第六章 化学反应与能量【复习提升】 -2022-2023学年高一化学精讲精练（人教版2019必修第二册）（解析版）

化学反应与能量考点精讲总结提升核心要点一、eq\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(,,,,,,))化学反应与能量变化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．（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．物质具有的能量越低，物质的稳定性越强，即能量越低越稳定。5．构成原电池的条件（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。6．原电池工作原理口诀：原电池分为两极；负极氧化正还原；电子由负流向正；离子阳正阴向负。7．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。二、eq\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(,,,,,,))化学反应的速率与限度1．化学反应速率的表达式：v(A)＝eq\f(Δc（A）,Δt)＝eq\f(Δn（A）,V·Δt)。2．化学反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。3．增大化学反应速率的因素：增大反应物浓度、升温、增大气体压强、加入催化剂、增大固体表面积、构成原电池等。4．可逆反应必须同时满足两个条件：（1）相同反应条件；（2）正、逆两方向同时进行。5．化学平衡状态特征的口诀：平衡“动”态无静时，正逆速率“等”同值，质量与数各一“定”，条件一“变”平衡移。6．判断可逆反应处于化学平衡状态的根本标志：（1）正、逆反应速率相等；（2）各组分的质量或浓度保持不变。7．反应物的转化率＝eq\f(反应物的变化量,反应物的起始量)×100%。考点1：化学反应与热能【例1】一种环保型燃料——丙烷，其燃烧时发生反应的化学方程式为C3H8+5O23CO2+4H2O。下列说法中不正确的是()A.火炬燃烧时化学能只转化为热能B.所有的化学反应都会伴随着能量变化，有能量变化的物质变化不一定是化学反应C.1molC3H8和5molO2所具有的总能量大于3molCO2和4molH2O所具有的总能量D.丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料【答案】A【解析】本题考查了化学反应中的能量变化。火炬燃烧时化学能转化为热能和光能，A错;物质发生化学反应一定伴随着能量变化，伴随着能量变化的物质变化却不一定是化学变化，如物质的“三态”变化、核变化也都伴随能量变化，B正确;可燃物的燃烧属于放热反应，放热反应反应物总能量大于生成物总能量，C正确;丙烷燃烧产物为CO2和H2O，无污染，D正确。【变式训练1】已知2mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量484kJ，且氧气中1molO=O键完全断裂时吸收能量496kJ，水蒸气中1molH—O键形成时放出能量463kJ，则氢气中1molH—H键断裂时吸收能量为()A.920kJ B.557kJ C.436kJ D.188kJ【答案】C【解析】设1molH—H键断裂时吸收能量为xkJ。首先写出化学方程式2H2+O22H2O，然后分析反应过程可知，2mol氢气完全燃烧生成水蒸气时应该拆开2molH—H键、1molO=O键，吸收的能量为(2x+496)kJ;生成2molH2O形成4molH—O键，放出的能量为4×463kJ=1852kJ，依据能量守恒定律可知，反应放出的能量484kJ=1852kJ-(2x+496)kJ，即可求出x=436。【变式训练2】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【答案】B【解析】A项，图a中反应物的总能量高于生成物的总能量，表示的是放热反应的能量变化，错误；B项，图b中反应物的总能量低于生成物的总能量，能量越低越稳定，则反应物比生成物稳定，正确；C项，图a表示的是放热反应，而氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应是吸热反应，错误；D项，反应条件与反应放热还是吸热没有关系，错误。【变式训练3】将V1mL1.00mol·L－1HCl溶液和V2mL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＝50mL)。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1.0mol·L－1D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应【答案】B【解析】分析表中数据，当加入盐酸5mL、NaOH溶液45mL时，反应后温度为22℃，故实验时环境温度低于22℃，A错误；中和反应为放热反应，B正确；加入HCl溶液30mL时反应放热最多，此时酸碱正好完全中和，c(NaOH)＝1.0mol·L－1×30mL÷20mL＝1.5mol·L－1，C错误；有水生成的反应不一定是放热反应，如H2还原CuO为吸热反应，D错误。考点2：化学反应与电能【例2】某小组为研究电化学原理，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-==CuC.a和b用导线连接时，电子由a流向bD.无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色【答案】D【解析】a和b不连接时，铁和Cu2+发生置换反应而析出铜，没有氢气生成，错误;B项，a和b用导线连接时构成原电池，铁是负极，铁片上发生氧化反应:Fe-2e-==Fe2+，错误;C项，Fe比铜活泼，形成原电池时Fe为负极，则电子由b流向a，错误;D项，无论a和b是否连接，铁片均会溶解，都生成亚铁离子，溶液由蓝色变为浅绿色，D正确。【变式训练1】氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH溶液作电解质，下列叙述不正确是（）A．正极电极反应为：O2＋4e－＋2H2O4OH－B．供电的总反应为：2H2＋O22H2OC．氢氧燃料电池不仅能量转化率高，而且产物是水，属于环境友好电池D．氢氧燃料电池中H2和O2燃烧放出的热量转变为电能【答案】D【解析】氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，电池工作时，通入氢气的一极为电池的负极，碱性条件下，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成水，通入氧气的一极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，产物为水。A项，由分析可知，通入氧气的一极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e—＋2H2O＝4OH—，正确；B项，由分析可知，电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，总反应为2H2＋O2＝2H2O，正确；C项，由分析可知，氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，电池工作时，不仅能量转化率高，而且产物是水，属于环境友好电池，正确；D项，由分析可知，氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，氢气和氧气在两极上放电，没有发生燃烧，错误。【变式训练2】物质发生化学反应时，常常伴随有能量变化。某学习小组用如图所示装置A、B分别探究金属锌与稀硫酸的反应，实验过程中A烧杯内的溶液温度升高，B烧杯的电流计指针发生偏转，请回答以下问题。（1）A烧杯中反应的离子方程式为_____________________________。（2）B中Zn板是______极，发生反应的电极反应式是_____________________________。（3）从能量转化的角度来看，A、B中反应物的总能量___________（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物总能量，A中是将化学能转变为___________，B中是将化学能转变为___________。（4）该小组同学反思原电池的原理，其中观点正确的是_______（填字母序号）。A．原电池反应的过程中一定有电子转移B．原电池装置需要2个电极C．电极一定都参加反应D．氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生【答案】（1）Zn＋2H＋Zn2＋＋H2↑（2）负Zn－2e－Zn2＋（3）大于热能电能（4）ABD【解析】（1）A烧杯中锌与稀硫酸反应的离子方程式为Zn＋2H＋Zn2＋＋H2↑；（2）B中锌比铜活泼，Zn板是负极；发生的电极反应是Zn－2e－Zn2＋；（3）从能量转化的角度来看，锌与稀硫酸的反应属于放热反应，A、B中均是反应物的总能量大于生成物总能量；A中是将化学能转变为热能；B中主要是将化学能转变为电能；（4）A项，原电池总反应是一个氧化还原反应，一定有电子转移，正确；B项，根据原电池的构成条件，原电池装置需要2个电极，正确；C项，原电池中电极不一定参与反应，如上图B装置中Cu就没参加化学反应，错误；D项，根据原电池原理，氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生，从而产生电流，正确。【变式训练3】镍镉可充电电池在现代生活中有着广泛的应用，它的充、放电反应为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。请回答下列问题:（1）放电时，还原反应在(填“a”或“b”)极进行，负极的电极反应式为，在放电过程中，正极附近的电解质溶液碱性会(填“增强”或“减弱”)。

（2）镍镉废旧电池必须进行回收并集中处理，最主要的原因是

。

【答案】（1）bCd-2e-+2OH-==Cd(OH)2增强（2）镍镉废旧电池中残留的Cd2+、Ni2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染【解析】（1）由题给示意图知，镍镉电池中，电流方向是由b极流向a极，故a极为负极，b极为正极;放电时，正极发生反应NiOOH+H2O+e-==Ni(OH)2+OH-，是还原反应;镉在负极发生氧化反应，分两步:Cd-2e-==Cd2+，Cd2++2OH-==Cd(OH)2，负极反应式为Cd-2e-+2OH-==Cd(OH)2;正极附近电解质溶液的碱性增强，负极附近电解质溶液的碱性减弱。（2）镍镉废旧电池中残留的Cd2+、Ni2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染。考点3：化学反应的速率【例3】反应3X(g)+Y(g)2Z(g)+2W(g)在2L密闭容器中进行，5min时Y减少了0.5mol，则0~5min内此反应的平均速率为()A.v(X)=0.05mol·L-1·min-1B.v(Y)=0.10mol·L-1·min-1C.v(Z)=0.10mol·L-1·min-1D.v(W)=0.05mol·L-1·s-1【答案】C【解析】0~5min内，Y的平均反应速率v(Y)=0.5mol2L×5min=0.05mol·L-1·min-1，物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比，故v(X)=0.15mol·L-1·min-1，v(Z)=0.10mol·L-1·min-1，v(W)=0.0017mol·L-1·s-1，【变式训练1】将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g)2C(g)。若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L-1，现有下列几种说法:①用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol·L-1·s-1②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·L-1·s-1③2s时物质A的转化率为70%④2s时物质B的浓度为0.7mol·L-1其中正确的是()A.①③ B.①④ C.②③ D.③④【答案】B【解析】解答该题目时可以先计算出v(C)，然后根据各物质化学计量数之比等于化学反应速率之比，解决相关计算问题。根据v=ΔcΔt，v(C)=0.6mol·L-12s=0.3mol·L-1·s-1，则v(A)=v(C)=0.3mol·L-1·s-1，v(B)=12v(C)=0.15mol·L-1·s-1。2s时，消耗A的物质的量为0.3mol·L-1·s-1×2L×2s=1.2mol，所以A的转化率为1.2mol4mol×100%=30%;2s时，c(B)=1mol·L【变式训练2】在Zn＋H2SO4ZnSO4＋H2↑反应中，2分钟内硫酸浓度由l.5mol·L－1降至1.1mol·L－1，则2分钟内用硫酸表示的平均反应速率为A．0.1mol·L－1·min－1 B．0.2mol·L－1·min－1C．0.3mol·L－1·min－1 D．0.4mol·L－1·min－1【答案】B【解析】反应物的浓度是1.5mol·L－1，经过2min后，它的浓度变成1.1mol·L－1，Δc＝1.5mol·L－1－1.1mol·L－1＝0.4mol·L－1，结合v计算。【详解】反应物的浓度是1.5mol·L－1，经过2min后，它的浓度变成1.1mol·L－1，Δc＝1.5mol·L－1−1.1mol·L－1＝0.4mol·L－1，v＝EQ\f(Δc,Δt)＝EQ\f(0.4mol·L－1,2min)＝0.2mol·L－1·min－1，B项符合题意。【变式训练3】将等物质的量的A、B混合于2L的密闭容器中，发生下列反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)，经2min后测得D的浓度为0.5mol·L－1，c(A)∶c(B)＝3∶5，以C表示的平均速率c(C)＝0.25mol·L－1·min－1，下列说法正确的是（）A．反应速率v(B)＝0.25mol·L－1·min－1 B．该反应方程式中，x＝1C．2min时，A的物质的量为1.5mol D．2min时，A的转化率为60%【答案】C【解析】A项，根据题意得v(D)＝0.5mol·L－1÷2min＝0.25mol·L－1·min－1，则根据化学反应速率之比等于方程式中化学计量数之比可知v(B)＝EQ\f(1,2)v(D)＝0.125mol·L－1·min－1，错误；B项，根据题意得v(D)＝EQ\f(0.5mol·L－1,2min)＝0.25mol·L－1·min－1，以C表示的平均速率v(C)＝0.25mol·L－1·min－1，根据化学反应速率之比等于方程式中化学计量数之比可知：EQ\f(v(C),v(D))＝EQ\f(x,2)，EQ\f(0.25,0.25)＝EQ\f(x,2)，x＝2，错误；C项，2min时，D的物质的量是0.5mol·L－1×2L＝1mol，所以消耗A、B的物质的量分别是1.5mol、0.5mol，设A、B起始物质的量均为y，则剩余A、B的物质的量分别是(y－1.5)mol、(y－0.5)mol，根据EQ\f(c(A),c(B))＝EQ\f(3,5)，解得EQ\f((y－1.5)mol,(y－0.5)mol)＝EQ\f(3,5)，解得y＝3mol，所以2min时，A的物质的量为3mol－1.5mol＝1.5mol，正确；D项，A的转化率为EQ\f(1.5mol,3mol)×100%＝50％，错误。考点4：化学反应速率的影响因素【例4】为了说明影响化学反应快慢的因素，甲、乙、丙、丁四位学生分别设计了如下A~D四个实验，你认为结论不正确的是()A.将相同大小、形状的镁条和铝条与相同浓度的盐酸反应时，两者速率一样大B.在相同条件下，等质量的大理石块和大理石粉与相同盐酸反应，大理石粉反应快C.将浓硝酸分别放在冷暗处和强光照射下，会发现光照可以加快浓硝酸的分解D.在两支试管中分别加入相同质量的氯酸钾，其中一支试管中再加入少量二氧化锰，同时加热，产生氧气的快慢不同【答案】A【解析】A中Mg、Al性质不同，在相同外界条件下反应速率不同;B、C、D中增大固体反应物的表面积、光照、加入催化剂均可使化学反应加快。【变式训练1】(双选)某实验探究小组研究320K时N2O5的分解反应:2N2O54NO2+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()t/min01234c(N2O5)/(mol·L-1)0.1600.1140.0800.0560.040c(O2)/(mol·L-1)00.0230.0400.0520.060A.曲线Ⅰ是N2O5的变化曲线B.曲线Ⅱ是N2O5的变化曲线C.N2O5的浓度越大，反应速率越大D.升高温度对该反应速率无影响【答案】BC【解析】结合表格中N2O5和O2的浓度变化可知，曲线Ⅱ是N2O5的变化曲线，A项错误、B项正确;由表格中数据可知，N2O5的浓度越大，反应速率越大，故C项正确;温度越高，化学反应速率越大，D项错误。【变式训练2】在容器中发生反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)，可使其化学反应速率增大的措施有①缩小体积；②升高温度；③恒容条件下通入CO2；④增加碳的量；⑤增大体积A．①②③④ B．②③④⑤ C．①②③ D．②③④【答案】C【解析】①该反应有气体参与反应，缩小体积，气态物质的浓度增大，速率增大，①符合题意；②升高温度，反应速率增大，②符合题意；③恒容条件下通入CO2，CO2浓度增大，速率增大，③符合题意；④增加碳的量，碳是固体，浓度不变，速率不变，④不符合题意；⑤增大体积，气态物质的浓度减小，速率减小，⑤不符合题意；因此①②③符合题意，选C项。【变式训练3】一定温度下，在2L密闭容器中，A、B、C三种气体的物质的量随时间变化曲线如下图所示，按要求解决下列问题。（1）该反应的化学方程式为：____________________。（2）用A表示的反应速率为：_________________。（3）下列条件改变时，能加快化学反应速率的是___________A．扩大容器的容积 B．增大C的用量 C．降低体系的温度 D．加入催化剂【答案】（1）B(g)＋C(g)2A(g)（2）0.079mol·L－1·s－1（3）BD【解析】（1）由题中图象可知，随反应进行B、C的物质的量减小，A的物质的量增大，所以B、C是反应物，A是生成物，l0s时时A、B、C的物质的量为定值，不为0，反应是可逆反应，且Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)＝(1.58－0)mol∶(1.20－0.41)mol∶(1.00－0.21)mol＝2∶1∶1，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，故反应化学方程式为B＋C2A；（2）由题中图象可知，反应10s时，A的物质的量变化1.58mol，则A的反应速率为v(A)＝EQ\f(EQ\f(1.58mol,2L),10s)＝0.079mol·L－1·s－1；（3）一般来说，增大压强、增大浓度、升高温度、加入催化剂可增大反应速率，BD选项符合题意。考点5：化学反应的限度化学反应条件的控制【例5】一定温度下，在某恒容的密闭容器中，建立化学平衡:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。下列叙述中不能说明该反应已达到化学平衡状态的是()A.体系的压强不再发生变化B.v正(CO)=v逆(H2O)C.生成nmolCO的同时生成nmolH2D.1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键【答案】C【解析】A项，由于该反应是一个反应前后气体分子总数不相等的反应，当体系的压强不再发生变化时，说明反应已达到化学平衡状态;B项，根据v正(CO)=v逆(H2O)=v逆(CO)，可知CO的正反应速率等于其逆反应速率，说明反应已达到化学平衡状态;C项，生成CO、H2均表示反应向正反应方向进行，没有表示出正、逆反应速率的关系，不能说明反应已达到化学平衡状态;D项，H—H键断裂和H—O键断裂是两个相反的反应方向，1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键，即消耗1molH2的同时消耗了1molH2O，可知H2的消耗量等于其生成量，说明反应已达到化学平衡状态。【变式训练1】一定温度下，在容积恒定的密闭容器中进行反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)，下列叙述能表明该反应已达到平衡状态的是()①混合气体的密度不变②容器内气体的压强不变③混合气体的总物质的量不变④B的物质的量浓度不变⑤v正(C)=v逆(D)⑥v正(B)=2v逆(C)A.①④⑤⑥ B.②③⑥C.②④⑤⑥ D.只有④【答案】A【解析】①容积恒定的密闭容器中，混合气体密度不变，也就是混合气体的质量不变，对于有固体参加或者有固体生成的气体反应来说，混合气体的质量不变说明反应已经达到平衡。②这是一个反应前后压强不变的反应，故气体压强不变不能说明反应达到平衡。③该反应是反应前后气体的化学计量数不变的反应，也就是气体物质的量不变的反应，故混合气体的总物质的量不变，不能说明反应达到平衡。④B的物质的量浓度不变说明生成B的量与消耗B的量相等，也就是正、逆反应速率相等，此时反应达到平衡。⑤v正(C)=v逆(D)，说明正、逆反应速率相等，此时反应达到平衡。⑥v正(B)=v逆(C)，说明正、逆反应速率相等，此时反应达到平衡。【变式训练2】CO和H2在一定条件下可以合成乙醇：2CO(g)＋4H2(g)CH3CH2OH(g)＋H2O(g)，下列叙述中能说明上述反应在一定条件下已达到最大限度的是（）A．CO全部转化为乙醇B．正反应和逆反应的化学反应速率均为0C．CO和H2以1∶2的物质的量之比反应生成乙醇D．反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化【答案】D【解析】A项，可逆反应中反应物不可能完全转化为生成物，错误；B项，可逆反应在一定条件下达到反应的限度即达到化学平衡状态，此时正、逆反应速率相等，都大于0，是动态平衡，错误；C项，只要反应发生，CO和H2就以1∶2的物质的量之比反应生成甲醇，错误；D项，反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化，说明正、逆反应速率相等，正确。【变式训练3】一定温度下，在恒容的密闭容器中加入1molN2和3molH2发生反应：N2＋3H2eq\o(,\s\up8(高温高压),\s\do7(催化剂))2NH3。下列有关说法正确的是（）A．充分反应后，可得到2molNH3B．压强不变时，达到该反应的最大限度C．达到平衡状态时，v(正)与v(逆)均为零D．达到平衡状态时，N2、H2、NH3物质的量浓度之比一定为1∶3∶2【答案】B【解析】A项，该反应为可逆反应，1molN2和3molH2不能完全反应，生成的NH3的物质的量小于2mol，错误；B项，该反应的正反应是一个气体体积减小的反应，在反应过程中压强会不断的减小，当压强不变时，反应达到平衡状态，即达到该反应的最大限度，正确；C项，化学平衡是动态平衡，当可逆反应达到平衡状态时，反应仍在进行，v(正)与v(逆)相等但不为零，错误；D项，达到平衡状态时，N2、H2、NH3物质的量浓度之比与各物质的初始浓度及反应物的转化率有关，可能等于1∶3∶2，也可能不等于1∶3∶2，错误。【变式训练4】工业制硫酸的反应之一为：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在2L恒温恒容密闭容器中投入2molSO2和1molO2在一定条件下充分反应，下图是SO2和SO3随时间的变化曲线。（1）前10minSO3的平均反应速率为___________；平衡时，SO2转化率为___________。（2）下列叙述不能判断该反应达到