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第六章 化学反应与能量

第一节 化学反应与能量变化

第一课时 化学反应与热能

化石燃料燃烧会放出大量的热，除了燃烧，其它化学反应也伴随着放热或吸热现象。

一、吸热反应与放热反应

化学能与热能的实验探究

实验

操作

试管中加入2 mL 2 mol·L－1盐酸，并用温度计测量其温度，再向试管中放入打磨过的镁条

将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，玻璃片盖上烧杯



实验

现象

镁条逐渐____，有____产生，温度计的示数____

有刺激性气味气体产生，用手触摸杯壁下部，烧杯壁______，试着用手拿起烧杯，_________________



实验

结论

该反应______热量

该反应______热量





化学反应发生时伴有_____________________



化学上把释放热量的化学反应称为 ，吸收热量的化学反应称为 。

常见的放热反应：____________________________________________________________

______________________________________________________________________________

常见的吸热反应： _____________________________________________________________

______________________________________________________________________________

【注意】

（1）有热量放出未必是放热反应，放热反应和吸热反应必须是___________。

（2）反应条件与热量变化没有必然的关系，既需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。

二、化学反应中能量变化的原因

（一）从微观角度理解化学反应过程中能量变化的关系

1.化学键与能量的关系

化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用，断开反应物中的化学键需要 能量，形成生成物中的化学键要 能量。

2、化学键与化学反应中能量变化的关系

断开化学键要 能量，形成化学键要 能量

吸热反应和放热反应与反应物断键的能量和生成物成键释放的能量的关系如下：

吸热反应：反应物断键吸收的总能量 生成物成键释放的总能量

放热反应：反应物断键吸收的总能量 生成物成键释放的总能量

例如：氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下，氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开，氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。

则： 吸收总能量为：_______________________

释放总能量为：______________________

反应中放出的热量：______________________

这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。

（二）从宏观角度理解化学反应过程中能量变化的关系

1、一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量，决定于 和

相对大小。

2、化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，吸热或者放热。吸热反应和放热反应与反应物和生成物总能量的关系如下：

吸热反应：反应物的总能量 生成物的总能量

放热反应：反应物的总能量 生成物的总能量

3、以能量为纵坐标，画出放热反应和吸热反应的简单示意图

放热反应 吸热反应

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

三、人类对能源的利用

1．利用的三个阶段：

—树枝杂草

↓

—煤、石油、天然气

↓

—太阳能、氢能、核能、风能、地热能等

2．化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题

(1)一是其短期内不可再生，储量有限；

(2)二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。

3．在燃料利用过程中，节能的主要环节：

(1)燃料燃烧阶段——可通过改进锅炉的炉型和燃料空气比、清理积灰等方法提高燃料的燃烧效率；

(2)能量利用阶段——可通过使用节能灯，改进电动机的材料和结构，以及发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等措施促进能源循环利用，有效提高能量利用率。

4．新能源

(1)特点：资源丰富、__可以再生，对环境无污染__。

(2)人们比较关注的新能源：__太阳__能、__风__能、地热能、海洋能和__氢__能等。

第二课时 化学反应与电能

一、化学能与电能的相互转化

1、火力发电的能量转化关系

化学能
热能
机械能
电能

火力发电的缺点：

①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。

②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。

③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。

2、原电池

原电池是一种________________________装置。

【实验探究】

实验装置

实验现象

实验结论





_____________________________

锌与稀硫酸_____，铜与稀硫酸______





_______________________

产生H2(还原反应)的位置发生了改变





_______________________

___________________________

该装置将_______转化为_____





(1)原电池的电极

负极：________________________________________________

正极： _______________________________________________

图中_____为负极，电极反应为___________________

_____为正极，电极反应为___________________

总反应：___________________________

(2)原电池的原理：

①外电路：电子由____电极经过导线流向____电极，电流由____电极流向____电极。

②内电路：阴阳离子定向移动。阳离子移向____极，阴离子移向_____极。

图中电子流向_____________________电流流向______________________

锌片一极吸引_______，铜片一极吸引_______________

(3)组成原电池的条件：

理论上，自发的 反应均可构成原电池。

具体条件是：

①具有 的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；

②溶液：两电极均插入 溶液中；

③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。

练习：在如图所示的8个装置中，属于原电池的是___________。(填序号)

(4)原电池正、负极的判断

(5)原电池原理的应用

①比较金属活动性强弱。一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。

②金属的防护。使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。

③设计制作化学电源。化学能转化为电能。

④加快化学反应速率。自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。

原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。

归纳总结

1．形成原电池的条件

(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；

(2)两电极均插入电解质溶液中；

(3)电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。

(4)有一个能自发进行的氧化还原反应。

2．原电池的工作原理

(1)两反应：正极——还原反应；负极——氧化反应。

(2)三方向：

①电流方向：正极→负极；

②电子流动方向(导线中)：负极→正极；

③阴、阳离子移动方向(电解质溶液中)；

阳离子：负极→正极； 阴离子：正极→负极。

二、常见化学电源

1．锌锰干电池

(1)结构：锌锰干电池是以锌筒作____极，石墨棒作___极，氯化铵糊作____________。

(2)原理：锌锰干电池属于_____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_____________________，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。

2．充电电池

(1)充电电池属于_________电池。有些充电电池在放电时所进行的_____________反应，在充电时可以______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。充电电池中能量的转化关系是_____________________

(2)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。

试一试:　已知铅酸蓄电池的原理为

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，该铅酸蓄电池的负极材料是________，发生反应的类型为________________，电极反应式为________________________________________。

3．燃料电池(了解)

(1)燃料电池

一种将______ (如氢气、甲烷、乙醇)和___________(如氧气)的________能直接转化为________能的电化学反应装置。

试一试:　氢氧燃料电池

总反应化学反应方程式：2H2 +O2 = 2H2O ，正、负极材料是：__________

①、使用中性电解质溶液

负极反应式：______________________；正极反应式：___________________。

②．使用酸性电解质溶液

负极反应式：______________________；正极反应式：___________________。

放电后电解质溶液pH________________

③．使用碱性电解质溶液

负极反应式：______________________；正极反应式：___________________。

放电后电解质溶液PH________________

(2)

化学反应的速率和限度

第1课时　化学反应的速率

一、化学反应速率

1．定义 化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行的快慢的物理量。通常用单位时间 或 (均取正值)表示。

2．计算公式

____________________________________________

3．单位

4．实例

某反应的反应物A浓度在5 min内由6 mol·L－1变成了2mol·L－1，则v(A)＝ 。

【注意】

应用化学反应速率需注意以下问题：

(1) 化学反应速率是标量，只有 数值 而没有 方向 ；

(2) 一般计算出来的化学反应速率是一段时间内的 平均 速率，不同时刻的化学反应速率是不相同的；

(3) 对于纯液体或固体物质，反应在其表面进行，它们的“浓度” 是 变的，因此一般 ______用固体、纯液体表示化学反应速率；

(4) 对于同一化学反应，用不同的物质表示其化学反应速率在数值上可能 同，但其意义相同，化学反应速率之比等于 ____________ 之比。

练习1、判断正误

(1)对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显(　　)

(2)有固体参加化学反应，单位时间固体浓度的改变量表示化学反应速率(　　)

(3)化学反应速率的单位通常为mol·L－1或mol·min－1(　　)

(4)反应速率是指某反应在某时刻的瞬时速率(　　)

(5)化学反应速率0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1(　　)

二、化学反应速率的计算

(1)定义式法

利用公式v＝计算化学反应速率，也可利用该公式计算浓度变化量或时间。

(2)关系式法

化学反应速率之比＝物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。

3．反应速率大小比较的两种方法

同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小，还要进行一定的换算。

(1)方法一：换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。

(2)方法二：比较化学反应速率与化学计量数的比值。

【模型认知】“三段式”计算化学反应速率和转化率α

　　　　　　　　　　mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)

起始浓度/(mol·L－1) a b 0 0

转化浓度/(mol·L－1) mx nx px qx

终态浓度/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx

①v(A)＝，v(C)＝。

②α(A)＝×100%。

练习2、反应：3A(g)＋B(g)===2C(g)＋2D(g)，在不同条件下，用不同物质表示其反应速率，分别为

①v(A)＝0.6mol·L－1·min－1　②v(B)＝0.45mol·L－1·min－1　③v(C)＝0.015mol·L－1·min－1　

④v(D)＝0.45mol·L－1·min－1则此反应在不同条件下进行最快的是(　　)

A．②③ B．①③ C．②④ D．②

练习3、 已知 4NH3+5O2=4NO+6H2O,则下列关系式正确的是( )

A. 4/5v(NH3)=v(O2) B.4/5v(NH3)=v(H2O) C. 5/6v(O2)=v(H2O) D. 4/5v(O2)=v(NO)

归纳总结

1、对于一个具体的化学反应，反应物和生成物的物质的量的变化是按化学方程式中化学计量数之比进行的，所以化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。

对于反应aA＋bB===cC＋dD(A、B、C、D均不是固体或纯液体)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)＝a∶b∶c∶d。

2、在同一时间内的同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但它们表示的意义相同，即一种物质的化学反应速率就代表了整个化学反应的反应速率。

【练习】将等物质的量的A、B混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)
xC(g)＋2D(g)，经5 min后，测得D的浓度为0.5 mol·L－1，c(A)∶c(B)＝3∶5，C的平均反应速率为0.1 mol·L－1·

min－1。求：

(1)5 min后A的浓度c(A)＝________mol·L－1，反应开始前容器中的A、B的物质的量：

n(A)＝n(B)＝________mol。

(2)B的平均反应速率：v(B)＝________mol·L－1·min－1。(3)x的值为________。

二..影响化学反应速率的因素(

1、内因（主要因素）(

化学反应速率的大小主要是由____________________决定的，即反应物的分子结构或原子结构决定的。

2、外界条件的影响（次要因素）(

（1）温度对化学反应速率影响的探究





实验操作



试管中均为2～3mL相同浓度的滴有FeCl3溶液的H2O2溶液



实验现象

①________

②________

③________



实验结论

对于反应2H2O22H2O＋O2↑来说，温度越高，H2O2的分解速率越________，反应越________



（2）浓度的影响：

实验操作







实验现象





实验结论





(3)催化剂的影响：

实验操作







实验现象





实验结论





(4)压强：对于有 参加的反应，当其他条件不变时，增大气体的压强（ ），可以 化学反应速率；减小气体压强（ ），可以 化学反应速率 。

【总结】外界因素对速率的影响： 其他条件不变时，改变某一条件：

影响因素

速率变化



催化剂





温度

升高







降低





浓度

增大







减小





压强(对有气体参加的反应)

增大(缩小容器体积)







减小(增大容器体积)







（5）其他影响因素：

①如固体参加反应，增大 固体表面积 ，反应速率增大。

② 反应物状态：一般来说，配制成溶液或反应物是气体，都能增大反应物之间的接触面积，有利于增大反应速率。

③形成原电池，可以增大氧化还原反应的反应速率

【练习】．在下列事实中，判断什么因素影响了化学反应的速率。

(1)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时发生爆炸：_____________。

(2)黄铁矿煅烧时需粉碎成细小的矿粒：___________________________________。

(3)KI晶体和HgCl2晶体混合后无明显现象，若一起投入水中，很快生成红色HgI2：________。

(4)熔化的KClO3放出气泡很慢，撒入少量MnO2很快产生气体：______________________。

(5)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌粒和镁块，产生气体有快有慢：_______________。

(6)同样大小的石灰石分别在0.1mol·L－1的盐酸和1mol·L－1的盐酸中反应速率不同：_______。

(7)夏天的食品易某某，冬天就不易发生该现象：___________________________。

(8)葡萄糖在空气中燃烧时需要较高的温度，可是在人体内，在正常体温(37℃)时，就可以被氧化，这是因为：_________________________________________________________________。

总结：（1）固体和纯液体的量的改变，对速率__________。

对于溶液中有水参与的反应，如

A + B+H2O=C，向体系中加入水，不能理解成加入纯液体的反应物，应理解为是_______，反应速率________

（2）某些反应，随着浓度的改变，反应的本质发生了变化，那么反应速率的含义也就不 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 ______________________________________________

（3）____________________________________________________

2、量的标志

______________________________________________________________________

3．在一定温度下，反应H2（g）+Cl2（g）
2HCl（g）达到平衡的标志是 （ ）

A．单位时间消耗n mol H2的同时，消耗n mol的Cl2

B．单位时间生成n mol H2的同时，消耗2n mol的HCl

C．1个H－H键断裂的同时，有2个键H－Cl形成

D．1个H－H键断裂的同时，有2个键H－Cl断裂

三．化学反应条件的控制

1．目的：

——

促进有利反应———

2．化工生产中反应条件的调控：

(1)考虑因素：

化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的__成本__和__实际可能性__。

(2)实例——合成氨生产条件的选择：

——400～500 ℃—

—10～30 MPa—

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