化学反应与能量变化单元教学设计优秀教案.docx

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化学反应与能量变化单元教学设计优秀教案

第二章第1讲化学反应中的能量变化

一、化学反应的焓变

1、学反应中的能量变化

（1）化学反应中的两大变化：

变化和变化。

（2）化学反应中的两大守恒：

守恒和守恒。

（3）化学反应中的能量变化形式：

、光能、电能等。

通常主要表现为的变化。

2、焓变反应热

（1）定义：

在条件下进行的反应的。

（2）符号：

。

（3）单位：

或。

（4）产生原因

3、放热和吸热反应

例1、下列说法正确的是（）

A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

B.任何放热反应在常温条件下一定能发生

C.反应物和生成物所具有的总能量的相对大小决定了反应是放热还是吸热

D.吸热反应在一定条件下（如常温、加热等）也能发生

4、中和热和燃烧热

特别提醒：

完全燃烧时稳定的燃烧产物必须是稳定的氧化物。

如：

氮元素转化为N2（g）,氢元素转化为H2O（l）,碳元素转化为CO2（g）,硫元素转化为SO2（g）。

例2、已知反应：

①101kPa时，2C（s）+O2（g）==2CO（g）ΔH=-221kJ/mol

②稀溶液中，H+（aq）+OH-（aq）==H2O（l）ΔH=-57.3kJ/mol下列结论正确的是（）

A.碳的燃烧热大于110.5kJ/molB.①的反应热为221kJ/mol

C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为-57.3kJ/mol

D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水时，放出57.3kJ热量

5、中和热的测定

巩固练习：

已知H+（aq）+OH-（aq）==H2O（l）ΔH=-57.3kJ/mol，下列反应热ΔH=-57.3kJ/mol的是（）

A.H2SO4（aq）+2NaOH（aq）==Na2SO4（aq）+2H2O（l）

B.H2SO4（aq）+Ba（OH）2（aq）==BaSO4（s）+2H2O（l）

C.HCl（aq）+NH3·H2O（aq）==NH4Cl（aq）+H2O（l）

D.CH3COOH（aq）+NH3·H2O（aq）==CH3COONH4（aq）+H2O（l）

E.HF（aq）+NaOH（aq）==NaF（aq）+H2O（l）

F.稀HCl与稀Ba（OH）2生成1mol水的反应热

G.稀NaOH与95%浓硫酸生成1mol水的反应热

二、热化学方程式

1、概念：

表示参与化学反应的物质的和的关系的化学方程式。

2、意义：

表明了化学反应中的变化和变化。

如：

2H2（g）+O2（g）==2H2O（l）ΔH=-571.6kJ/mol

表示：

。

3、书写：

（1）注明反应条件：

反应热与测定条件（温度、压强等）有关。

绝大多数反应是在25℃、101kPa下进行的，可不注明。

（2）注明物质状态：

常用、、、分别表示固体、液体、气体、溶液。

（3）注意符号单位：

ΔH应包括“+”或“-”、数字和单位（kJ/mol）。

（4）注意守恒关系：

①原子守恒和得失电子守恒；②能量守恒。

（ΔH与化学计量数相对应）

（5）注意特殊反应：

①表示中和热的热化学方程式中，产物H2O的系数必为1。

②表示燃烧热的热化学方程式中，可燃物的系数必为1且燃烧产物应为稳定的氧化物。

（6）区别普通方程式：

一般不注“↑”、“↓”以及“点燃”、“加热”等。

特别提醒：

ΔH表示反应已完成的热量变化，与反应是否可逆无关。

如：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）ΔH=-92.4kJ/mol。

表示1mol氮气和3mol氢气完全反应生成2mol氨气时放出92.4kJ的热量。

但实际上1molN2（g）和3molH2（g）充分反应，不可能生成2molNH3（g）,故实际反应放出的热量肯定小于92.4kJ。

4、判断：

判断热化学方程式的正误主要是“四看”：

“一看”：

化学原理是否正确，如燃烧热和中和热的热化学方程式是否符合燃烧热和中和热的概念。

“二看”：

状态是否标明。

“三看”：

反应热ΔH的符号是否正确。

“四看”：

反应热的数值与化学计量数是否对应。

例1、下列说法错误的是（）

A.热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数只代表物质的量

B.热化学方程式未注明温度和压强时，ΔH表示标准状况下的数据

C.同一化学反应，化学计量数不同，ΔH值不同，化学计量数相同而状态不同，ΔH

值也不相同

D.化学反应过程所吸收或放出的热量与参加反应的物质的物质的量成正比

例2、下列有关热化学方程式及其叙述正确的是（）

A.氢气的燃烧热为285.5kJ/mol,则水分解的热化学方程式为：

2H2O（l）==2H2（g）+O2（g）ΔH=+285.5kJ/mol

B.已知2C（石墨，s）+O2（g）==2CO（g）ΔH=-221kJ/mol，则石墨的燃烧热为

110.5kJ/mol

C.已知N2（g）+3H2（g）==2NH3（g）ΔH=-92.4kJ/mol，则在一定条件下将1molN2

和3molH2置于一密闭容器中充分反应后，最多可放出92.4kJ的热量

D.已知乙醇和乙烯的燃烧热分别为1366.8kJ/mol和1411.0kJ/mol,则乙烯水化制乙醇

的热化学方程式为：

C2H4（g）+H2O（l）==C2H5OH（l）ΔH=-44.2kJ/mol

三、盖斯定律

1、内容：

不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是的。

即：

化学反应的反应热只与反应体系的有关，而与无关。

2、意义：

间接计算某些反应的反应热。

例3、运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义。

巩固练习：

1、甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是

①CH3OH（g）+H2O（g）==CO2（g）+3H2（g）ΔH=+49.0kJ/mol

②CH3OH（g）+

O2（g）==CO2（g）+2H2（g）ΔH=-192.9kJ/mol

下列说法正确的是（）

A.CH3OH的燃烧热为192.9kJ/mol

B.反应①中的能量变化如右图所示

C.CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量

D.根据②推知反应CH3OH（l）+

O2（g）==

CO2（g）+2H2（g）的ΔH>-192.9kJ/mol

2、在同温同压下，下列各组热化学方程式中Q2>Q1的是（）

A.2H2（g）+O2（g）==2H2O（g）ΔH=-Q1

2H2（g）+O2（g）==2H2O（l）ΔH=-Q2

B.S（g）+O2（g）==SO2（g）ΔH=-Q1

S（s）+O2（g）==SO2（g）ΔH=-Q2

C.C（s）+

O2（g）==CO（g）ΔH=-Q1

C（s）+O2（g）==CO2（g）ΔH=-Q2

D.H2（g）+Cl2（g）==2HCl（g）ΔH=-Q1

H2（g）+

Cl2（g）==HCl（g）ΔH=-Q2

3、

（1）肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。

已知在101kPa时，32.0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25℃时），N2H4完全燃烧反应的热化学方程式是。

（2）水的电离方程式：

H2O+H2O

H3O++OH-，若液态肼能够按照类似方式电离，请写出电离方程式：

。

（3）若肼和强氧化剂液态H2O2反应，产生大量N2和水蒸气放出大量热，已知在此条件下0.4mol肼与足量H2O2（l）反应放出256kJ的热量，则该反应的热化学方程式为；若H2O（l）==H2O（g）ΔH=+44kJ/mol，则16g液态肼与足量的液态H2O2反应生成液态水时放出的热量是kJ。

第2讲原电池化学电源

一、原电池

1、概念把转化为的装置。

2、构成条件

（1）能自发地发生反应。

（2）电解质溶液（构成电路或参加反应）。

（3）由还原剂和导体构成极系统，由氧化剂和导体构成极系统。

（4）形成（两电极接触或用导线连接）。

3、原电池工作原理

以稀H2SO4作为电解质溶液的Cu—Zn原电池为例：

（1）电极：

为负极，为正极

（2）电极反应：

Zn为负极：

发生反应：

；

Cu为正极，发生反应：

。

（3）电子和电流方向：

电子从流出经流入；电流从流出经外电路流入。

（4）离子的迁移方向

电解质溶液中，阴离子向迁移，阳离子向迁移。

原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：

例1、在如图所示的锌铜原电池中：

Zn为极，Cu为极；负极上发生反应，电极反应

式为，正极上发生反应，

电极反应式为；电子流出的极是极，电子流入的极是_______极；电流方向。

盐桥中的盐溶液是溶液，其作用为。

盐桥中的会移向ZnSO4溶液，移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性。

该原电池工作一段时间后，两电极的质量将会。

4、原电池正、负极的判断与电极反应式的书写

（1）正、负极的判断

特别提醒:

①原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应，如果给出一个方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断。

发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。

②判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：

a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。

（2）电极反应式的书写

①一般电极反应式的书写

列物质标得失：

按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。

看环境配守恒：

电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的

H+应让其结合OH-生成水。

电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、电子守恒等加以配平。

两式加验总式：

两电极反应式相加，与总反应离子方程式对照验证。

②复杂电极反应式的书写：

例2、

（1）将Al片和Cu片用导线相连，插入稀H2SO4中组成原电池，写出电极名称及电极反应式：

Al片（），Cu片（）。

（2）若将Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO3中能否组成原电池？

（填“能”或“不能”），若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式：

Al片（），Cu片（）。

5、原电池原理的应用

（1）加快氧化还原反应的速率

一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。

例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

（2）比较金属活动性强弱

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

（3）用于金属的防护

使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。

例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

（4）设计原电池

设计原电池时，首先要根据所提供的氧化还原反应的特点进行设计。

原电池的设计还要紧扣原电池的三个条件。

具体方法是：

①首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；

②根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料（负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属或石墨）及电解质溶液；

③按要求画出原电池装置图。

例1、X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池。

X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。

据此判断四种金属的活动性顺序是（）

A.X＞Z＞W＞YB.Z＞X＞Y＞W

C.X＞Y＞Z＞WD.Y＞W＞Z＞X

例2、铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_______________________。

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应________，负极反应_______。

二、化学电源

1、一次电池：

如碱性锌锰电池，电解质溶液为KOH溶液中：

负极：

正极：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO（OH）＋2OH－

电池反应的总反应式为：

.

2、二次电池（可充电，可多次重复使用）

如铅蓄电池：

H2SO4作电解质溶液

（1）放电时：

负极：

；

正极：

；

总反应：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O

（2）充电反应为电解过程，是放电反应的逆过程

阴极：

；

阳极：

；

总反应：

2PbSO4＋2H2O

Pb＋PbO2＋2H2SO4

3、燃料电池

（1）氢氧燃料电池

①用酸性电解质时：

负极：

；

正极：

；

总反应：

2H2＋O2===2H2O

②用NaOH等碱性溶液时：

负极：

；

正极：

；

总反应：

2H2＋O2===2H2O

（2）CH4燃料电池：

电解质为KOH

负极：

；

正极：

；

总反应：

；

特别提醒：

（1）燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。

（2）燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料（如H2、CH4、CH3OH等），在正极上参与反应的是空气或氧气，电解质溶液一般是KOH溶液。

（3）书写电极反应方程式时：

酸性条件下可用H＋和H2O配平；碱性条件可用OH－和H2O配平。

例3、下列说法不正确的是（）

A．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加

B．常温下，反应

不能自发进行，则该反应的

C．一定条件下，使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率

D．相同条件下，溶液中

、

、

的氧化性依次减弱

例4、有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。

电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（　　）

①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole－

②负极上CH4失去电子，电极反应式：

CH4＋10OH－－8e－==CO32-＋7H2O

③负极上是O2获得电子，电极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

④电池放电后，溶液pH不断升高　　　　　

A．①②B．①③C．①④D．③④

例5、镁/H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质（加入一定量酸），下列说法不正确的（）

A.此燃料电池的总反应为：

Mg+H2O2==Mg（OH）2

B.正极发生的电极反应为：

H2O2+2H++2e-==2H2O

C.工作时，正极周围海水的pH增大

D.电池工作时，溶液中的H+向正极移动

巩固练习：

1、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。

下列对该燃料电池说法正确的是（）

A.在熔融电解质中，O2-由负极移向正极

B.电池的总反应是：

2C4H10+13O2==8CO2+10H2O

C.通入空气的一极是正极，电极反应为：

O2+4e-==2O2-

D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：

C4H10+26e-+13O2-==4CO2↑+5H2O

2、Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：

2Li++FeS+2e-＝Li2S+Fe有关该电池的下列中，正确的是（）

A.Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价

B.该电池的电池反应式为：

2Li+FeS＝Li2S+Fe

C.负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+

D.充电时，阴极发生的电极反应式为：

3、某固体酸燃料电池以Ca（HSO4）2固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：

2H2＋O2＝2H2O，下列有关说法正确的是

A.电子通过外电路从b极流向a极

B.b极上的电极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

C.每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2

D.H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

4、右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。

下列说法正确的是

A．该系统中只存在3种形式的能量转化

B．装置Y中负极的电极反应式为：

C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生

D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化

第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护

一、电解池

1、电解原理：

使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在引起的过程。

2、电解池（也叫电解槽）：

把转变为的装置。

3、电解池的组成和工作原理（电解CuCl2溶液）

例1、如图为以惰性电极进行电解：

（1）写出A、B、C、D各电极上的电极方程式：

A.，

B.，

C.，

D.。

（2）在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为。

4、电解时电极产物的判断

例2、如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出。

符合这一情况的是附表中的（）

例3、某研究性小组进行电化学实验，研究装置如图。

有关说法不正确的是（）

A.镁为负极

B.原电池中碳极的电极反应式为Fe3++e-==Fe2+

C.电解池中阳极处先变红

D.电解池中阴极的电极反应式为2H++2e-==H2↑

5、电解池中电极反应式的书写

（1）根据装置书写

①根据电源确定阴、阳两极→确定阳极是否是活性金属电极→根据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。

②在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下，将两极电极反应式合并即得总反应式。

（2）由氧化还原反应方程式书写电极反应式

①找出发生氧化反应和还原反应的物质→两极名称和反应物→利用得失电子守恒分别写出两极反应式。

②若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式。

特别提醒：

可充电电池放电时作原电池，充电时作电解池，两池的电极反应式正好相反，即电解池的阴极反应式对应于原电池的负极反应的逆反应式，电解池的阳极反应式对应于原电池正极反应的逆反应式，但电解池反应与原电池反应并不是相应的可逆反应。

例4、电镀等工业废水中常含有剧毒、致癌的Cr2O72-。

该废水处理的一种方法是：

利用还原剂把Cr2O72-还原成毒性较低的Cr3+，再加碱生成沉淀。

另一种方法是：

向废水中加入适当的NaCl，用Fe作电极进行电解。

下列说法错误的是（）

A.电解时，阳极反应为：

Fe-2e-==Fe2+

B.电解过程中阴极能产生氢气

C.电解法中，转化Cr2O72-的离子方程式为：

Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O

D.电解过程中，阳极附近生成Fe（OH）3和Cr（OH）3沉淀

巩固练习：

1、对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。

（1）以下为铝材表面处理的一种方法：

①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是______（用

离子方程式表示）。

为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中

的______。

a．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO3

②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为____。

取少量废电解液，加入NaHCO3，溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是_____。

（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是______。

（3）利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。

若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于______处。

若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_______。

6、电解类型及有关计算

（1）以惰性电极电解电解质溶液的类型

（2）电解池中有关量的计算或判断

电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面：

根据直流电源提供的电量求产物的量（析出固体的质量、产生气体的体积等）、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。

解题依据是得失电子守恒，

例1、

（1）用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液（不考虑电解过程中溶液体积的变化），通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为mol。

（2）如果向所得的溶液中加入0.1molCu（OH）2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为mol。

（3）如果向所得的溶液中加入0.1molCu2（OH）2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑CO2的溶解），电解过程中转移的电子为mol。

例2、如图a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解（电解液足量）。

下列说法正确的是（）

A.甲中a的电极反应式为:

4OH--4e-==O2↑+2H2O

B.电解时向乙中滴入酚酞溶液，c电极附近变红

C.向乙中加入适量盐酸，溶液组成可以恢复

D.当b极有64gCu析出时，c电极产生2g气体

二、电解原理的应用

1、电解饱和食盐水

①电极反应

阳极反应式：

（反应）

阴极反应式：

（反应）

②总反应方程式：

离子反应方程式:

③应用：

氯碱工业制、和。

2、电镀铜

（1）两极材料：

待镀金属极，镀层金属作极。

（2）电极反应：

阳极：

；阴极：

。

（3）电解质溶液：

溶液。

3、电解精炼铜

（1）两极材料：

精铜作极，粗铜作极。

（2）电极反应：

阳极：

；

阴极：

。

（3）电解质溶液：

溶液。

特别提醒：

粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性位于铜之前的金属杂质，如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子，但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不能在阴极析出，而只能以离子的形式留在电解液里；金属活动性位于铜之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥。

4、电解冶炼金属（如电解熔融NaCl）

（1）电极反应：

阳极：

；阴极：

。

（2）总反应方程式：

。

（3）应用：

冶炼等活泼金属。

例3、关于下列各图的说法（其中①③④中均为惰性电极）正确的是（）

A.①装置中阴极产生的气