1、专题专题6化学反应与能量变化化学反应与能量变化专题整合专题整合知识网络系统构建知识网络系统构建核心归纳素养整合核心归纳素养整合一、控制变量法探究影响化学反应速率的因素研究影响化学反应速率的因素时研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多由于外界影响因素较多,故为弄清某个因素的影响故为弄清某个因素的影响,均需控制其他因素相同或不变均需控制其他因素相同或不变,再再进行实验。因此进行实验。因此,常用控制变量思想解决该类问题。常用控制变量思想解决该类问题。1.常见考查形式。常见考查形式。(1)以表格的形式给出多组实验数据以表格的形式给出多组实验数据,让学生找出每组数据让学生找出每组数据的变化对
2、化学反应速率的影响。的变化对化学反应速率的影响。(2)给出影响化学反应速率的几种因素给出影响化学反应速率的几种因素,让学生设计实验分让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。析各因素对化学反应速率的影响。2.解题策略。解题策略。(1)确定变量。确定变量。解答这类题目时首先要认真审题解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的理清影响实验探究结果的因素有哪些。因素有哪些。(2)定多变一。定多变一。在探究时在探究时,应该先确定其他的因素不变应该先确定其他的因素不变,只变化一种因素只变化一种因素,看看这种因素与探究的问题存在怎样的关系这种因素与探究的问题存在怎样的关系;这样确定一种以后这
3、样确定一种以后,再确定另一种再确定另一种,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。(3)数据有效。数据有效。解答时注意选择数据解答时注意选择数据(或设置实验或设置实验)要有效要有效,且变量统一且变量统一,否则否则无法作出正确判断。无法作出正确判断。3.实例分析。实例分析。探究温度、催化剂对反应探究温度、催化剂对反应2H2O22H2O+O2的影响的影响,可可以确定催化剂以确定催化剂(是否加入是否加入MnO2)和温度和温度(加热、常温加热、常温)作为可变作为可变量量,其他的则控制为
4、不变量。其他的则控制为不变量。【例题【例题1】 草酸草酸(H2C2O4)与高锰酸钾在酸性条件下能够发与高锰酸钾在酸性条件下能够发生如下反应生如下反应: +5H2C2O4+6H+2Mn2+10CO2+ 8H2O。用。用4 mL 0.001 molL-1 KMnO4溶液与溶液与2 mL 0.01 molL-1 H2C2O4溶液溶液,研究反应的温度、反应物的浓度与催化研究反应的温度、反应物的浓度与催化剂等因素对化学反应速率的影响。改变的条件如下表所示剂等因素对化学反应速率的影响。改变的条件如下表所示:(1)实验实验和和可得出的结论可得出的结论:影响化学反应速率的因素是影响化学反应速率的因素是;如果研
5、究温度对化学反应速率的影响如果研究温度对化学反应速率的影响,使用实验使用实验和和(用用表示表示)。 (2)实验实验中加入中加入1 mL蒸馏水的目的是蒸馏水的目的是 。 答案答案:(1)催化剂催化剂(2)确保所有实验中确保所有实验中c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和总体积不不变和总体积不变变,实验实验中中c(H+)不同不同解析解析:(1)实验实验、中温度、浓度相同中温度、浓度相同,研究了催化剂对化研究了催化剂对化学反应速率的影响学反应速率的影响;研究温度对化学反应速率的影响研究温度对化学反应速率的影响,应保证应保证浓度相同浓度相同,且不使用催化剂且不使用催化剂,则选实验则选实验和和。(2
6、)实验实验和和中中,硫酸的浓度不同硫酸的浓度不同,可研究浓度对化学反应速率的影响可研究浓度对化学反应速率的影响,加加1 mL蒸馏水可确保两实验中各物质浓度和总体积相等。蒸馏水可确保两实验中各物质浓度和总体积相等。二、判断可逆反应达到平衡状态的方法1.根本性标志根本性标志:v正正=v逆逆0。(1)正逆反应的描述正逆反应的描述:同一物质的消耗速率和生成速率相等同一物质的消耗速率和生成速率相等,或反应物和生成物的消耗或生成按化学计量数成比例或反应物和生成物的消耗或生成按化学计量数成比例,即必即必须体现出双方向的变化。须体现出双方向的变化。(2)速率相等速率相等:同一物质正逆反应速率的数值相等同一物质
7、正逆反应速率的数值相等,不同物质不同物质速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比。速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比。2.等价标志等价标志:在其他条件一定的情况下在其他条件一定的情况下,下列物理量不变可以下列物理量不变可以说明反应达到平衡。说明反应达到平衡。(1)混合气体中各组分的体积百分含量不变混合气体中各组分的体积百分含量不变(或体积比不变或体积比不变);(2)某物质的质量或物质的量不变某物质的质量或物质的量不变;(3)体系中含有色物质时体系中含有色物质时,颜色不随时间的变化而变化颜色不随时间的变化而变化;(4)同种物质化学键的断裂与化学键的形成的物质的量相等。同种物质化学键的断裂与
8、化学键的形成的物质的量相等。3.特殊标志。特殊标志。(1)若反应前后气体的总分子数不相等若反应前后气体的总分子数不相等,总压强不变或总物质总压强不变或总物质的量不变或平均相对分子质量不变的量不变或平均相对分子质量不变,可以说明反应达到了平可以说明反应达到了平衡状态。衡状态。(2)若反应前后总分子数相等时若反应前后总分子数相等时,反应物或生成物中有一个是反应物或生成物中有一个是非气体非气体,平均相对分子质量不变平均相对分子质量不变,可以说明反应达到了平衡状可以说明反应达到了平衡状态。态。(3)当给定的是密度不变时当给定的是密度不变时,要考虑容器容积和气体总质量变要考虑容器容积和气体总质量变化化,
9、若两者反应前后都不变若两者反应前后都不变,则不能说明反应达到了平衡状态。则不能说明反应达到了平衡状态。【例题【例题2】 在两个恒温恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应在两个恒温恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应: (甲甲)2X(g) Y(g),(乙乙)A(s)+2B(g) C(g)+D(g)。当下列物理量不再。当下列物理量不再发生变化时发生变化时,其中能表明其中能表明(甲甲)、(乙乙)均达到化学平衡状态的有均达到化学平衡状态的有( )。混合气体的密度混合气体的密度反应容器中生成物的百分含量反应容器中生成物的百分含量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反应物的消耗速率与生成
10、物的消耗速率之比等于化学计量数之比混合气体的压强混合气体的压强混合气体的平均相对分子质量混合气体的平均相对分子质量混合气体的总物质的量混合气体的总物质的量A.B.C.D.答案答案:C解析解析:(甲甲)混合气体的密度始终不变混合气体的密度始终不变,所以不能作为达到平所以不能作为达到平衡状态的标志衡状态的标志,故错误故错误;反应容器中生成物的百分含量不变反应容器中生成物的百分含量不变,说明各组分的量不变说明各组分的量不变,达到平衡状态达到平衡状态,故正确故正确;反应物的消耗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速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比,说明正、说明正、逆反应速
11、率相等逆反应速率相等,故正确故正确;(乙乙)混合气体的压强始终不变混合气体的压强始终不变,故故错误错误;混合气体的平均相对分子质量不变混合气体的平均相对分子质量不变,说明正、逆反应说明正、逆反应速率相等速率相等,故正确故正确;(乙乙)混合气体的总物质的量始终不变混合气体的总物质的量始终不变,故故错误。综上所述错误。综上所述,C项正确。项正确。三、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目,做这
12、类题既要读文字内容做这类题既要读文字内容,又要读图。解答化学反应速率又要读图。解答化学反应速率图像题可采用图像题可采用“一看一看”“二想二想”“三判断三判断”的方法。的方法。1.“一看一看”看图像。看图像。(1)看坐标轴看坐标轴:弄清纵、横坐标表示的含义弄清纵、横坐标表示的含义;(2)看线看线:弄清线的弄清线的走向、趋势走向、趋势;(3)看点看点:弄清曲线上点的含义弄清曲线上点的含义,特别是一些特殊特别是一些特殊点点,如曲线的折点、交点、最高点与最低点等如曲线的折点、交点、最高点与最低点等;(4)看量的变化看量的变化:弄清是物质的量的变化还是浓度的变化。弄清是物质的量的变化还是浓度的变化。2.
13、“二想二想”想规律。如各物质的转化量之比与化学计量想规律。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。等。3.“三判断三判断”通过对比分析通过对比分析,作出正确判断。作出正确判断。【例题【例题3】 在某温度下的在某温度下的2 L密闭容器中密闭容器中,A、B两种气体间两种气体间发生相互转化反应发生相互转化反应,实验测得实验测得A、B的物质的量随时间变化的的物质的量随时间变化的曲线如图所示曲线如图所示:(1)该反应的化学方程式该反应的化学方程式为为。 (2)反应从开始至反应从开始至4 min时时,A的的平
14、均平均反应速率反应速率为为。 (3)4 min时时,反应是否达到平衡状态反应是否达到平衡状态?(填填“是是”或或“否否”); 8 min时时,v正正(填填“”“Q2B.Q1Q2C.Q1=Q2你作出此选择的原因是你作出此选择的原因是 。 答案答案:(1)放热放热(2)92.4 kJ(3)A该反应为可逆反应该反应为可逆反应,在密闭容器中进行反应达到平衡在密闭容器中进行反应达到平衡时时,1 mol N2和和3 mol H2不能完全反应生成不能完全反应生成2 mol NH3,因而放因而放出的热量小于出的热量小于92.4 kJ解析解析:(1)化学反应的实质就是反应物化学键断裂、生成物化学反应的实质就是反
15、应物化学键断裂、生成物化学键形成的过程化学键形成的过程,断裂化学键吸收能量断裂化学键吸收能量,形成化学键放出能形成化学键放出能量。量。N2+3H2 2NH3的反应中断裂化学键共吸收的能量的反应中断裂化学键共吸收的能量为为:945.6 kJ+3436.4 kJ=2 254.8 kJ,形成化学键共放出的能形成化学键共放出的能量为量为23391.2 kJ=2 347.2 kJ,所以该反应为放热反应。所以该反应为放热反应。(2)1 mol N2与与3 mol H2完全反应放出的热量为完全反应放出的热量为2 347.2 kJ-2 254.8 kJ=92.4 kJ。(3)由于该反应为可逆反应由于该反应为可
16、逆反应,反应达平衡时反应达平衡时1 mol N2和和3 mol H2不能完全反应生成不能完全反应生成2 mol NH3,因而放出的热量小于因而放出的热量小于92.4 kJ。五、新型电源中电极反应式的书写1.电极反应式书写的一般步骤电极反应式书写的一般步骤(类似氧化还原反应方程式的类似氧化还原反应方程式的书写书写)。2.已知总方程式已知总方程式,书写电极反应式。书写电极反应式。(1)书写步骤。书写步骤。写出电池总反应式写出电池总反应式,标出电子转移的方向和数目标出电子转移的方向和数目(ne-)。找出正、负极找出正、负极,失电子的电极为负极失电子的电极为负极;确定溶液的酸碱性。确定溶液的酸碱性。写
17、电极反应式。写电极反应式。负极反应负极反应:还原剂还原剂-ne-氧化产物氧化产物正极反应正极反应:氧化剂氧化剂+ne-还原产物还原产物(2)书写技巧。书写技巧。若某电极反应式较难写时若某电极反应式较难写时,可先写出较易的电极反应式可先写出较易的电极反应式,该该电极反应中转移的电子数必须与总方程式中转移的电子数相电极反应中转移的电子数必须与总方程式中转移的电子数相同同;然后用总反应式减去较易写的电极反应式然后用总反应式减去较易写的电极反应式,即可得出较难即可得出较难写的电极反应式。如写的电极反应式。如CH3OCH3(二甲醚二甲醚)酸性燃料电池中负酸性燃料电池中负极反应式的书写方法如下。极反应式的
18、书写方法如下。总反应式总反应式:CH3OCH3+3O22CO2+3H2O正极正极:3O2+12H+12e-6H2O负极负极:CH3OCH3+3H2O-12e-2CO2+12H+3.氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应。 【例题【例题5】 有一种有一种MCFC型燃料电池型燃料电池,该电池所用燃料为该电池所用燃料为H2,电解质为熔融的电解质为熔融的K2CO3。电池的总反应为。电池的总反应为2H2+O22H2O,负极反应为负极反应为H2+ -2e-H2O+CO2。下列说法正确的是。下列说法正确的是()。A.电路中的电子经正极、熔融的电路中的电子经正极、熔融的K
19、2CO3、负极后再到正极、负极后再到正极,形成闭合回路形成闭合回路B.电池放电时电池放电时,电池电池中中 的的物质的量将逐渐减小物质的量将逐渐减小C.正极反应为正极反应为2H2O+O2+4e-4OH-D.放电放电时时 向向负极移动负极移动答案答案:D【例题【例题6】 Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳极材料分别为锂和碳,电解液是电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反。电池的总反应可表示为应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2。请回答下列问题请回答下列问题:(1)电池的负极材料为电池的负极材料为,发生的电极反应
20、为发生的电极反应为。 (2)电池正极发生的电极反应为电池正极发生的电极反应为。 答案答案:(1)锂锂4Li-4e-4Li+(2)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2解析解析:分析反应的化合价变化分析反应的化合价变化,可知可知Li失电子失电子,在负极发生氧在负极发生氧化反应化反应;SOCl2得电子得电子,在正极发生还原反应。在正极发生还原反应。(1)负极材料为负极材料为Li(还原剂还原剂),4Li-4e-4Li+;(2)正极反应式可正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到由总反应式减去负极反应式得到:2SOCl2+4e-4Cl-+S+ SO2。【例题【例题7】 高铁电池是一种新型可充电电池高
21、铁电池是一种新型可充电电池,与普通电池相与普通电池相比比,该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。请回答下列问题请回答下列问题:(1)放电时放电时,正极发生正极发生(填填“氧化氧化”或或“还原还原”)反应反应,则正则正极反应式为极反应式为 。 (2)放电时放电时,(填填“正正”或或“负负”)极附近溶液中极附近溶液中c(OH-)增增大。大。 答案答案:(1)还原还原 +4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-(2)正正解析解析:根据高铁电池放电时总反应方程式可知根据高铁电池放电时总反应方程式可知,Zn为负极为负极,负负极电极反应式为极电极反应式为Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,由电池的总反应由电池的总反应方程式方程式-负极反应式负极反应式=正极反应式可知正极反应式可知,正极反应式正极反应式为为 +4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-,正极区生成正极区生成OH-且消耗且消耗水水,OH-浓度增大。浓度增大。
