(共10张PPT)
实验活动6 化学能转换成电能
一、实验准备
(一)实验目的
1.理解氧化还原反应在化学能转化成电能过程中的作用,体会化学价值。
2.认识原电池的构成要素及其作用。
3.提高设计实验、实施实验、观察实验、分析现象并得出结论的能力。
(二)实验原理
通过Zn+H2SO4==H2↑+ZnSO4反应中能量的变化,利用活泼电极Zn失去电子,H2SO4溶液中H+得到电子,来实现化学能转化为电能。
(三)实验用品
1.仪器:烧杯、电流表、导线。
2.药品:锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸。
二、探究过程
(一)实验步骤
1.将一块锌片与一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯里,观察实验现象。
2.将一块锌片与一块铜片同时平行插入盛有稀硫酸的烧杯里,观察实验现象。
3.用导线把步骤2中的锌片和铜片连接起来,观察实验现象。
4.在导线中间连接一个电流表(如下图),观察实验现象。
(二)数据处理
1.实验现象。
2.结论。
答案:略。
(三)实验注意事项
1.实验时要形成闭合回路。
2.实验时选用的两极材料使用活动性不同的金属材料(或其中一极选择石墨棒)。
三、思考与交流
1.通过实验,请你结合实验现象,用氧化还原的知识分析锌片、铜片上发生反应的情况。
答案:锌片不断溶解,铜片上有气泡产生,说明单质锌失去电子,发生氧化反应生成Zn2+,失去的电子在铜片上被H+捕获,H+发生还原反应生成H2。
2.如果将上述实验中的“稀硫酸”改为“CuSO4溶液”,其他不变,能否构成原电池?
答案:能,锌片与CuSO4溶液能发生氧化还原反应,并且能够释放能量。
3.通过原电池实现化学能转化为电能的反应具有什么特点?
答案:只有释放能量的氧化还原反应才可以通过原电池实现化学能转变为电能。
4.如何确认是否有电能产生?
答案:用电流表或用电器(小灯泡)检验即可。(共40张PPT)
第二节 化学反应的速率与限度
目
标
素
养
1.了解化学反应速率的概念,知道外界条件对化学反应速率的影响,了解如何调控化学反应的快慢。
2.了解化学平衡的建立和特征,知道可逆反应的进行是有一定限度的,化学平衡是相对的。
3.本节的重点和难点是影响化学反应速率的因素和化学平衡状态的判断。
知
识
概
览
第1课时 化学反应的速率
一、化学反应的速率
1.表示。
化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的 减少量 或生成物浓度的 增加量 (均取正值)来表示。?
(2)常用单位: mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1 。?
2.意义。
化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量,同一化学反应用不同的物质来表示化学反应速率时,其数值可能不同,但这些数值所表示的意义相同。
3.规律。
对于同一反应,用不同的物质来表示反应速率,其比值一定等于化学方程式中相应的化学计量数之比。
如对于反应:mA(g)+nB(g)==pC(g)+qD(g),
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= m∶n∶p∶q 。?
甲、乙两容器都进行A→B的反应,甲每分钟减少4
mol,乙每分钟减少2
mol,甲中的反应比乙中快吗?
提示:不一定。因为容器的容积不确定。
二、外界条件对化学反应速率的影响
1.实验探究温度、催化剂对化学反应速率的影响。
(1)温度对化学反应速率影响的探究。
(2)催化剂对化学反应速率影响的探究。
2.外界条件对化学反应速率的影响。
温度—其他条件不变时, 升高温度 ,化学反应速率增大; 降低温度 ,化学反应速率减小?
│
催化剂—其他条件不变时,使用催化剂能改变化学反应速率
│
其他—固体的 表面积 、反应物的状态、溶液的 浓度 等都可以影响化学反应的速率?
实验室进行化学反应时,通常把一些固体物质溶于水配成溶液再进行反应。原因是什么?
提示:固体物质溶于水后,增大了接触面积,从而增大了化学反应速率。
一
化学反应的速率
重难归纳
1.化学反应速率的正确理解。
2.化学反应速率的计算方法。
(2)根据同一化学反应中不同物质的速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比计算。
3.反应速率大小比较的两种方法。
同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同,比较化学反应速率的大小不能只看数值大小,还要进行一定的转化:
一个化学反应的速率可以用任何一种反应物或生成物来表示吗?
提示:不可以。由于Δc表示的是物质的物质的量浓度的变化,而固态物质和纯液态物质的浓度在一定温度下是常量,所以这种表示化学反应速率的方法不适合固态物质和纯液态物质。
典例剖析
在2
L密闭容器中,发生以下反应:2A(g)+B(g)==2C(g)+D(g)。若最初加入的A和B都是4
mol,在前10
s
A的平均反应速率为0.12
mol·L-1·s-1,则10
s时,容器中B的物质的量是( )。
A.1.6
mol
B.2.8
mol
C.2.4
mol
D.1.2
mol
答案:B
解析:根据化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比,可得v(B)=0.5v(A)=0.5×0.12
mol·L-1·s-1=0.06
mol·L-1·s-1,则Δc(B)=0.06
mol·L-1·s-1×10
s=0.6
mol·L-1,Δn(B)=0.6
mol·L-1
×2
L=1.2
mol,故10
s时容器中B的物质的量为4
mol-1.2
mol=2.8
mol。
学以致用
对反应A(s)+3B(g)==2C(g)+D(g)来说,下列反应速率最大的是( )。
A.v(A)=0.02
mol·L-1·s-1
B.v(D)=0.01
mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.5
mol·L-1·min-1
D.v(B)=0.6
mol·L-1·min-1
答案:B
解析:以D为基准,根据化学反应速率之比等于化学计量数之比进行计算与判断,因为A的状态是固态,浓度视为常数,故无法计算化学反应速率。选项B~D中转换为用D表示的反应速率分别是6
mol·L-1·min-1、0.25
mol·L-1·min-1、0.2
mol·L-1·min-1,所以反应速率最大的是选项B,答案选B。
二
影响化学反应速率的因素
重难归纳
1.主要因素(内因)。
不同的化学反应,具有不同的反应速率,因此,参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素。
2.外界因素(外因)。
(1)温度:当其他条件不变时,升高温度,可以增大化学反应速率;降低温度,可以减小化学反应速率。
(2)催化剂:当其他条件不变时,使用适当的催化剂通常能极大地增大化学反应速率。
(3)浓度:当其他条件不变时,增大反应物的浓度,可以增大化学反应速率;减小反应物的浓度,可以减小化学反应速率。
(4)压强:对于有气体参加的反应,当其他条件不变时,增大气体的压强(减小容器容积),可以增大化学反应速率;减小气体的压强(增大容器容积),可以减小化学反应速率。
(5)固体表面积:固体颗粒越小,其单位质量的表面积越大,与其他反应物的接触面积越大,化学反应速率越大。
(6)反应物状态:一般来说,配成溶液或反应物是气体,都能增大反应物之间的接触面积,有利于增大反应速率。
(7)形成原电池,可以增大氧化还原反应的反应速率。
(1)请从化学反应快慢的角度解释人们为什么使用电冰箱保存食物。
提示:食物腐败是因为发生了化学反应,在其他条件相同时,温度越低,化学反应越慢,人们用电冰箱把食物放置在低温下保存,以减缓食物的腐败。
(2)铁粉与一定浓度的稀盐酸反应时,增加铁粉的用量能否增大化学反应速率?
提示:不能。对于固态或纯液态物质,浓度可视为常数,改变其用量,浓度不发生改变,不影响化学反应速率。
典例剖析
下列关于影响化学反应速率的条件的说法正确的是( )。
①增大压强一定能增大化学反应速率
②使用催化剂,可以使反应速率增大
③反应物浓度是决定化学反应速率的主要因素
④升高温度,一般能增大化学反应速率
A.①②
B.②④
C.②③
D.①④
答案:B
解析:压强对反应速率的影响只适用于有气体参与的反应,即改变压强,反应速率不一定改变,①不正确。催化剂能增大反应速率,②正确。参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素,③不正确。升高温度,一般能增大化学反应速率,④正确。
学以致用
下列各组反应(表中金属粉末均为0.1
mol),在反应刚开始时,放出H2的速率最大的是( )。
答案:D
解析:影响反应速率的内因是反应物本身的性质,外因是反应条件,C项速率最小。Mg与HNO3反应不会产生氢气,B、D项只比较c(H+)即可,而盐酸为一元强酸,硫酸为二元强酸,因此相同浓度的盐酸与硫酸中,硫酸的c(H+)大于盐酸,D项符合题意。
1.(双选)下列有关化学反应速率的说法正确的是( )。
A.用铁片与稀硫酸反应制氢气时,改用98%的浓硫酸可以增大反应速率
B.100
mL
2
mol·L-1的盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率减小
C.SO2的催化氧化反应是一个放热反应,所以升高温度,反应速率增大
D.汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强时反应速率减小
答案:BD
解析:铁在浓硫酸中会发生钝化,A项错误;加入氯化钠溶液,盐酸的浓度减小,反应速率减小,B项正确;升高温度,反应速率增大,与反应是吸热还是放热无关,C项错误。
2.在某一化学反应中,反应物A的浓度在10
s内从0.8
mol·L-1变为0.2
mol·L-1,则在这10
s内A的化学反应速率为( )。
A.0.02
mol·L-1
B.0.02
mol·L-1·s-1
C.0.06
mol·L-1·s-1
D.0.06
mol·L-1·min-1
答案:C
3.在一定条件下,反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)在2
L恒容密闭容器中进行,5
min内氨气的质量增加了1.7
g,则反应速率为( )。
A.v(NH3)=0.1
mol·L-1·min-1
B.v(N2)=0.02
mol·L-1·min-1
C.v(H2)=0.015
mol·L-1·min-1
D.v(NH3)=0.17
mol·L-1·min-1
答案:C
4.把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中,产生氢气的速率变化曲线如图所示。下列因素中,影响该反应速率的是( )。
①盐酸的浓度 ②镁条的表面积
③溶液的温度
④Cl-的浓度
A.①④
B.③④
C.①③
D.②③
答案:C
解析:镁与盐酸反应的离子方程式为Mg+2H+==Mg2++H2↑,与H+有关,与Cl-无关。在镁与盐酸的反应中,刚开始时H+的浓度最大,反应速率应最大,但由于此反应为放热反应,温度升高,化学反应速率还会增大,随着化学反应的进行,H+浓度逐渐减小,化学反应速率又逐渐减小。
5.某温度下,浓度都是1
mol·L-1的两种气体X2和Y2,在密闭容器中反应生成气体Z。反应2
min后,测得参加反应的X2为0.6
mol·L-1,用Y2的变化表示的反应速率v(Y2)=0.1
mol·L-1·min-1,生成的c(Z)为0.4
mol·L-1,则该反应的化学方程式可能是( )。
答案:C
解析:由v(X2)∶v(Y2)∶v(Z)=Δc(X2)∶Δc(Y2)∶Δc(Z)
=0.6
mol·L-1∶0.2
mol·L-1∶0.4
mol·L-1=3∶1∶2。
6.(1)某温度下,在2
L恒容密闭容器中,X、Y、Z三种气态物质发生化学反应时,物质的量随时间变化的关系曲线如图所示:
由图中的数据分析,5
min内用Z表示的平均反应速率为
。?
(2)化学反应速率受到很多因素的影响,例如:实验室制取氢气时一般用粗锌替代纯锌与稀硫酸反应,这是利用 原理增大了氢气生成的速率。?
答案:(1)0.06
mol·L-1·min-1
(2)原电池
解析:(1)据图可知,5
min内Z的反应速率是
=0.06
mol·L-1·min-1。(2)粗锌中含碳,碳与锌、稀硫酸构成原电池,加快电子的转移,从而增大了化学反应速率。(共43张PPT)
第一节 化学反应与能量变化
目
标
素
养
1.了解化学能与热能的相互转化。
2.了解能量转化在生产、生活中的应用。
3.知道化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。
4.知道反应物与生成物总能量的相对高低是反应过程中能量变化的决定因素。
5.熟悉能源的分类及化学能与电能的转化关系。
6.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置,通过实验会分析原电池的原理,以及判断原电池的正、负极。
7.会正确书写电极反应式,熟知原电池的应用。
知
识
概
览
第1课时 化学反应与热能
一、化学能与热能的相互转化
1.吸热反应和放热反应。
吸热反应: 吸收 热量的化学反应;?
放热反应: 释放 热量的化学反应。?
2.实验探究。
(1)镁与稀盐酸的反应(见图1)。
(2)Ba(OH)2·8H2O与氯化铵反应(见图2)。
(3)盐酸与氢氧化钠溶液反应(见图3)。
二、化学键与化学反应中能量变化的关系
1.化学反应中能量变化的原因。
?
E1>E2,反应 吸收 能量;E12.从物质所具有的能量角度判断化学反应中的能量变化。
反应物总能量大于生成物总能量,反应 放热 ;?
反应物总能量小于生成物总能量,反应 吸热 。?
化学反应过程都伴随着能量变化,伴随能量变化的过程都是化学反应吗?
提示:不一定。例如,物理学中的核反应,虽然伴有大量的能量变化,但它不属于化学反应。
一
从物质所具有的能量的角度
理解化学反应过程中的能量变化
重难归纳
一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是释放能量取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。具体情况见下表:
不同化学反应所伴随发生的能量变化也不同。化学反应是吸热还是放热由什么决定?是不是放热反应都不需加热,吸热反应都要加热?试举例说明。
提示:化学反应是吸热还是放热决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小,前者大于后者为放热反应,前者小于后者为吸热反应。有的放热反应需要加热才能发生,例如煤的燃烧就是放热反应,但需要加热或点燃来引发反应;有的放热反应不需要加热,如磷的自燃。吸热反应大都需要加热,也有不需要加热就能反应的,例如Ba(OH)2·8H2O固体与NH4Cl固体的反应。
典例剖析
下列说法正确的是( )。
①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
②放热反应在常温下一定很容易发生
③反应是放出能量还是吸收能量必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
④有的放热反应加热到一定温度引发后,停止加热反应也能继续进行
A.③④
B.①②
C.①②③④
D.②③④
答案:A
解析:加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如铜在氯气中燃烧;放热反应在常温下不一定容易发生,如N2与H2合成NH3;反应是放热还是吸热取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小;需要加热才能发生的放热反应,如果反应放出的热量达到了反应所需要的热量,停止加热后反应也能继续进行,如
学以致用
下列说法正确的是( )。
A.Fe与S在加热条件下才能发生反应,所以该反应属于吸热反应
B.HNO3、H2SO4分别与NaOH溶液反应都放出热量
C.分解反应都是吸热反应,化合反应都是放热反应
D.合成氨的反应是放热反应,所以N2与其他物质的反应也是放热反应
答案:B
解析:Fe与S虽然需加热才能发生反应,但反应开始后,停止加热,反应能继续进行,加热只是为了引发反应,所以该反应是放热反应,A错误;中和反应都是放热反应,B正确;分解反应不一定都是吸热反应,如H2O2的分解反应就是放热反应,化合反应也不一定都是放热反应,如CO2与C的反应就是吸热反应,C错误;与N2反应的物质不同,能量变化也不同,不能根据合成氨反应的能量变化来类推N2与其他物质反应的能量变化,如N2与O2在放电条件下生成NO就是吸热反应,D错误。
二
从化学键的角度理解化学反应过程中的能量变化
重难归纳
化学反应过程中的能量变化来源于化学反应过程中旧化学键断裂与新化学键形成时的能量变化。
1.若反应物中的化学键断裂时吸收的能量高于生成物成键释放的能量,则该反应吸收能量,吸收的能量=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量。
2.若反应物中的化学键断裂时吸收的能量低于生成物成键释放的能量,则该反应放出能量,放出的能量=生成物成键释放的总能量-反应物断键吸收的总能量。
3.化学键与化学反应中能量变化关系示意图:
?
当E1>E2时,反应吸收能量,为吸热反应;
当E1NaCl溶于水,化学键有没有变化?
提示:NaCl溶于水,NaCl==Na++Cl-,只有化学键断裂,没有化学键形成。
典例剖析
(双选)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.该反应是放热反应
B.断裂1
mol
A—A和1
mol
B—B放出x
kJ的能量
C.断裂2
mol
A—B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:AC
解析:从题图可以看出,反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应是放热反应,A项正确,D项错误;断键时需要吸收能量,B项错误,C项正确。
学以致用
从化学键的角度来分析,化学反应是旧键的断裂和新键的形成。已知,白磷与氧气可发生如下反应:P4+3O2
P4O6。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为:P—P
198
kJ·mol-1、P—O
360
kJ·mol-1、O=O
498
kJ·mol-1。
根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的能量变化,其中正确的是( )。
A.释放1
638
kJ的能量
B.吸收1
638
kJ的能量
C.释放126
kJ的能量
D.吸收126
kJ的能量
答案:A
解析:在反应中,要破坏6
mol
P—P、3
mol
O=O,吸收的能量为6
mol×198
kJ·mol-1+3
mol×498
kJ·mol-1=2
682
kJ,形成12
mol
P—O需释放的能量为12
mol×360
kJ·mol-1=4
320
kJ。E释放-E吸收=1
638
kJ。
1.下列关于化学反应与能量的说法正确的是( )。
A.化合反应一定是放热反应
B.化学键的断裂和形成与反应放热和吸热无关
C.反应物的总能量与生成物的总能量一定相等
D.化学反应中既有物质变化又有能量变化
答案:D
解析:化合反应不一定都是放热反应;化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因;反应物的总能量与生成物的总能量不相等,才使反应表现为吸热或放热。
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.该反应是放热反应
B.只有在加热条件下才能进行
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量
答案:D
解析:根据图像可知反应物的总能量低于生成物的总能量,则反应是吸热反应。A项,该反应是吸热反应,错误;B项,反应条件与反应是放热反应还是吸热反应无关,错误;C项,反应物的总能量低于生成物的总能量,错误;D项,反应吸热,则反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量,正确。
3.生活中每时每刻都发生着各种化学反应,下列反应不一定属于放热反应的是( )。
A.H2SO4溶液与Ba(OH)2溶液的反应
B.燃烧反应
C.复分解反应
D.中和反应
答案:C
解析:H2SO4溶液与Ba(OH)2溶液混合,酸与碱发生中和反应,是放热反应;燃烧是指剧烈的发光、发热的反应,因而都是放热反应;复分解反应,有的是放热反应,如酸碱中和反应,有的是吸热反应,如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应。
4.已知断裂1
mol共价键所需要吸收的能量分别为H—H:436
kJ,I—I:151
kJ,H—I:299
kJ,下列对反应H2(g)+I2(g)
2HI(g)的判断错误的是( )。
A.正反应放出能量
B.正反应吸收能量
C.是氧化还原反应
D.是可逆反应
答案:B
解析:依题意,断裂1
mol
H—H和1
mol
I—I吸收的能量为436
kJ+151
kJ=587
kJ,生成2
mol
H—I放出的能量为299
kJ×2
=598
kJ,因为598
kJ>587
kJ,所以,该反应的正反应是放出能量的反应;根据反应方程式可知该反应是可逆反应,也是氧化还原反应。
5.(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。如图表示N2(g)与O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化:
下列说法中正确的是( )。
A.1
mol
N2(g)与1
mol
O2(g)反应吸收的能量为180
kJ
B.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.通常情况下,N2(g)与O2(g)混合能直接生成NO(g)
D.NO是一种酸性氧化物,能与NaOH溶液反应生成盐和水
答案:AB
解析:A项,1
mol
N2(g)与1
mol
O2(g)反应吸收的能量为946
kJ
+498
kJ-2×632
kJ=180
kJ,A正确;B项,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,B正确;C项,在放电条件下,N2(g)与O2(g)混合能直接生成NO(g),C错误;D项,NO不是酸性氧化物,与NaOH溶液不反应,D错误。
6.如图所示,把试管放入盛有25
℃饱和石灰水的烧杯中,试管中开始放入几小块镁片,再滴入5
mL稀盐酸。
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)写出试管中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)镁片上有大量气泡产生,镁片逐渐溶解,烧杯中溶液变浑浊
(2)镁与盐酸反应放热,Ca(OH)2的溶解度随温度升高而减小,故有固体析出
(3)Mg+2H+==Mg2++H2↑
(4)小于
解析:(1)(2)镁与盐酸剧烈反应,可观察到产生大量气体,反应放出热量使饱和石灰水温度升高,析出固体溶质,观察到烧杯中溶液变浑浊。
(3)镁与盐酸发生置换反应,生成氯化镁和氢气,反应的离子方程式为Mg+2H+==Mg2++H2↑。
(4)当反应物的总能量高于生成物的总能量时,反应是放热反应,则MgCl2溶液和H2的总能量小于镁片和盐酸的总能量。(共71张PPT)
第2课时 化学反应与电能
一、化学能转化为电能
1.燃煤发电的能量转化。
(2) 燃烧 (氧化还原反应)是使化学能间接转换为电能的关键。?
2.原电池。
(1)实验。
(2)原电池定义:将 化学 能转变为 电 能的装置。?
(3)锌铜原电池工作原理。
电池总反应:Zn+2H+==Zn2++H2↑。
(4)反应本质:原电池反应的本质是 氧化还原反应 。?
(5)构成原电池的条件。
理论上,自发的 氧化还原反应 均可设计成原电池。?
①两个 活动性不同的金属 (或一个为金属,一个为能
导电 的非金属)电极。?
②具有 电解质 溶液。?
③形成 闭合回路 。?
原电池是如何构成闭合回路的?(请从电子流向和离子移动方向分析)
提示:在外电路,电子从负极流出经导线流向正极;在电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
原电池中作负极的一定是活泼金属,作正极的一定是不活泼金属吗?
提示:不一定。在原电池中的两极可以都是活泼金属(如由锌、铁、稀硫酸构成的原电池,Zn作负极),也可以都是不活泼金属(如由铜、银、硝酸银溶液构成的原电池,Cu作负极),也可以是一种金属和一种能导电的非金属(如由铜、石墨、硝酸银溶液构成的原电池,Cu作负极)。
二、发展中的化学电池
1.一次电池。
电池放电后 不能 再充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行),这种电池属于一次电池。?
锌锰电池—
2.二次电池。
(1)定义。
有些电池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,从而实现放电(化学能转化为电能)与充电(电能转化为化学能)的循环。这种充电电池属于二次电池。?
(2)常见充电电池。
①铅酸蓄电池;②镍氢电池;③锂离子电池。
3.燃料电池。
(1)定义:将 燃料 (如氢气、甲烷、乙醇)和 氧化剂 (如氧气)的 化学能 直接转化为 电能 的电化学反应装置。?
(2)特点:清洁、安全、高效。
铅酸蓄电池在充电、放电过程中发生的氧化还原反应是可逆反应吗?
提示:不是,因为充电和放电过程中氧化还原反应发生的条件不相同。
一
化学能转化为电能
重难归纳
1.原电池的工作原理。
(1)反应类型:负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应。
(2)电子的移动方向:负极流出,经导线流向正极。
(3)离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
2.原电池的判断方法。
看本质—反应是氧化还原反应,是放热反应
│
看电极—两个电极为导体而且活动性存在明显的差异(燃料电池的电极一般都为惰性电极)
│
看溶液—有电解质溶液,而且一般要求负极材料能与电解质溶液反应
│
看回路—两电极用导线相连或直接接触,插入电解质溶液中构成闭合回路
3.原电池正、负极的“五种”判断方法。
特别提醒
(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属,正极材料可以为导电的非金属,例如石墨。两极材料可能参与反应,也可能不参与反应。
(2)两个活动性不同的金属电极用导线连接,共同插入电解质溶液中不一定构成原电池,必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
(3)在判断原电池正负极时,既要考虑金属活动性的强弱也要考虑电解质溶液的性质。如由镁、铝、稀盐酸构成的原电池中,负极为Mg;但是由镁、铝、氢氧化钠溶液构成的原电池中,负极为Al,正极为Mg。
(1)原电池是由哪几部分组成的?各起什么作用?
提示:一般来说,构成原电池需有两个活动性不同的电极,将电极插入电解质溶液中,两电极间用导线连接使之构成闭合回路。电极的作用是导电,有些电池中电极材料会参加反应;导线的作用是传导电子;电解质溶液的作用是通过自由离子的移动传导电荷。
(2)锌铜原电池中,电子是怎样移动的?电子能否通过电解质溶液?如果不能,电流是如何形成的?
提示:由于金属锌比金属铜活泼,故锌失去电子,电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液,在稀硫酸中H+移向铜片,
移向锌片,阴、阳离子定向移动形成电流。
典例剖析
在如图所示装置中,观察到电流表指针发生偏转,M棒变粗,N棒变细,P为电解质溶液。由此判断下列M、N、P所代表的物质可以成立的是( )。
答案:C
解析:经分析可知该装置是原电池,其中M棒作正极,有金属单质析出,N棒作负极,失电子溶解。A项,锌、铜、稀硫酸构成原电池,则锌是负极,M棒变细,A项错误;B项,铁、铜、稀盐酸构成原电池,M棒上无金属单质析出,B项错误;C项,锌、银、硝酸银溶液构成原电池,则锌是负极,M棒上有银析出,C项正确;D项,铁离子得到电子转化为亚铁离子,不能析出金属,D项错误。
学以致用
如图是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡片上记录如下,在卡片上描述合理的是( )。
实验后的记录:
①Zn为正极,Cu为负极
②H+向负极移动
③电子流动方向:从Zn经外电路流向Cu
④Cu极上有H2产生
⑤若有1
mol电子流过导线,则产生H2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
答案:B
二
原电池原理的应用
重难归纳
1.比较金属的活动性强弱。
原电池中,一般活动性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或能导电的非金属)作正极。
如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入稀硫酸中,一段时间后,若观察到A极溶解,而B极上有气体放出,则说明A作负极,B作正极,则可以断定金属活动性A>B。
2.加快化学反应。
由于形成了原电池,导致反应加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成锌铜原电池,加快反应进行。
3.用于金属的防护。
使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如,要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。
4.设计制作化学电池。
设计原电池时要紧扣构成原电池的条件:
(1)首先要将已知氧化还原反应拆分为两个半反应;
(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(一般来说负极就是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属,如石墨)及电解质溶液。
提示:不能,虽然它是氧化还原反应,但不是释放能量的氧化还原反应。
典例剖析
有a、b、c、d四个金属电极,有关的反应装置及部分反应现象如表:
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )。
A.a>b>c>d
B.b>c>d>a
C.d>a>b>c
D.a>b>d>c
答案:C
解析:由装置①中a极质量减小,b极质量增加可知,a是负极,b是正极,活动性a>b;由装置②中c极有气体产生,b极质量减小可知,b是负极,c是正极,活动性b>c;由装置③中d极溶解,c极有气体产生,得d是负极,c是正极,活动性d>c;由装置④中电流从a极流向d极可知,a是正极,d是负极,活动性d>a;由上可得活动性:d>a>b>c,C项正确。
学以致用
Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
Ⅰ.该电池的负极材料是 ,该电极反应式为 。?
Ⅱ.现有纯铁片、纯银片、纯铜片、稀硫酸、FeSO4溶液、Fe2(SO4)3溶液、大烧杯、导线若干,请运用反应Cu+2Fe3+==Cu2++2Fe2+设计原电池。
(1)写出电极反应式,负极: ,正极: 。?
(2)请在下面方框中画出原电池的装置图,标出外电路电子流向(注明电极材料、电解质溶液,连成闭合回路)。
(3)该装置反应一段时间后,当溶液的质量增大3.2
g时,通过导线的电子的物质的量为 。?
解析:Ⅰ.Zn-MnO2干电池中,Zn作原电池的负极,石墨棒为正极,Zn在负极失电子生成Zn2+。
Ⅱ.(1)分析总反应,判断出Cu为负极,Cu失电子生成Cu2+,正极Fe3+得电子生成Fe2+。
(2)分析总反应,找出负极材料为Cu,比Cu不活泼的Ag作为原电池的正极,电解质溶液是硫酸铁溶液;原电池中电子由负极流向正极。
(3)根据反应Cu-2e-==Cu2+,当溶液的质量增大64
g时,通过导线的电子为2
mol;则当溶液的质量增大3.2
g时,通过导线的电子为0.1
mol。
方法指南
设计原电池时,分析总反应,Cu的化合价升高,作原电池的负极,作正极的是比Cu不活泼的金属或者导电的非金属,电解质溶液是含有Fe3+的溶液。
三
发展中的化学电池
重难归纳
几种电池的特点:
结合所学知识说明:干电池与充电电池的本质区别,燃料电池与干电池或充电电池的主要差别。
提示:干电池是一次性电池,放电之后不能充电,即内部的氧化还原反应是不可逆的;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。
燃料电池与干电池或充电电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部,而是由外设装备提供燃料和氧化剂等,这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。
典例剖析
下列有关电池的叙述不正确的是( )。
A.水果电池是方便实用的家用电池
B.铅酸蓄电池是一种常用的二次电池
C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D.锌锰干电池工作一段时间后,锌外壳逐渐变薄
答案:A
解析:水果电池产生的电流非常微弱且不能长时间连续放电,不能作为家用电池;铅酸蓄电池是一种常用的二次电池,氢氧燃料电池产物为水,无污染;锌锰干电池工作时,Zn放电被消耗,故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄,B、C、D正确,A错误。
学以致用
(双选)锌银电池是一种常见化学电源,其反应原理:
Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag,其工作示意图如下。下列说法不正确的是( )。?
A.K+向负极移动
B.Ag2O电极发生还原反应
C.Zn电极的电极反应式:Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2
D.放电前后电解质溶液的碱性保持不变
答案:AD
解析:根据总反应,锌失电子发生氧化反应,所以锌电极是负极,Ag2O电极是正极;阳离子向正极移动,故A错误;Ag2O电极是正极,正极发生还原反应,故B正确;Zn电极是负极,负极失电子发生氧化反应,Zn电极的电极反应式:Zn+2OH--2e-==
Zn(OH)2,故C正确;根据总反应Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+
2Ag可知,放电过程消耗水,氢氧化钾浓度增大,碱性增强,故D错误。
方法指南
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,电解质溶液是通过阳离子向正极移动、阴离子向负极移动导电,溶液中没有电子的移动。
四
常见化学电源电极反应式的书写
重难归纳
1.电极反应式书写的一般步骤。
2.已知总反应式,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,发生失电子反应的电极为负极;确定溶液的酸碱性。
(2)复杂电极反应式的书写。
复杂一极的电极反应式=总反应式-
较简单一极的电极反应式
(3)根据给出的两个电极反应式,写总反应式的方法。
已知两个电极反应式,写总反应式并不难,只要使两个电极反应式得、失电子数相等后,将两式相加,消去相同的化学式即可。
特别提醒
(1)电极反应式的书写:酸性条件下可用H+和H2O配平;碱性条件下可用OH-和H2O配平。(2)书写电极反应式时,除了考虑反应前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外,还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式。(3)正、负极的电极反应式要保持电荷守恒。
氢气被看作是理想的“绿色能源”。用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池是利用氢能的一种重要方式(装置如图所示)。请写出氢氧燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的电极反应式。
负极
;?
正极
。?
典例剖析
Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和石墨棒,电解质溶液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2==4LiCl+S+SO2↑。
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为 ,发生的电极反应为 ? 。?
(2)电池正极发生的电极反应为 。
(3)
SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,生成Na2SO3和NaCl。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是 ,反应的化学方程式为 。?
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是?
。?
(4)构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,且SOCl2也能与水反应
解析:分析反应的化合价变化,可得Li为还原剂,SOCl2为氧化剂。
(1)负极材料为Li(还原剂),发生反应:Li-e-==Li+。
(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到:
2SOCl2+4e-==4Cl-+S+SO2↑。
(3)题中给出了有碱液吸收时的产物,则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl,所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。
(4)因为构成电池的Li能与氧气、水反应,且SOCl2也能与水反应。
学以致用
质子交换膜燃料电池(PEMFC)常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料,空气为氧化剂,铂作催化剂,导电离子是H+。下列对该燃料电池的描述中正确的是( )。
A.①②③
B.②③④
C.①②④
D.①③④
答案:C
解析:此题考查了原电池的基本原理,包括燃料电池的电极反应、总反应及电解质溶液中离子的移动等相关理论。通过分析,③反应条件是点燃,显然是错误的,其余各项均正确。
1.下列装置中,能构成原电池的是( )。
?
A.只有甲
B.只有乙
C.只有丙
D.除乙均可以
答案:C
解析:甲装置没有构成闭合回路,乙装置两极材料相同,丁装置中酒精是非电解质,只有丙装置具备原电池的构成条件。
2.某科学探究小组为探究电化学原理,设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是( )。
A.a和b不连接时,该装置不能形成原电池,铁片上有紫红色的铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片为负极,发生的反应为
Cu2++2e-==Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会被氧化,溶液中均有Fe2+生成
D.a和b用导线连接时,溶液中的Cu2+向铜电极移动
答案:B
解析:a和b不连接时,没有形成闭合回路,没有构成原电池,发生化学反应,铁把铜置换出来,A项正确;导线连接后,构成原电池,铁比铜活泼,铁作负极,发生的反应为Fe-2e-==Fe2+,B项错误;根据选项A、B分析可知,无论a和b是否连接,铁片均会被氧化,溶液中均有Fe2+生成,C项正确;构成原电池时,阳离子向正极移动,铜作正极,D项正确。
3.X、Y、Z都是金属,把X浸入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出,X和Y组成原电池时,Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )。
A.X>Y>Z
B.X>Z>Y
C.Y>X>Z
D.Y>Z>X
答案:C
解析:根据原电池原理,负极的金属比正极活泼,可知Y>X,根据金属活动性顺序和置换反应原理,可知X>Z,故有Y>X>Z。
4.选用下列试剂和电极:稀硫酸、Fe2(SO4)3溶液、铁棒、铜棒、铂棒,组成如图所示的原电池装置(只有两个电极),观察到电流表的指针明显偏转,则构成原电池的可能组合共有( )。
A.6种
B.5种
C.4种
D.3种
答案:B
解析:当电解质溶液为稀硫酸时,只有铁棒能作负极,则正极可以是铜棒或铂棒,有2种组合。当电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液时,负极可以是铁棒,则正极可以是铜棒或铂棒;若负极为铜棒时,正极只能是铂棒,共有3种组合。通过以上分析可知,能构成原电池的组合有5种。
5.(双选)燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )。
C.随着放电的进行,溶液的氢氧根浓度不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
答案:AD
(2)根据两反应本质,判断能否设计成原电池?
(2)如果不能,说明其原因: 。
(3)如果可以,则写出正、负极材料,其电极反应式,反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)。
负极: , , 。?
正极: , , 。?
答案:(1)(A)不能,(B)可以
(2)(A)不是氧化还原反应,没有电子转移
(3)Cu Cu-2e-==Cu2+ 氧化反应 石墨棒、Ag、铂、金(任选其一) 2Ag++2e-==2Ag 还原反应
解析:(1)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池,(B)是氧化还原反应且能自发进行。
(3)根据电池反应式Cu+2Ag+==2Ag+Cu2+可知,Cu失电子作负极,负极材料是Cu,正极材料应是比铜不活泼的金属或能导电的非金属;Ag+得电子,所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。(共41张PPT)
第2课时
化学反应的限度 化学反应条件的控制
一、化学反应的限度
1.可逆反应。
(1)定义:在同一条件下 正反应方向 和 逆反应方向 均能进行的化学反应。?
(2)特点。
①正向反应和逆向反应 同时 进行。?
②一定条件下,反应物不可能 全部 转化为生成物,即反应物的转化率不可能达到 100% 。?
2.化学平衡状态。
(1)化学平衡的建立。
(2)化学平衡状态(简称 化学平衡 )。?
在一定条件下,可逆反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率 相等 ,反应物的浓度和生成物的浓度 不再改变 ,达到一种表面静止的状态。?
可逆反应在一定条件下达到化学平衡状态,此时反应物的转化率最大吗?
提示:可逆反应在一定条件下达到化学平衡状态后,反应物的量不再随时间的变化而变化,因此反应物的转化率达最大值,且保持不变。
二、化学反应条件的控制
1.化学反应条件的控制。
2.燃料燃烧的条件。
(1)燃料与空气或氧气尽可能接触。
(2)温度达到燃料的 着火点 。?
3.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,提高热能利用率。
一
化学平衡的建立和特征
重难归纳
1.化学平衡建立的速率图像。
2.化学平衡状态的特征概括为:逆、等、动、定、变。
化学平衡状态建立后,反应停止,反应速率为0,这句话对吗?
提示:不对。化学平衡建立后,v(正)=v(逆)≠0,反应并没有停止。
典例剖析
对于可逆反应M(g)+N(g)
Q(g)达到平衡时,下列说法正确的是( )。
A.M、N、Q三种物质的浓度一定相等
B.M、N全部变成了Q
C.反应物和生成物的浓度都保持不变
D.反应已经停止
答案:C
解析:平衡时反应物、生成物的浓度之比应从两个方面考虑:一是反应物的起始浓度,二是化学方程式中的化学计量数。如2
mol
M与1
mol
N反应,无论怎样反应,M与N的浓度永远不相等,所以“M、N、Q三种物质的浓度一定相等”这种说法是错误的,A错误;此反应是可逆反应,B错误;反应物和生成物的浓度都保持不变,可以说明反应达到平衡状态,但反应未停止,
C正确,D错误。
学以致用
下列对化学反应速率与化学反应限度的叙述,不正确的是
( )。
A.当化学反应达到最大限度时反应速率为0
B.同一化学反应,若反应条件不同,限度可能不同
C.化学反应达到限度时,正、逆反应速率相等
D.化学反应的限度与时间的长短无关
答案:A
解析:反应达到最大限度时v(正)=v(逆)≠0,A项错误;同一化学反应,条件改变,化学平衡可能被破坏,反应限度可能就会被改变,B项正确;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),对于同一可逆反应,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,C、D项正确。
二
化学平衡状态的判断
重难归纳
1.两个直接判据。
(1)正反应速率和逆反应速率相等。
(2)反应物和生成物的浓度不再变化。
2.几个间接判据。
特别提醒
(1)根据正、逆反应速率来判断可逆反应是否达到平衡时,要注意达到平衡时同一种物质正、逆反应速率相等,不同种物质正、逆反应速率之比等于化学计量数之比。
(2)根据压强是否变化来判断可逆反应是否达到平衡时,要注意两点:一是容器的容积是否可变;二是反应前后气体的分子数是否变化。
(3)对于不同的反应,用相同物理量判断时,结果可能不同。如压强不再变化时,对于气体分子数变化的反应是平衡状态,但气体分子数不变的反应不一定是平衡状态。
(1)判断可逆反应已达到平衡状态的依据有哪些?
提示:直接判据:a.正、逆反应速率相等;b.各物质的浓度不变。间接判据:各组分的百分含量、物质的量、压强、平均相对分子质量、密度、颜色不随时间改变。
(2)如何理解正、逆反应速率相等?
提示:同一物质的生成速率和消耗速率相等。
典例剖析
在一个固定容积的密闭容器中,可逆反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),当m、n、p、q为任意整数时,下列说法一定能说明反应已达到平衡的是( )。
①体系的压强不再改变 ②体系的密度不再改变
③各组分的浓度不再改变 ④各组分的质量分数不再改变
⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
⑥单位时间内m
mol
A发生断键反应,同时p
mol
C也发生断键反应
A.④⑤⑥
B.③④⑥
C.①③④
D.②③⑥
答案:B
解析:由于反应前后气体的化学计量数关系未知,若该反应为m+n=p+q,则体系的压强始终为一定值,体系的压强不再改变,不能说明反应达到平衡,①错误;由于体系的体积一定,而气体的总质量不变,则密度始终为一定值,因此体系的密度不再改变,不能说明反应达到平衡,②错误;反应速率之比始终等于化学计量数之比,因此⑤错误。
学以致用
可逆反应2NO2
2NO+O2在容积固定的密闭容器中进行,达到平衡状态的标志是( )。
①单位时间内生成n
mol
O2的同时生成2n
mol
NO2
②单位时间内生成n
mol
O2的同时生成2n
mol
NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A.①④⑥⑦
B.②③⑤⑦
C.①③④⑤
D.①②③④⑤⑥⑦
答案:A
解析:①中单位时间内生成n
mol
O2的同时必消耗2n
mol
NO2,知v(正)=v(逆),所以①能说明达到平衡状态;②所描述的都是指正反应方向的速率,无法判断;③无论达到平衡与否,用不同物质表示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;④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡;因容器容积固定,密度是一个常数,所以⑤不能说明达到平衡状态;该反应是一个反应前后气体分子数不等的反应,容器的容积固定,所以⑥⑦均能说明达到平衡。
1.下列说法中不正确的是( )。
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.当一个可逆反应达到平衡状态时,这个反应的正反应速率和逆反应速率相等
C.可以通过控制反应条件,使2
mol
SO2与1
mol
O2反应生成2
mol
SO3
D.化学反应的限度可以通过改变条件来改变
答案:C
解析:对于可逆反应,达到平衡状态时,正、逆反应速率相等,反应物的转化率最大,A、B正确;2SO2+O2
2SO3是可逆反应,无论怎样控制条件,反应物的转化率不可能达到100%,即2
mol
SO2与1
mol
O2反应不会生成2
mol
SO3,C错;化学反应的限度可通过改变条件,如温度、压强等来改变,D正确。
2.一定温度下,反应A2(g)+B2(g)
2AB(g)达到平衡的标志是
( )。
A.单位时间内生成n
mol
A2的同时生成n
mol
AB
B.容器内的总压强不随时间的变化而变化
C.单位时间内生成2n
mol
AB的同时生成n
mol
B2
D.单位时间内生成n
mol
A2的同时生成n
mol
B2
答案:C
解析:在一定条件下,判断一个反应是否达到平衡,主要看正、逆反应速率是否相等,体系中各组分的浓度(或含量)是否保持不变。A项中,生成A2是逆反应,生成AB是正反应。显然v(正)3.一定条件下,发生可逆反应:4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+
6H2O(g)。下列叙述中,不能作为此可逆反应已经达到化学平衡状态的标志的是( )。
A.NH3的消耗速率等于NO的生成速率
B.NH3的消耗速率等于NO的消耗速率
C.NH3的浓度和NO的浓度都不发生改变
D.密闭容器内的压强不发生改变
答案:A
解析:当v(正)=v(逆)时,为平衡状态,A项叙述均表示正反应速率,且反应过程中两者恒相等,故不能判断可逆反应达到平衡状态;B项叙述前者表示正反应速率,后者表示逆反应速率,当两者相等时,可逆反应达到平衡状态;当反应物的浓度和生成物的浓度不再改变时,可逆反应达到平衡状态;该反应为气体分子数增大的反应,在反应过程中体系压强增大,当压强不再改变时,则达到平衡状态。
4.在一定温度下的恒容密闭容器中,能说明反应X2(g)+Y2(g)
2XY(g)已达到平衡的是( )。
A.容器内的总压强不随时间变化
B.容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化
C.XY气体的物质的量分数不变
D.X2和Y2的消耗速率相等
答案:C
解析:该反应的特点:一是可逆反应;二是反应前后气体分子数相等。根据气体压强之比等于气体物质的量之比推断,该反应在整个反应过程中总压强是不变的,A不能说明该反应已经达到平衡;同理推断,容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间变化而变化,B不能说明该反应已经达到平衡;X2和Y2的化学计量数相等且均为反应物,其消耗速率始终相等。
5.已知可逆反应:C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)。
(1)若反应在一容积可变的密闭容器中进行,在其他条件不变的情况下,下列条件的改变对其反应速率无影响的是_______
(填字母,下同)。?
A.保持容积不变,增加CO的物质的量
B.将容器的容积缩小一半
C.保持压强不变,充入N2使容器容积增大
D.保持容积不变,充入N2使体系压强增大
(2)若反应在一容积恒定的密闭容器内进行,能判断该反应一定达到化学平衡状态的是 。?
①容器内气体的平均相对分子质量不随时间而变化
②v正(H2O)=v逆(H2) ③容器内气体的密度不随时间而变化 ④容器内气体总质量不随时间而变化
⑤消耗n
mol
H2的同时消耗n
mol
CO
A.①②③
B.①②③④
C.②
D.①④⑤
答案:(1)D
(2)B
解析:(1)A项,增加CO的物质的量,由于容积不变,会使c(CO)增大,则反应速率增大;B项,容器容积缩小一半,各气体的浓度都增大,则反应速率增大;C项,N2不参与反应,充入N2使容器的容积增大,从而使参与反应的各组分的浓度变小,反应速率减小;D项,充入N2,体系压强虽增大,但由于容积不变,则参与反应的各组分的浓度不变,对速率无影响。
(2)由于C是固体,只要反应未达到平衡状态,气体的质量、密度、相对分子质量就是不断变化的,它们不变时说明反应已达平衡状态,故①③④正确;用不同物质的反应速率表示化学平衡状态时必须一正一逆且速率数值之比等于化学计量数之比,故②正确;任何时刻,消耗n
mol
H2的同时都消耗n
mol
CO,⑤错误。
6.将等物质的量的氢气和碘蒸气放入密闭容器中进行反应:
H2(g)+I2(g)
2HI(g)(正反应放热),反应经过5分钟测得碘化氢的浓度为0.5
mol·L-1,碘蒸气的浓度为0.25
mol·L-1。请回答下列问题:
(1)v(HI)= ;v(H2)= ;氢气的起始浓度= 。?
(2)当上述反应达到平衡时,则平衡浓度c(HI)、c(I2)、c(H2)的关系是 (填“相等”“2∶1∶1”或“均为恒量”)。?
答案:(1)0.1
mol·L-1·min-1 0.05
mol·L-1·min-1 0.5
mol·L-1
(2)均为恒量(共11张PPT)
实验活动7
化学反应速率的影响因素
一、实验准备
(一)实验目的
1.体验浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。
2.理解改变反应条件可以调控化学反应的速率。
(二)实验原理
1.硫代硫酸钠与硫酸的反应。
以硫代硫酸钠与硫酸反应会生成不溶于水的硫:Na2S2O3+
H2SO4==Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O为例,在不同浓度和温度条件下分别进行上述反应,根据反应生成的硫使溶液出现浑浊,比较出现浑浊现象所需时间的长短,来判断反应进行的快慢。
2.以反应2H2O2==2H2O+O2↑为例,在有或无催化剂存在的条件下进行对比实验,观察过氧化氢生成氧气的快慢。
(三)实验用品
1.仪器:试管、试管架、烧杯、量筒、温度计、胶头滴管、药匙、秒表。
2.药品:0.1
mol·L-1
Na2S2O3溶液、0.1
mol·L-1
H2SO4溶液、10%的过氧化氢溶液、二氧化锰粉末、1
mol·L-1氯化铁溶液、蒸馏水。
二、探究过程
(一)实验步骤
1.取两支大小相同的试管,分别加入2
mL和1
mL
0.1
mol·L-1
Na2S2O3溶液,向盛有1
mL
Na2S2O3溶液的试管中加入1
mL蒸馏水,摇匀。再同时向上述两支试管中加入2
mL
0.1
mol·L-1
H2SO4溶液,振荡。观察实验现象。
2.取两支大小相同的试管,各加入2
mL
0.1
mol·L-1
Na2S2O3溶液,分别放入盛有冷水和热水的两个烧杯中。再同时向上述两支试管中加入2
mL
0.1
mol·L-1
H2SO4溶液,振荡。观察实验现象。
3.取三支大小相同的试管,各加入2
mL
10%的过氧化氢溶液,再向其中两支试管中分别加入少量二氧化锰粉末和2滴1
mol·L-1氯化铁溶液。观察实验现象。
(二)数据处理
1.实验现象。
2.结论。
答案:略。
(三)实验注意事项
1.做对比实验时除了要对比的因素不同外,其他能影响实验结果的因素应该完全相同。
2.本实验所需要的过氧化氢的浓度不能太大,原因是浓度太大,反应太剧烈,影响现象的观察。
三、思考与交流
1.通过实验你验证了哪些因素对化学反应速率有影响?影响化学反应速率的因素还有哪些?
答案:反应物的浓度、温度、催化剂。固体表面积、光、压强等。
2.催化剂对化学反应速率会产生什么样的影响?还有其他的反应实例能够证明这一点吗?
答案:催化剂能改变反应速率,通常使反应速率增大。氯酸钾分解时用二氧化锰作催化剂。
3.食品包装袋上有各自不同的保质期和保存方法,这些与化学反应速率有关系吗?
答案:有关系,因为食品的腐败快慢可以用化学反应速率表示。
4.食品放在冰箱中保存时间会加长,什么原因?
答案:温度降低,化学反应速率减小。(共25张PPT)
章末核心素养整合
专题一
原电池的常见考查方式?
1.正负极的判断。
(1)负极的判断方法。
①相对活泼的电极由于本身被氧化而溶解。
②通入该电极的为还原性气体,如H2、CH4等。
③电子流出的一极。
(2)正极的判断方法。
①溶液中的阳离子(如H+、Cu2+、Ag+等)在此电极放电。
②溶液中溶解的O2在此电极得电子。
③通入该电极的为氧化性气体,如O2、Cl2等。
2.电池反应式的书写。
(1)一般原电池电极反应式的书写。
①首先确定电极名称。
②负极上电极材料本身发生氧化反应,正极上溶液中的粒子发生还原反应。
③根据电解质溶液确定电极反应后元素的存在形式。
④弱电解质、气体和难溶物均写成化学式,其余的以离子符号表示(注意:电解质溶液的成分对电极产物的影响;燃料电池的电极材料本身不参与电极反应)。
⑤根据电子守恒,使正、负极上得失电子总数相等。
(2)燃料电池电极反应式的书写。
首先写出总反应方程式,因为燃料电池的总反应方程式与其燃烧方程式和燃烧产物与电解质溶液反应的方程式的叠加式相同。其次将总反应拆开,找出氧化反应物质对(还原剂——氧化产物)和还原反应物质对(氧化剂——还原产物),分别作为负极反应和正极反应,在书写时要特别注意考虑溶液的酸碱性,最后利用电子守恒、电荷守恒和质量守恒进行配平。
【典型例题1】(1)下列关于充电电池、干电池的叙述合理的是 。?
①干电池可以实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化
②锌锰干电池长时间连续使用时内装糊状物可能流出腐蚀电器
③充电电池可以无限制地反复放电、充电
④充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行
(2)铅蓄电池中,正极材料为PbO2,负极材料为Pb,放电时其负极反应式为
。?
(3)原电池在NaOH溶液介质中,铝为负极,其负极反应式为
。?
(4)一电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+==Zn2++Cu,该原电池正极、负极和电解质溶液分别是??
。?
(4)正极为Cu或石墨棒;负极为Zn;电解质溶液是CuSO4溶液或CuCl2溶液
解析:(1)干电池可以实现化学能向电能的转化,但不能完成电能向化学能的转化;锌锰干电池长时间连续使用时因为消耗Zn且生成水,内装糊状物可能流出腐蚀电器;充电电池也有使用寿命,不可能无限制地反复放电、充电;充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行。
(3)原电池在NaOH溶液介质中,铝为负极,铝失去电子,且溶液呈碱性,则负极反应式为
(4)由电池总反应Zn+Cu2+==Zn2++Cu知:原电池负极是Zn,正极是比Zn不活泼的金属或石墨棒,电解质溶液是含Cu2+的电解质溶液。
专题二
守恒法在原电池中的应用?
电子守恒法是依据氧化还原反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数相等这一原则进行计算。电子守恒法是氧化还原反应计算最基本的方法。而原电池反应就是一种典型的氧化还原反应,只不过氧化反应和还原反应在负极和正极分别发生。因此可以利用电子守恒法来处理原电池的有关计算。具体来说就是正极得到的电子总数与负极失去的电子总数相等。
【典型例题2】在由铜片、锌片、200
mL稀硫酸组成的原电池中,当在铜片上放出3.36
L(标准状况)H2时,硫酸恰好用完,则:
(1)产生这些气体消耗的锌的质量是多少?
(2)通过导线的电子的物质的量是多少?
(3)原稀硫酸的物质的量浓度是多少?
答案:(1)9.75
g
(2)0.3
mol
(3)0.75
mol·L-1
解析:在铜、锌、稀硫酸形成的原电池中发生的电极反应为:
专题三
“三段式”法在化学反应速率计算中的应用?
有关化学反应速率的计算往往数据比较多,关系复杂,通常可以通过“三段式”法,使各种数据直观、条理清晰、便于分析和计算。
1.“三段式”法的基本步骤。
(1)写出反应的化学方程式并配平。
(2)根据题意,依次列出各反应物和生成物的起始浓度(或物质的量)、浓度(或物质的量)的变化量及一段时间后的浓度(或物质的量),未知量可以设未知数表示。
(3)根据起始浓度(或物质的量)与一段时间后的浓度(或物质的量)的差等于浓度(或物质的量)的变化量,变化量之比等于对应物质的化学计量数之比,列出关系式计算。
2.具体实例。
在恒容密闭容器中发生如下反应:
3.运用“三段式”法解题时的注意事项。
(1)起始量、变化量、一段时间后的量三者对应的物理量及单位要统一,都是物质的量或物质的量浓度,否则无法计算。
(2)起始量、变化量、一段时间后的量中,只有不同物质的变化量之比等于对应物质的化学计量数之比,不同物质的起始量或一段时间后的量之间没有必然的关系,不能列比例式计算。
【典型例题3】在2
L的恒容密闭容器中进行如下反应:
A(g)+2B(g)
3C(g)+nD(g),开始时A为4
mol,B为6
mol,5
min末达到平衡,此时测得C的物质的量为3
mol,用D表示的化学反应速率v(D)为0.2
mol·L-1·min-1。
(1)平衡时A的物质的量浓度为
。?
(2)前5
min内用B表示的化学反应速率v(B)为 。
(3)化学方程式中n值为 。?
(4)此反应在四种不同情况下的反应速率分别为:
①v(A)=5
mol·L-1·min-1
②v(B)=6
mol·L-1·min-1
③v(C)=4.5
mol·L-1·min-1
④v(D)=8
mol·L-1·min-1
其中反应速率最快的是 (填序号)。?
答案:(1)1.5
mol·L-1
(2)0.2
mol·L-1·min-1
(3)2 (4)①
(3)根据同一反应中、同一时间段内、各物质的反应速率之比等于计量数之比,
所以v(B)∶v(D)=0.2
mol·L-1·min-1∶0.2
mol·L-1·min-1
=2∶n,n=2。
(4)把所有速率都换算成用A表示的反应速率:
①v(A)=5
mol·L-1·min-1
②由v(B)=6
mol·L-1·min-1知,
v(A)=3
mol·L-1·min-1
③由v(C)=4.5
mol·L-1·min-1知,
v(A)=1.5
mol·L-1·min-1
④由v(D)=8
mol·L-1·min-1知,
v(A)=4
mol·L-1·min-1
故选①。
