高中化学 2.3.3规律与方法学案 新人教版必修2

第3课时规律与方法
[学习目标定位] 建立化学反应与能量的知识结构模型，会判断放热反应和吸热反应，会判断原电池的正极和负极，会判断化学平衡状态，能运用守恒法分析解答原电池中的计算题目。

一、放热反应和吸热反应的判断方法
1．化学反应中，反应物化学键断裂时吸收的总能量为E1，生成物化学键形成时放出的总能量为E2。

若E1＞E2，化学反应为吸热反应；若E1＜E2，化学反应为放热反应。

2．常见的放热反应和放热过程
(1)放热反应：燃烧反应、中和反应、物质的缓慢氧化、原电池反应、活泼金属与水或酸的反应、部分化合反应等。

(2)放热过程：浓H2SO4溶于水、生石灰溶于水、固体NaOH溶于水、新化学键的形成等。

3．常见的吸热反应和吸热过程
(1)吸热反应：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体的反应、弱电解质的电离、大多数盐的分解反应、大多数氧化物的分解反应等。

(2)吸热过程：化学键的断裂、多数铵盐溶于水等。

典例1氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。

在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol 氯化氢中的化学键释放的能量为Q3 kJ。

下列关系式中，正确的是( )
A．Q1＋Q2＞Q3B．Q1＋Q2＞2Q3
C．Q1＋Q2＜Q3D．Q1＋Q2＜2Q3
二、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，阳离子移向的极是正极，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。

理解感悟在判断原电池正、负极时，不要只根据金属活泼性的相对强弱，有时还和电解质溶液有关，如Mg－Al和NaOH溶液构成的原电池中，由于Mg不与NaOH溶液反应，虽金属性Mg>Al，但在该条件下却是Al作负极。

因此要根据具体情况来判断正、负极。

典例2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
三、守恒法在原电池中的应用
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3在由铜片、锌片和200 mL稀硫酸组成的原电池中，当在铜片上放出3.36 L(标准状况)的H2时，硫酸恰好用完，则：
(1)产生这些气体消耗的锌的质量是多少？
(2)通过导线的电子的物质的量是多少？
(3)原稀硫酸的物质的量浓度是多少？
四、化学平衡状态的判断方法
1．化学反应速率v正＝v逆≠0
2．体系中各组分的物质的量浓度或体积分数、物质的量分数保持不变。

3．全是气体参加的前后化学计量数改变的可逆反应，压强保持不变。

4．全是气体参加的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。

5．对于有颜色的气体参加或生成的可逆反应，颜色不随时间发生变化。

6．对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。

典例4下列方法中可以证明2HIƒH 2＋I2(g)一定达到平衡状态的是________。

①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI ②一个H—H键断裂的同时有两个H—I
键断裂③HI的体积分数与I2的体积分数相等④反应速率v(H2)＝v(I2)＝1
2
v(HI)
⑤v(HI)∶v(H2)∶v(I2)＝2∶1∶1⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化⑦温度和体积一定时容器内压强不再变化⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
理解感悟化学平衡状态的标志是v正＝v逆，平衡混合物中各组分的浓度或百分含量保持不变。

因此，判断可逆反应是否达到平衡状态的依据较多，如以正、逆反应为依据时应看清两点，一是是否有v正、v逆，二是它们的数值是否相等，两者缺一不可。

如以反应前后组分的浓度或百分含量为依据时，应注意反应的特征，即看反应式两边气体分子数是否相等。

1．参照反应Br＋H2ƒHBr＋H的能量对应反应历程的示意图，下列叙述中正确的是( )
A．正反应为吸热反应
B．吸热反应一定要加热后才能发生
C．反应物总能量高于生成物总能量
D．升高温度可增大正反应速率，降低逆反应速率
2．一种化学冰袋中含有Na2SO4·10H2O和NH4NO3，使用时将它们混合用手搓揉就可制冷，且制冷效果能维持一段时间。

以下关于其制冷原因的推测错误的是( ) A．Na2SO4·10H2O脱水是吸热过程
B．较长时间制冷是由于Na2SO4·10H2O脱水是较慢的过程
C．铵盐在该条件下发生的复分解反应是吸热反应
D．NH4NO3溶于水会吸收热量
3．一个由锌片和石墨棒作为电极的原电池，电极反应分别是锌片：2Zn＋4OH－－4e－===2ZnO＋2H2O
石墨：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
下列说法不正确的是( )
A．电子从石墨经外电路流向锌片
B．锌片是负极，石墨是正极
C．电极总反应为2Zn＋O2===2ZnO
D．该原电池工作一段时间后石墨附近溶液的pH增大
4．茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。

航标灯的电源必须长效、稳定。

我国科技工作者研制出以铝合金、Pt－Fe合金网为电极材料的海水电池。

在这种电池中( )
①铝合金是阳极 ②铝合金是负极 ③海水是电解液
④铝合金电极发生还原反应
A ．②③
B ．②④
C ．①③
D ．①④
5．对于锌、铜、稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1 mol 电子通过时，理论上两极变化是( )
①锌片溶解了32.5 g ②锌片增重32.5 g ③铜片上析出1 g H 2 ④铜片上析出1 mol H 2
A ．①③
B ．①④
C ．②③
D ．②④
6．下列说法中可以说明密闭容器中的反应：P(g)＋Q(g)ƒR(g)＋S(g)在恒温下已达平衡状态的是( )
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 ．反应容器内P 、Q 、R 、S 四者共存
D ．反应容器内总物质的量不随时间而变化
7．氢气是未来最理想的能源，科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛(TiO 2)表面作用使海水分解得到氢气的新技术：
2H 2O=====激光TiO 2
2H 2↑＋O 2↑。

制得的氢气可用于燃料电池。

试回答下列问题：
(1)分解海水时，实现了从__________能转变为__________能，二氧化钛作________。

生成的氢气用于燃料电池时，实现________能转变为________能。

水分解时，断裂的化学键为________键，分解海水的反应属于________反应(填“放热”或“吸热”)。

(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为
A 极：2H 2＋2O 2－－4e －===2H 2O ；
B 极：O 2＋4e －===2O 2－
则A 极是电池的________极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。

(3)有人以化学反应：2Zn ＋O 2＋4H ＋===2Zn 2＋＋2H 2O 为基础设计一种原电池，移入人体内
作为心脏起搏器的能源，它们靠人体内血液中溶有一定浓度的O 2、H ＋、Zn 2＋进行工作。

则原
电池的负极材料是________，发生的电极反应为
________________________________________________________________________。

8．在某一容积为5 L 的密闭容器内，加入0.2 mol 的CO 和0.2 mol 的H 2O(g)，在催化剂存在的条件下高温加热，发生如下反应：CO(g)＋H 2O(g)CO 2(g)＋H 2(g)，反应放出热量。

反应中CO 2的浓度随时间变化的情况如图所示：
(1)根据图中数据，从反应开始至达到平衡时，CO 的化学反应速率为________；反应平衡时c(H 2)＝________。

(2)判断该反应达到平衡的依据是________(填序号)。

①CO 减小的化学反应速率和CO 2减小的化学反应速率相等
②CO、H 2O 、CO 2、H 2的浓度都相等
③CO、H 2O 、CO 2、H 2的浓度都不再发生变化
④正、逆反应速率都为零
第3课时 规律与方法
知识结构模型
新物质 质量守恒 化学反应 吸收 放出 把化学能转化为电能的装置 两极一液
成回路 负 正 炸药开山、燃料燃烧、发射火箭等 v ＝Δc Δt 或v ＝Δn V ·Δt
参加反应物质的性质 温度、浓度、催化剂、固体表面积等 化学反应限度决定了反应物在给定条件下的最大转化率 可逆反应 ①正、逆反应速率相等；②动态平衡；③条件一定、浓度恒定；④条件改变，化学反应限度改变 v 正＝v 逆≠0 燃料的表面积大 空气适当过量
解题规律方法
典例1 D [化学键的断裂要吸收能量，而化学键的形成要放出能量，该反应为放热反应，所以吸收的能量要比放出的能量少，故有Q 1＋Q 2＜2Q 3。

]
典例2 B [由电池反应2Ag ＋＋Cu===2Ag ＋Cu 2＋可知，铜作负极，电极反应为Cu －2e
－===Cu 2＋；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3 (1)9.75 g (2)0.3 mol (3)0.75 mol·L －1
解析 在铜、锌、稀硫酸形成的原电池中发生的电极反应为
负极：Zn －2e －===Zn 2＋(氧化反应)
正极：2H ＋＋2e －===H 2↑(还原反应)
所以，根据电子守恒有
解得：
m (Zn)＝0.15×65 g＝9.75 g
n (e －)＝0.15×2 mol＝0.3 mol
n (H 2SO 4)＝12n (H ＋)＝12
×0.3 mol＝0.15 mol 所以c (H 2SO 4)＝n H 2SO 4V ＝0.15 mol 0.2 L
＝0.75 mol·L －1。

典例4 ②⑥⑨
解析 注意化学平衡状态的实质是正、逆反应速率相等，要仔细分析各项叙述中的反应速率。

①中正、逆反应速率不相等，④、⑤是相同的，都是指的单向反应速率，故均不正确。

平衡时，各物质的浓度或百分含量保持不变，并不一定相等，故③不正确。

该反应前后气体分子数不变，故压强、相对分子质量、气体密度均不随反应的进行而改变，⑦、⑧、⑩均不正确。

各气体中只有I 2有颜色，反应进行时，随I 2的浓度改变，颜色会发生改变，颜色不再改变时，说明已达平衡，故②⑥⑨正确。

即时巩固练习
1．A [由图像知反应物的总能量低于生成物的总能量，故正反应为吸热反应，所以A 项正确，C 项错误；吸热反应不一定要加热才能进行，如Ba(OH)2·8H 2O 与NH 4Cl 的反应，B 项错误；对于任何一个反应而言，升高温度，可以使正反应速率与逆反应速率都加快，D 项错误。

]
2．C [铵盐不会自身发生复分解反应，而又不具备与Na 2SO 4·10H 2O 发生复分解反应的条件，C 选项错误。

]
3．A [由电极反应可知：锌片一极发生氧化反应，为负极，石墨一极发生还原反应，
为正极，电子在外电路中从负极(Zn 片)流向正极(石墨)，反应时石墨一极产生OH －，石墨附
近溶液c (OH －)增大，pH 增大。

]
4．A [电池电极只称为正、负极，故①错。

其中活泼的一极为负极，即为铝合金，②对。

电极在海水中，故海水为电解质溶液，③对。

铝合金为负极，则发生氧化反应，故④错。

]
5．A [锌、铜、稀硫酸组成的原电池的电极反应为
负极：Zn －2e －===Zn 2＋，正极：2H ＋＋2e －===H 2↑。

则计算关系式为：
Zn ～ 2e － ～ H 2
1 mol
2 mol 1 mol
0.5 mol 1 mol 0.5 mol
m (Zn)＝0.5 mol×65 g·mol －1＝32.5 g ，m (H 2)＝0.5 mol×2 g·mol －1＝1 g 。

]
6．B [在该反应中，反应前后的气体的总物质的量不变，反应无论是否达到化学平衡，反应容器内压强都不随时间变化，总物质的量不随时间而变化，并且四种物质始终是共存的，正确答案为B 。

]
7．(1)太阳 化学 催化剂 化学 电 H —O 吸热
(2)负 流出 (3)锌 2Zn －4e －===2Zn 2＋
8．(1)0.003 mol·L －1·min －1 0.03 mol·L －1 (2)①③
解析 (1)由图可知10 min 时反应达到平衡，所以v (CO)＝Δc CO t ＝0.03 mol·L －110 min
＝0.003 mol·L －1·min －1，反应时转化的浓度之比＝化学方程式中化学计量数之比，所以
Δc (H 2)＝Δc (CO)＝0.03 mol·L －1。

(2)达到平衡的标志是各物质的物质的量分数保持一定，浓度不变，正、逆反应速率相等且不为零。

CO 减小的化学反应速率是正反应速率，CO 2减小的化学反应速率是逆反应速率，所以选①③。