高中化学人教版必修二第二章化学反应与能量学案

第二章化学反应与能量复习课

学习目标

1.进一步熟悉化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因(化学键的断裂要吸收能量,化学键的形成要放出能量)。知道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。知道化学能与热能的相互转化,了解化学能转化为热能在生产、生活中的应用及其对人类文明发展的贡献。

2.能举例说明化学能与电能的转化关系及其应用,初步了解化学电池的化学反应基础(氧化还原反应)及研制新型电池的重要性。

3.通过实例认识化学反应的速率及其影响因素,知道化学反应有一定的限度,并在此基础上认识控制反应条件对生产、生活及科学研究的意义,初步认识提高燃料燃烧效率的重要性和途径。

自主学习

一、化学反应中的能量变化

1.吸热反应与放热反应

(1)吸热反应:

①概念:的化学反应;

②从总能量角度分析:小于;

③从键能角度分析:大于;

④常见的吸热反应:大多数分解反应、NH4Cl(s)与Ba(OH)2·8H2O(s)反应等。

(2)放热反应:

①概念:的化学反应;

②从总能量角度分析:大于;

③从键能角度分析:小于;

④常见的放热反应:大多数化合反应、燃烧反应、中和反应、活泼金属和酸反应等。

(3)根据你对吸热反应和放热反应理解判断正误,并给予解释。

①吸热反应很难进行,放热反应较易进行。

②吸热反应一定需要加热或点燃,放热反应一定不用加热或点燃。

2.化学反应中能量变化的计算

(1)用E(反应物)表示反应物的总能量,E(生成物)表示生成物的总能量,ΔQ表示能量变化,则:

ΔQ=。

(2)用Q(吸)表示反应物分子断键时吸收的总能量,Q(放)表示生成物分子成键时放出的总能量,ΔQ表示能量变化,则:ΔQ=。

二、原电池

1.原电池工作原理

(1)负极和正极:

①负极:

a.电极材料—的金属;

b.电子流向—电子的一极;

c.反应类型—反应的一极;

d.离子流向—流向的一极。

②正极:

a.电极材料—的金属或能导电的非金属;

b.电子流向—电子的一极;

c.反应类型—反应的一极;

d.离子流向—流向的一极。

(2)电极反应式的书写。

负极:还原剂-n e-氧化产物;

正极:氧化剂+n e-还原产物。

2.原电池原理的应用

(1)加快化学反应速率;

(2)比较金属活动性强弱;

(3)防止金属的腐蚀(设计成原电池的正极);

(4)设计化学电源。

三、化学反应速率和限度

1.化学反应速率

(1)化学反应速率的三种计算方法

①定义式法

公式v=

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

③三段式法

(2)影响化学反应速率的因素

增大化学反应速率的五种方法:;;;;。

2.化学反应的限度

(1)判断以下三种说法的正误。

①反应物完全转化成生成物。

②化学反应停止了。

③外界条件改变对平衡状态无影响。

(2)判断以下两种说法的正误。

①各组分的浓度相等证明反应达到平衡状态。

②各组分的分子数等于化学计量数之比证明反应达到平衡状态。

课内探究

一、化学反应中的能量变化

【例1】下图1是等质量的Na2CO3、NaHCO3粉末分别与足量的盐酸发生反应时的情景,产生CO2气体的体积较多的A试管中加入的固体试剂是。

图1

图2

实验过程中我们还能感受到Na2CO3与盐酸反应时是放热反应,而NaHCO3与盐酸反应时表现为吸热。在A、B两试管中的此反应过程中,反应体系的能量变化的总趋势分别对应于图2中的:A—,B—[填写“(a)”或“(b)”]。

【例2】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()

N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化

A.通常情况下,NO比N2稳定

B.通常情况下,N2(g)和O2(g)混合能直接生成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

[练习1]下列说法正确的是()

A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

B.化学反应中的能量变化都表现为热量变化

C.任何放热反应在常温下一定能发生反应

D.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热

[练习2]下列反应中生成物的总能量高于反应物的总能量的是()

A.碳酸钙受热分解

B.乙醇燃烧

C.钠与水反应

D.氧化钙溶于水

二、原电池

【例3】研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法中不正确的是()

A.水既是氧化剂又是溶剂

B.放电时正极上有氢气生成

C.放电时OH-向正极移动

D.总反应为:2Li+2H2O2LiOH+H2↑

【例4】对铜—稀硫酸—锌组成的原电池装置中,当导线中有1 mol电子通过时,理论上的两极变化是()

①锌片溶解了32.5 g②锌片增重了32.5 g③铜片上析出1 g氢气④铜片上析出1 mol氢气

A.①③

B.①④

C.②③

D.②④

[练习3]在如图所示的装置中,a的金属活泼性比氢强,b为石墨棒,关于此装置的各种叙述不正确的是()

A.石墨棒上有气体放出,溶液pH变大

B.a是正极,b是负极

C.导线中有电子流动,电子从a极到b极

D.a极上发生了氧化反应

[练习4]高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为:

3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列叙述不正确的是()

A.放电时负极反应为:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2

B.放电时正极发生氧化反应

C.放电时每转移2 mol电子,反应的锌的质量是65 g

D.放电时化学能转化为电能

三、化学反应速率和限度

【例5】已知反应N2+3H22NH3,下列说法能说明该反应处于化学平衡状态的

是()

①v(N2生成)=v(N2消耗),②N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2,③单位时间内生成2 mol NH3,同时消耗1 mol N2,④N2、H2、NH3的物质的量不再发生变化。

A.①④

B.②③

C.②③④

D.①③④

【例6】在一密闭容器里装有氮气和氢气。反应开始时,氮气的浓度为2 mol·L-1,氢气的浓度为5 mol·L-1,反应2 min后,测得容器中氮气的浓度为1.8 mol·L-1。2 min后氢气的浓度为多少?这2 min内氮气的平均反应速率是多少?氢气和氨气的平均反应速率各是多少?2 min内氮气、氢气和氨气的反应速率之比为多少?

[练习5]反应3X(g)+Y(g)2Z(g)+2W(g)在2 L密闭容器中进行,5 min后Y减少了0.5

mol,则此反应的平均速率v为()

A.v(X)=0.05 mol/(L·min)

B.v(Z)=0.10 mol/(L·min)

C.v(Y)=0.10 mol/(L·min)

D.v(W)=0.10 mol/(L·s)

[练习6]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,用Z表示的反应速率为0.158 mol/(L·s)

B.10 s后,该反应停止进行

C.反应的化学方程式为2X(g)+Y(g)2Z(g)

D.反应开始到10 s时,平均反应速率:v(X)=v(Y)=0.039 5 mol/(L·s)

参考答案

自主学习

一、1.(1)①吸收热量②反应物具有的总能量生成物具有的总能量③反应物分子断裂时吸收的总能量生成物分子成键时释放的总能量

(2)①释放热量②反应物具有的总能量生成物具有的总能量③反应物分子断裂时吸收的总能量生成物分子成键时释放的总能量

(3)①错误;吸热反应、放热反应只是从能量变化的角度分析的,吸收热量的化学反应是吸热反应,放出热量的化学反应是放热反应,与反应的难易无关。

②错误;吸热反应、放热反应与反应条件无必然的关系。有些吸热反应常温下就能进行,如NH4Cl(s)与Ba(OH)2·8H2O(s)的反应;有些放热反应需要加热或点燃才能发生,如木炭的燃烧。

2.(1)E(生成物)-E(反应物)

(2)Q(吸)-Q(放)

二、1.(1)①a.较活泼 b.流出 c.发生氧化 d.阴离子

②a.较不活泼 b.流入 c.发生还原 d.阳离子

三、1.(2)增大反应物浓度增大压强升高温度加入催化剂增大固体反应物的表面积

2.(1)①错误。可逆反应中反应物不能100%的转化,反应物和生成物共存。

②错误。反应达到化学平衡状态时,反应并没有停止,实际上正反应与逆反应始终在进行,只是正反应速率等于逆反应速率。

③错误。任何化学平衡状态均是相对的、有条件的,当外界条件变化时,化学平衡状态也会发生相应的变化。

(2)①错误,②错误。反应达到化学平衡状态时各组分的浓度保持不变,但不一定相等,也不一定等于化学计量数之比。

课内探究

一、【例1】解析:Na2CO3、NaHCO3的质量相等,则NaHCO3的物质的量多,与足量盐酸反应时产生的CO2也多。由已知Na2CO3与盐酸反应是放热反应,而NaHCO3与盐酸反应时表现为吸热,说明Na2CO3与盐酸的总能量大于生成物的总能量,而NaHCO3与盐酸的总能量小于生成物的总能量。

答案:碳酸氢钠(NaHCO3)(b)(a)

【例2】答案:C

[练习1]解析:放热反应和吸热反应都是在一定条件下发生的,反应开始需要加热的反应可能是吸热反应也可能是放热反应,A、C错误;化学反应的能量变化可以表现为很多方面,如转化为热能、电能、光能等,B错误;化学反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小,D正确。

答案:D

[练习2]解析:生成物总能量高于反应物总能量,说明该反应是吸热反应,A是吸热反应;乙醇燃烧、钠与水反应、氧化钙溶于水均是放热反应,B、C、D错误。

答案:A

二、【例3】解析:原电池放电时OH-是向负极移动的,所以C是错误的。这种电池名称叫锂水电池,可推测其总反应为:2Li+2H2O2LiOH+H2↑,再写出其电极反应如下: 负极:2Li-2e-2Li+;

正极:2H2O+2e-2OH-+H2↑;

结合选项分析A、B、D都是正确的。

答案:C

【例4】解析:铜—稀硫酸—锌原电池电极反应式为:负极:Zn-2e-Zn2+,正

极:2H++2e-H2↑,故1 mol电子通过电路之后有32.5 g锌溶解,1 g氢气从铜电极析出。

答案:A

[练习3]解析:电极a、b与电解质溶液稀硫酸组成原电池。因a是活泼性排在氢之前的活泼金属,故a为电池的负极,b为正极。a极发生氧化反应,b极发生还原反应。由于正极放电消耗H+,溶液中c(H+)减小,pH增大,在外电路中,电子由a极流出经电流表流向b极。

答案:B

[练习4]解析:该电池放电时负极发生氧化反应:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,正极发生还原

反应,电路中每1 mol锌(65 g)反应,转移2 mol电子,A、C正确,B错误;放电时,作原电池,化学能转化为电能,D正确。

答案:B

三、【例5】答案:A

【例6】答案:c(H2)=4.4 mol/L v(N2)=0.1 mol/(L·min)v(H2)=0.3 mol/(L·min) v(NH3)=0.2 mol/(L·min)

v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=1∶3∶2

[练习5]解析:据题意知:

v(Y)=0.5 mol÷2 L÷5 min=0.05 mol/(L·min),

v(X)=0.15 mol/(L·min),

v(Z)=v(W)=0.10 mol/(L·min),故B正确。

答案:B

[练习6]解析:反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为 1.58 mol÷2 L÷10 s=0.079 mol/(L·s),A错误;10 s后,反应达到平衡状态,但没有停止进行,B错误;据图可知,10 s时X、Y、Z三种物质的物质的量变化量分别是0.79 mol、0.79 mol、1.58 mol,故反应为

X(g)+Y(g)2Z(g),C错误;反应开始到10 s时,v(X)=v(Y)=0.79 mol÷2 L÷10 s=0.039 5 mol/

(L·s),D正确。

答案:D