高中化学人教版 (2019)必修 第二册化学反应与能量单元综合与测试优质导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册化学反应与能量单元综合与测试优质导学案，共8页。

eq \a\vs4\al(化学反应与热能)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(吸热反应\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(化学反应吸收热量,反应物总能量<生成物总能量,常见的吸热反应)),放热反应\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(化学反应放出热量,反应物总能量>生成物总能量,常见的放热反应)),本质\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(Q（吸）——旧键的断裂→吸收能量,Q（放）——新键的形成→放出能量,ΔQ＝Q（吸）－Q（放）\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(ΔQ>0，吸热反应,ΔQ<0，放热反应))))))
2．化学反应与电能——原电池
eq \a\vs4\al(化,学,反,应,与,电,能, | ,原,电,池)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(定义：把化学能转化为电能的装置,\a\vs4\al(形成条件)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(两个活泼性不同的电极,形成闭合回路,电解质溶液（或熔融电解质）,自发进行的氧化还原反应)),\a\vs4\al(原理)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(正、负极的判断)：活泼金属或参与反应的, 金属为负极,电子的流向：负极→正极,电流的流向：正极→负极,离子的移动方向：阳离子→正极；, 阴离子→负极)),\a\vs4\al(分类)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(一次电池,二次电池,燃料电池)),\a\vs4\al(应用)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(判断金属活动性强弱,加快氧化还原反应速率,金属的防护,设计原电池))))
3．化学反应的速率与限度
eq \a\vs4\al(化,学,反,应,的,速,率,与,限,度)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(化学反应速率)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(表示\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(概念,意义)),单位\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(ml/（L·s）,ml/（L·min）)),表达式——v＝\f(Δc,Δt)＝\f(Δn,VΔt),\a\vs4\al(影响因素)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(内部因素（主要）——物质自身的性质,\a\vs4\al(外界因素)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(浓度\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(c增大，v增大,c减小，v减小)),温度\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(T升高，v增大,T降低，v减小)),催化剂——使用催化剂，v改变,压强——压强的改变是否引起浓度的改变)))))),\a\vs4\al(化学反应限度)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(可逆反应,\a\vs4\al(化学平衡)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(定义,\a\vs4\al(平衡的, 建立)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(起始时，v正最大，v逆为0,变化时，v正减小，v逆增大,平衡时，v正＝v逆≠0)),平衡的图像,平衡的特征：逆、等、动、定、变,平衡的判断)),有关计算——“三段式”法))))
[专题重难突破]
eq \a\vs4\al(专题1 化学反应中的能量变化)
【知识整合】
1．从化学键角度认识化学反应中的能量变化
(1)化学反应的本质是反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。反应物断键要吸收能量，生成物成键会放出能量，吸收的能量与放出的能量不相等导致了能量变化的发生。
(2)反应物与生成物的能量差若以热能形式表现，即为放热或吸热。用Q(吸)表示反应物断键时吸收的总能量，Q(放) 表示生成物成键时放出的总能量，ΔQ表示能量变化，则ΔQ＝Q(吸)－Q(放)，若Q(吸)>Q(放)，则为吸热反应；若Q(吸)2．从反应物和生成物本身具有的能量角度认识化学反应中的能量变化
一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。反应物与生成物的能量差若以热能形式表现，则表现为反应放热或吸热：如果反应物的总能量高于生成物的总能量，反应为放热反应；如果反应物的总能量低于生成物的总能量，反应为吸热反应。
eq \a\vs4\al(热量变化)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(放热反应\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(“释放”能量,本身具有的能量：反应物>生成物)),吸热反应\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(“贮存”能量,本身具有的能量：反应物<生成物))))
用E(反应物)表示反应物的总能量，E(生成物)表示生成物的总能量，ΔE表示能量变化，则ΔE＝E(生成物)－E(反应物)。
【强化训练】
1．化学反应总是伴随着能量变化，请回答下列问题：
(1)从化学键角度上看，化学反应的本质是______________________。
(2)已知反应2N2(g)＋6H2O(l)eq \(,\s\up9(适当条件))4NH3(g)＋3O2(g)，反应过程中的能量变化如图所示：
则反应中断裂的化学键是________(用相应化学键的符号表示)，该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)反应4NH3(g)＋3O2(g)eq \(=====,\s\up9(点燃))2N2(g)＋6H2O(l)中，反应物的总能量________(填“>”或“<”)生成物的总能量。
(4)写出一个属于吸热反应的化学方程式：________________________。
解析：(1)从化学键角度上看，化学反应的本质为旧化学键的断裂与新化学键的形成。
(2)根据反应2N2(g)＋6H2O(l)eq \(,\s\up9(适当条件))4NH3(g)＋3O2(g)可知，反应中断裂的化学键有O—H、N≡N；根据图示可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应是吸热反应。
(3)4NH3(g)＋3O2(g)eq \(=====,\s\up9(点燃))2N2(g)＋6H2O(l)为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量。
(4)属于吸热反应的有氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应、碳与二氧化碳的反应、氢气还原氧化铜的反应等。
答案：(1)旧化学键的断裂与新化学键的形成
(2)O—H、N≡N 吸热 (3)>
(4)C＋CO2eq \(=====,\s\up9(高温))2CO(其他合理答案均可)
2．气态分子中1 ml化学键解离成气态原子所吸收的能量称为键能(kJ·ml－1)。如表所示是一些共价键的键能。
(1)根据上表中的数据判断工业合成氨的反应N2(g)＋3H2(g)eq \(,\s\up9(高温、高压),\s\d9(催化剂))2NH3(g)是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)取1 ml氮气和3 ml氢气放入一密闭容器中，在催化剂存在下进行反应。理论上放出或吸收的热量为Q1，则Q1为________。
(3)实践生产中，放出或吸收的热量为Q2，Q1与Q2比较，正确的是________(填字母)。
A．Q1>Q2 B．Q1C．Q1＝Q2
你作出此选择的原因是_____________________________________。
解析：(1)化学反应的实质就是反应物化学键断裂、生成物化学键形成的过程，断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量。在N2(g)＋3H2(g)eq \(,\s\up9(高温、高压),\s\d9(催化剂))2NH3(g)反应中，断裂1 ml N2(g)和3 ml H2(g)中的化学键共吸收的能量为1 ml×946 kJ·ml－1＋3 ml×436 kJ·ml－1＝2 254 kJ，形成2 ml NH3(g)中的化学键共放出的能量为2 ml×3×391 kJ·ml－1＝2 346 kJ，所以该反应为放热反应。(2)理论上放出的热量为2 346 kJ－2 254 kJ＝92 kJ。(3)由于该反应为可逆反应，反应达到平衡时1 ml N2和3 ml H2不能完全反应生成2 ml NH3，因而放出的热量小于92 kJ。
答案：(1)放热
(2)92 kJ
(3)A 该反应为可逆反应，在密闭容器中进行反应达到平衡时，1 ml N2和3 ml H2不能完全反应生成2 ml NH3，因此放出的热量小于92 kJ
eq \a\vs4\al(专题2 化学反应速率和限度的图像分析)
【知识整合】
化学反应速率与化学反应限度问题常以图像题的形式出现，在相关图像的平面直角坐标系中，可能出现的物理量有物质的量、浓度、压强、时间等。这类问题要按照“一看、二想、三判断”这三个步骤来分析解答。
1.“一看”——看图像
(1)看面：理解各坐标轴所代表量的意义及曲线所表示的是哪些量之间的关系。
(2)看线：分清正反应和逆反应，分清突变和渐变、小变和大变；理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义；理解曲线的变化趋势并归纳出规律。
(3)看点：理解曲线上点的意义，特别是某些特殊点，如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。分清反应物和生成物：浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物。
(4)看量的变化：弄清楚是物质的量的变化还是浓度的变化等。
2．“二想”——想规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系、各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系、外界条件的改变对化学反应的影响以及对正、逆反应速率的影响规律等。
3．“三判断”：利用有关规律，结合图像，通过对比分析，做出正确判断。
【强化训练】
3．对于密闭容器中的反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)、673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间的变化关系如图。下列叙述正确的是( )
A．用同种物质表示的正反应速率：点a比点b的小
B．点c对应的时刻，反应达到平衡
C．点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样
D．在给定条件下，t1时刻NH3的含量最高
解析：选D。根据图像可知，a、b、c三点：v(正)>v(逆)；d、e对应的时刻，反应达到平衡状态。从反应开始到达到平衡状态，用同一物质表示的正反应速率逐渐减小，则正反应速率：a>b，A错误；点c之后，n(H2)仍在减小，n(NH3) 仍在增大，反应未达到平衡，B错误；点d(t1时刻)和点e(t2时刻)，反应均处于同一平衡状态，n(N2)相等，C错误；初始时，n(NH3)＝0，随着反应的进行，n(NH3)增大，在给定条件下，t1时刻反应处于平衡状态，则NH3的含量达到最高，D正确。
4．在温度和容积不变的密闭容器中，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图所示，则下列叙述正确的是( )
A．该反应的化学方程式为A(g)＋3B(g)2C(g)
B．在t1 s时，v正(A)＝0
C．(t1＋10) s时，升高温度，正、逆反应速率均加快
D．若该反应在绝热容器中进行，也在t1时刻达到平衡
解析：选C。A项，从开始到t1s，A的浓度减小了0.8 ml·L－1－0.2 ml·L－1＝0.6 ml·L－1，B的浓度减小了0.5 ml·L－1－0.3 ml·L－1＝0.2 ml·L－1，C的浓度增大了0.4 ml·L－1－0＝0.4 ml·L－1，所以该反应的化学方程式为3A(g)＋B(g)2C(g)，错误。B项，在t1 s时，反应达到平衡状态，但是反应速率不为0，错误。C项，升高温度，正、逆反应速率均加快，正确。D项，若该反应在绝热容器中进行，随反应的进行温度会发生变化，反应速率也发生变化，不会在t1时刻达到平衡，错误。
5.一定条件下铁可以和CO2发生反应：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)。一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体，反应过程中CO2气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。
(1)t1 min时，正、逆反应速率的大小关系为v正______v逆(填“>”“<”或“＝”)。
(2)4 min内，CO2的转化率为________(结果保留至0.1%)；CO的平均反应速率v(CO)＝________________。
(3)下列条件的改变能减慢其反应速率的是________(填序号)。
①降低温度
②减小铁粉的质量
③保持压强不变，充入He使容器的容积增大
④保持容积不变，充入He使体系压强增大
(4)下列描述能说明上述反应已达到平衡状态的是________(填序号)。
①v(CO2)＝v(CO)
②单位时间内生成n ml CO2的同时生成n ml CO
③容器中气体压强不随时间变化而变化
④容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化
解析：(1)因为t1 min后CO2的浓度继续减小，反应仍然向正反应方向进行，所以正反应速率大于逆反应速率，即v正>v逆。
(2)由题图可知，4 min内CO2的浓度变化量为0.7 ml·L－1－0.2 ml·L－1＝0.5 ml·L－1，转化率为eq \f(0.5 ml·L－1,0.7 ml·L－1)×100 %≈71.4%；CO在4 min内的浓度变化量为0.5 ml·L－1，则4 min内CO的平均反应速率v(CO)＝eq \f(0.5 ml·L－1,4 min)＝0.125 ml·L－1·min－1。
(3)根据影响化学反应速率的因素可知，降低温度，化学反应速率减慢，①正确；铁粉是固体，减小铁粉的质量不影响化学反应速率，②错误；保持压强不变，充入He使容器的容积增大，相当于减小气态反应物和生成物的浓度，化学反应速率减慢，③正确；保持容积不变，充入He使体系压强增大，但不影响反应物和生成物的浓度，所以化学反应速率不变，④错误。
(4)当v正(CO2)＝v逆(CO)时，说明化学反应达到平衡状态，而v(CO2)＝v(CO)不能说明正、逆反应速率的关系，不能由此确定化学反应是否达到平衡，①错误；单位时间内生成n ml CO2的同时生成n ml CO，说明正、逆反应速率相等，②正确；由Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)可知，反应前后气体物质的量相等，故气体压强不变时，不能说明化学反应达到平衡状态，③错误；气体的平均相对分子质量与气体的总质量和气体的物质的量有关，随着反应进行，气体的总质量改变，而气体的总物质的量不变，故容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化时，说明化学反应达到平衡状态，④正确。
答案：(1)> (2)71.4% 0.125 ml·L－1·min－1 (3)①③ (4)②④共价键
H—H
N≡N
N—H
键能/(kJ·ml－1)
436
946
391