第1课时 化学能与热能
课前自主预习
一、化学能与热能的相互转化
1．放热反应
(1)定义：放出热量的化学反应。
(2)实验探究：
②离子反应：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
③结论：Mg与盐酸反应为放热反应。
2．吸热反应
(1)定义：吸收热量的反应。
(2)实验探究：
二、化学键与化学反应中能量变化的关系
1．化学反应的实质
化学反应的实质是原子(或原子团)的重新组合，即反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。
2．化学反应中能量变化的原因(微观角度)
(1)物质中的原子(或原子团)之间是通过化学键相结合的。
(2)当物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要吸收能量，而形成生成物中的化学键要放出能量。
(3)化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。
3．化学反应中能量变化的决定因素(宏观角度)
(1)反应物的总能量大于生成物的总能量，则化学反应释放能量，如图甲所示；
(2)反应物的总能量小于生成物的总能量，则化学反应吸收能量，如图乙所示。
三、人类利用能源的三个阶段
1．柴草时期
从火的发现至18世纪产业革命时期，均以树枝、杂草为主要能源。
2．化石能源时期
18世纪中期至现代，以煤、石油、天然气为主要能源。
3．多能源结构时期
这是将会出现的能源利用的新时期。可再生能源和清洁能源(绿色能源)将成为新能源的主力军。
课堂互动探究
正确理解吸热反应和放热反应
1．放热反应和吸热反应的比较：
E：物质的总能量；Q(吸)：反应物分子断键时吸收的总能量；Q(放)：生成物分子成键时放出的总能量。
2.常见的放热反应和吸热反应：
3．吸热反应和放热反应的判断方法
(1)根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断——决定因素。
若反应物的总能量大于生成物的总能量，属于放热反应，否则是吸热反应。
(2)根据化学键破坏或形成时的能量变化判断——用于计算。若破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量，属于放热反应，否则是吸热反应。
(3)根据反应物和生成物的相对稳定性判断。
由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应，反之为吸热反应。
(4)根据反应条件判断。
凡是持续加热才能进行的反应一般就是吸热反应。
特别注意：化学反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无必然的关系。具体如下：
利用化学键计算化学反应中的能量变化
1．化学键与能量变化的关系：
2．计算公式的推导分析：
以H2＋Cl2===2HCl为例：
(1)图示分析：
(2)计算分析：
3.计算公式：
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。
公式：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)
利用化学键的能量变化计算化学反应中的能量变化：
ΔQ＝Q(吸)－Q(放)
典例题组训练
题组一 放热反应与吸热反应
1．下列变化中属于吸热反应的是( B )
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
解析：注意吸热或放热过程与吸热反应或放热反应的区别。①③⑥均为物理变化，不属于吸热反应。②CuSO4·5H2O受热分解生成CuSO4和H2O，属于吸热反应。④KClO3分解是吸热反应。⑤是放热反应。
2．如图所示，在小试管里加入2
g新制备的无水硫酸铜，把小试管套在具支试管内。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，把水滴入小试管内，白色的无水硫酸铜完全变成蓝色的五水硫酸铜晶体，可观察到U形管右侧的液面下降，左侧的液面上升。
(1)①写出上述反应的化学方程式：CuSO4＋5H2O===
CuSO4·5H2O。
②该反应是放热(填“吸热”或“放热”)反应。
③反应中的无水硫酸铜和水具有的总能量大于(填“大于”或“小于”)五水硫酸铜晶体的总能量。
(2)如果U形管内两边的液面处于同一水平面后，在小试管内先加入Ba(OH)2·8H2O晶体，再加入NH4Cl固体，用玻璃棒不断搅拌，则可观察到U形管中的现象为U形管右侧液面上升，左侧液面下降。
解析：(1)滴入水后，CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O，现象是U形管右侧液面下降，左侧液面上升，可知是具支试管内气体受热膨胀，压强增大所致，所以此反应是放热反应，CuSO4和H2O的总能量大于CuSO4·5H2O的总能量。
(2)Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，反应吸热，导致具支试管内气体压强减小，U形管中右侧液面上升，左侧液面下降。
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)氢氧化钡晶体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。
题组二 化学能与热能的相互转化
3．(双选)根据下面的信息，判断下列叙述中正确的是( AD )
A．氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量
B．氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量
C．1
mol
H2跟1/2
mol
O2反应生成1
mol
H2O一定释放能量245
kJ
D．2
mol
H2(g)跟1
mol
O2(g)反应生成2
mol
H2O(g)释放能量490
kJ
解析：由图中信息可知，1
mol
H2(g)的共价键断裂吸收能量436
kJ,1/2
mol
O2(g)的共价键断裂吸收能量249
kJ，两项共吸收能量685
kJ；2
mol
H(g)与1
mol
O(g)形成1
mol
H2O(g)的共价键释放能量930
kJ。在1
mol
H2(g)＋1/2
mol
O2(g)→1
mol
H2O(g)的过程中，放出的能量比吸收的能量多245
kJ。C项所陈述的内容中缺少物质的状态，所以释放的能量不一定是245
kJ；D项释放的能量＝2×(930－436－249)＝490
kJ，故D正确。
4．(双选)化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如下图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化：
下列说法正确的是( BC )
A．通常情况下，NO比N2稳定
B．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合不能直接生成NO
C．1
mol
N2(g)和1
mol
O2(g)具有的总能量小于2
mol
NO(g)具有的总能量
D．1
mol
N2(g)和1
mol
O2(g)反应放出的能量为180
kJ
解析：通常情况下，N2比NO稳定，A错误；放电条件下，N2(g)和O2(g)才能反应生成NO，B正确；由图知1
mol
N2(g)和1
mol
O2(g)反应吸收的热量为946
kJ＋498
kJ－2×632
kJ＝180
kJ，则1
mol
N2(g)和1
mol
O2(g)具有的总能量小于2
mol
NO(g)具有的总能量，C正确，D错误。
?1?键能：共价键的键能是指生成1
mol共价键所放出的能量或破坏1
mol共价键所消耗的能量。
?2?键能与物质的稳定性：键能越大，共价键越牢固，形成的物质越稳定，则该物质本身所具有的能量越低。
题组三 能源
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 )
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
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．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( B )
A．化学能 B．热能 C．生物质能 D．电能
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。
核心素养
常见的放热反应与吸热反应
提醒：①化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，但这并不是唯一的表现形式，其他的还有发光、放电等。
②化学反应表现为吸热或放热，与反应的条件没有必然关系，而是取决于反应物和生成物具有的总能量(或焓)的相对大小。
③化学反应表现为吸热或放热，与反应开始时是否需要加热无关。需要加热的反应不一定是吸热反应，如C＋O2CO2为放热反应；不需要加热的反应也不一定是放热反应，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应。
【例】 (双选)如图是化学反应中物质变化和能量变化的示意图。若E1>E2，则下列反应符合该示意图的是( )
A．NaOH溶液与稀盐酸的反应
B．锌与稀盐酸的反应
C．氢氧化钡与氯化铵固体的反应
D．一氧化碳还原CuO的反应
【解析】 吸收的能量E1大于释放的能量E2，故该反应为吸热反应。NaOH溶液与稀盐酸的反应属于放热反应，故A错误；锌与稀盐酸的反应属于放热反应，故B错误；氢氧化钡与氯化铵固体的反应属于吸热反应，故C正确；一氧化碳还原CuO的反应属于吸热反应，故D正确。
【答案】 CD
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-第2课时 化学能与电能
课前自主预习
化学能与电能的相互转化
1．燃煤发电的能量转化
(1)过程：化学能热能机械能电能。
(2)燃烧是使化学能转化为电能的关键。
2．原电池
(1)实验探究。
(2)原电池。
①定义：将化学能转变为电能的装置。
②工作原理(以铜－锌－稀硫酸原电池为例)：
③构成条件——“两极一液一线一反应”
a．两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属)。
b．一液——电解质溶液。
c．一线——形成闭合回路。
d．一反应——能自发进行的氧化还原反应。
课堂互动探究
原电池的构成条件和工作原理
原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
(1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。
(2)实例：实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
2．比较金属活泼性强弱
(1)原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
(2)实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性A>B。
3．设计原电池
(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。
氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物；
还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物；
正极反应式＋负极反应式＝电池的总反应式。
(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。
①电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。
②电极材料的选择：在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。
(3)实例：
典例题组训练
题组一 原电池的工作原理和形成条件
1．用铜片、银片、AgNO3溶液、导线构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( C )
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极
②正极反应为：Ag＋＋e－===Ag
③将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A．①②
B．①③
C．②③
D．①②③
解析：铜片、银片、AgNO3溶液，构成一个原电池，Cu作负极，Ag作正极，两极的电极反应分别为：负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反，因此C正确。故选C。
2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是④⑥⑦。(填序号)
解析：①②不是由两个电极构成的，③两电极的活动性应不同，⑤无电解质溶液，⑧不形成闭合回路，只有④⑥⑦满足形成原电池的三个条件，形成了原电池。
3．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( A )
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
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。
题组二 原电池的应用
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：
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。(装置如图所示)
正极反应：
Fe3＋＋e－===Fe2＋(或2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋)；
负极反应：Cu－2e－===Cu2＋。
(3)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从提供的药品：浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu中选择两种(蒸馏水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。
有关反应的化学方程式：CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O，CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu；
劣质不锈钢腐蚀的实验现象：不锈钢表面有红色物质生成。
解析：由于Fe3＋具有较强的氧化性，能将铜氧化而溶解，所以将印刷电路铜板插入FeCl3溶液中时会发生反应生成FeCl2和CuCl2，其反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋；如果要将它设计成原电池，则应选用铜作原电池的负极，这样使铜与FeCl3溶液反应，再选一个比铜不活泼的金属或其他导电物质作正极，如选择银或石墨等作为正极材料；由于劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显，所以应找一种盐溶液来与不锈钢反应，在所提供的四种物质中能形成盐的有三种：浓硫酸和NaOH、浓硫酸和氧化铜、浓硫酸与铜。但第一种形成的Na2SO4不与铁反应，第二种浓硫酸(或加水形成稀硫酸)和氧化铜反应后得到硫酸铜溶液，再与铁反应生成铜和硫酸亚铁溶液，第三种浓硫酸与铜反应也能得到硫酸铜，但同时会得到有毒气体二氧化硫，所以第二种方法最佳，最佳的方法是选择浓硫酸和氧化铜反应配制盐溶液。
5．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(或者电流表)。
(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，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，由化学能转化为电能，在耳机中又由电能转化为声音这种能量；
②如果将装置中的耳机改为电流表，则铁钉应该接电流表的负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。
发生了氧化反应；铜钉应该接电流表的正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，发生了还原反应。
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。电流表正极应接原电池正极，电流表负极应接原电池负极。
设计原电池步骤如下：
(1)以自发发生的氧化还原反应为基础。
(2)把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应。
(3)以两极反应为原理，确定电极材料以及电解质溶液。
(4)画出示意图。
核心素养
原电池正、负极的判断
提醒：原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关，又与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
【例1】 (双选)某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是( )
A．锌片作正极
B．铜片上有气泡产生
C．将电能转化为化学能
D．电子由锌片经导线流向铜片
【解析】 根据原电池的工作原理，活泼金属作负极，锌比铜活泼，锌片作负极，A错误；铜片作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，铜片上有气泡冒出，B正确；该装置为原电池装置，是将化学能转化成电能的装置，C错误；根据原电池的工作原理，电子从负极经导线流向正极，即电子从锌片经导线流向铜片，D正确。
【答案】 BD
【例2】 图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示( )
A．铜棒的质量
B．c(Zn2＋)
C．c(H＋)
D．c(SO)
【解析】 该装置构成了原电池，Zn是负极，Cu是正极。A项，在正极Cu上溶液中的H＋获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B项，由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中c(Zn2＋)增大，错误；C项，由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H＋)逐渐降低，正确；D项，SO不参加反应，其浓度不变，错误。
【答案】 C
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-第3课时 发展中的化学电源
课前自主预习
一、干电池
干电池是一种一次性电池，最早使用的是锌锰干电池，其负极是锌筒。为防止漏液，改良后的碱性锌锰电池将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH。
二、充电电池
充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
1．铅蓄电池
正极材料为PbO2，负极材料为Pb，电解质为H2SO4溶液。
2．镍镉电池
正极材料为NiO(OH)，负极材料为Cd，电解质为KOH。
3．锂离子电池
新一代可充电的绿色电池，低功耗电器的主流电源。
三、燃料电池
1．原理
利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。
2．与其他电池的区别
反应物是由外设装备提供燃料和氧化剂。
课堂互动探究
电极反应式的书写
1．电极反应式的书写
(1)根据原电池的装置书写
负极：
①若负极材料本身被氧化，其电极反应式有两种情况：
一种是负极金属失电子后生成的金属阳离子不与电解质溶液的成分反应，此时的电极反应可表示为M－ne－===Mn＋。
另一种是负极金属失电子后生成的金属阳离子与电解质溶液的成分反应，此时的电极反应要将金属失电子的反应、金属阳离子与电解质溶液反应叠加在一起，如铅蓄电池的负极反应为：Pb＋SO－2e－===PbSO4。
②若负极材料本身不反应，如燃料电池，在书写负极反应式时，要将燃料失电子的反应及其产物与电解质溶液中的反应叠加在一起书写，如H2－O2(KOH溶液)电池的负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。
正极：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发生自发的化学反应时，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发生自发的化学反应时，在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。
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，若反应也要书写叠加式，如酸性溶液中，O2在正极的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
(2)根据原电池反应书写电极反应式
①找出发生氧化反应和还原反应的物质，确定正负极产物。
②利用电荷守恒分别写出电极反应式。也可先写出较易写的一极的电极反应，然后在电子守恒的基础上，用总反应减去该极反应，即得到另一极的电极反应。
③验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。
2．电池总反应式的书写
根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等，然后将两式相加，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共存的离子，如H＋和OH－、Pb2＋和SO，要写成反应后的物质H2O和
PbSO4。
燃料电池电极反应式的书写
电极：惰性电极。
燃料包含：H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如C2H5OH)等。
介质包含：①酸性电解质溶液，如硫酸；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物，如Y2O3；④熔融碳酸盐，如K2CO3等。
第一步：写出电池的总反应。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。
如氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O；
甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)中发生的反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
两式相加得燃料电池的总反应：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O
第二步：写出电池的正极反应。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，根据电解质溶液的不同，其电极反应有所不同。其实，我们只要熟记以下四种情况即可。
(1)酸性电解质溶液中的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(2)碱性电解质溶液中的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境中的电极反应：O2＋4e－===2O2－。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境中的电极反应：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
第三步：根据电池的总反应和正极反应写出电池的负极反应。
电池的总反应和正、负极反应之间存在关系：电池的总反应＝电池的正极反应＋电池的负极反应。
故根据第一、二步写出的反应，电池的总反应－电池的正极反应＝电池的负极反应，注意在将两个反应相减时，要消去正极的反应物O2。
常见的化学电源
1．一次电池
①普通锌锰电池
“干电池”是用锌制圆筒形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极剂(吸收正极放出的H2，防止产生极化现象)。
电极反应为
正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2＋＋4NH3===[Zn(NH3)4]2＋，淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速率。电池总反应式：2Zn＋4NH4Cl＋4MnO2===[Zn(NH3)4]Cl2＋ZnCl2＋2Mn2O3＋2H2O，“干电池”的电压通常约为1.5伏，不能充电再生。
②纽扣式电池(也叫银锌电池)
常见的纽扣式电池为银锌电池，它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极壳一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH，溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜，将电极与电解质溶液隔开。
电极反应为
电池总反应式为：Ag2O＋Zn===2Ag＋ZnO
一粒纽扣式电池的电压达1.59伏，安装在电子表里可使用两年之久。
③海水电池
1991年，我国首创以铝—空气—海水为能源的新型电池，用作航海标志灯已研制成功。该电池以取之不尽的海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。
电极反应式
电池总反应式为：4Al＋3O2＋6H2O===
4Al(OH)3
这种海水电池的能量比“干电池”高20～50倍。
④微型电池(锂电池)
常用于心脏起搏器和火箭的一种微型电池叫锂电池，它是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。
电池总反应式为：10Li＋4SOCl2===8LiCl＋Li2SO4＋3S
这种电池容量大，电压稳定，能在－56.7～71.1
℃温度范围内正常工作。
2．二次电池
①铅蓄电池
铅蓄电池可放电亦可充电，具双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制成的长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色PbO2，负极是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用微孔塑料隔开。
蓄电池放电时的电极反应为
负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4
正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
当放电进行到硫酸浓度降低，溶液密度达到1.18
g·cm－3时即停止放电，而将蓄电池进行充电：
阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO
阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO
当溶液密度增加至1.28
g·cm－3时，应停止充电。
蓄电池充电和放电的总反应式为：PbO2＋Pb＋2H2SO4
2PbSO4＋2H2O。
②银锌蓄电池
目前，有一种形似于“干电池”的充电电池，它实际是一种银蓄电池(电解液为KOH)。
银锌蓄电池是一种高能电池，它质轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的能源。一次电池中介绍的钮扣式电池(也叫银锌电池)就可以制成银锌蓄电池。它的放电过程可以参见一次电池，充电过程可以表示为，阳极：2Ag＋2OH－－2e－===Ag2O＋H2O；阴极：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－；总反应式为：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2。
③镍镉蓄电池
负极材料：Cd；正极材料：NiO(OH)；电解质：KOH。总反应式为：2NiO(OH)＋Cd＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。特点：比铅蓄电池耐用，可密封使用。
3．燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的能量转换成电能的化学电池。燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应，只是一个催化转化元件。它工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。
①甲烷燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。
电极反应式为
电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
②氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液一般为40%的KOH溶液。在不同的介质中发生的电极反应归纳如下：
③甲醇燃料电池
电解质：KOH；正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；
负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O；
总反应式为：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。
④肼燃料电池
电解质：KOH；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O；
总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O。
⑤熔融盐燃料电池
熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气体为正极燃气，制得在650
℃下工作的燃料电池，有关的电池反应为：负极反应2CO＋2CO－4e－===4CO2；正极反应O2＋2CO2＋4e－===2CO；总反应2CO＋O2===2CO2。
典例题组训练
题组一 原电池电极反应式的书写
1．(双选)汽车的启动电源常用铅蓄电池，其结构如图所示，其放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断下列叙述中正确的是( BC )
A．PbO2是负极
B．Pb是负极
C．PbO2得电子，被还原
D．电池放电时，电解质溶液的酸性增强
解析：根据电池反应知，放电过程中Pb失去电子，作负极，B项正确；PbO2得电子被还原，作正极，A项错误，C项正确；由于原电池在放电过程中消耗硫酸，故电解质溶液的酸性减弱，D项错误。
2．芬兰Enfucell公司制造出一种纸质电池，其电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===2MnO(OH)＋ZnO。下列说法正确的是( D )
A．该电池的正极为锌
B．该电池反应中二氧化锰起催化作用
C．当0.1
mol
Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为
1.204×1023
D．电池正极反应式为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－
解析：A项，根据电池总反应式可知，Zn失去电子，为电池的负极。B项，MnO2得到电子，为电池的正极。C项，电子只能经外电路流动，而不能在电解液中流动，电解液内的电流是阴、阳离子定向移动形成的。D项，电池负极反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，用总反应式减去负极反应式得正极反应式：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－。
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继续反应，若能反应，则应将前后两个反应式叠加。
?3?在得失电子数相等情况下，正负极的电极反应式相加应等于电池总反应方程。
题组二 燃料电池
3．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是( D )
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．每转移0.1
mol电子，消耗1.12
L的H2
D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极
解析：由电极反应式可知，氢气通入的一极为负极，氧气通入的一极为正极，故a为负极、b为正极，电子应该是通过外电路由a极流向b极，A错；B项，b极上的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B错；C项，没有注明此时是否处于标准状况下，故无法计算气体的体积，C错。
4．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境中电极反应的书写方法：
(1)酸性条件下的负极反应：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋。
(2)碱性条件下的负极反应：CH4＋10OH－－8e－===CO＋
7H2O。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境中电池的负极反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境中电池的负极反应：
CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O。
解析：总的原则：正、负极反应得失电子数相等，电池总反应－正极反应＝负极反应。(1)酸性条件下，燃料电池的总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O，燃料电池的正极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，得燃料电池的负极反应：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋。(2)碱性条件下，燃料电池的总反应：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O，燃料电池的正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，得燃料电池的负极反应：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境中，燃料电池的总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O，燃料电池的正极反应：O2＋4e－===2O2－，得燃料电池的负极反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境中，燃料电池的总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O，燃料电池的正极反应：O2＋2CO2＋4e－===2CO，得燃料电池的负极反应：CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O。
?1?谁是燃料谁作负极，通入O2或空气的一极为正极。,?2?燃料电池正极反应的书写：
①酸性环境：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②中性或碱性环境：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③固体电解质：O2＋4e－===2O2－
④熔融盐：O2＋2CO2＋4e－===
题组三 常用的化学电源
5．“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是( B )
A．电池反应中有NaCl生成
B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C．正极反应为：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－
D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
解析：该电池的总反应为2Na＋NiCl2===2NaCl＋Ni，因此有NaCl生成，A项正确；由电池总反应可知，Na还原Ni2＋，B项错误；正极上NiCl2发生还原反应：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，C项正确；钠离子通过钠离子导体由负极向正极移动，D项正确。
6．(双选)某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li＋导电固体为电解质。放电时的电池反应为：Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4
下列说法正确的是( AB )
A．放电时，LiMn2O4发生还原反应
B．放电时，正极反应为：Li＋＋LiMn2O4＋e－===Li2Mn2O4
C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应
D．充电时，Li发生氧化反应
解析：在电池放电反应Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4中，LiMn2O4为正极，正极反应是还原反应，则A正确。电池以LiMn2O4为正极，含Li＋导电固体为电解质，则电池的正极反应为Li＋＋LiMn2O4＋e－===Li2Mn2O4，B正确。该电池的充电反应为Li2Mn2O4===Li＋LiMn2O4。其中Li和LiMn2O4都是反应的生成物，则C和D均不正确。
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。
核心素养
1．电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的书写)
2．已知总方程式，书写电极反应式
(1)书写步骤
①步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目(ne－)。
②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。
③步骤三：写电极反应式。
负极反应：还原剂－ne－===氧化产物
正极反应：氧化剂＋ne－===还原产物
(2)书写技巧
若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：
总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O
正极：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
负极：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
简单电极反应中转移的电子数，必须与总方程式中转移的电子数相同。
3．氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结
【例1】 十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．该电池放电时质子从电极b移向电极a
B．电极a附近发生的电极反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2?1
【解析】 A项，放电时为原电池，质子向正极移动，电极a为负极，则该电池放电时质子从电极a移向电极b，错误；B项，电极a为负极，发生氧化反应，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，错误；C项，酸性条件下，氧气得电子与氢离子反应生成水，电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，错误；D项，由总反应式2SO2＋O2＋2H2O===2SO＋4H＋可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2?1，正确。
【答案】 D
【例2】 (双选)为体现节能减排的理念，中国研制出了新型固态氧化物燃料电池(SOFC)，该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．电子从b极经导线流向a极
B．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．不可以选用NaOH固体作固态电解质
D．若反应中转移1
mol电子，则生成22.4
L(标准状况)CO2
【解析】 燃料电池通入氧气的电极为正极，则a为正极，电子从b极经导线流向a极，故A正确；介质为固态熔融介质，不存在水溶液，则正极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故B错误；CO2能与NaOH反应生成Na2CO3，则不可选用NaOH固体作固态电解质，故C正确；若反应中转移1
mol电子，参加反应的氧气为0.25
mol，生成CO2为0.5
mol，体积为11.2
L(标准状况)，故D错误。
【答案】 AC
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-第1课时 化学反应的速率
课前自主预习
一、化学反应速率
1．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的，表示符号：v。
2．化学反应速率的表示方法
(1)化学反应速率可以用单位时间内化学反应现象(如生成沉淀、气体、溶液颜色变化等)出现的快慢定性表示。
(2)化学反应速率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来表示，指定物质的化学反应速率的计算方法为v＝。
Δc：某物质浓度的变化，若是反应物，表示其浓度的减少，若是生成物，表示其浓度的增加，常用单位：mol/L。
Δt：时间，常用单位：s、min、h。
因此，化学反应速率v的常用单位是：mol/(L·s)、mol/(L·min)、mol/(L·h)。
(3)对于同一个化学反应，用不同的物质来表示化学反应速率时，数值可能不相同，但这些不同的数值表示的都是同一个反应的速率，因此，表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准，在v的后面将该物质的化学式用小括号括起来。
在化学反应中，各物质的物质的量之比等于化学计量数之比，因此，用不同物质表示的化学反应速率的比值等于化学方程式中相应的化学计量数之比，对于化学反应：aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)，v(A)?v(B)?v(C)?v(D)＝a?b?c?d。
(4)化学反应速率指的是单位时间内的平均反应速率，不是瞬时反应速率。
二、外界条件对化学反应速率的影响
(1)有关规律
①浓度：对有气体参加的反应或在溶液中发生的反应产生影响，在其他条件不变时，增大反应物的浓度，化学反应速率增大。
②压强：对有气体参加的化学反应而言，在温度一定时，对一定量的气体，增大压强就会使气体体积缩小，使气体浓度增大，化学反应速率增大。若减小压强，气体体积增大，气体反应物浓度就减小，化学反应速率也减小。
③温度升高，化学反应速率增大，一般地说，温度每升高10
℃，反应速率增大到原来的2～4倍。升高温度，无论是吸热反应还是放热反应，速率都增大。
④催化剂改变(增大或减弱)化学反应速率。但不能使本来不会发生的反应变为可能。催化剂参与反应过程，只是反应前后质量与组成不变。
⑤其他：光、超声波、激光、射线、电磁波、反应物颗粒大小、扩散速率、溶剂等因素也都能对某些化学反应的反应速率产生一定的影响，例如氯水经光照能加速次氯酸分解，加快Cl2与水的反应。形成原电池也是增大反应速率的一种途径。
(2)对于反应3A(g)＋B(s)===C(g)(正反应放热)，在其他条件不变时，改变其中一个条件，则生成C的速率：
①升温增大；②增大压强增大；③增大容器容积减小；④加入A增大；⑤加入B不变；⑥压缩体积增大。
课堂互动探究
对化学反应速率的理解及计算
1．对化学反应速率的理解
(1)化学反应速率实际上指的是某物质在某一时间段内化学反应的平均速率，而不是某一时刻的即时速率。
(2)表示化学反应速率时，不论是用反应物浓度的减少，还是用生成物浓度的增加表示，化学反应速率均取正值。
(3)由于固体或纯液体，在一定温度下，单位体积内的物质的量保持不变，即固体或纯液体的浓度是个常数，所以对于有纯液体或固体参与的化学反应一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率。
(4)由于压强的变化对固体和液体的体积影响很小，故改变压强对它们的浓度影响很小，所以改变压强对无气体参与的反应的化学反应速率无影响。
(5)对于同一化学反应，在相同的反应时间内，用不同的物质来表示其反应速率，其数值可能不同，但这些不同的数值表示的都是同一个反应的速率。因此，表示化学反应的速率时，必须指明是用反应体系中的哪种物质作依据。
(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反应方程式中相应物质的化学计量数之比，这是有关化学反应速率的计算或换算的依据。如：A(g)＋2B(g)===C(g)＋3D(g)中，v(A)?v(B)?v(C)?v(D)＝1?2?1?3。
(7)在比较化学反应速率的大小时，如果是用同一个反应中不同的物质表示的反应速率，应按照化学计量数之比统一转化成用同一种物质表示的反应速率后再比较。
2．化学反应速率的计算
(1)定义式法。
利用公式v＝计算化学反应速率，亦可利用该公式计算浓度变化量或时间。
(2)关系式法。
化学反应速率之比＝物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。
影响化学反应速率的因素
1．基本规律
2．几点说明
(1)除了上述影响化学反应速率的因素以外，光、电磁波、超声波、射线、溶剂等也能影响化学反应速率。
(2)催化剂是能够改变其他物质的化学反应速率而自身的组成、化学性质和质量在反应前后保持不变的物质。催化剂有正、负之分，正催化剂能加快化学反应的速率，负催化剂能降低化学反应的速率。我们通常所说的催化剂是正催化剂。
在影响化学反应速率的各种外因中，催化剂的效果最好，它能使化学反应速率增大几个到十几个数量级。
催化剂是现代化学中关键而又神奇的物质之一。据统计，约有80%～85%的化工生产过程使用催化剂(如氨、硫酸、硝酸的合成，乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合，石油、天然气、煤的综合利用等等)，目的是加快化学反应速率，提高生产效率。
催化剂与化学反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性(专一性)。这就是说，并不是每一个化学反应都有适宜的催化剂，也并不是一种催化剂会万能地作用于所有的化学反应。
催化剂最佳效能的发挥需要有一个适宜的温度，不同的催化剂所需要的适宜温度也不一定相同。
混在反应物中的一些杂质往往会使催化剂效率降低甚至失去催化效能，即催化剂中毒。因此在使用催化剂时采取必要的措施来防止催化剂中毒。
(3)在温度对化学反应速率的影响中，温度每升高10
℃，化学反应速率就提高到原来的2～4倍。
(4)对于氧化还原反应来说，构成原电池也是影响化学反应速率的主要因素之一。原电池反应比非原电池反应要快得多。
典例题组训练
题组一 化学反应速率
1．(双选)已知一定条件下，合成氨反应的一些数据如下：
当用氨的浓度增加量来表示该反应的速率时，下列说法中错误的是( AD )
A．2
s末氨的反应速率为0.4
mol·L－1·s－1
B．前2
s内氨的平均反应速率为0.4
mol·L－1·s－1
C．前4
s内氨的平均反应速率为0.3
mol·L－1·s－1
D．2～4
s内氨的平均反应速率为0.1
mol·L－1·s－1
解析：A项，不符合反应速率的定义，2
s末的速率是瞬时速率，在本题条件下是不能求解的，错误；氨在2
s末，浓度增加了1.0
mol·L－1－0.2
mol·L－1＝0.8
mol·L－1，故前2
s内氨的平均反应速率为＝0.4
mol·L－1·s－1，B正确；前4
s内氨的平均反应速率为＝0.3
mol·L－1·s－1，C正确；2～4
s内氨的平均反应速率为
＝0.2
mol·L－1·s－1，D错误。
2．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8.8
mol
A，此时C的物质的量浓度为0.08_mol/L。
解析：
3A(g) ＋ B(g) ??
2C(g)
1.0 0.5
0
0.06×2＝0.12
0.04
0.08
1.0－0.12＝0.88
0.5－0.04＝0.46
0.08
则2
s时，n(A)＝0.88
mol/L×10
L＝8.8
mol，
c(C)＝0.08
mol/L。
(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)
a
b
0
0
mx
nx
px
qx
a－mx
b－nx
px
qx
题组二 影响化学反应速率的因素
3．下列各组反应中，反应刚开始时，放出H2的速率最大的是( D )
解析：决定化学反应速率的主要因素是物质的性质，即内因。首先根据金属活动性排除C项。镁与硝酸反应不产生氢气，排除A项。镁与酸反应的实质为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，因为镁是固体，所以镁的物质的量及酸的体积对化学反应速率均无影响，温度相同时，只有H＋的浓度对化学反应速率有影响。B项中H＋的浓度为3
mol·L－1，而D项中H＋的浓度为6
mol·L－1，故D项放出H2的速率最大。
4．(双选)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70
℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( AD )
A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越慢
B．图乙表明，其他条件相同时，NaOH的浓度越小，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
解析：由图甲可知，起始时H2O2的浓度越小，曲线下降越平缓，说明反应速率越慢，A项正确；0.1
mol·L－1
NaOH对应的曲线下降最快，即H2O2分解速率最快，B项错误；由图丙可知，相同时间内，0.1
mol·L－1
NaOH条件下H2O2分解速率最快，0
mol·L－1
NaOH条件下H2O2分解速率最慢，而1.0
mol·L－1
NaOH条件下H2O2的分解速率处于中间，C项错误；由图丁可知，Mn2＋越多，H2O2的分解速率越快，说明Mn2＋对H2O2分解速率影响较大，D项正确。
?1?在影响化学反应速率的因素中，内因是决定性的因素。一个本来就不可能发生的化学反应，任何外因都无济于事，而对于客观上能够发生的化学反应，外因能够改变其反应速率。
?2?在浓度对化学反应速率的影响中，“浓度”是指反应物的浓度，或生成物的浓度。“改变反应物的浓度”不包括改变固体和纯液体的量。
?3?在压强对化学反应速率的影响中，“压强”是指气体反应物的压强，因为在温度和物质的量一定的条件下，气体压强的变化实质上是气体浓度的变化，而固体和液体的体积受压强的影响甚小，通常忽略不计。
(4)温度对化学反应速率的影响是最广的。放热反应、吸热反应、正反应、逆反应等反应速率都受温度的影响。
(5)当改变某一条件化学反应速率发生变化时，条件改变越大，化学反应速率变化越大。
(6)影响化学反应速率的条件有很多，不同的条件对化学反应速率的影响“方向”可能不同。因此，当面对两种或多种影响因素而判断化学反应速率的变化时，要注意应用“令其他条件一定(或不变)，改变某一条件看化学反应速率怎么变化”的科学方法。
(7)从数形关系规律的角度来看，可以用直角坐标系中的图像来表示化学反应速率与影响因素之间的关系。
例如在锌跟盐酸的反应中，反应速率与盐酸浓度的关系、反应速率与反应物温度的关系，分别可用图中的Ⅰ和Ⅱ表示出来。
核心素养
化学反应速率计算的万能方法——三段式法
对于反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，起始时A的浓度为a
mol·L－1，B的浓度为b
mol·L－1，反应进行至t1
s时，A消耗了x
mol·L－1，则化学反应速率可计算如下：
【例1】 (双选)NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应：4NH3(g)＋3O2(g)??2N2(g)＋6H2O(g)，现向一容积不变的2
L密闭容器中充入4
mol
NH3和3
mol
O2,4
min后，测得生成的H2O占混合气体体积的40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是( )
A．v(N2)＝0.125
mol·L－1·min－1
B．v(H2O)＝0.375
mol·L－1·min－1
C．v(O2)＝0.225
mol·L－1·min－1
D．v(NH3)＝0.45
mol·L－1·min－1
【解析】 设4
min时，生成6x
mol
H2O(g)
【答案】 CD
【例2】 一定温度下，10
mL
0.40
mol·L－1
H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A．0～6
min的平均反应速率：
v(H2O2)≈3.3×10－2
mol·L－1·min－1
B．6～10
min的平均反应速率：
v(H2O2)<3.3×10－2
mol·L－1·min－1
C．反应至6
min时，c(H2O2)＝0.30
mol·L－1
D．反应至6
min时，H2O2分解了50%
【解析】 根据题目信息可知，0～6
min，生成22.4
mL(标准状况)氧气，消耗0.002
mol
H2O2，则v(H2O2)≈3.3×10－2
mol·L－1·min－1，A项正确；随反应物浓度的减小，反应速率逐渐降低，B项正确；反应至6
min时，剩余0.002
mol
H2O2，此时c(H2O2)＝0.20
mol·L－1，C项错误；反应至6
min时，消耗0.002
mol
H2O2，转化率为50%，D项正确。
【答案】 C
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11
-第2课时 化学反应的限度和化学反应条件的控制
课前自主预习
一、可逆反应
1．可逆过程：
当温度一定时，饱和溶液中的固体溶质表面的溶解过程和溶液中的溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程一直在进行，而且两种过程的速率相等，于是饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都保持不变。我们把这类过程称作可逆过程。表述这类过程时，约定采用“??”来代替反应中原来用的“===”号，把从左向右的过程称作正(向)反应；从右向左的过程称作逆(向)反应。
2．可逆反应
(1)定义：在同一条件下，正向反应和逆向反应能同时进行的化学反应。
(2)表示方法：书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“??”。
(3)特点：
①正向反应和逆向反应同时进行；
②正向反应和逆向反应的条件相同；
③在一定条件下，反应物不能全部转化为生成物。
二、化学平衡状态——化学平衡
(1)化学平衡的建立
①反应开始时，v正最大，v逆为0。
②反应过程中：反应物浓度逐渐减少―→v正逐渐减小。生成物浓度逐渐增大―→v逆从0开始逐渐增大。
③反应达到平衡时：v正＝v逆，反应物和生成物各组分浓度不再改变。
(2)化学平衡建立过程中化学反应速率的变化图像。
(3)概念：在一定条件下，当一个可逆反应进行到正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再改变时的状态。
(4)化学平衡状态的特征
反应物和生成物处于同一反应体系，反应条件保持不变。达到平衡状态时，体系中所有物质的质量或浓度保持不变，正逆反应速率相等，且不为零，因此，体系的反应并没有停止。
三、化学反应限度和化学反应条件的控制
1．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化学反应本身。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：化学反应的限度受浓度、温度、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反应的限度。要注意的是，压强只影响有气体参与的可逆反应的限度。
2．化学反应条件的控制
(1)转化率是指已被转化的反应物的物质的量与其初始的物质的量之比。
(2)在生产生活中，人们希望促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应，这就需要进行化学反应条件的控制。
(3)在合成氨的生产中，工业上通常选择在400～500_℃温度下进行，采用的压强通常为10～30_MPa。
课堂互动探究
对化学平衡状态的理解
1．只有可逆反应才有可能存在化学平衡状态，不可逆反应无论怎样也不可能存在化学平衡状态，即化学平衡问题的化学反应对象是可逆反应，在解决有关化学平衡的问题时，首先看清化学反应是否为可逆反应。
2．一个确定的化学平衡状态，化学反应速率的特征是v(正)＝v(逆)>0；反应混合物的特征是任意一种物质在混合物中所占的质量分数或物质的量分数保持不变。这两个特征是相互关联、相互影响的。有了这两个特征，可逆反应也就进行到了最大限度。
3．化学平衡状态是可逆反应进行到最大限度的结果，在外界条件不改变时，一经建立起化学平衡状态，就不会因时间的变化而变化。
4．化学反应的可逆性为化学平衡状态的建立奠定了内因性的基础，化学平衡状态的建立还必须有一定的温度、物质的浓度和气体的压强等外因性条件，否则化学平衡状态也建立不起来，以哲学的观点审视化学平衡状态的建立，内因(可逆反应)是基础，外因(温度、浓度、压强等)是条件，外因通过内因而起作用。
5．化学平衡状态的建立还必须具有一定的外部条件(温度、浓度、压强等)，所以，同一个可逆反应在不同条件下建立起的化学平衡状态可能不同。
6．对于一个既定的可逆反应，如果其他条件一定，不论采取何种途径，即反应是由反应物开始或由生成物开始，是一次投料或是分步投料，最后都能建立起化学平衡状态。
可逆反应达到化学平衡状态的标志
1．等——正反应和逆反应的速率相等
正反应速率和逆反应速率相等是概念性的，也可以理解为某一组分的生成速率和消耗速率相等，这是化学平衡的本质标志。
以可逆反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)为例，下列情况能说明正反应和逆反应速率相等。
(1)用两种物质表示的正反应和逆反应速率之比等于化学计量数之比，如v(正)(N2)?v(逆)(H2)＝1?3，v(正)(N2)?v(逆)(NH3)＝1?2。
(2)相同时间内，同一种物质生成的物质的量和消耗的物质的量相等，如生成a
mol
NH3的同时又消耗a
mol
NH3。
(3)一种物质变化表示发生正反应，另一种物质变化表示发生逆反应，且在相同时间内，两种物质的物质的量变化之比等于化学计量数之比，如生成a
mol
N2的同时又消耗3a
mol
H2，生成2a
mol
NH3的同时又生成a
mol
N2。
2．定——反应混合物中各组分的浓度保持不变
由于正反应速率和逆反应速率相等，即每一种物质的生成速率和消耗速率相等，故反应混合物中各组分的浓度均保持不变。反应混合物中各组分的浓度保持不变是化学平衡的特征标志。
(1)对于一般的可逆反应来说，还可理解为：a.各组分的物质的量保持不变；b.反应物的转化率保持不变；c.生成物的产率保持不变等。
(2)对于反应前后气态物质的总体积发生变化且均为气体的可逆反应来说，还可引申为：a.混合气体的总物质的量保持不变；b.恒温恒压时混合气体的密度保持不变；c.混合气体的平均相对分子质量保持不变；d.恒温恒容时混合气体的压强保持不变；e.恒温恒压时混合气体的体积保持不变等。
(3)对于体系中有物质显示颜色的可逆反应，还包含体系的颜色不变。
(4)对于吸热反应或放热反应，绝热体系的温度不变，说明反应处于平衡状态。
化学反应条件的控制
1．控制化学反应条件的基本思路
(1)控制化学反应条件的目的
化学反应有的快、有的慢；有的进行程度大、有的进行程度小；有的对我们有利、有的对我们不利。控制化学反应条件，目的就是通过改变化学反应的速率和反应进行的程度，使化学反应向着对我们有利的方面转化。
(2)控制化学反应条件的基本措施
①通过改变反应物的温度、浓度、气体压强(或浓度)、固体表面积以及催化剂的使用等，改变化学反应的速率；
②通过改变可逆反应体系的温度、溶液浓度、气体压强(或浓度)等，改变可逆反应进行的限度。
注意：a.对于客观上不能发生的化学反应，无法改变其反应速率；对于不可逆反应，无法改变其反应进行的限度。
b．采用控制化学反应条件的措施时，要和物质与技术条件、经济与社会效益相结合，既要力所能及，又要物有所值，不能单纯为改变化学反应的速率和限度而采取措施。
2．控制化学反应条件的讨论
案例分析——煤的燃烧
(1)煤的状态与燃烧速率、燃烧程度之间的关系
一定质量的固态煤，颗粒越小，总表面积越大，燃烧越快。同理，其他条件相同，液化煤比固态煤燃烧快，气化煤比液化煤燃烧快。
(2)空气用量对煤燃烧充分度的影响及其原因
在化学反应中，其他条件相同时，气态反应物的压强(或浓度)越大，化学反应速率越快。因此，其他条件相同时，增大空气的用量，煤燃烧充分度增大。
注意：使煤充分燃烧，空气的用量要适当过量，不能太过量。过多无用的空气挥发时要带走热能，造成能源浪费。
(3)燃煤炉灶(膛)材料的选择
煤燃烧放出热量能产生高温，因此，炉灶(膛)材料应具有一定的耐高温性；煤燃烧需要一定的温度，煤燃烧放出的热量要输送到使用目的地，因此，炉灶(膛)材料应具有一定的低传热性。常用黏土或黏土的制成品做燃煤炉灶(膛)的材料。
(4)充分利用燃煤废气中的热量的主要措施
燃煤产生的废气温度高、热能容量大。燃煤废气可以用于：
①通过热水锅炉制造热水；
②通过管道输送到室内供暖；
③利用热交换器或其他传热装置将热能应用于某些工业生产。
典例题组训练
题组一 化学平衡
1．(双选)对于化学反应限度的叙述，错误的是( CD )
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有关
D．化学反应的限度是不可改变的
解析：任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，即反应达到化学平衡，此时v正＝v逆。对同一可逆反应，达到化学平衡时，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，引起v正与v逆不相等时，化学平衡被破坏，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、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
( B )
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
解析：首先采用极限法分析。若反应向右进行到底，则有c(SO2)＝0，c(O2)＝0，c(SO3)＝0.4
mol·L－1；若反应向左进行到底，则有：c(SO2)＝0.4
mol·L－1，c(O2)＝0.2
mol·L－1，c(SO3)＝0。化学反应的限度决定了可逆反应中的各种成分是不可能完全转化的，所以平衡时各物质的浓度范围为0mol·L－1,0mol·L－1,0mol·L－1，A、D错误；若SO2为0.15
mol·L－1，则转化的SO2的浓度为(0.2－0.15)mol·L－1＝0.05
mol·L－1，此时SO3的浓度为(0.2＋0.05)mol·L－1＝0.25
mol·L－1，C错误。
?1?任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。
?2?一定条件下，可逆反应达到化学平衡时，该反应即达到最大限度，此时反应物的转化率达最大值。
题组二 化学平衡状态的判定
3．H2(g)＋I2(g)??2HI(g)已经达到平衡状态的标志是③④⑦⑨(填序号)。
①c(H2)＝c(I2)＝c(HI)
②c(H2)?c(I2)?c(HI)＝1?1?2
③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变
④单位时间内生成n
mol
H2的同时生成2n
mol
HI
⑤单位时间内生成n
mol
H2的同时生成n
mol
I2
⑥反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI)
⑦一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
?条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化
解析：①②在非平衡状态下也能满足，不能作为判断的依据；⑤⑥⑧⑩?任何时刻都满足，也不能作为判断的依据；③④⑦⑨都满足各种物质的浓度不变，能作为判断反应达到平衡状态的标志。
4．可逆反应2NO2(g)??2NO(g)＋O2(g)在恒容密闭容器中进行：
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和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率比为2?2?1
④混合气体的颜色不再改变
⑤混合气体的密度不再改变
⑥混合气体的压强不再改变
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变
可表示该反应达到化学平衡状态的是( A )
A．①④⑥⑦
B．②③⑤⑦
C．①③④⑤
D．全部
解析：①中单位时间内生成n
mol
O2的同时生成2n
mol
NO2，而生成n
mol
O2必同时消耗2n
mol
NO2，故v正(NO2)＝v逆(NO2)，说明反应已达到化学平衡状态。②中无论反应是否达到化学平衡状态，单位时间内生成n
mol
O2的同时都会生成2n
mol
NO。③中无论反应是否达到化学平衡状态，各物质所表示的化学反应速率之比都等于化学计量数之比。④有色气体的颜色不再改变，则表示体系中各物质的物质的量浓度不再变化，说明反应已达到化学平衡状态。⑤体积固定，气体的质量反应前后不变，无论反应是否达到化学平衡状态，气体的密度始终不变。⑥反应前后气体的体积不相等，压强不变，意味着各物质的含量不再变化，说明反应达到化学平衡状态。⑦由于反应前后气体的质量不变，且反应前后气态物质的化学计量数之和不相等，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，说明反应达到平衡。
题组三 化学反应条件的控制
5．下列措施，能使煤炭燃烧更充分，提高热能利用率的是( D )
A．向燃烧正旺的炉火上洒一些水
B．把煤炭做成大煤球
C．把煤中掺和一些黄泥做成蜂窝煤
D．把煤粉碎，在煤粉燃烧器中燃烧
解析：A项中会发生吸热反应：C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)，不会使煤炭燃烧充分，也不能提高热能的利用率，B、C项无论从煤的粉碎程度，还是空气用量上都比不上D项。
6．下列关于化学反应限度的说法中不正确的是
( CD )
A．当一个可逆反应达到平衡状态时，就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B．当一个可逆反应进行到平衡状态时，那么这个反应的正向反应速率和逆向反应速率相等
C．平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度已经不再改变
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而发生改变
提高燃料燃烧效率的措施与意义
(1)提高燃料燃烧效率的措施
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尽可能充分地接触，且空气要适当过量。
②尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。
(2)提高燃料燃烧效率的意义
提高燃料燃烧效率的主要意义在于节约能源、节省资源、减少污染等。
核心素养
化学平衡状态的判断
【例1】 一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)??Y(g)＋Z(s)，以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )
A．混合气体的密度不再变化
B．反应容器中Y的质量分数不变
C．X的分解速率与Y的消耗速率相等
D．单位时间内生成1
mol
Y的同时生成2
mol
X
【解析】 X的分解速率与Y的消耗速率之比为2?1时，才能说明反应达到平衡状态，故C项说明反应未达到平衡状态。
【答案】 C
【例2】 (双选)用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl，利用下列反应可实现氯的循环利用：4HCl(g)＋O2(g)??2Cl2(g)＋2H2O(g)。恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的反应物发生上述反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是( )
A．气体的压强不再改变
B．氯化氢的转化率不再改变
C．断开4
mol
H—Cl键的同时生成4
mol
H—O键
D．n(HCl)?n(O2)?n(Cl2)?n(H2O)＝4?1?2?2
【解析】 反应物和生成物均为气体，但反应前后气体体积不等，所以压强不变，一定平衡，A正确；反应正向进行时，HCl的转化率升高；反应逆向进行时，HCl的转化率降低，当HCl的转化率不再改变时，可以说明可逆反应达到平衡状态，B正确；断开4
mol
H—Cl键和生成4
mol
H—O键均表示正反应方向的反应速率，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；反应达到平衡状态时，各反应物和生成物的物质的量保持不变，但各物质的物质的量之比等于对应的化学计量数之比，不能判断反应是否达到平衡状态，D错误。
【答案】 AB
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10
-整理与提升
一、化学键与能量变化关系
1．关系：在任何的化学反应中总伴有能量的变化。
原因：当物质发生化学反应时，从微观来看，断开反应物中的化学键要吸收能量，而形成生成物中的化学键要放出能量。化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
2.常见的放热反应和吸热反应
(1)常见的放热反应：①金属与酸、水反应制氢气；②大多数化合反应(特殊：C＋CO2===2CO是吸热反应)；③铝热反应；④所有的燃烧反应；⑤酸碱中和。
(2)常见的吸热反应：
①C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应如：C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)；②Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O；③多数分解反应，如KClO3、KMnO4、CaCO3的分解等(但过氧化氢的分解是放热反应)。
注：反应条件与吸放热无关。
(3)放热反应与吸热反应的比较
类型比较
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
形成原因
反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量
反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
与化学键变化的关系
生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断裂时吸收的总能量
生成物分子成键时释放出的总能量小于反应物分子断裂时吸收的总能量
1．(双选)下图表示化学反应过程中的能量变化，据图判断下列说法中合理的是( AD )
A．500
mL
2.0
mol·L－1
HCl溶液和500
mL
2.0
mol·L－1
NaOH溶液的反应符合图(a)，且放出热量为ΔE1
B．500
mL
2.0
mol·L－1
H2SO4溶液和500
mL
2.0
mol·L－1
Ba(OH)2溶液的反应符合图(b)，且吸收热量为ΔE2
C．发生图(a)能量变化的任何反应，一定不需要加热即可发生
D．Ba(OH)2和NH4Cl反应的能量变化符合图(b)
解析：图(a)表示放热反应，选项A是放热反应，A项正确；图(b)表示吸热反应，选项B是放热反应，B项错误；一些放热反应需加热才能发生，C项错误；Ba(OH)2与NH4Cl的反应属于吸热反应，符合(b)图，D正确。
2．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搅拌使混合物充分接触并反应。
②写出有关反应的化学方程式：Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。
③实验中观察到的现象：反应混合物呈糊状，玻璃片与烧杯之间结冰粘在一起，有少许刺激性气味气体逸出。
(2)下列过程中不一定释放能量的是③(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②(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③(填编号)。
①Q1＋Q2>Q3
②Q1＋Q2>2Q3
③2Q1＋Q2<4Q3
④2Q1＋Q2<2Q3
解析：(1)用玻璃棒迅速搅拌，作用是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、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，导致烧杯和玻璃片粘在一起，同时生成的氨具有刺激性气味。
(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，断开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。
二、原电池电极反应式的书写
1．正负极判断
(1)根据电极材料判断。
一般来讲，活动性较强的金属为负极，活动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来判断。
在外电路(导线)上，电流由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极。
(3)根据反应类型判断。
原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。
(4)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。
2．书写方法
按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律，根据原电池总反应判断出两极反应的产物，然后结合电解质溶液所能提供的离子，依据质量守恒、电荷守恒配平电极反应式。
(1)具体步骤为：①列物质，标得失；②选离子，配电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验总式。
(2)写电极反应式时应注意：
①两极得失电子数相等；
②电极反应常用“===”，不用“―→”；
③电极反应中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”。
3．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是( C )
A．CH3OH＋O2－2e－===H2O＋CO2＋2H＋
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：原电池电极反应式的书写技巧。
(1)将氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，氧化反应为负极反应，还原反应为正极反应。
(2)两极反应的电荷守恒、元素守恒，两极反应的电子得失守恒。结合电解质溶液的酸碱性，配平两极反应以及确定氧化产物和还原产物的存在形式。
(3)首先写出较易写的电极反应式，然后用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极的反应式。
(4)一般有机物失去电子数比较难定，所以采用该物质的燃烧方程式，由氧气所得到的电子数来确定有机物所失去的电子数。
负极发生氧化反应是CH3OH失电子；正极发生还原反应，是O2得到电子，故答案选择C项。
4．(双选)碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)。下列说法错误的是( CD )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.1
mol电子，锌的质量理论上减小6.5
g
三、化学反应速率和平衡图像
有关图像的化学题，是化学基础知识，基本规律以平面直角坐标系中的图像为载体进行表达的题目。图像化学题一般综合性强，难度较大。解题时，重点是理解图像的意义和特点。归纳起来，图像题的解答方法与思路是：
1．理解图像中的面、线、点
(1)理解面。
理解各坐标轴所代表的量的意义及曲线所表示的是哪些量的关系。
(2)理解线。
理解曲线“平”与“陡”的意义，即斜率大小的意义；理解曲线的变化趋势并归纳出规律。如图中有拐点，先拐先平，较早出现拐点的曲线表示先达平衡，对应温度高、压强大。
(3)理解点。
理解曲线上点的意义，特别是某些特殊点，如坐标轴的交点，几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。
2．联系规律
联想外界条件对化学反应速率的影响规律，作出正确判断。
5．(双选)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，673
K、30
MPa时，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是( BD )
A．点a的正反应速率比点b的小
B．点d处反应达到平衡
C．点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样
D．其他条件不变，773
K下反应至t1时刻，v(H2)比图中d点时的v(H2)的值大
解析：a点的H2浓度比b点大，正反应速率较大，故A项错；d点H2的物质的量保持不变，反应达到平衡，故B正确；d、e两点都是反应达平衡时的点，反应物和生成物浓度都不变，故C项错误；温度升高，化学反应速率增大，v(H2)增大，故D项正确。
6．298
K时，将20
mL
3x
mol·L－1
Na3AsO3、20
mL
3x
mol·L－1
I2和20
mL
NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)??AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列可判断反应达到平衡的是ac(填字母)。
a．溶液的pH不再变化
b．v(I－)＝2v(AsO)
c．c(AsO)/c(AsO)不再变化
d．c(I－)＝y
mol·L－1
(2)tm时，v正大于v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)tm时v逆小于tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是tm时生成物浓度较低。
解析：(1)a项，随反应进行，溶液的pH不断降低，当pH不再变化时，说明反应达到平衡；b项，速率之比等于化学计量数之比，该结论在任何时刻都成立，故无法判断反应是否达到平衡；c项，随反应进行，c(AsO)不断增大，c(AsO)不断减小，当二者比值不变时，说明二者浓度不再改变，则反应达到平衡；d项，由图像并结合方程式可知，平衡时c(I－)＝2y
mol·L－1，故当c(I－)＝y
mol·L－1时，反应未达到平衡。
(2)由图像可知tm时刻后c(AsO)仍在不断增加，说明反应还在正向进行，故此时v正大于v逆。
(3)tm到tn时刻，反应一直正向进行，生成物的浓度逐渐增大，所以逆反应速率不断增大，故tm时v逆小于tn时v逆。
7．如图表示某可逆反应达到平衡过程中某一反应物的v?t图像，我们知道v＝；反之，Δc＝v×Δt。请问下列v?t图像中的阴影面积表示的意义是( C )
A．从反应开始到平衡时，该反应物的浓度
B．从反应开始到平衡时，该生成物的浓度
C．从反应开始到平衡时，该反应物实际减小的浓度
D．从反应开始到平衡时，该反应物实际增大的浓度
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