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预习自测：（12）化学反应与能量答案以及解析
1.答案：A
解析：
2.答案：B
解析：A.太阳能集热器是将太阳能转化为热能，A不符合题意；
B.锂离子电池属于二次电池，放电时可实现化学能转化为电能，B符合题意；
C.根据电饭煲的工作原理可知，工作时电能转化为热能，C不符合题意；
D.风力发电机可实现风能转化为电能，D不符合题意；
故选B。
3.答案：D
解析：由示意图可知，②→③是化学键断裂的吸热过程，A项正确；③→④是N原子和H原子形成中N—H极性键的过程，B项正确；合成氨反应是放热反应，故反应物旧键断裂吸收的能量小于生成物新键形成释放的能量，C项正确；其他条件相同，使用催化剂不会减少合成氨反应放出的热量，D项错误。
4.答案：B
解析：A项，不能用固体或纯液体浓度的变化来描述化学反应速率，错误；C项，化学反应速率是一个时间段内的平均反应速率，而不是某一个时刻的瞬时速率，错误；D项，有些化学反应没有明显的实验现象，错误。
5.答案：A
解析：家用燃气灶工作时，能将化学能转化为热能，A项符合题意；锌锰干电池工作时，能将化学能转化为电能，B项不符合题意；锂离子电池充电时，能将电能转化为化学能，锂离子电池放电时，能将化学能转化为电能，C项不符合题意；硅太阳能电池工作时，能将太阳能转化为电能，D项不符合题意。
6.答案：B
解析：过氧化钠和水反应，释放热量，属于放热反应，A项不符合题意；灼热的木炭与反应，属于吸热反应，B项符合题意；盐酸与氢氧化钠溶液发生中和反应，释放热量，属于放热反应，C项不符合题意；干冰升华吸收热量，但该变化为物理变化，D项不符合题意。
7.答案：C
解析：A.锌是负极，锌失电子生成锌离子进入溶液，所以质量逐渐减小，故A正确；B.铜是正极，正极上氢离子得电子发生还原反应生成氢气，所以氢离子在铜表面被还原，故B正确；C.电流流向和电子流向相反，所以电流流向是从铜片沿导线流向锌片，故C错误；D.电子从负极沿导线流向正极，所以电子从锌片经导线流向铜片，故D正确；故选C。
8.答案：BD
解析：A错误，因为时刻正反应速率大于逆反应速率，反应正向进行。B正确，因为图中显示时刻正反应速率大于逆反应速率。C错误，因为图中显示时刻正反应速率大于逆反应速率，反应正向进行。D正确，因为图中显示时刻正反应速率等于逆反应速率。
9.答案：C
解析：由图示可知和在Ni催化作用下，最终生成CO和，故A正确；化学反应的过程中存在反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成，由图示可知①→②过程中既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成，故B正确；①的能量总和大于②的能量总和，则①→②的过程释放能量，故C不正确；由图示可知和催化重整生成CO和的过程中Ni的质量和化学性质都没有发生变化，则Ni为催化剂，故D正确。
10.答案：B
解析：5min后达到平衡，测得容器内B物质的浓度减少了0.2，则消耗的B的物质的量为5L×0.2=1mol，则有：
在5min内该反应用C的浓度变化表示的平均反应速率为，故A正确；A是固体，所以平衡时B的体积分数为，故B不正确，A是固体，所以初始时的压强与平衡时的压强比为4:5，故C正确；平衡时B的转化率为，故D正确。
11.答案：C
解析：是一个正反应放热的可逆反应，提高反应时的温度，使的转化率降低，不能实现的完全转化。
12.答案：C
解析：分子中的化学键是非极性键，HCl分子中的化学键是极性键，故A错误；根据反应放出能量可知，1mol与1 mol 的总能量大于2 mol HCl的总能量，故B错误；由题图可知，断开1mol和1 mol 中的化学键分别需要吸收的能量，形成1molHCl中的化学键放出的能量，则反应放出的能量为，故C正确；已知为放热反应，若反应过程中，则反应吸收能量，与实际不符，故D错误。
13.答案：D
解析：时，不为零，故正、逆反应都在进行，故A错误；时，反应达到平衡状态，平衡状态是动态平衡，可逆反应达到平衡后，反应仍在进行，故B错误；若1molX完全转化时生成1.5molY，时反应达到平衡状态，反应物不可能完全转化，所以生成的Y的物质的量小于1.5mol，故C错误；时，反应处于平衡状态，反应达到平衡后，各物质的物质的量不再变化，故D正确。
14.答案：D
解析：由图可知，过程I中氢气和氧气中的化学键发生断裂，则过程I是吸热过程，A项正确；该反应为氢气与氧气作用生成水的反应，为放热反应，B项正确；氢气与氧气作用生成水的反应中，反应物的总能量大于生成物的总能量，则状态a的总能量大于状态d的总能量，C项正确；通过燃料电池可将该反应中的化学能转化为电能，D项错误。
15.答案：B
解析：一般来说，原电池中金属活动性：负极材料>正极材料；①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极，则金属活动性：A>B；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流方向由D导线→C，测C是负极、D是正极，金属活动性：C>D；③A、C用导线相连后，同时浸入稀疏酸中，C极产生大量气泡，则C极上得到电子发生还原反应，C是正极、A是负极，金属活动性：A>C；④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，D极发生氧化反应，则D是负极、 B是正极，金属活动性：D>B；通过以上分析知，金属活动性顺序为A>C>D>B，B项符合题意。
1预习自测：（12）化学反应与能量——2023-2024学年高一化学人教版（2019）寒假轻松衔接
知识点一、吸热反应与放热反应
1、概念
吸热反应：释放热量的反应。如：镁与盐酸的反应 Mg +2HCl= MgCl2 + H2↑
放热反应：吸收热量的反应。如：氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应
Ba(OH)2·8H2O + 2NH4Cl =BaCl2 + 2NH3↑ + 10H2O
分类
①放热反应
②吸热反应
3、放热反应与吸热反应的比较
类型 比较 放热反应 吸热反应
形成原因 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
与化学键强弱 的关系 生成物分子成键时释放出的总能量大于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小于反应物分子断键时吸收的总能量
反应过 程示意图
【注意】(1)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，也有不需加热就能反应的，例如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应。吸热反应与放热反应与反应是否需要加热没有关系。
(2)吸热反应和放热反应均是化学反应。注意某些吸热过程和放热过程不属于化学反应。如：NaOH固体溶于水，浓硫酸稀释属于放热过程；NH4NO3固体溶于水属于吸热过程，三者都不是化学反应，也就不属于吸热反应或放热反应。
知识点二、人类能源的利用
1．人类利用能源的三个阶段
树枝杂草时期、化石能源 和多能源结构时期。
2．从柴草时期到化石能源时期人类获取热能的主要途径都是通过物质的 燃料 。
3．人类利用化石燃料过程中亟待解决的两个问题
(1)短期内不可再生，且储量有限，能源消费量与储量之间的矛盾日益突显。
(2)煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气_污染物的主要来源。
4．为了改善人类的生存环境，促进社会可持续发展，节能_和 寻找清洁的新能源 成为人类的必然选择。
5.分类
分类依据 种类 举例
来源 来自太阳辐射的能量 太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能
来自地球内部的能量 地热能、核能、水能
来自天体的引力能量 潮汐能
转换过程 一次能源 太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能
二次能源 石油制品、煤气、电能
利用历史 化石燃料 煤、石油、天然气
新能源 太阳能、风能、地热能、核能、氢能、生物质能
性质 可再生能源 太阳能、风能、水能、生物质能
不可再生能源 煤、石油、天然气、核能
6．新能源
(1)优点：资源丰富、可以再生、对环境 无污染 等。
(2)种类： 太阳能 、风能、地热能、海洋能和氢能等。
【重难点探究】
重难点一、化学键与化学反应中能量变化的关系
1、化学反应的本质：化学反应的过程可以看作是反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。
2、化学键的断裂会放出能量；化学键形成会吸收能量。化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。所以说，物质的化学反应与体系的能量变化是同时发生的。
3、化学反应中能量变化的决定因素：
①一个化学反应是释放热量还是吸收热量，与反应物总能量和生成物总能量的相对大小有关。
反应物总能量＜生成物总能量，反应吸收能量；
反应物总能量＞生成物总能量，反应放出能量。
计算：反应放出的能量＝反应物的总能量－生成物的总能量
反应吸收的能量＝生成物的总能量－反应物的总能量
②旧键断裂所吸收的能量与新键形成所释放的能量的相对大小决定了一个化学反应是吸收能量还是放出能量。
E1＞E2，反应吸收能量；E1＜E2，反应放出能量。
计算：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
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
重难点二、原电池
1、概念：将化学能转化为电能的装置。
2、构成条件：（“两极”—— “一液” —— “一线”——“一反应”）
两极：两个活泼性不同的电极
一液：电解质溶液（或熔融的电解质）
一线：形成闭合回路
一反应：能够自发的氧化还原反应
锌铜硫酸原电池
装置 电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型
锌 负极 失电子 氧化反应
铜 正极 得电子 还原反应
总反应式：
4、工作原理
(1)正极：电子 流入 的电极；负极：电子 流出 的电极。
(2)电极反应：正极发生 还原 反应；负极发生 氧化 反应。
(3)电子的移动方向：从 负极 流出，经导线流向 正极 。
(4)电流得移动方向：从 正极 流出，经导线流向 负极 。
(5)离子的移动方向：阳离子向 正极 移动，阴离子向 负极 移动。
(6)实质：使氧化反应和还原反应在两个不同的区域发生，通过电子的定向移动形成电池，化学能转化为电能。
巧记忆：负升失氧化；正降得还原；阳正、阴负
原电池正负极的判断
原电池原理的应用
（1）加快氧化还原反应的速率
原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使反应速率增大。
实例：实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
（2）比较金属活动性强弱
原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A溶解，B上有气泡产生，可知A做负极，B作正极，A比B活泼。
重难点三、化学电源
分类
一次电池（干电池）：活性物质消耗到一定程度就不能使用了，如锌锰电池、锌银电池
二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，如铅蓄电池。
燃料电池：一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接换成电能的化学电池，如氢氧燃料电池。
2、普通锌锰电池
电池 普通锌锰电池
工 作 原 理 负极 锌筒 锌被氧化,逐渐消耗
Zn － 2e－＝Zn2+
正极 石墨棒 二氧化锰_被还原
2MnO2＋2NH4+＋2e－＝Mn2O3 ＋ 2NH3 ＋H2O
电解质 氯化铵糊
总反应 2MnO2＋2NH4+＋Zn ＝Mn2O3 ＋ 2NH3 ＋H2O＋Zn2+
特点 放电后_不能 充电
便于携带,价格低
3、碱性锌锰电池
电池 碱性锌锰电池
工 作 原 理 负极 _锌粉_ 锌被氧化,逐渐消耗
电解质 氢氧化钾
正极 碳棒 二氧化锰被还原
特点 放电后不能充电
便于携带,价格低
铅蓄电池
电池 铅蓄电池
工 作 原 理 负极 Pb 放电时，铅极被消耗
Pb＋SO42－－2e－＝ PbSO4
电解质 硫酸
正极 PbO2 PbO2被还原
PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O
总反应 Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
特点 ①放电后可再充电使活性物质获得再生 ②可以多次充电，重复使用
氢氧燃料电池
酸性 碱性
负极 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应 2H2＋O2===2H2O
特点 ①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件 ②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出
重难点一、化学反应速率
1.定义：用来衡量化学反应进行快慢的物理量。
2.表示方式：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。
3.公式：
单位：mol/(L s)或mol/(L min)
例如：某反应的反应物浓度在5min内由6mol/L变为2mol/L，则这段反应的反应速率为0.8mol/(L min)。
4.规律
①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。计量数不同，速率不同，因而定量表示一个化学反应的反应速率时，必须指明是用哪一种物质来表示。
②论是用反应物表示还是用生成物表示，其化学反应速率都取正值，而且是某一段时间内的平均速率。
③固体或纯液体的浓度视为常数，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。
5.计算方法
①定义式法：利用公式v＝计算化学反应速率，亦可利用该公式计算浓度变化量或时间。
②关系式法：同一反应中，化学反应速率之比＝物质的量浓度变化量之比＝物质的量变化量之比＝化学计量数之比。
6.反应速率的比较
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快慢不能只看数值大小，还要进行一定的转化：
(1)换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。
(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA＋bBcC，要比较v(A)与v(B)的相对大小，即比较与的相对大小，若>，则用v(A)表示的反应速率比用v(B)表示的反应速率大。
7.影响因素
影响因素 结果
反应物自身的因素 （主要因素） 反应物越活泼，反应速率越快。
温度 升高温度，化学反应速率加快；降低温度，化学反应速率减慢。
反应物浓度 （不包括固体、纯液体） 增大反应物浓度，加快反应速率；减小反应物浓度，反应速率减慢
催化剂 改变反应速率
反应物的接触面积的大小、固体反应物的颗粒大小 增大反应物的表面积，化学反应速率加快；固体反应物颗粒越小，反应速率越快。
压强 对于有气体参与的化学反应，当其他条件相同时，增大反应体系压强，化学反应速率增大。
形成原电池 形成原电池通常可以加快反应速率。。
溶剂的性质、光、超声波、磁场、固体反应物表面积等也会对化学反应速率产生影响。
重难点二、化学反应限度
1．可逆反应
(1)正向反应：由反应物得到生成物的化学反应。
(2)逆向反应：由生成物得到反应物的化学反应。
(3)可逆反应：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。
(4)可逆反应的特点：（双向性、同时性、共存性）
①正向反应和逆向反应同时进行，两向条件相同。
②一定条件下，反应物不可能完全转化为生成物，即反应物的转化率不可能达到100%，即反应物、生成物共存。
(5)在可逆反应的化学方程式中，用“”符号代替“=”。
2.化学平衡状态的建立
即化学平衡建立过程的v—t图为
3.化学平衡状态的概念
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，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态。化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到的或完成的最大程度，任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。
【注意】（1）前提条件:一定条件下的密闭容器中。
（2）研究对象:可逆反应。
（3）本质标志:v(正)=v(逆)≠0。
（4）间接标志:反应混合物中各组分浓度保持不变。
4.化学平衡状态的判定
(1)直接标志
v正＝v逆
①同一种物质的生成速率等于消耗速率；
②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比都等于化学计量数之比；
③在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。
各组分的浓度保持一定
①各组分的浓度不随时间的改变而改变；
②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
(2)间接标志
①反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。
②对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。
③全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。
④对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
注意：化学学平衡状态判断的“两种误区”。
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。
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—定等于化学计量数之比。
5.化学反应条件的控制
（1）调控反应条件的目的和方法
（2）调控反应条件时需要考虑的问题
示例：以工业合成氨反应条件的调控为例分析：
①理论上条件的选择及利弊分析。
温度 低 、压强 高 ，氨的产率高。
存在问题：温度低，反应速率小，达到平衡的时间长，生产成本高。压强大，对动力和生产设备的要求较高，所以一味增大压强，也会增加生产成本。
②实际条件控制：温度： 400～500 ℃，压强一般选择_10～30__ MPa。
（3）调控反应条件、提高燃料的燃烧效率(以煤为例)
①煤的状态
煤被研得越细，与空气中氧气的接触面积越大，燃烧越充分，反应速率越大。
②空气用量
适当过量的空气有利于煤的充分燃烧。过多的空气会带走大量的热量，降低反应温度，减小燃烧速率，甚至会使燃烧停止(当温度达不到煤的着火点时)；少量的空气则会使煤燃烧不充分，造成能源浪费。
【同步训练】
1.下列属于放热反应的是( )
A.甲烷在空气中燃烧
B.盐酸与碳酸氢钠的反应
C.氢氧化钡与氧化铵的反应
D.灼热的碳与二氧化碳的反应
2.下列设备工作时，可以实现化学能直接转化为电能的是( )
A B C D
太阳能集热器 锂离子电池 电饭煲 风力发电机
A.A B.B C.C D.D
3.和在催化剂表面合成氨的能量变化和微观历程示意图如下所示。下列说法错误的是( )
A.②→③是吸热过程
B.③→④存在极性键的形成
C.合成氨反应中，反应物旧键断裂吸收的能量小于生成物新键形成释放的能量
D.其他条件相同，使用催化剂可以减少合成氨反应放出的热量
4.下列关于化学反应速率的说法中正确的是（）
A.化学反应速率是指在一段时间内任何一种反应物浓度的减少量或任何一种生成物浓度的增加量
B.化学反应速率可以衡量化学反应进行的快慢
C.化学反应速率为0.8是指在某1s时化学反应的速率是0.8
D.对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显
5.下列设备工作时，主要将化学能转化为热能的是( )
A B C D
家用燃气灶 锌锰干电池 锂离子电池 硅太阳能电池
A.A B.B C.C D.D
6.下列变化中，属于吸热反应的是( )
A.过氧化钠和水的反应
B.灼热的木炭与的反应
C.盐酸与氢氧化钠溶液的反应
D.干冰升华
7.下列关于如图所示装置的叙述，错误的是( )
A.锌是负极，其质量逐渐减小
B.氢离子在铜表面被还原，产生气泡
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.电子从锌片经导线流向铜片
8.在一定条件下，某可逆反应的正反应速率和逆反应速率随时间变化的曲线如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A.时刻，反应逆向进行
B.时刻，正反应速率大于逆反应速率
C.时刻，达到反应进行的限度
D.时刻，反应处于平衡状态
9.和催化重整可制备合成气，对减缓燃料危机具有重要的意义，其反应历程示意图如下图所示。下列说法中不正确的是( )
A.合成气的主要成分为CO和
B.①→②过程中既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成
C.①→②过程中吸收能量
D.Ni在该反应中作催化剂
10.在一定温度时，将1molA和2molB放入容积为5L的某密闭容器中发生如下反应：A（s）+2B（g）C（g）+2D（g），经5min后达到平衡，测得容器内B物质的浓度减少了0.2。下列叙述中不正确的是( )
A.在5min内该反应用C的浓度变化表示的反应速率为0.02
B.平衡时B的体积分数为33.3%
C.初始压强和平衡时的压强比为4:5
D.平衡时B的转化率为50%
11.工业制硫酸中的一步重要反应是在400~500℃下的催化氧化：
这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法错误的是( )
A.使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率
B.在上述条件下，不可能100%地转化为
C.提高反应时的温度，可以实现的完全转化
D.通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度
12.在中燃烧的化学方程式为，已知在相同条件下，有如下图所示的能量变化，下列说法中正确的是( )
A.、和HCl分子中的化学键都是非极性键
B.1mol与1 mol 的总能量小于2 mol HCl的总能量
C.1mol与1 mol 反应生成2 mol HCl时，反应放出的能量为
D.1mol与1 mol 反应生成2 mol HCl的过程中
13.向一密闭容器中放入1molX，进行可逆反应2X（g）3Y（g），反应过程中的反应速率与时间的关系曲线如图所示，下列叙述中正确的是( )
A.时，只有正反应在进行
B.时，反应不再发生
C.时，容器内有1.5molY
D.时，X、Y的物质的量均不再发生变化
14.氢气和氧气发生反应的过程，可用如图所示模型表示（“—”表示化学键）。下列有关说法不正确的是( )
A.过程I是吸热过程
B.该反应为放热反应
C.状态a的总能量大于状态d的总能量
D.该反应中的化学能只能与热能发生转化
15.有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：
①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极；
②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流方向由D→导线→C；
③A、C用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡；
④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，D极发生氧化反应。
据此可判断四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )
A.A>B>C>D B.A>C>>D>B C.C>A>B>D D.B>D>C>A
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