专题二--化学反应与能量(知识串讲)高一化学期末知识串讲+专题检测一遍过(解析版).docx

专题二 化学反应与能量

一、吸热反应和放热反应
1．化学反应吸热还是放热决定于反应物总能量(E1)和生成物总能量(E2)的相对大小。若E1>E2，则为放热反应；若E1<E2，则为吸热反应。
2．化学反应中，断裂反应物中化学键吸收能量为Q(吸)，形成生成物中化学键放出能量为Q(放)，则化学反应过程中的能量变为ΔQ＝Q(吸)－Q(放)，若ΔQ<0，为放热反应，若ΔQ>0，为吸热反应。
3.常见的放热反应和吸热反应
（1）常见的放热反应：所有燃烧反应，酸碱中和反应，金属与水、酸的反应，绝大多数化合反应。
（2）常见的吸热反应：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应，C与CO2的反应，大多数分解反应。
4.放热反应与吸热反应比较
类型
比较
放热反应
吸热反应
定义
释放热量的化学反应
吸收热量的化学反应
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
的关系
生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量
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
图示

【例1】下列反应中，属于吸热反应的是
A．镁条与盐酸反应 B．与的反应
C．氢气在氧气中燃烧生成水 D．稀硫酸与烧碱溶液反应
【答案】B
【解析】一般金属和水或酸的反应，酸碱中和反应，一切燃烧，大多数化合反应和置换反应，缓慢氧化反应如生锈等都是放热反应。大多数分解反应，铵盐和碱反应，碳、氢气或CO作还原剂的反应等是吸热反应。A、C、D属于放热反应，选B。
二、原电池
1.原电池的概念
原电池是把化学能转化为电能的装置；
原电池的反应本质是氧化还原反应。
2.构成条件
（1）具有活泼性不同的两个电极；
（2）两电极必须插入电解质溶液中；
（3）形成闭合回路；
（4）能自发地发生氧化还原反应。
3．原电池正、负极的判断方法：
首先准确判断元素化合价的变化，然后根据原电池工作原理判断。
化合价升高―→失去电子―→发生氧化反应―→负极；
化合价降低―→得到电子―→发生还原反应―→正极。
【例2】某原电池的电池反应为Fe+2H+=Fe2++H2↑，与此电池反应不符合的原电池是
A．铜片、铁片、HCl溶液组成的原电池
B．石墨、铁片、HCl溶液组成的原电池
C．银片、铁片、稀H2SO4溶液组成的原电池
D．锌、铁片、稀H2SO4溶液组成的原电池
【答案】D
【解析】A．铜片、铁片、HCl溶液组成的原电池，铁是负极，总反应为铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，故不选A；
B．石墨、铁片、HCl溶液组成的原电池，铁是负极，总反应为铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，故不选B；
C．银片、铁片、稀H2SO4溶液组成的原电池，铁是负极，总反应为铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，故不选C；
D．锌、铁片、稀H2SO4溶液组成的原电池，锌是负极，总反应为锌与硫酸反应生成硫酸锌和氢气，故选D；故选D。
三、化学电源
1.一次电池
(1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。
(2)锌锰干电池
①锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。
②石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰。
③NH4Cl糊的作用电解质溶液。
【例3】下列四个常用电化学装置的叙述正确的是

A．图Ⅰ所示电池中，电子由碳棒通过导线流向锌筒
B．图Ⅱ所示电池中，锌为负极，发生氧化反应
C．图Ⅲ所示电池为二次电池，可无限次重复使用
D．图Ⅳ所示电池，b电极为正极，电极反应式为：
【答案】B
【解析】Ⅰ中碳棒为正极，锌筒为负极。电子从负极锌筒流出经导线到正极碳，A项错误；
该电池中锌为负极失电子发生氧化反应，而Ag2O为正极发生还原反应，B项正确；铅蓄电池为充电电池可重复使用，但其寿命有限，不可能无限次重复使用，C项错误；b极为正极得电子发生还原反应，O2+4e−+4H+=2H2O，D项错误；故选B。
2.二次电池(充电电池)
(1)特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
(2)常见的充电电池：铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池。
3.燃料电池
(1)特点：①反应物储存在电池外部，②能量转换效率高、清洁、安全，③供电量易于调节。
(2)燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等。常用氧化剂：氧气。
【例4】如图是一种新型的K－O2可充电电池，a、b是两个电极，其中一个电极是金属钾。放电时，下列有关说法正确的是

A．a电极是电池的正极 B．隔膜不允许O2通过，但可以让K+通过
C．b电极是金属钾 D．电子流向是a电极→隔膜→b电极
【答案】B
【分析】由图可知电池总反应K+O2=KO2，a极上K的化合价升高，失电子发生氧化反应生成K+，则a电极为负极，负极反应式为K-e-=K+，b电极为正极，正极反应式为K++O2+e-═KO2，O2氧化性强、K是活泼金属，为防止电池损坏则隔膜不允许O2通过，放电时，K+由a电极经隔膜移向b电极。
【解析】A．a极上K的化合价升高，失电子发生氧化反应生成K+，则a电极为负极，A项错误；
B．O2氧化性强、K是活泼金属，为防止电池损坏则隔膜不允许O2通过，放电时，K+由a电极经隔膜移向b电极，B项正确；
C．根据分析，a极上K的化合价升高，则a电极为K，C项错误；
D．电子不能在电解质中流动，只能从导线和外电路中穿过，电子流向是a电极→外电路→b电极，D项错误；故选B。
四、电极反应式的书写
1.书写电极反应式的原则
电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。
2.书写电极反应式的基本类型
(1)根据原电池的装置图
①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。
②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。
③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4)
④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。
(2)根据原电池的总反应式
①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。
②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。
③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。
3.燃料电池电极反应式的书写
(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)写出电池的正极反应式。
无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)写出负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式。
【例5】微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是

A．该电池在高温条件下效率更高
B．电子从流出，经外电路流向
C．在硫氧化菌作用下转化为的反应是
D．若该电池电路中有电子发生转移，则参与反应的物质的量为
【答案】C
【解析】A．该电池是微生物燃料电池，高温下会失去活性，因此在高温条件下电池将不再进行，故A错误；
B．根据图中信息，氢离子向右边移动，则b为正极，因此电子从a流出，经外电路流向b，故B错误；
C．根据图中信息在硫氧化菌作用下转化为和氢离子，其反应是，故C正确；
D．若该电池电路中有电子发生转移，根据，则参与反应的物质的量为，故D错误。
综上所述，答案为C。
五、化学反应速率大小的比较方法
(1)归一法：若单位不统一，则要换算成相同的单位；若为不同物质表示的反应速率，则要换算成同一物质来表示反应速率；再比较数值的大小。
(2)比值法：比较化学反应速率与化学计量数的比值，如aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，若＞，则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。
【例6】反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(g)，在不同情况下测得反应速率，反应最快的是
A．v(D)=0.4 mol∙L−1∙min−1 B．v(B)=0.6 mol∙L−1∙s−1
C．v(C)=0.5 mol∙L−1∙s−1 D．v(A)=0.15 mol∙L−1∙s−1
【答案】C
【解析】速率与化学计量数之比越大，其反应速率越大，，则v(C)=0.5 mol∙L−1∙s−1的反应最快，故C符合题意。
综上所述，答案为C。
六、影响化学反应速率的因素
(1)内因：化学反应速率的大小主要取决于反应物本身的性质。
(2)外因：在其他条件相同时。

【归纳提升】压强对反应速率的影响
有气体参加的反应，改变压强对反应速率的影响实质是改变体积，使反应物的浓度改变。
(1)压缩体积或充入气态反应物，使压强增大，都能加快化学反应速率。
(2)充入非反应气体对化学反应速率的影响
①恒容时：充入非反应气体→压强增大，但各物质浓度不变→反应速率不变。
②恒压时：充入非反应气体→压强不变→体积增大→各物质浓度减小→反应速率减慢。
【例7】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s) + 4H2O(g)Fe3O4(s) + 4H2(g)。下列分析正确的是
A．增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)，化学反应速率加快
B．保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量，化学反应速率加快
C．保持容器内压强不变，充入一定量的氩气，化学反应速率保持不变
D．保持容器的容积不变，充入一定量的氩气，化学反应速率加快
【答案】B
【解析】A．纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率，A错误；
B．保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量，增大了反应物的浓度，反应速率加快，故B正确；
C．保持压强不变，充入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率减小，C错误；
D．容器的容积不变，充入氩气，反应物和生成物的浓度均不改变，因而化学反应速率不变，D错误；故选B。
七、化学反应限度
1.可逆反应
(1)定义：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。书写可逆反应的化学方程式时，不用“===”，用“”。
2.化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念
如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，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，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
(2)化学平衡状态的特征

3.化学反应的限度
(1)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。
(2)对化学反应限度的理解
①化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大转化率。
②同一可逆反应，不同条件下，化学反应的限度不同，即改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。
4.化学平衡状态的判断依据
(1)直接判断依据
⇒达到平衡状态
(2)间接判断依据
以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例
类型
判断依据
平衡状态
混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定
平衡
②各物质的质量或各物质的质量分数一定
平衡
正、逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗了m mol A同时生成m mol A，即v正＝v逆
平衡
②在单位时间内消耗了n mol B同时生成p mol C，则v正不一定等于v逆
不一定
③在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D，因二者变化均表示v逆，所以v正不一定等于v逆
不一定
温度
体系温度一定(其他不变)
平衡
颜色
反应体系内有色物质的颜色一定
平衡
【例8】在一定条件下的密闭容器中，进行反应2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)。下列说法能充分说明该反应已经达到化学平衡状态的是
A．正、逆反应速率相等且等于零 B．SO2、O2、SO3的浓度相等
C．SO2的浓度保持不变 D．SO2、O2、SO3的体积比为2∶1∶2
【答案】C
【分析】化学反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各组分浓度和百分含量保持不变，据此分析解题。
【解析】A．化学反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等但不为零，A错误；
B．SO2、O2、SO3的浓度相等，无法判断正、逆反应速率是否想等，故无法判断应是否达到平衡状态，B错误；
C．SO2的浓度保持不变，正、逆反应速率相等，化学反应达到平衡状态，C正确；
D．SO2、O2、SO3的体积比为2∶1∶2，无法判断正、逆反应速率是否想等，故无法判断应是否达到平衡状态，D错误；故选C。