1、第二章 化学反应与能量章末整合 拔高提能体系构建一、化学反应与能量二、化学反应的速率、限度、条件的控制方法技巧归纳一、化学反应中热量的变化1从化学键的角度理解在化学变化前后，参加反应的原子的种类和个数并没有改变，只是进行了原子之间的重组和整合；原子进行重组、整合的过程，实际上就是反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成的过程。由于反应物中化学键的断裂要消耗能量，而生成物中化学键的形成要释放能量，因此我们将化学反应中能量变化表示为反应物旧化学键断裂吸收能量新化学键形成释放能量生成物这样，当反应中吸收的能量大于释放的能量，则反应表现为吸收能量，该反应为吸热反应；当反应中吸收的能量小于释放的能量，则反
2、应表现为放出能量，该反应为放热反应。【例 1】已知：1 mol H2 分子中化学键断裂时需吸收436 kJ 的能量；1 mol Cl2 分子中化学键断裂时需吸收 243 kJ的能量；由氢原子和氯原子形成 1 mol HCl 分子时释放 431 kJ 的能量。则 1 mol H2 和 1 mol Cl2 反应生成氯化氢气体时的能量变化为()A放出能量 183 kJ B吸收能量 183 kJC吸收能量 248 kJ D吸收能量 862 kJ解析 根据反应的化学方程式：H2Cl2=点燃 2HCl，可知在反应过程中，断裂 1 mol HH 键、1 mol ClCl 键，同时形成 2 mol HCl 键
3、。计算可知生成 2 mol HCl 气体时，吸收的能量为 436 kJ243 kJ679 kJ，放出的能量为 431 kJ2862 kJ，故反应中放出的能量为 862 kJ679 kJ183 kJ，A 对。答案 A【归纳总结】从化学键的角度看能量变化时，首先要明确物质内部的化学键的数目。要是对物质中化学键数目认识错误，就会导致错误的计算结果，比如每个水分子中含有的 HO 键的数目为 2个。2从化学能的角度理解自然界中存在着成千上万种物质，但不同的物质能量不同，因此在化学反应前后反应物和生成物所具有的能量也是不同的。我们还可以从化学能的角度，也就是从反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小来看一
4、个化学反应的能量变化。这样，反应物的总能量生成物的总能量，则化学反应放出能量，该反应为放热反应；反应物的总能量Al，但在该条件下却是 Al 作负极。因此要根据具体情况来判断正、负极。【例 5】根据反应：2AgCu=Cu22Ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是()AX 可以是银或石墨BY 是硫酸铜溶液C电子从铜电极经外电路流向 X 电极DX 极上的电极反应式为 Age=Ag解析 由电池反应 2AgCu=2AgCu2可知，铜作负极，电极反应为 Cu2e=Cu2；X 为正极，可以是比铜不活泼的银或石墨等，电极反应为 Age=Ag；电解质溶液中需含有 Ag，故 B 说法错误。答案 B【例 6】金
5、属锂是一种重要的储氢材料，其吸氢和放氢原理如下：.2LiH2=2LiH.LiHH2O=LiOHH2(1)反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。(2)已知 LiH 固体密度为 0.82 gcm3，用锂吸收 224 L(标准状 况 下)H2，生 成 的 LiH 体 积 与 被 吸 收 的 H2 体 积 比 为_。(3)由(2)生成的 LiH 与 H2O 作用，放出的 H2 用作电池燃料，若能量转化率为 80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。解析(1)观察反应中各元素化合价的变化：2L0iH02=2L1iH1，由于还原剂在反应时所含元素的化合价升高，所以金属 Li 是还原剂。观察反应中各元
6、素化合价的变化：L1iH1H12O2=L1iO2H1H02，由于氧化剂在反应时所含元素的化合价降低，所以水是氧化剂。(2)由反应，当吸收 10 mol H2 时，则生成 20 mol LiH，V(LiH)mLiHLiH 20 mol8 gmol10.82 gcm3195.12 cm30.195 12 L；VLiHVH2 0.195 12 L224 L8.71104。(3)根据反应，20 mol LiH 可生成 20 mol H2，由于能量转化率为 80%，所以产生电能的 H2 的物质的量为 20 mol80%16 mol,1 mol H2O 转化成 1 mol H2 时，转移 2 mol e，
7、所以生成 16 mol H2 可转移 32 mol e。答案(1)Li H2O(2)11 148或 8.71104(3)32四、原电池的电极反应及其书写方法电极上物质的变化情况以及电子的转移情况可用电极反应式来表明。在原电池中，氧化反应和还原反应是分别在两个电极上进行的，每个电极上只发生一个方向的电子转移，相当于氧化还原反应的一半，常称为半反应。这种在电极上进行的半反应叫做电极反应。电极反应总是涉及含有同一元素但价态不同的两种物质，一种处于较高价态，另一种处于较低价态。以Cu-Zn(H2SO4)原电池为例：负极反应：Zn2e=Zn2(氧化反应)，正极反应：2H2e=H2(还原反应)。而电池总反
8、应则为电池中正、负极反应式在电量相等情况下的加和式，一般是一个自发的、完整的氧化还原反应。例如原电池的电池总反应：ZnH2SO4=ZnSO4H2(化学方程式)，Zn2H=Zn2H2(离子方程式)。【例 7】钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为 2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2。以下说法正确的是()A负极发生的反应为 Fe2e=Fe2B正极发生的反应为 2H2OO22e=4OHC原电池是将电能转变为化学能的装置D钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易被腐蚀解析 选项正误理由A负极发生的反应为Fe2e=Fe2，Fe作负极，C 作正极。B正极发生的反应为 O22H2O4e=4OH。C原
9、电池是将化学能转变为电能的装置。D水下部分溶解氧的浓度比交界处小，因而腐蚀比交界处慢。答案 A五、化学反应速率影响因素探究1内因决定化学反应速率大小的主要因素是反应物的性质，而不是外界条件。2外因影响化学反应速率的外界条件很多，如浓度、压强、温度、催化剂等。另外，形成原电池也可以加快反应速率。影响化学反应速率的因素规律内因反应物的性质在其他条件相同时，反应物的性质越活泼，化学反应速率越快；反应物的化学性质越不活泼，化学反应速率越慢影响化学反应速率的因素规律反应物的浓度在其他条件相同时，增加反应物的浓度，可使反应速率加快反应温度在其他条件相同时，升高温度，可加快化学反应速率反应时的压强对有气体参
10、加的反应，在其他条件相同时，增大压强，可加快化学反应速率外因催化剂在其他条件相同时，使用正催化剂，可极大的加快化学反应速率影响化学反应速率的因素规律固体反应物的表面积在其他条件相同时，增大固体反应物的表面积，即固体反应物的颗粒越小，化学反应速率越快外因其他光波、超声波、磁场、溶剂等也能改变某些反应的速率注意：对于有固体或纯液体参加的化学反应，改变它们的量不会引起浓度的变化，对它们的反应速率无影响。例如：C(s)CO2(g)=高温 2CO(g)，增加 C 的量，对此反应的反应速率无影响。压强只对有气体参加或生成的化学反应的速率有影响，若一个化学反应中反应物、产物中均无气体，则压强对此反应的反应速
11、率无影响。压强对反应速率的影响关键是看改变压强是否改变相关物质的浓度。对于有气体参加的反应体系，压强改变的实质是气体物质浓度的改变。有以下几种情况：A恒温：增大压强体积减小浓度增大反应速率加快B恒容：充入气体反应物反应物浓度增大反应速率加快充入稀有气体总压增大，但各反应物浓度不变反应速率不变C恒压：充入稀有气体体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢多个因素影响反应速率变化要看主要因素例如：锌与稀硫酸反应的图像如下图，由图像可知氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。反应体系中硫酸所提供的氢离子浓度是由高到低，若氢气的生成速率由其决定，速率的变化趋势也应由快到慢，反应前半程速率增大的原因是
12、温度所致，锌与硫酸反应时放热，体系温度逐渐升高，温度对反应速率的影响占主导地位，一定时间后，硫酸的浓度下降占据主导地位，因而氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。【例 8】等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间 t 产生气体体积 V 的数据，根据数据绘制得到下图，则曲线 a、b、c、d 所对应的实验组别是()组别 c(HCl)(molL1)温度()状态12.025块状22.530块状32.550块状42.550粉末状A4321 B1234C3421 D1243解析 化学反应速率与温度、浓度和固体物质的表面积大小有关，实验 1 的盐酸的浓度最小，反应的温度最低
13、，所以化学反应速率最小；物质状态相同时由于实验 3 的反应温度比实验 2 的反应温度高，所以反应速率实验 3 的大于实验 2 的；而实验 4 和实验 3 盐酸的浓度相同，反应的温度也相同，但物质的状态不相同，所以实验 4 的反应速率大于实验 3 的。答案 A能力提升训练1下列过程中需要吸收热量的是()AH22HB2H2O2=2H2OCCaOH2O=Ca(OH)2D2ClCl2解析：选 A H22H，需打开 H2 中的化学键，因此需要吸收热量，答案为 A。2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
14、相等D化学反应中既有物质变化又有能量变化解析：选 D 化合反应不一定是放热反应；化学键的断裂和形成是化学反应中的热量变化的主要原因；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。3已知反应 XY=MN 为放热反应，下列有关说法正确的是()AX 的能量一定高于 MBY 的能量一定高于 NCX 和 Y 的总能量一定高于 M 和 N 的总能量D因该反应为放热反应，所以一定不必加热就可以发生解析：选 C 反应 XY=MN 为放热反应，说明 X 和Y 的总能量高于 M 和 N 的总能量，C 项正确；X 的能量不一定高于 M，Y 的能量也不一定高于 N；放热反应有时也需要加热才能发生。4
15、某原电池的总反应离子方程式为 ZnCu2=Zn2Cu，则该原电池的正确组成可以是下列的()解析：选 C 该原电池的负极必须是锌，正极是活泼性比锌弱的电极，电解液中含 Cu2，符合条件的只有 C 装置。5下列对可逆反应的认识正确的是()A SO2 Br2 2H2O=H2SO4 2HBr 与 2HBr H2SO4(浓)=Br2SO22H2O 互为可逆反应B既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应C在同一条件下，同时向正、逆两个方向进行的反应叫可逆反应D电解水生成氢气和氧气与氢气和氧气点燃生成水的反应是可逆反应解析：选 C 正确理解可逆反应定义中的“同一条件下”、“同时”、“正、逆
16、两个方向”等关键字眼。6氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是()A该电池工作时电能转化为化学能B该电池中电极 a 是正极C外电路中电子由电极 b 通过导线流向电极 aD该电池的总反应：2H2O2=2H2O解析：选 D 燃料电池是将化学能转化为电能，A 项不正确；a 极通入 H2 发生氧化反应，是电池的负极，B 项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极 a 通过导线流向电极b，C 项不正确。7 一 定 温 度 下 在 某 定 容 容 器 中 发 生 反 应：2A(g)3B(g)=2C(g)，开始时，A 的浓度为 2 molL1，B 的
17、浓度为 4 molL1,2 min 后，A 的浓度减少 0.8 molL1，则(1)v(B)_，v(C)_。(2)在 2 min 末，C 的浓度是_，B 的浓度是_。答案：(1)0.6 molL1min1 0.4 molL1min1(2)0.8 molL1 2.8 molL18氢能源是 21 世纪极具发展前景的新能源之一，它既是绿色能源，又可循环使用。(1)请在下图的两个空格中填上循环过程中反应物和生成物的分子式，以完成理想的氢能源循环体系图(循环中接受太阳能的物质在自然界中广泛存在)。(2)从能量转换的角度看，过程应是_能转化为_能。(3)该燃料电池中以 KOH 溶液作电解质溶液，请写出该电
18、池的电极反应式：负极：_；正极：_。答案：(1)(从左到右)H2O H2 和 O2(2)化学 电(3)2H24e4OH=4H2O O22H2O4e=4OH9一个完整的氧化还原反应方程式可以拆分，写成两个“半反应式”，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。如 2Fe3Cu=2Fe2Cu2，可以写成氧化反应：Cu2e=Cu2，还原反应：2Fe32e=2Fe2。(1)根据以上信息将反应 3Cu8H2NO3=3Cu22NO4H2O 拆分为两个“半反应式”。氧 化 反 应：_；还 原 反 应：_。(2)已知甲烷燃料电池的半反应式分别为 CH410OH8e=CO23 7H2O；O22H2O4e=4OH，则总反应式为_。答 案：(1)3Cu 6e=3Cu2 8H 2NO3 6e=2NO4H2O(2)CH42O22OH=CO23 3H2O
