人教版 (2019)必修 第二册化学反应与能量单元综合与测试导学案

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【知识梳理】
一、从能量变化的视角认识化学反应
（一）、化学反应中的能量变化
1．化学反应中能量变化的本质是化学键的断裂和形成。其中断键吸收能量，成键放出能量。
2．化学反应中能量变化与反应物、生成物能量的关系（从宏观角度认识）：
（1）反应物的总能量＞生成物的总能量，反应放出能量（放热反应）。
（2）反应物的总能量＜生成物的总能量，反应吸收能量（吸热反应）。
如图所示

特别提醒：物质具有的能量与其稳定性之间的关系：
(1)物质具有的能量越低越稳定，参加反应时，化学键断裂吸收的能量就越多，而如果是通过新键形成而生成该物质，则放出的能量就越多。
(2)物质具有的能量高，则其不稳定，参加反应时断键所需能量低，该物质性质活泼，而形成该物质时，放出的能量较少。
3．化学反应中能量变化与反应物、生成物键能的关系（从微观角度认识）：反应物的总键能生成物的总键能，反应吸收能量（吸热反应）。如图所示：
4．反应中化学能与热能的相互转化
（1）化学能转化为热能——放热反应
常见的放热反应：
a.所有的燃烧反应；
b.大多数的化合反应（注：CO2+C2CO为吸热反应）；
c.酸碱中和反应；
d.金属与酸或水的反应；
e.缓慢的氧化反应；
f.其他，如：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O；CaO+H2O=Ca(OH)2；2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑；2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2；2Al+ Fe2O32Fe+Al2O3（铝热反应）
（2）热能转化为化学能——吸热反应
常见的吸热反应：
①以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应如：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)
②铵盐和碱的反应如Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl＝BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
③大多数分解反应如KClO3、KMnO4、CaCO3的分解等
（3）化学能与热能的相互转化
能量变化
化学能转化为热能
放热反应
吸热反应
类型
反应物的总能量大于生成物的总能量
反应物的总能量小于生成物的总能量
遵循能量守恒原理
能量利用
燃料充分燃烧
减少污染
新能源的开发

特别提醒：①常见的热效应如浓硫酸溶于水、NaOH溶于水、Ca(OH)2溶于水，虽伴随着能量的放出，但并不是放热反应；铵盐溶于水虽需要吸收能量，也不是吸热反应。②对于可逆反应，若正反应为放热反应，则逆反应必为吸热反应。③一个化学反应是吸热还是放热，只与反应物总能量和生成物总能量的相对大小有关，而与反应开始前是否需要加热无关。吸热反应也可能不需加热，而放热反应也可能需在高温条件下才能进行。
5．反应历程与反应热的关系
6．能源的分类：
（二）、化学能转化为电能
1．原电池
（1）概念：把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。
（2）原电池的工作原理：通过氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能。
（3）构成原电池的条件：
1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：
①电解质溶液；
②两电极直接或间接接触；
③两电极插入电解质溶液中。
（4）电极名称及发生的反应：
负极：较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应，
电极反应式：较活泼金属－ne－＝金属阳离子
负极现象：负极溶解，负极质量减少。
正极：较不活泼的金属或石墨作正极，正极发生还原反应，
电极反应式：溶液中阳离子＋ne－＝单质
正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加。
（5）原电池的应用：
①加快化学反应速率，如粗锌制氢气速率比纯锌制氢气快；
②比较金属活动性强弱；
③设计原电池；
④金属的腐蚀。
2．发展中的化学电源（只要求了解正负极材料、电解质溶液和其用途）
（1）干电池（一次电池）：活泼金属作负极，被腐蚀或消耗。如：Cu－Zn原电池、锌锰电池。
（2）充电电池（二次电池）：两极都参加反应的原电池，可充电循环使用。如铅蓄电池、锂电池和银锌电池等。
注：二次电池的充放电规律：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。
（3）燃料电池：两电极材料均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如H2、CH4燃料电池，其电解质溶液常为碱性试剂（KOH等）。
二、从化学反应速率和限度的视角认识化学反应
1．化学反应的速率
（1）概念：化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）来表示。计算公式：v(B)＝＝
①单位：ml/(L·s)或ml/(L·min)
②B为溶液或气体，若B为固体或纯液体不计算速率。
③以上所表示的是平均速率，而不是瞬时速率。
④重要规律：a.速率之比＝方程式系数之比；b.变化量之比＝方程式系数之比
（2）影响化学反应速率的因素：
内因（研究对象为不同的反应）：由参加反应的物质的结构和性质决定的（主要因素）。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg＞Al。
外因（研究对象为同一反应）：①温度：升高温度，增大速率
②催化剂：一般加快反应速率（正催化剂）
③浓度：增加反应物的浓度，增大速率（溶液或气体才有浓度可言）
④压强：增大压强，增大速率（适用于有气体参加的反应）
⑤其它因素：如光（射线）、固体的表面积（颗粒大小）、反应物的状态（溶剂）、原电池等也会改变化学反应速率。
归纳如下：
（3）化学反应速率的比较和计算
①根据“化学计量数之比=化学反应速率之比”求解各物质的速率。
②比较速率时要先转化为同一物质的反应速率再进行比较。
③注意单位统一。
（4）控制变量法探究影响化学反应速率的因素
①确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，找出影响实验探究结果的因素。
②定多变一：在探究时，应先控制其他的因素不变，只改变一种因素，探究这种因素与题给问题的关系，然后按此方法依次分析其他因素与所探究问题的关系。
③数据有效：解答时注意选择的数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。
2．化学反应的限度——化学平衡
（1）可逆反应
1)定义：在同一条件下，既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
2)特点：①二同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。②一小：反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。
3)表示：在方程式中用“”表示。
（2）化学平衡的定义：
在一定条件下，当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应物和生成物的浓度不再改变，达到表面上静止的一种“平衡状态”，这就是这个反应所能达到的限度，即化学平衡状态。
化学平衡的移动受到温度、反应物浓度、压强等因素的影响。催化剂只改变化学反应速率，对化学平衡无影响。
在相同的条件下同时向正、逆两个反应方向进行的反应叫做可逆反应。通常把由反应物向生成物进行的反应叫做正反应。而由生成物向反应物进行的反应叫做逆反应。
在任何可逆反应中，正反应进行的同时，逆反应也在进行。可逆反应不能进行到底，即是说可逆反应无论进行到何种程度，任何物质（反应物和生成物）的物质的量都不可能为0。
（3）化学平衡状态的特征：逆、动、等、定、变。
①逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。
②动：动态平衡，达到平衡状态时，正逆反应仍在不断进行。
③等：达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，但不等于0。即v正＝v逆≠0。
④定：达到平衡状态时，各组分的浓度保持不变，各组成成分的含量保持一定。
⑤变：当条件变化时，原平衡被破坏，在新的条件下会重新建立新的平衡。
3、化学反应条件的控制
1）化学反应条件的控制
(1)目的：促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。
(2)基本措施
①改变化学反应速率：改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等。
②改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。
(3)考虑因素：控制反应条件的成本和实际可能性。
2）提高煤的燃烧效率
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是增大与空气中O2的接触面积，煤粉燃烧更充分，反应速率快；通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量；若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。
(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过热交换装置，供其他方面使用。
【重难点讲解】
一、原电池正负极的判断方法：
①依据原电池两极的材料：
较活泼的金属作负极（K、Ca、Na太活泼，不能作电极）；
较不活泼金属或可导电非金属（石墨）、氧化物（MnO2）等作正极。
②根据电流方向或电子流向：（外电路）的电流由正极流向负极；电子则由负极经外电路流向原电池的正极。
③根据内电路离子的迁移方向：阳离子流向原电池正极，阴离子流向原电池负极。
④根据原电池中的反应类型：
负极：失电子，发生氧化反应，现象通常是电极本身消耗，质量减小。
正极：得电子，发生还原反应，现象是常伴随金属的析出或H2的放出。
即：
易错提醒：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
二、原电池电极反应的书写方法：
①原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极反应是氧化反应，正极反应是还原反应。因此书写电极反应的方法归纳如下：
a.写出总反应方程式。
b.把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应。
c.氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，反应物和生成物对号入座，注意酸碱介质和水等参与反应。
②原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。
三、如何理解压强对化学反应速率的影响
对于气体反应体系，有以下几种情况：
①恒温时：增大压强体积减小浓度增大反应速率加快
②恒容时：充入气体反应物总压增大浓度增大反应速率加快
充入稀有气体总压增大，但各分压不变，即各物质的浓度不变，反应速率不变
③恒压时：充入稀有气体体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢
总之，压强改变，若引起浓度改变，则速率改变。
四、判断化学平衡状态的标志：
1、动态标志：v正＝v逆≠0或nA(消耗)＝nA(生成)（不同方向同一物质比较）
①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA＋bBcC＋dD，eq \f(v正A,v逆B)＝eq \f(a,b)时，反应达到平衡状态。
2、静态标志：“变量不变”
①各物质的质量、物质的量或浓度不变。
②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。
③借助颜色(某组分有颜色)不变。
④总物质的量或总体积或总压强或平均相对分子质量不变（前提：反应前后气体的总物质的量不相等的反应适用，即如对于反应xA(g)＋yB(g)zC(g)，x＋y≠z。
总之，若物理量由变量变成了不变量，则表明该可逆反应达到平衡状态；若物理量为“不变量”，则不能作为平衡标志。
【典题例析】
考点1、考查化学反应中的能量变化
例1．下列说法正确的是
A．化学键的变化必然会引起能量变化，所以，能量变化也一定会引起化学变化
B．所有化学变化的能量都可以通过原电池转化为电能
C．所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒
D．化学变化一定会引起物质种类的变化，所以体系内物质种类变化一定发生了化学变化
考点2、考查原电池原理及原电池的构成
例2．如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是（ ）
A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y
B．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y
C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
D．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe
考点3、考查化学反应速率及影响因素
例3．下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A．化学反应速率是指单位时间内任何一种反应物或生成物的浓度变化量
B．化学反应速率是指某一时刻，某种反应物的瞬时速率
C．在反应过程中，反应物的浓度逐渐减少，所以用反应物表示的化学反应速率为负值
D．同一反应，用不同物质表示的化学反应速率之比等于其化学计量数之比
考点4、考查可逆反应的特点
例4．一定条件下，对于可逆反应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)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 ml·L－1、0.3 ml·L－1、0.08 ml·L－1，则下列判断正确的是( )
A．c1：c2＝3：1
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2：3
C．X、Y的转化率相等
D．c1的取值范围为0