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第六章 化学反应与能量
建构知识网络
01
突破重、难点知识
02
建构知识网络
建构知识网络
化学反应与能量变化
吸热反应
放热反应
微观 解释
宏观 解释
常见 反应
E(反应物)<
E(生成物)
E(反应物)>
E(生成物)
Q(断键吸)>
Q(成键放)
Q(断键吸)>
Q(成键放)
大多数化合、燃烧、中和、金属与酸、金属与水
大多数 分解、C与CO2、NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O
化学反应与热能
化学反应与电能
微观 解释
宏观 解释
常见 反应
①两电极②导线连接插入电解质溶液③形成闭合回路
①负极：失电子、氧化反应、阴离子移向②正极：得电子、还原反应、阳离子移向
①设计原电池②比较金属活性③加快反应速率
构 成
原 理
应 用
化 学 电 源
①一次电池②二次电池③燃料电池
知识网络一、化学反应与能量变化
建构知识网络
知识网络二、化学反应的速率与限度
化学反应的速率与限度
反应速率
反应限度
v(A)＝(ΔcA)/Δt ，单位：mol·L-1·s-1、mol·L-1·min-1等
定义
表达式
计算比较
影响因素
单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量
计算：定义式、比例式；比较：归一法、比值法
内因：物质本身性质；外因：温度、浓度、催化剂、压强等
可逆反应在给定的条件反应所能达到或完成的最大程度（平衡）
定义
建立过程
特征判断
条件控制
定义
平衡
一定条件，v(+)=v(-)，各组分的含量保持不变的状态
开始时、进行中、平衡时（最大限度）三个阶段
逆、等、定、动、变；直接标志、间接标志
考虑反应速率、反应限度、生产成本和实际可能性
突破重、难点知识
突破重、难点知识
【知识点1】放热反应和吸热反应
1、放热反应和吸热反应比较
放热反应 吸热反应
定义
常见反应
键能变化（微观解释）
金属与水或酸反应、金属氧化物与水或酸反应、燃烧反应及缓慢氧化、大多数化合反应、中和反应等
释放热量的化学反应
吸收热量的化学反应
氢氧化钡晶体与氯化铵反应、盐酸与碳酸氢钠反应、C与CO2 、C与H2O(g) 、大多数分解反应等
生成物的总键能大于反应物的总键能：
E(1)吸生成物的总键能小于反应物的总键能：E(1)吸>E(2)放
突破重、难点知识
放热反应 吸热反应
能量变化（宏观解释）
注意事项 反应物的总能量大于生成物的总能量:
E(反)总>E(生)总
反应物的总能量小于生成物的总能量：
E(反)总①放热反应有的需要加热（煤的燃烧）才能发生，有的不需要加热（白磷自燃）就能发生。
②吸热反应大都需要加热，少数不需加热就能反应。因此吸热反应和放热反应与反应是否需要加热没有关系。③吸热反应和放热反应均是化学反应。NaOH固体溶于水，浓硫酸稀释均属于放热过程；NH4NO3固体溶于水属于吸热过程。
突破重、难点知识
2.放热反应和吸热反应的判断
①根据经验规律判断：用常见吸热和放热的反应类型来判断
②根据反应条件判断：需要持续加热才能进行的反应是吸热反应。反之，一般为放热反应
③根据实验现象判断：发光、引燃后撤去热源继续反应、熔化和结冰、气体的热胀冷缩等
突破重、难点知识
⑤根据反应物和生成物的总能量大小判断：反应物的总能量大于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应。
⑥根据化学键断裂和形成时能量变化大小的关系推断：破坏反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量的反应为吸热反应，反之为放热反应
④根据生成物和反应物的相对稳定性判断：由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应，反之为放热反应
突破重、难点知识
【典例1】下图是1 mol NO2与1 mol CO反应生成1 mol CO2和1 mol NO
过程中的能量变化示意图。下列说法正确的是（ ）
A．反应放出的能量为E2-E1
B．反应放出的能量为E2
C．反应吸收的能量为E2-E1
D．反应吸收的能量为E1
A
【解析】A．根据图像可知，该反应为放热反应，放出的能量为E2-E1，A正确；B．根据图像可知，该反应为放热反应，放出的能量为E2-E1，B错误；C．根据图像可知，该反应为放热反应，C错误；D．根据图像可知，该反应为放热反应，D错误；故答案为：A。
突破重、难点知识
【典例2】一种环保型燃料—丙烷，其燃烧时发生反应的化学方程式为
C3H8+5O2 3CO2+4H2O。下列说法中不正确的是(　　)
A.火炬燃烧时化学能只转化为热能
B.所有的化学反应都会伴随着能量变化，有能量变化的物质变化不一
定是化学反应
C.1 mol C3H8和5 mol O2所具有的总能量大于3 mol CO2和4 mol H2O所
具有的总能量
D.丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料
A
【解析】火炬燃烧时化学能转化为热能和光能，A错;物质发生化学反应一定伴随着能量变化，伴随着能量变化的物质变化却不一定是化学变化，如物质“三态”变化，B正确;放热反应反应物总能量大于生成物总能量，C正确;丙烷燃烧产物为CO2和H2O，无污染，D正确。
突破重、难点知识
【知识点2】原电池
1、工作原理及构成
概念 化学能转化为电能的装置
形成条件 两个电极
电解质溶液或熔融液
电极上
微粒流向 外电路
内电路
组合 ① ② ③ ④
负 极 较活泼金属 金属 金属 石墨或Pt
正 极 较不活泼金属 金属氧化物 石墨或Pt 石墨或Pt
可能与电极的负极反应，也可能不与电极反应
有自发的氧化还原反应发生
电子从负极流向正极
溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极
如：铅蓄电池
如：燃料电池
突破重、难点知识
2、原电池的正、负极的判断方法
正极 电极材料 负极
电极反应类型 电子流向 电流流向 离子流向 电极质量 电极现象 较不活泼金属或非金属
较活泼金属
氧化反应
电子流出
电流流入
阴离子迁移的电极
质量减少或不变
电极变细
电极有气泡产生
质量增大或不变
阳离子迁移的电极
电流流出
电子流入
还原反应
突破重、难点知识
【温馨提示】①构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。②两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。③在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼性的强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
突破重、难点知识
3、原电池原理的应用
加快化学反应速率
比较金属的活泼性
设计原电池
实验室用锌和稀硫酸反应制备氢气时，常用粗锌，产生氢气的速率更快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸构成原电池，电子定向移动，加快了锌与硫酸反应的速率。
一般情况下，在原电池中，负极金属的活泼性比正极金属的活泼性强。
首先将氧化还原反应分成两个半反应。
根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
突破重、难点知识
4、原电池设计实例：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例
步骤 实例 将反应拆分为电极反应 负极反应
正极反应
选择电极材料 负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属
正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨
选择电解质 一般为与负极反应的电解质
画出装置图 Fe－2e－===Fe2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
Fe
Cu或C
CuSO4溶液
突破重、难点知识
5、原电池电极反应式的书写
（1）书写步骤：
①列物质，标得失：按照负极氧化反应，正极还原反应，判断电极反应物、生成物，标出电子得失。②看环境，配守恒：电极产物在电解质溶液的环境中应能稳定存在，如酸性介质中，OH－不能存在，应生成水；碱性介质中，H＋不能存在，应生成水；电极反应式同样要遵循电荷守恒、原子守恒、得失电子守恒。③两式加，验总式：正负极反应式相加，与总反应离子方程式验证。
突破重、难点知识
5、原电池电极反应式的书写
（2）书写方法：
负极 ①活泼金属作负极时，电极本身被氧化：a．若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子。b．若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应式为两反应合并后的反应式。
②负极本身不反应时：氢氧(酸性)燃料电池，负极反应式为H2－2e－＝2H＋；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应式为H2－2e－＋2OH－＝2H2O。
正极 ①根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒
②确定该微粒得电子后变成哪种形式。如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－＝2H2O；氢氧(碱性)燃料电池，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－；
突破重、难点知识
【典例1】某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述正确的
是(　　)
A.a和b不连接时，铁片上会有H2产生
B.a和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Cu2++2e-==Cu
C.a和b用导线连接时，电子由a流向b
D.无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
【解析】a和b不连接时，铁和Cu2+发生置换反应而析出铜，没有氢气生成，错误;B项，a和b用导线连接时构成原电池，铁是负极，铁片上发生氧化反应:Fe-2e-==Fe2+，错误;C项，Fe比铜活泼，形成原电池时Fe为负极，则电子由b流向a，错误;D项，无论a和b是否连接，铁片均会溶解，都生成亚铁离子，溶液由蓝色变为浅绿色，D正确。
D
突破重、难点知识
【典例2】被称为“软电池”的纸质电池采用一个薄层纸片作为传导体，
在其一边镀锌，在另一边镀二氧化锰。在纸内的离子“流过”水和氧化
锌组成的电解液。电池的总反应式为
Zn＋2MnO2＋H2O=ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是（ ）
A．该电池的正极为锌
B．该电池的反应中二氧化锰起催化作用
C．当0.1 mol Zn完全消耗时，流经电解液的电子个数约为1.204×1023
D．该电池电流由正极经外线路流向负极
D
【解析】该电池反应中，锌元素化合价由0价变为＋2价，所以锌做负极，A错误；该反应中，锰元素化合价由＋4价变为＋3价，所以二氧化锰做正极，B错误；电子不进入电解质溶液，C错误；电流的方向为由正极经外线路流向负极，D正确。
突破重、难点知识
【知识点3】化学反应的速率
概念 表达式 单位： 计算 表达式法
比值法
三段式 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
起始浓度 a b 0 0
转化浓度 mx nx px qx
终态浓度
1、化学反应速率
单位时间内反应物浓度的增加或生成物浓度的减少
mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1
根据同一化学反应不同物质的速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比计算
a－mx b－nx px qx
突破重、难点知识
大小比较 换算法 换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小
比较法 比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应
aA＋bB cC，要比较v(A)与v(B)的相对大小，即比较v(A)/a与v(B)/b的相对大小，若v(A)/a＞v(B)/b，则用v(A)表示的反应速率比用v(B)表示的反应速率大
【温馨提示】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不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。
突破重、难点知识
2、影响化学反应速率的因素（变量控制）
影响因素 结果
反应物本身的性质
温度
反应物浓度
催化剂
反应物的接触面积
压强
形成原电池
反应物越活泼，反应速率越快（主要因素）
升高温度，化学反应速率加快；降低温度，化学反应速率减慢。
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
改变反应速率（正增大，负减小）
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
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
形成原电池通常可以加快反应速率
突破重、难点知识
【温馨提示】①浓度只适用于气体参加或在溶液中进行的化学反应，在一定温度下，固体或纯液态物质的浓度是
一个常数，改变其用量，对化学反应速率无影响。
②温度对任何化学反应都适用，且不受反应物状态的影响，不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能
增大化学反应速率，降低温度都能减小化学反应速率。
③压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度，对化学反应速率的影响实现的。由于固体或液体的体积受压强的影响很小，所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率
④催化剂能同等程度地改变正、逆反应的化学反应速率
突破重、难点知识
【典例1】反应4A(s)+3B(g)=2C(g)+D(g)，2minB的浓度减小0.6mol/L。
对此反应速率的正确表示是（ ）
A．用A表示的反应速率是0.8mol/(L s)
B．分别用B、C、D表示反应的速率，其比值是3：2：1
C．在2min末时的反应速率，用反应物B来表示是0.3mol/(L min)
D．在这2min内用B和C表示的反应速率的值都是相同的
B
【解析】反应物A是固体，浓度为常数，不用其表示反应的速率，选项A不正确；化学反应速率之比等于计量数之比，故分别用B、C、D表示反应的速率，其比值是3：2：1，选项B正确；v(B)0.6mol/L/2min=0.3mol/(L min)是2min内的平均反应速率，而不是2min末时的反应速率，选项C不正确；反应中B和C的化学计量数不同，B和C表示的反应速率的值不同，选项D不正确。
突破重、难点知识
【典例2】为了说明影响化学反应快慢的因素，甲、乙、丙、丁四位
学生分别设计了如下A~D四个实验，你认为结论不正确的是(　　)
A.将相同大小、形状的镁条和铝条与相同浓度的盐酸反应时，两者速
率一样大
B.在相同条件下，等质量的大理石块和大理石粉与相同盐酸反应，大
理石粉反应快
C.将浓硝酸分别放在冷暗处和强光照射下，会发现光照可以加快浓硝
酸的分解
D.在两支试管中分别加入相同质量的氯酸钾，其中一支试管中再加入
少量二氧化锰，同时加热，产生氧气的快慢不同
A
【解析】A中Mg、Al性质不同，在相同外界条件下反应速率不同;B、C、D中增大固体反应物的表面积、光照、加入催化剂均可使化学反应加快。
突破重、难点知识
知识点4、化学反应的限度（化学平衡）
1、化学平衡状态的特征
研究对象（逆）
动态特征（动）
平衡实质（等）
平衡结果（定）
平衡移动（变）
等效平衡（同）
适用于可逆反应
建立平衡后，正、逆反应仍在进行，属于动态平衡，可用同位素示踪原子法证明
υ(正)＝v(逆)≠0（正、逆反应速率相等，但不等于零）
达平衡后，反应混合物中各组分的百分含量或浓度保持不变（不可理解为相等）
化学平衡其存在是有条件的、暂时的，浓度、温度、压强条件变化时平衡会发生改变
外界条件同，同一可逆反应从不同方向（正向、逆向、双向）达到的平衡状态相同
突破重、难点知识
2、化学平衡状态的判断
（1）达到化学平衡的本质标志
项目 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡
v正＝v逆 在单位时间内消耗了mmol A的同时生成了mmol A
在单位时间内消耗了nmol B的同时消耗了pmol C
在单位时间内生成了pmol C的同时消耗了qmol D
v正(A)∶v逆(B)＝m∶n
平衡
平衡
平衡
平衡
【温馨提示】可逆反应在一定条件下，达到平衡状态就是该反应在该条件下的最大限度。
突破重、难点知识
2、化学平衡状态的判断
（2）达到化学平衡的等价标志
项目 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)[假设只有A为有色气体] 是否平衡
混合体系中各组分的含量 各物质的物质的量或物质的量的分数一定
各物质的质量或质量分数一定
各气体的体积或体积分数一定
A物质断裂的化学键与A物质形成的化学键的物质的量相等
气体的颜色不变
温度 在其他条件不变时，体系温度一定时
体系颜色变化 有色气体的颜色不再改变
平衡
平衡
平衡
平衡
平衡
平衡
平衡
突破重、难点知识
2、化学平衡状态的判断
（3）达到化学平衡状态的特殊标志
项目 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡
压强 当m＋n≠p＋q时，总压强一定（其它条件一定）
当m＋n＝p＋q时，总压强一定（其它条件一定）
总物质的量 当m＋n≠p＋q时，总物质的量一定（其它条件一定）
当m＋n＝p＋q时，总物质的量一定（其它条件一定）
体系的密度 密度一定
【温馨提示】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
平衡
不一定平衡
平衡
不一定平衡
不一定平衡
突破重、难点知识
【典例】某温度下，在一个2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质
的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据，填写下列空白：
(1)从开始至2min，X的平均反应速率为___________________。
(2)2min后气体z的体积分数为_______(保留两位有效数字)。
(3)该反应的化学方程式为_______________________。
(4)1min时，v正(X)_______v逆(X)，2min时，v正(Y)_______v逆
(Z)(填“＞”或“＜”或“=”)。
(5)上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行，分别测得甲中
v(X)=9mol·L-1·min-1，乙中v(Y)=0.5mol·L-1·s-1，则_______中
反应更快(用甲、乙回答问题)。
0.075mol L-1 min-1
11%
3X+Y 2Z
＞
＜
乙
突破重、难点知识
(6)在2min时向容器中通入氩气(容器体积不变)，X的化学反应速率将___________(填变大或不变或变小)。(7)若X、Y、Z均为气体(容器体积不变)，下列能说明反应已达平衡的是__________。a．X、Y、Z三种气体的浓度相等b．气体混合物平均相对分子质量不随时间变化c．反应已经停止d．反应速率v(X)︰v(Y)=3︰1e．2v(X)正 = 3v(Z)逆f．混合气体的密度不随时间变化
不变
be
突破重、难点知识
知识点5、化学反应条件的控制
1、目的和方法
目的
措施
促进有利反应
提高反应的转化率，加快反应速率
控制有害反应
减慢反应速率，减少甚至消除有害物质的产生，控制副反应的发生
改变化学反应速率
改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等
改变可逆反应进行的限度
改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等
突破重、难点知识
2、条件控制需要考虑的问题（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10～30MPa。
【温馨提示】①对于客观上不能发生的化学反应，无法改变其反应速率；对于不可逆反应，无法改变其反应进行的限度。②采用控制化学反应条件的措施时，要和物质与技术条件、经济与社会效益相结合，既要力所能及，又要物有所值，不能单纯为改变化学反应的速率和限度而采取措施。
突破重、难点知识
【典例1】CO和H2在一定条件下可以合成乙醇：2CO(g)＋4H2(g)
CH3CH2OH(g)＋H2O(g)，下列叙述中能说明上述反应在一定条件下
已达到最大限度的是（ ） A．CO全部转化为乙醇 B．正反应和逆反应的化学反应速率均为0 C．CO和H2以1∶2的物质的量之比反应生成乙醇 D．反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化
D
【解析】A项可逆反应中反应物不可能完全转化为生成物，错误；B项可逆反应在一定条件下达到反应的限度即达到化学平衡状态，此时正、逆反应速率相等，都大于0，错误；C项CO和H2以1∶2的物质的量之比反应生成乙醇，错误；D项平衡时反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化，正确。
突破重、难点知识
【典例2】一定温度下，在容积恒定的密闭容器中进行反应
A(s)+2B(g) C(g)+D(g)，下列叙述能表明该反应已达到平衡状态
的是(　　) ①混合气体的密度不变　 ②容器内气体的压强不变
③混合气体的总物质的量不变　 ④B的物质的量浓度不变　
⑤v正(C)=v逆(D)　 ⑥v正(B)=2v逆(C) A.①④⑤⑥ B.②③⑥ C.② ④⑤⑥ D.只有④
A
突破重、难点知识
【解析】①容积恒定的密闭容器中，混合气体密度不变，也就是混合气体的质量不变，对于有固体参加或者有固体生成的气体反应来说，混合气体的质量不变说明反应已经达到平衡。②这是一个反应前后压强不变的反应，故气体压强不变不能说明反应达到平衡。③该反应是反应前后气体的化学计量数不变的反应，也就是气体物质的量不变的反应，故混合气体的总物质的量不变，不能说明反应达到平衡。④B的物质的量浓度不变说明生成B的量与消耗B的量相等，也就是正、逆反应速率相等，此时反应达到平衡。⑤v正(C)=v逆(D)，说明正、逆反应速率相等，此时反应达到平衡。⑥v正(B)=v逆(C)，说明正、逆反应速率相等，此时反应达到平衡。
第六章 化学反应与量
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