知识点四 能量与速率

知识点1化学反应中的能量变化

1.化学反应中，反应物转化为生成物的同时,还伴随着能量的变化。化学反应中的两大守恒关系:

质量守恒和能量守恒。

2.化学反应过程中的能量转化形式

(1)化学能转化为热能、光能、电能等。如化石燃料的燃烧等。

(2)热能、光能、电能等转化为化学能。如植物的光合作用、水的电解等。

(3)许多化学反应中的能量变化主要表现为热量的放出和吸收(相应的化学反应分别称为放热反

应和吸热反应)。

3.常见的放热反应和吸热反应

放热反应吸热反应

(1)大多数化合反应；(1)大多数分解反应；

(2)所有的燃烧反应；(2)盐的水解和弱电解质的电离；

(3)酸碱中和反应；⑶Ba(OH)z・8H2与NH£1反应；

(4)金属与酸生成气体的反应；(4)C和水蒸气的反应；

(5)物质的缓慢氧化反应(5)C和CQ的反应

注意：(1)对可逆反应,若正反应为放热反应,那么逆反应必为吸热反应。

(2)注意吸热反应与需要加热引发化学反应的区别，即加热或高温条件下发生的反应不一定就是

吸热反应。一般吸热反应需要不断加热才能进行,放热反应加热引发后不加热可继续进行。

［典例］下列反应中，既有电子转移乂有热能转化为化学能的是()

A.2H理2H2

B.CaCO,.fiCaO+CO2t

2，

C.Zn+2H'-Zn+H2t

D.CO2+C邈20)

［变式训练］下列变化过程,属于放热反应的是()

①液态水变成水蒸气②酸碱中和反应③浓H2sol稀释④固体NaOH溶于水⑤在Ck中燃

烧⑥食物腐败

A.②⑤⑥B.②③④

C.①③⑤D.②③④⑤@

知识点2化学反应中能量变化的原因

1.化学键与化学反应中的能量变化

&/------「旧化学%断裂-|，_______x

若QOQa,反应吸收能量,为吸热反应；

若QXQ2,反应放出能量,为放热反应。

化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。

2.物质的总能量与化学反应中的能量变化

宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图

化学反应放出住K反应物的a修it高士及将的勺施■修

A

SAI

方的大T，的

化.KA化学班

as总值

*N

1______ZX________

化学反应我收住a*3•杓~反应~

(1)放热反应可以看成是反应物所具有的化学能转化为热能释放出来。

(2)吸热反应可以看成是热能转化为化学能被生成物所“储存”。

(3)一个化学反应是释放能量还是吸收能量，与反应物总能量和生成物总能量的相对大小有关。

［典例］(2021•浙江7月学考)在25°C和101kPa条件下，断开1molH?(g)中的化学键要吸收

436kJ的能量，断开1molCk(g)中的化学键要吸收243kJ的能量，形成2molHCl(g)中的化

学键要释放862kJ的能量。下列说法正确的是()

A.H(g)和Cl(g)形成HC1(g)的过程要吸收能量

B.等质量的与HCl(g)具有相同的能量

C.H2(g)+Cl2(g)—2HCl(g)的能量关系可用如图表示

反应物

生成物

D.在H?和CL的反应过程中，断开化学键吸收的总能量大于形成化学键释放的总能量

［变式训练1］在催化剂和加热条件下,SO?与02化合为SQ,并放出热量，同时SO,也分解为SO?和

0?,化学方程式如下：

泮化.

2SOXg)+Oz(g)A2S0.,(g)

下列对该反应的叙述中错误的是()

A.2molS()2(g)和1molOz(g)的总能量一定高于2molSO：,(g)的总能量

B.SO,分解为S0?和0?的同时吸收热量

C.电子转移、化学键变化和能量转化同步进行

D.加热是该反应发生能量变化的主要原因

［变式训练2］氢气燃烧生成水蒸气的能量变化如图所示。下列说法正确的是()

1tnol%中的］

电共价,断裂.2H形成小时。®

吸收436kJ的能量中的扶价健

\1noi5中的,放出930■的能

1共价健断裂°

202吸收2491d的能—’2

A.燃烧时化学能全部转化为热能

B.断开1mol氢氧键吸收930kJ的能量

C.相同条件下,1mol氢原子的能量为E„1mol氢分子的能量为氏,则2E.<E2

D.该反应生成1mol水蒸气时放出能量245kJ

知识点3原电池原理

考向1原电池的构成及原理

1.概念和本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2.原电池的构成条件

(D—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。

3.工作原理(以铜锌原电池为例)

e-沿导线传递，有电流产生

4.电极、电池反应式的书写（以铜锌原电池为例）

列物质

—负极发生氧化反应，正极发生还原反应

标得失

电极产物在电解质溶

液的环境中应检定存

负极:Zn-2«-^=Zn”

看环境在，电极反应要遵守

配守恒电荷守忸、质量守恒

正极：2H.+2e=Hj

和得失电子守恒等，并

加以配平

两式加_/两电极反应式相加，

总反应:Z・+2H.=Zrf+Hj

验息式\\与总反应式对照验证

［典例］（2021•浙江7月学考）某兴趣小组以相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，装置

如图，实验所得数据如下:

实验编号水果种类电极间距离/cm电流/uA

1番茄198.7

2番茄272.5

3苹果227.2

电池工作时，下列说法不正确的是（）

A.化学能主要转化为电能

B.负极的电极反应为Zn-2e—Zn2t

C.电子从锌片经水果流向铜片

D.水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响

［变式训练1］判断正误（正确的打“J”，错误的打“X”）

（1）火力发电是将化学能间接转化为电能的过程。（）

（2）HCl+NaOH—NaCl+H20是放热反应,可以设计成原电池0（）

（3）原电池的负极发生还原反应,正极发生氧化反应。（）

（4）原电池中阳离子移向负极，阴离子移向正极。（）

（5）锌铜原电池中电子由负极流向正极，再通过电解质溶液流回负极。（）

（6）镁片、铝片和氢氧化钠溶液形成原电池，镁片为原电池的正极。（）

［变式训练2］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,铁片上会有上产生

B.a和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Cu，2e—Cu

C.a和b用导线连接时，，电子由a流向b

D.无论A和h是否连接,铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色

［易错警示］(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极

相接触。

(2)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池,将化学能转化为电能。

(3)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合

回路。

(4)电子不能通过电解质溶液。

考向2原电池原理的应用

1.用于金属的防护。在铜、锌和稀硫酸构成的原电池中，锌失电子被腐蚀，而铜得到了保护，因此

要保护金属制品不被腐蚀，可使金属制品作原电池的正极。例如，要保护一个铁质的输水管道或

钢铁桥梁等,可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

2.设计制作化学电源。

(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。

(2)根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

3.比较金属活动性的强弱。两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属

活泼。

4.加快氧化还原反应的速率。一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。

［典例］过量铁与少星稀硫酸反应，为了加快反应速率，但是又不影响生成氢气的总量，可以采取

的措施是()

A.加入适量NaCl溶液

B.加入适量的水

C,加入几滴硫酸铜溶液

D.再加入少量同浓度的稀硫酸

［变式训练］有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：

bcr®-]dar^~1d

q

实1tt

Q]T

验o■)

装

稀疝®

置CuSO,溶液稀破酸襁£酸

装置一装置二发过三装1t四

部

分

实a极质量减小,b极质b极有气泡产生,C极d极溶解,C极有气泡电流从a极流向d

验量增大无变化产生极

现

象

由此可判断这四种金属的活动性顺序是()

A.a>b>c>dB.b>c>d>a

C.d>a>b>cD.a>b>d>c

知识点4常见的化学电源

1.锌镒干电池

(1)结构:锌钵干电池是以锌筒作负极,石墨棒作正极,在石墨棒周围填充糊状的MnOi和NH.C1作

电解质溶液。

(2)原理:锌镐干电池属于一次性电池，放电之后不能充电［内部的氧化还原反应无法逆向进行)。

负极发生的电极反应为Zn-2e—Zn2；正极发生的电极反应为2MnO?+2NHi+2e—MnG+2NH3+HG

2.可充电电池

（D可充电电池属于二次电池。有些可充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以

逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。可充电电池中能

放患

量的转化关系是化学能加电能。

⑵常见可充电电池:铅酸蓄电池、锲氢电池、锂离子电池等。

3.发展中的燃料电池

一种将燃料（如氧气、甲烷、乙静）和仪化剂

（如很气）的化学能直接转化为电能的电化学

反应装置

燃料电池

清洁、安全、高效等；

能量转化率可以达到80%以上；

------1特点反应物不是储存在电池内部，而是

由外部提供；

供电垃易于潮节

［典例］（2021•浙江1月学考）锌（Zn）—空气电池的总反应式:2Zn+02+2H20—2Zn（0H”,装置如

图所示。下列说法不正确的是（）

篇

气

空

A.多孔石墨电极上发生还原反应

B.电子从锌电极经过KOH溶液流向石墨电极

C.负极的电极反应:Zn-2e+20H—Zn（0H）2

D.电池工作时，电解质溶液中K的数目保持不变

［变式训练1］（2020•浙江7月学考）机动车使用的铅蓄电池构造如图所示,其电池反应的方程式

为:Pb+PbOH2H2s0］—2PbS0,+2H2。。

电池工作时，下列说法不正确的是（)

A.铅作正极

B.二氧化铅发生还原反应

C.电子从铅电极经导线流向二氧化铅电极

D.铅电极的电极反应式:Pb-2e*S0f—PbSO,

［变式训练2］（2021•湖州期末）氢氧燃料电池构造如图所示，氧气由多孔金属b处通入。其电池

反应方程式为2H2+O2—2H。下列说法不正确的是（）

自电机

风气化岬落泪

多孔金属a♦氧气

卜多孔金属b

氢气一

氢氧化钾溶液

A.多孔金属a是负极

B.多孔金属b上,氧气发生还原反应

C.燃料电池放电时将电能转化为化学能

D.正极的电极反应为O2+4e-+2HQ_40H-

［规律方法］原电池正、负极判断方法

(内电路)

知识点5化学反应速率及影响因素

考向1化学反应速率

1.表示方法

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。

2.数学表达式及单位

v=7-»单位为mol/(L,min)或mol/(L,s)(,

3.规律

同一反应在同一时间内，用不同物质来表示的反应速率可能不同，但反应速率的数值之比等于这

些物质在化学方程式中的化学计量数之比。

注意:化学反应速率大小的比较方法有(1)看单位是否统一，若不统一,换算成相同的单位；(2)换

算成同一物质表示的速率,再比较数值的大小。

［典例］(2021•浙江1月学考)取50mL过氧化氢水溶液,在少量I存在下分解:2H。一2H?0+0,

tO在一定温度下，测得的放出量，转换成左。2浓度(C)如下表:

t/min020406080

c/(mol,L')0.80a0.200.100.050

下列说法不正确的是()

A.反应20min时,测得0?体积为224mL(标准状况),则a=0.40

B.40〜60min,消耗HQ的平均速率为0.0050mol・L1•min1

C.第30min时的瞬时速率小于第70min时的瞬时速率

D.过氧化氢酶对上。?分解也有催化作用

［变式训练1］一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.4molMh和0.5mol0?发生反应

4NHs(g)+502(g)^4N0(g)+6H20(g),»2min后,NO的浓度为0.06mol/Lo下列有关说法不正确

的是()

A.3V(NH3)=2V(H20)

B.用NO表示前2min的反应速率为0.06mol/(L•min)

C.2min末,帆的浓度为0.14mol/L

D.。〜2min内，生成的水的物质的量为0.18mol

［变式训练2］某温度时，在5L容器中X、Y、Z三种物质随时间的变化关系曲线如图麻示。

时间/min

(1)由图中的数据分析,该反应的化学方程式为

(2)反应开始至2min,Z的平均反应速率为

⑶5min后达到平衡,则X的转化率是o

考向2化学反应速率的影响因素

影响化学反应

规律

速率的因素

内反应物

反应物本身的性质是影响反应速率的主要因素

因的性质

反应物

浓度增大,反应速率增大

的浓度

反应温度温度升高,反应速率增大;温度降低,反应速率减小

外

反应时

因压强增大,反应速率增大;压强减小,反应速率减小

的压强

催化剂加入催化剂能显著地增大反应速率

其他表面积增大,反应速率增大，固体颗粒越小,反应速率越大

［典例］(2019•浙江6月学考)在不同条件下进行过氧化氢分解实验，有关数据如下。四组实验

中，收集相同体积(折算成标准状况)的氧气，所需时间最短的一组是()

ABCD

过氧化氢溶液体积/mL10101010

过氧化氢溶液质量分数6%6%3%6%

温度/℃20404040

MnOz质量/g0.050.050.050

［变式训练1］判断正误(正确的打“，错误的打“X”)

(1)在用乩和M工业合成NL时，降低温度可使反应速率减慢。()

(2)K£O,与BaCL在溶液中反应时，增大压强可加快反应速率。()

(3)将铝片改为铝粉，做铝与氧气反应的实验时可加快反应速率。()

(4)100mL2mol-L的盐酸与锌反应时，加入适量的氯化钠溶液，生成氢气的速率不变，()

(5)二氧化硫的催化氧化是一个放热反应,升高温度,正反应速率加快,逆反应速率减小。()

(6)汽车尾气中的C0和N0可以缓慢反应生成M和C02,减小压强,反应速率减小。()

［变式训练2］反应3Fe(s)+4HQ(g)幽Fe：Q,(s)+4H“g),在一可变容积的密闭容器中进行，试回

答：

⑴增加Fe的量，其反应速率(填“增大”“不变”或“减小”，下同)。

(2)将容器的体积缩小一半,其反应速率0

(3)保持体积不变，充入必使体系压强增大，其反应速率o

(4)保持压强不变,充入乂使容器的体积增大,其反应速率。

［易错警示］(1)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，对反

应速率无影响。例如:C(s)+C0z(g)—2co(g),增加C的量,对此反应的反应速率无影响(当然这

里不考虑固体表面积、颗粒大小等的变化)。

(2)压强只对有气体参加或生成的化学反应速率有影响，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。例如：

①恒容:充入“情性气体”一总压增大-*物质浓度不变一反应速率不变。

②恒压:充入“惰性气体”一体积增大一物质浓度减小一反应速率减小。

知识点6化学反应的限度

1.化学平衡的定义

可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等,反应物和生成物的浓

度不再改变,反应达到化学平衡状态。

2.用速率变化图像表示化学平衡状态的建立

反

应

亲化学平衡

K正)=式逆)

反应时间

3.化学平衡状态的特征

化学平衡研究的对象是可逆反应

达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等

化学平衡是一种表面静止状态，但反应并未停止，是一种

动态平街

达到化学平衡状态后，各组分浓度保持不变，不随时间

变化而变化

外界条件发生改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件

下建立新的平衡状态

4.化学平衡状态的判定方法

(1)正、逆反应速率相等

①同种物质：v正二v逆W0。

②不同种物质:基H的化学计是数

的化学计量数

(2)各组分的浓度保持一定

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。

(3)间接标志一一“变量不变”

①反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。

②对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应,若体系中颜色不再改变,则反应达到平

衡状态。

③全是气体参加、反应前后化学计量数改变的可逆反应,平均相对分子质量保持不变。

④对绝热密闭容器,温度保持不变。

⑤对恒压容器中的反应前后非等体积气体反应，密度保持不变。

［典例］(2021•浙江7月学考)一定温度下，在2L容积不变的密闭容器中发生反应:2S0：(g)+02(g)

2S03(g)o反应过程中部分数据如下：

—_n/mo1

)n(0)

n(SO22n(SO。

t/min''''___

00.20.2C

50.18

100.02

下列说法不正确的是()

A.使用催化剂是为了增大反应速率

B.0〜5min内，用S6表示的平均反应速率为0.036mol/'(L,min)

C.容器内气体压强保持不变,说明反应已达到平衡状态

D.5min时,SO2的转化率己达到该条件下的最大值

[变式训练1](2020•浙江7月学考)恒温恒压下,在起始容积为10L的密闭容器中发生反

应:A(g)+2B(g)3c(g)

mol

n(A)n(B)n(C)

t/rnirT^~-__

02.03.20

52.4

101.8

反应过程中