高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度第2课时教案设计

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新知探究(一) 化学反应的限度[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．可逆反应的特点
(1)在 条件下， 反应和 反应同时进行。
(2)反应物 能按照化学计量数完全转化为产物，反应物与产物 。
2．化学平衡状态的建立过程探究
图示如下：
3．化学平衡状态的概念
在一定条件下，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，反应物的浓度和生成物的浓度都 ，达到一种表面静止的状态，即称之为化学平衡状态，简称 。
4．化学反应的限度
(1)化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到的或完成的 ，任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。
(2)不同条件下，同一可逆反应的化学反应限度不同；相同条件下，不同反应的化学反应限度也不同。
(3)化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大 。
[落实新知能]
1．化学平衡状态的特征
2．化学平衡状态的判断依据
[注意] 化学反应达到平衡时，各组分的浓度保持不变，不要理解为浓度相等，也不要理解为浓度之比等于化学计量数之比。
[演练新学考]
1．下列关于化学反应限度的说法中正确的是( )
A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B．当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零
C．平衡状态时，各物质的浓度保持相等
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
2．某可逆反应达到平衡状态时，下列说法正确的是( )
①正反应和逆反应同时进行，两者的速率完全相等
②反应物和生成物同时存在，两者的浓度相同
③混合物的组成比例不会随时间而改变
A．① B．①③
C．② D．①②③
3．下列对于可逆反应2M(g)＋N(g)2P(g)达到平衡时的说法正确的是( )
A．M、N全部变成了P
B．反应已经停止
C．反应混合物中各组分的浓度不再改变
D．v(M)∶v(N)＝2∶1
4．在恒温恒容条件下可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列能够说明反应已经达到平衡状态的是( )
A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
B．氨气的百分含量不再变化
C．断开1个N≡N键的同时有6个N—H键生成
D．混合气体的质量不随时间的变化而变化
新知探究(二) 化学反应条件的控制[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．调控反应条件的目的和方法
2．调控反应条件时需要考虑的问题
控制反应条件的成本和实际可能性。
示例：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。
①温度低、压强大，氨的产率高。
②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10～30 MPa。
3．调控反应条件、提高燃料的燃烧效率(以煤为例)
(1)煤的状态
煤被研得越细，与空气中氧气的接触面积越大，燃烧越充分，反应速率越大。
(2)空气用量
适当过量的空气有利于煤的充分燃烧。过多的空气会带走大量的热量，降低反应温度，减小燃烧速率，甚至会使燃烧停止(当温度达不到煤的着火点时)；少量的空气则会使煤燃烧不充分，造成能源浪费。
(3)炉(灶)膛材料的选择
炉(灶)膛材料采用隔热的耐高温材料。隔热可以减少热量的流失，耐高温材料可以防止炉(灶)膛熔融(或熔裂)而脱离。
(4)废气中热能的利用
燃烧后废气中的热能可用于供暖或发电等。
[落实新知能]
1．合理选择的化学反应条件的角度
(1)化学反应速率问题。
(2)化学反应限度问题。
(3)生产设备的耐高温、抗高压性，生产投入的成本问题等。
2．提高燃料的燃烧效率的措施
(1)尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量。
(2)尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。
[演练新学考]
1．下列有关合成氨条件的选择和解释不合理的是( )
A．使用催化剂，可加快N2和H2合成氨的速率
B．高压比常压条件更有利于合成氨
C．采用500 ℃左右主要考虑反应速率问题
D．采用高温高压合成氨有利于提高反应速率和平衡产率
2．能使煤炭燃烧更充分，且使热能利用率提高的最有效措施是( )
A．多加煤以使炉火更旺
B．把煤炭做成大煤球
C．把煤中掺和一些黄泥做成蜂窝煤
D．把煤粉碎，在煤粉燃烧器中燃烧
3．下列措施可以提高燃料燃烧效率的是( )
①提高燃料的着火点 ②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎 ④将液体燃料雾化处理 ⑤将煤进行气化处理 ⑥通入适当过量的空气
A．①③④⑤ B．②③⑤⑥
C．③④⑤⑥ D．①②③④
新知探究(三) 化学平衡状态的判断[选考层级]
[难度增一点]
[典例] 在两个恒温、恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：
(甲)2X(g)Y(g)
(乙)A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，当下列物理量不再发生变化时，其中能表明(甲)、(乙)均达到化学平衡状态的有( )
①混合气体的密度
②反应容器中生成物的百分含量
③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比
④混合气体的压强
⑤混合气体的平均相对分子质量
⑥混合气体的总物质的量
A．①②③⑤ B．①③⑤⑥
C．②③⑤ D．②③④
[知能深一点]
判断可逆反应达到平衡状态的标志
1．直接标志
(1)v(正)＝v(逆)≠0(化学平衡的本质)
①同一种物质的生成速率等于消耗速率。
②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于相应物质的化学计量数之比。
③化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于相应物质的化学计量数之比。
(2)各组分的浓度保持一定(化学平衡的特征)
①各组分的浓度不随时间的改变而改变。
②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
2．间接标志——“变量不变即平衡”
(1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于有气体参与且反应前后气体的体积不等的可逆反应)。
(2)混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于①恒压且反应前后气体的体积不等的可逆反应；②恒容且有固体、液体参与或生成的可逆反应)。
(3)对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应，若体系的颜色不再改变，则反应达到平衡状态。
(4)体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。
3．注意事项
(1)恒容容器中，对于全部是气体的反应体系，密度不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
(2)恒容容器中，对于化学方程式两边气态物质的化学计量数之和相等的反应，压强不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
(3)对于全部是气体的反应体系，若反应物和生成物的化学计量数之和相等，则气体的平均相对分子质量不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
[选考难一点]
1．一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)的可逆反应，下列能说明反应达到平衡状态的是( )
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和NO的体积比保持不变
D．每消耗1 ml SO3的同时生成1 ml NO2
2．一定温度下在一定体积的密闭容器中，下列叙述不能作为可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡状态标志的是( )
①C的生成速率与C的消耗速率相等 ②单位时间内生成a ml A，同时生成3a ml B ③A、B、C的浓度不再变化 ④C的物质的量不再变化 ⑤混合气体的总压强不再变化 ⑥混合气体的总物质的量不再变化 ⑦单位时间消耗a ml A，同时生成3a ml B ⑧A、B、C的分子数之比为1∶3∶2
A．②⑧ B．④⑦
C．①③ D．⑤⑥
3．已知可逆反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。
(1)若反应在一容积可变的密闭容器中进行，在其他条件不变的情况下，下列条件的改变对其反应速率无影响的是________(填字母，下同)。
A．保持体积不变，增加CO的物质的量
B．将容器的体积缩小一半
C．保持压强不变，充入N2使容器体积增大
D．保持体积不变，充入N2使体系压强增大
(2)若反应在一容积恒定的密闭容器内进行，能判断该反应一定达到化学平衡状态的是________。
①容器内气体的平均相对分子质量不随时间而变化
②v正(H2O)＝v逆(H2) ③容器内气体的密度不随时间而变化 ④容器内气体总质量不随时间而变化 ⑤消耗n ml H2的同时消耗n ml CO
A．①②③ B．①②③④
C．② D．①④⑤
新知探究(四) 有关化学平衡的简单计算[选考层级]
[难度增一点]
[典例1] 在容积可变的密闭容器中，2 ml N2和8 ml H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于( )
A．5% B．10%
C．15% D．20%
[典例2] X、Y、Z为三种气体，把a ml X和b ml Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y===2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)n(Z)，则Y的转化率为( )
A.eq \f(a＋b,5)×100% B.eq \f(2a＋b,5b)×100%
C.eq \f(2a＋b,5)×100% D.eq \f(a＋b,5a)×100%
[知能深一点]
解答有关化学平衡计算题的方法
1．思维模型
一般需要写出化学方程式，列出起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和定律列方程式求解。如：
mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)
起始量/ml a b 0 0
转化量/ml mx nx px qx
平衡量/ml a－mx b－nx px qx
2．计算类型
(1)关于反应物转化率的计算
A的转化率＝eq \f(A的转化量,A的起始量)×100%(计算式中A的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等)。
(2)关于某组分的体积分数的计算
A的体积分数＝eq \f(体系中A的物质的量,体系中总的物质的量)×100%。
3．注意事项
(1)转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。
(2)这里a、b可指物质的量、浓度、体积等。
(3)对反应物：平衡时的量＝起始的量－转化的量；
对生成物：平衡时的量＝起始的量＋转化的量。
[选考难一点]
1．一定条件下，对于反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达平衡时，X、Y、Z浓度分别为0.1 ml·L－1、0.3 ml·L－1和0.08 ml·L－1，则下列判断不合理的是( )
①c1∶c2＝1∶3 ②平衡时，Y和Z的生成速率之比2∶3
③X和Y的转化率不相等 ④c1的取值范围为0＜c1＜0.14 ml·L－1
A．①② B．③④
C．①④ D．②③
2．在一定温度下，发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，起始时，充入的N2和H2的物质的量分别是3.0 ml和6.0 ml，平衡时生成NH3的物质的量是2.4 ml。已知容器的容积为5.0 L，试求：
(1)H2的转化率是________。
(2)平衡时混合气体中N2的体积分数是________。
eq \a\vs4\al([课时跟踪训练])
A级—学业水平考试达标练
1．下面关于化学反应的限度的叙述中，正确的是( )
A．化学反应的限度都相同
B．可以通过改变温度控制化学反应的限度
C．可以通过延长化学反应的时间改变化学反应的限度
D．当一个化学反应在一定条件下达到限度时，反应即停止
2．在一定温度下，某反应A＋BC体系中，n(B)随反应时间(t)的变化如下表：
该反应处于平衡状态的时间区域为( )
A．1～2 min B．1～3 min
C．2～3 min D．3～5 min
3．下列说法正确的是( )
A．密闭容器中充入1 ml N2和3 ml H2可生成2 ml NH3
B．一定条件下，可逆反应达到平衡状态，该反应就达到了这一条件下的最大限度
C．对于任何反应增大压强，化学反应速率均增大
D．化学平衡是一种动态平衡，条件改变，原平衡状态不会被破坏
4．天然气和液化石油气燃烧的主要化学方程式依次为：CH4＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O，C3H8＋5O2eq \(=====,\s\up7(点燃))3CO2＋4H2O，现有一套以天然气为燃料的灶具，今改用液化石油气，应采用的正确措施是( )
A．减少空气进入量，增大石油气进入量
B．增大空气进入量，减少石油气进入量
C．减少空气进入量，减少石油气进入量
D．增大空气进入量，增大石油气进入量
5．中国锅炉燃烧采用沸腾炉的逐渐增多，采用沸腾炉的好处在于( )
①增大煤炭燃烧时的燃烧热并形成清洁能源
②减少炉中杂质气体(如SO2等)的形成
③提高煤炭的热效率并减少CO的排放
④使燃料燃烧充分，从而提高燃料的利用率
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
6.如图是可逆反应：X2＋3Y22Z2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．t2～t3时，各物质的浓度不再发生变化
B．t2时，反应未达到限度
C．t2～t3时，反应已停止进行
D．t1时，反应只向正反应方向进行
7．下列说法不正确的是( )
A．当平衡体系中各物质的浓度相等时，化学反应一定达到平衡状态
B．对某一可逆反应，当正、逆反应速率相等时，各组分的浓度一定保持不变
C．甲、乙两个容积相同、温度恒定且密闭容器中，分别充入2 ml NH3、1 ml N2和3 ml H2，平衡时，甲和乙的压强是相同的
D．化学平衡建立前，v(正)≠v(逆)，达到化学平衡后v(正)＝v(逆)
8．硫酸是一种重要的化工产品，硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发展水平的一种标志。目前硫酸的重要生产方法是“接触法”，有关接触氧化反应2SO2＋O2eq \(,\s\up7(一定条件))2SO3的说法不正确的是( )
A．该反应为可逆反应，故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫
B．达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均为0
C．一定条件下，向某密闭容器中加入2 ml SO2和1 ml O2，则从反应开始到达平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻，正、逆反应速率相等
D．在利用上述反应生产三氧化硫时，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题
9．工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是：①2C＋O2eq \(,\s\up7(高温))2CO；②Fe2O3＋3COeq \(,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。该炼铁工艺中，焦炭的实际用量远远高于按照化学方程式计算所需要的量。其主要原因是( )
A．CO过量
B．CO与铁矿石接触不充分
C．炼铁高炉的高度不够
D．反应①②都有一定限度
10．在某一容积为5 L的密闭容器内，加入0.2 ml的CO和0.2 ml的H2O(g)，在催化剂存在的条件下高温加热，发生反应：CO(g)＋H2O(g)eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(高温))CO2(g)＋H2(g)，反应放出热量。反应中CO2的浓度随时间变化的情况如图所示。
(1)根据图中数据，从反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为______；反应平衡时c(H2)＝___________________________________________________________________。
(2)判断该反应达到平衡的依据是________(填标号)。
A．CO减少的化学反应速率和CO2减少的化学反应速率相等
B．CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
C．CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
D．正、逆反应速率都为零
11．在2 L容器中有3种物质进行反应，X、Y、Z的物质的量随时间的变化曲线如图。反应在t时刻达到平衡，如图所示：
(1)该反应的化学方程式是_________________________________________________。
(2)反应起始至t，Y的平均反应速率是________。
(3)关于该反应的说法正确的是________(填标号)。
A．到达t时刻该反应已停止
B．在t时刻之前X的消耗速率大于它的生成速率
C．在t时刻正反应速率等于逆反应速率
D．在t时刻达到平衡是因为此时反应物总物质的量与生成物总物质的量相等
B级—选考等级考试增分练
1．在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 ml·L－1、0.1 ml·L－1、0.2 ml·L－1。当反应达到平衡时，可能存在的数据是( )
A．SO2为0.4 ml，O2为0.2 ml
B．SO2为0.25 ml
C．SO2、SO3均为0.15 ml
D．SO3为0.4 ml
2．常温下，将a ml N2与b ml H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。
(1)若反应进行到某时刻t时，nt(N2)＝13 ml，nt(NH3)＝6 ml，则a的值为____________。
(2)反应达平衡时，混合气体的体积为716.8 L(标准状况下)，其中NH3的体积分数为25%，计算平衡时NH3的物质的量为__________________。
(3)原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比为________(写最简整数比，下同)。
(4)原气体中a∶b＝_____________________。
(5)达到平衡时混合气体中，n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)＝_____________________。
3．t1℃时，将2 ml SO2和1 ml O2通入体积为2 L的恒温恒容密闭容器中，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，2 min时反应达到化学平衡，此时测得反应物O2还剩余0.8 ml，请填写下列空白：
(1)从反应开始到达化学平衡，生成SO3的平均反应速率为____________；平衡时SO2转化率为________。
(2)下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是________(填标号)。
A．容器内压强不再发生变化
B．SO2的体积分数不再发生变化
C．容器内气体原子总数不再发生变化
D．相同时间内消耗2n ml SO2的同时消耗n ml O2
E．相同时间内消耗2n ml SO2的同时生成n ml O2
(3)t2℃时，若将物质的量之比n(SO2)∶n(O2)＝1∶1的混合气体通入一个恒温恒压的密闭容器中，反应达到平衡时，混合气体体积减少了20%。SO2的转化率为________。
4．在2 L密闭容器内，800 ℃时反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表：
(1)上述反应________(填“是”或“不是”)可逆反应，在第5 s时，NO的转化率为________________。
(2)如图中表示NO2变化曲线的是________。用O2表示从0～2 s内该反应的平均速率v＝________________________________________________________________________。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是____________。
a．v(NO2)＝2v(O2) B．容器内压强保持不变
c．v逆(NO)＝2v正(O2) D．容器内密度保持不变
素养提升课 实验活动与科学探究
eq \a\vs4\al(一、人教版新教材章末“实验活动”挖掘)
实验活动6——化学能转化成电能
[实验步骤]
实验(一) 电极材料的实验
1．用导线将电流表分别与锌片、铜片相连接，使锌片与铜片接触，观察电流表指针是否发生偏转；用石墨棒代替铜片进行上述实验。解释所观察到的现象。
2．将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察现象；再插入铜片，观察现象；取出铜片，插入石墨棒，观察现象。
实验(二) 原电池实验
如下表所示，选择不同的电极材料以及稀硫酸、导线和电流表，组装原电池，试验其能否产生电流，并作出解释。
[问题设计]
1．试着描述一下原电池的工作原理？
提示：负极失电子发生氧化反应，电子通过导线流向正极，正极得电子发生还原反应；溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，这样外电路中的电子和溶液中的阴阳离子分别发生定向移动，构成闭合回路产生电流，使化学能转化为电能。
2．思考原电池的构成需要哪些条件？
提示：①有一个能自发进行的放热的氧化还原反应；②具有两个活动性不同的电极，一般为金属或石墨；③要有电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。
3．组装原电池时的操作应注意哪些问题？
提示：①电极材料活动性不同，且至少有一极能与电解质溶液发生氧化还原反应；②电极可用导线连接或直接接触。
4．能否用铁片作为电极代替铜锌原电池中的锌片？为什么？
提示：可以，因为Fe也能与稀硫酸发生氧化还原反应；铁片作负极发生氧化反应，铜片作正极发生还原反应，同样可以形成原电池。
实验活动7——化学反应速率的影响因素
[实验原理]
1．硫代硫酸钠与硫酸的反应
硫代硫酸钠与硫酸反应会生成不溶于水的硫：
Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O
反应生成的硫使溶液出现乳白色浑浊，比较浑浊现象出现所需时间的长短，可以判断该反应进行的快慢。在不同浓度和温度条件下分别进行上述反应，并比较其反应快慢，可以看出反应物浓度和温度对该反应速率的影响。
2．过氧化氢分解会产生氧气，在有或无催化剂存在下进行对比实验，通过观察氧气产生的快慢可以看出催化剂对该反应速率的影响。
[实验步骤]
实验(一) 探究浓度对化学反应速率的影响
取两支大小相同的试管，分别加入2 mL和1 mL 0.1 ml·L－1 Na2S2O3溶液，向盛有1 mL Na2S2O3溶液的试管中加入1 mL蒸馏水，摇匀。再同时向上述两支试管中加入2 mL 0.1 ml·L－1 H2SO4溶液，振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。
实验(二) 探究温度对化学反应速率的影响
取两支大小相同的试管，各加入2 mL 0.1 ml·L－1 Na2S2O3溶液，分别放入盛有冷水和热水的两个烧杯中。再同时向上述两支试管中加入2 mL 0.1 ml·L－1 H2SO4溶液，振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。
实验(三) 探究催化剂对化学反应速率的影响
向三支大小相同的试管中各加入2 mL 10%H2O2溶液，再向其中的两支试管中分别加入少量MnO2粉末和2滴1 ml·L－1 FeCl3溶液，观察、比较三支试管中气泡出现的快慢。
[问题设计]
1．在通常情况下，铁与冷水或热水都不发生反应，但红热的铁与水蒸气则可发生反应，生成Fe3O4和H2。试从反应条件的角度思考并解释这一事实。
提示：铁与冷水或热水不发生反应是因为温度低，反应太慢，所以看不到明显反应，红热的铁温度较高与水蒸气反应较快，所以发生反应生成Fe3O4和H2。
2．外界条件对化学反应速率有怎样的影响？
提示：浓度越大，温度越高反应速率越快，使用催化剂能改变化学反应速率。
3．完成该实验应注意哪些问题？
提示：为了使实验获得的结论正确，在研究某一影响因素时要保证其他因素相同，即注意控制变量。
eq \a\vs4\al(二、鲁科版新教材章末“微项目”探究体验)
微项目——研究车用燃料及安全气囊(利用化学反应解决实际问题)
1．了解汽车燃料，尝试选择、优化车用燃料，建立化学反应中物质变化与能量变化的关联，初步形成利用化学反应中的物质变化和能量变化指导生产实践的基本思路。
2．通过设计安全气囊，初步形成从化学反应中的物质变化和能量变化及反应速率的视角科学解决问题的思路。 eq \a\vs4\al([项目学习目标])
一、选择车用燃料
1．车用燃料的历史变迁
第一阶段：1769年，法国人居纽制造了利用煤燃烧产生的蒸汽驱动三轮汽车。
第二阶段：1885年，德国工程师卡尔·本茨制造了第一辆汽油机三轮汽车。
时至今日：人们依然在探索、优化车用燃料，各种新能源汽车层出不穷，未来更优的车用燃料值得期待。
2．化学反应中能量的变化原因：化学反应中旧化学键断裂吸收的能量小于新化学键形成释放的能量，则化学反应整体表现为释放能量的反应，利用释放能量的化学反应能更好的服务于生活。
3．车用燃料的选择探究。
[问题设计]
1．庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一，试利用图示的方法说明庚烷燃烧过程中发生能量变化的根本原因。
提示：断裂旧键吸收的能量(E1)小于形成新键释放的能量(E2)如图
2．某同学根据所查阅的资料，绘制了三种可燃物在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图。根据示意图，你认为哪种物质更适合作为车用燃料，为什么？
提示：放出热量越多越好，所以不考虑可燃物C，可燃物A与可燃物B放出的热量差不多，但是可燃物A达到燃点所需能量少，所以A更适合作为车用燃料。
3．从化学反应中能量变化的角度分析，选择车用燃料时主要应考虑哪些因素？除此之外，从环保角度看还需要考虑哪些问题？
提示：选择车用燃料要考虑的问题：①燃料燃烧放出能量的多少；②燃料是否易燃，燃烧是否充分；③燃料是否易于储存和运输；④燃料的安全问题。从环保角度还要考虑燃料燃烧时对环境的影响，尽量减少对环境的污染。
[项目总结] 车用燃料的选择应考虑的问题
(1)选择发生化学反应是放出能量多的燃料作为车用燃料。
(2)达到燃料燃点需要吸收的能量少的燃料。
(3)选择来源广，价格低，燃烧生成物对环境危害小或无污染的燃料。
二、设计安全气囊
1．现代安全气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及其控制系统等组成。如图所示：
2．目前，汽车安全气囊系统中使用的气体发生剂主要由叠氮化钠(NaN3)、三氧化二铁、硝酸铵等物质按一定比例混合而成。叠氮化钠受到撞击后迅速分解，产生氮气和金属钠，同时释放大量的热，硝酸铵吸收反应释放的热，金属钠会与铁的氧化物反应生成铁和较为安全的氧化钠。
[问题设计]
1．气体发生器中的物质应具有哪些性质？
提示：①产气量大，产气速度快；②产物清洁无毒、低腐蚀或无腐蚀。
2．如何选择安全气囊的气体发生剂？
提示：选择安全气囊的气体发生剂时，不仅要考虑所选物质的性质，还需要关注所发生反应中的物质变化、能量变化和反应的化学反应速率，科学、合理的利用化学反应。
[项目总结]
科学合理利用化学反应造福人类
1．利用化学反应中的物质变化
根据物质的性质制作我们需要的产品。或根据生产生活的需要，合理选择适当的反应制备我们需要的物质，例如煅烧石灰石制取生石灰，太阳能光解水制氢等。
2．利用化学反应中的能量变化
利用化学能转化为电能、热能等其他形式的能量，用于生产、生活和科研。如利用化学能、热能的转化选择合适的车用燃料。利用铝与氧化铁的反应产生的热量焊接钢轨，通过电池利用铝与氧气的反应产生的电能供电等。
A卷—学业水平达标验收
1．下列说法正确的是( )
A．物质发生化学变化都伴随着能量变化
B．任何反应中的能量变化都表现为热量变化
C．伴有能量变化的物质变化都是化学变化
D．即使没有物质的变化，也可能有能量的变化
2．在不同条件下进行反应：A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)，反应速率最快的是( )
A．v(A2)＝0.05 ml·L－1·s－1
B．v(B2)＝0.6 ml·L－1·s－1
C．v(AB3)＝0.5 ml·L－1·s－1
D．缺乏依据，无法比较
3．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )
A．①③②④ B．①③④②
C．③④②① D．③①②④
4．下列电池不属于化学电池的是( )
5．下列关于反应速率的说法错误的是( )
A．反应速率用于衡量化学反应进行的快慢
B．可逆反应达到化学平衡状态时，正、逆反应速率都为0
C．决定反应速率的主要因素是反应物的性质
D．增大反应物浓度，提高反应温度都能增大反应速率
6．如图所示，有关化学反应和能量变化的说法正确的是( )
A．图a表示的是吸热反应的能量变化
B．图b中反应物比生成物稳定
C．图a可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化
D．图a不需要加热就一定能发生，图b一定需要加热才能发生
7.目前，科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系，下列说法中错误的是( )
A．燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能
B．燃料电池中通入H2的一极作负极，发生氧化反应
C．在此循环中发生了反应：2H2O2H2↑＋O2↑
D．目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂
8．在2NO2(红棕色)N2O4(无色)的可逆反应中，下列状态一定属于平衡状态的是( )
A．N2O4和NO2的分子数比为1∶2
B．N2O4和NO2的浓度相等
C．平衡体系的颜色不再改变
D．单位时间内有1 ml N2O4变为NO2的同时，有1 ml NO2变为N2O4
9.如图是锌片和铜片在稀硫酸中所组成的原电池装置，c、d为两个电极。下列有关的判断不正确的是( )
A．电池工作的过程中，d电极上产生气泡
B．电池工作时，溶液中SOeq \\al(2－,4)向d移动
C．c为负极，发生氧化反应
D．电池工作的过程中，溶液中SOeq \\al(2－,4)浓度基本不变
10．2SO2(g)＋O2(g)eq \(,\s\up7(V2O5),\s\d5(△))2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是( )
A．催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率
B．增大反应体系的压强，反应速率一定增大
C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D．在t1、t2时刻，SO3(g)的浓度分别是c1、c2，则时间间隔t1～t2内，SO3(g)生成的平均速率为v＝eq \f(c2－c1,t2－t1)
11.某小组为研究原电池原理，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，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
12.某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是( )
A．锌片作正极
B．铜片上有气泡产生
C．将电能转化为化学能
D．电子由铜片经导线流向锌片
13．一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体并发生反应，反应中各物质的物质的量的变化如图所示，对该反应的推断合理的是( )
A．该反应的化学方程式为3B＋4D6A＋2C
B．反应进行到1 s时，v(A)＝v(D)
C．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为
0．05 ml·L－1·s－1
D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等
14．甲：在试管中加入1 g粉末状大理石，加入4 ml·L－1盐酸20 mL(过量)；乙：在试管中加入2 g颗粒状大理石，加入4 ml·L－1盐酸20 mL(过量)；下列CO2生成体积(折算成标准状况)V(CO2)同反应时间t的关系曲线图合理的是( )
15．根据如图所示示意图，下列说法不正确的是( )
A．反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)，能量增加(b－a) kJ·ml－1
B．该反应过程反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量
C．1 ml C(s)和1 ml H2O(l)反应生成1 ml CO(g)和1 ml H2(g)吸收的热量为131.3 kJ
D．1 ml C(g)、2 ml H、1 ml O转变成1 ml CO(g)和1 ml H2(g)放出的热量为a kJ
16．某化学小组对生石灰与水反应是显著放热反应进行了实验探究，在除了用手触摸试管壁感觉发热外，还设计了下列几个可行性方案。
(1)甲方案：将温度计与盛放有生石灰的小试管用橡皮筋捆绑在一起，放入有水的小烧杯中，用胶头滴管向小试管中缓缓滴入水，观察到的现象是_______________、______________、______________。说明反应放热。
(2)乙方案：将盛放有生石灰的小试管插入带有支管的试管中，支管接①(U形管)，用胶头滴管向小试管中缓缓滴入水，①中看到的现象是________________________________________，说明该反应放热。
(3)丙方案：盛放有生石灰且带支管的试管中，支管接的导管中盛适量无水硫酸铜粉末，导管中看到的现象是___________________________，说明反应放热，原因是______________________________________________。
17．恒温恒容下，将2 ml A气体和4 ml B气体通入体积为2 L的密闭容器中发生反应：2A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s)，2 min达平衡，测得平衡时A的物质的量为1.2 ml ，C的浓度为0.8 ml·L－1。
(1)从开始反应至达到平衡状态，生成C的平均反应速率为________。
(2)x＝________。
(3)A的转化率与B的转化率之比为________。
(4)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是________。
A．压强不再变化
B．气体密度不再变化
C．气体的平均相对分子质量不再变化
D．A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1
18.如图所示的过程是目前直接利用太阳能的研究热点，人们把通过人工光化学手段合成燃料的过程叫做人工光合作用。
(1)在如图构想的物质和能量循环中太阳能最终转化为________能。
(2)人工光合作用的途径之一就是在催化剂和光照条件下，将CO2和H2O转化为CH3OH，该反应的化学方程式为2CO2(g)＋4H2O(g)eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(光照))2CH3OH(g)＋3O2(g)。
一定条件下，在2 L密闭容器中进行上述反应，测得n(CH3OH)随时间的变化如下表所示：
①用CH3OH表示0～3 min内该反应的平均反应速率为____________。
②能说明该反应已达到平衡状态的是________。
a．v正(H2O)＝2v逆(CO2)
b．n(CH3OH)∶n(O2)＝2∶3
c．容器内密度保持不变
d．容器内压强保持不变
(3)用人工光合作用得到的甲醇、氧气和稀硫酸制作燃料电池，则甲醇应通入该燃料电池的________极(填“正”或“负”)，通入氧气的一极的电极反应式为____________________________________________________________________________。
B卷—选考等级考试检测
1．下列有关化学反应速率和限度的说法中，不正确的是( )
A．实验室用H2O2分解制O2，加入MnO2后，反应速率明显加快
B．在金属钠与足量水反应中，增加水的量能加快反应速率
C．2SO2＋O22SO3反应中，SO2不能全部转化为SO3
D．实验室用碳酸钙和盐酸反应制取CO2，用碳酸钙粉末比用块状碳酸钙反应要快
2．化学能与热能、电能等能相互转化。关于化学能与其他能量相互转化的说法正确的是( )
A．化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成
B．铝热反应中，反应物的总能量比生成物的总能量低
C．图Ⅰ所示的装置能将化学能转变为电能
D．图Ⅱ所示的反应为吸热反应
3．在一定温度下，可逆反应2A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)达到平衡的标志是( )
A．C的生成速率和B的消耗速率相等
B．v正(A)＝2v正(B)
C．2v正(A)＝v逆(B)
D．反应混合物中A、B、C、D的质量分数不再发生变化
4．已知：①1 ml H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量；②1 ml I2蒸气中化学键断裂时需要吸收151 kJ的能量；③由H原子和I原子形成1 ml HI分子时释放299 kJ的能量。下列判断不正确的是( )
A．I2蒸气比H2分子稳定
B．2 ml HI(g)发生分解反应吸收11 kJ热量
C．HI与NaOH的反应属于放热反应
D．0.5 ml H2(g)与0.5 ml I2(g)完全反应释放出5.5 kJ热量
5．在密闭容器里，通入a ml A(g)和b ml B(g)，发生反应A(g)＋B(g)===2C(g)，当改变下列条件时，反应速率不变的是( )
A．降低温度
B．保持容器的体积不变，增加A(g)的物质的量
C．保持容器的压强不变，充入氦气
D．保持容器的体积不变，充入氦气
6.如图为某课外小组自制的氢氧燃料电池，a、b均为石墨。下列叙述不正确的是( )
A．a电极是负极，该电极上发生氧化反应
B．总反应方程式为2H2＋O2===2H2O
C．b极反应是O2＋4H＋＋4e－===4H2O
D．氢氧燃料电池是一种具有广泛应用前景的绿色能源
7．下列各组反应(表中物质均为反应物)在反应刚开始时，放出H2的反应速率最大的是( )
8．将V1 mL 1.00 ml·L－1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1＋V2＝50 mL)。下列叙述正确的是( )
A．做该实验时环境温度为22 ℃
B．该实验表明化学能可能转化为热能
C．NaOH溶液的浓度约为1.0 ml·L－1
D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应
9．反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( )
①增加C的量
②将容器的体积减小一半
③保持体积不变，充入氮气使体系的压强增大
④保持压强不变，充入氮气使体系的体积增大
A．①② B．②③
C．①③ D．③④
10.Mg­H2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图。下列说法不正确的是( )
A．石墨电极是该电池的正极
B．石墨电极上发生还原反应
C．Mg电极的电极反应式：Mg－2e－===Mg2＋
D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再由石墨电极经电解质溶液流向Mg电极
11．在一定温度下，将1 ml A和2 ml B放入容积为5 L的某密闭容器中发生反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋2D(g)。5 min后达到平衡，测得容器内B的浓度减少了0.2 ml·L－1，则下列叙述不正确的是( )
A．在5 min内该反应用C的浓度变化表示的反应速率为0.02 ml·L－1·min－1
B．平衡时B的转化率为50%
C．平衡时B的体积分数约为33.3%
D．初始时的压强与平衡时的压强比为4∶5
12．铅酸蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为硫酸，放电时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是( )
A．Pb为正极被氧化
B．SOeq \\al(2－,4)只向PbO2处移动
C．Pb电极质量减少
D．电解质溶液的pH不断增大
13.某实验探究小组研究320 K时N2O5的分解反应：2N2O54NO2＋O2。如图的坐标曲线是该小组根据所给表格中的实验探究数据绘制的。下列有关说法中正确的是( )
A.曲线Ⅰ是N2O5的变化曲线
B．曲线Ⅱ是O2的变化曲线
C．N2O5的浓度越大，反应速率越大
D．O2的浓度越大，反应速率越大
14．据最近媒体报道，化学研究人员开发了一种可充电锌­空气电池，这种电池的电解质溶液为KOH溶液，储电量是锂电池的五倍，而且更安全、更环保，其反应原理为2Zn＋O2＋4KOH＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2K2Zn(OH)4。下列说法正确的是( )
A．放电时，负极反应式为Zn＋2e－＋4OH－===Zn(OH)2↓
B．放电时，电路中通过4 ml电子，消耗22.4 L氧气
C．充电时，电解质溶液中OH－浓度逐渐增大
D．充电时，电解质溶液中K＋向正极移动，且发生氧化反应
15.一定条件下，将3 ml A气体和1 ml B气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g)C(g)＋2D(s)。2 min末该反应达到平衡，生成D的物质的量随时间的变化情况如图所示。下列判断正确的是( )
A．若混合气体的密度不再改变时，该反应不一定达到平衡状态
B．2 min后，加压会使正反应速率加快，逆反应速率变慢
C．反应过程中A和B的转化率之比为3∶1
D．开始到平衡，用A表示的化学反应速率为0.3 ml·L－1·min－1
16．影响化学反应速率的因素很多，某校化学小组用实验的方法进行探究：他们只利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(0.5 ml·L－1、2 ml·L－1、18.4 ml·L－1)设计实验方案来研究影响化学反应速率的因素。
甲同学研究的实验报告如下表：
(1)表中实验步骤②为________________________________________________________________________。
(2)甲同学的实验目的是________________；要得出正确的实验结论，还需控制的实验条件是________________________________________________________________________。
乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响，利用如图所示装置进行定量实验。
(3)乙同学在实验中应该测定的数据是__________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)乙同学完成该实验应选用的实验药品是________________；该实验中不选用某浓度的硫酸，理由是____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
17.如图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。
请回答下列问题：
(1)当电极a为Al，电极b为Cu，电解质溶液为稀硫酸时，正极的电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)当电极a为Al，电极b为Mg，电解质溶液为氢氧化钠溶液时，该电池的正极为________(填“a”或“b”)。当反应中收集到标准状况下224 mL气体时，消耗的电极质量为________g。若电解质为稀硫酸溶液时，负极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(3)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所产生的化学能直接转化为电能。现设计一燃料电池，以电极a为正极，电极b为负极，甲烷为燃料，采用氢氧化钠溶液为电解液，则甲烷应通入________极(填“a”或“b”，下同)，电子从________极流出，a极的电极反应式为______________________________________________________________。
18．(1)从能量的变化和反应的快慢等角度研究反应：2H2＋O2===2H2O。已知该反应为放热反应，如图能正确表示该反应中能量变化的是________。
从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化，化学键的键能如下表：
则生成1 ml水可以放出热量________kJ。
(2)原电池可将化学能转化为电能。若Fe、Cu和浓硝酸构成原电池，负极是________(填“Cu”或“Fe”)；若Zn、Ag和稀盐酸构成原电池，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电解质溶液中阳离子移向________极(填“正”或“负”)。质量相同的铜棒和锌棒用导线连接后插入CuSO4溶液中，一段时间后，取出洗净、干燥、称量，二者质量差为12.9 g，则导线中通过的电子的物质的量是________ml。
(3)一定温度下，将3 ml A气体和1 ml B气体通入一容积固定为2 L的密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)，反应1 min时测得剩余1.8 ml A，C的浓度为0.4 ml·L－1，则1 min内，B的平均反应速率为________________；x＝________。若反应经2 min达到平衡，平衡时C的浓度________0.8 ml·L－1(填“大于”“小于”或“等于”)。
1.知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡。
2.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
直接判断依据
v(正)＝v(逆)
同一物质
生成速率等于消耗速率
不同物质
化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不同方向(即一正一逆与化学计量数成比例)
如对于反应：aA＋bB===mC中当bv(A)正＝av(B)逆时反应平衡
间接判断依据
各物质的某些物理量保持不变
各组分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变
各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数保持不变
t/min
0
1
2
3
4
5
n(B)/ml
0.080
0.036
0.028
0.020
0.020
0.020
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO)/ml
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
实验目的
1.理解氧化还原反应在化学能转化成电能过程中的作用，体会化学的价值。
2.认识原电池的构成要素及其作用。
实验用品
实验仪器
烧杯、导线、电流表
实验试剂
锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸
电极材料
电流表指针是否发生偏转
解释
锌片、铜片
偏转
锌片、石墨棒
偏转
导线中无
电流通过
电极材料
实验现象
解释
锌片
锌片表面产生气泡
锌是活泼金属，与稀硫酸发生 反应生成
锌片、
铜片
锌片表面产生气泡，铜片表面无明显现象
锌是活泼金属，与稀硫酸发生 反应生成 ，铜与稀硫酸
锌片、
石墨棒
锌片表面产生气泡，石墨棒无明显现象
锌是活泼金属，与稀硫酸发生 反应生成 ，石墨棒与稀硫酸
电极材料
实验现象
解释
锌片、铜片
电流表指针发生偏转， 铜片上产生
该装置构成 ，铜片为 ，锌片为
锌片、石墨棒
电流表指针发生偏转，石墨棒上产生气泡
该装置构成 ，石墨棒为 ，锌片为
铜片、石墨棒
电流表指针不偏转，铜片、石墨棒均无
构成原电池， 电流产生
实验目的
1.体验浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。
2.理解改变反应条件可以调控化学反应的速率。
实验用品
实验仪器
烧杯、试管、量筒、试管架、胶头滴管、温度计、药匙、秒表
实验试剂
0.1 ml·L－1 Na2S2O3溶液、0.1 ml·L－1 H2SO4溶液、10%H2O2溶液、1 ml·L－1 FeCl3溶液、MnO2粉末、蒸馏水
实验
编号
加入0.1 ml·L－1
Na2S2O3溶液的体积/mL
加入水的体积/mL
加入0.1 ml·L－1
H2SO4溶液的体积/mL
出现浑浊
的快慢
1
2
0
2
快
2
1
1
2
慢
实验
编号
加入0.1 ml·L－1
Na2S2O3溶液的体积/mL
加入0.1 ml·L－1
H2SO4溶液的体积/mL
水浴温度/℃
出现浑浊
的快慢
1
2
2
20
慢
2
2
2
80
快
试管
编号
加入10%H2O2
溶液的体积/mL
催化剂的种
类及用量
气泡出现
的快慢
1
2
少量MnO2粉末
快
2
2
2滴1 ml·L－1
FeCl3溶液
快
3
2
无
慢
A
B
C
D
铅酸蓄电池
太阳能电池
锌锰电池
镍镉电池
时间/min
0
1
2
3
4
5
6
n(CH3OH)
/ml
0.000
0.040
0.070
0.090
0.100
0.100
0.100
选
项
金属(粉末状)及
其物质的量/ml
酸的浓度及体积
反应
温度/℃
A
Mg 0.1
6 ml·L－1硝酸 10 mL
60
B
Mg 0.1
3 ml·L－1盐酸 10 mL
60
C
Fe 0.1
3 ml·L－1盐酸 10 mL
60
D
Mg 0.1
3 ml·L－1硫酸 10 mL
60
t/min
0
1
2
3
4
c(N2O5)/(ml·L－1)
0.160
0.114
0.080
0.056
0.040
c(O2)/(ml·L－1)
0
0.023
0.040
0.052
0.060
实验步骤
现象
结论
①分别取等体积的2 ml·L－1的硫酸于试管中；
②__________________
反应速率：Mg＞Fe，Cu不反应
金属的性质越活泼，反应速率越快
化学键
H—H
OO
H—O
键能/(kJ·ml－1)
436
496
463