1、第 2 章 化学反应与能量 章末核心素养整合专题 1 化学键与化学反应中的能量变化1化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因(1)化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。(2)化学键断裂要吸热，化学键形成要放热。吸热和放热过程的热值不等就造成了热效应。(3)反应物与生成物的能量差若以热能形式表现，即为放热或吸热。如果二者能量比较接近，则放热或吸热不明显。2吸、放热与能量的关系Error!热 量变 化3放热反应与放热过程(1)放热反应：燃烧反应、中和反应、物质的缓慢氧化、活泼金属与水或酸的反应、部分化合反应等。(2)放热过程：浓硫酸溶于水、生石灰溶于水、固体 NaOH 溶于水、新
2、化学键的形成等。4吸热反应与吸热过程(1)吸热反应：Ba(OH) 28H2O 与 NH4Cl 晶体的反应、弱电解质的电离、大多数盐的分解反应、大多数氧化物的分解反应等。(2)吸热过程：化学键的断裂、多数铵盐溶于水等。【典题例证 1】 在 1105 Pa 和 298 K 时，将 1 mol 气态 AB 分子分离成气态 A 原子和 B 原子所需要的能量称为键能 (kJmol1 )。下面是一些共价键的键能(已知氨分子中有三个等价的氮氢共价键)：共价键 H2 分子 N2 分子 NH3 分子键能(kJmol 1 ) 436 945 391(1)根据上表中的数据判断工业合成氨的反应 N2(g)3H 2(g
3、) 2NH3(g)是_(填“吸热”或“放热”)反应。(2)在 298 K 时，取 1 mol 氮气和 3 mol 氢气放入一密闭容器中，在催化剂存在下进行反应。理论上放出或吸收的热量为 Q1，Q 1_。(3)实际生产中，放出或吸收的热量为 Q2，Q 1 与 Q2 比较，正确的是_(填选项号) 。AQ 1Q 2 BQ 1Q 2 CQ 1Q 2你作出此选择的原因是_。解析 (1)化学反应的实质就是反应物化学键断裂、生成物化学键形成的过程，断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量。N 23H 2 2NH3 的反应中断裂化学键共吸收的能量为：945 kJ3436 kJ2 253 kJ，形成化学 键共放出
4、的能量为 23391 kJ2 346 kJ，所以 该反应为放热反应。(2)理论上放出的热量为 2 346 kJ2 253 kJ93 kJ 。(3)由于该反应为可逆反应，反应达平衡时 1 mol N2 和 3 mol H2 不能完全反应生成 2 mol NH3，因而放出的热量小于 93 kJ。答案 (1)放热 (2)93 kJ (3)A 该反应为可逆反应，在密闭容器中进行反应达到平衡时，1 mol N 2 和 3 mol H2 不能完全反应生成 2 mol NH3，因而放出的热量小于 93 kJ专题 2 原电池的常见考查方式1正负极的判断(1)负极的判断方法相对活泼的电极由于本身被氧化而溶解。通
5、入该电极的为还原性气体，如 H2、CH 4 等。电子流出的一极。(2)正极的判断方法溶液中的阳离子(如 H 、Cu 2 、Ag 等)在此电极放电。溶液中溶解的 O2 在此电极得电子。通入该电极的为氧化性气体，如 O2、Cl 2 等。2电池反应式的书写(1)一般原电池电极反应式的书写首先确定电极名称。负极上电极材料本身发生氧化反应，正极上溶液中的微粒发生还原反应。根据电解质溶液确定电极反应后元素的存在形式。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子符号表示。注意 电解质溶液的成分对电极产物的影响；燃料电池的电极材料本身不参与电极反应。根据电子守恒，使正、负极上得失电子总数相等。(2)可充电
6、电池电极反应式的书写首先要明确在可充电电池中，不管是充电还是放电，电极都参加反应，放电的是电极材料本身。要准确判定电池：正方向、逆方向反应都能发生，放电为原电池，充电为电解池。准确判定电极：原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。电极材料放电后的微粒或物质的存在形式与电解质溶液有关。(3)燃料电池电极反应式的书写首先写出总反应方程式，因为燃料电池的总反应方程式与其燃烧方程式和燃烧产物与电解质溶液反应的方程式的叠加式相同。其次将总反应拆开，找出氧化反应物质对：还原剂氧化产物，和还原反应物质对：氧化剂还原产物，分别作为
7、负极反应和正极反应，在书写时要特别注意考虑溶液的酸碱性环境对电极反应式书写的影响，最后利用电子守恒、电荷守恒和质量守恒进行配平。【典题例证 2】 氢氧燃料电池电动车以氢气为能源，实现了真正的零污染，氢氧燃料电池的电解液为 KOH 溶液，下列有关该电池的叙述错误的是( )A正极反应式为：O 22H 2O4e =4OHB工作一段时间后，电解液中 KOH 的物质的量浓度不变C该燃料电池的总反应方程式为：2H 2O 2=2H2OD该电池工作时每生成 1 mol H2O 转移 2 mol 电子解析 该电池总反应方程式为 2H2O 2=2H2O，原电池工作过程中有 H2O 生成，KOH的物质的量浓度变小，
8、故 B 不正确。答案 B【典题例证 3】 (1)下列关于充电电池、干电池的叙述合理的是 ( )干电池可以实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化 锌锰干电池长时间连续使用时内装糊状物可能流出腐蚀电器 充电电池可以无限制地反复放电、充电 充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行(2)铅蓄电池中，正极材料为 PbO2，负极材料为 Pb，放电时其负极反应式为_。(3)原电池在 NaOH 溶液介质中，铝为负极，其负极反应式为_。(4)一电池反应的离子方程式是 ZnCu 2 =Zn2 Cu ，该反应的原电池正极、负极和电解液是_。解析 (1)干电池可以实现化学能向电能的转化，但不能完成电能向化学能的转化；
9、锌锰干电池长时间连续使用时因为消耗 Zn 且生成水，内装糊状物可能流出腐 蚀电器；充电电池也有使用寿命，不可能无限制地反复放电、充 电；充电是使放 电时的氧化还原反应逆向进行。(2)铅蓄电池放电时其负极反应式为：PbSO 2e =PbSO4。24(3)原电池在 NaOH 溶液介质 中，铝为负极， 铝失去电子，且溶液呈碱性，则其负极反应式为：Al4OH 3e =AlO 2H 2O。 2(4)由电池总式 ZnCu 2 =Zn2 Cu 知：原电池负极是 Zn，正极是比 Zn 不活泼的金属或 C，电解液是含 Cu2 的电 解质溶液。答案 (1)(2)PbSO 2e =PbSO424(3)Al4OH 3
10、e =AlO 2H 2O 2(4)正极为 Cu 或碳棒；负极为 Zn；电解液是 CuSO4 溶液或 CuCl2 溶液专题 3 守恒法在原电池中的应用电子守恒法是依据氧化还原反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数相等这一原则进行计算。电子守恒法是氧化还原反应计算最基本的方法。而原电池反应就是一种典型的氧化还原反应，只不过氧化反应和还原反应在负极和正极分别发生。因此可以利用电子守恒法来处理原电池的有关计算。具体来说就是正极得到的电子总数与负极失去的电子总数相等。【典题例证 4】 在由铜片、锌片、200 mL 稀硫酸组成的原电池中，当在铜片上放出3.36 L(标准状况 )H2 时，硫酸恰好
11、用完，则：(1)产生这些气体消耗的锌的质量是多少？(2)通过导线的电子的物质的量是多少？(3)原稀硫酸的物质的量浓度是多少？ 解析 在铜、锌、稀硫酸形成的原电池中发生的电极反应为 ：负极：Zn2e =Zn2 (氧化反应)正极：2H 2e =H2(还原反应)所以，根据电子守恒有：Zn 2e H2 2H65 g 2 mol 1 mol 2 molm(Zn) n(e ) n(H )3.36 L22.4 Lmol 1解得：m(Zn) 0.15 65 g9.75 g，n(e )0.152 mol0.3 mol，n(H2SO4) n(H )12 0.3 mol0.15 mol12所以 c(H2SO4) 0
12、.75 mol/L。0.15 mol0.2 L答案 (1)9.75 g (2)0.3 mol (3)0.75 mol/L专题 4 判断可逆反应达到平衡状态的方法可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征：一是正反应速率和逆反应速率相等；二是反应混合物中各组分的百分含量保持不变，这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态的核心依据。可逆反应具备这两个特征中的任何一个，它就达到了化学平衡状态。当对一个具体的可逆反应判断其是否达到化学平衡状态时，还会遇到一些与这两个主要特征相关的新问题。现把一些具体方法以表格的形式加以阐述。mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)状态参数 特征 是否达到平衡状
13、态混合体系中各成分的含量各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定平衡各物质的质量或各物质的质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定 平衡总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡在单位时间内消耗了 m mol A 的同时生成了 m mol A，则 v(正)v(逆)平衡在单位时间内消耗了 n mol B 的同时消耗了 p mol C，则 v(正)v( 逆)平衡v(A)v(B) v(C)v(D)mnpq，v(正)不一定等于 v(逆)不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内生成了 n mol B，同时消耗了 q mol D不一定平衡mnpq 时，总压强一定 (其他条件一定) 平衡压强mnpq
14、时，总压强一定 (其他条件一定) 不一定平衡当 mnpq 时， r 一定M 平衡混合气体的平均相对分子质量( r)M 当 mnpq 时， r 一定M 不一定平衡温度 任何化学反应都伴随着能量的变化，当体系温度一定时(其他条件不变 ) 平衡混合气体的密度 密度一定 不一定平衡其他 如体系的颜色不再变化 平衡【典题例证 5】 在密闭容器中通入一定量的 HI 气体，使其在一定条件下发生反应：2HI(g) H2(g)I 2(g)。下列叙述中，一定属于平衡状态的是( )AHI、 H2、I 2 的浓度相等B混合气体的颜色不再变化C混合气体的总压强不再变化Dv(HI)v(H 2)v(I 2)211解析 反应
15、体系中各物质浓度相等不一定是平衡状态，A 错误；三种物质中只有 I2 有颜色，既然颜色不变，说明 I2 的量不再增多也不再减少，则一定是平衡状 态， B 正确；因为该反应反应前后气体总物质的量不变，所以无 论是否平衡，体系总压强都不变，故 C 错误；在任何条件下，用各物质表示的化学反 应速率之比都等于化学 计量数之比， D 错误。答案 B【典题例证 6】 在一定温度下，某密闭且体积不变的容器内有可逆反应：A(g)3B(g) 2C(g)。该反应进行到一定限度后达到化学平衡的标志是(双选)( )AC 物质的生成速率和分解速率相等BA、B 、C 的浓度不再变化C单位时间内生成 a mol 物质 A，
16、同时生成 3a mol 物质 BDA、B、C 物质的分子数之比为 132解析 对于可逆反应来说，判断反 应是否已经达到平衡，主要看正逆反应速率是否相等，体系中各组分的浓度(或含量 )是否保持不变。故 B 项正确；C 物质的生成速率和分解速率相等，说明正、逆反应速率相等， A 正确；C 选项只说明了逆反应速率，没有说明正反应速率，且不管平衡是否建立，只要反应在进行，生成 A 和 B 的物 质的量之比始终为 13。达到平衡时， A、B、C 物质的分子数之比无法确定，有可能 为 1 32，故 D 不能作为达到化学平衡的标志。答案 AB专题 5 “三段式”法在化学反应速率计算中的应用有关化学反应速率的
17、计算往往数据比较多，关系复杂，往往可以通过“三段式”法，使各种数据直观、条理清晰、便于分析和计算。1 “三段式”法的基本步骤(1)写出化学反应方程式并配平。(2)根据题意，依次列出各反应物和生成物的起始浓度( 或物质的量)、浓度(或物质的量)的变化量及一段时间后的浓度( 或物质的量) ，未知量可以设未知数表示。(3)根据起始浓度(或物质的量 )与一段时间后的浓度(或物质的量) 的差等于浓度(或物质的量) 的变化量，变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，列出关系式计算。2具体实例2A(g) B(g) 2C(g)起始浓度(mol/L) 2 1 0转化浓度(mol/L) 2x x 2xn s 后浓
18、度(mol/L) 22x 1x 2x有v(A) molL1 s1 ，v(B) molL1 s1 ，v(C) molL1 s1 ，B 的转化率为2xn xn 2xn100%。x13运用“三段式”法解题时的注意事项(1)起始量、变化量、一段时间后的量三者物理量及单位要统一，都是物质的量或物质的量浓度，否则无法计算。(2)起始量、变化量、一段时间后的量中，只有不同物质的变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，不同物质的起始量或一段时间后的量之间没有必然的关系，不能列比例计算。【典题例证 7】 在容积为 2 L 的密闭容器中进行如下反应：A(g)2B(g) 3C(g)nD(g)，开始时 A 为 4 m
19、ol，B 为 6 mol,5 min 末达到平衡，此时测得 C 的物质的量为 3 mol，用 D 表示的化学反应速率 v(D)为 0.2 molL1 min1 。计算：(1)平衡时 A 的物质的量浓度为_。(2)前 5 min 内用 B 表示的化学反应速率 v(B)为_。(3)化学方程式中 n 值为_。(4)此反应在四种不同情况下的反应速率分别为：v(A)5 molL 1 min1v(B)6 molL 1 min1v(C)4.5 molL 1 min1v(D)8 molL 1 min1其中反应速率最快的是_( 填编号) 。解析 (1)A(g)2B(g) 3C(g)nD(g)起始 4 mol 6
20、 mol转化 1 mol 2 mol 3 mol5 min 末 3 mol 4 mol 3 molc(A) 1.5 mol/L。nV(2)v(B) 0.2 mol/(Lmin)。nVt 2 mol2 L5 min(3)根据同一反应中、同一 时间段内、各物质的反应速率之比等于计量数之比；所以 v(B)v(D)0.2 mol/(Lmin)0.2 mol/(Lmin)2n，n2。(4)把所有速率都换算成 A 的反 应速率；v(A)5 mol/(Lmin)由 v(B)6 mol/(Lmin)知，v(A)3 mol/(Lmin)由 v(C)4.5 mol/(Lmin)知，v(A)1.5 mol/(Lmin)由 v(D)8 mol/(Lmin)知，v(A)4 mol/(Lmin)故选。答案 (1)1.5 mol /L (2)0.2 mol/(Lmin) (3)2 (4)
