高中化学专题2化学反应与能量转化本专题重难点突破教学案苏教版必修二1.docx
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高中化学专题2化学反应与能量转化本专题重难点突破教学案苏教版必修二1
专题2化学反应与能量转化
本专题重难点突破
一、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
规律
内因
反应物的性质
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
外因
反应物的浓度
在其他条件相同时,增加反应物的浓度,可使反应速率加快
反应温度
在其他条件相同时,升高温度,可加快化学反应速率
反应时的压强
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
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
固体反应物的表面积
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
其他
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,所以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。
【例1】 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
c(HCl)/mol·L-1
温度/℃
状态
1
2.0
25
块状
2
2.5
30
块状
3
2.5
50
块状
4
2.5
50
粉末状
A.4-3-2-1B.1-2-3-4
C.3-4-2-1D.1-2-4-3
解析 化学反应速率与温度、浓度和固体物质的表面积大小有关,实验1的盐酸的浓度最小,反应的温度最低,所以化学反应速率最小;物质状态相同时由于实验3的反应温度比实验2的反应温度高,所以反应速率实验3的大于实验2的;而实验4和实验3盐酸的浓度相同,反应的温度也相同,但物质的状态不相同,所以实验4的反应速率大于实验3的。
【例2】 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B.后者大
C.一样大D.无法判断
解析 因为这两个反应是不同的反应,而决定反应速率的主要因素是内因(反应物本身的性质),故尽管前者的反应温度高、浓度大,但反应速率不一定大于后者,如合成氨反应在高温、高压且有催化剂的条件下进行,其速率也不如低温下的酸碱中和反应的速率大。
故两者的反应速率快慢无法比较。
答案 D
易错警示 本题很容易错选A,因为教材中用较多的篇幅介绍了温度、浓度、催化剂等外界因素对化学反应速率的影响,而忽视了内因才是决定化学反应速率的关键;外界因素在内因相同的情况下(即反应相同时)才会决定反应速率的大小,在进行分析判断反应速率大小时应遵循以下思路:
①先看内因;②内因相同者,再看外界因素(温度、浓度、压强、催化剂等)。
二、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。
【例3】 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
解析 由图像可知N为反应物,M为生成物,然后找出在相同时间段内变化的M、N的物质的量之比(与是否达平衡无关)以确定M、N在化学方程式中的化学计量数之比,即该反应的化学方程式为2NM。
t2时刻M、N的物质的量相等,但此时M、N的物质的量仍在发生变化,反应未达到平衡状态,因此正反应速率不等于逆反应速率。
t3时刻及t3时刻之后,M、N的物质的量不再改变,证明已达到平衡状态,此时正、逆反应速率相等。
【例4】 在密闭容器中充入一定量NO2,发生反应2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-57kJ·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
C.a、c两点气体的颜色:
a深,c浅
D.由a点到b点,可以用加热的方法
解析 由图像可知,a、c两点都在等温线上,c的压强大,则a、c两点的反应速率:
a 答案 B 三、化学平衡状态的特征及其判断方法 1.化学平衡的特征 化学平衡状态是一个动态平衡,化学反应并没有停止,不过反应物、生成物浓度不再改变,即反应混合物的百分组成不变的状态。 其特征是 (1)动: 动态平衡,正逆反应仍在进行,v正=v逆≠0。 (2)定: 反应混合物中各组分的浓度保持一定,各组分的含量保持不变。 (3)变: 条件改变,原平衡被破坏,在新的条件下建立新的平衡。 2.判断化学反应达到平衡的标志 (1)根本性标志: v正=v逆≠0。 ①正逆反应的描述: 同一物质的消耗和生成速率相等,或反应物和生成物的消耗或生成按化学计量数成比例,即必须体现出双方向的变化。 ②速率相等: 同一物质速率的数值相等,不同物质速率比等于化学方程式中的化学计量数之比。 (2)等价标志: 在其他条件一定的情况下,下列物理量不变可以说明反应达平衡。 ①混合气体中各组分的体积百分含量不变(或体积比不变); ②某物质的转化率不变或某物质的质量或物质的量不变; ③体系中含有色物质时,颜色不随时间的变化而变化; ④同种物质化学键的断裂与化学键的形成的物质的量相等,若以化学键或浓度表示,则必须对应反应物和生成物且要按反应方程式计量数关系成比例。 (3)特殊标志: ①若反应前后气体的总分子数不相等,总压强不变或总物质的量不变或平均分子量不变,可以说明反应达到了平衡状态。 ②若反应前后气体的总分子数相等时,若反应物或生成物中有一个是非气体,平均相对分子量不变,可以说明反应达到了平衡状态。 ③当给定的是密度不变时,要考虑容器体积和气体总质量变化,若二者都不变,则不能说明反应达到了平衡状态。 【例5】 某温度下,在2L密闭容器中X、Y、Z三种物质(均为气态)间进行反应,其物质的量随时间的变化曲线如图。 依图回答: (1)该反应的化学方程式可表示为_______________________________________。 (2)反应起始至t1min(设t1=5),Y的平均反应速率是_________________________。 (3)在t1min时,该反应达到了________状态,下列可判断反应已达到该状态的是________(填字母)。 A.X、Y、Z的反应速率相等 B.X、Y的反应速率比为2∶3 C.混合气体的密度不变 D.生成1molZ的同时生成2molX E.X、Y、Z物质的量之比等于化学方程式中计量数之比 F.混合气体的总压强不再发生改变 解析 (1)观察图像可得X的物质的量减少2.4mol-1.6mol=0.8mol,X为反应物,Y的物质的量增加1.2mol,Z的物质的量增加0.4mol,Y、Z的物质的量增加,可判断Y、Z为生成物,在相同时间内,同一容器中,其速率之比等于化学方程式中计量数之比,等于物质的量变化之比,即v(X)∶v(Y)∶v(Z)=0.8mol∶1.2mol∶0.4mol,反应达到t1时刻后,X、Y、Z共存,其物质的量不变可判断该反应为可逆反应,t1时刻达到了化学平衡,该反应的化学方程式为2X(g)3Y(g)+Z(g)。 (2)v(Y)==0.12mol·L-1·min-1。 (3)由反应方程式可知,达平衡时X、Y、Z的反应速率不相等;反应进行中,无论是否达到平衡X、Y的速率之比始终为2∶3;X、Y、Z均为气体,反应前后气体的质量不变,体积也不变,密度不变,根据密度不能判断反应是否达到平衡;生成1molZ是正反应方向,生成2molX是逆反应方向,v正=v逆,反应达到平衡;X、Y、Z物质的量之比与计量数比不等;根据反应方程式可知,该反应前后压强有变化,当压强不变时,反应达到了平衡。 答案 (1)2X(g)3Y(g)+Z(g) (2)0.12mol·L-1·min-1 (3)化学平衡 DF 四、详析化学反应中热量的变化 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
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