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第六章 化学反应与能量变化
化学反应与热能
【课标要求】
1．了解常见的放热反应和吸热反应
2．掌握化学反应中产生能量变化的原因
3．了解常见的能源形式
【学业要求】
能从物质及能量变化的角度评价燃料的使用价值。
2-2能分析化学变化中能量吸收或释放的原因
【学习目标】
1. 理解并能举例常见的放热反应与吸热反应。
2. 能从反应物与生成物所具有的能量、化学键的断裂与形成两个角度理解化学反应中能量变化的主要原因。并能进行简单的能量变化计算。
3. 通过能量图，能比较反应物与生成物的稳定性。
【教学内容】
放热反应与吸热反应
（1）镁条和稀盐酸的反应
①实验现象：有气泡产生；用温度计测量，温度计示数升高
②化学方程式：Mg+2HCl＝MgCl2+H2↑
③实验结论：该反应产生气体，释放热量
（2）Ba（OH）2·8H2O和氯化铵反应
①实验现象：闻到刺激性气味，烧杯壁发凉，木片与烧杯黏在一起，混合物呈糊状
②化学方程式：Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3↑+10H2O
③实验结论：该反应产生NH3和H2O，吸收热量
1.放热反应与吸热反应的辨析
类型比较 放热反应 吸热反应
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
与化学键强弱的关系 生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断裂时吸收的总能量 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
反应过程示意图
2.常见的放热反应和吸热反应
常见的放热反应：①所有的燃烧反应与缓慢氧化。②所有的酸碱中和反应。
③大多数化合反应。 ④铝热反应（2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe）
⑤金属与酸、水的反应 ⑥少数分解反应（2H2O2 === 2H2O+O2↑）
常见的吸热反应：①大多数分解反应。②某些以C、CO、H2为还原剂还原氧化物的反应
③某些晶体之间的反应（Ba(OH)2·8H2O+NH4Cl=BaCl2+NH3↑+10H2O）
④盐酸与碳酸氢钠的反应。
【注意】关于吸热反应和放热反应的易错点
（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)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
（2）吸热反应和放热反应都是化学变化。NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。
3.化学键与能量变化的关系
4.吸热反应和放热反应的判断方法
（1）根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断——决定因素。
（2）根据化学键断裂或形成时的能量变化判断——用于计算。
（3）根据反应物和生成物的相对稳定性判断。
由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应，反之为吸热反应。
（4）根据反应条件判断。凡是持续加热才能进行的反应一般就是吸热反应。
经验判断法：根据常见的放热反应、吸热反应类型判断。
人类对能源的利用
1．能源使用历史：早期以树枝杂草为主要能源，现代以煤、石油和天然气为主要能源。
2．化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题
（1）储量有限，短期内不可再生。
（2）煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。
3．节能减排的措施
（1）燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。
（2）能量利用阶段提高能源的利用率。
（3）开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等
1 mol特殊物质的共价键数目的确定
在计算1 mol 物质键能总和时，某些特殊物质要准确确定1 mol物质的共价键的数目，不能忽略这些特殊物质的结构。常考的特殊物质有：
①1 mol 金刚石含有2 mol C—C键(同理，1 mol晶体硅中含2 mol Si—Si键)；
②1 mol 石墨中含有1.5 mol C—C键； ③1 mol SiO2中含4 mol Si—O键；
④1 mol P4含有6 mol P—P键；
⑤1 mol S8含有8 mol S—S键。
第6章第一节化学反应与能量（第2课时）
【课标要求】
1.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
2.体会研制新型电池的重要性。
【学业质量水平及学业要求】
能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。
水平3-2：
能定量分析化学反应的热效应，分析化学能与电能相互转化的原理及其在生产和生活中的应用。
水平4-1：
能从宏观与微观、定性与定量等角度对位置变化中的能量角度进行分析和表征。
水平4-2：
能依据化学变化中能量转化的原理，提出利用化学变化实现能量储存和释放的有实用价值的建议
【学习目标】
1．通过实验探究，认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
2．通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3．通过原电池的学习，能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。
【学科核心素养】
宏观辨识与微观探析：能从宏观(能量变化)和微观(电子转移)相结合的视角分析原电池的组成和工作原理
科学探究与创新意识：能根据教材中原电池原理的实验探究方案，完成实验操作，观察物质及其变化的现象，客观地进行记录，对实验现象作出解释。
科学态度与社会责任：通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。主动关心与资源开发等有关的社会热点问题。
【学习过程】
一、化学能转化为电能
1．火力发电
(1)能量转换过程 （2）弊端：《学指》47页
2．化学能直接转化为电能——原电池
(1)①②装置中，哪个发生的反应更快？
(2)②中Zn为 极，电极反应式为 ，反应类型是
Cu为 极，电极反应式为 ，反应类型是
(3)②中SO移向 极
(4)②中的电流和电子流向如何？
电流：正极→导线→负→溶液→正极，电子：负极→导线→正极。
外电路：电子的定向移动 内电路：阴阳离子的定向移动
溶液中无电子通过
原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，负极发生氧化反应，正极发生还原反应
1．原电池的工作原理
正极电势高于负极
【练习】（1）_______是负极，_______是正极；
（2）外电路中电流由______流向________；
（3）Zn片附近c(SO42—)如何变化__________；
（4）现象：Zn________，Cu__________
2.原电池正负极的判断方法（《学指》49页）
3.简单电极反应式的书写
① 负极：M－ ne－=Mn+ ( Fe－2e－===Fe2＋）
②正极：吸引阳离子
注:当电解质溶液为NaCl溶液或海水时,正极为O2反应: O2+2H2O+4e－ = 4OH－
③两极得失电子数相等
④两电极的反应式相加即总反应
【练习】《学指》49页的“应用体验” 50页1
指出下列原电池装置中的正负极材料，并写出正负极电极反应式以及总反应的离子方程式。
①Cu、C、AgNO3原电池 ②Mg、Al、稀盐酸原电池
③Fe、Cu、FeCl3原电池 ④Fe、C、海水原电池
第6章第一节化学反应与能量（第3课时）
【课标要求】
1.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
2.体会研制新型电池的重要性。
【学业质量水平及学业要求】
能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。
水平3-2：
能定量分析化学反应的热效应，分析化学能与电能相互转化的原理及其在生产和生活中的应用。
水平4-1：
能从宏观与微观、定性与定量等角度对化学变化中的能量转化进行分析和表征。
水平4-2：
能依据化学变化中能量转化的原理，提出利用化学变化实现能量储存和释放的有实用价值的建议
【学习目标】
1．通过实验探究，认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
2．通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3．通过原电池的学习，能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。
【学科核心素养】
宏观辨识与微观探析：能从宏观(能量变化)和微观(电子转移)相结合的视角分析原电池的组成和工作原理
科学探究与创新意识：能根据教材中原电池原理的实验探究方案，完成实验操作，观察物质及其变化的现象，客观地进行记录，对实验现象作出解释。
科学态度与社会责任：通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。主动关心与资源开发等有关的社会热点问题。
【学习新知】
《学指》50页的第3题
一、形成原电池的条件
(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)两电极均插入电解质溶液中；
(3)电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。
(4)有一个能自发进行的氧化还原反应。
注意：(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，两极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。
(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
二、原电池原理的应用 《学指》50页右侧的“归纳 点拨”
1．加快反应速率：如实验室制H2用粗锌与酸反应。
(1)Zn与足量的稀硫酸反应生成氢气的图像如下，
请画出加少量CuSO4溶液后的图像。
(2)足量Zn与稀硫酸反应生成氢气的图像如下，
请画出加少量CuSO4溶液后的图像。
2．比较金属的活泼性：原电池中一般负极金属比正极金属活泼。
【例】常温下，将除去表面氧化膜的、片插入浓中组成原电池(如图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。下列说法正确的是
A．时，原电池的负极是片
B．时，正极的电极反应式为：
C．时刻后，正极上每得到电子，负极质量减少
D．时刻后，溶液中向铜片附近移动，向铝片附近移动
特殊原电池
①Mg、Al、NaOH原电池 ②Fe、Cu、浓硝酸原电池
正极_______：____________________________ 正极_______：____________________________
负极_______：____________________________ 负极_______：___________________________
总反应：_________________________________ 总反应：_________________________________
3．设计原电池
(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；正极材料一般活泼性比负极的弱，也可以是能导电的非金属。
②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。
4.保护金属设备
将被保护的金属与比其活泼的金属连接。
三、常见化学电源
1．锌锰干电池
原理：锌锰干电池属于一次电池，放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。
2．充电电池
(1)充电电池属于二次电池。充电电池中能量的转化关系是化学能电能。
(2)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
已知铅酸蓄电池的原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，该铅酸蓄电池的负极材料是Pb，发生反应的类型为氧化反应，电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4 转移1mol电子时，增重48g 正极材料是PbO2电极反应式为:PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，转移1mol电子时，增重32g
3．燃料电池
(1)燃料电池
一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。
(2)特点（4点）
（3）重要的燃料电池
燃料电池车是北京冬奥会期间的交通服务用车，酸性氢氧燃料电池的构造如图所示。
①若该电池中的电解质溶液是稀硫酸溶液，则a电极上发生反应的电极反应式为_______
②b电极是该电池的_______极(填“正”或“负”)，从氧化还原反应的角度分析，该电极发生的反应属于_______反应。
③当转移0.2mol电子时，需要消耗标况下的氢气体积是_______L。
H2 + 2e－ = 2H+ 正 还原 2.24
氢氧燃料电池
酸性 负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O
总反应式2H2＋O2===2H2O
碱性 负极反应式2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式2H2＋O2===2H2O
CH4燃料电池
酸性 负极CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 正极 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
总反应式 CH4＋2O2===CO2＋2H2O
碱性 负极 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 正极2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
总反应式CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
CH3OH燃料电池
酸性 负极：CH3OH－6e－＋H2O=== CO2↑＋6H＋ 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2↑＋4H2O
碱性 负极：CH3OH－6e－＋8OH－=== CO＋6H2O 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
1.如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下。卡片上描述合理的是(　　)
实验后的记录：①Zn为正极，Cu为负极　②H＋向负极移动　③电子流动方向为由Zn经外电路流向Cu　④Cu极上有H2产生　⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H2的物质的量为0.5 mol　⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④
2.有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病患者的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。请讨论解答：
(1)负极材料是________，电极反应式为___________________
(2)正极材料是________，电极反应式为__________________
[答案]　(1)锌　2Zn－4e－===2Zn2＋　(2)铂　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
3．人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。请根据题中提供的信息，填写空格。
(1)碱性水溶液条件下纽扣式银锌电池的总反应为：Zn+Ag2O=2Ag+ZnO，则其正极电极反应式为：__________。
(2)FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生反应2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为___________，电解质溶液为___________，反应中Cl-移向___________(填“负极”或“正极”)，FeCl3溶液发生___________反应(填“氧化”或“还原”)。当线路中转移0.2mol电子时，参与反应的铜的质量为___________g．
(3)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图为乙烷燃料电池原理示意图。
①乙烷通入的一极为电源的___________极，该电极反应式：___________。
②有0.05molC2H6参与反应时，消耗的氧气体积在标准状况下为___________L。
【答案】(1)Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-(2) Cu FeCl3 负极 还原 6.4
(3) 负极 C2H6 14e +18OH =2CO+12H2O 3.92
4.用CH4和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图
①则电极d是_______(填“正极”或“负极”)，电极c的电极反应式为_______；
②若线路中转移2mol电子，则该燃料电池理论上消耗的O2在标准状况下的体积为_______L。
正极 CH4-8e- +2H2O=CO2 +8H+ 11.2

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