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專題知識體系構建與核心素養提升
專題6
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知識體系構建
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核心素養提升
1.變化觀念與平衡思想
通過本專題的學習，讓學生知道化學反應過程中不但有物質變化，而且伴隨著能量變化，能量變化也可以是多樣的，化學反應速率受溫度、反應物濃度、催化劑等外界條件的影響，增強化學反應是動態變化的觀念。通過原電池原理和可逆反應的學習，讓學生建立起平衡的思維模型，知道原電池中正負極得失電子守恒；對一定條件下的可逆反應，當v正＝v逆時，反應達到平衡，此時反應體系中各組分濃度保持不變，增強平衡思想的培養。
例1
　在1×105Pa和298 K時，將1 mol氣態AB分子解離成氣態A原子和B原子所需要的能量稱為鍵能(kJ·mol－1)。下面是一些共價鍵的鍵能(已知N2分子中有一個N≡N鍵，氨分子中有三個相同的N—H鍵)：
共價鍵 H—H N≡N N—H
鍵能/(kJ·mol－1) 436 945 391
(1)根據上表中的數據判斷工業合成氨的反應N2(g)＋3H2(g)　　2NH3(g)是______(填“吸熱”或“放熱”)反應。
放熱
化學反應的實質就是反應物中化學鍵斷裂、生成物中化學鍵形成的過程，斷裂化學鍵吸收能量，形成化學鍵放出能量。N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)的反應中斷裂化學鍵共吸收的能量為945 kJ＋3×436 kJ＝
2 253 kJ，形成化學鍵共放出的能量為2×3×391 kJ＝2 346 kJ，所以該反應為放熱反應。
(2)在298 K時，取1 mol氮氣和3 mol氫氣放入一密閉容器中，在催化劑存在下進行反應。理論上(假設完全反應生成2 mol NH3)放出或吸收的熱量為Q1，則Q1的數值為____ kJ。
93
理論上放出的熱量為2 346 kJ－2 253 kJ＝93 kJ。
(3)實際生產中，放出或吸收的熱量為Q2，Q1與Q2比較，正確的是____ (填字母)。
A.Q1>Q2　　　B.Q1你作出此選擇的原因是________________________________________
______________________________________________________________________________。
A
該反應為可逆反應，在密閉容器中反應達
到平衡時，1 mol N2和3 mol H2不能完全反應生成2 mol NH3，因而放出的熱量小于93 kJ
例2
　利用NO2平衡混合氣體遇熱顏色加深、遇
冷顏色變淺來指示放熱過程和吸熱過程。
①按圖所示連接實驗裝置。
②向甲燒杯中加入一定量的CaO固體，此時
燒瓶中NO2平衡混合氣體的顏色變深；向乙燒杯中加入NH4NO3晶體，此時燒瓶中NO2平衡混合氣體的顏色變淺。
回答下列問題：
(1)CaO與水反應的化學方程式為______________________，該反應為_____(填“吸熱”或“放熱”)反應。
CaO＋H2O===Ca(OH)2
放熱
CaO溶于水時發生的反應CaO＋H2O===　Ca(OH)2為放熱反應。
(2)NH4NO3晶體溶于水時，乙燒杯內溫度_____(填“升高”或“降低”)。NH4NO3溶于水_____(填“是”或“不是”)吸熱反應。
降低
不是
NH4NO3晶體溶于水時吸熱，乙燒杯內溫度降低，但不是吸熱反應，因為NH4NO3晶體溶于水無新物質生成，不是化學反應。
(3)查閱資料知，NO2平衡混合氣體中存在可逆反應
2NO2(g)　　N2O4(g)，已知NO2為紅棕色，N2O4為
無色。結合實驗知，當溫度升高時，平衡______
(填“未被破壞”或“被破壞”)，此時反應速率_____(填“增大” “減小”或“不變化”)。混合氣體的顏色不變_____(填“能”或“不能”)證明反應已達到平衡狀態。
被破壞
增大
能
兩燒杯中的現象說明，改變溫度能使可逆反應2NO2(g)　　N2O4(g)的平衡被破壞。升高溫度，反應速率增大。當混合氣體顏色不變時，說明NO2的濃度不再變化，能證明反應已達到平衡狀態。
2.科學態度與社會責任
通過本專題的學習，讓學生理解化學反應都伴隨著能量變化，可以將化學能轉化為熱能、電能等。因此可以合理利用傳統能源，大力開發新能源，實現“綠色環保”理念，形成簡約適度、綠色低碳的發展模式。通過對化學反應速率及限度的學習，讓學生理解在工業生產中，可以通過選擇適當條件，加快反應速率，提高產品產率，如控制變量，實現工業生產的最佳產能，降低能耗，減少污染，從而促進社會的可持續發展。
例3
　汽車排放的尾氣為大氣污染源之一，目前，可利用以下化學原理處
理尾氣：2NO＋2CO　　 　2CO2＋N2。
(1)寫出CO2的結構式：__________。
催化劑
O==C==O
CO2為直線形分子，其結構式為O==C==O。
(2)一定條件下，在容積固定的容器中進行上述反應，CO濃度與時間關系如圖所示：
則反應速率v(a)、v(b)、v(c)的大小關系是________________。
v(a)＞v(b)＝v(c)
反應開始時反應物的濃度最大，故反應速率最大，當反應達到平衡時，反應速率保持不變。
(3)為研究如何提高該轉化過程的反應速率，某課題組進行了以下實驗探究。
[資料查閱]
A.不同的催化劑對同一反應的催化效率不同；
B.使用等質量的同種催化劑時，催化劑的比表面積對催化效率有影響。
[實驗設計]
課題組為探究某些外界條件對汽車尾氣轉化反應速率影響規律，設計了以下對比實驗：
實驗編號 實驗目的 T/℃ NO初始濃度/(mol·L－1) CO初始濃度/(mol·L－1) 同種催化劑的比表面積/(m2·g－1) c(CO)不變時所用的時間/min
Ⅰ 參照實驗 280 6.50×10－3 4.00×10－3 80 t
Ⅱ 280 6.50×10－3 4.00×10－3 120 0.5t
Ⅲ 360 6.50×10－3 4.00×10－3 80 0.2t
[結論]
①實驗編號Ⅱ的實驗目的為____________________________________
________。
②課題中探究外界條件對汽車尾氣轉化反應速率影響的另一因素是______，且_________反應速率將______(填“增大”“減小”或“無影響”)。
探究同種催化劑的比表面積對反應速率
的影響
溫度
升高溫度
增大
例4
　電池是人類生產和生活中重要的能量來源，電池的發明是化學對人類的一項重大貢獻。
(1)依據NaOH與HCl的反應原理設計原電池，你認為是否可行？_____ (填“是”或“否”)，理由是_________________________________。
否
NaOH與HCl的反應不是氧化還原反應
設計成原電池的反應需為氧化還原反應，而NaOH與HCl的反應不是氧化還原反應，故不可行。
(2)一種以肼(N2H4)為液體燃料的電池裝
置如圖所示。該電池用空氣中的氧氣作
氧化劑，KOH作電解質。負極反應式為
______________________________，正
極反應式為_______________________。
N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
燃料電池中，通入燃料的電極通常為負極，通入氧氣的一極為正極，則通入液體燃料肼(N2H4)的一極為負極，負極發生氧化反應，由圖可知負極上有N2生成，電極反應式為N2H4－4e－＋
4OH－===N2＋4H2O；通入氧氣的一極為正極，正極發生還原反應，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
(3)Li -SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4 -SOCl2。電池的總反應可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。請回答下列問題：
①電池的負極材料為_____。
鋰
從電池反應4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑，可以看出，Li由0價升高到＋1價，所以電池的負極材料為鋰。
②電池正極發生的電極反應為______________________________。
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
SOCl2中的S元素顯＋4價，產物中S為0價，所以一部分SOCl2中的S元素得電子生成S，一部分SOCl2生成SO2，同時氯元素轉化為Cl－，電池正極發生的電極反應為2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
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本課結束專題知識體系構建與核心素養提升
1．變化觀念與平衡思想
通過本專題的學習，讓學生知道化學反應過程中不但有物質變化，而且伴隨著能量變化，能量變化也可以是多樣的，化學反應速率受溫度、反應物濃度、催化劑等外界條件的影響，增強化學反應是動態變化的觀念。通過原電池原理和可逆反應的學習，讓學生建立起平衡的思維模型，知道原電池中正負極得失電子守恒；對一定條件下的可逆反應，當v正＝v逆時，反應達到平衡，此時反應體系中各組分濃度保持不變，增強平衡思想的培養。
例1　在1×105Pa和298 K時，將1 mol氣態AB分子解離成氣態A原子和B原子所需要的能量稱為鍵能(kJ·mol－1)。下面是一些共價鍵的鍵能(已知N2分子中有一個N≡N鍵，氨分子中有三個相同的N—H鍵)：
共價鍵 H—H N≡N N—H
鍵能/(kJ·mol－1) 436 945 391
(1)根據上表中的數據判斷工業合成氨的反應N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)是________(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)在298 K時，取1 mol氮氣和3 mol氫氣放入一密閉容器中，在催化劑存在下進行反應。理論上(假設完全反應生成2 mol NH3)放出或吸收的熱量為Q1，則Q1的數值為________ kJ。
(3)實際生產中，放出或吸收的熱量為Q2，Q1與Q2比較，正確的是________(填字母)。
A．Q1>Q2　B．Q1你作出此選擇的原因是________________________________________________________。
例2　利用NO2平衡混合氣體遇熱顏色加深、遇冷顏色變淺來指示放熱過程和吸熱過程。
①按圖所示連接實驗裝置。
②向甲燒杯中加入一定量的CaO固體，此時燒瓶中NO2平衡混合氣體的顏色變深；向乙燒杯中加入NH4NO3晶體，此時燒瓶中NO2平衡混合氣體的顏色變淺。
回答下列問題：
(1)CaO與水反應的化學方程式為_________________________________________________，該反應為________(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)NH4NO3晶體溶于水時，乙燒杯內溫度________(填“升高”或“降低”)。NH4NO3溶于水________(填“是”或“不是”)吸熱反應。
(3)查閱資料知，NO2平衡混合氣體中存在可逆反應2NO2(g)??N2O4(g)，已知NO2為紅棕色，N2O4為無色。結合實驗知，當溫度升高時，平衡________(填“未被破壞”或“被破壞”)，此時反應速率________(填“增大”“減小”或“不變化”)。混合氣體的顏色不變________(填“能”或“不能”)證明反應已達到平衡狀態。
2．科學態度與社會責任
通過本專題的學習，讓學生理解化學反應都伴隨著能量變化，可以將化學能轉化為熱能、電能等。因此可以合理利用傳統能源，大力開發新能源，實現“綠色環保”理念，形成簡約適度、綠色低碳的發展模式。通過對化學反應速率及限度的學習，讓學生理解在工業生產中，可以通過選擇適當條件，加快反應速率，提高產品產率，如控制變量，實現工業生產的最佳產能，降低能耗，減少污染，從而促進社會的可持續發展。
例3　汽車排放的尾氣為大氣污染源之一，目前，可利用以下化學原理處理尾氣：2NO＋2CO2CO2＋N2。
(1)寫出CO2的結構式：_________________________________________________。
(2)一定條件下，在容積固定的容器中進行上述反應，CO濃度與時間關系如圖所示：
則反應速率v(a)、v(b)、v(c)的大小關系是_________________________________________。
(3)為研究如何提高該轉化過程的反應速率，某課題組進行了以下實驗探究。
[資料查閱]
A．不同的催化劑對同一反應的催化效率不同；
B．使用等質量的同種催化劑時，催化劑的比表面積對催化效率有影響。
[實驗設計]
課題組為探究某些外界條件對汽車尾氣轉化反應速率影響規律，設計了以下對比實驗：
實驗編號 實驗目的 T/℃ NO初始濃度/(mol·L－1) CO初始濃度/(mol·L－1) 同種催化劑的比表面積/(m2·g－1) c(CO)不變時所用的時間/min
Ⅰ 參照實驗 280 6.50×10－3 4.00×10－3 80 t
Ⅱ 280 6.50×10－3 4.00×10－3 120 0.5t
Ⅲ 360 6.50×10－3 4.00×10－3 80 0.2t
[結論]
①實驗編號Ⅱ的實驗目的為_____________________________________________________。
②課題中探究外界條件對汽車尾氣轉化反應速率影響的另一因素是________，且__________反應速率將__________(填“增大”“減小”或“無影響”)。
例4　電池是人類生產和生活中重要的能量來源，電池的發明是化學對人類的一項重大貢獻。
(1)依據NaOH與HCl的反應原理設計原電池，你認為是否可行？__________(填“是”或“否”)，理由是____________________________________________________________。
(2)一種以肼(N2H4)為液體燃料的電池裝置如圖所示。該電池用空氣中的氧氣作氧化劑，KOH作電解質。負極反應式為________________________________________________________，正極反應式為__________________________________________________________________。
(3)Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。請回答下列問題：
①電池的負極材料為______________。
②電池正極發生的電極反應為_____________________________________________________。專題知識體系構建與核心素養提升
1．變化觀念與平衡思想
通過本專題的學習，讓學生知道化學反應過程中不但有物質變化，而且伴隨著能量變化，能量變化也可以是多樣的，化學反應速率受溫度、反應物濃度、催化劑等外界條件的影響，增強化學反應是動態變化的觀念。通過原電池原理和可逆反應的學習，讓學生建立起平衡的思維模型，知道原電池中正負極得失電子守恒；對一定條件下的可逆反應，當v正＝v逆時，反應達到平衡，此時反應體系中各組分濃度保持不變，增強平衡思想的培養。
例1　在1×105Pa和298 K時，將1 mol氣態AB分子解離成氣態A原子和B原子所需要的能量稱為鍵能(kJ·mol－1)。下面是一些共價鍵的鍵能(已知N2分子中有一個N≡N鍵，氨分子中有三個相同的N—H鍵)：
共價鍵 H—H N≡N N—H
鍵能/(kJ·mol－1) 436 945 391
(1)根據上表中的數據判斷工業合成氨的反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)是________(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)在298 K時，取1 mol氮氣和3 mol氫氣放入一密閉容器中，在催化劑存在下進行反應。理論上(假設完全反應生成2 mol NH3)放出或吸收的熱量為Q1，則Q1的數值為________ kJ。
(3)實際生產中，放出或吸收的熱量為Q2，Q1與Q2比較，正確的是________(填字母)。
A．Q1>Q2
B．Q1C．Q1＝Q2
你作出此選擇的原因是_________________________________________________________。
答案　(1)放熱　(2)93
(3)A　該反應為可逆反應，在密閉容器中反應達到平衡時，1 mol N2和3 mol H2不能完全反應生成2 mol NH3，因而放出的熱量小于93 kJ
解析　(1)化學反應的實質就是反應物中化學鍵斷裂、生成物中化學鍵形成的過程，斷裂化學鍵吸收能量，形成化學鍵放出能量。N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反應中斷裂化學鍵共吸收的能量為945 kJ＋3×436 kJ＝2 253 kJ，形成化學鍵共放出的能量為2×3×391 kJ＝2 346 kJ，所以該反應為放熱反應。(2)理論上放出的熱量為2 346 kJ－2 253 kJ＝93 kJ。
例2　利用NO2平衡混合氣體遇熱顏色加深、遇冷顏色變淺來指示放熱過程和吸熱過程。
①按圖所示連接實驗裝置。
②向甲燒杯中加入一定量的CaO固體，此時燒瓶中NO2平衡混合氣體的顏色變深；向乙燒杯中加入NH4NO3晶體，此時燒瓶中NO2平衡混合氣體的顏色變淺。
回答下列問題：
(1)CaO與水反應的化學方程式為__________________________________________________，
該反應為________(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)NH4NO3晶體溶于水時，乙燒杯內溫度________(填“升高”或“降低”)。NH4NO3溶于水________(填“是”或“不是”)吸熱反應。
(3)查閱資料知，NO2平衡混合氣體中存在可逆反應2NO2(g)N2O4(g)，已知NO2為紅棕色，N2O4為無色。結合實驗知，當溫度升高時，平衡________(填“未被破壞”或“被破壞”)，此時反應速率________(填“增大”“減小”或“不變化”)。混合氣體的顏色不變________(填“能”或“不能”)證明反應已達到平衡狀態。
答案　(1)CaO＋H2O===Ca(OH)2　放熱　(2)降低　不是　(3)被破壞　增大　能
解析　(1)CaO溶于水時發生的反應CaO＋H2O===Ca(OH)2為放熱反應。(2)NH4NO3晶體溶于水時吸熱，乙燒杯內溫度降低，但不是吸熱反應，因為NH4NO3晶體溶于水無新物質生成，不是化學反應。(3)兩燒杯中的現象說明，改變溫度能使可逆反應2NO2(g)N2O4(g)的平衡被破壞。升高溫度，反應速率增大。當混合氣體顏色不變時，說明NO2的濃度不再變化，能證明反應已達到平衡狀態。
2．科學態度與社會責任
通過本專題的學習，讓學生理解化學反應都伴隨著能量變化，可以將化學能轉化為熱能、電能等。因此可以合理利用傳統能源，大力開發新能源，實現“綠色環保”理念，形成簡約適度、綠色低碳的發展模式。通過對化學反應速率及限度的學習，讓學生理解在工業生產中，可以通過選擇適當條件，加快反應速率，提高產品產率，如控制變量，實現工業生產的最佳產能，降低能耗，減少污染，從而促進社會的可持續發展。
例3　汽車排放的尾氣為大氣污染源之一，目前，可利用以下化學原理處理尾氣：2NO＋2CO2CO2＋N2。
(1)寫出CO2的結構式：__________________________________________________________。
(2)一定條件下，在容積固定的容器中進行上述反應，CO濃度與時間關系如圖所示：
則反應速率v(a)、v(b)、v(c)的大小關系是___________________________________________。
(3)為研究如何提高該轉化過程的反應速率，某課題組進行了以下實驗探究。
[資料查閱]
A．不同的催化劑對同一反應的催化效率不同；
B．使用等質量的同種催化劑時，催化劑的比表面積對催化效率有影響。
[實驗設計]
課題組為探究某些外界條件對汽車尾氣轉化反應速率影響規律，設計了以下對比實驗：
實驗編號 實驗目的 T/℃ NO初始濃度/(mol·L－1) CO初始濃度/(mol·L－1) 同種催化劑的比表面積/(m2·g－1) c(CO)不變時所用的時間/min
Ⅰ 參照實驗 280 6.50×10－3 4.00×10－3 80 t
Ⅱ 280 6.50×10－3 4.00×10－3 120 0.5t
Ⅲ 360 6.50×10－3 4.00×10－3 80 0.2t
[結論]
①實驗編號Ⅱ的實驗目的為______________________________________________________。
②課題中探究外界條件對汽車尾氣轉化反應速率影響的另一因素是__________，且__________反應速率將__________(填“增大”“減小”或“無影響”)。
答案　(1)O==C==O　(2)v(a)＞v(b)＝v(c)
(3)①探究同種催化劑的比表面積對反應速率的影響　②溫度　升高溫度　增大
解析　(1)CO2為直線形分子，其結構式為O==C==O。(2)反應開始時反應物的濃度最大，故反應速率最大，當反應達到平衡時，反應速率保持不變。
例4　電池是人類生產和生活中重要的能量來源，電池的發明是化學對人類的一項重大貢獻。
(1)依據NaOH與HCl的反應原理設計原電池，你認為是否可行？__________(填“是”或“否”)，理由是________________________________________________________________。
(2)一種以肼(N2H4)為液體燃料的電池裝置如圖所示。該電池用空氣中的氧氣作氧化劑，KOH作電解質。負極反應式為_________________________________________________________，
正極反應式為___________________________________________________________________。
(3)Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。請回答下列問題：
①電池的負極材料為____________________。
②電池正極發生的電極反應為____________________________________________________。
答案　(1)否　NaOH與HCl的反應不是氧化還原反應
(2)N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(3)①鋰　②2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
解析　(1)設計成原電池的反應需為氧化還原反應，而NaOH與HCl的反應不是氧化還原反應，故不可行。
(2)燃料電池中，通入燃料的電極通常為負極，通入氧氣的一極為正極，則通入液體燃料肼(N2H4)的一極為負極，負極發生氧化反應，由圖可知負極上有N2生成，電極反應式為N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O；通入氧氣的一極為正極，正極發生還原反應，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
(3)①從電池反應4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑，可以看出，Li由0價升高到＋1價，所以電池的負極材料為鋰。
②SOCl2中的S元素顯＋4價，產物中S為0價，所以一部分SOCl2中的S元素得電子生成S，一部分SOCl2生成SO2，同時氯元素轉化為Cl－，電池正極發生的電極反應為2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。

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