归纳与整理教学设计及教案分析

本章重难点专题突破

一、详析化学反应中能量的变化

我们在做化学实验时，经常会感受到有热量的变化，比如钠与水的反应等，其实在化学反应中，不仅有物质的变化，即新物质的生成，而且还伴随着能量的变化，有的反应是吸热的，有的反应是放热的。而化学反应中物质变化的实质是旧化学键断裂和新化学键形成。

化学反应是化学科学研究的核心，化学反应过程中的物质变化要遵循质量守恒定律，而能量变化要遵循能量守恒定律。在化学反应过程中一定存在着能量的变化，而这些能量变化大多数表现为热量的变化，这就实现了化学能与热能的转化。

1．从化学键的角度理解

在化学变化前后，参加反应的原子的种类和个数并没有改变，只是进行了原子之间的重组和整合；原子进行重组、整合的过程，实际上就是反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成的过程。由于反应物中化学键的断裂要消耗能量，而生成物中化学键的形成要释放能量，因此我们将化学反应中能量变化表示为

反应物――――――――――――→生成物

新化学键形成释放能量这样，当反应中吸收的能量大于释放的能量时，反应表现为吸收能量，该反应为吸热反应；

当反应中吸收的能量小于释放的能量时，反应表现为放出能量，该反应为放热反应。

【典例1】

已知：①1 mol H2分子中化学键断裂时需吸收436 kJ 的能量；②1 mol Cl2分子中化学键断裂时需吸收243 kJ的能量；③由氢原子和氯原子形成1 mol HCl分子时释放

431 kJ 的能量。则1 mol H2和1 mol Cl2反应生成氯化氢气体时的能量变化为(

) A．放出能量183 kJ

C．吸收能量248 kJ

2．从化学能的角度理解

自然界中存在着成千上万种物质，但不同的物质能量不同，因此在化学反应前后反应物和生成物所具有的能量也是不同的。我们还可以从化学能的角度，也就是从反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小来看一个化学反应的能量变化。

若反应物的总能量>生成物的总能量，则化学反应放出能量，该反应为放热反应；

若反应物的总能量<生成物的总能量，则化学反应吸收能量，该反应为吸热反应。

3．化学反应中能量变化的计算

(1)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，ΔQ表示能量变化，B．吸收能量183 kJ D．吸收能量862 kJ 旧化学键断裂吸收能量

则：

ΔQ＝E(生成物)－E(反应物)。

(2)用Q(吸)表示反应物分子断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物分子成键时放出的总能量，ΔQ表示能量变化，则：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)。

【典例2】

下列有关化学反应中能量变化的理解，正确的是(

) A．凡是伴随能量变化的过程都是化学变化

B．在化学反应过程中总是伴随着能量的变化

C．在确定的化学反应中反应物的总能量一定等于生成物的总能量

D．在确定的化学反应中反应物的总能量总是高于生成物的总能量

二、从氧化还原反应原理分析原电池

原电池是把化学能转化为电能的装置。构成原电池的条件有哪些？是不是所有的化学反应均可以设计成原电池呢？在学习过程中，这些问题可能一直使同学们感到困惑，下面我们一起来分析，解开困惑。

1．原电池与氧化还原反应的关系

我们在学习氧化还原反应时，经常用单线桥或双线桥标注电子转移的方向和数目，如：

氧化还原反应中存在电子的得失，在该反应中，线桥仿佛是一根导线，假如电子能在导线上流动，就会由电子的转移变成电子的定向移动，也就形成了电流。因此，并不是所有的反应均可以设计成原电池，只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。

从单线桥上看，可将导线一端连接在锌极上，另一端当然不可能直接放在溶液中，因此可将另一端连接在一个能导电的电极上，如石墨电极。这样连接后，在整个装置中就会出现与原来不同的实验现象：氢气在石墨电极上大量产生。为什么会出现这样的现象呢？原因在于：当锌片直接放入硫酸溶液中时，锌失去的电子集中在锌片表面，溶液中的H在锌的表面获得电子生成氢气。而当锌、石墨共同放入硫酸溶液并用导线连接时，电子就会沿导线流向石墨电极，这样在石墨电极表面聚集了大量电子，溶液中的H移向石墨电极并获得这些电子生成氢气。在这个过程中，电子在导线中实现了定向移动，即形成了电流。这样，化学反应的化学能就转变成了电能，这样的装置我们称之为原电池。

2．原电池的构成

从以上分析可以看出，原电池是由两个活动性不同的电极、电解质溶液构成的闭合回路，也就是说原电池的构造是：①两个活动性不同的电极；②电解质溶液；③闭合回路，如下图。

＋＋

在原电池中，科学上规定把电子流出的一极称为负极(较活泼的金属)；把电子流入的一极(较不活泼的金属或惰性电极)称为正极。在上面的原电池中，锌为负极，发生氧化反应：Zn－2e===Zn2－＋，石墨为正极，发生还原反应：2H＋2e===H2↑，这两个半反应恰好是氧化还原反应中的两个＋－线桥。

也就是说，原电池实质上是将氧化反应和还原反应分到了两个电极上进行，使其分别成为一个“半反应”，因此，根据氧化还原反应方程式可以很容易地设计原电池装置。

【典例3】

人造地球卫星上使用的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为Zn＋2OH－2e===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e===2Ag＋2OH。据此判断Ag2O是(

) A．负极，被氧化

C．负极，被还原

3．电子的流向及离子的流向

整个原电池装置是一个闭合回路，在外电路中(导线)是靠电子的定向移动导电，在溶液中则是靠阴、阳离子的定向移动导电。在外电路中，电子是由负极流向正极，电流的方向与电子移动的方向相反，由正极流向负极。在溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，这里我们只需记住：阳离子一定移向发生还原反应的极，即阳离子一定是为获得电子而奔去。

原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)如下图所示：

B．正极，被还原

D．正极，被氧化

－－－－

4．电子的得失守恒

电子守恒法是依据氧化还原反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数相等这一原则进行计算的。电子守恒法是氧化还原反应计算的最基本的方法，而原电池反应就是一种典型的氧化还原反应，只不过氧化反应和还原反应在负极和正极分别发生。因此可以利用电子守恒法来处理原电池的有关计算。具体来说就是正极得到的电子总数与负极失去的电子总数相等。

【典例4】

(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流表。

锌片上发生的电极反应为_________________________________________________。

银片上发生的电极反应为______________________________________________________。

(2)若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算：

①产生氢气的体积(标准状况)；②通过导线的电量。(已知NA＝6.02×1023 mol1，电子的电－荷量为1.60×10

－19 C)

三、原电池正极和负极的判断方法

1．根据电极材料判断

一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

2．根据电流方向或电子流动方向判断

电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。

3．根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向

在原电池的电解质溶液中，阳离子移向的极为正极，阴离子移向的极为负极。

4．根据原电池两极发生的变化判断

原电池的负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应。

5．根据现象判断

溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。

特别提示

在判断原电池正、负极时，不要只根据金属活动性的相对强弱，有时还与电解质溶液有关，如Mg－Al和NaOH溶液构成的原电池中，由于Mg不与NaOH溶液反应，虽然金属性Mg>Al，但在该条件下是Al作负极。因此要根据具体情况来判断正、负极。

【典例5】

根据反应：2Ag＋Cu===Cu2＋2Ag，设计如图所示原电池，＋＋下列说法错误的是(

) A．X可以是银或石墨

B．Y是硫酸铜溶液

C．电子从铜电极经外电路流向X电极

D．X极上的电极反应式为Ag＋e===Ag 四、原电池的电极反应及其书写方法

电极上物质的变化情况以及电子的转移情况可用电极反应式来表明。在原电池中，氧化反应和还原反应是分别在两个电极上进行的，每个电极上只发生一个方向的电子转移，相当于氧化还原反应的一半，常称为半反应。这种在电极上进行的半反应叫做电极反应。电极反应总＋－

是涉及含有同一元素但价态不同的两种物质，一种处于较高价态，另一种处于较低价态。以Cu－Zn(H2SO4)原电池为例：

负极反应：Zn－2e===Zn2(氧化反应)，正极反应：2H＋2e===H2↑(还原反应)。

－＋＋－而电池总反应则为电池中正、负极反应式在电量相等情况下的加和式，一般是一个自发的、完整的氧化还原反应。例如原电池的电池总反应：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑(化学方程式)，Zn＋2H===Zn2＋H2↑(离子方程式)。

＋＋【典例6】

钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是(

) A．负极发生的反应为Fe－2e===Fe2

－＋B．正极发生的反应为2H2O＋O2＋2e===4OH

C．原电池是将电能转变为化学能的装置

D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易被腐蚀

1．电极反应式书写的几种情况

(1)可充电电池电极反应式的书写

在书写可充电电池的电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向反应都能进行，所以要明确电池和电极，放电时为原电池，充电时为电解池。原电池的负极反应为放电方向的氧化反应；原电池的正极反应为放电方向的还原反应。

(2)根据给出电极反应式书写总反应式

根据给出的两个电极反应式书写总反应式时，首先要使两个电极反应式的得失电子数相等，再将两式相加，然后消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意，若反应式同侧出现不能大量共存的离子，如H和OH、Pb2和SO24，要写成反应后的物质，即H2O和PbSO4。

＋－＋－－－(3)燃料电池电极反应式的书写

书写燃料电池的电极反应式时，首先要明确电解质是酸还是碱。在酸性电解质溶液中，电极反应式不要出现OH；在碱性电解质溶液中，电极反应式不要出现H。同时还要分清燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，但无论是哪一种燃料，在碱性条件下，正极反应式都是一样的，即O2＋2H2O＋4e===4OH，若是在酸性条件下，则正极反应式为O2＋4H＋4e===2H2O。如果是含碳燃料时，负极反应式的书写同甲烷燃料电池的书写，只是需要考虑用电荷守恒来配平不同的计量数。

2．几种燃料电池的电极反应式及总反应式

(1)氢氧燃料电池

在不同的介质中发生的电极反应归纳如下：

介质

酸性(H) ＋＋－－－－＋电池反应：2H2＋O2===2H2O

负极

正极

2H2－4e===4H

O2＋4H＋4e===2H2O

＋－－＋

中性(Na2SO4) 负极

正极

负极

正极

2H2－4e===4H

O2＋2H2O＋4e===4OH

2H2－4e＋4OH===4H2O O2＋2H2O＋4e===4OH

－－－－－－－＋碱性(OH)

(2)甲醇燃料电池

－电解质：KOH；正极反应式：3O2＋6H2O＋12e===12OH；负极反应式：2CH3OH＋16OH－－－－12e===2CO23＋12H2O；总反应式：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。

－－(3)肼燃料电池

电解质：KOH；正极反应式：O2＋2H2O＋4e===4OH；负极反应式：N2H4＋4OH－4e===N2＋4H2O；总反应式：N2H4＋O2===N2＋2H2O。

【典例7】

科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为(

) A．H2＋2OH－2e===2H2O B．O2＋4H＋4e===2H2O C．H2－2e===2H

D．O2＋2H2O＋4e===4OH

五、化学反应速率影响因素探究

北京故宫的“云龙陛石”上曾经雕刻有精美的蟠龙图案，近些年来，这些浮雕遭到严重的损坏。而以前几百年这种腐蚀都是很慢的，那为什么近些年来的腐蚀就加快了呢？这就要从影响化学反应速率的因素来分析了。

1．内因

决定化学反应速率大小的主要因素是反应物的性质，而不是外界条件。

2．外因

影响化学反应速率的外界条件很多，如浓度、压强、温度、催化剂等。另外，形成原电池也可以加快反应速率。

影响化学反应速率的因素

内因

反应物的性质

反应物的浓度

外因

反应时的压强

反应温度

规律

在其他条件相同时，反应物的性质越活泼，化学反应速率越快；反应物的化学性质越不活泼，化学反应速率越慢

在其他条件相同时，增加反应物的浓度，可使反应速率加快

在其他条件相同时，升高温度，可加快化学反应速率

对有气体参加的反应，在其他条件相同时，增大压强，可加快化学反应速率

－－－＋＋－－－－－－－

催化剂

固体反应物的表面积

其他

在其他条件相同时，使用正催化剂，可极大地加快化学反应速率

在其他条件相同时，增大固体反应物的表面积，即固体反应物的颗粒越小，化学反应速率越快

光波、超声波、磁场、溶剂等也能改变某些反应的速率

注意

①对于有固体或纯液体参加的化学反应，改变它们的量不会引起浓度的变化，对它们的反应速率无影响。例如：C(s)＋CO2(g)=====2CO(g)，增加C的量，对此反应的反应速率无影响。

②压强只对有气体参加或生成的化学反应的速率有影响，若一个化学反应的反应物、生成物中均无气体，则压强对此反应的反应速率无影响。压强对反应速率的影响关键是看改变压强是否改变相关物质的浓度。对于有气体参加的反应体系，压强改变的实质是气体物质浓度的改变。有以下几种情况：

A．恒温：增大压强→体积减小→浓度增大→反应速率加快

B．恒容：充入气体反应物→浓度增大→反应速率加快

充入稀有气体→总压增大，但各物质浓度不变→反应速率不变

C．恒压：充入稀有气体→体积增大→各反应物浓度减小→反应速率减慢

③多个因素影响反应速率变化要看主要因素

例如：锌与稀硫酸反应的图像如图，由图像可知氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。反应体系中硫酸所提供的氢离子浓度是由高到低，若氢气的生成速率由其决定，速率的变化趋势也应由快到慢，反应前半程速率增大的原因是温度所致，锌与硫酸反应时放热，体系温度逐渐升高，温度对反应速率的影响占主导地位，一定时间后，硫酸的浓度下降占据主导地位，因而氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。

高温

【典例8】

等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间t产生气体体积V的数据，根据数据绘制得到下图，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别是(

)

组别

1 c(HCl)/mol·L1

－温度/℃

25 状态

块状

2.0

2 3 4

A.4－3－2－1

C．3－4－2－1

2.5 2.5 2.5 30 50 50 块状

块状

粉末状

B．1－2－3－4 D．1－2－4－3 【典例9】

反应E＋F===G在温度T1下进行，反应M＋N===K在温度T2下进行，已知：T1>T2，且E和F的浓度均大于M和N的浓度，则两者的反应速率(

) A．前者大

C．一样大

B．后者大

D．无法判断

六、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，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目，做这类题既要读文字内容，又要读图。解答化学反应速率图像题三步曲：“一看”“二想”“三判断”。

“一看”——看图像

①看坐标轴：弄清纵、横坐标表示的含义；②看线：弄清线的走向、趋势；③看点：弄清曲线上点的含义，特别是一些特殊点，如曲线的折点、交点、最高点与最低点等；④看量的变化：弄清是物质的量的变化、浓度的变化还是转化率的变化等。

“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、各物质的速率之比与化学计量数之比的关系等。

“三判断”——通过对比分析，作出正确判断。

【典例10】

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．反应的化学方程式为2MN 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，N的浓度是M浓度的2倍

【典例11】

在密闭容器中充入一定量NO2，发生反应2NO2(g)N2O4(g)

ΔH＝－57 kJ·mol

－1。在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(

)

A．a、c两点的反应速率：a>c B．a、b两点NO2的转化率：a

D．由a点到b点，可以用加热的方法

答案精析

【典例1】

A

[根据反应的化学方程式：H2＋Cl2=====2HCl，可知在反应过程中，断裂1 mol H—H键、1 mol Cl—Cl键，同时形成2 mol H—Cl键。计算可知生成2 mol HCl气体时，吸收的热量为436 kJ＋243 kJ＝679 kJ，放出的热量为431 kJ×2＝862 kJ，故反应中放出的热量为862 kJ－679 kJ＝183 kJ，A对。] 【典例2】

B

[在化学变化中，既有物质的变化又有能量的变化，但是有能量变化的过程不一定就是化学变化，如水的三态变化。在确定的化学反应中，反应物的总能量不等于生成物的总能量，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热；当反应物的总能量小于生成物的总能量时，反应吸热。]

【典例3】

B

[由题给电极反应式可知，Ag2O得到电子，发生还原反应，作原电池的正极。]

【典例4】

(1)Zn－2e===Zn2

2H＋2e===H2↑

－＋＋－点燃(2)①4.48 L

②3.85×104C 解析

(1)在锌片、银片、稀硫酸组成的原电池中，锌片作负极，其电极反应为Zn－2e===Zn2；－＋银片作正极，其电极反应为2H＋2e===H2↑；则电池总反应式为Zn＋2H===Zn2＋H2↑。(2)＋－＋＋根据电极反应式找出已知量与电量之间的定量关系进行计算。①电极减少的质量等于生成氢气所消耗的锌的质量，设产生的氢气体积为x，则：

Zn＋2H===Zn2＋H2↑

＋＋

65 g

22.4 L

60 g－47 g＝13 g

x

x＝13 g×22.4 L÷65 g＝4.48 L。

②反应消耗的锌的物质的量为13 g÷65 g·mol1＝0.2 mol。1 mol Zn变为Zn2时，转移2 mol －＋e，则通过的电量为0.2 mol×2×6.02×1023 mol1×1.60×10－－＋＋－19C≈3.85×104 C。

【典例5】

B

[由电池反应2Ag＋Cu===2Ag＋Cu2可知，铜作负极，电极反应为

Cu－2e===Cu2；X为正极，可以是比铜不活泼的银或石墨等，电极反应为Ag＋e===Ag；－＋＋－电解质溶液中需含有Ag，故B说法错误。]

【典例6】

A 解析

选项

A B C D 正误

√

×

×

×

－＋理由

负极发生的反应为Fe－2e===Fe2，Fe作负极，C作正极。

＋正极发生的反应为O2＋2H2O＋4e===4OH。

原电池是将化学能转变为电能的装置。

水下部分溶解氧的浓度比交界处小，因而腐蚀比交界处慢。

－－

【典例7】

C

[根据题给信息，该燃料电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O；电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH，A错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B、D错误。]

【典例8】

A 【典例9】

D 【典例10】

D －【典例11】

B