(人教版)高中化学选修四(全册)精品配套学案汇总

(人教版)高中化学选修四（全册）精品配套学案汇总

第一节原电池

【今日目标】

1.通过实验体验由化学能转为电能的探究。

2．掌握原电池的工作原理。

3．能正确书写电极反应和电池反应方程式。

【学习过程】

一、原电池

1.原理(以铜、锌原电池为例)

装置举例

2.

锌片负极，发生氧化反应电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋

铜片正极，发生还原反应电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu

总电极反应式为：Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋

3．构成条件

条件两个活泼性不同的电极，较活泼的做负极。

电解质溶液

形成闭合回路

能自发地发生氧化还原反应

4．原电池的设计

（1）.用还原性较强的物质作负极，向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作正极，从外电路得到电子。

（2）．将两极浸在电解质溶液中，通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。

（3）．放电时负极上的电子通过导线流向正极，再通过溶液中离子移动形成的内电路构成闭合回路。

【思考】

1. (1)原电池的两电极必须是金属吗？

【提示】不一定，如可用石墨做电极。

(2)Cu与稀H2SO4能否设计成原电池？

【提示】不能。Cu与稀H2SO4不能自发发生氧化还原反应。

2．在内电路中，阴、阳离子分别向哪个极板移动？

【提示】阴离子→负极，阳离子→正极。

3.①原电池中，电子流出的极是正极还是负极？

【提示】负极。

②若某电极在反应过程中增重，是原电池的正极还是负极？

【提示】正极。

【总结】

1．由组成原电池的两极材料判断

较活泼的金属为负极，较不活泼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向判断

外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。

3．根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断

在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

4．根据原电池中两极发生的反应判断

原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断。

5．根据电极质量的变化判断

原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。

6．根据电极上有气泡产生判断

原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为正极，活动性较弱。

7．根据某电极(X)附近pH的变化判断

生成H2或吸收O2电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为正极，金属活动性较弱。

例1、某高二化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果如下。

编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向

1 Mg、Al 稀盐酸偏向Al

2 Al、Cu 稀盐酸偏向Cu

3 Al、石墨稀盐酸偏向石墨

4 Mg、Al NaOH 偏向Mg

5 Al、Zn 浓硝酸偏向Al

(1)实验1、2中

(2)写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。

(3)实验4中Al作正极还是作负极？为什么？写出Al电极的电极反应式。

(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。

(5)根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极受到哪些因素的影响？

【解析】一般情况下，较活泼的金属作原电池的负极，根据实验1、2的结果，自然得出1中Al作正极，2中Al作负极。在NaOH溶液中，Al比Mg活泼，作负极。在浓硝酸中由于Al发生钝化，Zn作负极。

【答案】(1)不同；

(2)Al为负极：Al－3e－===Al3＋，石墨为正极：2H＋＋2e－===H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑；

(3)Al作负极，因为Al能与NaOH溶液反应而Mg不能与NaOH溶液反应，Al＋4OH－－3e－===AlO2－＋2H2O；

(4)实验5中由于Al在浓硝酸中发生钝化，所以Zn为负极；

(5)与另一电极材料的活泼性、电解质溶液的酸碱性以及电解质溶液的氧化性强弱等因素有关。

例2．有如图所示的两个原电池装置，下列说法不正确的是()

A．A池中负极的电极反应为Mg－2e－===Mg2＋

B．Mg在A池中为负极，在B池中为正极

C．B池中电子的流向：Mg→Al

D．原电池工作一段时间后，A池溶液的pH会增大

【解析】判断原电池正负极，除考虑活泼性还要注意电解质溶液对正负极的影响。对于稀硫酸来说，镁是比铝更活泼的金属；但对于氢氧化钠溶液来说，铝是比镁更活泼的金属，所以A池中镁是负极，B池中铝是负极，B对；A池中电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，A对；B 池中电子流向为Al―→Mg，C项错。A池中正极2H＋＋2e－===H2↑，随着反应进行，c(H＋)减少，pH增大，D对。

【答案】 C

二、原电池原理的应用

【问题导思】

①若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀H2SO4反应制取H2，哪种方法产生H2的

速率快？

【提示】粗锌。

②将金属a、b用导线相连插入稀H2SO4中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更

活泼？

【提示】 a

【总结】原电池原理的应用

1．加快氧化还原反应的速率

例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。

2．比较金属活动性强弱

例如：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。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a>b。3．用于金属的防护

如要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极。4．设计化学电池

例如：以2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2为依据，设计一个原电池。

(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池负极和正极电极反应式。

负极：Cu－2e－===Cu2＋

正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

(2)确定电极材料

负极：若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极

如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。

正极：正极的电极材料必须不如负极材料活泼。

本例中可用铜棒作负极。用铂丝或碳棒作正极：

(3)确定电解质溶液

一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作电解液。

(4)构成闭合回路。

例3、由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。

装置

现象金属A不断溶解，生成二价离子C的质量增加A上有气泡产生

根据实验现象回答下列问题：

(1)装置甲中负极的电极反应式是

_________________________。

(2)装置乙中正极的电极反应式

_________________________。

(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。

(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是

_____________________________。

【解析】甲、乙、丙均为原电池装置，依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性：A>B，乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活泼性：B>C，丙中A 上有气体即H2产生，则A为正极，活泼性：D>A，随着H＋的消耗，pH变大。

【答案】(1)A－2e－===A2＋

(2)Cu2＋＋2e－===Cu

(3)变大(4)D>A>B>C

例4．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：

①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A为负极；

②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D―→导线―→C；

③A、C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡；

④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是()

A．A＞B＞C＞D B．A＞C＞D＞B

C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A

【解析】金属与稀硫酸溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极表面得到电子生成氢气，电子运动方向由负极到正极。题中由①知A>B；由②知C>D；由③知A>C；由④知D>B。综合以上信息可知金属活动性A＞C ＞D＞B。

【答案】 B

三、原电池电极反应式的书写方法

【思路】：

1、如果题目给定了图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去写电极反应式；

2、如果题目给定了总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再根据溶液的酸碱性等实际情况去写电极反应式，另一电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式，用电池反应减去已写的电极反应式，即得结果。

3、特别需要指出的是对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解原理。

【注意事项】

(1)写电池反应时，正、负极电极反应式进行加和时，应注意电子得失要相等，再加和。

(2)利用总反应式减去其中一极反应式时也要注意电子守恒。

(3)弱电解质、气体或难溶电解质均用分子表示，其余用离子符号表示。

(4)注意电解质溶液的成分对正极、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或据化学方程式确定，如铅蓄电池中电解质溶液H2SO4中的SO42－参与电极反应生成PbSO4。(5)写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可以根据电极反应式的需要添加H＋或OH－或H2O。

例5、铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：

_________________________________________。

(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。

正极反应_________________________；

负极反应_________________________。

【解析】根据氧化还原反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计原电池，负极发生氧化反应，Cu失电子，正极选择比Cu活泼性弱的金属或石墨棒，电解质溶液为FeCl3溶液。

【答案】(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

(2)装置图：

Fe3＋＋e－===Fe2＋(或2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋)

Cu－2e－===Cu2＋

【课堂练习及精析】

1．下图中能组成原电池产生电流的是()

【解析】A、D两项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池。B项符合原电池的三个构成条件，且Zn能与H2SO4溶液反应，两电极发生的反应分别是Zn－2e－===Zn2＋，2H＋＋2e－===H2↑。C项中酒精不是电解质，故不是原电池。

【答案】 B

2．下列说法正确的是()

A．原电池是把电能转化为化学能的装置

B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应

C．原电池的两极发生的反应均为氧化还原反应

D．形成原电池后，原电池中的阳离子向正极移动

【解析】原电池是把化学能转化为电能的装置，电子流出的一极是负极，负极发生氧化反应，电解质溶液中的阴离子向负极移动；电子流进的一极是正极，正极发生还原反应，电解质溶液中的阳离子向正极移动。

【答案】 D

32＋2＋()

A B C D

正极Zn Cu Cu Zn

负极Cu Zn Zn Cu

电解质溶液CuCl2溶液H2SO4溶液CuSO4溶液CuCl2溶液

【解析】本题考查原电池的组成。活泼金属为负极，且能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。

【答案】 C

4．利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2设计一个原电池。在下图方格内画出实验装置图，并指出正极材料为________，电极反应式为_______________________；

负极材料为________，电极反应式为_________。

【解析】一般来说，自发的氧化还原反应都可以设计成相应的原电池。具体设计时，先将氧化还原反应拆分为两个半反应(即氧化反应和还原反应)，然后根据构成原电池的条件，选择合适的电极材料及适宜的电解质溶液，将两电极用导线连接插入电解质溶液形成闭合回路，即可成功设计原电池。

将Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2拆分为：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)和2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(还原反应)；结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极应用锌，则正极所用材料活泼性应比锌弱，为保证Fe3＋在正极得电子，则电解质溶液为FeCl3等易溶的铁盐溶液。【答案】(实验装置图如下)Pt(或石墨)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋Zn Zn－2e－===Zn2＋

5．下图是锌、铜和稀硫酸形成的原电池，某实验兴趣小组同学做完实验后，在读书卡片上记录如下：

实验后的记录：

①Zn为正极，Cu为负极

②H＋向负极移动

③电子流动方向为Zn―→Cu

④Cu极有H2产生

⑤若有1 mol电子流过导线，则产生的H2为5 mol

⑥正极反应式：Zn－2e－===Zn2＋

卡片上的描述合理的是()

A. ①②③B．③④⑤

C．④⑤⑥D．②③④

【解析】构成原电池的正极是Cu，负极是Zn，故①错误；电子从负极Zn流出，流向正极Cu，H＋向正极移动，在Cu上得电子：2H＋＋2e－===H2↑，故②错误，③④正确；此原电池负极上发生的反应是Zn－2e－===Zn2＋，⑥错误；总反应方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，当有1 mol电子通过时，产生H2为5 mol，故⑤正确。

【答案】 B

6．控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I 2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()

甲乙

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原

C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极

【解析】反应开始后，乙中石墨电极上发生的反应为2I－－2e－==I2，为氧化反应，A说法

正确。甲中石墨电极上发生的反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，Fe3＋被还原，B正确。电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态，C正确。电流计读数为零(反应达到化学平衡状态)后，在甲中溶入FeCl2固体，则平衡向逆反应方向移动，I2被还原，乙中的石墨电极为正极，D 错误。故选D。

【答案】 D

7．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()

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实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作；

④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．①②B．②③

C．②④D．③④

【解析】Cu作负极，Ag作正极。负极：Cu－2e－===Cu2＋；正极：Ag＋＋e－===Ag。在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错。没有盐桥，原电池不能继续工作，③错。无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，④对。【答案】 C

8.

如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是()

A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y

B．若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn

C．若两电极都是金属，则它们的活动性为X>Y

D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

【解析】由图可知电子的流动方向是X→外电路→Y，则电流的方向就为Y→外电路→X；X 为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。【答案】 C

9．在如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是()

M N P

A 锌铜稀硫酸溶液

B 铜铁稀盐酸

C 银锌硝酸银溶液

D 锌铁硝酸铁溶液

【解析】本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除A、D，由M棒变粗，可知B不正确。

【答案】 C

1如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电池，下列说法正确的是()

A．X为负极，电极反应为：Si－4e－===Si4＋

B．X为正极，电极反应为：4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑

C．X为负极，电极反应为：Si＋6OH－－4e－===SiO32－＋3H2O

D．Y为负极，电极反应为：Fe－2e－===Fe2＋

【解析】硅、铁、NaOH溶液组成原电池时，Si为负极：Si－4e－＋6OH－=== SiO32－＋3H2O；铁为正极：4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，总反应式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。【答案】 C

11．(1)下列装置属于原电池的是________。

(2)在选出的原电池中，________是负极，发生______反应，________是正极，该极的现象是________________________________________________________________________。(3)此原电池反应的化学方程式为

________________________________________________________________________。

【解析】(1)构成原电池的条件：两个活动性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路；自发进行的氧化还原反应。根据此条件知，⑤属于原电池。

(2)(3)在⑤中，Fe为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，表面有气泡冒出，反应实质为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。

【答案】(1)⑤

(2)Fe氧化Cu Cu表面有气泡产生

(3)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

12．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。

请回答下列问题：

(1)电极X的材料是____________；电解质溶液Y是__________；

(2)银电极为电池的__________极，发生的电极反应为________________________；X电极上发生的电极反应为____________________。

(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。

【解析】由氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)可知，可以选用Cu—Ag—AgNO3(aq)构成简易的原电池。因此题图中电极X的材料是Cu，电解质溶液Y是AgNO3(aq)，正极为Ag，正极上发生的反应为Ag＋＋e－===Ag。负极为Cu，负极上发生的反应为Cu－2e－===Cu2＋。在外电路，电子由负极流向正极，即从X(Cu)电极流向Ag电极。【答案】(1)Cu AgNO3

(2)正Ag＋＋e－===Ag Cu－2e－===Cu2＋

(3)X(Cu)Ag

13．现有如下两个反应：

(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O

(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋

(1)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、负极材料及其电极反应式和反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：负极：________，________________，

________________________________________________________________________；

正极：________，________________，

________________________________________________________________________；

若导线上转移电子1 mol，则正极质量增加________g，电解质溶液：________。

【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，正极材料应是比铜还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。

【答案】(1)(A)不能，(B)可以

(2)(A)为非氧化还原反应，没有电子转移

(3)Cu Cu－2e－===Cu2＋氧化反应碳棒、Ag、Pt、Au(任选一)2Ag＋＋2e－===2Ag还原反应108AgNO3溶液

14．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu金属活动性的相对强弱，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，以确定它们活动性的相对强弱。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活动性相对强弱的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

用离子方程式表示其反应原理：

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【解析】 比较或验证金属活动性相对强弱的方案有很多，可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证；也可以利用原电池原理(负极是较活泼的金属)，也可以利用金属单质间的置换反应来完成。

【答案】 方案Ⅰ：Fe ＋2H ＋===Fe 2＋

＋H 2↑

方案Ⅱ：

2H ＋

＋2e －

===H 2↑ Fe －2e －

===Fe 2＋

方案Ⅲ：把铁片插入CuSO 4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质(合理即可)

Fe ＋Cu 2＋===Cu ＋Fe 2＋

第一节化学反应速率

【今日目标】

1.了解化学反应速率的定义。

2．掌握有关化学反应速率的计算。 3．了解实验测定化学反应速率的方法。 【学习过程】 一、化学反应速率

化学反应速率表示方法：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。 表达式：v ＝Δc

Δt

单位：常用mol/(L·s)或mol/(L·min)

举例：对任意一个反应，用符号来代替具体的化学物质， 反应方程式表示为mA ＋nB===pY ＋qZ 。 用不同物质表示的化学反应速率分别为： v(A)＝Δc(A)Δt ；v(B)＝Δc(B)Δt ；v(Z)＝Δc(Z)Δt ；

【思考】

1． 同一化学反应，用不同物质表示其反应速率时，数值相同吗？

【提示】 不一定，若化学计量数相同，则反应速率相同，否则，不相同。

2、①对反应CaCO 3＋2HCl===CaCl 2＋H 2O ＋CO 2↑能否用CaCO 3来表示化学反应速率？

【提示】 不能用固体或纯液体表示化学反应速率。 ②化学反应速率是某一时刻的速率吗？

【提示】 不是，是平均反应速率。

③同一反应中用不同物质表示反应速率时，其数值有什么关系？

【提示】其数值与化学计量数成正比。

【总结】

1．一个确定的化学反应涉及反应物和生成物，在化学里，通常笼统地说化学反应速率快慢时，往往是对整个化学反应而言，

例如，H2＋F2===2HF反应很快、

CH3COOH＋CH3CH2OH===CH3COOCH2CH3＋H2O反应很慢等；

定量地表示化学反应速率时，是对某种具体物质而言的，

例如在N 2＋3H22NH3中v(N2)＝5 mol·(L·min)－1等。

故描述反应速率时应指明具体物质。

2．一般来说，化学反应速率随反应的进行而逐渐减慢。

因此，某一段时间内的反应速率，实际上是一段时间内的平均速率，而不是指瞬时速率。3．无论是反应物还是生成物，其化学反应速率值都取正值。

4．由于一个化学反应里各物质之间化学计量数不一定相同，

所以，在同一个化学反应里，用不同物质表示的化学反应速率不一定相同。

但是，各物质的化学反应速率之比等于它们的化学计量数之比。

5．固体或纯液体(注意：不是溶液)的物质的量浓度可视为不变的常数，

因此，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。

例如：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，则一般不用钠或水表示化学反应速率。

例1、反应4A(g)＋3B(g)==2C(g)＋D(g)，经2 min，B的浓度减少6 mol·L－1。对此反应速率的表示，正确的是()

①用A表示的反应速率是4 mol·L－1·min－1

②分别用B、C、D表示的反应速率其比值为3∶2∶1

③在2 min末的反应速率，用B表示是3 mol·L－1·min－1

④在这2 min内用B表示的反应速率的值是逐渐减小的，用C表示的反应速率的值是逐渐增大的

A．①②B．③

C．①D．②④

【解析】本题考查对反应速率定义的理解。

①根据化学计量数知，A的浓度减少8 mol/L，故v(A)＝4 mol/(L·min)。

②B、C、D的化学计量数之比为3∶2∶1，故其反应速率之比为3∶2∶1。

③中是2 min内的平均反应速率，而不是瞬时速率。

④用B表示的反应速率逐渐减小，用C表示的值也逐渐减少。

【答案】 A

例2、以下关于化学反应速率的论述中正确的是()

A．化学反应速率可用某时刻生成物的物质的量来表示

B．在同一反应中，用反应物或生成物表示的化学反应速率数值是相同的

C．化学反应速率是指反应进行的时间内，反应物浓度的减小或生成物浓度的增加

D．可用单位时间内氢离子物质的量浓度的变化来表示NaOH和H2SO4反应的速率

【解析】化学反应速率是用单位时间内反应物或生成物浓度的改变量来描述的，用不同物质表示时，数值可能不同，所以A、B、C都不正确。

【答案】 D

二、化学反应速率的计算及比较 【问题导思】 ① 已知A ＋2B C 中，若知道A 的反应速率，能否确定其他物质的反应速率？

【提示】 能。根据速率之比等于化学方程式中计量数之比来求算。 ② 比较化学反应速率大小时要注意哪些问题？

【总结】

1．化学反应速率的计算

(1)利用化学反应速率的表达式：v ＝Δc

Δt

(2)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的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：对于化学反应aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)， 有下列恒等式：

v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a ∶b ∶c ∶d ＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D) ＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)

(3)求解化学反应速率的计算题一般按以下步骤： ①写出有关反应的化学方程式。

②找出各物质的起始浓度、转化浓度、某时刻浓度。 ③根据已知条件列方程计算。 例如：反应 mA ＋nB pC 起始浓度(mol/L) a b c 转化浓度(mol/L) x nx m px

m 某时刻浓度(mol/L) a －x b －nx m c ＋px

m 计算中注意以下关系：

①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻) ②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻) ③转化率：c 转化

c 起始

×100%

2．化学反应速率的比较

(1)用同一物质的反应速率比较反应进行的快慢时，必须要保证在速率单位一致的前提下再比较数值的大小。例如，v(H2)＝1 mol/(L·s)与v(H2)＝3 mol/(L·min)不能只看数值大小，应该先换算单位统一后，再进行比较。

(2)用不同物质的反应速率比较反应进行快慢时，除要保证单位一致外，还要根据反应速率之比等于化学计量数之比进行换算后再比较。例如，反应aA ＋bB cC ，要比较两种不同情况下的v(A)与v(B)的相对大小，即比较v A a 与v B b ，若v A a >v B

b ，则第一种情况下A 的反应速率较大。

例3、一定温度下，在2 L 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图所示。下列描述正确的是( )

A．反应开始到10 s 时，用Z表示的反应速率为158 mol·(L·s)－1

B．反应开始到10 s时，X的物质的量浓度减少了79 mol·L－1

C．反应开始到10 s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)

【解析】由图可知，由0～10 s，n(X)由1.20 mol减少到41 mol，n(Y)由1.00 mol减少到21 mol，n(Z)由0增加到1.58 mol，故v(Z)＝

1.58 mol

2 L

10 s＝079 mol·L－1·s－1，A项错；反应开始到10 s时，X的物质的量浓度减少

1.20－0.41

2＝395(mol·L

－1)，B项错；c(Y)＝

1.00 mol－0.21 mol

1.00 mol

×100%＝79.0%，C项正确；相同时间内X、Y、Z的物质的量的变化值之比为79 mol ∶79 mol∶1.58 mol＝1∶1∶2，故反应的化学方程式为：X(g)＋Y(g)2Z(g)，D项错。

【答案】 C

利用图像进行化学反应速率计算的方法

(1)由图像中各量的变化找出反应物、生成物。

(2)看准图像坐标表示的含义，根据某一时段各物质的变化，找出相应的变化量(Δc、Δn等)，求反应速率。

(3)根据化学反应速率之比等化学计量数之比，确定相应的化学方程式。

例4、将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g)2C(g)，若经2 s后测得C的浓度为6 mol/L，现有下列几种说法：

①用物质A表示反应的平均速率为3 mol/(L·s)

②用物质B表示反应的平均速率为6 mol/(L·s)

③2 s时物质A的转化率为70%

④2 s时物质B的浓度为7 mol·L－1。

其中正确的是()

A．①③B．①④

C．②③D．③④

【解析】解题时先利用所给条件列出“三段式”：

2A(g)＋B(g)2C(g)

起始浓度/mol·L－1210

2s 内变化浓度/mol·L －1 6 3 6 2 s 时浓度/mol·L －1 1.4 7 6 ①依据反应的平均速率的定义可知 v (A)＝2 mol·L －

1－1.4 mol·L －

1

2 s ＝

3 mol/(L·s)；

②同理可知：v (B)＝15 mol/(L·s)；

③A 的转化率＝2 mol·L －

1－1.4 mol·L －

12 mol·L －

1

×100%＝30%； ④2 s 时B 的浓度为7 mol·L －

1，检查选项，只有①④正确，即B 项正确。

【答案】 B

三、化学反应速率的测定 1.测定原理

利用化学反应中与某一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。 2．测定方法

(1)利用能够直接观察的某些性质测定

如通过测量释放出一定体积的气体的时间来测定反应速率，或测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。

(2)利用科学仪器测量物质的性质 如在溶液中，当反应物或产物本身有较明显的颜色时，可利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。

【思考】已知2 g 锌粒(假设颗粒大小基本相同)分别与40 mL 1 mol/L 和40 mL 4 mol/L H 2SO 4溶液反应，请问你有几种方法分别测定它们反应速率的大小？

【提示】 (1)测定收集一定体积的H 2时所用的时间。

(2)测定一段时间内溶液中c(H ＋

)的变化。 (3)测定一段时间内Zn 粒质量的变化。 【课堂练习及解析】

1．下面有关化学反应速率的说法中正确的是( )

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 ．化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加来表示

C ．若某化学反应的反应速率为5 mol·L －1·s －

1就是指在该时间内反应物和生成物的浓度变化

平均每秒为5 mol·L －

1

D ．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度

【解析】 不是所有化学反应都有明显的现象，A 错误；不是所有的物质都可以用来表示反应速率，固体和纯液体一般不用来表示反应速率，因为固体和纯液体的浓度不发生变化，视

为常数，B 错；该时间内反应物和生成物的浓度变化平均每秒都为5 mol·L －

1，C 说法错误，反应速率应该指单位时间内反应物和生成物的浓度变化；D 正确。 【答案】 D

2．对于反应：CaCO 3＋2HCl===CaCl 2＋H 2O ＋CO 2↑，下列说法正确的是( ) A ．用HCl 和CaCl 2表示的反应速率数值不同，但所表示的意义相同 B ．不能用CaCO 3浓度的变化来表示反应速率，但可用水来表示

C．用H2O和CO2表示的化学反应速率相同

D．用CaCl2浓度的减少来表示其反应速率

【解析】本题考查的是化学反应速率的概念。因为CaCO3是固体，H2O为溶剂，不能用其表示化学反应速率；CaCl2的浓度在反应过程中会增加。

【答案】 A

3．2SO 2＋O22SO3经一段时间反应后，SO3的浓度增加了4 mol·L－1，在这段时间内用O2表示的反应速率为04 mol/(L·s)，则这段时间为()

A．1 s B．2.5 s C．5 s D．10 s

【解析】该时间内SO3的浓度增加了4 mol·L－1，根据化学方程式，相同时间内O2浓度减

小了2 mol·L－1。所以，Δt＝Δc

v＝

0.2 mol·L－1

0.04 mol/(L·s)＝5 s。

【答案】 C

4．在不同条件下，分别测得反应2SO 2＋O22SO3的化学反应速率，其中表示该反应进行得最快的是()

A．v(SO2)＝4 mol·L－1·min－1

B．v(O2)＝3 mol·L－1·min－1

C．v(SO2)＝1 mol·L－1·s－1

D．v(O2)＝1 mol·L－1·s－1

【解析】本题考查的是化学反应速率的比较。以SO2为标准，并将单位统一，A、B、C、D选项换算成以SO2为标准的反应速率后分别为：A.v(SO2)＝4 mol/(L·min)；B.v(SO2)＝2v(O2)＝6 mol/(L·min)；C.v(SO2)＝1×60 mol/(L·min)＝6 mol/(L·min)；D.v(SO2)＝2v(O2)＝2×1×60 mol/(L·min)＝12 mol/(L·min)。

【答案】 D

第一章化学反应与能量

第一节化学反应与能量的变化

第1课时焓变反应热

【今日目标】

1.由能量转化的原因分析吸热和放热反应。

2．了解反应热和焓变的涵义。

3．由化学键理论分析能量转化的原因。

【学习过程】

一、焓变与反应热

1.概念

(1)焓变(ΔH)

①定义：焓(H)是与内能有关的物理量。在一定条件下，某一化学反应是吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓值差即焓变(ΔH)决定。

②常用单位：kJ/mol(或kJ·mol－1)。

(2)反应热：恒压条件下，反应的热效应等于焓变。因此常用ΔH表示反应热。

2．化学反应过程中有能量变化的原因

如图所示：

H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化示意图

(1)实质：

①断裂1 mol H2分子中的化学键需要吸收436 kJ的能量。断裂1 mol Cl2分子中的化学键需要吸收243 kJ的能量。

②形成1 mol HCl分子中的化学键需要放出431 kJ的热量。

(2)结论：该反应放出的能量为2×431 kJ，吸收的能量为(436＋243)kJ，故为最终放出能量的反应，两者的热量差为183 kJ。

3．吸热反应和放热反应

放热反应：

形成生成物释放的总能量大于破坏反应物吸收的总能量。

反应放出能量而使体系的能量降低。

ΔH为“－”或ΔH<0。

吸热反应：

形成生成物释放的总能量小于破坏反应物吸收的总能量。

反应吸收能量而使体系的能量升高。

ΔH为“＋”或ΔH>0。

1．任何化学反应一定伴随能量的变化吗？

【提示】一定。

2．浓H2SO4溶于水放出大量的热，是放热反应吗？

【提示】不是。因为这是个物理变化。

二、反应热与自身能量、化学键的关系及简单计算

【问题】

①若反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应还是吸热反应？

【提示】放热。

②反应热与化学键键能有何关系？

【提示】反应热＝断裂化学键吸收的能量－形成化学键放出的能量。

③如何计算某反应的反应热(ΔH)?

【提示】ΔH＝生成物本身具有的总能量－反应物本身具有的总能量＝断裂化学键吸收的能量－形成化学键放出的能量。

1．反应热与自身能量的关系

2．化学键与化学反应中能量变化的关系

化学反应过程是原子重新组合的过程，反应物分子内化学键的断裂需要吸收能量，生成新物质时形成新的化学键要放出能量。二者的能量差，就决定了能量的变化。

(1)当E1>E2时，反应吸收能量；

(2)当E1

3．ΔH的计算方法

(1)ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量。

(2)ΔH＝断键吸收的总能量－成键释放的总能量。

【注意】1．破坏反应物中的化学键吸收的能量越小，说明反应物越不稳定，本身的能量越高。

2．形成生成物的化学键放出的能量越多，说明生成物越稳定，本身的能量越低。

【典例精析】

例1、下列说法正确的是()

A．焓变单位中kJ·mol－1，是指1 mol物质参加反应时的能量变化

B．当反应放热时ΔH＞0，反应吸热时ΔH＜0

C．一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”D．一个化学反应中，生成物总键能大于反应物的总键能时，反应吸热，ΔH为“＋”

【解析】焓变单位中的kJ·mol－1，是指每摩尔具体的反应，不一定指参加反应的物质，A 错；在反应中物质所具有的总能量减少，反应就放热，反之就吸热，C对；化学反应的实质是旧化学键的断裂，新化学键的形成，断键时吸收能量，成键时释放能量，所以D错。【答案】 C

本题易错选A，ΔH中的单位kJ/mol可理解为每摩尔的反应，是表明参加反应的各物质的物质的量与化学方程式中物质的计量数相同，而不一定是每摩尔的物质。

例2、．已知拆开1 mol H2、1 mol O2中的化学键需要消耗的能量分别为436 kJ、496 kJ，形成1 mol H—O键释放的能量为463 kJ。试说明2 mol H2(g)在适量O2中燃烧生成水蒸气的能量变化。

【解析】先分别求出反应过程放出能量和吸收能量的大小，然后求出反应过程中的能量变化。根据化学方程式2H2＋O2===2H2O，该反应断键吸收的能量为2×436 kJ＋1×496 kJ＝1 368 kJ，该反应成键放出的能量为4×463 kJ＝1 852 kJ，因此共放出能量484 kJ。

【答案】 2 mol H2(g)在适量O2中燃烧生成水蒸气时，放出484 kJ的能量。三、吸热反应与放热反应比较

【问题导思】

①需加热的反应一定是吸热反应吗？常温下进行的反应一定是放热反应吗？【提示】不一定。

②常见的吸热和放热反应有哪些？

【提示】常见的吸热反应：大多数分解反应，Ba(OH)·8H2O与NH4Cl反应等。

类型

比较

放热反应吸热反应

图示

实例①大多数化合反应

②中和反应

③金属与酸的反应

④燃烧反应⑤铝热反应

①大多数分解反应

②Ba(OH)2·8H2O晶体与氯化铵的反应

③以C、CO为还原剂的氧化还原反应

【注意】吸热反应与放热反应与条件无必然的联系。需加热的反应不一定是吸热反应。有的反应开始时需加热，但反应发生后会放出一定的热量，能够维持该反应继续进行，如C＋O2点燃,CO2。

【典例精析】

例3、由图分析，下列说法正确的是()

A．A→B＋C和B＋C→A两个反

应吸收或放出的能量不等

B．A→B＋CΔH<0

C．A具有的焓高于B和C具有的焓的总和

D．A→B＋CΔH>0，则B＋C→AΔH<0

【解析】本题考查焓变与放热、吸热反应的关系。由图可看出，

B和C的焓之和高于A的焓，则反应B＋C→A一定是放热反应，ΔH<0；反之，A→B＋C的反应一定是吸热反应。根据能量守恒定律，两反应吸收和放出的能量一定相等。

【答案】 D

例4．下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是

()

A．碳酸钙受热分解B．乙醇的燃烧

C．铝粉与氧化铁粉末反应D．氧化钙与水反应

【解析】生成物总能量高于反应物总能量，也就是说该反应是吸热反应。常见的吸热反应有水煤气的制取、大多数的分解反应、C与CO2的反应等。