2022秋高中化學(xué) 第二章 化學(xué)反應(yīng)與能量學(xué)案 新人教版必修2 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.進(jìn)一步熟悉化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因(化學(xué)鍵的斷裂要吸收能量,化學(xué)鍵的形成要放出能量)。知道一個化學(xué)反應(yīng)是吸收能量還是放出能量,決定于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小。知道化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化,了解化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用及其對人類文明發(fā)展的貢獻(xiàn)。 2.能舉例說明化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系及其應(yīng)用,初步了解化學(xué)電池的化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)(氧化還原反應(yīng))及研制新型電池的重要性。 3.通過實例認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的速率及其影響因素,知道化學(xué)反應(yīng)有一定的限度,并在此基礎(chǔ)上認(rèn)識控制反應(yīng)條件對生產(chǎn)、生活及科學(xué)研究的意義,初步認(rèn)識提高燃料燃燒效率的重要性和途徑。 自主學(xué)習(xí) 一、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化 1.吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng) (1)吸熱反應(yīng): ①概念:　　　　　　的化學(xué)反應(yīng);  ②從總能量角度分析:　　　　　　　　　小于　　　　　　　　　　;  ③從鍵能角度分析:　　　　　　　　　　　大于　　　　　　　　　　　　;  ④常見的吸熱反應(yīng):大多數(shù)分解反應(yīng)、NH4Cl(s)與Ba(OH)2·8H2O(s)反應(yīng)等。 (2)放熱反應(yīng): ①概念:　　　　　　　的化學(xué)反應(yīng);  ②從總能量角度分析:　　　　　　大于　　　　　　　　　　;  ③從鍵能角度分析:　　　　　　　　　　小于　　　　　　　　　　　　　　;  ④常見的放熱反應(yīng):大多數(shù)化合反應(yīng)、燃燒反應(yīng)、中和反應(yīng)、活潑金屬和酸反應(yīng)等。 (3)根據(jù)你對吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)理解判斷正誤,并給予解釋。 ①吸熱反應(yīng)很難進(jìn)行,放熱反應(yīng)較易進(jìn)行。 ②吸熱反應(yīng)一定需要加熱或點(diǎn)燃,放熱反應(yīng)一定不用加熱或點(diǎn)燃。 2.化學(xué)反應(yīng)中能量變化的計算 (1)用E(反應(yīng)物)表示反應(yīng)物的總能量,E(生成物)表示生成物的總能量,ΔQ表示能量變化,則: ΔQ=　　　　　　　　　。  (2)用Q(吸)表示反應(yīng)物分子斷鍵時吸收的總能量,Q(放)表示生成物分子成鍵時放出的總能量,ΔQ表示能量變化,則:ΔQ=　　　　　　　。  二、原電池 1.原電池工作原理 (1)負(fù)極和正極: ①負(fù)極: a.電極材料—　　　　　的金屬;  b.電子流向—　　　　　電子的一極;  c.反應(yīng)類型—　　　　　反應(yīng)的一極;  d.離子流向—　　　　　流向的一極。  ②正極: a.電極材料—　　　　　的金屬或能導(dǎo)電的非金屬;  b.電子流向—　　　　　電子的一極;  c.反應(yīng)類型—　　　　　反應(yīng)的一極;  d.離子流向—　　　　　流向的一極。  (2)電極反應(yīng)式的書寫。 負(fù)極:還原劑-ne-氧化產(chǎn)物; 正極:氧化劑+ne-還原產(chǎn)物。 2.原電池原理的應(yīng)用 (1)加快化學(xué)反應(yīng)速率; (2)比較金屬活動性強(qiáng)弱; (3)防止金屬的腐蝕(設(shè)計成原電池的正極); (4)設(shè)計化學(xué)電源。 三、化學(xué)反應(yīng)速率和限度 1.化學(xué)反應(yīng)速率 (1)化學(xué)反應(yīng)速率的三種計算方法 ①定義式法 公式v= ②關(guān)系式法 化學(xué)反應(yīng)速率之比=物質(zhì)的量濃度變化之比=物質(zhì)的量變化之比=化學(xué)計量數(shù)之比 ③三段式法 (2)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 增大化學(xué)反應(yīng)速率的五種方法:　　　　　　;　　　;　　　;　　　　　;　　　　　　　。  2.化學(xué)反應(yīng)的限度 (1)判斷以下三種說法的正誤。 ①反應(yīng)物完全轉(zhuǎn)化成生成物。 ②化學(xué)反應(yīng)停止了。 ③外界條件改變對平衡狀態(tài)無影響。 (2)判斷以下兩種說法的正誤。 ①各組分的濃度相等證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。 ②各組分的分子數(shù)等于化學(xué)計量數(shù)之比證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。 課內(nèi)探究 一、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化 【例1】下圖1是等質(zhì)量的Na2CO3、NaHCO3粉末分別與足量的鹽酸發(fā)生反應(yīng)時的情景,產(chǎn)生CO2氣體的體積較多的A試管中加入的固體試劑是　　　。  圖1 圖2 實驗過程中我們還能感受到Na2CO3與鹽酸反應(yīng)時是放熱反應(yīng),而NaHCO3與鹽酸反應(yīng)時表現(xiàn)為吸熱。在A、B兩試管中的此反應(yīng)過程中,反應(yīng)體系的能量變化的總趨勢分別對應(yīng)于圖2中的:A—　　　,B—　　　[填寫“(a)”或“(b)”]。  【例2】化學(xué)反應(yīng)中的能量變化是由化學(xué)反應(yīng)中舊化學(xué)鍵斷裂時吸收的能量與新化學(xué)鍵形成時放出的能量不同引起的。如下圖為N2(g)和O2(g)反應(yīng)生成NO(g)過程中的能量變化,下列說法正確的是(　　) N2(g)和O2(g)反應(yīng)生成NO(g)過程中的能量變化 A.通常情況下,NO比N2穩(wěn)定 B.通常情況下,N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO C.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的總能量小于2 mol NO(g)具有的總能量 D.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反應(yīng)放出的能量為180 kJ [練習(xí)1]下列說法正確的是(　　) A.需要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng) B.化學(xué)反應(yīng)中的能量變化都表現(xiàn)為熱量變化 C.任何放熱反應(yīng)在常溫下一定能發(fā)生反應(yīng) D.反應(yīng)物和生成物所具有的總能量決定了反應(yīng)是放熱還是吸熱 [練習(xí)2]下列反應(yīng)中生成物的總能量高于反應(yīng)物的總能量的是(　　) A.碳酸鈣受熱分解 B.乙醇燃燒 C.鈉與水反應(yīng) D.氧化鈣溶于水 二、原電池 【例3】研究人員研制出一種鋰水電池,可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料,以LiOH為電解質(zhì),使用時加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說法中不正確的是(　　) A.水既是氧化劑又是溶劑 B.放電時正極上有氫氣生成 C.放電時OH-向正極移動 D.總反應(yīng)為:2Li+2H2O2LiOH+H2↑ 【例4】對銅—稀硫酸—鋅組成的原電池裝置中,當(dāng)導(dǎo)線中有1 mol電子通過時,理論上的兩極變化是(　　) ①鋅片溶解了32.5 g　②鋅片增重了32.5 g?、坫~片上析出1 g氫氣?、茔~片上析出1 mol氫氣 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ [練習(xí)3]在如圖所示的裝置中,a的金屬活潑性比氫強(qiáng),b為石墨棒,關(guān)于此裝置的各種敘述不正確的是(　　) A.石墨棒上有氣體放出,溶液pH變大 B.a是正極,b是負(fù)極 C.導(dǎo)線中有電子流動,電子從a極到b極 D.a極上發(fā)生了氧化反應(yīng) [練習(xí)4]高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為: 3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列敘述不正確的是(　　) A.放電時負(fù)極反應(yīng)為:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 B.放電時正極發(fā)生氧化反應(yīng) C.放電時每轉(zhuǎn)移2 mol電子,反應(yīng)的鋅的質(zhì)量是65 g D.放電時化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 三、化學(xué)反應(yīng)速率和限度 【例5】已知反應(yīng)N2+3H22NH3,下列說法能說明該反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)的是(　　) ①v(N2生成)=v(N2消耗),②N2、H2、NH3的分子數(shù)之比為1∶3∶2,③單位時間內(nèi)生成2 mol NH3,同時消耗1 mol N2,④N2、H2、NH3的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化。 A.①④ B.②③ C.②③④ D.①③④ 【例6】在一密閉容器里裝有氮?dú)夂蜌錃?。反?yīng)開始時,氮?dú)獾臐舛葹? mol·L-1,氫氣的濃度為5 mol·L-1,反應(yīng)2 min后,測得容器中氮?dú)獾臐舛葹?.8 mol·L-1。2 min后氫氣的濃度為多少?這2 min內(nèi)氮?dú)獾钠骄磻?yīng)速率是多少?氫氣和氨氣的平均反應(yīng)速率各是多少?2 min內(nèi)氮?dú)?、氫氣和氨氣的反?yīng)速率之比為多少? [練習(xí)5]反應(yīng)3X(g)+Y(g)2Z(g)+2W(g)在2 L密閉容器中進(jìn)行,5 min后Y減少了0.5 mol,則此反應(yīng)的平均速率v為(　　) 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) [練習(xí)6]一定溫度下,在2 L的密閉容器中,X、Y、Z三種氣體的物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如圖所示,下列描述正確的是(　　) A.反應(yīng)開始到10 s,用Z表示的反應(yīng)速率為0.158 mol/(L·s) B.10 s后,該反應(yīng)停止進(jìn)行 C.反應(yīng)的化學(xué)方程式為2X(g)+Y(g)2Z(g) D.反應(yīng)開始到10 s時,平均反應(yīng)速率:v(X)=v(Y)=0.039 5 mol/(L·s) 參考答案 自主學(xué)習(xí) 一、1.(1)①吸收熱量　②反應(yīng)物具有的總能量　生成物具有的總能量?、鄯磻?yīng)物分子斷裂時吸收的總能量　生成物分子成鍵時釋放的總能量 (2)①釋放熱量?、诜磻?yīng)物具有的總能量　生成物具有的總能量?、鄯磻?yīng)物分子斷裂時吸收的總能量　生成物分子成鍵時釋放的總能量 (3)①錯誤;吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)只是從能量變化的角度分析的,吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng),放出熱量的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng),與反應(yīng)的難易無關(guān)。 ②錯誤;吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)與反應(yīng)條件無必然的關(guān)系。有些吸熱反應(yīng)常溫下就能進(jìn)行,如NH4Cl(s)與Ba(OH)2·8H2O(s)的反應(yīng);有些放熱反應(yīng)需要加熱或點(diǎn)燃才能發(fā)生,如木炭的燃燒。 2.(1)E(生成物)-E(反應(yīng)物) (2)Q(吸)-Q(放) 二、1.(1)①a.較活潑　b.流出　c.發(fā)生氧化　d.陰離子 ②a.較不活潑　b.流入　c.發(fā)生還原　d.陽離子 三、1.(2)增大反應(yīng)物濃度　增大壓強(qiáng)　升高溫度　加入催化劑　增大固體反應(yīng)物的表面積 2.(1)①錯誤?？赡娣磻?yīng)中反應(yīng)物不能100%的轉(zhuǎn)化,反應(yīng)物和生成物共存。 ②錯誤。反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時,反應(yīng)并沒有停止,實際上正反應(yīng)與逆反應(yīng)始終在進(jìn)行,只是正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率。 ③錯誤。任何化學(xué)平衡狀態(tài)均是相對的、有條件的,當(dāng)外界條件變化時,化學(xué)平衡狀態(tài)也會發(fā)生相應(yīng)的變化。 (2)①錯誤,②錯誤。反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時各組分的濃度保持不變,但不一定相等,也不一定等于化學(xué)計量數(shù)之比。 課內(nèi)探究 一、【例1】解析:Na2CO3、NaHCO3的質(zhì)量相等,則NaHCO3的物質(zhì)的量多,與足量鹽酸反應(yīng)時產(chǎn)生的CO2也多。由已知Na2CO3與鹽酸反應(yīng)是放熱反應(yīng),而NaHCO3與鹽酸反應(yīng)時表現(xiàn)為吸熱,說明Na2CO3與鹽酸的總能量大于生成物的總能量,而NaHCO3與鹽酸的總能量小于生成物的總能量。 答案:碳酸氫鈉(NaHCO3)　(b)　(a) 【例2】答案:C [練習(xí)1]解析:放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)都是在一定條件下發(fā)生的,反應(yīng)開始需要加熱的反應(yīng)可能是吸熱反應(yīng)也可能是放熱反應(yīng),A、C錯誤;化學(xué)反應(yīng)的能量變化可以表現(xiàn)為很多方面,如轉(zhuǎn)化為熱能、電能、光能等,B錯誤;化學(xué)反應(yīng)是放熱還是吸熱主要取決于反應(yīng)物和生成物所具有的總能量的相對大小,D正確。 答案:D [練習(xí)2]解析:生成物總能量高于反應(yīng)物總能量,說明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),A是吸熱反應(yīng);乙醇燃燒、鈉與水反應(yīng)、氧化鈣溶于水均是放熱反應(yīng),B、C、D錯誤。 答案:A 二、【例3】解析:原電池放電時OH-是向負(fù)極移動的,所以C是錯誤的。這種電池名稱叫鋰水電池,可推測其總反應(yīng)為:2Li+2H2O2LiOH+H2↑,再寫出其電極反應(yīng)如下: 負(fù)極:2Li-2e-2Li+; 正極:2H2O+2e-2OH-+H2↑; 結(jié)合選項分析A、B、D都是正確的。 答案:C 【例4】解析:銅—稀硫酸—鋅原電池電極反應(yīng)式為:負(fù)極:Zn-2e-Zn2+,正極:2H++2e-H2↑,故1 mol電子通過電路之后有32.5 g鋅溶解,1 g氫氣從銅電極析出。 答案:A [練習(xí)3]解析:電極a、b與電解質(zhì)溶液稀硫酸組成原電池。因a是活潑性排在氫之前的活潑金屬,故a為電池的負(fù)極,b為正極。a極發(fā)生氧化反應(yīng),b極發(fā)生還原反應(yīng)。由于正極放電消耗H+,溶液中c(H+)減小,pH增大,在外電路中,電子由a極流出經(jīng)電流表流向b極。 答案:B [練習(xí)4]解析:該電池放電時負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng):Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,正極發(fā)生還原反應(yīng),電路中每1 mol鋅(65 g)反應(yīng),轉(zhuǎn)移2 mol電子,A、C正確,B錯誤;放電時,作原電池,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,D正確。 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 [練習(xí)5]解析:據(jù)題意知: 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正確。 答案:B [練習(xí)6]解析:反應(yīng)開始到10 s,用Z表示的反應(yīng)速率為1.58 mol÷2 L÷10 s=0.079 mol/(L·s),A錯誤;10 s后,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),但沒有停止進(jìn)行,B錯誤;據(jù)圖可知,10 s時X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量變化量分別是0.79 mol、0.79 mol、1.58 mol,故反應(yīng)為X(g)+Y(g)2Z(g),C錯誤;反應(yīng)開始到10 s時,v(X)=v(Y)=0.79 mol÷2 L÷10 s=0.039 5 mol/ (L·s),D正確。 答案:D