高中化学鲁科版 (2019)必修第二册第2章化学键化学反应规律第3节化学反应的快慢和限度学案设计

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原电池电极方程式的书写
一般电极反应式的书写方法
【例1】 (1)今有2H2＋O2 eq \(=====,\s\up9(KOH))2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是________，电极反应式分别为______________________、______________________。
(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为______________________、____________________。
(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：____________________、____________________。
[解析] 根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极反应为2H2－4e－===4H＋，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。如把H2改为甲烷，用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。
[答案] (1)H2 O2 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)负极：2H2－4e－===4H＋
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3))＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
1．锂电池是一种新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法中正确的是( )
A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C．Li是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2))
D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
B [分析锂电池的总反应式可知：Li发生氧化反应(作负极)，MnO2发生还原反应(作正极)。]
2．MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
B [正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－。]
1．化学电源中正、负极是什么物质得、失电子？
提示：正极：阳离子得到电子生成单质或O2。
负极：活泼金属或H2失去电子。
2．氢氧燃料电池在酸性电解质和碱性电解质中的总反应实质相同吗？
提示：相同，都为2H2＋O2===2H2O。
3．电解质溶液的酸碱性对书写电极反应式有何影响？
提示：(1)中性溶液反应物中无H＋或OH－。
(2)酸性溶液反应物，生成物均无OH－。
(3)碱性溶液反应物，生成物中均无H＋。
(4)水溶液不能出现O2－。
化学反应速率及化学平衡的图像问题
正确理解化学反应速率及化学平衡概念，准确分析图像中的起点、拐点、平衡点的含义，联系反应与图像的关系解答关于反应速率与平衡的问题。化学反应速率与平衡图像问题的基本方法：
(1)借助于化学方程式掌握化学反应的特征；
(2)掌握该化学反应的速率变化与平衡移动的规律；
(3)掌握图中符号的含义，图中符号项目主要包括纵坐标、横坐标和图像，对图像要弄清楚其起点、拐点、交点、终点和走向(即“四点一向”)的含义。
【例2】 (2021·合肥高一期末)某温度时，在一个10 L恒容容器中，X、Y、Z均为气体，三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据填空：
(1)该反应的化学方程式为__________________________。
(2)反应开始至2 min，以气体X表示的平均反应速率为________。
(3)平衡时容器内气体的压强与起始时比________(填“变大”“变小”或“相等”，下同)，混合气体的密度与起始时比________。
(4)a ml X与b ml Y的混合气体发生上述反应，反应到某时刻各物质的量恰好满足：n(X)＝n(Y)＝2n(Z)，则原混合气体中a∶b＝________。
[解析] (1)根据图像可知，X和Y的物质的量减小，说明是反应物，Z的物质的量增大，说明是生成物，化学反应速率之比等于系数之比，同时间同体积，物质的量变化之比等于系数之比，即三者物质的量的变化为(1－0.7)∶(1－0.9)∶0.2＝0.3∶0.1∶0.2＝3∶1∶2，反应的化学方程式为3X＋Y2Z。
(2)v(X)＝ eq \f(0.3,2×10) ml/(L·min)＝0.015 ml/(L·min)。
(3)根据化学方程式可知，平衡时容器内气体的压强与起始时相比变小；组分都是气体，容积不变，气体的质量不变，因此反应前后气体密度不变。
(4)设X的变化量为3x ml，则：
3X ＋ Y2Z
起始量/ml a b 0
变化量/ml 3x x 2x
某时刻量/ml a－3x b－x 2x
因n(X)＝n(Y)＝2n(Z)，则有a－3x＝4x，b－x＝4x，解得a＝7x，b＝5x，因此a∶b＝7x∶5x＝7∶5。
[答案] (1)3X＋Y2Z (2)0.015 ml/(L·min) (3)变小不变 (4)7∶5
1．(双选)如图是可逆反应X2＋3Y22Z2在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是( )
A．t1时，只发生正反应
B．t2时，反应达到限度
C．t2～t3，反应不再发生
D．t2～t3，各物质的浓度不再发生变化
BD [t1时，既发生正反应，又发生逆反应，故A错误；t2时，反应达到平衡状态，反应达到限度，故B正确；化学平衡是动态平衡，平衡时v正＝v逆>0，故C错误；t2～t3，反应达到平衡状态，各物质的浓度不再发生变化，故D正确。]
2．H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
甲乙
丙丁
A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液碱性越弱，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
D [A错，由甲图可知，过氧化氢浓度越大，分解越快。B错，由乙图可知，溶液碱性越强，H2O2分解越快。C错，由丙图可知，有一定浓度的Mn2＋存在时，并不是溶液碱性越强，H2O2分解越快。D对，由丙图可知，碱性溶液中Mn2＋对过氧化氢分解有影响，丁图说明Mn2＋浓度越大，过氧化氢分解越快，故由丙图和丁图可知，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大。]
1．如何根据nt或ct图像书写化学反应的方程式？
提示：根据图像中物质的量或物质的量浓度增大或减少判断反应物和生成物，同时间段内不同物质的Δn或Δc之比等于化学方程式的系数比。
2．如何根据vt图像判断平衡移动的方向？
提示：若v正>v逆，平衡向右移动；若v正3．如何判断ct图像中速率的大小？
提示：依据图像中各点斜率的大小，可判定即时速率。
1.在如图所示的装置中，电流表指针发生偏转。下列说法错误的是( )
A．铁是负极，发生氧化反应Fe－2e－===Fe2＋
B．溶液中Cu2＋向银电极移动
C．一段时间后，银电极质量会增加
D．该装置发生的反应为Fe＋2Ag＋===Fe2＋＋2Ag
D [该装置中Fe失电子作负极，发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，故A正确；Cu2＋向正极银电极移动，故B正确；Ag作正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，一段时间后，银电极质量会增加，故C正确；该装置发生的反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，故D错误。]
2．钮扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种钮扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，用KOH溶液作电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。关于该电池的下列叙述不正确的是 ( )
A．正极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
B．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应
C．使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极
D．使用时溶液中电流的方向是由Ag2O极流向Zn极
D [银元素的化合价降低被还原，Ag2O为正极，正极反应为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，故A正确；Zn失电子作负极，发生氧化反应，Ag2O得电子作正极，发生还原反应，故B正确；Zn作负极，Ag2O作正极，所以电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，C正确；溶液中是离子的定向移动形成电流，使用时溶液中电流的方向是由Zn极流向Ag2O极，故D不正确。]
3．一定条件下，在容积为10 L的固定容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应过程如图。下列说法正确的是( )
A．t min时正、逆反应速率相等
B．X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系
C．0～8 min，H2的平均反应速率v(H2)＝0.75 ml·L－1·min－1
D．10～12 min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.25 ml·L－1·min－1
B [t min时，X、Y的浓度相等，此时没有达到平衡状态，正、逆反应速率不相等。根据题给图像，X的物质的量增加，属于生成物，因此X为NH3的曲线。0～8 min时，v(NH3)＝ eq \f(0.6 ml,10 L×8 min)＝0.007 5 ml·L－1·min－1，根据化学反应速率之比等于系数之比，则v(H2)＝ eq \f(v（NH3）,2)×3＝0.011 25 ml·L－1·min－1。10～12 min，v(NH3)＝ eq \f(0.7 ml－0.6 ml,10 L×2 min)＝0.005 ml·L－1·min－1，v(N2)＝ eq \f(v（NH3）,2)＝0.002 5 ml·L－1·min－1。]
4．对水样中M的分解速率的影响因素进行研究。在相同温度下，M的物质的量浓度[c(M)]随时间(t)的变化如图所示。下列说法错误的是( )
A．水样酸性越强，M的分解速率越快
B．水样中添加Cu2＋，能加快M的分解速率
C．由②③得，反应物浓度越大，M的分解速率越快
D．在0～20 min内，②中M的分解速率为0.015 ml·L－1·min－1
C [A对，根据①②知，M浓度相同时，pH越小，相同时间内浓度的变化量越大，则M的分解速率越快。B对，根据③④知，pH相同时，含有Cu2＋的水样相同时间内浓度的变化量大，则M分解速率快。C错，由②③知，反应物浓度、溶液的pH均不同，无法判断反应物的浓度与M分解速率快慢的关系。D对，0～20 min内，②中M的分解速率v＝ eq \f(Δc,Δt)＝ eq \f(0.40 ml·L－1－0.10 ml·L－1,20 min)＝0.015 ml·L－1·min－1。]
5．在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示：
(1)写出该反应的化学方程式：______________________________________
________________________________________________________________。
(2)0～10 s内，用X表示的反应速率是_______________________________
________________________________________________________________。
(3)下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是________。
a．X与Y的反应速率之比为1∶1
b．混合气体中X的浓度保持不变
c．X、Y、Z的浓度之比为1∶1∶2
(4)为使该反应的反应速率增大，可采取的措施是________。
a.适当降低温度
b．扩大容器的体积
c．充入一定量Z
[解析] (1)由题图可知该反应的反应物为X和Y，生成物为Z，0～10 s内，|Δn(X)|＝1.20 ml－0.41 ml＝0.79 ml，|Δn(Y)|＝1.00 ml－0.21 ml＝0.79 ml，Δn(Z)＝1.58 ml，所以|Δn(X)|∶|Δn(Y)|∶Δn(Z)＝1∶1∶2，该反应的化学方程式为X＋Y2Z。(2)0～10 s内|Δn(X)|＝0.79 ml，用X表示的反应速率为 eq \f(0.79 ml,2 L×10 s)＝0.039 5 ml·L－1·s－1。(3)X与Y的反应速率之比为1∶1，没有说明反应方向，不能说明正反应速率＝逆反应速率，故a错误；混合气体中X的浓度保持不变，能说明反应达到平衡状态，故b正确；X、Y、Z的浓度之比为1∶1∶2，不能说明各组分浓度不再改变，故c错误。(4)适当降低温度，反应速率减小，故a错误；扩大容器的体积，相当于减小压强，反应物浓度减小，反应速率减小，故b错误；充入一定量Z，增大了Z的浓度，反应速率增大，故c正确。
[答案] (1)X＋Y2Z (2)0.039 5 ml·L－1·s－1 (3)b (4)c
探究任务
1.了解常见化学电源的工作原理，能正确写出其电极反应式，培养“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。
2.了解化学反应速率及化学平衡图像的种类及解答技巧，培养“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。