??”号代替“===”号。
2．化学平衡状态
(1)化学平衡状态的建立
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。
①反应开始时：v正最大，v逆为0，原因是反应物浓度最大，生成物浓度为0。
②反应过程中：v正逐渐减小，v逆逐渐增大，原因是反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大。
③反应达到平衡时(t1后)：v正＝v逆，反应物和生成物的浓度不再改变。
(2)化学平衡状态的概念
在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率与逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态。
(3)化学平衡状态的特征
①逆：只有可逆反应才能在一定条件下建立化学平衡状态。
②等：反应达到平衡时，v正＝v逆。
③动：化学平衡状态是一种动态平衡。达到平衡状态时，正反应和逆反应都依然在进行。
④定：条件一定时，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。
⑤变：外界条件发生改变时，原平衡状态被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡状态。
【议一议】
1．在密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，在一定条件下发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当充分反应后，最终容器中能否得到2 mol SO3?
答案 不能，因为可逆反应不能进行彻底。
2．在密闭容器中进行反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2时能否说明该反应达到化学平衡状态？
答案 不能，因为不能说明各组分的浓度一定不变。也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。
二、化学平衡移动
1．实验探究温度改变对化学平衡的影响
2NO2??N2O4(正反应方向为放热反应)受温度的影响
(1)现象
温度改变
混合气体颜色
c(NO2)
升温(浸入热水)
变深
增加
降温(浸入冷水)
变浅
减小
(2)结论
当其他条件不变时，升高反应体系的温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低反应体系的温度，化学平衡向放热反应方向移动。
2．化学平衡移动的含义
对一个化学平衡状态改变条件时，原来的化学平衡将被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡，即发生化学平衡移动。
3．影响化学平衡移动的因素
影响因素有温度、反应物浓度、压强等。
【议一议】
升高温度，化学平衡一定向正反应方向移动吗？
答案 不一定，若正反应是吸热反应，则升高温度，化学平衡向正反应方向移动；若正反应为放热反应，则升高温度，化学平衡向逆反应方向移动。
一、可逆反应的特点
1．正反应和逆反应发生条件相同。
2．正、逆反应同时存在，同时进行。
3．反应不能进行彻底，各反应物和生成物同时存在。
4．能量转化互逆。若正反应吸收能量，则逆反应释放能量。
【例1】 可逆反应2SO2＋O2??2SO3，若用2 mol SO2和1 mol 18O2在一定条件下，经足够长的时间反应。下列情况可能出现的是( )
A．18O原子完全存在于SO3中
B．18O原子存在于O2、SO2、SO3中
C．生成2 mol SO3
D．SO2、SO3均为1.5 mol
解析 可逆反应在相同条件下，可以向正、逆两个反应方向进行，反应体系中各物质同时存在，由于三种物质均含有氧元素，故O原子可能存在于三种物质中；C项，该反应是可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，错误；D项，根据硫元素质量守恒：n(SO2)＋n(SO3)＝2 mol。
答案 B
【解题反思】 在相同的条件下，可逆反应的正、逆反应同时进行，且不能完全转化。
变式训练1 在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、SO3的浓度分别为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．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1
D．SO3为0.4 mol·L－1
答案 B
解析 该反应为可逆反应，当SO2和O2完全转化为SO3时，c(SO2)＝c(O2)＝0，c(SO3)＝0.4 mol·L－1；当SO3完全转化为SO2和O2时，c(SO3)＝0，c(SO2)＝0.4 mol·L－1，c(O2)＝0.2 mol·L－1。根据可逆反应的特点：可逆反应不可能进行到底，故平衡时，0＜c(SO2)＜0.4 mol·L－1，0＜c(SO3)＜0.4 mol·L－1,0＜c(O2)＜0.2 mol·L－1，且c(SO2)＋c(SO3)＝0.4 mol·L－1，只有B项符合题意。
【方法规律】 常采用极端假设法解释化学平衡中有关量的问题。
二、化学平衡状态的判断方法
1．根据正、逆反应速率相等
(1)同一物质：同一种物质的生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。
(2)不同物质：不同方向的化学反应速率之比＝化学计量数之比，即v正(A)∶v逆(B)＝A、B的化学计量数比。
2．根据各组分浓度不变
(1)各组分质量、物质的量、分子个数、物质的量浓度不变；对于有颜色变化的可逆反应，颜色不再改变；反应物的转化率不再变化。
(2)各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数不变。
(3)反应前后气体化学计量数改变的反应：气体的总物质的量、恒温恒容条件下气体的总压强不变。
(4)恒温恒容条件下，有气体参加且物质状态反应前后改变的反应：混合气体的密度不变。
(5)恒温恒压条件下，反应前后全是气体且气体化学计量数改变的反应：混合气体的密度不变。
(6)恒容绝热条件下：反应混合物的密度不变。
【关键提醒】 如下情况不能说明可逆反应达到化学平衡状态：
(1)对于反应前后气体化学计量数相等的反应，气体总物质的量不变或气体总压强不变。
(2)全部由气体参加和生成的反应，恒容时气体密度不变。
(3)各组分的浓度相等或成某一比例。
(4)不指明v正或v逆，或指明v正或v逆，但用不同物质表示时的比例关系不符合化学计量数之比。
(5)反应物和生成物全部是气体，且反应前后气体化学计量数不变的反应，平均相对分子质量不变。
【例2】 在恒温恒容条件下，下列叙述不是可逆反应A(g)＋3B(g)??2C(g)达到平衡的特征的是( )
①C的生成速率与C的分解速率相等 ②单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B ③单位时间生成n mol A，同时生成2n mol C ④v正(A)＝v正(B) ⑤混合气体的总压强不再变化 ⑥混合气体的物质的量不再变化
⑦A、B、C的浓度不再变化 ⑧A、B、C的分子个数比为1∶3∶2
A．②④⑧ B．①⑥
C．⑤⑦ D．③⑧
解析 化学平衡的标志之一是正反应速率与逆反应速率相等。①C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，能说明达到平衡；②生成n mol A，同时生成3n mol B均表示逆反应，不能说明达到平衡；③生成n mol A为逆反应，生成2n mol C即消耗n mol A，能说明达到平衡；④没有逆反应速率，不能说明达到平衡；本反应是一个气体总物质的量改变、混合气体的总压强改变、A、B、C浓度改变的反应，⑤⑥⑦它们不变时能说明可逆反应到达平衡状态；⑧分子个数比不能说明A、B、C的浓度是否不变，不能说明达到平衡。
答案 A
【方法规律】 (1)对化学平衡状态的判断，从不同角度出发可以得到多种判断依据，如物质的量、浓度、压强、体积分数、温度、密度、、颜色等，但最终都体现v正＝v逆，各组分浓度保持不变。
(2)“变”“不变”判断法：
某一物理量在从开始到平衡的过程是“变化”的，而达平衡后则“不变”，则此物理量是判断平衡状态的标志。
变式训练2 (1)下列方法可以证明H2(g)＋I2(g)??2HI(g)已达平衡状态的是________________(填序号)。
①c(H2)＝c(I2)＝c(HI)
②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2
③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再改变
④反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI)
⑤单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
⑥单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2
⑦一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
⑧恒温恒容时，混合气体的颜色不再变化
⑨恒温恒容时，混合气体的压强不再变化
⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化时
(2)在上述⑧～⑩的说法中能说明2NO2??N2O4达到平衡状态的是________________(填序号)。
答案 (1)③⑦⑧ (2)⑧⑨⑩
解析 (1)①、②分别是化学平衡建立过程中的某一种特定状态，不一定是平衡状态；③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再改变是平衡状态；④没有指明v正和v逆，不能说明v正(H2)＝v逆(H2)，不能说明反应达到平衡状态；⑤是指v逆(H2)＝v正(HI)，说明2v逆(H2)＝v正(H2)，不能说明反应达到平衡状态；⑥指v正(H2)＝v正(I2)，不能说明反应达到平衡状态；⑦指2v正(H2)＝v逆(HI)，即v正(H2)＝v逆(H2)；⑧颜色不再发生变化，说明I2的浓度不变，能说明反应达到平衡状态；⑨反应在反应前后气体的总物质的量不变，即在反应的任何一个阶段，容器内压强不发生改变，不能说明反应达到平衡状态；⑩因为反应前后气体的体积不变，气体的质量不变，所以混合气体的密度不变，不能说明反应达到平衡状态。
(2)化学反应前后气体体积发生改变，因此在反应未达到平衡状态时，混合气体的密度、容器内压强等都会发生改变，当反应处于平衡状态时，这些量都不再改变，此时c(NO2)恒定，颜色不再变化。因此⑧、⑨、⑩都能说明反应达到平衡状态。
1．下列关于化学反应限度的叙述错误的是( )
A．不同的化学反应，限度可能不同
B．可以通过改变温度来控制化学反应的限度
C．可以通过延长化学反应的时间来改变反应的限度
D．当一个化学反应在一定条件下达到限度时，正、逆反应速率相等
答案 C
解析 反应限度主要取决于反应的本身；温度可使化学平衡移动；延长时间不可以改变反应的限度；达平衡时，v正＝v逆≠0。
2．下列不属于可逆反应的是( )
A．Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
B．N2＋3H22NH3
C．Cl2＋H2O??HCl＋HClO
D．2NO2(g)??N2O4(g)
答案 A
解析 可逆反应要求是在同一条件下既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应，选项A中逆反应需要在外加电源的情况下进行，与正反应条件不同，是在不同条件下进行的反应，故不是可逆反应。
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．达到化学平衡后，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．平衡后，再充入NH3，由于其他物质浓度不变，反应速度虽增大，平衡不会发生移动
答案 A
解析 根据不同物质表示同一反应时的速率关系，可知v逆(O2)＝v逆(NO)，代入A中表达式知v正(O2)＝v逆(O2)，A项正确；NO的生成与NH3的消耗同进表示正反应，在任意时刻都成比例，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；平衡后，增大反应物浓度，反应速率增大，平衡发生移动，D不正确。
4．一定温度下，不能说明可逆反应A(g)＋3B(g)??2C(g)达到平衡的是( )
A．C的生成速率与C的分解速率相等
B．A、B、C气体的浓度相等
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 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达到平衡； A、B、C浓度相等，不能说明它们的浓度是否不变，B不能说明达到平衡；A、B、C各物质的浓度不变化，是平衡状态的宏观表现，C达到平衡； C的百分含量达到最大值，说明反应达到限度，D达到平衡。
5．在一个恒温、恒容的密闭容器中，可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应，达到化学平衡状态的标志为____________(填编号)。
①反应速率v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2
②反应混合物中各组分的物质的量浓度不再改变
③反应混合物气体的压强不再改变
④混合气体的密度不变
⑤n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)＝1∶3∶2
⑥2v(N2)正＝v(NH3)逆
⑦单位时间内3 mol H—H断裂，同时2 mol N—H键断裂
⑧混合气体的平均相对分子质量不变
⑨N2和H2不再反应
答案 ②③⑥⑧
解析 无论是否达到平衡状态，反应速率之比始终与化学方程式中的化学计量数之比相等，①不能说明反应达到平衡状态；由于气体的质量m不变，容器的体积V不变，故混合气体的密度ρ＝，始终不变，④不能说明反应达到平衡状态；反应达到平衡状态时n(N2) ∶n(H2) ∶n(NH3)不一定是1∶3∶2，⑤不能说明反应达到平衡状态；反应达到平衡状态时，反应并没有停止，⑨不能说明反应达到平衡状态；由2v正(N2)＝v逆(NH3)，v正(N2)∶v正(NH3)＝1∶2，可知v正(N2)＝v逆(N2)或v正(NH3)＝v逆(NH3)，⑥能说明反应达到平衡状态；单位时间内3 mol H—H断裂指的是正反应速率，同时2 mol N—H键断裂指的是逆反应速率，则v正(N2)≠v逆(N2)，能说明反应未达到平衡状态。反应混合物中各组分的物质的量浓度、反应混合物气体的压强在反应过程中不断变化，所以②③能说明反应达到平衡状态。混合气体的平均相对分子质量可根据M＝判断，由于m不变，而反应过程中气体的物质的量n减小，只有达到平衡时n才不再减少，M不再改变，⑧能说明反应达到平衡状态。
6．如图所示，圆底烧瓶A和B中装有相同浓度的NO2和N2O4的混合气体，烧杯甲中盛放100 mL 6 mol·L－1的盐酸，烧杯乙中盛放100 mL冷水，两烧杯液体温度相同。现向烧杯甲的溶液中放入25 g NaOH固体，同时向烧杯乙中放入25 g NH4NO3固体，搅拌使之溶解。
(1)写出烧瓶中存在的反应的化学方程式______________________，实验前烧瓶中气体呈________色。
(2)分别向甲、乙烧杯中加NaOH固体和NH4NO3固体后，某同学又用温度计测量两烧杯中液体的温度，发现甲中温度__________，原因是____________________，乙中温度________，原因是____________________，同时发现A烧瓶中气体颜色______，B烧瓶中气体颜色变______。
(3)由此，该小组同学得出的结论是__________________________________________。
答案 (1)2NO2??N2O4 红棕
(2)升高 NaOH与HCl反应放出热量 降低
NH4NO3溶于水吸收热量 变深 变浅
(3)在其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应的方向移动
分层训练
[基础过关]
题组1 可逆反应
1．有关2SO2＋O22SO3的说法中，不正确的是( )
A．该反应为可逆反应，故在一定条件下SO2和O2不可能全部转化为SO3
B．达到平衡后，反应就停止，故正、逆反应速率均为零
C．一定条件下，向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2，则v正减小，v逆增大，直至v正＝v逆
D．平衡时SO2、O2、SO3的分子数之比不再改变
答案 B
解析 化学平衡是动态平衡，达到化学平衡状态时反应并没停止，只是正、逆反应速率相等而已。
2．在密闭容器中，进行如下反应：X2(g)＋Y2(g)??2Z2(g)，已知X2(g)、Y2(g)、Z2(g)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，反应达到平衡时，各物质的物质的量浓度可能为( )
A．c(Z2)＝0.4 mol·L－1 B．c(Y2)＝0.35 mol·L－1
C．c(X2)＝0.2 mol·L－1 D．c(Y2)＝0.2 mol·L－1
答案 B
解析 采用极限法，根据可逆反应不能进行到底求出物质的量浓度的范围，即0题组2 化学平衡状态
3．已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)＋2CO(g)??N2(g)＋2CO2(g)。下列说法不正确的是 ( )
A．因为反应放热，所以升高温度会使该反应的逆反应速率减小
B．使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C．反应达到平衡后，NO的反应速率保持恒定
D．单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡
答案 A
解析 升高温度可使可逆反应的正、逆反应速率均提高，故A不正确。
4．右图是可逆反应X2＋3Y2??2Z2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时，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物质的量逐渐减小至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。
5．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(g)＋SO2(g)??NO(g)＋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。
题组3 化学平衡状态的判断
6．在恒温恒容密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)??C(g)＋D(g)，当下列物理量不再发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是( )
A．B的物质的量浓度 B．气体总物质的量
C．混合气体的压强 D．混合气体的密度
答案 A
解析 c(B)不变，则c(A)、c(C)、c(D)都不变，A能说明该反应达到平衡状态。该反应前后气体化学计量数的总和相等，B和C不能说明反应达到平衡状态。该反应在恒容容器中进行，反应前后气体的总质量不变，反应过程中，混合气体密度不变，D不能说明达到平衡状态。
7．在一定温度下的恒容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，能说明反应A(s)＋2B(g)??C(g)＋D(g)已达到平衡状态的是( )
①混合气体的压强 ②混合气体的密度 ③B的物质的量浓度 ④气体的总物质的量
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
答案 B
解析 需注意此反应中A的状态为固态，反应前后气体的物质的量不变，故混合气体的压强不变并不能说明反应达到平衡，①错误；ρ＝，m总变化，V总不变，所以ρ不变时，可以说明反应达到平衡，②正确；反应物的浓度和生成物的浓度不再改变可以说明反应已经达到平衡，所以B的物质的量浓度不变，可以说明反应达到平衡，③正确；气体的总物质的量在任何时候都是不变的，所以Δn＝0不能说明反应达到平衡，④错误。
8．在恒温恒容下发生可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列能够说明反应已经达到平衡状态的是( )
A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
B．正、逆反应都还在继续进行
C．每生成2 mol NH3，同时消耗3 mol H2
D．混合气体的物质的量总和不随时间的变化而变化
答案 D
题组4 化学平衡的移动
9．引起化学平衡移动的根本原因是( )
A．浓度的改变
B．压强的改变
C．使用了催化剂
D．正、逆反应速率的改变程度不同
答案 D
解析 其他条件一定时浓度和压强的改变可以使正、逆反应速率发生改变，但它们使化学平衡发生移动是通过改变正、逆反应速率来实现的，因此化学平衡移动的根本原因是正、逆反应速率的改变。使用催化剂可以改变反应速率，但它对正、逆反应速率的影响是相同的，即催化剂不能使化学平衡发生移动。
10．下列叙述不能肯定判断某化学平衡发生移动的是( )
A．反应体系的温度改变
B．反应混合物中各组分的百分含量改变
C．正、逆反应速率改变
D．反应物的转化率改变
答案 C
解析 A项，任何反应的发生都伴随能量的变化，所以，温度改变时，化学平衡一定会发生移动；根据化学平衡的特征，各组分的百分含量不变、反应物转化率不变可判断B项、D项平衡发生移动；C项，若v正与v逆改变的程度相同，两者仍相等，则平衡不移动。
[能力提升]
11．在200 ℃时，将a mol H2(g)和b mol I2(g)充入到体积为V L的密闭容器中，发生反应：I2(g)＋H2(g)??2HI(g)。
(1)反应刚开始时，由于c(H2)＝________________，c(I2)＝________________，而c(HI)＝____________，所以化学反应速率________(填“v正”或“v逆”，下同)最大而________最小(为零)。
(2)随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)______(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，c(I2)______，而c(HI)____，从而化学反应速率v正________，而v逆________。
(3)当反应进行到v正与v逆________时，此可逆反应就达到了最大限度；若保持外界条件不变时，混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率都将________。
(4)对于可逆反应H2(g)＋I2(g)??2HI(g)，在温度一定下，由H2(g)和I2(g)开始反应，下列说法正确的是______(填字母)。
a．H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为2∶1
b．达到平衡时H2与I2不再反应
c．正、逆反应速率的比值是恒定的
d．达到平衡时，正、逆反应速率相等
答案 (1) mol·L－1 mol·L－1 0 v正 v逆
(2)减小 减小 增大 减小 增大
(3)相等 保持不变 (4)d
解析 在化学平衡建立的过程中，开始时，c(H2)和c(I2)为最大值，正反应速率最大，由于此时没有HI，逆反应速率最小为0，随反应进行c(H2)和c(I2)逐渐减小，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，直到平衡时v正＝v逆，反应体系中各组分的浓度不变，百分含量也不变，由于反应前后气体的物质的量不变，故平衡时总压强不变。(4)化学反应速率之比等于各物质的化学计量数之比，H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率比为1∶2，a不正确；化学平衡是动态平衡，化学平衡时，反应仍在进行，b不正确；在化学平衡之前，正、逆反应速率不断变化，c不正确；正、逆反应速率相等是化学反应达到平衡的标志，d正确。
12．某温度下，A、B、C三种气体在恒容密闭容器中进行反应，反应从0～2 min进行过程中，在不同反应时间各物质的量的变化情况如图所示。
(1)该反应的反应物是____________，生成物是______。
(2)化学方程式为________________________________________________________。
(3)能否计算反应开始至2 min时，用C表示的反应速率？________，若不能，则其原因是________________________________________________________________________。
(4)关于该反应的说法正确的是________(填字母，下同)。
a．到达2 min时，反应停止
b．在2 min之前A的消耗速率大于A的生成速率
c．在2 min时达到平衡状态是因为此时反应物总物质的量与生成物总物质的量相等
d．2 min时正反应速率与逆反应速率相等
(5)下列可判断反应已达到平衡状态的是________。
a．A、B、C的反应速率相等
b．A、B的反应速率之比为2∶1
c．混合气体的压强不变
d．生成1 mol C的同时消耗1 mol A和0.5 mol B
答案 (1)A和B C (2)2A＋B??2C
(3)不能 没有体积，无法计算各物质物质的量浓度的变化值 (4)bd (5)c
[拓展探究]
13．硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：
Ⅰ SO2＋2H2O＋I2===H2SO4＋2HI
Ⅱ 2HI??H2＋I2(g)
Ⅲ 2H2SO4===2SO2＋O2＋2H2O
(1)分析上述反应，下列判断正确的是________(填字母序号，下同)。
A．反应Ⅲ易在常温下进行
B．反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强
C．循环过程需补充H2O
D．循环过程产生1 mol O2的同时产生2 mol H2
(2)在一定条件下，体积不变的密闭容器中，能说明反应Ⅱ达到化学平衡状态的是________。
A．混合气体的颜色不再变化
B．混合气体的密度不再改变
C．反应混合物中各组分物质的浓度相等
D．H2、HI、I2三种物质的反应速率之比为1∶2∶1
E．容器中气体压强不变
(3)一定温度下，向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g)，发生反应Ⅱ，H2物质的量随时间的变化如图所示。
①0～2 min内的平均反应速率v(HI)＝________。
②下列关于化学反应速率的说法正确的是________。
A．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
B．化学反应速率常用单位时间内任何一种反应物物质的量的减小或生成物物质的量的增加来表示
C．在一定条件下，可逆反应达到化学平衡状态时，正、逆反应的速率不再改变
D．增大反应物的浓度、降低反应的温度都能增大反应速率
③A点的逆反应速率v逆(H2)________B点的正反应速率v正(H2)(填“大于”、“小于”或“等于”)。
答案 (1)C (2)A (3)①0.1 mol·L－1·min－1 ②C ③小于
解析 (1)Ⅰ中生成2 mol H2SO4需消耗4 mol水，而Ⅲ中分解2 mol H2SO4生成2 mol水，所以循环过程中需补充水。Ⅱ为可逆反应，Ⅲ不是可逆反应，所以产生1 mol O2的同时不会产生2 mol H2。(3)①v(HI)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。③由于B点浓度大于A点浓度，所以B点H2正反应速率大于A点H2的正反应速率，而A点v正(H2)＝v逆(H2)。
第1课时 利用化学反应制备物质
[目标导航] 1.掌握实验室制备氯气的原理和尾气处理方法。2.了解常见气体的制备装置及收集方法。3.了解一些常见物质的制备原理。
一、利用化学反应制备氯气
1．氯气的实验室制法
(1)试剂：浓盐酸和二氧化锰。
(2)反应原理
化学反应方程式：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
离子反应方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。
①氧化剂是MnO2，还原剂是HCl，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2。
②在MnO2与浓盐酸反应制取氯气的反应中体现了浓盐酸还原性、酸性。
③若2 mol HCl参加反应，被氧化的HCl为1 mol。
(3)反应特点
固体＋液体气体。
(4)实验装置
仪器名称：①分液漏斗，②圆底烧瓶。
(5)实验步骤
(6)尾气处理
为防止多余的Cl2污染空气，图示药品③应选用NaOH溶液吸收，反应的离子方程式为2OH－＋Cl2===Cl－＋ClO－＋H2O。
2．氯气的工业制法——电解饱和食盐水
(1)化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
氧化剂是H2O，还原剂是NaCl。
(2)离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
【议一议】
1．实验室用下列两种方法制Cl2：
①用0.15 mol 的MnO2与过量的12 mol·L－1的浓盐酸反应，②50 mL 12 mol·L－1的浓盐酸和足量的MnO2反应，所制得Cl2②比①________(填“多”或“少”)。
答案 少
2．在实验室制备的Cl2中含有哪些杂质？应怎样除去？为防止环境污染，多余的Cl2一般用什么试剂吸收？
答案 HCl和水蒸气。分别通入装有饱和食盐水和浓硫酸的洗气瓶。多余的Cl2一般用NaOH溶液吸收，以防污染环境。
3．从氧化还原反应知识的角度分析，工业上和实验室制备Cl2的反应原理有何异同？
答案 两个反应原理的共同点是把－1价的Cl氧化成0价的Cl，不同点是原料、条件不同。
二、利用化学反应制备其他物质
1．几种气体物质的制备
物质
实验室制法方程式
工业制法方程式
H2
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
C＋H2O(g)CO＋H2
CO＋H2O(g)CO2＋H2
CO2
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
CaCO3CO2↑＋CaO
NH3
2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
N2＋3H22NH3
2.常见固体或液体物质的工业制法
物质
工业制法方程式
生铁(以Fe2O3为原料)
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
HNO3(以NH3为原料)
4NH3＋5O24NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
H2SO4(以S为原料)
S＋O2SO2，2SO2＋O22SO3，SO3＋H2O===H2SO4
【议一议】
1．下列反应是否适宜于实验室制备气体？
(1)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
(2)Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑
(3)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(4)2H2O22H2O＋O2↑
(5)2H2O2H2↑＋O2↑
(6)CaCO3＋H2SO4===CaSO4＋H2O＋CO2↑
(7)NH4ClNH3↑＋ HCl↑
答案 (1)(2)(3)(5)(6)(7)不适宜于实验室制备气体。实验室制取气体要求原理正确，反应速率适宜，反应条件较容易实现，操作简单、安全等。(1)和(2)反应过快，(3)和(5)反应条件不易操作，(6)和(7)原理不正确，CaSO4微溶于水，阻止进一步反应；NH3和HCl遇冷生成NH4Cl。
2．实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体，下列装置中合理的是________(填字母)。
答案 bd
一、氯气的实验室制法
1．反应原理
用MnO2作氧化剂与浓盐酸反应：
(1)MnO2只能氧化浓盐酸，不能氧化稀盐酸，因为盐酸的还原性与浓度有关，盐酸越浓还原性越强，一旦浓盐酸变成稀盐酸，反应将不再进行。
(2)必须加热，常温下浓盐酸与MnO2不反应。
(3)为减少制得的Cl2中HCl含量，加热温度不宜过高。
(4)浓盐酸在此反应中既表现还原性又表现酸性。表现还原性的HCl与表现酸性的HCl物质的量相等。
MnO2还可以用其他氧化剂(KMnO4、KClO3、K2Cr2O7等)代替。如：
2KMnO4＋16HCl(浓)===2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O
KClO3＋6HCl(浓)===KCl＋3Cl2↑＋3H2O
2．实验装置
(1)发生装置：固体＋液体气体
①使用分液漏斗便于控制向烧瓶内加入盐酸的量；
②用图Ⅱ装置中在烧瓶与分液漏斗之间增加了一个连通管代替发生装置，其作用是调节烧瓶与分液漏斗之间的压强平衡，保证盐酸能顺利流入圆底烧瓶内。
(2)净化装置
用排饱和食盐水法除HCl气体，以减少Cl2的溶解；除去Cl2中的水蒸气应选用酸性或中性干燥剂，它们可以是浓硫酸、P2O5、无水CaCl2等；除杂时，导管应“长进短出”，长导管要浸入液体中。
①先除HCl，后除H2O；
②除去HCl可用图a或b装置，除H2O可用图c或d装置。
(3)收集装置
向上排空气法如图e；排饱和食盐水法如图f。
气密性检验顺序：装置形成封闭体系→操作(微热、手捂、热毛巾捂、加水等)→描述现象→得出结论。
(4)尾气吸收装置
①接口连接顺序：净化时，应长进短出；干燥管应大口进小口出；
②尾气吸收不能用Ca(OH)2溶液，因为其浓度小，吸收不完全。
(5)装置安装顺序
①由下到上：放铁架台→摆酒精灯→固定铁圈→放置石棉网→固定圆底烧瓶；
②从左到右：发生装置→除杂装置→干燥装置→收集装置→尾气处理装置。
3．实验操作顺序
先接(连接装置)后检(检查装置气密性)；先固(放入固体)后液(滴加液体)；先除(除HCl)后干(干燥，除H2O)；先排(排出空气)后收(收集氯气)。
【例1】 实验室欲制备纯净干燥的Cl2。
(1)下图是一个学生设计的实验装置图。请分别指出这个装置中有哪些错误(全部填上)。
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________；
④________________________________________________________________________；
⑤________________________________________________________________________；
⑥________________________________________________________________________；
⑦________________________________________________________________________。
(2)在改正的装置中，请写出下列各试剂的作用：
①饱和食盐水__________________________________________________________；
②浓硫酸______________________________________________________________；
③NaOH溶液___________________________________________________________。
(3)除浓硫酸外，还可选用下列________(填序号)物质干燥Cl2。
①碱石灰 ②无水CaCl2 ③P2O5
(4)在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。下列收集Cl2的方法装置正确的是________(填字母)。
解析 (1)、(2)，首先应根据题目要求制得纯净、干燥的Cl2。稀盐酸与MnO2不反应，应选用浓盐酸，并且应在加热条件下与MnO2反应，为防止圆底烧瓶破裂，应隔石棉网加热。反应生成的Cl2中含有挥发出来的HCl和水蒸气，用饱和食盐水是为了除去HCl气体，用浓硫酸是为了除去水蒸气。应先除去HCl，再除水蒸气，图中两个洗气瓶的进出导管长短装反了。图中用向上排空气法收集Cl2时进出气导管的长短出错，最后多余的Cl2用NaOH溶液吸收，防止污染空气，但集气瓶没有出气导管，易产生危险。
(3)因为Cl2能与碱反应，不能用碱石灰干燥。可用酸性干燥剂(浓硫酸和P2O5)或中性干燥剂(无水CaCl2)干燥，不能用碱性干燥剂(碱石灰)干燥。
(4)Cl2密度比空气大，收集Cl2用向上排空气法。Cl2是有毒气体，在制备和收集Cl2时必须有尾气吸收装置。A没有出气导管，A不可以；B用于收集密度比空气小的气体，B不可以；C用以收集密度比空气大的气体，且有尾气吸收装置，C可以；D装置由于Cl2能被NaOH溶液吸收，不能收集Cl2且出气导管不能插入液面中，D不可以。
答案 (1)①应选用浓盐酸(或没用浓盐酸或用了稀盐酸) ②铁圈下缺少酒精灯 ③铁圈上方缺少石棉网④装有浓硫酸和装有饱和食盐水的洗气瓶颠倒了 ⑤两洗气瓶中的进气管应插入液面下，而出气管口应靠近瓶塞 ⑥收集Cl2的集气瓶进气管应插入到靠近集气瓶的底部，出气管口应靠近瓶塞 ⑦最后装有NaOH溶液的集气瓶缺少出气导管
(2)①吸收挥发出来的HCl气体 ②吸收水蒸气 ③吸收多余的Cl2
(3)②③ (4)C
【解题感悟】 分析制备装置时需注意的几个问题
(1)明确实验目的；
(2)依据反应物的状态及反应条件确定制备装置；
(3)所制备物质是否具有特殊性质(即是否需要特殊保护)；
(4)制备过程中是否产生有毒气体。
变式训练1 已知无水AlCl3(183 ℃升华)遇潮湿空气即产生大量白雾(AlCl3与水蒸气反应)，实验室可设计如下两种装置制备AlCl3。
(1)装置一：
回答以下问题：
①实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2，制备实验开始时，先检查装置气密性，接下来的操作依次是________(填字母)。
A．往烧瓶中加入MnO2粉末
B．加热
C．往烧瓶中加入浓盐酸
②装置B中盛放饱和NaCl溶液，该装置的主要作用是________________________，F中试剂的作用是______________________________________________________________。
③用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用，所装填的试剂为________。
(2)装置二：仪器X与仪器Y(广口瓶)直接相连的意图是①用Y收集产物AlCl3，②防止堵塞玻璃导管。回答以下问题：
①装置D中发生反应的化学方程式是______________________________________。
②能否去掉E装置________，原因是______________________________________。
③实验时应先点燃________处的酒精灯，其作用是__________________________。
答案 (1)①ACB ②除去Cl2中的HCl 防止水蒸气进入E中与AlCl3反应 ③碱石灰
(2)①2Al＋3Cl22AlCl3 ②否 若去掉E装置，水蒸气会与Y中的AlCl3反应 ③A 排出装置中的空气，防止铝与氧气反应生成Al2O3
解析 (1)①操作时，先加固体，后加液体，再加热。②装置B中饱和NaCl溶液用于除去氯气中HCl, F盛装浓硫酸，防止水蒸气进入E。③为除去多余的氯气和防止空气中的水蒸气进入E瓶中，可用干燥管盛装碱石灰代替F和G中的两种试剂的作用。
(2)①Al与Cl2在加热条件下生成AlCl3。②若去掉E装置，水蒸气进入Y会与Y中的AlCl3反应。③实验时先点燃A处的酒精灯，以排出装置中的空气，防止铝与氧气反应生成Al2O3。
【归纳总结】 (1)利用气体制备物质时装置通常设计如下：制气→净化(除杂、干燥)→制备→收集→保护→尾气处理。
(2)制备的物质要尽量纯净。一般先除杂后制备。
(3)利用气体制备其他固体物质时要注意五防：防污染、防倒吸、防不纯、防变质、防堵塞。
(4)防倒吸装置主要有以下几类：
二、实验室制备气体装置的选择
1．发生装置
装置类型
固—固加热
固—液加热
固—液不加热
装置
实例
KMnO4→O2，KClO3＋MnO2→O2，Ca(OH)2＋NH4Cl→NH3
浓盐酸＋MnO2→Cl2
锌＋稀硫酸→H2，
CaCO3＋稀盐酸→CO2，
H2O2＋MnO2→O2，
浓氨水＋碱石灰→NH3，
浓盐酸＋KMnO4→Cl2，
浓硝酸＋Cu→NO2，
稀硝酸＋Cu→NO，
浓硫酸＋Na2SO3→SO2
2.净化装置
净化原则
不能引入新杂质；不能减少被净化气体的量
装置类型
液体除杂不加热
固体除杂不加热
固体除杂不加热或加热
实验装置
气体的干燥方法
干燥剂
可干燥的气体
不能干燥的气体
浓硫酸
H2、O2、SO2、HCl、Cl2、CO、NO、NO2
NH3、HBr、HI、H2S
P2O5
NH3
CaCl2
NH3
碱石灰
H2、O2、NO、CO、NH3
Cl2、SO2、HCl、NO2
浓硫酸可同时吸收NH3和H2O、碱石灰可同时吸收CO2(或SO2)和水。
3．收集装置
收集方法
排水法
向上排空气法
向下排
空气法收集装置
适用的气体
H2、O2、CO、NO等
O2、SO2、CO2、HCl、Cl2、NO2等
H2、NH3等
4.尾气吸收装置
(1)吸收溶解度较小的尾气(如Cl2、CO2、SO2等)如图D。
(2)吸收溶解度较大的尾气(如HCl、NH3等)如图B、C。
(3)点燃或收集于塑料袋中，如图A、E。
【例2】 实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略夹持和净化装置)。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是( )
选项
a中的物质
b中的物质
c中收集的气体
d中的物质
A
浓氨水
CaO
NH3
H2O
B
浓硫酸
Na2SO3
SO2
NaOH溶液
C
稀硝酸
Cu
NO2
H2O
D
浓盐酸
MnO2
Cl2
NaOH溶液
解析 A项，氨气的收集应使用向下排空气法，而图中为向上排空气法，A不正确；B正确；C项，铜与稀硝酸反应生成NO，不能用向上排空气法收集NO，而c中收集的是NO2，应由浓硝酸与铜反应制取，C不正确；D项，缺少加热装置，不能制取Cl2，D不正确。
答案 B
【解题感悟】 (1)实验室制取气体的一套完整的装置一般由四部分组成。
―→―→―→
(2)对物质制备实验方案要从药品、装置两方面分析，要考虑制气、净化、收集、尾气吸收等装置，注意防倒吸、防堵塞等。
变式训练2 在实验室里可按下图所示装置来干燥、收集气体R，多余的气体可用水来吸收，则R是( )
A．NH3 B．NO
C．NO2 D．HCl
答案 A
解析 NO不能用排气法收集，NO2、HCl的收集方法不对，应长进短出。
1．下列关于实验室制取气体所用试剂的组合不合理的是( )
A．制Cl2：MnO2、盐酸(浓)
B．制H2：硫酸(稀)、Zn
C．制O2：MnO2、H2O2
D．制CO2：硫酸(稀)、CaCO3
答案 D
解析 稀硫酸和碳酸钙反应生成微溶物硫酸钙，附着在碳酸钙的表面，阻止反应的进一步进行，所以不能用稀硫酸和碳酸钙反应制取二氧化碳，可以用稀盐酸和碳酸钙反应来制取。
2．下列说法不正确的是( )
①用图a所示装置除去Cl2中含有的少量HCl；②实验室用图b装置吸收HCl；③实验室用图c装置制Cl2；④实验室用图d 装置干燥Cl2；⑤实验室用图e装置制取少量纯净的CO2气体；⑥实验室用图f所示的装置制取少量氨气。
A．①②③④ B．③④⑤⑥
C．①③④⑥ D．①②③④⑤⑥
答案 D
解析 ①不能用NaOH溶液而应用饱和食盐水除去HCl；②HCl在吸收时容易产生倒吸，应用防倒吸装置吸收HCl；③应该用酒精灯加热，缺少酒精灯和石棉网；④导气管应长进短出；⑤该装置适宜于块状固体和液体不需要加热反应制取气体，纯碱为粉末状，不能用该装置制取CO2；⑥试管口不能用橡胶塞堵住且导气管应伸入试管底部。因此都不正确。
3．实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体，下列装置中合理的是( )
答案 D
解析 实验室制取CO2的特点是固体和液体反应且不需要加热，由于盐酸易挥发，因此在收集之前需要除去挥发出的HCl气体，因为CO2的密度大于空气的，所以采用向上排空气法收集CO2气体。若采用长颈漏斗时，长颈漏斗的下端必须插入到溶液中，以防止CO2气体从长颈漏斗中挥发出来，因此选项D正确。
4．按下述实验方法制备气体，合理又实用的是 ( )
A．Zn粒与稀HNO3反应制备H2
B．用稀HCl和MnO2反应制备Cl2
C．Na2SO3固体与浓H2SO4反应制备SO2
D．加热分解NH4Cl固体制备NH3
答案 C
解析 锌与稀硝酸反应产生NO，不产生H2，A不可行；稀盐酸和MnO2不反应，B不可行；Na2SO3与浓硫酸反应生成Na2SO4、H2O和SO2，C可行；NH4Cl分解产生NH3和HCl的混合气体，温度降低又化合生成NH4Cl，D不可行。
5．如图所示是一套实验室制气装置，用于发生、干燥和收集气体。下列各组物质中能利用这套装置进行实验的是 ( )
A．碱石灰和浓氨水 B．MnO2和浓盐酸
C．KClO3和MnO2 D．CaCO3和稀盐酸
答案 D
解析 氨气能被浓硫酸吸收，且不能用向上排空气法收集，A不正确；用MnO2跟浓盐酸反应制取氯气需加热，B不正确；氯酸钾和MnO2反应制取氧气为固固需加热制气，故A、B、C三项均不符合题意。用碳酸钙与稀盐酸反应制CO2的反应不需加热，CO2跟浓硫酸不反应且密度大于空气，可选用此装置。
6．某学生利用以下装置探究氯气与氨气之间的反应。其中A、F分别为氨气和氯气的发生装置，C为纯净干燥的氯气与氨气反应的装置。
请回答下列问题：
(1)装置A中的烧瓶内固体不可以选用________(填字母)。
A．生石灰 B．碱石灰
C．五氧化二磷 D．烧碱
(2)B装置的作用是_____________________________________________________；
E装置的作用是________________________________________________________。
(3)通入C装置的左右两根导管左边较长、右边较短，目的是_________________。
(4)装置F中发生反应的化学方程式是______________________________________。
(5)装置C内出现浓的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气的主要成分之一。请写出反应的化学方程式：_______________________________________________________。
(6)从装置C的G处逸出的尾气中可能含有黄绿色的有毒气体，如何处理？
________________________________________________________________________。
答案 (1)C
(2)干燥氨气 除去氯气中的氯化氢
(3)使密度较大的Cl2和密度较小的NH3较快地混合均匀
(4)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
(5)3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl
(6)在G处连接导管，直接把尾气通入盛有烧碱溶液的烧杯中(答案合理即可)
解析 (1)装置A制取氨气，可用浓氨水与碱石灰(或烧碱或生石灰等)，但不能用五氧化二磷，因其与水反应后生成磷酸，能与氨水反应。(2)B装置中盛放的碱石灰用来干燥氨气；E装置中盛放的饱和食盐水用来除去氯气中混有的氯化氢气体。(3)由于氨气的密度小，氯气的密度大，密度小的氨气从长管进入向上扩散，密度大的氯气从短管进入向下扩散，这样能较快地充分混合。(6)黄绿色的气体是氯气，依据氯气的性质，可用烧碱溶液吸收。
分层训练
[基础过关]
题组1 氯气的实验室制法
1．在实验室中制取纯净、干燥的氯气，常使生成的氯气依次通过两个洗气瓶，这两个瓶内盛放的试剂依次是 ( )
①盐酸 ②饱和食盐水 ③浓硫酸 ④石灰水 ⑤烧碱溶液
A．①② B．②③
C．③⑤ D．②④
答案 B
解析 实验室用二氧化锰氧化浓盐酸产生的氯气中混有的杂质气体是浓盐酸挥发产生的氯化氢气体和水蒸气，除去氯气中的氯化氢，选用饱和食盐水，除去氯气中的水蒸气，选用浓硫酸。
2．实验室制氯气的反应4HCl(浓)＋MnO2MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，下列说法错误的是( )
A．还原剂是HCl，氧化剂是MnO2
B．每生成1 mol Cl2，转移电子2 mol
C．每消耗1 mol MnO2，起还原作用的HCl为4 mol
D．生成的氯气中含有水蒸气和HCl
答案 C
解析 4 mol HCl中有2 mol Cl－由－1价升高至0价，起还原作用的HCl为2 mol。
3．下列装置应用于实验室制氯气并回收氯化锰的实验，能达到实验目的的是( )
A．用装置甲制取氯气
B．用装置乙除去氯气中的少量氯化氢
C．用装置丙分离二氧化锰和氯化锰溶液
D．制得的氯气可用碱石灰干燥
答案 C
解析 MnO2与浓盐酸反应生成Cl2，需加热，A错误；除去Cl2中的HCl应通过饱和食盐水，且气体从长导管进入，B错误；MnO2不溶于水，MnCl2可溶于水，两者用过滤的方法分离，C正确；碱石灰属于碱性干燥剂，能与氯气反应，应用浓硫酸干燥Cl2，D错误。
4．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2(夹持及加热装置已省略)。若用如图所示的实验装置制备纯净、干燥的Cl2，并观察它与金属的反应。每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是( )
A．①和②处 B．②处
C．②和③处 D．②③④处
答案 D
解析 KMnO4和浓盐酸在常温下就可以反应生成Cl2，不需要酒精灯加热，①正确；反应产生的Cl2可能混有HCl，需要进行净化，但不能使用NaOH溶液，因为Cl2也能和NaOH溶液反应，应该使用饱和食盐水，②错误；净化后的Cl2可以用浓硫酸干燥，但气体应用长导管直接通入浓硫酸中，且出气导管应在液面以上，③错误；干燥的Cl2和金属反应的容器只有气体进入而无气体排出，一段时间后压强增大，可能会使实验装置中某处的橡皮塞弹开，④错误。
题组2 常见气体的实验室制取
5．如图是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是( )
A．大理石和稀H2SO4制取CO2
B．锌粒和稀H2SO4制H2
C．浓盐酸和MnO2制Cl2
D．固体NH4Cl和消石灰制取NH3
答案 B
解析 该装置适用于块状固体和液体不需要加热制备气体。大理石和稀H2SO4反应生成的CaSO4微溶于水，附着在大理石的表面阻止反应的进行，A不正确；浓盐酸与MnO2反应需要加热，且MnO2为粉末状固体，C不正确；固体NH4Cl和消石灰制取NH3为固固加热制气，且NH3易溶于水，D不正确；只有B中锌粒与稀硫酸的反应符合题意。
6．用如图装置制取少量某无色气体，则X内的药品应是( )
A．铜和稀硝酸 B．铜和浓硝酸
C．碳酸钙与稀硫酸 D．亚硫酸钠和浓硫酸
答案 D
解析 该装置适于固体和液体不加热反应制取可用向上排空气法收集的气体。A项，生成的NO不能用向上排空气法收集；B项，生成的NO2为红棕色；C项，CaCO3与稀硫酸反应，由于生成的CaSO4为微溶物，附着在CaCO3固体表面而影响反应的顺利进行；D项，生成SO2，符合题意。
7．为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从下图中选择合适的装置并连接。合理的是( )
A．a—a′→d—d′→e B．b—b′→d—d′→g
C．c—c′→d—d′→g D．d—d′→c—c′→f
答案 C
解析 由盐酸和大理石制得的CO2气体中会含有杂质H2O(g)和HCl，除去它们的试剂分别为浓硫酸和饱和碳酸氢钠溶液，应先让气体通过饱和NaHCO3溶液除去HCl，再通过浓硫酸干燥。CO2的相对分子质量为44，比空气的大，因此收集CO2时应用向上排空气法。所以正确的答案应为C选项。
题组3 固体或液体物质的制备
8．工业上以空气、煤等为原料制取硝酸铵，其生产过程有6个阶段：①合成氨；②空气液化分离；③氨氧化；④制取水煤气；⑤生成硝酸；⑥生成硝酸铵。制取硝酸铵最合理的生产流程是 ( )
A．②③④→⑤→①→⑥
B．②④①→⑤→③→⑥
C．②→④→①→③→⑤→⑥
D．④②①→③→⑤→⑥
答案 D
解析 先制取氮气和氢气，再进行化合生成氨气，然后进行催化氧化生成硝酸，最后硝酸和氨气反应生成硝酸铵。
[能力提升]
9．实验室可通过多条途径得到氮气，常见的三种方法是：
方法一：将氨气通过灼热的氧化铜粉末，得到氮气和铜等。
方法二：将空气通过灼热的铜，得到较纯净的氮气和氧化铜粉末。
方法三：将亚硝酸钠(NaNO2)和氯化铵的混合溶液加热，逸出氮气。
方法一有关装置如图所示(其中有些仪器如铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、洒精灯等未画出)：
请回答下列问题：
(1)方法一制氮气：氨气是用浓氨水跟生石灰反应得到，应选用________(填编号)作发生装置，该反应的化学方程式为_________________________________________________。
要制取并收集较纯净的氮气(可含有少量的水)，还应使用上述装置中的________________(填装置的编号，并按气流方向从左向右列出)。
(2)制取氮气的三种方法中，方法一和方法二越来越受到人们的关注，经常被联合使用。这两种方法与方法三相比，其优越性在于________________________________________。
答案 (1)D CaO＋NH3·H2O===Ca(OH)2＋NH3↑ E→A→B→C(不用B也可)
(2)节约原料，Cu和CuO可循环利用
解析 (1)用CaO和浓氨水反应，应选用固＋液→气体装置，即D。要制取纯净N2，由题意知应是2NH3＋3CuO3Cu＋3H2O＋N2，因此应把干燥的氨气(选E)通入A中，然后用排水法收集N2，因用排水法收集N2，故可以不用干燥，不用除剩余气体(NH3)，B可以不选。(2)从题中信息可知，2NH3＋3CuO3Cu＋3H2O＋N2，而空气中的O2和Cu发生反应O2＋2Cu2CuO，故Cu和CuO可以循环使用。
10．实验室用下列仪器和药品制取干燥纯净的氯气。
(1)按气流从左到右，装置正确的连接为( )接( )接( )接( )接( )接( )接( )接( )(填各接口字母)。
(2)装置E的作用是_____________________________________________________，装置D的作用是_______________________________________________________________。
(3)装置A和D中反应的化学方程式：
A____________________________________________________________________；
D____________________________________________________________________。
(4)某校化学兴趣小组称取8.7 g二氧化锰与足量10 mol·L－1的浓盐酸反应，理论上可制得氯气的体积(标准状况)V1＝________L。
(5)若该小组量取了10 mol·L－1的浓盐酸40 mL，与足量的二氧化锰反应，理论上产生氯气的体积为V2(标准状况)，则V1________(填“ ＞”“＜”或“＝”)V2，原因是
________________________________________________________________________。
答案 (1)a f h b c e d g
(2)除掉氯气中混有的HCl 吸收多余的氯气
(3)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O
(4)2.24
(5)＞ 随着反应的进行，盐酸浓度减小，稀盐酸不与MnO2反应，反应不再进行
解析 仪器的连接应按照制备、净化、收集、尾气吸收的顺序；E的作用是除氯化氢杂质，装置D只有一段导气管，是尾气吸收装置，内装氢氧化钠溶液。8.7 g二氧化锰物质的量为0.1 mol，MnO2与盐酸完全反应可产生0.1 mol氯气，体积为2.24 L；10 mol·L－1的浓盐酸40 mL，其中氯化氢的物质的量为0.4 mol，若0.4 mol氯化氢与足量MnO2完全反应也可产生0.1 mol氯气，但浓盐酸在反应过程中会逐渐变稀，其中的0.4 mol氯化氢不能完全反应，产生的氯气少于0.1 mol，所以V1＞V2。
[拓展探究]
11．某研究性学习小组查阅资料得知，漂白粉与硫酸溶液反应可制取氯气，化学方程式为Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2SO42CaSO4＋2Cl2↑＋2H2O。下图是实验室制备氯气并进行一系列相关实验的装置(夹持设备已略)。
(1)该实验中A部分的装置是________(填写装置的序号)。
(2)装置B中饱和食盐水的作用是________________；同时装置B亦是安全瓶，监测实验进行时C中是否发生堵塞，请写出发生堵塞时B中的现象_________________________。
(3)装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性，为此C中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ依次放入________。
a
b
c
d
Ⅰ
干燥的有色布条
干燥的有色布条
湿润的有色布条
湿润的有色布条
Ⅱ
碱石灰
无水氯化钙
浓硫酸
无水氯化钙
Ⅲ
湿润的有色布条
湿润的有色布条
干燥的有色布条
干燥的有色布条
(4)设计装置D、E的目的是比较氯、溴、碘的非金属性。当向D中缓缓通入一定量氯气时，可以看到无色溶液逐渐变为橙色，说明________________________________________________________________________。
(5)打开活塞，将装置D中少量溶液加入装置E中，振荡。观察到的现象是________________________。该现象________(填“能”或“不能”)说明溴的非金属性强于碘，原因是______________________________________________________________。
(6)F的作用为________________________________________________________。
答案 (1)b (2)除去Cl2中的HCl B中长颈漏斗中液面上升，形成水柱 (3)d (4)氯的非金属性大于溴
(5)E中溶液分为两层，上层(苯层)为紫红色 不能 过量的Cl2也可将I－氧化为I2 (6)吸收多余的氯气，防止污染环境
第2课时 化学反应为人类提供能量
[目标导航] 1.了解化学反应中能量的转化形式。2.了解原电池的构成条件、工作原理和应用。3.了解常见的化学电源。
一、化学能转化为热能
1．放热反应和吸热反应
(1)放热反应：化学反应过程产生的能量以热能的形式释放出来，像这样的反应属于放热反应。
(2)吸热反应：化学反应需要不断地吸收热能来维持反应的进行，像这样的反应属于吸热反应。
2．化学反应中的能量转化形式
【议一议】
1．如图为“即热饭盒”的结构示意图。这种饭盒使用起来非常方便，撤去底部的隔板几分钟后，饭菜就变热了，试从能量转化的角度说明其中的原理。
答案 在铁的催化作用下，镁跟水发生化学反应Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑，放出热量，即化学能转化为热能。
2．铁路工人经常利用铝热剂来焊接钢轨，你能解释其中的原理吗？
答案 Fe2O3粉末和铝粉的混合物是常用的铝热剂。Fe2O3粉末和铝粉在较高温度下发生反应Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe，放出大量的热，高温下铁呈液态，可焊接断裂的钢轨。
二、化学能转化为电能
1．探究原电池的工作原理
实验步骤
现象
结论
锌片逐渐溶解，表面有气泡
锌与稀硫酸反应产生H2
铜片表面无气泡
铜与稀硫酸不反应
锌片逐渐溶解
锌失去电子
铜片表面有气泡
H＋在Cu表面得到电子生成H2
电流表指针发生偏转
导线中有电子定向移动而产生电流
两锌片逐渐溶解且表面都有气泡
锌与稀硫酸反应
电流表指针不偏转
导线中无电流
锌片无现象
Zn、Cu与乙醇不反应
铜片无现象
电流表指针不偏转
导线中无电流
2.原电池
(1)概念
原电池是将化学能转化为电能的装置。
(2)工作原理(以Zn—Cu原电池为例)
电极材料
锌
铜
电极名称
负极
正极
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
反应类型
氧化反应
还原反应
外电路电子流向
由锌片沿导线流向铜片
内电路离子移向
溶液中H＋向正极移动，在铜片上被还原为H2
原电池总反应
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(3)构成条件
①本质→有自发进行的氧化还原反应；
②电极→有活泼性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；
③溶液→两电极插入电解质溶液或熔融电解质；
④回路→形成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。
(4)常见电池
①干电池：又称一次电池，如锌锰电池。
②蓄电池：又称二次电池，如铅蓄电池、镍氢电池、锂电池。
③燃料电池：其能量转化率高，能长时间提供电能。如氢氧燃料电池。
【议一议】
1．作为原电池两极的材料有什么要求？原电池的两个电极的电极材料必须都是金属电极吗？
答案 首先必须能导电；其次，若两电极都是金属，则活泼性不同。原电池的两个电极不一定都是金属材料，如干电池的正极材料是石墨，是非金属。
2．在下图的装置中，属于原电池且有电流产生的是 ________。
答案 ④⑦⑧⑨
解析 ①酒精是非电解质；②⑤没有形成闭合回路；③两电极活泼性相同；⑥两电极与H2SO4溶液均不反应。①②③⑤⑥均不能形成原电池。
3．原电池工作时，负极失去的电子总数与正极得到的电子总数有何关系？为什么？
答案 相等。原电池中，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，根据氧化还原反应中电子守恒规律知，正极上得电子总数与负极上失电子总数相等。
一、原电池工作原理
1．原电池的工作原理
2．原电池正、负极的判断方法
【关键提醒】 判断原电池要“四看”
一看本质：反应是自发进行的氧化还原反应。
二看电极：具有两个活泼性不同的电极(燃料电池的电极一般是惰性电极)。
三看溶液：电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应)。
四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。
【例1】 如图是Zn和Cu形成的原电池，其实兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记下结论。其中正确的一组是( )
①Zn为正极，Cu为负极 ②H＋向负极移动 ③电子是由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，则产生的H2为0.5 mol ⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
A．①②③ B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．②③④
解析 在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn为负极，Cu为正极，电子由Zn流出经导线流向Cu；负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1 mol电子时，产生0.5 mol H2；在溶液中H＋向正极移动，SO向负极移动。故①、②、⑥错误，③、④、⑤正确，选B项。
答案 B
【方法拓展】 判断电极时，有时不能只看金属的活动性强弱，还要看电解质溶液的性质，如：①Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；②Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。
变式训练1 一个原电池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，电解质溶液中的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B选项中是2H＋＋2e－===H2↑，故应选C。
【方法规律】 (1)已知原电池的总反应方程式判断原电池的正负极时，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。
(2)根据原电池总反应方程式设计原电池时，一般原电池的负极材料与电解质溶液反应。
二、原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
自发进行的氧化还原反应，形成原电池时反应速率增大。
例如，在Zn与稀H2SO4反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn和置换出的Cu在稀H2SO4中构成原电池，加快Zn与稀硫酸反应的速率。
2．比较金属的活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
例如，有两种金属a、b，用导线连接插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生，则a为负极，b为正极，金属活动性a＞b。
3．用于金属腐蚀保护
使金属制品作原电池正极而得到保护。
例如，将铁质输水管道与锌块相连，锌作原电池的负极失电子，保护铁不被腐蚀。
4．设计电池
理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
例如，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。
【例2】 现有如下两个反应：
A．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，
B．Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋。
(1)根据上述两反应的本质，________(填字母)反应能设计成原电池，其原因是________________________。
(2)将上述反应中能设计成原电池的反应设计成原电池。
①写出电极反应式及反应类型：
负极：____________________________，____________；
正极：____________________________，____________。
②画出装置图并标明电极材料与名称、电解质溶液、电子流向。
③若导线上通过电子1 mol，则正极质量增加________ g。
解析 (1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，B是自发进行的氧化还原反应。
(2)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导电的非金属；Ag＋得电子，所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。
(3)由2Ag＋＋2e－===2Ag知导线上通过电子1 mol 生成Ag 1 mol。
答案 (1)B A为非氧化还原反应，没有电子转移；B为氧化还原反应，有电子转移
(2)①Cu－2e－===Cu2＋ 氧化反应 2Ag＋＋2e－===2Ag 还原反应
②如图
③108
【方法规律】 设计原电池的具体方法
(1)将已知氧化还原反应拆分为两个半反应：氧化反应和还原反应。
(2)选择电极材料和电解质溶液：要结合原电池的电极反应特点和两个半反应选择。
①电极材料的选择：一般选择较活泼的金属作负极，较不活泼金属或非金属导体作正极。负极一般能与电解质溶液或电解质溶液中溶解的物质反应。
②电解质溶液的选择：电解质溶液一般能与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的物质能与负极发生反应。
(3)按要求画出原电池装置图，作必要的标注，注意形成闭合回路。
【特别提醒】 (1)在设计原电池时，若给出的离子方程式如：Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，此时电解质不确定为具体的物质，只要是可溶性铜盐即可，如CuSO4、CuCl2等。
(2)两极金属不能是Na、K、Ca等活动性较强的金属。
变式训练2 有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连结起来浸入电解质溶液中，b不易腐蚀。将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈。将Cu浸入b的盐溶液里，无明显变化。如果把Cu浸入c的盐溶液里，有c的单质析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )
A．d、c、a、b B．d、a、b、c
C．d、b、a、c D．b、a、d、c
答案 B
解析 活动性a＞b，d＞a，b＞Cu＞c。所以d＞a＞b＞c，B项正确。
【方法总结】 金属活动性强弱的判断方法
(1)与水或酸反应置换出氢气的难易；
(2)最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱；
(3)置换反应。活泼性强的金属置换出活泼性弱的金属；
(4)一般阳离子的氧化性越弱，金属的活动性越强；
(5)通常情况下原电池中负极金属强于正极金属。
1．下列图示的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．关于原电池的下列说法正确的是( )
A．在正极上发生氧化反应
B．化学性质较活泼的金属为负极
C．在外电路电子流出的是正极
D．原电池是由电能转化为化学能的装置
答案 B
解析 原电池中相对较活泼的金属作负极，负极本身参与反应，失去电子被氧化，是电子流出的一极。相对不活泼的金属或非金属作正极，正极上电解质溶液中的阳离子得到电子被还原，是电子流入的一极。因此，原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。
3．在盛装稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片。下列叙述不正确的是( )
A．负极附近SO的浓度逐渐增大
B．电子由铜片通过导线流向锌片
C．反应一段时间后，溶液中c(H＋)减小
D．铜片上有H2逸出
答案 B
解析 该原电池中锌片为负极，铜片为正极，锌片失电子被氧化为Zn2＋进入溶液，电子沿导线流向铜片，溶液中的H＋从铜片上得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上逸出。溶液中的SO向负极Zn片方向移动。故A、C、D正确。
4．如图所示，电流表指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液。下列说法中错误的是( )
A．B极为原电池的正极
B．A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
答案 C
5．某实验兴趣小组以Zn和Cu为电极，稀硫酸为电解质溶液研究原电池，并对实验进行了拓展，以下实验记录错误的是 ( )
A．铜片上有气泡产生，锌片逐渐溶解
B．电子在溶液中从Cu电极流向Zn电极
C．把锌片换成石墨，电流表指针没有明显偏转
D．把稀硫酸换成硫酸铜溶液，电流表指针依然偏转
答案 B
解析 Cu—Zn—稀硫酸原电池中，Zn作负极失去电子而被溶解，电子从Zn极经导线流向Cu极，而若将Zn换成石墨，则就不能构成原电池。故B项错误。
6．如图所示，在铜锌原电池中，以硫酸铜为电解质溶液，锌为________极，电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)，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________反应(填“氧化”或“还原”)，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。
分层训练
[基础过关]
题组1 原电池的构成与工作原理
1．下面关于原电池的说法正确的是( )
A．原电池电解质溶液中的阳离子向负极移动
B．在负极上发生氧化反应
C．在外电路中电子流出的一极为正极
D．原电池是把电能转变为化学能的装置
答案 B
解析 原电池是将化学能转变为电能的装置，电子流出或发生氧化反应的电极为负极，电子流入或发生还原反应的电极为正极；电解质溶液中阳离子向正极移动。
2．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气体的是( )
答案 B
解析 A装置中，铜和银都不与稀硫酸反应，不能形成原电池；B装置中能形成原电池，铜为正极，铜片上2H＋＋2e－===H2↑；C装置中，铜不与稀硫酸反应，不能形成原电池；D装置中不能形成闭合回路，不能形成原电池。
3．下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀H2SO4中，铜片表面出现气泡
B．把铜插入AgNO3溶液中，铜片表面出现一层银
C．把铜片插入FeCl3溶液中，铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入装有盐酸的试管中，加几滴CuSO4溶液，产生H2速率加快
答案 C
解析 A形成原电池，铜片为正极，H＋在正极被还原为H2，A正确；铜能从AgNO3溶液中置换出Ag, B正确；2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ ，Cu不能置换出Fe，C不正确；锌能从CuSO4溶液中置换出铜，构成原电池，反应速率加快，D正确。
4．将纯锌片和纯铜片按图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( )
①两烧杯中铜片表面均无气泡产生 ②甲中铜片是正极，乙中铜片是负极 ③两烧杯中溶液的c(H＋)均减小 ④产生气泡的速率甲比乙慢
⑤甲中SO向Zn片移动，H＋向Cu片移动 ⑥乙中电流从Cu片流向Zn片 ⑦甲乙两烧杯中Cu片的质量均不变
A．①②③ B．③⑤⑦
C．④⑤⑥ D．②③④⑤⑦
答案 B
解析 装置甲构成Cu—Zn原电池，装置乙未形成闭合回路，不能构成原电池，只发生Zn与稀H2SO4的反应，不能产生电流。甲中Zn为负极，Cu为正极，H＋向正极移动，在Cu片表面得电子被还原为H2逸出，SO向负极移动。甲、乙两烧杯中都发生反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，故c(H＋)减小，铜片均不发生反应，故质量不变。
5．如图，a的金属活动性在氢以前，b为碳棒。关于该装置的说法中，正确的是( )
A．a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应
B．碳棒上有气体逸出，溶液中c(H＋)增大
C．导线上有电流，电流方向a→b
D．反应后a极质量减小
答案 D
解析 a金属可与稀硫酸反应，a为原电池的负极，a极失电子发生氧化反应，b为正极，发生还原反应，A不正确，D正确；溶液中的H＋在b极上得电子生成氢气，c(H＋)减小，B不正确；导线中电子流向为a→b，所以导线中电流方向为b→a。
题组2 原电池正极和负极的判定
6．如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转， 且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是( )
选项
a电极名称
a电极材料
烧杯溶液
A
负极
Fe
稀硫酸
B
负极
Fe
硫酸铜溶液
C
正极
碳棒
稀硫酸
D
正极
碳棒
硫酸铜溶液
答案 C
解析 Fe、C形成的原电池中，负极铁失去电子，变成＋2价的亚铁离子，由于a极上有大量气泡产生，所以为正极，电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑，a为正极，是碳棒；b为负极，是铁片；电解质溶液为硫酸溶液。
7．如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的( )
选项
A
B
C
A
Zn
Cu
稀硫酸
B
Cu
Fe
稀盐酸
C
Fe
Ag
Fe(NO3)3溶液
D
Ag
Fe
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选项的原电池反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，B选项的原电池反应为Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，A选项中A极为原电池负极，变细，B极不变。B选项中A极为原电池正极，不变，B极变细。C选项中的原电池反应为Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2，则A极为原电池负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A极变细，B极电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，B极不变。D选项中的原电池反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2, A极为正极，电极反应为2Ag＋＋2e－===2Ag，A极变粗，B极为原电池负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，B极变细。
题组3 原电池的应用
8．某原电池的总反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是( )
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Cu
Fe
FeCl3溶液
B
C
Fe
Fe(NO3)3溶液
C
Fe
Zn
Fe2(SO4)3溶液
D
Ag
Fe
Fe2(SO4)3溶液
答案 C
解析 根据原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋可知，Fe为负极，比Fe不活泼的金属或非金属导体作正极，含Fe3＋的溶液为电解质溶液。
9．将等质量的两份锌粉a和b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加少量CuSO4溶液，下图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系，其中正确的是( )
答案 A
解析 a中加入少量CuSO4溶液，被置换出的Cu覆盖在Zn的表面，形成原电池，产生H2的速率加快，反应所需时间变短，但置换铜时消耗了一部分锌，故与稀硫酸反应的锌的量比b少，产生的H2量比b少。
10．酸性条件下氢氧燃料电池的构造如图所示，下列关于该电池的说法不正确的是( )
A．a极是负极
B．正极H2被氧化
C．电流由b极通过灯泡流向a极
D．氢氧燃料电池是环保型电池
答案 B
解析 原电池电解质溶液中，阳离子向正极移动，根据图示H＋移动方向知a为原电池的负极，b为原电池的正极，A正确；通O2的电极为正极，O元素化合价降低，所以O2得电子被还原，负极通H2，H元素失电子被氧化，B不正确；电流方向与电子流向相反，外电路中电子由负极沿导线流向正极，即由a极通过灯泡流向b极，电流则由b极通过灯泡流向a极，C正确；氢氧燃料电池对环境无污染，D正确。
[能力提升]
11．原电池原理应用广泛，试回答下列问题：
(1)100 mL浓度为2 mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的量，可采用的方法是___________(填字母，下同)。
a．加入适量6 mol·L－1的盐酸
b．滴入数滴CuCl2溶液
c．加入适量蒸馏水
d．加入适量NaCl溶液
e．加入NaHSO4固体
(2)银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它作为原电池工作时发生反应Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。此原电池放电时负极上发生反应的物质是________。已知空气—锌电池的两个电极发生的反应为锌片：2Zn＋4OH－－4e－===2ZnO＋2H2O，石墨棒：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，据此判断石墨是________(填“正极”或“负极”)，发生________(填“氧化”或“还原”)反应。
(3)根据原电池原理可设计成化学电源，下列关于原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．甲醇燃料电池可将化学能转化为电能
c．锌锰干电池中，锌电极为负极
d．所有释放能量的反应都能通过原电池实现
(4)如图为氢氧燃料电池原理示意图，根据此图的提示，下列叙述不正确的是________。
a．a电极是负极
b．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
c．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
d．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部贮存在电池内的新型发电装置
答案 (1)b (2)Zn 正极 还原 (3)d (4)b
解析 (1) a项和e项，c(H＋)增大，n(H＋)增大，生成氢气的速率增大，同时产生氢气的总量增多； b项，锌置换出铜，形成原电池，n(H＋)不变，生成氢气的速率增大，同时产生氢气的总量不变；c项和d项，c(H＋)减小，n(H＋)不变，生成氢气的速率减小，同时产生氢气的总量不变。
(2) 原电池负极上的物质失电子，发生氧化反应，由方程式知锌发生氧化反应；在反应中锌化合价升高，被氧化，作负极。正极为石墨，正极发生还原反应。
(3)只有释放能量的氧化还原反应才能通过原电池实现化学能与电能的转化，d不正确。
(4)氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，因此a电极上发生反应2H2－4e－===4H＋，a电极是负极；b电极上发生反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，b电极是正极，以上电极反应式，适用于电解质溶液为Na2SO4溶液等；氢氧燃料电池的能量转化率较高，且产物是H2O，无污染，是一种具有应用前景的绿色电源；氢氧燃料电池通入H2、O2就能工作，无需将H2、O2 贮存在电池内部。
12．利用原电池原理可以探究金属的活动性。
(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个检流计。锌片作________(填“正”或“负”)极，锌片上发生的电极反应式是________________________；银片上发生的电极反应式是_____________________________________________________。
(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。此时产生标准状况下氢气的体积为________L，通过导线的电子的物质的量为________mol。
(3)为了证明铁的金属活动性比铜强，某同学设计了如下一些方案。其中能证明铁的金属活动性比铜强的方案是________(填序号)。
方案
现象或产物
①将铁片置于CuSO4溶液中
铁片上有亮红色物质析出
②将铁丝和铜丝分别在氯气中燃烧
生成物分别为FeCl3和CuCl2
③将铁片和铜片分别置于稀硫酸溶液中
铁片上有气泡产生，铜片上无气泡产生
④将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接
铁片溶解，铜片上有气泡产生
答案 (1)负 Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
(2)4.48 0.4 (3)①③④
解析 (2)溶解的n(Zn)＝＝0.2 mol
负极： Zn － 2e－ === Zn2＋
0.2 mol 0.4 mol
正极： 2H＋ ＋ 2e－ === H2↑
0.4 mol 0.2 mol
所以V(H2)＝4.48 L，n(e－)＝0.4 mol。
13．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为________________________________________________________________________。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式：_________________________________________________________；
负极反应式：_________________________________________________________。
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：____________________________________________，用离子方程式表示其反应原理：__________________________________________________________。
答案 方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ： 如图所示
2H＋＋2e－===H2↑ Fe－2e－===Fe2＋(答案合理即可)
方案Ⅲ：将铁片置于CuSO4溶液中，一段时间后观察Fe表面是否有金属铜析出 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu(答案合理即可)
[拓展探究]
14．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，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
检流计指针偏转方向
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)对实验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中检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－===[Al(OH)4]－
(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 在这样的原电池中，相对较活泼的金属材料作负极。在稀盐酸中的活动性Mg＞Al、Al＞Cu。由实验1和2可知，原电池中检流计指针是偏向正极。在实验3中检流计指针偏向石墨，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中检流计指针偏向铝。
