人教版必修2 第2章 化学反应与能量 重难点专题突破 学案.doc

第2章 化学反应与能量 重难点专题突破一详析化学反应中热量的变化我们在做化学实验时，经常会感受到有热量的变化，比如钠与水的反应等，其实在化学反应中，不仅有物质的变化，即新物质的生成，而且还伴随着能量的变化，有的反应是吸热的，有的反应是放热的。而化学反应中物质变化的实质是旧化学键断裂和新化学键形成。化学反应是化学科学研究的核心，化学反应过程中的物质变化要遵循质量守恒定律，而能量变化要遵循能量守恒定律。在化学反应过程中一定存在着能量的变化，而这些能量变化大多数表现为热量的变化，这就实现了化学能与热能的转化。1从化学键的角度理解在化学变化前后，参加反应的原子的种类和个数并没有改变，只是进行了原子之间的重组和整合；原子进行重组、整合的过程，实际上就是反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成的过程。由于反应物中化学键的断裂要消耗能量，而生成物中化学键的形成要释放能量，因此我们将化学反应中能量变化表示为反应物生成物这样，当反应中吸收的能量大于释放的能量，则反应表现为吸收能量，该反应为吸热反应；当反应中吸收的能量小于释放的能量，则反应表现为放出能量，该反应为放热反应。【典例1】已知：1 mol h2分子中化学键断裂时需吸收436 kj 的能量；1 mol cl2分子中化学键断裂时需吸收243 kj的能量；由氢原子和氯原子形成1 mol hcl分子时释放 431 kj 的能量。则1 mol h2和1 mol cl2反应生成氯化氢气体时的能量变化为()a放出能量183 kj b吸收能量183 kjc吸收能量248 kj d吸收能量862 kj解析根据反应的化学方程式：h2cl22hcl，可知在反应过程中，断裂1 mol hh键、1 mol clcl键，同时形成2 mol hcl键。计算可知生成2 mol hcl气体时，吸收的热量为436 kj243 kj679 kj，放出的热量为431 kj2862 kj，故反应中放出的热量为862 kj679 kj183 kj，a对。答案a特别提示从化学键的角度看能量变化时，首先要明确物质内部的化学键的数目。要是对物质中化学键数目认识错误，就会导致错误的计算结果，比如每个水分子中含有的ho键的数目为2个。2从化学能的角度理解自然界中存在着成千上万种物质，但不同的物质能量不同，因此在化学反应前后反应物和生成物所具有的能量也是不同的。我们还可以从化学能的角度，也就是从反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小来看一个化学反应的能量变化。这样，反应物的总能量生成物的总能量，则化学反应放出能量，该反应为放热反应；反应物的总能量al，但在该条件下却是al作负极。因此要根据具体情况来判断正、负极。【典例5】根据反应：2agcu=cu22ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是()ax可以是银或石墨by是硫酸铜溶液c电子从铜电极经外电路流向x电极dx极上的电极反应式为age=ag解析由电池反应2agcu=2agcu2可知，铜作负极，电极反应为cu2e=cu2；x为正极，可以是比铜不活泼的银或石墨等，电极反应为age=ag；电解质溶液中需含有ag，故b说法错误。答案b【典例6】氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是_，在导线中电子移动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因是_。(4)该电池工作时，h2和o2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，其吸氢和放氢原理如下：.2lih22lih.lihh2o=liohh2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_；已知lih固体密度为0.82 gcm3，用锂吸收224 l(标准状况下)h2，生成的lih体积与被吸收的h2体积比为_；由生成的lih与h2o作用，放出的h2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。解析(1)燃料电池是利用原电池工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化成电能的装置。根据装置图可以判断该燃料电池的总反应方程式为2h2o2=2h2o，其中h2是还原剂，在反应中失去电子，发生氧化反应，所以通入h2的一极为电源的负极，电子从负极出发经过外电路流向正极。(2)负极为失去电子的一极，即h22e=2h，由于溶液是碱性的，故电极反应式左、右应各加上oh，因此负极反应式为h22oh2e=2h2o。(3)借助题干给的信息“铂吸附气体的能力强”，说明铂的作用是吸附h2和o2，铂粉的特点是单位质量其表面积大，与h2和o2的接触面积大，吸附h2和o2的效率高，可以加快燃料电池的反应速率。(4)观察反应中各元素化合价的变化：2i22i，由于还原剂在反应时所含元素的化合价升高，所以金属li是还原剂。观察反应中各元素化合价的变化：i2 =i2，由于氧化剂在反应时所含元素的化合价降低，所以水是氧化剂。由反应，当吸收10 mol h2时，则生成20 mol lih，v(lih)195.12 cm30.195 12 l；8.71104。根据反应，20 mol lih可生成20 mol h2，由于能量转化率为80%，所以产生电能的h2的物质的量为20 mol80%16 mol,1 mol h2转化成1 mol h2o时，转移2 mol e，所以16 mol h2可转移32 mol e。答案(1)由化学能转变为电能由a到b(2)2h24oh4e=4h2o或(h22oh2e=2h2o)(3)增大电极单位面积吸附h2、o2分子数，加快电极反应速率(4)lih2o或8.7110432四原电池的电极反应及其书写方法电极上物质的变化情况以及电子的转移情况可用电极反应式来表明。在原电池中，氧化反应和还原反应是分别在两个电极上进行的，每个电极上只发生一个方向的电子转移，相当于氧化还原反应的一半，常称为半反应。这种在电极上进行的半反应叫做电极反应。电极反应总是涉及含有同一元素但价态不同的两种物质，一种处于较高价态，另一种处于较低价态。以cuzn(h2so4)原电池为例：负极反应：zn2e=zn2(氧化反应)，正极反应：2h2e=h2(还原反应)。而电池总反应则为电池中正、负极反应式在电量相等情况下的加和式，一般是一个自发的、完整的氧化还原反应。例如原电池的电池总反应：znh2so4=znso4h2(化学方程式)，zn2h=zn2h2(离子方程式)。【典例7】钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2fe2h2oo2=2fe(oh)2。以下说法正确的是()a负极发生的反应为fe2e=fe2b正极发生的反应为2h2oo22e=4ohc原电池是将电能转变为化学能的装置d钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易被腐蚀解析选项正误理由a负极发生的反应为fe2e=fe2，fe作负极，c作正极。b正极发生的反应为o22h2o4e=4oh。c原电池是将化学能转变为电能的装置。d水下部分溶解氧的浓度比交界处小，因而腐蚀比交界处慢。答案a1电极反应式书写的几种情况(1)可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池的电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向反应都能进行，所以要明确电池和电极，放电时为原电池，充电时为电解池。原电池的负极反应为放电方向的氧化反应；原电池的正极反应为放电方向的还原反应。(2)根据给出电极反应式书写总反应式根据给出的两个电极反应式，书写总反应式时，首先要使两个电极反应式的得失电子数相等，再将两式相加，然后消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意，若反应式同侧出现不能大量共存的离子，如h和oh、pb2和so，要写成反应后的物质，即h2o和pbso4。(3)燃料电池电极反应式的书写书写燃料电池的电极反应式时，首先要明确电解质是酸还是碱。在酸性电解质溶液中，电极反应式不要出现oh；在碱性电解质溶液中，电极反应式不要出现h。同时还要分清燃料是h2还是含碳燃料(co、ch4、ch3oh、c4h10、c2h5oh)，但无论是哪一种燃料，在碱性条件下，正极反应式都是一样的，即o22h2o4e=4oh，若是酸性条件下，则正极反应式为o24h4e=2h2o。如果是含碳燃料时，负极反应式的书写同甲烷燃料电池的书写，只是需要考虑用电荷守恒来配平不同的计量数。2几种燃料电池的电极反应式及总反应式(1)氢氧燃料电池在不同的介质中发生的电极反应归纳如下：介质电池反应：2h2o2=2h2o酸性(h)负极2h24e=4h正极o24h4e=2h2o中性(na2so4)负极2h24e=4h正极o22h2o4e=4oh碱性(oh)负极2h24e4oh=4h2o正极o22h2o4e=4oh(2)甲醇燃料电池电解质：koh；正极反应式：3o26h2o12e=12oh；负极反应式：2ch3oh16oh12e=2co12h2o；总反应式：2ch3oh3o24koh=2k2co36h2o。(3)肼燃料电池电解质：koh；正极反应式：o22h2o4e=4oh；负极反应式：n2h44oh4e=n24h2o；总反应式：n2h4o2=n22h2o。【典例8】科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为()ah22oh2e=2h2obo24h4e=2h2och22e=2hdo22h2o4e=4oh解析根据题给信息，该燃料电池的总反应式为2h2o2=2h2o；电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现oh，a错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，b、d错误。答案c五化学反应速率影响因素探究北京故宫的“云龙陛石”上曾经雕刻有精美的蟠龙图案，近些年来，这些浮雕遭到严重的损坏。而以前几百年这种腐蚀都是很慢的，那为什么近些年来的腐蚀就加快了呢？这就要从影响化学反应速率的因素来分析了。1内因决定化学反应速率大小的主要因素是反应物的性质，而不是外界条件。2外因影响化学反应速率的外界条件很多，如浓度、压强、温度、催化剂等。另外，形成原电池也可以加快反应速率。影响化学反应速率的因素规律内因反应物的性质在其他条件相同时，反应物的性质越活泼，化学反应速率越快；反应物的化学性质越不活泼，化学反应速率越慢外因反应物的浓度在其他条件相同时，增加反应物的浓度，可使反应速率加快反应温度在其他条件相同时，升高温度，可加快化学反应速率反应时的压强对有气体参加的反应，在其他条件相同时，增大压强，可加快化学反应速率催化剂在其他条件相同时，使用正催化剂，可极大的加快化学反应速率固体反应物的表面积在其他条件相同时，增大固体反应物的表面积，即固体反应物的颗粒越小，化学反应速率越快其他光波、超声波、磁场、溶剂等也能改变某些反应的速率注意对于有固体或纯液体参加的化学反应，改变它们的量不会引起浓度的变化，对它们的反应速率无影响。例如：c(s)co2(g)2co(g)，增加c的量，对此反应的反应速率无影响。压强只对有气体参加或生成的化学反应的速率有影响，若一个化学反应中反应物、产物中均无气体，则压强对此反应的反应速率无影响。压强对反应速率的影响关键是看改变压强是否改变相关物质的浓度。对于有气体参加的反应体系，压强改变的实质是气体物质浓度的改变。有以下几种情况：a恒温：增大压强体积减小浓度增大反应速率加快b恒容：充入气体反应物浓度增大反应速率加快充入稀有气体总压增大，但各物质浓度不变反应速率不变c恒压：充入稀有气体体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢多个因素影响反应速率变化要看主要因素例如：锌与稀硫酸反应的图像如下图，由图像可知氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。反应体系中硫酸所提供的氢离子浓度是由高到低，若氢气的生成速率由其决定，速率的变化趋势也应由快到慢，反应前半程速率增大的原因是温度所致，锌与硫酸反应时放热，体系温度逐渐升高，温度对反应速率的影响占主导地位，一定时间后，硫酸的浓度下降占据主导地位，因而氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。【典例9】等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间t产生气体体积v的数据，根据数据绘制得到下图，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别是()组别c(hcl)(moll1)温度()状态12.025块状22.530块状32.550块状42.550粉末状a.4321 b1234c3421 d1243解析化学反应速率与温度、浓度和固体物质的表面积大小有关，实验1的盐酸的浓度最小，反应的温度最低，所以化学反应速率最小；物质状态相同时由于实验3的反应温度比实验2的反应温度高，所以反应速率实验3的大于实验2的；而实验4和实验3盐酸的浓度相同，反应的温度也相同，但物质的状态不相同，所以实验4的反应速率大于实验3的。答案a【典例10】反应ef=g在温度t1下进行，反应mn=k在温度t2下进行，已知：t1t2，且e和f的浓度均大于m和n的浓度，则两者的反应速率()a前者大 b后者大c一样大 d无法判断解析因为这两个反应是不同的反应，而决定反应速率的主要因素是内因(反应物本身的性质)，故尽管前者的反应温度高、浓度大，但反应速率不一定大于后者，如合成氨反应在高温、高压且有催化剂的条件下进行，其速率也不如低温下的酸碱中和反应的速率大。故两者的反应速率快慢无法比较。答案d误区警示本题很容易错选a，因为教材中用较多的篇幅介绍了温度、浓度、催化剂等外界因素对化学反应速率的影响，而忽视了内因才是决定化学反应速率的关键；外界因素在内因相同的情况下(即反应是相同时)才会决定反应速率的大小，在进行分析判断反应速率大小时应遵循以下思路：先看内因；内因相同者，再看外界因素(温度、浓度、压强、催化剂等)。六化学反应速率及平衡图像问题的分析方法化学反应速率及化学平衡的图像，能直观描述反应进行的快慢、反应进行的程度等问题。图像题是化学中常见的一种题目，做这类题既要读文字内容，又要读图。解答化学反应速率图像题三步曲：“一看”、“二想”、“三判断”；“一看”看图像看坐标轴：弄清纵、横坐标表示的含义；看线：弄清线的走向、趋势；看点：弄清曲线上点的含义，特别是一些特殊点，如曲线的折点、交点、最高点与最低点等；看量的变化：弄清是物质的量的变化、浓度的变化还是转化率的变化等。“二想”想规律如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系、各物质的速率之比与化学计量数之比的关系等。“三判断”通过对比分析，作出正确判断。【典例11】在一定温度下，容器内某一反应中m、n的物质的量随反应时间变化的曲线如图