第六章 化学反应与能量
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1.放热反应与吸热反应
点拨：(1)“三个不一定”。
①需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应；
②放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应；
③吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
(2)吸热反应和放热反应都是化学变化。NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。
(3)放热(或吸热)过程不一定是放热(或吸热)反应，如冰融化是吸热过程而不是吸热反应。
(4)常见放热反应和吸热反应。
放热反应：①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟水或酸的反应；⑤物质的缓慢氧化；⑥原电池反应；⑦铝热反应；⑧少数分解反应(如H2O2分解)。
吸热反应：①大多数分解反应；②盐类的水解；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；④碳与水蒸气、CO2的反应等。
【例题】
1．汽车受到猛烈碰撞时，安全气囊内的固体迅速分解，产生氮气和金属钠，该过程中的能量变化如下图所示。下列说法错误的是
A．属于离子化合物
B．的分解反应属于放热反应
C．表示2mol固体的能量
D．作为安全气囊的气体发生剂，具有产气快、产气量大等优点
2.化学反应过程中能量变化的原因
点拨：(1)任何化学反应一定伴有能量变化，原因是旧键断裂吸收的能量与新键形成释放的能量不相等。
(2)需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应，不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应。即反应放热或吸热与反应条件无关。
(3)有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应，如水结成冰放热但不属于放热反应。浓H2SO4、NaOH固体溶于水放热、NH4NO3溶于水吸热，因为不是化学反应，其放出或吸收的热量不是反应热。
(4)化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成，任何化学反应都具有热效应。
(5)不能根据反应条件判断反应是放热还是吸热，需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应，不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应。
(6)物质三态变化时，能量的变化形式为固态液态气态。
【例题】
2．中国化学家研究出一种新型复合光催化剂(C3N4/CQDs)，能利用太阳光高效分解水，原理如图所示。下列说法不正确的是
A．通过该催化反应，实现了太阳能向化学能的转化
B．反应I中只涉及到O-H键的断裂和O-O键的形成
C．反应II为：
D．总反应为：
3.化学电源中能量的转化和电极判断
点拨：(1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
(2)在原电池中活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。
(3)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。
(4)负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。
(5)同一氧化还原反应，设计成原电池反应的速率一定比直接发生氧化还原反应的速率快。
(6)电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒及电子得失守恒。
(7)活泼性强的不一定是负极，如镁和铝放入氢氧化钠溶液中形成原电池，铝是负极；铜和铝放入浓硝酸中形成原电池，由于铝的钝化，铜是负极。
(8)燃料电池中电极不参与反应，通入燃料的一极为负极，通入助燃剂(一般为氧气)的一极为正极。
(9)如果给了电池反应，正负极还可以根据化合价的改变来判断，化合价升高的物质失电子，为负极；化合价降低的物质得电子，为正极。
(10)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，两极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。
(11)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
(12)原电池电极反应书写时的注意事项
①负失氧、正得还。
②注意溶液的酸碱性，视情况在电极反应方程式两边添加H+、OH-、H2O等，使其符合电荷守恒和质量守恒。
③注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。
④活泼金属不一定为负极，如镁、铝和氢氧化钠溶液组成的电池中，铝为负极。
【例题】
3．美国化学家诺塞拉研制出一种可以将水分解成氢气和氧气的催化剂，这将使氢气生产成为可能，并使太阳能使用步入新的时代，被称为“水发电技术”。下列有关说法正确的是
A．“水发电技术”是指水分解生成氢气和氧气，同时放出能量来发电
B．“水发电技术”可实现发电过程中的零污染物排放
C．若水分解产生的H2、O2分别通入燃料电池的两极，通H2的电极上发生还原反应
D．“水发电技术”的能量转换形式为：化学能→电能→热能
4.化学反应过程中能量变化的原因
点拨：I．原电池原理的三个应用
1.加快反应速率：如实验室制H2用粗锌与酸反应。
2.比较金属的活泼性：原电池中一般负极金属比正极金属活泼。但注意：“MgNaOH溶液Al”，原电池的负极为Al；“Cu浓硝酸Fe(Al)”，原电池的负极为Cu。
3.设计原电池
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
(2)选择合适的材料
①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料；正极材料一般活泼性比负极的弱，也可以是能导电的非金属。
②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。
II．化学电源中电极反应的书写方法
(1)拆分法：
①写出原电池的总反应，如2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+。
②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应：(正极)2Fe3++2e-=2Fe2+，(负极)Cu-2e-=Cu2+。
(2)加减法：
①写出总反应。如Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。
②写出其中容易写出的一个电极反应(正极反应或负极反应)。如Li-e-=Li+(负极反应)。
③利用总反应减去容易写出的一个电极反应，得到另一个电极反应，如LiMn2O4+Li++e-=Li2Mn2O4(正极反应)。
III．书写燃料电池电极反应的技巧
(1)首先写出正极反应(一般参加反应的是O2)
①酸性电解质溶液环境下电极反应为O2+4H++4e-=2H2O。
②碱性电解质溶液环境下电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-。
③固体氧化物电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应为O2+4e-=2O2-。
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应为O2+2CO2+4e-=2。
(2)根据电池总反应减去正极反应确定负极反应。注意要消去总反应和正极反应中的O2。
IV．(1)可充电电池的充、放电不能理解为可逆反应。
(2)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。
(3)可充电电池在充电时，其负极连接外接电源的负极，正极连接外接电源的正极。
【例题】
4．锌—空气电池是一种适宜用作城市电动车的动力电源。锌—空气电池原理如图，放电时Zn转化为ZnO。下列说法正确的是
A．空气中的氧气在石墨电极上发生氧化反应
B．该电池的负极反应为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O
C．该电池放电时溶液中的OH-向石墨电极移动
D．该电池放电时电子由Zn电极经电解质溶液流向石墨电极
5.化学反应速率的定义和大小比较
点拨：(1)一个确定的化学反应涉及反应物、生成物等多种物质，因而定量表示一个化学反应的反应速率时，必须指明是哪一种反应物或生成物表示的反应速率。
(2)同一反应，用不同物质表示的反应速率其数值可能不同，但表示的意义相同，即表示整个化学反应的快慢。
(3)化学反应速率是不断变化的，有瞬时速率和平均速率之分，在中学阶段化学反应速率的计算只涉及一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时反应速率。
(4)固体或纯液体的浓度可视为常数，因此一般不用固体或纯液体表示反应速率。
(5)无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，其化学反应速率都取正值，而且是某一段时间内的平均速率，不是某一时刻的瞬时速率。
(6)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，还要进行一定的转化：
①换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。
②比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA＋bB cC，要比较v(A)与v(B)的相对大小，即比较与的相对大小，若>，则用v(A)表示的反应速率比用v(B)表示的反应速率大。
【例题】
5．下列关于化学反应速率的说法正确的是
A．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
B．对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象就越明显
C．化学反应速率为是指时某物质的浓度为
D．当速率的单位是时，任何反应物或生成物均可以表示化学反应速率
6.化学反应速率的影响因素
点拨：1.浓度
(1)只适用于有气体参加或在溶液中进行的化学反应。
(2)在一定温度下，固体或纯液态物质的浓度是一个常数，改变其用量，对化学反应速率无影响。
(3)化学反应速率与固体颗粒的大小有关，颗粒越小，表面积越大，化学反应速率越快。
2.温度
(1)对任何化学反应都适用，且不受反应物状态的影响。
(2)不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能增大化学反应速率，降低温度都能减小化学反应速率。
3.压强
(1)压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。
(2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小，所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。
(3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率，否则，化学反应速率不变。
如恒温恒容：充入稀有气体→容器压强增大，各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。
①恒容时：充入无关气体→压强增大，但各物质浓度不变→反应速率不变。
②恒压时：充入无关气体→压强不变→体积增大→各物质浓度减小→反应速率减慢。
4.催化剂
催化剂能同等程度地改变正、逆反应的化学反应速率。
5.固体接触面积
化学反应速率与固体颗粒的大小有关，颗粒越小，表面积越大，化学反应速率越快。
6.分析外界因素对化学反应速率的影响时3注意：
①催化剂在化学反应过程中参与了反应，降低了正、逆反应的活化能，同等程度改变正、逆反应速率，但不会改变反应的限度和反应热。
②升高温度正反应速率和逆反应速率都加快，但加快的程度不同；降低温度正反应速率和逆反应速率都减慢，但减慢的程度不同，吸热反应的反应速率总是受温度影响大。
③对于固体和纯液体反应物，其浓度可视为常数，改变用量速率不变。但当固体颗粒变小时，其表面积增大将导致反应速率增大。
7.压强对反应速率的影响情况：
压强只对有气体参与的化学反应速率有影响。
①恒温时，压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。
②恒温时，对于恒容密闭容器。
a．充入气体反应物气体反应物浓度增大(压强也增大)反应速率加快。
b．充入“惰性”气体总压强增大―→反应物浓度未改变―→反应速率不变。
③恒温恒压时。
充入“惰性”气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。
【例题】
6．下列措施对增大反应速率明显有效的是
A．Na与水反应时，增大水的用量
B．Fe与稀硫酸反应制取氢气时，将稀硫酸改用浓硫酸
C．在K2SO4与BaCl2两溶液反应时，增大压强
D．N2与H2合成氨气时，增大体系的压强
7.化学反应的限度易混点，化学平衡状态的判断
点拨：1.易混易错点
(1)可逆反应不等同于可逆过程，可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化。
(2)化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立。
(3)化学反应达到平衡状态的正、逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等。
(4)化学反应达平衡状态时，各组分的浓度、百分含量保持不变，但不一定相等。
(5)可逆反应体系中，反应物不能全部转化为生成物，生成物也不能完全转化为反应物。
2.化学平衡状态的判定
(1)正、逆反应速率相等
①同种物质：v正=v逆≠0
②不同种物质：
(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——“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全是气体参加的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对恒压容器的非等体积气体反应，密度保持不变。
总之，选定反应中“变量”，即随反应进行而变化的量，当变量不再变化时，反应已达平衡状态。
(4)①恒温恒容条件下，对于反应前后气体化学计量数之和相等的反应，总压强不变不能作为判断平衡的标志；恒温恒压条件下，对于一切可逆反应，总压强不变均不能作为判断平衡的标志。②恒温恒容条件下，反应物、生成物都是气体的化学反应，混合气体的密度不变不能作为判断反应达到平衡的标志。恒温恒压条件下，反应物、生成物都是气体的化学反应，若反应前后气体的化学计量数之和相等，则混合气体的密度不变不能作为判断反应达到平衡的标志。
【例题】
7．在一定条件下，对于密闭容器中进行的反应，下列说法中，能充分说明该反应已经达到化学平衡状态的是
A．反应混合物中、、的物质的量之比为2：1：2
B．消耗的速率与生成的速率相等
C．反应混合物中、、的百分组成不再改变
D．生成的速率与生成的速率相等
8.化学平衡状态的改变
点拨：(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没影响。
(2)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
(3)充入惰性气体(不参与反应的气体)与平衡移动的关系：
①恒温、恒容条件。
原平衡体系体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动
②恒温、恒压条件。
原平衡体系容器容积增大，各反应气体的分压减小→
③化学反应速率改变，平衡不一定发生移动。
④化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变(v正≠v逆)。
【例题】
8．可逆反应X2+3Y22Z3，在反应过程中，反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图所示，下列叙述不正确的是
A．t1时，正反应速率大于逆反应速率
B．t1~t2，逆反应速率逐渐减小
C．t2时，正反应速率与逆反应速率相等
D．t2~t3，各物质的浓度不再发生变化
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】A．由Na+和N构成，属于离子化合物，故A正确；
B．的分解反应，反应物总能量大于生成物总能量，属于放热反应，故B正确；
C．表示该反应的活化能，故C错误；
D．汽车受到猛烈碰撞时，安全气囊内的固体迅速分解，产生氮气和金属钠，具有产气快、产气量大，故D正确；
选C。
2．B
【详解】A．该过程是利用太阳光实现高效分解水，所以该反应中太阳能转化为化学能，故A正确；
B．反应Ⅰ是水反应生成氢气与过氧化氢，涉及到O-H键的断裂、O-O键和H-H键的形成，故B错误；
C．反应Ⅱ是过氧化氢转化为水与氧气，反应过程可表示为：，故C正确；
D．反应Ⅰ是水反应生成氢气与过氧化氢，反应Ⅱ是过氧化氢转化为水与氧气，C3H4、CQDs、光为反应过程中的催化剂，总反应为，故D正确；
故选：B。
3．B
【分析】
【详解】A．水分解的过程是吸热过程，选项A错误；
B．“水发电技术”可实现发电过程中的零污染物排放，选项B正确；
C．“水发电技术”的能量转换形式为太阳能→化学能→电能，选项C错误；
D．氢氧燃料电池中，通H2的为电源负极，失去电子发生氧化反应，选项D错误。
答案选B。
4．B
【分析】锌—空气电池中，放电时Zn转化为ZnO，Zn失电子作负极，电极反应式为Zn-2e－+2OH－＝ZnO+H2O，石墨电极为正极，氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，据此分析。
【详解】A．氧气得电子发生还原反应，即氧气在石墨电极上发生还原反应，故A错误；
B．Zn失电子作负极，电极反应式为Zn-2e－+2OH－＝ZnO+H2O，故B正确；
C．原电池工作时，阴离子向负极移动，故OH－向Zn电极移动，故C错误；
D．电子只能在电极和导线中移动，电子不能通过溶液，故D错误；
故选B。
5．A
【详解】A．化学反应速率正是用于衡量一段时间内化学反应进行快慢的物理量，A正确；
B．反应速率有时不一定能察觉，如酸碱中和反应瞬间即能完成，但几乎没有明显现象发生，B错误；
C．反应速率为0.8mol·(L·s) 1表示1s内某物质的浓度平均变化了0.8mol·L－1，而不是1s时的瞬时浓度，C错误；
D．化学反应速率一般以某物质单位时间内的浓度变化量来表示，而固体或纯液体的浓度视为常数，不能表示化学反应速率，D错误；
答案选A。
6．D
【详解】A．Na与H2O反应产生NaOH和H2，反应速率快慢跟水的用量无关，A错误；
B．浓硫酸中硫酸主要以H2SO4分子形式存在，导致c(H+)减小，而且在室温下Fe与浓硫酸会发生钝化而不能进一步发生反应，因此不能用浓硫酸与Fe混合制取H2，B错误；
C．K2SO4与BaCl2两溶液混合会发生离子反应产生BaSO4白色沉淀，反应为溶液中的离子反应，无气体参加与生成，因此增大压强，对化学反应速率物影响，C错误；
D．N2与H2反应产生NH3，反应方程式为：N2+3H22NH3，该反应的反应物与生成物均为气体，增大压强，导致反应速率加快，D正确；
故合理选项是D。
7．C
【详解】A．反应混合物中、、的物质的量之比为2：1：2，不能说明各物质浓度不变，无法证明反应达到平衡状态，故A不选；
B．消耗的速率与生成的速率均为正反应速率，不能说明正逆反应速率相等，无法证明反应达到平衡状态，故B不选；
C．各组分的百分组成不变，说明各物质的浓度保持不变，反应达到平衡状态，故C选；
D．生成的速率与生成的速率相等，速率比不满足化学计量数之比，不能说明正逆反应速率相等，无法证明反应达到平衡状态，故D不选；
故选：C；
8．B
【详解】A．根据图示可知：反应从正反应方向开始，在t1时，反应未达到平衡状态，此时正反应速率大于逆反应速率，A正确；
B．t1~t2，反应正向进行，随着反应的进行，生成物的浓度逐渐增大，则逆反应速率逐渐增大，B错误；
C．t2时，反应恰好达到平衡状态，此时正反应速率与逆反应速率相等，C正确；
D．在t2~t3时，外界条件不变，正反应速率和逆反应速率都不变，因此平衡混合物中各物质的浓度不再发生变化，D正确；
故合理选项是B。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
