化学反应的限度学案（鲁科版必修2）。
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第2课时 化学反应的限度
一、化学平衡的建立及其特征
1．可逆反应
(1)概念：在相同条件下，同时向正、反两个方向进行的化学反应称为可逆反应。
(2)表示：可逆反应的化学方程式中，用“??”号代替“===”号。
(3)特征
①双向性：反应物????正向反应逆向反应生成物。
②双同性：正、逆反应是在同一条件下同时进行的。
③共存性：反应物和生成物同时存在。
2．化学平衡状态的建立
(1)可逆反应过程中正、逆反应速率的变化
①反应开始时：反应物浓度最大，正反应速率最大；生成物浓度为0，逆反应速率为0。
②反应过程中：反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小；生成物浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。
③反应达到平衡时：反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，正反应速率和逆反应速率相等。
(2)用图像表示化学平衡状态的建立
3．化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念
如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
(2)化学平衡状态的特征
(1)可逆反应必须在一定的外界条件下(如温度、浓度、压强等)才能建立化学平衡。相同条件下(如温度、浓度、压强等)，可逆反应无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终达到的平衡状态是相同的，即“殊途同归”。
(2)化学平衡状态的判断依据
直接判断依据v正＝v逆同一物质生成速率等于消耗速率
不同物质化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不同方向(即一正一逆)
间接判断依据各物质的某些物理量保持不变各组分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变
各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数保持不变
例1 某可逆反应达到平衡状态时，下列说法正确的是()
①正反应和逆反应同时进行，两者的速率完全相等
②反应物和生成物同时存在，两者的浓度相同
③混合物的组成比例不会随时间而改变
A．①B．①③C．②D．①②③
考点 可逆反应与化学平衡状态
题点 化学平衡状态的特征
答案 B
解析 可逆反应达到平衡状态时，v正＝v逆≠0，且各组分的含量保持不变，故①③正确；而反应物和生成物浓度相同，只是反应达到的某一特殊状态，并不一定达到平衡。
思维启迪
化学反应达到平衡时，各组分的浓度保持不变，不要理解为浓度相等，也不要理解为浓度之比等于化学计量数之比。
例2 在体积固定的绝热容器中，对于反应A(g)＋B(g)??3C(g)(正反应为放热反应)，下列叙述为平衡状态标志的是()
①单位时间内A、B生成C的分子数与分解C的分子数相等
②外界条件不变时，A、B、C浓度不随时间变化
③体系温度不再变化
④体系的压强不再变化
⑤体系的分子总数不再变化
A．①②B．①②③C．①②③④D．①②③④⑤
考点 化学平衡状态的判断
题点 恒容条件下非等体积反应平衡状态的判断
答案 D
解析 ①同一物质的正、逆反应速率相等，说明已达平衡；②浓度不变，说明已达平衡；③如果该反应没有达到平衡，必然导致体系温度改变。体系温度不变，说明已达平衡；④⑤由于该反应是一个体积改变的反应，达到平衡之前，压强是改变的，分子总数也是改变的，达到平衡时，二者不再改变，故①②③④⑤均正确。
易错警示
(1)化学平衡的实质是同种物质的正、逆反应速率相等。用不同物质的正、逆反应速率判断是否达到化学平衡状态时，要根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，转化为同种物质的速率进行比较。
(2)利用v正＝v逆＞0判断平衡状态时注意：反应速率必须是一正一逆，不能都是v正或都是v逆。
例3 在一定温度下的恒容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，能说明反应A(s)＋2B(g)??C(g)＋D(g)已达到平衡状态的是()
①混合气体的压强 ②混合气体的密度 ③B的物质的量浓度 ④气体的总物质的量
A．①②B．②③
C．③④D．①④
答案 B
解析 反应中A为固态，反应前后气体的总物质的量不变，故混合气体的压强不变不能说明反应达到平衡，①错误；ρ＝m总V总，m总变化，V总不变，故混合气体的密度不变可以说明反应达到平衡，②正确；B的物质的量浓度不变可以说明反应达到平衡，③正确；反应前后气体总物质的量不变，气体总物质的量不变不能说明反应达到平衡，④错误。
思维启迪
(1)分析气体体积、压强、密度等物理量不再变化是否能说明化学反应已达到平衡状态时，首先要分清化学平衡建立的条件及反应中各物质的状态。化学平衡建立的条件主要有同温同压、同温同体积、恒容绝热。
(2)某一物理量在从开始到平衡的过程中是“变化”的，而达到平衡后则“不变”，则此物理量是判断平衡状态的标志。
二、化学平衡的移动
1．实验探究温度改变对化学平衡的影响
实验原理2NO2(g)??N2O4(g)反应放热
(红棕色) (无色)
实验内容将装有二氧化氮和四氧化二氮混合气体的圆底烧瓶分别浸入冷水和热水中
实验现象浸到冷水中时混合物颜色变浅，浸到热水中时混合物颜色变深
解释与结论①受热颜色变深，说明NO2浓度增大，即升高温度原平衡被破坏，平衡向逆反应方向移动重新建立新平衡
②冷却颜色变浅，说明NO2浓度减小，即降低温度原平衡被破坏，平衡向正反应方向移动重新建立新平衡
2.升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。
(1)化学平衡移动的概念：已达到化学平衡的可逆反应中，当条件改变时，原来的化学平衡被破坏，并在新的条件下建立起新的化学平衡的过程。
(2)化学平衡移动过程可表示为
某条件下化学平衡v正＝v逆≠0―――→条件改变v正≠v逆平衡破坏―――→一定时间后新条件下化学平衡v′正＝v′逆≠0
(3)影响化学平衡移动的因素有：温度、浓度、压强等。
(4)平衡移动的结果判断
若条件改变引起：
①v正v逆平衡正向移动；
②v正v逆平衡逆向移动；
③v正、v逆同时改变，若v正＝v逆平衡不移动。
例4 引起化学平衡移动的根本原因是()
A．浓度的改变
B．压强的改变
C．使用了催化剂
D．正、逆反应速率的改变程度不同
答案 D
解析 其他条件一定时，浓度和压强的改变可以使正、逆反应速率发生改变，它们使化学平衡发生移动是通过改变正、逆反应速率来实现的，因此化学平衡移动的根本原因是正、逆反应速率的改变。使用催化剂可以改变反应速率，但它对正、逆反应速率的影响是相同的，即催化剂不能使化学平衡发生移动。
思维启迪
(1)化学平衡移动的本质是不同程度地改变了v正和v逆，只有条件改变后v正≠v逆，平衡才发生移动。
(2)催化剂能同倍数的改变v正和v逆，故催化剂不影响化学平衡状态。
例5 下列叙述不能肯定判断某化学平衡发生移动的是()
A．反应体系的温度改变
B．反应混合物中各组分的百分含量改变
C．正、逆反应速率改变
D．反应物的转化率改变
答案 C
解析 A项，任何反应的发生都伴随能量的变化，所以，温度改变时，化学平衡一定会发生移动；根据化学平衡的特征，平衡时各组分的百分含量不变、反应物转化率不变，可判断B项、D项平衡发生移动；C项，若v正与v逆改变的程度相同，两者仍相等，则平衡不移动。
1．下列有关可逆反应的说法不正确的是()
A．可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应
B．2HI??H2＋I2是可逆反应
C．2H2＋O2=====点燃2H2O与2H2O=====通电2H2↑＋O2↑互为可逆反应
D．可逆反应中反应物和生成物同时存在
考点 可逆反应与化学平衡状态
题点 可逆反应的特点
答案 C
解析 C项中两个反应是在不同的条件下进行的，故不能称之为可逆反应，C项不正确。
2．下列关于化学反应限度的说法中正确的是()
A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B．当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零
C．平衡状态时，各物质的浓度保持相等
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
考点 可逆反应与化学平衡状态
题点 化学反应限度的理解
答案 A
解析 平衡状态就是一个可逆反应在该条件下所能达到的最大限度，A正确；反应达到平衡时v正＝v逆≠0，各物质浓度保持不变但不一定相等，且当外界条件发生改变时，这种状态可能会发生改变，B、C、D错误。
3．(2017杭州市学军中学模拟)一定条件下的可逆反应2NO2(红棕色)??2NO(无色)＋O2(无色)，在恒压密闭容器中充入NO2，达到化学平衡状态的标志是()
A．反应停止了
B．NO的正反应速率与O2的逆反应速率相等
C．c(NO)∶c(O2)＝2∶1
D．气体的颜色不再变化
考点 化学平衡状态的判断
题点 恒压下非等体积反应平衡状态的判断
答案 D
解析 A项，反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，但反应并没有停止，故错误；B项，NO的正反应速率与O2的逆反应速率之比为2∶1时才能确定反应达到平衡状态，故错误；C项，c(NO)∶c(O2)始终是2∶1，不能作为判断是否达到平衡的依据，故错误；D项，混合气体的颜色不再改变，说明NO2气体的浓度不变，反应达到平衡状态，故正确。
4．(2017金华月考)在一定条件下，使一定量的A和B气体混合发生反应2A(g)＋3B(g)??4C(g)。下列描述中，说明反应已达到平衡状态的是()
A．各物质的浓度之比c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶3∶4
B．混合气体中各物质的浓度相等
C．单位时间内，消耗amolA物质的同时消耗2amolC物质
D．混合气体的体积是反应开始前的45
考点 化学平衡状态的判断
题点 由正、逆反应速率相等判断平衡状态
答案 C
解析 反应达到化学平衡状态时，各组分浓度保持不变，不是浓度相等；用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比为化学计量数之比。
5．在一定温度下的恒容密闭容器中，能说明反应X2(g)＋Y2(g)??2XY(g)已达到平衡的是()
A．容器内的总压强不随时间变化
B．容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化
C．XY气体的物质的量分数不变
D．X2和Y2的消耗速率相等
答案 C
解析 该反应前后气体的总物质的量相等，该反应在整个反应过程中总压强不变，A项不能说明该反应已经达到平衡；该反应前后气体总物质的量和气体总质量不变，气体的平均相对分子质量始终不变化，B项不能说明该反应已经达到化学平衡；X2和Y2的化学计量数相等，D项，其消耗速率相等不能说明该反应已经达到平衡；XY气体的物质的量分数随反应进行而减小，C项，XY气体的物质的量分数不变时能说明反应达到化学平衡。
6．在2L密闭容器中，800℃时反应2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表所示：
时间/s012345
n(NO)/mol0.0200.0100.0080.0070.0070.007
(1)下图中A点处，v正________(填“大于”“小于”或“等于”，下同)v逆，A点正反应速率________B点正反应速率。
(2)图中表示NO2的变化的曲线是________。用O2表示从0～2s内该反应的平均速率v＝________。
(3)能说明该反应已经达到平衡状态的是________。
a．v(NO2)＝2v(O2)
b．容器内压强保持不变
c．v逆(NO)＝2v正(O2)
d．容器内的密度保持不变
(4)能使该反应的反应速率增大的是________。
a．及时分离出NO2气体b．适当升高温度
c．增大O2的浓度d．选择高效的催化剂
答案 (1)大于 大于
(2)b 1.5×10－3molL－1s－1
(3)bc (4)bcd
解析 (1)A点，反应未达平衡，由表中数据知n(NO)随反应进行不断减小，说明反应从正向开始，所以A点v正v逆；A点处反应物的浓度大于B点，所以A点正反应速率大于B点。
(2)图中纵坐标为浓度，平衡时消耗n(NO)＝0.020mol－0.007mol＝0.013mol，生成n(NO2)＝0.013mol。平衡时c(NO2)＝0.0065molL－1，所以NO2的变化曲线为b。0～2s内，v(O2)＝12v(NO)＝12×0.020mol－0.008mol2L×2s＝1.5×10－3molL－1s－1。
(3)v(NO2)＝2v(O2)未指明v正、v逆，不能表明是平衡状态，该反应遵循质量守恒定律，且容器的体积未变化，所以容器内的密度在平衡与不平衡时都不变化。
(4)分离出NO2气体后，浓度减小，反应速率减慢，而升高温度、加入催化剂及增大反应物浓度都会使反应速率增大。
[对点训练]
题组一 可逆反应的特点
1．下列不属于可逆反应的是()
A．氯气与水反应生成盐酸与次氯酸
B．N2与H2在一定条件下可以生成NH3，同时NH3又可分解为N2和H2
C．电解水生成H2和O2，氢气和氧气转化为H2O
D．SO2溶于水和H2SO3分解
考点 可逆反应与化学平衡状态
题点 可逆反应的判断
答案 C
解析 可逆反应指在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气点燃生成水，反应条件不同，不是可逆反应。
2．可逆反应2SO2＋O2????放电△2SO3，若用2molSO2和1mol18O2在一定条件下，经足够长的时间反应。下列情况可能出现的是()
A．18O原子完全存在于SO3中
B．18O原子存在于O2、SO2、SO3中
C．生成2molSO3
D．SO2、SO3均为1.5mol
答案 B
解析 可逆反应在相同条件下，可以向正、逆两个反应方向进行，反应体系中各物质同时存在，由于三种物质均含有氧元素，故18O原子可能存在于三种物质中，故A项错误，B项正确；该反应是可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，故C项错误；根据硫元素质量守恒：n(SO2)＋n(SO3)＝2mol，故D项错误。
3．在密闭容器中发生反应X(g)＋3Y(g)??2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为0.1molL－1、0.3molL－1和0.2molL－1，在一定条件下，当反应达到一定限度时，各物质的浓度可能是()
A．X为0.2molL－1
B．Y为0.1molL－1
C．Z为0.4molL－1
D．Z为0.1molL－1时，Y为0.4molL－1
考点 可逆反应与化学平衡状态
题点 可逆反应的特点
答案 B
解析 化学反应的限度决定了可逆反应中的各成分是不能完全转化的，反应可能正向进行，也可能逆向进行，所以当反应达到一定限度时各物质的浓度范围为0＜c(X)＜0.2molL－1,0＜c(Y)＜0.6molL－1,0＜c(Z)＜0.4molL－1。而当c(Z)＝0.1molL－1时，c(Y)＝0.45molL－1。
题组二 化学平衡的建立与特征
4．向一密闭容器中放入1molX，进行可逆反应2X(g)??3Y(g)，反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图所示，下列叙述正确的是()
A．t1时，只有正反应
B．t2～t3时，反应不再发生
C．t2时，容器内有1.5molY
D．t2～t3时，X、Y的物质的量均没有发生变化
考点 可逆反应与化学平衡状态
题点 化学平衡状态的建立
答案 D
解析 t1时，v正＞v逆＞0，正、逆反应都在发生，A项错误；t2～t3时，v正＝v逆＞0，反应并未停止，B项错误；该反应为可逆反应，1molX不能完全反应，所以当反应达到平衡时，容器内Y的物质的量小于1.5mol，C项错误；t2～t3时为化学平衡状态，X、Y的物质的量均不发生变化，D项正确。
5．下列关于化学平衡的说法，不正确的是()
A．当一个可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率都为零
B．当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率一定相等
C．当可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡发生移动
D．当可逆反应达到化学平衡后，尽管正、逆反应都在进行，但各物质的浓度保持不变
答案 A
解析 当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率相等，但不为零；当可逆反应达到化学平衡后，尽管正、逆反应都在进行，但各物质的浓度保持不变；化学平衡是有条件的，可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡发生移动。
6．在373K时，密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生如下反应：NO2＋SO2催化剂,NO＋SO3。平衡时，下列叙述正确的是()
①NO和SO3的物质的量一定相等 ②NO2和SO2的物质的量一定相等 ③反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时总物质的量 ④SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等
A．①和②B．②和③
C．①和③D．③和④
答案 C
解析 ①充入的是NO2和SO2，又NO和SO3的化学计量数之比为1∶1，其物质的量一定相等；②充入NO2、SO2的量不一定相等，而反应消耗量相等，故平衡时不一定相等；③反应前后物质的化学计量数之和不变，则总物质的量保持不变；④充入SO2、NO2的量不确定，则平衡时各反应物和生成物的量不一定相等，故选C。
7．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述正确的是()
A．化学方程式：2N??M
B．t2时，正、逆反应速率相等，达到平衡
C．t3时，正反应速率大于逆反应速率
D．t1时，M的浓度是N浓度的2倍
考点 化学平衡计算与图像
题点 化学平衡的图像
答案 A
解析 在t2时，N的物质的量为4mol，变化4mol，M的物质的量为4mol，变化2mol，反应的化学方程式为2N??M，A项正确；t2时，M、N物质的量还在变化，所以没有达到平衡状态，B项错误；t3时，达到平衡状态，则正、逆反应速率相等，C项错误；t1时，N的物质的量为6mol，M的物质的量为3mol，则N的浓度是M浓度的2倍，D项错误。
题组三 化学平衡状态的判断
8．一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)??2C(g)未达到平衡的是()
A．C的生成速率与C的分解速率相等
B．单位时间内生成nmolA的同时消耗4nmolB
C．A、B、C的浓度不再变化
D．C的百分含量达到最大值
答案 B
解析 化学平衡的标志是正反应速率与逆反应速率相等。C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，A项达到平衡；A、B、C各物质的浓度不变化，是平衡状态的宏观表现，C项达到平衡；逆反应生成nmolA，同时生成3nmolB，对于正反应消耗了4nmolB，说明v正v逆，反应向正反应方向进行，B项未达到平衡；C的百分含量达到最大值，说明反应达到限度，即D项达到平衡。
9．在下列说法中，可以说明恒温恒容密闭容器中的反应：P(g)＋Q(g)??R(g)＋S(g)已达到平衡状态的是()
A．反应容器内压强不随时间变化
B．P和S的生成速率相等
C．容器内P、Q、R、S的物质的量浓度之比为1∶1∶1∶1
D．反应容器内气体的总物质的量不随时间变化
考点 化学平衡状态的判断
题点 等体积反应平衡状态的判断
答案 B
解析 反应前后气体分子总数不变，容器的压强始终不变，A项错误；由物质的反应速率之比等于相应的化学计量数之比得v逆(P)＝v逆(S)，根据题意知，v逆(P)＝v正(S)，则有v逆(S)＝v正(S)，说明反应达到平衡状态，B项正确；反应容器内P、Q、R、S的物质的量浓度之比为1∶1∶1∶1，但不一定不再改变，所以反应不一定达到平衡状态，C项错误；反应前后气体分子总数不变，气体的总物质的量不随时间变化，D项错误。
10．在体积不变的密闭容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)??????高温、高压催化剂2NH3(g)，下列叙述表示该反应处于化学平衡状态的是()
A．N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
B．混合气体的密度不随时间变化
C．当有1molN≡N键断裂时，有6molN—H键断裂
D．单位时间内生成2amolNH3，同时消耗amolN2
考点 化学平衡状态的判断
题点 恒容下非等体积反应平衡状态的判断
答案 C
解析 A中，N2、H2、NH3的浓度之比等于化学计量数之比时，不能确定反应是否处于平衡状态；B中，因容器的体积不变，而混合气体的总质量不改变，则无论反应平衡与否，混合气体的密度均不变；C中，当有1molN≡N键断裂时，相当于生成2molNH3(1molNH3中含有3molN—H键)，即形成6molN—H键，同时有6molN—H键断裂，符合v正(NH3)＝v逆(NH3)，故反应处于化学平衡状态；D中，两反应速率均表示正反应速率，反应进行的任何阶段均成比例。
11．一定温度下，在某恒容的密闭容器中，建立化学平衡：C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)。下列叙述中不能说明该反应已达到化学平衡状态的是()
A．体系的压强不再发生变化
B．v正(CO)＝v逆(H2O)
C．生成nmolCO的同时生成nmolH2
D．1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键
考点 化学平衡状态的判断
题点 有固体参与的气体反应平衡状态的判断
答案 C
解析 A项，由于该反应前后气体体积改变，当体系的压强不再发生变化时，说明反应已达到化学平衡状态；B项，CO的正反应速率等于其逆反应速率，说明反应已达到化学平衡状态；C项，生成CO、H2均表示反应向正反应方向进行，没有表示出正、逆反应速率的关系，不能说明反应已达化学平衡状态；D项，H—H键断裂和H—O键断裂是两个相反的反应方向，1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键，即消耗1molH2的同时消耗了1molH2O，可知H2的消耗量等于其生成量，说明反应已达到化学平衡状态。
12．可逆反应2NO2(g)??2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是()
①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2
②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦B．②③⑤⑦
C．①③④⑤D．全部
考点 化学平衡状态的判断
题点 恒容下非等体积反应平衡状态的判断
答案 A
解析 ①中单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，知v正＝v逆，所以①能说明达到平衡状态；②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比都等于化学方程式中物质的化学计量数之比；④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明反应达到平衡；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明达到平衡。
[综合强化]
13．一定温度下，在容积为VL的密闭容器中进行反应：aN(g)??bM(g)，M、N的物质的量随时间的变化曲线如下图所示：
(1)此反应的化学方程式中ab＝________。
(2)t1到t2时刻，以M的浓度变化表示的平均反应速率为________。
(3)下列叙述能说明上述反应达到平衡状态的是_______________________________(填字母)。
A．反应中M与N的物质的量之比为1∶1
B．混合气体的总质量不随时间的变化而变化
C．混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化
D．单位时间内消耗amolN，同时生成bmolM
E．混合气体的压强不随时间的变化而变化
考点 化学平衡状态的判断
题点 化学平衡状态的相关综合
答案 (1)2 (2)1t2－t1×VmolL－1min－1
(3)CE
解析 (1)化学计量数之比等于物质的物质的量的变化量之比，所以a∶b＝(8mol－2mol)∶(5mol－2mol)＝2∶1，该反应的化学方程式为2N(g)??M(g)。
(2)v(M)＝4mol－3molt2－t1min×VL＝1t2－t1×VmolL－1min－1。
(3)达到平衡状态时，各组分的浓度不再发生变化，M与N的物质的量之比为1∶1时，不能说明反应达到平衡状态，A选项错误；该反应的反应物和生成物都是气体，根据质量守恒定律，反应前后混合气体的质量始终不变，B选项错误；该反应为气体体积减小的反应，若反应没有达到平衡状态，反应过程中气体的总物质的量和压强始终在减小，当该量不再发生变化时，则说明反应达到了平衡状态，C和E选项正确；消耗amolN和生成bmolM都表示的是正反应速率，没有体现逆反应速率的大小，不能说明反应达到了平衡状态，D选项错误。
14．在一定条件下，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。回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为________________________________________________________。
(2)0～t1s内A的反应速率为________。
(3)反应后与反应前的压强之比为________。
(4)(t1＋10)s时，A气体的体积分数为________，此时v正(A)________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆(B)。
(5)关于该反应的说法正确的是________(填字母)。
a．到达t1s时反应已停止
b．在t1s之前B气体的消耗速率大于它的生成速率
c．在t1s时C气体的正反应速率等于逆反应速率
考点 化学平衡计算与图像
题点 化学平衡计算的综合
答案 (1)3A(g)＋B(g)??2C(g)
(2)0.6t1molL－1s－1
(3)9∶13
(4)22.2% ＞
(5)bc
解析 (1)从0到t1s时，Δc(A)＝0.8molL－1－0.2molL－1＝0.6molL－1，Δc(B)＝0.5molL－1－0.3molL－1＝0.2molL－1，Δc(C)＝0.4molL－1，三者之比为Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)＝0.6molL－1∶0.2molL－1∶0.4molL－1＝3∶1∶2，所以化学方程式为3A(g)＋B(g)??2C(g)。
(2)0～t1s内A的反应速率为0.6molL－1t1s＝0.6t1molL－1s－1。
(3)压强之比等于物质的量之比，为9∶13。
(4)A气体的体积分数为0.20.2＋0.3＋0.4＝29≈22.2%；在t1～(t1＋10)s反应处于平衡状态，v正(A)＝3v逆(B)，故v正(A)＞v逆(B)。
(5)a项，可逆反应不可能停止，错误；b项，在t1s之前，反应未达平衡，仍然向正反应方向进行，故B气体的消耗速率大于它的生成速率，正确；c项，在t1s时，反应达到平衡，故C气体的正反应速率等于逆反应速率，正确。
15．在100℃时，将0.100mol的N2O4气体充入1L抽空的密闭容器中，隔一段时间对容器内的物质进行分析，得到如下数据：
时间/s020406080100
c(N2O4)/molL－10.100c10.050c3ab
c(NO2)/molL－10.0000.060c20.1200.1200.120
请根据表中数据回答下列问题：
(1)表中c2____(填“”“”或“＝”，下同)c3，a____b。
(2)20s时N2O4的浓度c1＝________，在0～20s内N2O4的平均反应速率为________molL－1s－1。
(3)如下图所示将实验装置连接好，然后向左边烧杯的水中投入一定量的CaO固体，则此烧杯中气体的红棕色变______(填“深”或“浅”，下同)，向右边烧杯的水中投入一定量的硝酸铵固体，则此烧杯中气体的红棕色变______。
答案 (1) ＝ (2)0.070molL－1 0.0015
(3)深 浅
解析 (1)(2)由反应N2O4??2NO2可知，20s时Δc(NO2)＝0.060molL－1，则Δc(N2O4)＝0.030molL－1，c1＝(0.100－0.030)molL－1＝0.070molL－1，v(N2O4)＝ΔcN2O4Δt＝0.030molL－120s＝0.0015molL－1s－1。当Δc(N2O4)＝0.100molL－1－0.050molL－1＝0.050molL－1时，则c2＝Δc(NO2)＝2×0.050molL－1＝0.100molL－1，当t＝60s时，已达平衡，c3＝a＝b＝0.100－12Δc(NO2)＝0.100molL－1－12×0.120molL－1＝0.040molL－1。
(3)反应CaO＋H2O===Ca(OH)2放出大量的热，使水的温度升高，NH4NO3溶解时吸热，使水的温度降低。NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体，升温时平衡向吸热(生成NO2)方向移动，即气体颜色加深；降温时，平衡向放热(生成N2O4)方向移动，即气体颜色变浅。
相关知识
利用化学反应制备物质学案（鲁科版必修2）
第1课时 利用化学反应制备物质
一、氯气的实验室制法
1．工业制法
化学方程式：2NaCl＋2H2O=====通电2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
离子方程式：2Cl－＋2H2O=====通电2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
反应中氧化剂是H2O，还原剂是Cl－。
2．实验室制法
(1)反应原理
化学方程式：MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
离子方程式：MnO2＋2Cl－＋4H＋=====△Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。
反应中氧化剂是MnO2，还原剂是Cl－。
(2)实验装置
①制气装置类型：固体＋液体――→△气体。
仪器名称：a分液漏斗。
②气体净化：装置B的作用是吸收HCl气体，装置C中的试剂是浓硫酸，其作用是干燥氯气。
③尾气吸收：
装置E中盛放的试剂是NaOH溶液，其作用是吸收多余的氯气，防止污染空气，反应的化学方程式是2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O。
(3)实验步骤
1.实验室制备氯气反应原理(强氧化剂＋浓盐酸)
(1)实验室是利用氧化还原反应制备Cl2。MnO2为氧化剂，HCl部分表现酸性，部分表现还原性，为还原剂。
①随着反应的进行，盐酸浓度逐渐变小，当变为稀盐酸时，反应停止。
②反应中有大量HCl挥发也是造成HCl不能完全参与反应的重要原因。
(2)实验室制备Cl2的其他方法
若实验室无MnO2，可以用强氧化剂KMnO4、KClO3、K2Cr2O7代替MnO2制Cl2。
16HCl(浓)＋2KMnO4===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
6HCl(浓)＋KClO3===KCl＋3Cl2↑＋3H2O
2．氯气净化(先除HCl，后除水蒸气)
3．实验室制取氯气注意事项
①必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应。
②为了减少制得的Cl2中HCl的含量，加热温度不宜过高，减少HCl的挥发。
③实验结束后，先使反应停止并排出残留的Cl2，再拆卸装置，避免污染空气。
④尾气吸收时，不能用澄清石灰水吸收Cl2，因为溶液中Ca(OH)2浓度小，吸收不完全。
例1 (2017南宁高一检测)关于实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2的反应，下列说法中错误的是()
A．还原剂是HCl，氧化剂是MnO2
B．每生成1molCl2，转移电子的物质的量为2mol
C．每消耗1molMnO2，起还原剂作用的HCl消耗2mol
D．足量MnO2与含0.4molHCl的浓盐酸共热可得到0.1molCl2
考点 氯气的实验室制法
题点 实验室制取氯气的反应原理
答案 D
解析 实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2：MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，MnO2为氧化剂、HCl为还原剂，Cl由－1价→0价，故每生成1molCl2转移2mol电子。每消耗1molMnO2，参加反应的HCl为4mol，其中起还原作用的HCl为2mol。由于随着反应的进行，盐酸浓度变小，变为稀盐酸时，反应停止，故0.4molHCl不能完全反应，放出Cl2小于0.1mol。
思维启迪——浓盐酸和MnO2制取氯气反应原理的理解
(1)必须加热，常温下MnO2与浓盐酸不反应；
(2)必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应；
(3)随着反应的进行，盐酸浓度变小，当变为稀盐酸时，反应就会停止；
(4)浓盐酸在此反应中表现出酸性和还原性，表现还原性和表现酸性的HCl的物质的量之比为1∶1；
(5)此反应中氧化剂MnO2和还原剂HCl的物质的量之比为1∶2，而不是1∶4。
例2 (2017蚌埠高一检测)实验室制取氯气时有如下操作，其中正确的顺序是()
①连接装置并检查气密性 ②缓缓加热 ③在圆底烧瓶中加入MnO2粉末 ④从装有浓盐酸的分液漏斗中加入浓盐酸 ⑤将多余氯气用NaOH溶液吸收 ⑥用向上排空气法收集氯气
A．①②③④⑤⑥B．③④②①⑥⑤
C．①④③②⑥⑤D．①③④②⑥⑤
答案 D
解析 实验室制取氯气进行实验操作时，先连接装置并检查装置的气密性，再加药品，且先加固体再加液体，为减少HCl的挥发要缓慢加热，利用氯气的密度比空气密度大的性质用向上排空气法收集氯气，氯气有毒，最后用碱液吸收多余氯气以防止污染空气。
规律方法——实验室制取Cl2的实验操作
(1)先连接装置，后检查气密性；
(2)先检查气密性，后加药品；
(3)先加固体，后加液体；
(4)先排出空气，后收集氯气；
(5)实验结束后，先停止反应并排出残留的Cl2，再拆卸装置，避免污染空气。
例3 实验室用下列仪器和药品制取干燥纯净的氯气。
(1)按气流从左到右，装置正确的连接为a→______，_______→______，_______→_______，______→_______(填各接口字母)。
(2)装置E的作用是________________，装置D的作用是________________。
(3)装置A和D中反应的化学方程式：
A________________________________________________________________________；
D________________________________________________________________________。
(4)某校化学兴趣小组称取8.7g二氧化锰与足量10molL－1的浓盐酸反应，理论上可制得氯气的体积(标准状况)V1＝________L。若该小组量取了10molL－1的浓盐酸40mL，与足量的二氧化锰反应，理论上产生氯气的体积为V2(标准状况)，则V1________(填“”“”或“＝”)V2，原因是______________________________________________________________。
答案 (1)f h b c e d g
(2)除掉氯气中混有的HCl 吸收多余的氯气
(3)MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O
(4)2.24随着反应的进行，盐酸浓度减小，稀盐酸不与MnO2反应，反应不再进行
解析 (1)仪器的连接应按照制备、净化、收集、尾气吸收的顺序。(2)E的作用是除氯化氢杂质，装置D只有一段导气管，是尾气吸收装置，内装氢氧化钠溶液。(4)8.7g二氧化锰物质的量为0.1mol，MnO2与盐酸完全反应可产生0.1mol氯气，体积为2.24L；10molL－1的浓盐酸40mL，其中氯化氢的物质的量为0.4mol，若0.4mol氯化氢与足量MnO2完全反应也可产生0.1mol氯气，但浓盐酸在反应过程中会逐渐变稀，其中的0.4mol氯化氢不能完全反应，产生的氯气少于0.1mol，所以V1V2。
思维启迪
实验室制取气体的一套完整的装置应当由四部分组成：
气体发生装置―→气体净化装置―→气体收集装置―→尾气吸收装置
二、常见气体的实验室制法
实验室制取O2、H2、CO2、NH3、Cl2、SO2六种气体，从图Ⅰ中选取它们的发生装置，从图Ⅱ中选取它们的收集装置。
实验室制备气体药品制气装置收集装置
O2KMnO4或KClO3、MnO2a①④⑤
H2O2、MnO2c
H2Zn粒、稀硫酸bc①②
CO2CaCO3、稀盐酸bc④⑤
Cl2MnO2、浓盐酸d①④⑤
NH3Ca(OH)2、NH4Cla③
浓氨水、氢氧化钠(氧化钙、碱石灰)c
SO2Na2SO3、浓H2SO4c④⑤
(1)气体的发生装置选择：根据反应物状态(固体或液体)及反应条件(是否加热)。常见气体发生装置有固—固加热、固—液加热、固—液不加热三种。
(2)收集气体装置选择：根据气体的性质(溶解性及与空气的相对密度和化学性质)。
(3)净化装置选择：所选除杂试剂能与杂质反应，但不与主要成分气体反应。
(4)尾气处理装置选择：
①点燃法：如CO、H2、CH4等易燃性气体可用此法。
②吸收法：如Cl2、HCl、SO2、NO、H2S等可用氢氧化钠溶液吸收；NH3可用水或稀硫酸吸收。
③转化法：采用一定的方法，使有毒气体转化成无毒气体即可排放。如CO能转化为CO2排放。
例4 (1)如图所示是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是________(填字母，下同)。
A．大理石和稀硫酸制取二氧化碳
B．锌粒和稀硫酸制氢气
C．浓盐酸和二氧化锰制取氯气
D．二氧化锰和双氧水制氧气
(2)为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从下图中选择合适的装置并连接。合理的是________。
A．a—a′→d—d′→eB．b—b′→d—d′→g
C．c—c′→d—d′→gD．d—d′→c—c′→f
答案 (1)B (2)C
解析 (1)该装置适用于块状固体与液体不加热反应制取气体。大理石和稀硫酸反应生成硫酸钙微溶物，附着在大理石的表面阻止反应的继续进行，A项错误；浓盐酸与二氧化锰反应需要加热，且MnO2为粉末状固体，C项错误；二氧化锰为粉末状固体，不易与H2O2分离，D项错误；只有B中锌粒与稀硫酸的反应符合。
(2)由盐酸和大理石制得的CO2气体中会含有杂质H2O(g)和HCl，分别用浓硫酸和饱和碳酸氢钠溶液除去，应先让气体通过饱和NaHCO3溶液除去HCl，再通过浓硫酸干燥。CO2的相对分子质量为44，比空气的大，收集CO2时应用向上排空气法。C项正确。
例5 实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如下图所示(省略夹持和净化装置)。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是()
选项a中的物质b中的物质c中收集的气体d中的物质
A浓氨水CaONH3H2O
B浓硫酸Na2SO3SO2NaOH溶液
C稀硝酸CuNO2H2O
D浓盐酸MnO2Cl2NaOH溶液
答案 B
解析 该装置为固液反应不加热制取气体，用向上排空气法收集气体，采用防倒吸的方法进行尾气处理。A项，氨气不能使用向上排空气法，错误；B项，正确；C项，铜与稀硝酸反应生成NO，在c中无法收集到纯净的NO2且不能用水吸收尾气，错误；D项，制取氯气需要加热，错误。
气体实验装置的设计
(1)装置顺序：制气装置→净化装置→反应或收集装置→尾气吸收装置。
(2)安装顺序：由下向上，由左向右。
(3)操作顺序：装配仪器→检验气密性→加入药品。
1．下列关于实验室制取Cl2的说法正确的是()
A．实验室中可用MnO2与1molL－1盐酸反应制Cl2
B．每生成1molCl2，转移2mol电子
C．每消耗1molMnO2，起还原作用的HCl消耗4mol
D．用烧瓶、铁架台、分液漏斗、导管可用于MnO2和浓盐酸反应制备Cl2
答案 B
解析 A项，实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2，1molL－1盐酸为稀盐酸，错误；B项，反应前后氯由－1价变为0价，每生成1molCl2，转移电子2mol，正确；C项，反应MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，每消耗1molMnO2，参加反应的HCl为4mol，其中起还原作用的HCl为2mol，错误；D项，缺少酒精灯，错误。
2．下列物质可用来干燥Cl2的是()
①碱石灰 ②浓硫酸 ③无水CaCl2 ④P2O5
A．①②B．①③④
C．②③④D．①②③④
答案 C
解析 碱石灰主要成分是氧化钙和氢氧化钠，属于碱性干燥剂，不能用碱石灰干燥氯气等与碱反应的气体，可以干燥中性气体和氨气；浓H2SO4不能用于干燥氨气及H2S、HBr、HI等还原性气体，可用于干燥氯气等酸性气体和中性气体；P2O5不能干燥氨气，可以用来干燥酸性气体和中性气体；无水CaCl2可以用来干燥除氨气之外的常见气体。
3．下列关于实验室制取气体所用试剂的组合不合理的是()
A．制Cl2：MnO2、浓盐酸
B．制H2：稀硫酸、Zn
C．制O2：MnO2、H2O2
D．制CO2：稀硫酸、CaCO3
答案 D
解析 碳酸钙与稀硫酸反应生成的硫酸钙微溶于水，覆盖在碳酸钙的表面使反应难以继续进行，因此，实验室应该选用稀盐酸与碳酸钙反应制取二氧化碳。
4．在氯气的制备实验中，有位同学设计了如图所示的制备装置，其中分液漏斗与烧瓶瓶塞之间连接一段橡胶管和玻璃管。下列对其作用的叙述中正确的是()
A．防止氯气造成大气污染
B．使反应的氯气循环使用
C．使烧瓶内的压强与大气压保持一致
D．使分液漏斗中的液体更容易流入烧瓶
答案 D
5．下列制备和收集气体的实验装置合理的是()
答案 D
解析 A项，用氯化铵和氢氧化钙制NH3，盛放固体反应物的大试管的管口应该略向下倾斜，防止试管炸裂；B项，用MnO2和浓盐酸制Cl2需要加热且集气瓶中导管应长进短出；C项，应该用向下排空气法或排水法收集H2。
6．在实验室中用MnO2和浓盐酸反应制备纯净干燥的氯气。
(1)写出反应的化学方程式：_____________________________________________。
(2)下图所示是一个学生设计的实验装置图。这个装置图有哪些错误？请分别指出：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________；
④________________________________________________________________________；
⑤________________________________________________________________________。
(有几处填几处)
(3)在改正的装置中，①洗气瓶中的饱和食盐水的作用：
________________________________________________________________________；
②洗气瓶中浓H2SO4的作用：__________________________________________________；
③烧杯中的NaOH溶液的作用：_________________________________________________。
答案 (1)MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
(2)①烧瓶下面缺石棉网 ②铁圈下面缺酒精灯 ③盛浓硫酸的洗气瓶和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒了 ④两个洗气瓶中的气体流向应该是长导管进，短导管出
(3)①吸收挥发出的氯化氢气体 ②吸收水蒸气 ③吸收多余的氯气
解析 此类题解应从以下角度分析：反应制气、除杂、干燥、收集、尾气吸收等基本过程；各过程所需试剂、反应条件、装置连接去判断。该反应需要加热，缺少酒精灯和石棉网，用MnO2和浓盐酸共热制得的氯气中，有挥发出来的HCl气体和水蒸气，应先用饱和食盐水除去HCl气体，再用浓硫酸除水蒸气，图中除杂顺序颠倒，两个洗气瓶的进、出气导管出错。
7．已知：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O，所以在实验室可用高锰酸钾固体和浓盐酸制氯气，实验装置如下图所示。
(1)请为该实验选择合适的发生装置______(填“A”或“B”)。
(2)要得到纯净、干燥的氯气，在发生装置和集气瓶之间还需要放置如下图中的________(填字母)。
(3)烧杯中所盛液体为________________，其作用是________________________________。
答案 (1)B (2)D (3)NaOH溶液 吸收多余的氯气
解析 (1)由题知，该反应制取气体的类型为固体＋液体→气体；反应不需加热，故应选择B装置。
(2)氯气中可能混有HCl、H2O(g)，HCl用饱和NaCl溶液除去，H2O(g)用浓硫酸除去，要得到纯净、干燥的氯气，应先除去HCl，再除去H2O(g)。
(3)烧杯中所盛液体为NaOH溶液，其作用是吸收多余的氯气。
[对点训练]
题组一 氯气的实验室制法
1．二氧化锰与浓盐酸作用制氯气的反应中，作为还原剂的HCl和参加反应的HCl物质的量之比是()
A．1∶1B．2∶1
C．1∶2D．任意比
答案 C
解析 反应：MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O中，4molHCl参加反应，只有2mol做还原剂被氧化为氯气。
2．某化学小组用如图所示装置制取氯气。下列说法中错误的是()
A．该装置图中至少存在三处明显错误
B．该实验中收集氯气的方法错误
C．为了防止氯气污染空气，必须进行尾气处理
D．在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉KI试纸可以证明是否有氯气逸出
答案 B
解析 该反应应该用酒精灯加热，应该用分液漏斗而不是长颈漏斗，氯气有毒，应该进行尾气处理，故A项正确；由于氯气的密度比空气的密度大，所以用向上排空气法收集，故B项错误；湿润的淀粉KI试纸可以证明是否有氯气逸出，若有则变蓝，反之不变色，故D项正确。
3．下列说法正确的是()
A．MnO2与浓盐酸反应制Cl2的离子方程式：MnO2＋4HCl=====△Mn2＋＋2Cl－＋Cl2↑＋2H2O
B．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
C．生石灰能与水反应，可用来干燥氯气
D．实验室制备Cl2可用排饱和食盐水集气法收集
答案 D
4．化学实验有助于理解化学知识，形成化学观念，提高探究与创新能力，提升科学素养。在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。下列收集Cl2的正确装置是()
答案 C
解析 Cl2是有刺激性气味、密度比空气大、有毒的黄绿色气体，在制备和收集Cl2时必须有尾气吸收装置。A没有排气管不能用于收集气体；B用于收集密度比空气小的气体；C用于收集密度比空气大的气体，且有尾气吸收装置；D吸收氯气不能收集。
题组二 常见气体的实验室制取
5．按下述实验方法制备气体，合理又实用的是()
A．锌粒与稀硝酸反应制备H2
B．加热分解NH4Cl固体制NH3
C．亚硫酸钠与浓硫酸反应制备SO2
D．大理石与稀硫酸反应制备CO2
答案 C
解析 锌与稀硝酸反应产生NO，不产生H2；NH4Cl分解产生NH3和HCl的混合气体，很快又化合为NH4Cl，不易分离；Na2SO3与浓硫酸反应生成Na2SO4、H2O和SO2；大理石与稀硫酸反应生成微溶的CaSO4，会覆盖在大理石表面，使反应难以继续进行。
6．下列装置或操作能达到实验目的的是()
答案 C
解析 A项，由于氨气的密度小于空气的密度，用向下排空气法收集是正确的，但集气瓶瓶口不能密封(塞橡皮塞)，可塞一团疏松的棉花，目的是防止气体对流，以收集到较纯的氨气；B项，洗气时气体应长进短出；C项，通过观察长颈漏斗中液面是否下降，可以检查装置的气密性；D项，收集密度比空气重的二氧化碳气体用向上排空气法，应该为长管进气，短管排出空气。
7．下列制备气体的实验设计中错误的是()
选项ABCD
药品NH4Cl与Ca(OH)2石灰石和稀盐酸稀硝酸和铜片KMnO4与浓盐酸
装置
答案 C
解析 A装置适合固体和固体混合加热制取气体，可制取NH3，用碱石灰干燥，正确；B装置适合块状固体和液体反应不加热制取气体，可用于制取CO2，正确；C装置适合固体和液体加热制取气体，可用于制取NO，但NO极易被空气中的氧气氧化为NO2，只能用排水法收集，错误；D装置适合固体和液体不加热制取气体，KMnO4氧化性很强，与浓盐酸反应不需要加热，正确。
8．拟用下图所示装置制取下表中的四种气体(图中夹持仪器均已略去，a、b、c表示相应仪器中加入的试剂)，不能达到实验目的的是()
选项气体abc
AO2H2O2MnO2浓硫酸
BCO2稀盐酸碳酸钙饱和NaHCO3溶液
CNO稀HNO3铜屑H2O
DSO2浓硫酸Na2SO3浓硫酸
答案 C
解析 过氧化氢在二氧化锰的催化下生成氧气，经浓硫酸干燥后收集，A项正确；稀盐酸和碳酸钙反应生成二氧化碳，后用饱和碳酸氢钠溶液除杂，B项正确；铜和稀硝酸反应生成NO，应该用排水法收集，导管应该短进长出，C项错误；浓硫酸和亚硫酸钠反应制备二氧化硫，再用浓硫酸干燥可得纯净的二氧化硫，D项正确。
9．如图是用于干燥、收集并吸收多余气体的装置，下列方案正确的是()
选项X收集气体Y
A碱石灰氯化氢水
B碱石灰氨气水
C氯化钙二氧化硫氢氧化钠
D氯化钙一氧化氮氢氧化钠
答案 C
解析 A项，氯化氢是酸性气体，不能用碱石灰干燥，不正确；B项，氨气密度小于空气，应该是短导管进，长导管出，不正确；C项，二氧化硫是酸性气体，能用氯化钙干燥，且二氧化硫的密度大于空气，用向上排空气法收集，正确；D项，一氧化氮极易被空气中的氧气氧化生成二氧化氮，不能用排空气法收集，不正确。
10．用下列试剂与装置制备气体，能随用随制、随关随停的是()
选项试剂与制备的气体反应装置
A碳酸钠固体与稀硫酸制CO2
B二氧化锰与过氧化氢溶液制O2
C浓硝酸与铜片反应制NO2
D锌粒与稀硫酸制H2
答案 D
解析 碳酸钠固体与稀硫酸反应制CO2时，碳酸钠溶于水使反应无法随时停止，A项不符合题意；二氧化锰是粉末，无法被阻隔在有孔塑料隔板上，反应不能随时停止，B选项不符合题意；浓硝酸具有挥发性，不能使用长颈漏斗，应该用分液漏斗盛放与滴加，C选项不符合题意；锌粒与稀硫酸用该装置制备H2时，若关闭导管活塞，试管内压强增大，可把稀硫酸压回长颈漏斗，稀硫酸与锌粒脱离使反应停止，D项符合题意。
题组三 氯气制备综合
11．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并试验它与金属的反应。每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是(不考虑①单元的夹持装置)()
A．只有①和②处B．只有②处
C．只有②和③处D．②③④处
答案 D
解析 本题考查氯气的制备、净化、干燥、尾气吸收及金属氯化物的制备的综合实验。由图示可知，①是Cl2发生装置，②③是除杂、干燥装置，④是氯化物制备装置。在②中，NaOH不仅能与HCl反应，也可与Cl2反应，应将NaOH溶液换成饱和食盐水；③中导气管应长进短出；④不能是密闭的，应有一个允许气体逸出的导管，并且加装尾气处理装置。
12．下列装置应用于实验室制氯气并回收氯化锰的实验，能达到实验目的的是()
A．用装置甲制取氯气
B．用装置乙除去氯气中的少量氯化氢
C．用装置丙分离二氧化锰和氯化锰溶液
D．制得的氯气可用碱石灰干燥
答案 C
解析 MnO2与浓盐酸反应生成Cl2，需加热，A项错误；除去Cl2中的HCl应通过饱和食盐水，且气体从长导管进入，B项错误；MnO2不溶于水，MnCl2可溶于水，两者用过滤的方法分离，C项正确；碱石灰属于碱性干燥剂，能与氯气反应，应用浓硫酸干燥Cl2，D项错误。
[综合强化]
13．利用如图所示的装置收集以下7种气体：①H2 ②Cl2③O2 ④HCl ⑤NH3 ⑥NO ⑦NO2
(1)若烧瓶是干燥的，由B口进气，可收集的气体有__________(填序号，下同)，若由A口进气，可收集的气体有________。
(2)若在烧瓶内充满水，可收集的气体有________，气体应由________(填“A”或“B”)口进入。
(3)若烧瓶中装入适量浓硫酸，可以用它来干燥的气体有________(填序号)，气体应由________(填“A”或“B”)口进入。
答案 (1)②③④⑦ ①⑤
(2)①③⑥ A
(3)①②③④⑥⑦ B
解析 (1)从B口进气是收集密度比空气大的气体，从A口进气则是收集密度比空气小的气体。排气法收集的气体必须与空气中的成分不反应，且密度与空气密度相差较大。(2)若用排水法收集，则气体必须不溶于水，且应从A口进。(3)用浓H2SO4干燥气体，应从B口进气。
14．实验室用下述装置制取氯气，并用氯气进行下列实验。回答下列问题：
(1)A、B两仪器的名称：A____________，B____________。
(2)洗气装置C是为了除去Cl2中的HCl气体，应放入的试剂是____________，D中浓H2SO4的作用是________________________________。
(3)E中为红色干布条，F中为红色湿布条，可看到有色布条退色的是____(选填“E”或“F”)。
(4)G是浸有淀粉KI溶液的棉花球，G处现象是棉花球表面变成________；H是浸有NaBr溶液的棉花球，H处反应的离子方程式是___________________________________________。
(5)P处为尾气吸收装置，写出实验室利用烧碱溶液吸取Cl2的离子方程式：
________________________________________________________________________。
(6)B中发生反应的化学方程式为__________________________________________________，
若实验中使用12molL－1的浓盐酸10mL与足量的二氧化锰反应，实际生成的Cl2的物质的量总是小于0.03mol，试分析可能存在的原因是______________________________________。
答案 (1)分液漏斗 圆底烧瓶 (2)饱和食盐水 除去氯气中的水蒸气 (3)F (4)蓝色 2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2 (5)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(6)MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 随着反应的进行，消耗氯化氢，同时生成水，且氯化氢易挥发，使盐酸的浓度逐渐减小，稀盐酸与二氧化锰不反应
解析 (1)由装置图可知：A是分液漏斗，B是圆底烧瓶。(2)用浓HCl与MnO2在加热条件下发生反应MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O制取氯气。由于浓盐酸有挥发性，所以在氯气中含有杂质HCl。由于氯气在饱和食盐水中的溶解度小，所以为了除去Cl2中的HCl气体，应放入的试剂是饱和食盐水。此时产生的氯气中含有水蒸气，用浓硫酸来干燥，因此D中浓H2SO4的作用是除去氯气中的水蒸气。(3)氯气没有漂白性，当氯气遇水时二者发生反应产生HClO，有漂白性。因此E中红色干布条不退色，F中红色湿布条退色。(4)G是浸有淀粉KI溶液的棉花球，氯气与KI发生反应：2I－＋Cl2===2Cl－＋I2，I2遇淀粉变为蓝色。因此G处现象是棉花球表面变成蓝色。H是浸有NaBr溶液的棉花球，由于活动性：Cl2Br2，所以H处反应的离子方程式是2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2。(5)氯气是大气污染物，所以在排放前应该进行尾气处理。由于氯气能与碱发生反应，所以若P处为尾气吸收装置，实验室利用烧碱溶液吸取Cl2的离子方程式：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。(6)在B中发生的实验室制取氯气的反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。若实验中使用12molL－1的浓盐酸10mL与足量的二氧化锰反应，实际生成的Cl2的物质的量总是小于0.03mol，是因为随着反应的进行，消耗氯化氢，同时生成水，且氯化氢易挥发，使盐酸的浓度逐渐减小，稀盐酸与二氧化锰不反应。
15．(2017榆林高一检测)某学生利用以下装置探究氯气与氨气之间的反应。其中A、F分别为氨气和氯气的发生装置，C为纯净干燥的氯气与氨气反应的装置。
请回答下列问题：
(1)装置A中的烧瓶内固体不可以选用________(填字母)。
A．生石灰B．碱石灰
C．五氧化二磷D．烧碱
(2)B装置的作用是______________________________________________________________；
E装置的作用是________________________________________________________________。
(3)通入C装置的左右两根导管左边较长、右边较短，目的是
________________________________________________________________________。
(4)装置F中发生反应的化学方程式是
________________________________________________________________________。
(5)装置C内出现浓的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气的主要成分之一。请写出反应的化学方程式：___________________________________________________。
(6)从装置C的G处逸出的尾气中可能含有黄绿色的有毒气体，如何处理？
________________________________________________________________________。
答案 (1)C (2)干燥氨气 除去氯气中的氯化氢
(3)使密度较大的Cl2和密度较小的NH3较快地混合均匀
(4)MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
(5)3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl
(6)在G处连接导管，直接把尾气通入盛有烧碱溶液的烧杯中(答案合理即可)
解析 (1)装置A制取氨气，可用浓氨水与碱石灰(或烧碱或生石灰等)，但不能用五氧化二磷，因其与水反应后生成磷酸，能与氨水反应。(2)B装置中盛放的碱石灰用来干燥氨气；E装置中盛放的饱和食盐水用来除去氯气中混有的氯化氢气体。(3)由于氨气的密度小，氯气的密度大，密度小的氨气从长管进入向上扩散，密度大的氯气从短管进入向下扩散，这样能较快地充分混合。(6)黄绿色的气体是氯气，依据氯气的性质，可用烧碱溶液吸收。
化学反应为人类提供能量学案（鲁科版必修2）
一名优秀的教师在每次教学前有自己的事先计划，作为教师准备好教案是必不可少的一步。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来，帮助教师更好的完成实现教学目标。那么怎么才能写出优秀的教案呢？以下是小编为大家收集的“化学反应为人类提供能量学案（鲁科版必修2）”欢迎您参考，希望对您有所助益！
第2课时 化学反应为人类提供能量
一、化学反应为人类提供能量
1．物质发生化学反应的实质与能量变化的原因
2．化学反应中能量转化的主要形式
(1)即热饭盒、铝热反应：化学能主要转化为热能；
(2)电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气：电能主要转化为化学能。
(3)绿色植物进行光合作用时，光能转化为化学能。
(4)煤燃烧时，化学能主要转化为热能和光能。
例1 下列说法中正确的是()
A．化学反应中的能量变化，其表现形式除热能外还可能是光能和电能等
B．化学反应中的能量变化不一定遵循能量守恒定律
C．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量可能相同
D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量
考点 化学能与热能的相互转化
题点 化学反应中能量变化的相关综合
答案 A
解析 化学反应中的能量变化一定遵循能量守恒定律；物质发生化学反应都伴随着能量的变化，所以反应物的总能量与生成物的总能量一定不同；在一个确定的化学反应中，反应物的总能量(E1)与生成物的总能量(E2)之间的关系：E1＞E2，化学反应为放热反应，E1＜E2，化学反应为吸热反应。
思维启迪
任何化学反应除遵循质量守恒定律外，同样也遵循能量守恒定律，不同形式的能量之间可以转化，但总能量保持不变。反应物与生成物的能量差若以热能形式表现出来，即为放热反应或吸热反应。
二、化学能转化为电能
1．实验探究
实验步骤现象结论
锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能
锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，检流计指针发生偏转导线中有电流，化学反应中化学能转化为电能
两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，检流计指针不偏转锌与稀硫酸反应，导线中无电流
无现象乙醇是非电解质，导线中无电流
2.原电池的概念
原电池是将化学能转化为电能的装置；
原电池的反应本质是氧化还原反应。
3．原电池的构成条件
理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。
具体条件是：(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)溶液：两电极均插入电解质溶液中。
(3)导线：两电极用导线相连，形成闭合回路。
4．原电池的工作原理
(1)分析下图并填空
原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；
(2)能量转化：化学能转变为电能。
5．原电池工作原理的应用
(1)比较金属活动性
原电池中，做负极的金属活动性一般比做正极的金属活动性强。
(2)改变化学反应速率
如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。
(3)设计原电池
如：把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe做负极，铜(或石墨)做正极，FeCl3溶液做电解质溶液。
(4)制造多种化学电源
①干电池(又称一次电池)：如锌锰电池；
②蓄电池(又称二次电池)：如铅蓄电池、镍氢电池、锂电池(手机用)；
③燃料电池：如氢氧燃料电池，其能量转化率高，对环境无污染。
(1)电子只能在导体中定向移动，不能通过溶液。
(2)电解质溶液中离子移动方向：阳离子移向正极、阴离子移向负极。
例2 如图所示装置能够组成原电池的是_________________________________________。
其他不能构成原电池的说明理由：__________________________________________________。
考点 能源与构成原电池的条件
题点 原电池的形成条件与判断方法
答案 EFG
A装置的两个电极的活泼性相同，电子不会流动形成电流；B装置为非电解质溶液，不能发生氧化还原反应；C装置电解质溶液在两个分开的装置中，不成形成闭合回路；D装置无导线连接电极，不能形成闭合回路。它们均不能构成原电池
思维启迪——原电池的判断方法
一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。
例3 如图所示检流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是()
A．B极为原电池的正极
B．A、B、C分别可以为Zn、Cu和稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
考点 原电池工作原理及正负极的判断
题点 原电池工作原理
答案 C
解析 原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。
思维启迪——多个角度判断原电池的正极和负极
例4 ①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活泼性由大到小的顺序是()
A．①③②④B．①③④②
C．③④②①D．③①②④
答案 B
解析 ①②相连时，外电路电流从②流向①，则金属活泼性①大于②；①③相连时，③为正极，则金属活泼性①大于③；②④相连时，②上有气泡逸出，则金属活泼性④大于②；③④相连时，③的质量减少，则金属活泼性③大于④，故金属活泼性由大到小的顺序为①③④②。
思维启迪——形成原电池、比较金属活动性
根据原电池原理比较金属活动性，做负极的金属活动性较强，做正极的金属活动性较弱。
例5 某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是()
选项正极负极电解质溶液
ACuZnHCl
BZnCuCuSO4
CCuZnCuSO4
DCuZnZnCl2
考点 原电池原理的应用
题点 设计原电池
答案 C
解析 将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆成两个半反应：
氧化反应(负极反应)：Zn－2e－===Zn2＋。
还原反应(正极反应)：Cu2＋＋2e－===Cu。
则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中含Cu2＋。
方法技巧——设计原电池的方法
(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。
②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。
原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)用导线连接铜片和锌片插入到稀H2SO4中，锌片上有大量气泡()
(2)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应()
(3)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池()
(4)原电池中的阳离子由负极区向正极区移动()
(5)在Zn|稀硫酸|Cu原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌()
(6)把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，气泡放出速率加快()
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√
2．(2017北京101中学期中)下列设备工作时，将化学能转化为电能的是()
ABCD
锂离子电池太阳能集热器燃气灶硅太阳能电池
考点 能源与构成原电池的条件
题点 能量的转化方式
答案 A
解析 A项，锂离子电池是把化学能转化为电能，故正确；B项，太阳能集热器是把太阳能转化为热能，故错误；C项，燃烧是放热反应，是把化学能转化为热能，故错误；D项，硅太阳能电池是把太阳能转化为电能，故错误。
3．(2017合肥高一检测)某学生将检流计用导线与两个电极连接在一起，再将两个电极同时插入某种电解质溶液中，能观察到有电流产生的是()
A．用铜片、铅笔芯做电极插入稀硫酸中
B．用两个铜片做电极插入硝酸银溶液中
C．用锌片、铜片做电极插入番茄中
D．用铜片、铁片做电极插入酒精中
答案 C
解析 要构成原电池，除要形成闭合回路外，还需要有两个活动性不同的电极材料，一般其中一个电极要能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。A项，铜和石墨与稀硫酸均不反应；B项，电极材料相同；D项，酒精是非电解质；C项，一些水果中含有有机酸，可做电解质溶液。
4．(2017湖南郴州适应性测试)如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是()
A．电子由铜通过导线流向锌
B．该装置是将电能转化为化学能的装置
C．锌电极发生氧化反应
D．电流由锌通过导线流向铜
考点 原电池工原理和正负极的判断
题点 原电池工作原理
答案 C
解析 A项，铜做正极，锌做负极，因此电子由锌流向铜，故错误；B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C项，锌做负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜极流向锌极，故错误。
5．如图所示装置，检流计指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的()
A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸
B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸
C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液
D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液
答案 D
解析 A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A和B两项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则在A选项中A极变细，B选项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C选项中A极变细，D选项中A极变粗。
6．在铜锌原电池中(如下图)，以硫酸铜为电解质溶液，锌为________极，电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_______________________________。
锌片上观察到的现象为__________________________________________________________；
铜为________极，电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式________________________________________________________________________；铜片上观察到的现象为______________________________________________________________，原电池总反应的离子方程式为_______________________________________________________。
考点 原电池工作原理和正负极的判断
题点 常考多变的锌铜原电池
答案 负 氧化 Zn－2e－===Zn2＋ 锌片溶解 正 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 铜极变粗 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
解析 CuSO4溶液为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以铜极不断变粗，原电池总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
[对点训练]
题组一 原电池的构成条件
1．下列各组的电极材料和电解液，不能组成原电池的是()
A．铜片、石墨棒，乙醇
B．铜片、石墨棒，硝酸银溶液
C．锌片、铜片，稀盐酸
D．铜片、铂片，FeCl3溶液
答案 A
2．如图所示各装置中，不能构成原电池的是(烧杯中所盛液体都是稀硫酸)()
考点 能源与构成原电池的条件
题点 原电池的形成条件与判断
答案 D
解析 原电池的形成条件包括活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发进行氧化还原反应。对图示各个装置进行观察，发现只有D不能形成闭合回路，因此不能形成原电池。
题组二 原电池工作原理
3．下列关于原电池的叙述，正确的是()
A．构成原电池的正极和负极材料必须是两种活泼性不同的金属
B．原电池是将化学能转变为电能的装置
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
考点 原电池工作原理和正负极的判断
题点 原电池构成和原理的理解
答案 B
解析 构成原电池的正极和负极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是导电的非金属(如石墨棒)和金属，A错误；原电池是将化学能转变为电能的装置，B正确；在原电池中，负极上发生失去电子的氧化反应，正极上发生得到电子的还原反应，所以电子从负极沿导线流向正极，C错误；原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，则电流的方向是从正极到负极，D错误。
4．如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若检流计的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是()
A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
答案 C
解析 Fe、C形成的原电池中，负极铁失去电子，变成＋2价的亚铁离子，由于a极上有大量气泡产生，所以为正极(C)：2H＋＋2e－===H2↑，a为正极，是碳棒；b为负极，是铁片；电解质溶液为硫酸溶液。
5．某实验兴趣小组按如图装置实验后，所记录内容合理的是()
实验记录①Zn片为负极，质量减少，Cu为正极，质量不变；
②外电路电流方向是：由Cu→Zn；
③SO2－4向Zn极移动，Cu2＋向Cu极移动；
④Zn电极发生氧化反应；
⑤正极反应式：Cu2＋＋2e－═Cu；
⑥电子流动方向：锌极→导线→铜极→电解质溶液→锌极
A.①②④B．②③④
C．②③④⑤D．③⑤⑥
答案 C
解析 该装置为原电池，锌片为负极，发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，铜片为正极，铜片上发生还原反应，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，电子由锌片经导线流向铜片，电解质溶液中没有电子通过，SO2－4向负极Zn极移动，Cu2＋向正极Cu极移动，电流由铜片经导线流向锌片。
6．人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是()
A．负极，被氧化B．正极，被还原
C．负极，被还原D．正极，被氧化
考点 原电池工作原理和正负极的判断
题点 正、负极的判断
答案 B
解析 电池的电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，从中可以看出锌的化合价升高，所以锌为负极，被氧化，而氧化银中的银化合价降低，被还原，故氧化银为正极，被还原，故B符合题意。
7．(2017武汉高一检测)如图将锌片和铜片用导线连接后放入稀硫酸中，发生原电池反应，下列叙述错误的是()
A．溶液的pH增大
B．溶液中的Zn2＋浓度增大
C．溶液中的SO2－4浓度增大
D．溶液的密度增大
考点 原电池的工作原理和正负极的判断
题点 常考多变的锌铜原电池
答案 C
解析 A项，氢离子浓度降低，溶液的pH增大，正确；B项，锌不断溶解，溶液中的Zn2＋浓度增大，正确；C项，由于在反应过程中溶液中的SO2－4没有参加反应，所以溶液中c(SO2－4)不变，错误；D项，原电池放电时，溶液由硫酸溶液逐渐变成硫酸锌溶液，所以溶液的密度增大，正确。
8．(2018哈六中期中)有关电化学知识的描述正确的是()
A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能
B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中一定是银作正极
C．因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，必是铁作负极、铜作正极
D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
答案 D
解析 所给反应不是氧化还原反应，没有电子转移，虽然为放热反应，但不能将该反应设计成原电池，A项错误；根据所给反应，负极材料应该是Cu，但正极材料可以用Ag，也可以用碳棒等惰性电极，B项错误；当铁和铜作为电极放入浓硝酸中时，铁因钝化瞬间停止反应，而铜可持续被浓硝酸溶解，所以铜是负极，C项错误。
题组三 原电池工作原理的应用
9．X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：
则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为()
A．Z＞Y＞X＞WB．Z＞X＞Y＞W
C．Z＞Y＞W＞XD．Y＞Z＞X＞W
考点 原电池工作原理的应用
题点 比较金属活泼性的强弱
答案 A
10．(2018南宁六中5月考试)下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是()
A．2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
B．2H2＋O2=====点燃2H2O
C．Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2＋2NH3↑
D．CH4＋2O2=====点燃CO2＋2H2O
考点 原电池原理的应用
题点 能否设计原电池的化学反应分析
答案 C
解析 只有属于氧化还原反应，才能用于设计原电池；A、B、D属于氧化还原反应，均可以设计为原电池。C不属于氧化还原反应，不能设计成原电池，C正确。
11．(2018北京四中4月月考)为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去氧化膜)()
考点 原电池原理的应用
题点 原电池的设计
答案 B
解析 A项为原电池，铝为负极，但总反应为2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑，不符合；C项为原电池，但硝酸是氧化性酸，则总反应为Al＋4H＋＋NO－3===Al3＋＋NO↑＋2H2O，不符合；D项装置中有外接电源，不属于原电池，不符合。
12．小颖同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是()
A．若将图1装置的Zn、Cu直接接触，Cu片上能看到气泡产生
B．图2装置中SO2－4向Cu片移动
C．若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快
D．图2与图3中正极生成物的质量比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等
考点 原电池原理的应用
题点 原电池工作原理的探究
答案 B
解析 Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池，Cu片上可看到有气泡产生，A项正确；SO2－4带负电荷，应该向负极Zn片移动，B项错误；由于Mg的失电子能力强于Zn，所以将Zn片改为Mg片后，电子转移速率加快，生成H2的速率也加快，C项正确；假设图2中正极产生2gH2，则转移2mol电子，消耗负极65gZn，而图3中正极析出64gCu，也转移2mol电子，消耗负极65gZn，故Zn片减轻的质量相等，D项正确。
[综合强化]
13．(2017南宁高一检测)某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。
(1)打开K，观察到的现象为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)关闭K，观察到的现象是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
此电池的负极的电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)关闭K，溶液中阳离子向________(填“Zn”或“C”)极移动，外电路中，电子流动方向是________________________________________________________________________。
考点 原电池原理的应用
题点 原电池的综合探究实验
答案 (1)锌棒上附着有红色固体
(2)碳棒上附着有红色固体 Zn－2e－===Zn2＋
(3)C Zn→C(或负极→正极)
解析 (1)打开K，锌与硫酸铜接触，置换出铜，所以可以看到锌棒上附着有红色固体。(2)关闭K，形成原电池，锌做负极，碳做正极，溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜，看到碳棒上附着有红色固体；负极反应为Zn－2e－===Zn2＋。(3)关闭K，溶液中的阳离子向正极移动，即向碳棒移动，电子从锌出来经过导线流向碳。
14．(2017咸宁高一检测)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：
(1)该电池的负极材料是________，发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电解质溶液是____________。
(2)正极上出现的现象是________________________________________________________。
(3)若导线上转移电子1mol，则生成银______g。
考点 原电池原理的应用
题点 原电池的设计
答案 (1)Cu 氧化 AgNO3溶液
(2)碳棒上出现银白色物质
(3)108
解析 (1)根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。(2)正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。(3)当导线上转移1mol电子的时候，正极上会析出1mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108g。
15．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。
编号电极材料电解质溶液检流计指针偏转方向
1Al、Mg稀盐酸偏向Al
2Al、Cu稀盐酸偏向Cu
3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨
4Al、Mg氢氧化钠溶液偏向Mg
5Al、Zn浓硝酸偏向Al
试根据上表中的实验现象回答下列问题：
(1)实验1、2中Al所做的电极(正极或负极)是否相同？____________(填“是”或“否”)。
(2)由实验3完成下列填空：
①铝为________极，电极反应式：
________________________________________________________________________；
②石墨为________极，电极反应式：
________________________________________________________________________；
③电池总反应式：
________________________________________________________________________。
(3)实验4中铝做负极还是正极？________，理由是______________________________。
写出铝电极的电极反应式：________________________________________________。
(4)解释实验5中检流计指针偏向铝的原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中做正极或负极的因素：
________________________________________________________________________。
考点 原电池工作原理和正负极的判断
题点 多角度判断正、负极
答案 (1)否 (2)①负 2Al－6e－===2Al3＋ ②正
6H＋＋6e－===3H2↑ ③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)负极 在NaOH溶液中，活动性：Al＞Mg Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－
(4)Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中，活动性：Zn＞Al，Al是原电池的正极
(5)①另一个电极材料的活动性；②电解质溶液
解析 在稀盐酸中的活动性：Mg＞Al＞Cu。由实验1和2可知，原电池中检流计指针是偏向正极。在实验3中检流计指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负极，石墨是正极，化学反应是Al失去电子被氧化为Al3＋，盐酸中的H＋得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中活动性：Al＞Mg，则Al是负极，Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中活动性：Zn＞Al，Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中检流计指针偏向铝。
化学键与化学反应中的能量变化学案（鲁科版必修2）
俗话说，居安思危，思则有备，有备无患。作为教师就要好好准备好一份教案课件。教案可以让学生们有一个良好的课堂环境，帮助教师有计划有步骤有质量的完成教学任务。优秀有创意的教案要怎样写呢？下面的内容是小编为大家整理的化学键与化学反应中的能量变化学案（鲁科版必修2），欢迎大家与身边的朋友分享吧！
第3课时 化学键与化学反应中的能量变化
一、化学能与热能的相互转化
1．实验探究
实验操作实验现象结论
①看到有气泡产生
②用手触摸反应后的试管，手感到热
③用温度计测得反应后温度升高该反应放出热量
闻到刺激性气味，烧杯壁发凉，玻璃片和烧杯黏在一起，混合物呈糊状该反应吸收热量
混合后溶液温度比原来的两种溶液的温度高该反应放出热量
2.实验结论
每一个化学反应都伴随着能量变化，有的释放能量，有的吸收能量。
(1)放热反应和吸热反应的概念
①放出热量的化学反应为放热反应。
②吸收热量的化学反应为吸热反应。
(2)常见的吸热反应和放热反应
①常见的放热反应有：燃烧反应、中和反应、金属与水或酸的反应、大多数化合反应。
②常见的吸热反应有：大多数分解反应、氢氧化钡晶体与氯化铵的反应、C＋CO2=====高温2CO、C＋H2O(g)=====高温CO＋H2等。
例1 下列说法正确的是()
①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 ②放热反应在常温下一定很容易发生 ③反应是放出能量还是吸收能量必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小 ④有的放热反应加热到一定温度引发后，停止加热反应也能继续进行
A．只有③④B．只有①②
C．①②③④D．②③④
考点 化学能与热能的相互转化
题点 多角度认识吸热反应与放热反应
答案 A
解析 加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铜在氯气中燃烧；放热反应在常温下不一定容易发生，如N2与H2合成NH3；反应是放热还是吸热取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小；需要加热才能发生的放热反应，如果反应放出的热量达到反应所需要的热量，停止加热反应也能继续进行，如Fe＋S=====△FeS。
易错警示
(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)28H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
(2)化学反应必然有能量变化，但有能量变化的过程不一定发生化学反应。
例2 下列反应过程中的能量变化与如图一致的是()
A．2Al＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3
B．C＋CO2=====高温2CO
C．CaCO3=====高温CaO＋CO2↑
D．C＋H2O(g)=====高温CO＋H2
答案 A
解析 A项，铝热反应属于放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，正确；B、C、D三项均为吸热反应，反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，错误。
规律总结
判断反应放热或吸热的依据是根据反应物和生成物总能量的相对大小。①放热反应：反应物总能量生成物总能量；②吸热反应：反应物总能量生成物总能量。
二、化学反应中能量变化的原因分析
1．化学反应中能量变化与化学键的关系——微观角度
(1)化学反应过程
(2)化学反应中能量变化的原因
(3)根据下列信息分析氢气燃烧生成水蒸气时能量的变化情况
①断裂1molH2和12molO2中的化学键吸收的总能量：436kJ＋249kJ＝685kJ。
②形成1molH2O时释放的总能量：930kJ。
③燃烧1molH2生成水蒸气时放出能量245kJ。
2．化学反应的能量变化与物质内部能量的关系——宏观角度
图示
能量相对大小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
3.化学反应中能量的转化形式
主要是化学能与热能之间的相互转化，也有其他形式的能量转化，如化学能可以转化成光能、电能等。
放热反应与吸热反应比较
类型
比较放热反应吸热反应
定义放出热量的反应吸收热量的反应
形成原因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
与化学键的关系生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量
图示
例3 硅是太阳能电池的重要材料。工业冶炼纯硅的原理是：
粗硅冶炼：①SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑；
精炼硅：②Si＋3HCl=====高温SiHCl3＋H2；
③SiHCl3＋H2=====高温Si＋3HCl。
化学反应与能量变化如图所示，回答下列问题：
(1)①是反应，②是反应，③是反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)反应②破坏反应物中的化学键所吸收的能量(填“大于”或“小于”)形成生成物中化学键所放出的能量。
考点 化学能与热能的相互转化
题点 常见的吸热反应与放热反应
答案 (1)吸热 放热 吸热 (2)小于
解析 (2)因为反应②是放热反应，所以破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量。
例4 已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121kJ，且氧气中1molO==O键完全断裂时需要吸收能量496kJ，水蒸气中1molH—O键形成时放出能量463kJ，则氢气中1molH—H键断裂时吸收的能量为()
A．920kJB．557kJ
C．436kJD．188kJ
考点 化学反应中能量变化与化学键的关系
题点 利用化学键求算化学反应中的能量变化
答案 C
解析 由1gH2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121kJ可知：2gH2(即含1molH—H键)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为121kJ×2＝242kJ。由化学方程式：H2(g)＋12O2(g)点燃,H2O(g)可设1molH—H键断裂吸收的能量为Q，则：Q＋12×496kJ－2×463kJ＝－242kJ，Q＝436kJ。
规律总结
反应中放出、吸收能量的计算：
吸收能量值＝E吸－E放；放出能量值＝E放－E吸。
E吸表示反应物断裂化学键吸收能量，E放表示生成物形成化学键释放能量。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)化学反应过程中不一定都有能量变化()
(2)镁带燃烧时，化学能全部转化为热能()
(3)有能量放出的变化都是放热反应，吸收能量的变化都是吸热反应()
(4)对于放热反应2H2＋O2=====点燃2H2O来说，断裂1个H—H键和1个O==O键所吸收的能量小于形成1个H—O键所放出的能量()
(5)由O＋O―→O2(放出能量493kJ)和N＋N―→N2(放出能量946kJ)可得在常温下氮气比氧气稳定()
考点 化学能与热能的相互转化
题点 化学反应中能量变化的相关综合
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
2．下列关于反应能量的说法中正确的是()
A．化学反应中的能量变化，都表现为热量的变化
B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
C．已知反应：Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)为放热反应，则反应物总能量生成物总能量
D．相同条件下，如果1mol氢原子所具有的能量为E1，1mol氢分子的能量为E2，则2E1＝E2
答案 B
解析 化学反应中的能量变化，不是都表现为热量的变化，还可能有其他能量的变化，如光能等，A项错误；放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，C项错误；分子变成原子需要破坏化学键，吸收能量，2E1E2，D项错误。
3．将铁粉和硫粉混合后加热，待反应一发生即停止加热，反应仍可持续进行，直至反应完全生成新物质硫化亚铁。这现象说明了()
A．该反应是吸热反应
B．该反应是放热反应
C．铁粉和硫粉在常温下可以发生反应
D．硫化亚铁的总能量高于铁粉和硫粉的总能量
考点 化学能与热能的转化
题点 吸热或放热反应的实验或探究
答案 B
解析 反应发生后停止加热，反应仍可持续进行说明反应为放热反应，A错误，B正确；反应需要加热才能发生，常温下不能进行，C错误；反应是放热反应，所以反应物的总能量高于生成物的总能量，D错误。
4．下列说法正确的是()
A．任何化学反应都伴随着能量的变化
B．H2O(g)―→H2O(l)该过程放出大量的热，所以该过程是化学变化
C．化学反应中能量的变化都表现为热量的变化
D．对于如图所示的过程，是吸收能量的过程
答案 A
解析 任何化学反应都有能量的变化，但有能量变化的过程不一定是化学变化，如物质的三态变化，虽然存在能量变化，但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成，故不是化学变化，A项正确，B项错误；化学反应中能量变化的形式有多种，除热能外，还有光能、电能等，C项错误；由图像可知，该过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该过程中放出了能量，D项错误。
5．根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是()
A．H2O分解为H2与O2时放出热量
B．生成1molH2O时吸收热量245kJ
C．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系：乙甲丙
D．氢气和氧气的总能量小于水的能量
答案 C
解析 根据能量变化可知，1molH2与12molO2断键时吸收685kJ能量，而生成1molH2O放出930kJ能量，所以H2燃烧生成H2O的反应是放热反应，则H2O的分解是吸热反应。
6．已知断开1molH—H键、1molN—H键、1molN≡N键分别需要吸收的能量为436kJ、391kJ、946kJ。一定条件下由氢气和氮气反应生成1molNH3需要(填“放出”或“吸收”)kJ的热量。
答案 放出 46
解析 根据化学方程式N2＋3H2??????高温、高压催化剂2NH3，生成1molNH3时需要消耗0.5mol的N2和1.5mol的H2。因此在上述的反应过程中断裂0.5molN≡N键和1.5molH—H键，共吸收热量0.5×946kJ＋1.5×436kJ＝1127kJ；形成1molNH3中的3molN—H键，共放出热量3×391kJ＝1173kJ。因为1173kJ＞1127kJ，因此反应放热，共放出1173kJ－1127kJ＝46kJ的热量。
[对点训练]
题组一 化学能与热能的相互转化
1．下列反应一定属于放热反应的是()
①H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应 ②Mg与CH3COOH溶液的反应 ③燃烧反应 ④中和反应 ⑤复分解反应
A．仅①②③B．仅①②④
C．仅①②③④D．仅③④⑤
答案 C
解析 金属与酸的置换反应、中和反应、所有燃烧反应都是放热反应；复分解反应则不一定是放热反应。
2．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是()
A．锌粒与稀硫酸的反应
B．灼热的木炭与CO2反应
C．甲烷在氧气中的燃烧反应
D．Ba(OH)28H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
答案 B
解析 锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应；Ba(OH)28H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，但元素的化合价无变化，是非氧化还原反应；灼热的木炭与CO2的反应既属于吸收能量的反应，又属于氧化还原反应。
3．下列说法中正确的是()
A．化合反应均是放热反应，分解反应均是吸热反应
B．燃料的燃烧反应均是放热反应
C．干冰的升华是吸热反应
D．需要点燃或加热的化学反应一定是吸热反应
答案 B
解析 A项，C＋CO2=====高温2CO是化合反应，但需要吸热，2H2O2===2H2O＋O2↑是分解反应，但放出热量，错误；B项，物质之所以被用做燃料，就是因为它易燃烧并放出热量，正确；C项，吸热反应属于化学反应，干冰升华不是化学反应，错误；D项，化学反应是吸热反应的决定因素是反应物的总能量低于生成物的总能量，而与化学反应发生的外部条件无关，错误。
题组二 化学反应中能量变化与物质内部能量的关系
4．下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是()
A．碳酸钙受热分解
B．乙醇燃烧
C．铝与氧化铁粉末反应
D．氧化钙溶于水
答案 A
解析 生成物总能量高于反应物总能量则说明反应过程需要吸收能量。
5．等质量的固态硫和硫蒸气分别在相同条件下完全燃烧，放出的热量()
A．前者多B．后者多
C．二者相等D．无法比较
答案 B
解析 等质量的硫蒸气本身具有的能量高于等质量的固态硫，B项正确。
6．已知反应A＋B===C＋D的能量变化如图所示，下列叙述正确的是()
A．该反应为放热反应
B．该反应为吸热反应
C．反应物的总能量高于生成物的总能量
D．该反应只有在加热条件下才能进行
考点 化学反应中能量变化与物质能量的关系
题点 由图像分析化学反应中的能量变化
答案 B
7．已知化学反应2C(s)＋O2(g)=====点燃2CO(g)、2CO(g)＋O2(g)=====点燃2CO2(g)都是放热反应。据此判断，下列说法不正确的是(其他条件相同)()
A．12gC所具有的能量一定高于28gCO所具有的能量
B．56gCO和32gO2所具有的总能量大于88gCO2所具有的总能量
C．12gC和32gO2所具有的总能量大于44gCO2所具有的总能量
D．将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多
考点 化学键与化学反应中的能量变化与物质能量的关系
题点 由物质的能量认识化学反应中的能量变化
答案 A
解析 放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。C和CO的燃烧反应都是放热反应，所以C＋O2=====点燃CO2必然是放热反应，B、C两项正确；12gC并不代表反应物的全部，O2也是反应物，A项不正确；由于C――→O2CO放热、CO――→O2CO2放热，所以C――→O2CO2比C――→O2CO放出的热量要多，D项正确。
8．(2017石家庄高一检测)金刚石与石墨是碳元素的两种结构不同的单质，彼此互称同素异形体。在100kPa时，1mol石墨转化为金刚石要吸收1.895kJ的热能。据此判断在100kPa压强下，下列说法正确的是()
A．金刚石比石墨更稳定
B．石墨比金刚石更稳定
C．1mol金刚石比1mol石墨的总能量低
D．1mol金刚石转变为石墨需要吸收1.895kJ能量
考点 化学键与化学反应中能量变化与物质能量的关系
题点 化学反应中能量变化与物质的稳定性
答案 B
解析 1mol石墨转化为金刚石吸收1.895kJ的热能，说明金刚石的能量高于石墨，石墨稳定，A项不正确，B项正确，C项不正确；1mol金刚石转变为石墨时要放出1.895kJ的能量，D项不正确。
题组三 化学反应中能量变化与化学键的关系
9．下列对化学反应的认识中错误的是()
A．会引起化学键的变化
B．会产生新的物质
C．必然引起物质状态的变化
D．必然伴随着能量的变化
答案 C
解析 化学反应不一定引起物质状态的变化，如氮气与氢气化合生成氨气无状态变化。
10．氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1kJ，破坏1mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2kJ，形成1mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3kJ。下列关系式中正确的是()
A．Q1＋Q22Q3B．Q1＋Q2Q3
C．Q1＋Q2Q3D．Q1＋Q22Q3
答案 A
解析 由于Cl2和H2反应生成HCl要放出热量，所以Q1＋Q22Q3。
11．已知断开1molH—H键吸收的能量为436kJ，形成1molH—N键放出的能量为391kJ，根据化学方程式N2＋3H2??????高温、高压催化剂2NH3，反应完1molN2放出的能量为92.4kJ，则断开1molN≡N键需吸收的能量是()
A．431kJB．945.6kJC．649kJD．869kJ
考点 化学键与化学反应中能量变化的关系
题点 由化学键的变化计算反应中的能量变化
答案 B
解析 设断开1molN≡N键需吸收的能量为x，根据反应放出的能量＝形成新键放出的能量－断开旧键吸收的能量，代入数据：92.4kJ＝6×391kJ－3×436kJ－x，x＝945.6kJ。
12．(2017汕头高一检测)化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如图表示N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化，下列说法中正确的是()
A．1molN2(g)和1molO2(g)反应放出的能量为180kJ
B．1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量
C．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO(g)
D．NO是一种酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成盐和水
考点 化学变化中的能量变化与化学键的关系
题点 多角度认识化学变化中的能量变化
答案 B
解析 反应热就是断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键所放出的能量的差值，所以该反应的反应热是946kJmol－1＋498kJmol－1－2×632kJmol－1＝180kJmol－1，所以该反应是吸热反应，选项A不正确，选项B正确；氮气和氧气反应需要在高温或放电条件下进行，选项C不正确；NO不是酸性氧化物，和氢氧化钠溶液不反应，选项D不正确。
[综合强化]
13．某同学做如下实验，以检验反应中的能量变化。
(1)在实验中发现反应后①中温度升高，由此可以判断①中反应是热反应；②中温度降低，由此可以判断②中反应是热反应，反应过程(填“①”或“②”)的能量变化可用下图表示。
(2)写出铝与盐酸反应的离子方程式：。
(3)根据能量守恒定律，②中反应物的总能量应该(填“高于”或“低于”)其生成物的总能量。
答案 (1)放 吸 ① (2)2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
(3)低于
解析 (1)反应后①中温度升高，②中温度降低，说明①中反应为放热反应，②中反应为吸热反应。
(2)铝与盐酸反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
(3)②中反应为吸热反应，根据能量守恒定律，②中反应物的总能量应该低于其生成物的总能量。
14．(2018周口高一检测)在25℃、101kPa的条件下，断裂1molH—H键吸收436kJ能量，断裂1molCl—Cl键吸收243kJ能量，形成1molH—Cl键放出431kJ能量。H2＋Cl2=====点燃2HCl的化学反应可用下图表示：
(1)化学键断裂需要(填“释放”或“吸收”)能量。
(2)图中生成物成键共释放能量kJmol－1。
(3)该反应的反应物的总能量(填“大于”“等于”或“小于”)生成物的总能量，所以该反应是反应。
答案 (1)吸收 (2)862 (3)大于 放热
解析 该反应中断裂的化学键为H—H键和Cl—Cl键，共吸收能量：436kJmol－1＋243kJmol－1＝679kJmol－1，形成的化学键为H—Cl键，共释放能量：431kJmol－1×2＝862kJmol－1，由于放出的能量大于吸收的能量，该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量。
15．如图是某同学设计的放热反应的观察装置。其实验操作是①按图所示将实验装置连接好；②在U形管内加入少量红墨水，打开T形管螺旋夹，使U形管内两边的液面处于同一水平面，再夹紧螺旋夹；③在中间的试管里盛1g氧化钙，当滴入2mL左右的蒸馏水后，即可观察。
试回答：
(1)实验中能观察到的现象是
。
(2)该实验中①②操作之间必须进行的一步实验操作是
。
(3)实验中发生反应的化学方程式为
。
(4)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2能量之间的关系：
。
答案 (1)U形管里的红墨水会沿开口端上升(其他答案合理均可)
(2)检查装置气密性
(3)CaO＋H2O===Ca(OH)2
(4)1molCaO和1molH2O的能量之和大于1molCa(OH)2的能量
解析 CaO和H2O的反应是放热反应，所以红墨水右高左低，且1molCaO和1molH2O的能量之和大于1molCa(OH)2的能量。
16．下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的能量：
物质Cl2Br2I2HClHBrHIH2
能量/kJ243193151432366298436
根据上述数据回答下列问题：
(1)下列物质本身具有的能量最低的是(填字母)。
A．H2B．Cl2C．Br2D．I2
(2)下列氢化物中最稳定的是(填字母)。
A．HClB．HBrC．HI
(3)反应X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)是(填“吸热”或“放热”)反应。
(4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的能量最多的是。
(5)若无上表中的数据，你能正确回答出问题(4)吗？你的依据是。
答案 (1)A (2)A (3)放热 (4)Cl2
(5)能。元素的非金属性越强，则其生成的氢化物越稳定，且越容易生成，放出的热量越多
解析 (1)破坏1mol化学键所消耗的能量越大，其越稳定，本身的能量也越低。则H2、Cl2、Br2、I2中，H2的能量最低。(2)同(1)，消耗能量HClHBrHI，故HCl最稳定。(3)形成新键所放出的能量均大于X2、H2断键所消耗的能量，故均为放热反应。(4)以氯元素为例计算断开1molCl—Cl键和1molH—H键需要吸收的能量为243kJ＋436kJ＝679kJ，而形成2molH—Cl键放出的能量为2×432kJ＝864kJ，所以在Cl2＋H2===2HCl反应中放出864kJ－679kJ＝185kJ的热量，同理可以计算在Br2＋H2===2HBr、I2＋H2===2HI反应中分别放出的热量为103kJ、9kJ。(5)可以从非金属元素非金属性的强弱进行判断。
第2节化学反应的限度
第2节化学反应的限度
学习目标
1．掌握化学平衡常数的数字表达式。
2．理解化学平衡常数的意义，会用化学平衡常数判断反应进行的方向。
3．掌握有关化学平衡的计算。
4．掌握浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，会判断化学平衡移动的方向。
知识梳理
1．化学平衡常数K及表达式
化学平衡常数可定量描述化学反应的限度。
在______一定时，对于确定的反应，K为常数，压强、浓度的改变与平衡常数______(无关，有关)。K值越大，反应进行的越________。
aA+bBcC+dD，Kc=______________________
（1）对于有纯固体或纯液体参加的反应，如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),Kc=_______
C(B)表示____________C0(B)表示____________[B]表示____________
（2）若A、B、C、D均为气体，Kp=________________
※气体分压定律：
混合气体中某组分气体_____________所表现的压强为该气体的分压强，简称分压。
总压强为混合气体各组分分压________。
混合气体中，分压之比与气体物质的量有何关系？当体积一定时，与浓度又有何关系？
__________________________________________________________________________
浓度平衡常数(Kc):由各物质_________算得的平衡常数。
（3）化学平衡常数
压强平衡常数(Kp):由各物质_________算得的平衡常数。
（4）可逆反应的化学平衡常数表达式与方程式的书写有关。
3H2(g)+N2(g)2NH3(g)K1=__________
H2(g)+N2(g)NH3(g)K2=__________
2NH3(g)3H2(g)+N2(g)K3=___________
K1，K2，K3之间的关系_____________________
2.用化学平衡常数判断反应进行的方向
对于化学反应aA+bBcC+dD，浓度商Qc=_______________
当Qc=Kc时，反应________________；
Qc＞Kc时，反应________________；
Qc＜Kc时，反应________________。
3.化学平衡的计算
（1）可逆反应达到平衡过程中物质浓度的变化关系
反应物：平衡浓度=______________________;
生成物：平衡浓度=______________________。
各物质的转化浓度之比等于_________________之比。
（2）平衡转化率
对于化学反应aA+bBcC+dD反应物A的转化率α(A)=_________________
①温度一定，反应物的转化率因反应物的不同而不同。
②提高A在原料气中的比例，可使B的转化率________，而A的转化率_________。
提高B在原料气中的比例，可使A的转化率________，而B的转化率_________。
（3）平衡时某组分的百分含量A%=____________________
4.反应条件对化学平衡的影响
在其他条件不变的情况下，
（1）改变温度：升高反应体系的温度，平衡向________的方向移动；
降低反应体系的温度，平衡向________的方向移动。
温度对平衡移动的影响是通过改变_______________实现的。
（2）改变浓度：增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，Qc___Kc，化学平衡____移动。
增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，Qc___Kc，化学平衡____移动。
（3）改变压强：增大体系压强，平衡向着气体体积_________的方向移动；
减小体系压强，平衡向着气体体积_________的方向移动。
※勒夏特列原理——平衡移动原理
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)；ΔH＞0，设平衡状态下，体系中O2的物质的量浓度为amolL—1，SO3的物质的量浓度为bmolL—1，气体的压强为MPa，气体的温度为d℃。
（1）将平衡体系中的C(O2)增大为2amolL—1，则平衡将向____反应方向移动，使O2物质的量浓度______，达到新平衡时[O2]与2amolL—1、amolL—1比较为__________________。
（2）将平衡体系中的C(SO3)减小为molL—1，则平衡将向____反应方向移动，使SO3物质的量浓度______，达到新平衡时[O2]与bmolL—1、molL—1比较为__________________。
（3）将体系气体温度一次性升高到2d℃，则平衡向_____反应方向移动，使体系的温度______，达到新平衡时，温度t与d℃、2d℃比较为________________________。
（4）将体系气体压强一次性降到Pa，则平衡向_____反应方向移动，使体系的压强______，达到新平衡时，压强p与Pa、MPa比较为_______________________。
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1．方法导引
（1）有关化学平衡的计算，浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律是本节的重点。
（2）对于一个已知的化学反应，当温度一定时，化学平衡常数K为确定的值。温度对平衡移动的影响是通过改变平衡常数实现的。浓度、压强的影响是通过使Qc与Kc不再相等，而使平衡发生移动。
（3）浓度适用于有气体参加或气体生成的反应或溶液中进行的反应，所以通常认为改变固体的量时化学平衡不发生移动。
（4）反应物有两种或两种以上，增加一种物质的浓度，该物质的平衡转化率降低，而其他物质的转化率升高。
（5）不特别指明时，增大压强均指压缩体积。平衡混合物是固体或溶液时，改变压强，平衡不移动。改变体系的压强相当于改变体系的体积，也就相当于改变物质的浓度（如增大体系的压强相当于增大气体的浓度），压强对化学平衡移动的影响是由于压强改变引起气体浓度的改变而引起化学平衡移动的，若压强的改变并没有造成气体浓度的改变则平衡不移动。稀有气体（或不参加反应的气体）的加入而导致的压强变化，对化学平衡的影响，要具体分析平衡物质的浓度是否变化，即体系占据的体积是否改变。恒容时，压强增大，但体积不变，所以浓度不变，平衡不移动。恒压时，体积增大，反应物和生成物的浓度同时减小，相当于减小压强，平衡向总体积增大的方向移动。
（6）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。
2．例题解析
例1．密闭容器中进行如下反应：X2(g)+3Y2(g)2Z(g)，X2、Y2、Z起始浓度分别为0.2mol.L—1、0.6mol.L—1、0.4mol.L—1，当平衡时，下列数据肯定不对的是（）
A.X2为0.4mol.L—1，Y2为1.2mol.L—1B.Y2为1.0mol.L—1
C.X2为0.3mol.L—1，Z为0.2mol.L—1D.Z为1.0mol.L—1
分析：若X2、Y2完全反应，则可生成Z的浓度为0.8mol.L—1，若Z完全转化为X2、Y2，则X2、Y2最多可达0.4mol.L—1、1.2mol.L—1，但反应为可逆反应，故不能进行到底。
答案：A、D
点评：化学平衡研究的是可逆反应，故解这类题目要善于利用极值法。另外，选项中将所有物质的浓度都列出来，还得注意物质的量是否守恒。
例2．HI分解反应为2HI(g)H2(g)+I2(g)，若开始时有1molHI，平衡时有24.4%的HI发生了分解。今欲将HI的分解率降到10%，应往此平衡体系中加入I2物质的量是多少？
解析：设容器的体积为V，应向平衡体系中加入I2物质的量为x
2HI(g)H2(g)+I2(g)
起始浓度mol.L—100
原平衡浓度mol.L—1
新平衡浓度mol.L—1
根据题意，温度不变，则平衡常数不变：
==
答案：x=0.372mol
例3．反应NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)在某一温度下达到平衡时，下列各种情况中，不能使平衡发生移动的是（）
A.温度、容积不变时，通入SO2气体B.加入一部分NH4HS固体
C.保持容器体积不变，充入氮气D.保持容器体积不变，通入氯气
解析：在NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)的平衡体系中，当恒温、恒容通入SO2时，SO2与H2S反应，将使的浓度减小；因NH4HS为固体，增加或减少其量，浓度不变；容积不变，充入氮气，体系的总压强虽然增大，但NH3和H2S的浓度却没改变；压强不变，充入氮气，相当于将容器中的NH3、H2S稀释。
答案：B、C
例4．对反应2NO2(g)N2O4(g)，在一定条件下达到平衡，在温度不变时，欲使[NO2]/[N2O4]的比值增大，可采取的方法是（）
A．使体积增大到原来的2倍B．体积不变，增加的物质的量
C．保持压强不变，充入D．体积不变，增加的物质的量
解析：A.扩大体积，容器内的压强减小，平衡向气体体积增大方向移动，即平衡左移，[NO2]增大，[N2O4]减小，[NO2]/[N2O4]变大；B.根据[N2O4]/[NO2]2=K，可化为=，据此分析，体积不变，增加n(NO2)，即增加了C(NO2)，所以[NO2]/[N2O4]变小；同理，D体积不变，增加n(N2O4)，C(N2O4)变大，平衡左移，结果[NO2]也变大，据上式分析得[NO2]/[N2O4]变小；C压强不变，充入N2，容器体积必然扩大，平衡左移，[NO2]增大，[N2O4]减小，[NO2]/[N2O4]变大。
答案：A、C
例5．由可逆反应测绘出图像如图，纵坐标为生成物在平衡混合物中的百分含量，下列对该反应的判断正确的是（）
A.反应物中一定有气体B.生成物中一定有气体
C.正反应一定是放热反应D.正反应一定是吸热反应
解析:定一议二。温度不变时，增大压强，生成物的百分含量降低，说明平衡逆向移动，逆向为体积缩小方向，而题中未给出具体的可逆反应，但是可以确定生成物中一定有气体；压强不变时，升高温度，生成物的百分含量增大，说明平衡正向移动，正向为吸热反应。
答案：B、D
例6在容积相同且固定不变的四个密闭容器中，进行同样的可逆反应：2A(g)+3B(g)3C(g)+2D(g)，
起始时四个容器所盛A、B的量分别是甲：A2mol，B1mol；乙：A1mol，B1mol；丙：A2mol，B2mol；丁：A1mol，B2mol，在相同温度下建立平衡时，A或B的转化率大小关系正确的是（）
A.B的转化率：甲＜丙＝乙＜丁B.A的转化率：甲＜丙＜乙＜丁
C.B的转化率：甲＞丙＞乙＞丁D.A的转化率：甲＜乙＜丙＜丁
解析：甲、乙、丙、丁四个容器的容积相同在同温时放入A、B的物质的量不同，对于可逆反应2A(g)+B(g)3C(g)+2D(g)，加压时，向逆反应方向移动；减压时向正反应方向移动。我们将甲、乙、丙、丁四个容器中的变化用下列框图表示分析比较。则B的转化率：甲＞乙＞丙＞丁，A的转化率：丁＞乙＞丙＞甲
答案：B
