2第二章化学反应与能量.docx
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2第二章化学反应与能量
第二章化学反应与能量
第一节化学能与热能
1.化学键与化学反应中能量变化的关系
⑴化学反应过程中伴随着能量的变化
任何化学反应除遵循质量守恒外，同样也遵循能量守恒。
反应物与生成物的能量差若以热量形式表现即为放热反应或吸热反应（E反：
反应物具有的能量；E生：
生成物具有的能量）：
⑵化学变化中能量变化的本质原因
⑶化学反应吸收能量或放出能量的决定因素：
实质：
一个化学反应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。
⑷放热反应和吸热反应
放热反应
吸热反应
表现形式
△H﹤0或△H为“—”
△H﹥0或△H为“+”
能量变化
生成物释放的总能量大于
反应物吸收的总能量
生成物释放的总能量小于
反应物吸收的总能量
键能变化
生成物总键能大于反应物总键能
生成物总键能小于反应物总键能
联系
键能越大，物质能量越低，越稳定；反之
键能越小，物质能量越高，越不稳定，
图示
☆常见的放热反应：
①所有的燃烧反应与缓慢氧化
②酸碱中和反应
③大多数的化合反应（特殊：
C＋CO2
2CO是吸热反应）
④金属与酸的反应
⑤生石灰和水反应
⑥浓硫酸稀释、氢氧化钠固体溶解等
☆常见的吸热反应：
①铵盐和碱的反应如Ba（OH）2·8H2O＋NH4Cl＝BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
②大多数的分解反应，如KClO3、KMnO4、CaCO3的分解等
③以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应，如：
C（s）＋H2O（g）
CO（g）＋H2（g）
④铵盐溶解等
2、燃料的燃烧
①燃烧的条件：
达到着火点；与O2接触。
②燃料充分燃烧的条件：
足够多的空气；燃料与空气又足够大的接触面积。
③提高煤炭燃烧效率的方法：
煤的干馏、气化和液化。
（目的：
减少污染物的排放；提高煤炭的利用率）
能源的分类：
形成条件
利用历史
性质
举例
一次能源
常规能源
可再生资源
水能、风能、生物质能
不可再生资源
煤、石油、天然气等化石能源
新能源
可再生资源
太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能、沼气
不可再生资源
核能
二次能源
（一次能源经过加工、转化得到的能源称为二次能源）
电能（水电、火电、核电）、蒸汽、工业余热、酒精、汽油、焦炭等
3、化学能与热能的相互转化
第二节化学能与电能
1.原电池
概念
把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池
工作原理
通过氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能
电极
正极
负极
较活泼金属
较不活泼金属
Pt/C
Pt/C
金属
金属氧化物
电极材料不一定都是金属材料，也可以是碳棒、金属氧化物、惰性电极。
电解液
和负极反应（也可不反应）
构成条件
①两种活泼性不同的金属（或金属与非金属单质）作电极
②电极材料插入电解质溶液中
③两极相连构成闭合回路
④在电极上能自动发生氧化还原反应
负极（Zn）：
Zn-2e-=Zn2+
（氧化反应）
正极（Cu）：
2H++2e-=H2↑
（还原反应）
总反应：
Zn+2H+=Zn2++H2↑
电极反应
负极：
发生氧化反应
电极反应式：
较活泼金属－ne－＝金属阳离子
负极现象：
负极溶解，负极质量减少。
正极：
发生还原反应，
电极反应式：
溶液中阳离子＋ne－＝单质
正极的现象：
一般有气体放出或正极质量增加。
离子迁移
内电路
阳离子→正极阴离子→负
阳离子向正极作定向移动，阴离子向负极作定向移动。
电子流向外电路
负极（-）
正极（+）
负极极板因此而带正电荷，正极极板由于得到了带负电的电子显负电性。
重要应用
制作电池、防止金属被腐蚀、提高化学反应速率
干电池、铅蓄电池、新型高能电池、
【小结】原电池的正、负极的判断方法：
1、由组成原电池的两极的电极材料判断。
一般是活泼的金属是负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属是正极。
注意：
如Mg、Al与NaOH溶液形成原电池；Fe、Cu与浓硝酸形成原电池。
都是相对不活泼金属作负极。
2、根据电流方向或电子流动方向判断。
电流是由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极。
3、根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。
在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子流向的极为负极。
4、根据原电池两极发生的变化来判断。
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。
2、化学电源
（1）基本类型：
①干电池：
活泼金属作负极，被腐蚀或消耗。
如：
Cu－Zn原电池、锌锰电池。
②充电电池：
两极都参加反应的原电池，可充电循环使用。
如铅蓄电池、锂电池和银锌电池等。
③燃料电池：
两电极材料均为惰性电极，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H2、CH4燃料电池，其电解质溶液常为碱性试剂（KOH等）。
⑵几种常见新型原电池
化学反应
特点
锌—锰电池
负极：
（锌筒）：
Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）
正极：
（碳棒）：
2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O
总反应：
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2
铅蓄电池
负极：
Pb-2e-+SO42-=PbSO4
正极：
PbO2+4H++2e-+SO42-=PbSO4+2H2O
总反应：
Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O
锌银电池Zn|KOH|Ag2O
负极：
Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O
正极：
Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
总反应：
Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn（OH）2
能量大，体积小，但有优越的大电池放电性能，放电电压平稳，广泛用于电子表、石英钟、计算机CMOS电池等
锂电池
新型电池
负极：
Li–e--=Li+
正极：
MnO2+2e-=MnO2-
总反应：
Li+MnO2=LiMnO2
温度使用范围广，放电电压平坦，体积小，无电解液渗漏，并且电压随放电时间缓慢下降，可预示电池使用寿命。
适做心脏起搏器电源、高性能的手机和笔记本电脑电池等。
氢氧燃料
电池
电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液：
负极：
2H2–4e-+4OH-===4H2O
正极：
O2+4e-+2H2O===4OH-
电解质溶液为酸性溶液：
负极：
2H2–4e-===4H+
正极：
O2+4e-+4H+===2H2O
甲烷燃料
电池
电解质溶液为氢氧化钾溶液：
负极：
CH4+10OH--8e-===CO32-+7H2O
正极：
2O2+8e-+4H2O===8OH-
总反应：
CH4+2O2+2OH-===CO32-+3H2O
第三节化学反应的速率和限度
1.化学反应速率（υ）
⑴定义：
用来衡量化学反应的快慢，单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化
⑵表示方法：
单位时间内反应浓度的减少或生成物浓度的增加来表示（均取正值）
⑶计算公式：
v（B）＝
＝
（υ：
平均速率，Δc：
浓度变化，Δt：
时间）
①单位：
单位：
mol/（L·s）或mol/（L·min）
②B为溶液或气体，若B为固体或纯液体不计算速率
③以上所表示的是平均速率，而不是瞬时速率。
⑷影响因素：
①决定因素（内因）：
反应物的性质（决定因素）
②条件因素（外因）：
反应所处的条件
浓度：
增加反应物的浓度，增大速率（增大反应物的浓度，可以增大活化分子总数，从而加快化学反应速率。
注：
固态物质和纯液态物质的浓度可视为常数。
）
压强：
增大压强，增大速率（对于气体而言，压缩气体体积，可以增大浓度，从而加快化学反应速率。
注：
如果增大气体的压强时，不能改变反应气体的浓度，则不影响化学反应速率。
）
温度：
升高温度，增大速率（其他条件不变时，升高温度，能提高反应分子的能量，增加活化分子百分数，从而加快化学反应速率。
）
催化剂：
一般加快反应速率（正催化剂）（使用催化剂能等同的改变可逆反应的正逆化学反应速率。
）
其他条件：
如固体反应物的表面积（颗粒大小）、光照、不同溶剂、超声波。
2.衡量化学反应的程度——化学平衡
定义：
在一定条件下，当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应物和生成物的浓度不再改变，达到表面上静止的一种“平衡状态”，这就是这个反应所能达到的限度，即化学平衡状态。
化学平衡状态的特征：
逆、动、等、定、变。
①逆：
化学平衡研究的对象是可逆反应。
②动：
动态平衡，达到平衡状态时，正逆反应仍在不断进行。
③等：
达到平衡状态时，正方应速率和逆反应速率相等，但不等于0。
即v正＝v逆≠0。
④定：
达到平衡状态时，各组分的浓度保持不变，各组成成分的含量保持一定。
⑤变：
当条件变化时，原平衡被破坏，在新的条件下会重新建立新的平衡。
⑴前提——密闭容器中的可逆反应
⑵条件——一定条件的T、P、c——影响化学平衡的因素
⑶本质——V正=V逆≠0
⑷特征表现——各组分的质量分数不变达化学平衡标志
⑸达到化学平衡的标志
①从反应速率判断：
V正=V逆
①正逆反应的描述
②速率相等
同一物质
消耗和生成
同一物质
速率的数值相等
反应物和生成物
消耗或生成
不同物质
速率的比值与化学计量数相等
②从混合气体中气体的体积分数或物质的量浓度不变判断
③从容器内压强、混合气体平均相对分子质量、混合气体的密度不变等判断，需与可逆反应中m+n和p+q是否相等，容器的体积是否可变，物质的状态等因素有关，应具体情况具体分析
途径①可先加入反应物，从正向开始
②可先加入生成物，从逆向开始
③也可同时加入反应物和生成物，从正、逆向同时开始
（6）影响因素
浓度：
增加反应物浓度，平衡右移
压强：
加压，平衡向气体体积减小方向移动
温度：
升温，平衡向吸热方向移动
催化剂：
（加快反应速率，但对平衡无影响）
判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据
例举反应
mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）
混合物体系中
各成分的含量
①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定
平衡
②各物质的质量或各物质质量分数一定
平衡
③各气体的体积或体积分数一定
平衡
④总体积、总压力、总物质的量一定
不一定平衡
正、逆反应
速率的关系
①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA，即V（正）=V（逆）
平衡
②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC，则V（正）=V（逆）
平衡
③V（A）:
V（B）:
V（C）:
V（D）=m:
n:
p:
q，V（正）不一定等于V（逆）
不一定平衡
④在单位时间内生成nmolB，同时消耗了qmolD，因均指V（逆）
不一定平衡
压强
①m+n≠p+q时，总压力一定（其他条件一定）
平衡
②m+n=p+q时，总压力一定（其他条件一定）
不一定平衡
混合气体平均相对分子质量Mr
①Mr一定时，只有当m+n≠p+q时
平衡
②Mr一定时，但m+n=p+q时
不一定平衡
温度
任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他不变）
平衡
体系的密度
密度一定
不一定平衡
其他
如体系颜色不再变化等
平衡
《化学反应与能量》单元检测题
一、选择题（每小题只有1个选项符合题意）
1．下列有关电池叙述正确的是
A．水果电池是高效环保的家用电池B．锌锰干电池是一种常用的二次电池
C．锌锰干电池碳棒是负极，锌片是正极D．锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄
2．下列反应中，属于氧化还原反应同时又是吸热反应的是
A．Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应B．铝与稀盐酸
C．灼热的炭与CO2反应D．甲烷与O2的燃烧反应
3．用一定体积、一定浓度的盐酸跟过量的锌反应制取一定体积的氢气，为了提高化学反应速率而又不影响生成氢气的体积，下列措施中合理的是（ ）
A．加少量稀硫酸B．加热C．加蒸馏水D．加少量蓝矾
4．下列各变化中，属于原电池反应的是
A．在空气中金属铝表面迅速氧化成保护层B．白铁（含锌）表面有划损时，也能阻止铁被氧化
C．红热的铁丝与水接触表面形成的保护层D．铁与H2SO4反应加入少量ZnSO4溶液时可使反应加速
5．化学反应A（g）＋3B（g）
2C（g）＋2D（g），在下列四个选项中是不同的情况下测得的不同物质的反应速率，其中表示该化学反应的反应速率最快的是
A．υ（A）＝0.2mol（L·s）B．υ（B）＝0.45mol（L·s）
C．υ（C）＝0.40mol（L·min）D．υ（D）＝0.6mol（L·min）
6．下列每组三种物质中，两边的固体均有导线连接插入中间的液体中，其中能组成原电池的是
A．Zn|H2SO4（稀）|CB．Cu|酒精|AgC．Zn|CCl4|CuD．Fe|H2SO4（稀）|Fe
7．在2L容器中发生反应N2＋3H2
2NH3，经一段时间后NH3的物质的量增加了2.4mol，这段时间内用氢气表示的反应速率为0.6mol/（L·s），则这段时间为
A．6sB．4sC．3sD．2s
8．将锌片和铜片用导线连接后放入稀硫酸中发生原电池反应，下列叙述正确的是
A．负极附近的SO
浓度逐渐增大B．正极有O2逸出
C．电子通过导线由铜片流向锌片D．电解液的PH值不断减小
9．氢氧燃料电池已用于航天飞机。
以30%KOH溶液为电解质的这种电池在使用时的电极反应如下：
2H2＋4OH-－4e-==4H2OO2＋2H2O＋4e-==4OH-下列说法错误的是
A．氢气通入正极，氧气通入负极B．燃料电池的能量转化率不能达到100%
C．供电时的总反应为：
2H2＋O2====2H2OD．产物为无污染的水，属于环境友好电池
10．一种新型燃料电池，用两根金属作电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入甲烷和氧气，其电极反应为X极：
CH4＋10OH－－8e－===CO2
＋7H2O；Y极：
4H2O＋2O2＋8e－===8OH－。
下列关于此燃料电池的说法中，错误的是
A．X为负极，Y为正极
B．工作一段时间后，KOH的物质的量减少
C．在标准状况下，通入5.6LO2完全反应后，有1mol电子发生转移
D．该电池工作时，X极附近溶液的碱性增强
11．一定温度下可逆反应N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）达平衡的标志是
A．v正（N2）=v逆（N2）B．v正（N2）=3v正（H2）
C．v正（H2）=2/3v逆（NH3）D．N2、H2、NH3的体积比为1︰3︰2
12．右图是可逆反应X2+3Y2
2Z2在反应过程中的反应速率（Ʋ）与时间（t）的关系曲线，下列叙述正确的是
A．t1时，只有正方向反应
B．t2时，反应未到达限度
C．t2-t3，反应不再发生
D．t2-t3，各物质的浓度不再发生变化
13．下列说法正确的是
A．反应条件是加热的反应都是吸热反应
B．化学反应除了生成新的物质外，还伴随着能量的变化
C．物质燃烧不一定是放热反应D．放热的化学反应不需要加热就能发生
14．将盐酸滴到碳酸钠粉末上，能使反应的最初速率加快的是
A．盐酸浓度不变，用量增大一倍B．盐酸浓度增加一倍，用量减到1/2
C．增大碳酸钠粉末的用量D．使反应在较低温度下进行
15．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属活动性顺序是
A．a＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞cD．a＞b＞d＞c
16.下列关于化学反应速率的说法中，不正确的是
A.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B.化学反应速率通常用单位时间内生成或消耗某物质的质量的多少来表示
C.在同一个反应中，各物质的反应速率之比等于化学方程式中的计量数之比
D.化学反应速率的常用单位有mol/（L·s）和mol/（L·min）
17.已知可逆反应2SO2+O2
2SO3是放热反应，下列说法正确的是
A．2molSO2与1molO2能完全反应生成2molSO3，升高温度可以加快此反应的化学反应速率
B．2molSO2与1molO2不能完全反应生成2molSO3，升高温度可以加快此反应的化学反应速率
C．2molSO2与1molO2能完全反应生成2molSO3，升高温度减慢此反应的化学反应速率D．2molSO2与1molO2不能完全反应生成2molSO3，升高温度减慢此反应的化学反应速率
18．在一定温度下，反应A2（g）+B2（g）
2AB（g）达到平衡的标志是
A、一个A—A键断裂的同时，有2个A—B键生成
B、容器内的总压强、总物质的量不随时间而变化
C、单位时间生成2n摩的AB同时，生成n摩的B2
D、容器内气体的平均相对分子质量不随时间而变化
19．一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示：
下列描述正确的是
A、反应开始到10s，用Z表示的反应速率为0.158mol/（L·s）
B、反应开始到10s，X的物质的量浓度减少了0.79mol/L
C、反应开始到10s时，Y的转化率为79.0％
D、反应的化学方程式为：
X（g）+Y（g）
Z（g）
20．在相同温度下，把下列四种X溶液，分别加进四个盛有10mL2mol/L盐酸的烧杯中，并加水稀释到50mL，此时X和盐酸缓缓地进行反应，其中反应速率最大的是
A、20mL3mol/LB、20mL2mol/LC、10mL4mol/LD、10mL2mol/L
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
二、填空题
21．将气体A、B置于容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：
3A（g）+B（g）
2C（g）＋2D（g），反应进行到10s末，测得A的物质的量为1.8mol，B的物质的量为0.6mol，C的物质的量为0.8mol，则：
（1）用生成物C的浓度增加来表示该反应的速率为：
；
（2）用生成物A的浓度减少来表示该反应的速率为：
；（3）反应前A、B的物质的量浓度分别是：
、。
4）10s末，生成物D的浓度为。
22．某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，他在100mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如下（累计值）：
时间（min）
1
2
3
4
5
氢气体积（mL）
50
120
232
290
310
（1）哪一时间段（指0～1、1～2、2～3、3～4、4～5min）反应速率最大，原因是。
（2）哪一段时段的反应速率最小，原因是。
（3）求2～3分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率（设溶液体积不变，要写出计算过程）。
（4）如果反应太激烈，为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量，他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液：
A．蒸馏水B．NaCl溶液C．Na2CO3溶液D．CuSO4溶液
你认为可行的是（填编号）。
（5）除了上述方法外，你认为还可以采取哪些措施来减缓化学反应速率？
（至少回答一种）
。
23．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两个人均使用镁片和铝片做两极，但甲同学将电极放入6mol/LH2SO4溶液中，乙同学将电极放入6mol/LNaOH溶液中。
（1）甲池中负极的电极反应式。
乙池中总反应式为。
（2）如果甲、乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属活泼”，则甲会判断出活动性更强，而乙会判断出活动性更强。
（填写元素符号）
（3）由实验可以得到如下哪些正确的结论？
A、利用原电池反应判断金属活动性时要注意选择合适的介质
B、镁的金属性不一定比铝的金属性强
C、该实验说明了金属活动顺序表已经过时，已经没有使用价值了
D、该实验说明化学研究的对象复杂，反应受条件影响较大，故应具体问题具体分析
（4）上述实验也可以反过来证明“直接利用金属活动顺序表判断原电池中的正负极”这种做法（“可靠”或“不可靠”），如果不可靠，请您提出另一个判断原电池正、负极的可行实验方案（如“可靠”此空可不填）。
24．键能是指在25℃、1.01×105Pa，将1mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B时所需要的能量。
显然键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子越稳定。
（1）已知H—Cl键的键能为431kJ·mol－1，下列叙述正确的是________。
A．每生成1molH—Cl键放出431kJ能量B．每生成1molH—Cl键吸收431kJ能量
C．每拆开1molH—Cl键放出431kJ能量D．每拆开1molH—Cl键吸收431kJ能量
（2）已知键能：
H—H为436kJ·mol－1；H—F为565kJ·mol－1；H—Cl为431kJ·mol－1；H—Br为366kJ·mol－1。
则下列分子受热时是稳定的是________。
A．HFB．HClC．HBrD．H2
（3）能用键能大小解释的是________。
A．氮气的化学性质比氧气稳定B．常温常压下溴呈液态，碘呈固态
C．稀有气体一般很难发生化学反应D．硝酸易挥发而硫酸难挥发
（4）水分解时，断裂的化学键为________键（填“极性键”或“非极性键）”。
分解海水的反应属于________反应（填“放热”或“吸热”）。
已知H—H、H—O、O=O的键能分别是是436、463、498（kJ·mol－1），则2H2O=2H2↑＋O2↑反应中生成1molH2时，其热效应为kJ。
第二章答案
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
D
C
D
B
A
A
C
A
A
D
题号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
答案
A
D
B
B
C
B
B
C
C
A
21．（12分）
（1）0.04mol/L·s（3分）
（2）0.06mol/L·s（3分）
（3）1.5mol/L（2分），0.5mol/L（2分）（4）0.4mol/L（2分）
22.
（1）2～3min（1分），因该反应是放热反应，2～3min时温度高。
（2分）
（2）4～5min（1分），因为4～5min时H+浓度小。
（2分）
（3）0.1mol/（L•min）（2分）
（4）A、B（2分）
23、（12分）
（1）甲池
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