專題6化學反應與能量變化

第一單元化學反應速率與反應限度.............................................1

第1課時化學反應速率及影響因素.......................................1

第2課時化學反應的限度................................................5

微專題1化學反應速率和反應限度圖像題分析..............................9

第二單元化學反應中的熱...................................................10

第三單元化學能與電能的轉化................................................16

第1課時化學能轉化為電能.............................................16

第2課時化學電源.....................................................20

第一單元化學反應速率與反應限度

第1課時化學反應速率及影響因素

基礎知識

一、化學反應速率

1.化學反應速率及其表示方法

(1)概念：化學反應速率是用來衡量化學反應過程進行快慢程度的物理量。

(2)表示方法：可用單位時間內反應物濃度的減少或者生成物濃度的增加(均取正值)來

表示。

(3)計算：表達式為/=*或J=J

式中：Ac為濃度的變化量，一般以mol?為單位；

△t為時間，一般以s或min為單位。

(4)常用單位：mol‘?s’或mol?「?min-。

2.規(guī)律

對于同一反應，用不同的物質來表示反應速率，其比值一定等于化學方程式中相應的化

學計量數之比。

如對于反應：/zzA(g)+〃B(g)區(qū)(g)+(7D(g),r(A)：v(B)：r(C)：K(D)=

m：n：p；q。

微點撥：(1)一個確定的化學反應涉及反應物、生成物等多種物質，因而定量表示一個

化學反應的反應速率時，必須指明是用哪一種反應物或哪一種生成物來表示。

(2)無論是用某一反應物表示還是用某一生成物表示，其化學反應速率都取正值，而且

是某一段時間內的平均速率，不是某一時刻的瞬時速率。

(3)在一定溫度下，對于固體和純液體物質來說，其單位體積里的物質的量不會改變,

即它們的物質的量濃度為常數，故一般不用固體或純液體物質來表示反應速率。

思考在體積為100mL的溶液中，發(fā)生下列反應:

+-2+

16H+2Mn07+10Br=2Mn+5Br2+8H20?已知，反應開始時，B1的物質的量為0.01

mol；經過10s后，Br-的物質的量變?yōu)?.002mol。假設反應過程中溶液的體積保持不變，

則在這10s內，Br-消耗的平均速率是多少？

［提示］△c(Br-)=An(Br~)/r=(0.01mol—0.002mol)/0.1L=0.08mol/L，v

Ac

-^=0.08mol/,L'4-10s=0.008mol/,L1,s-l1,

二、影響化學反應速率的因素

1.［基礎實驗］化學反應速率的影響因素

實驗1.催化劑對化學反應速率的影響

,MnOj

『未

實驗操作

也H2O2HH2O2

方溶液爐而液

①②

實驗現象①有少量氣泡出現②產生大量氣泡

實驗結論MnOz可以使H2O2分解的速率加快

微點撥：催化劑有正、負之分，正催化劑能加快反應速率，負催化劑減慢反應速率，不

特別指明的條件下，均指正催化劑。催化劑只對某一特定反應具有催化作用，即有專一性。

實驗2.溫度對化學反應速率的影響

<①一?A

\慰/A常溫翦\/用/［橢熱

實驗操作

試管中均為5mL12%的KO2溶液

實驗現象①產生氣泡速率較慢②產生氣泡速率較快

其他條件相同時，用水浴加熱，化學反應速率增大，常溫，化學反應速

實驗結論

率減小

實驗3.濃度對化學反應速率的影響

手LF溶e液Cb『LFeC液h

實驗操作

y5mL4%的y51nLi2%的

圖片。2溶液目H2O2溶液

①②

實驗現象①產生氣泡速率較慢②產生氣泡速率較快

其他條件相同時，增大濃度，化學反應速率增大,減小濃度，化學反應

實驗結論

速率減小

實驗4.反應物狀態(tài)對化學反應速率的影響

取兩支試管，向其中一支加入約5g塊狀大理石，另一支加入約5g

實驗操作粉末狀大理石，再各加入5mL4mol?L"'鹽酸，觀察并記錄實驗現

象

塊狀大理石與鹽酸反應的速率較慢，粉末狀大理石與鹽酸反應的速率

現象與結論

快，說明增大反應物的接觸面積，能增大反應速率

微點撥：影響化學反應速率的因素除溫度、催化劑和反應物濃度外，還有反應物的狀態(tài)、

固體的表面積等許多因素。

2.控制變量法

受多因素影響的問題每次只改變其中的一個因素，而控制其余幾個因素不變，研究被改

變的因素對事物發(fā)展的影響。這樣，就將多因素問題拆解為多個單因素問題分別開展研究，

化繁為簡，再進行綜合分析，最后得出結論。這種方法稱為控制變量法。

重難點1：化學反應速率的計算與比較(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識與微觀探析)

［:情境探究］

化學反應在我們的生活、生產、科研中無處不在。

溶洞的形成火箭發(fā)射汽油的燃燒鐵制品生銹

［問題1］觀察上面圖片，說說哪些圖片表示的過程中化學反應較快？哪些表示的化學

反應較慢？

［提示］火箭發(fā)射、汽油的燃燒過程中化學反應較快；溶洞的形成、鐵制品生銹過程中

化學反應較慢。

［問題2］探究在同一化學反應中，用不同物質表示該反應的速率時，各數據之間有什

么關系？

［提示］在同一化學反應中，用不同物質的濃度變化表示的化學反應速率之比等于該

化學方程式中相應物質的化學計量數之比，這是有關化學反應速率的計算或換算的依據。

［核心突破］

1.化學反應速率的計算方法

⑴根據r(A)=———jz..’i+算。

(2)根據同一化學反應不同物質的速率之比等于化學方程式中相應的化學計量數之比計

算。

2.反應速率大小比較的兩種方法

同一化學反應速率用不同物質表示時數值可能不同，比較化學反應速率的快慢不能只看

數值大小，還要進行一定的轉化：

(1)換算成同一物質、同一單位表示，再比較數值大小。

(2)比較化學反應速率與化學計量數的比值。如反應加一人,要比較MA)與r(B)

VVVV

的相對大小，即比較------與的相對大小，若-----＞「-，則用MA)表示的反

abab

應速率比用r(B)表示的反應速率大。

重難點2：探究影響化學反應速率的因素(素養(yǎng)養(yǎng)成——證據推理與模型認知)

［情境探究］

在一密閉容器中充入1mollb和1mol12,壓強為o(Pa),并在一定溫度下使其發(fā)生反

應：H2(g)+L(g)一2Hl(g)。該密閉容器有一個可移動的活塞(如圖)。

可移動

的活塞

［問題1］向下壓縮活塞，容器內氣體壓強如何變化？氣體濃度如何變化？反應速率如

何變化？

［提示］向下壓縮活塞，氣體壓強增大，氣體濃度增大，化學反應速率加快。

［問題2］保持容器的容積不變，向其中充入氨氣(He),反應速率如何變化？

［提示］充入氧氣，盡管壓強增大，但反應物濃度不變，反應速率不變。

［問題3］保持容器內氣體壓強不變，向其中充入氮氣(He),反應速率如何變化？

［提示］充入氮氣，盡管壓強不變，但容器的體積增大，反應物濃度減小，反應速率減

小。

［核心突破］

1.濃度對反應速率影響的理解

(1)固體或純液體的濃度為常數，所以增加其用量時，化學反應速率不變。

(2)增大固體的表面積或將固體溶于一定溶劑，能增大化學反應速率。

2.壓強對反應速率影響的理解

壓強對反應速率的影響，是通過改變氣體的濃度來實現的，故一般意義上的增大壓強是

指壓縮氣體的體積。

(1)對無氣體參加的化學反應，改變壓強時，化學反應速率基本不變。如MgO+

2IICl=MgCl2+II20?

(2)對有氣體參加的化學反應，壓強對化學反應速率的影響可簡化理解為

』(物質濃度改變f反應速率改變

壓強改變f'［物質濃度不變一反應速率不變

引起引起

①恒溫時：增大壓強一?體積縮小一?反應速率增大。

②氣體反應體系中充入惰性氣體(不參與反應)時對反應速率的影響：

恒容：充入惰性氣體一總壓增大一反應物濃度不變一反應速率不變。

恒壓：充入惰性氣體一體積增大一反應物濃度減小一反應速率減小。

第2課時化學反應的限度

基礎知識

一、化學反應的限度

1.可逆反應

⑴概念：在同一條件下，既能向正反應方向進行,又能向逆反應方向進行的化學反應。

(2)特征：反應不能進行到底,或者在一定條件下反應物與生成物同時存在。在書寫化

學方程式時，可逆反應用符號“一”表示。

思考常溫下，在0.1mol?醋酸水溶液中，大約只有1%的醋酸分子電離成H

和CH￡0(T,絕大多數仍以CH￡OOH的形式存在，所以醋酸是一種弱酸。請用電離方程式表

示上述過程，并用文字解釋其特征。

［提示］CH￡OOH—CH￡O(T+H+。該過程是一個可逆過程。

2.(1)實驗驗證：已知KSCN溶液遇Fe?+變?yōu)榧t色，該反應可以用于溶液中Fe"的檢驗。

3+2+

常溫下FeCh溶液和KI溶液能發(fā)生反應：2Fe+2r=2Fe+I2o

實驗步驟實驗現象實驗結論

向5磯0.1mol/LKI溶液中加

入1mL0.1mol/LFeCk溶液并溶液由無色變成黃褐色有碘單質生成

振蕩

向充分反應后的溶液中加入2mL液體分層，下層呈淺綠色,上層Fe?+被還原成Q,1

苯，振蕩后靜置呈紫紅色一被氧化成R

取下層溶液，滴加KSCN溶液溶液呈紐色下層溶液中含有吧

(2)反應實質：由實驗可知，反應物Fe'+(「過量條件下)不能完全轉化為生成物下。+),

即Fe，+與「發(fā)生的反應是有一定限度的：Fe，+與「發(fā)生反應的離子方程式為2尸產+21

思考

把1molN?和3mol比充入密閉容器中充分反應，最終可以生成2molNH：

嗎？

［提示］不能；因為該反應為可逆反應，反應不能進行到底，故不能生成2molN電。

二、化學平衡狀態(tài)

1.化學平衡的建立

對于可逆反應2Fe'++2I-—2Fe?++l2,其化學反應速率與時間的關系如圖所示。

①反應開始時，正反應速率最大,原因是反應物濃度最大;逆反應速率為。，原因是生

成物濃度為0;

②反應進行中，正反應速率的變化是逐漸減小,原因是反應物濃度逐漸減小;逆反應

速率的變化是逐漸增大,原因是生成物濃度逐漸增大;

③反應一段時間(G后，正反應速率和逆反應速率的關系是大小相等,反應物的濃度

不再改變,生成物的濃度不再改變。

思考

微在一定條件下，在固定體積的密閉容器中加入一定物質的量的so”和02

氣體，兩者發(fā)生反應生成S03氣體。請描述從反應開始至平衡狀態(tài)時各物質濃度的變化和正、

逆反應速率的變化。

［提示］反應開始時，S02和6氣體濃度最大，正反應速率最大；S03氣體濃度為0,逆

反應速率為0。反應進行中，SOz和氣體濃度逐漸減小，正反應速率逐漸減??；S0：、氣體濃

度逐漸增大，逆反應速率逐漸增大。反應一段時間后，正反應速率和逆反應速率大小相等，

各物質濃度不再改變。

2.化學平衡狀態(tài)

(1)化學平衡狀態(tài)的概念：如果外界條件(溫度、濃度、壓強等)不發(fā)生改變,當可逆反

應進行到一定程度時，正反應速率與逆反應速率相等,反應物的濃度與生成物的濃度不再發(fā)

生改變，達到一種表面“靜止”的狀態(tài)，稱為“化學平衡狀態(tài)”，簡稱化學平衡。

(2)化學平衡狀態(tài)的特征

圖)——化學平衡狀態(tài)研究的對象是可逆反應

⑤一平衡時外三。迪m。(本質)

&)——平衡時，反應仍在不斷進行，是一種動態(tài)平衡

⑥——平衡時，反應混合物各組分的百分含量睡丕變

外界條件改變時，平衡可能被破壞，并在新的條

&件下建立新的化學平衡，即發(fā)生化學平衡的移動

3.影響化學反應的限度的因素

(1)決定因素：化學反應的限度首先取決于反應物的化學性質。不同的可逆反應在給定

條件下的化學反應限度不同，反應物的最大轉化率不同0

(2)外界因素：化學反應的限度受溫度、濃度、壓強等條件的影響。改變其中的一個條

件，可以在一定程度上改變一個化學反應的限度。

思考在一定條件下，一個可逆反應進行到最大限度，也就是達到化學平衡狀態(tài),

這時正、逆反應都停止了嗎？

［提示］可逆反應達到化學平衡狀態(tài)，反應并沒有停止，正、逆反應仍在進行，只是

正、逆反應速率相等。

重難點1：化學平衡狀態(tài)的標志(素養(yǎng)養(yǎng)成一一宏觀辨識與微觀探析)

［情境探究］

德國化學家哈伯(F.Haber,1868?1934)從1902年開始研究由氮氣和氫氣直接合成氨。

于1908年申請專利，即“循環(huán)法”，在此基礎上，他繼續(xù)研究。于1909年改進了合成方法,

氨的產率達到8%。這是工業(yè)普遍采用的直接合成法。合成氨的反應式為：帥+

高溫高壓

31卜、假設該反應在體積不變的密閉容器中發(fā)生反應，分析思考下列問題:

催化劑

［問題1］容器內混合氣體的密度不隨時間變化時，該反應是否達到平衡狀態(tài)？

［提示］因容器的體積不變，而混合氣體的總質量不改變，則無論平衡與否，混合氣

體的密度均不變，不能判斷反應是否達到平衡狀態(tài)。

［問題2］根據上面問題分析哪些物理量能夠作為合成氨反應達到平衡的標志？

［提示］壓強、濃度等隨著反應進行而變化的物理量，如果不再變化，則說明反應已

經達到平衡狀態(tài)。

［問題3］單位時間內生成2amolNL,同時消耗amolNz時，該反應是否達到平衡

狀態(tài)？

［提示」兩反應速率均表示正反應速率，反應進行的任何階段均成比例，不能判斷反

應是否達到平衡狀態(tài)。

［核心突破］

1.直接標志一一“正逆相等”

(1)vr逆

①同一種物質的生成速率等于消耗速率；

②在化學方程式同一邊的不同物質的生成速率與消耗速率之比等于化學計量數之比；

③在化學方程式兩邊的不同物質的生成(或消耗)速率之比等于化學計量數之比。

(2)各組分的濃度保持一定

①各組分的濃度不隨時間的改變而改變；

②各組分的質量分數、物質的量分數、體積分數不隨時間的改變而改變。

2.間接標志一一“變量不變”

(1)反應體系中的總壓強不隨時間的改變而變化(適用于反應前后氣體體積不等的反

應)。

(2)對于反應混合物中存在有顏色變化的物質的可逆反應，若體系中顏色不再改變，則

反應達到平衡狀態(tài)。

(3)全是氣體參加的且反應前后化學計量數改變的可逆反應，平均相對分子質量保持不

變。

(4)對同一物質而言，斷裂化學鍵的物質的量與形成化學鍵的物質的量相等。

重難點2：利用“三段式法”對化學反應速率、化學平衡進行簡單計算(素養(yǎng)養(yǎng)成一一

證據推理與模型認知)

［核心突破］

解答有關化學反應速率和化學平衡的計算題時，一般需要寫出化學方程式，列出起始

量、變化量及平衡量，再根據題設其他條件和定律列方程求解。如：

M(g)+〃B(g)^^joC(g)+<?D(g)

起始/molab00

轉化/molmxnxPXqx

平衡/mola-mxb-nxpxqx

(1)關于反應物轉化率的計算

A的轉業(yè)曷

A的轉化率=,1潴能看X100%(計算式中A的量可以指反應物的物質的量、質量、濃度、

體積等)。

(2)關于某組分的體積分數的計算

體系中A的物質的量

A的體積分數=X100%。

體系中總的物質的量

微點撥：(1)轉化量與化學方程式中各物質的化學計量數成比例。

(2)這里a、6可指物質的量、濃度、體積等。

(3)對反應物：平衡時的量=起始的量一轉化的量；對生成物：平衡時的量=起始的量

+轉化的量。

微專題1化學反應速率和反應限度圖像題分析

［微點突破］

化學反應速率和化學平衡圖像題是化學試題中的一種特殊題型，其特點是圖像是題目

的主要組成部分，把所要考查的化學知識寓于圖中曲線上，具有簡明、直觀、形象的特點。

化學反應速率和化學平衡圖像題目分析方法如下：

(1)看圖像

①看面，弄清楚橫、縱坐標所表示的含義；

②看線，弄清楚線的走向和變化趨勢；

③看點，弄清楚曲線上點的含義，特別是曲線上的轉折點、交點、最高點、最低點等;

④看輔助線，作橫軸或縱軸的垂直線(如等溫線、等壓線、平衡線等)；

⑤看量的變化，弄清楚是物質的量的變化、濃度的變化，還是轉化率的變化。

(2)想規(guī)律

如各物質的轉化量之比與化學計量數之比的關系，各物質的化學反應速率之比與化學

計量數之比的關系，外界條件的改變對化學反應速率的影響規(guī)律以及反應達到平衡時，外界

條件的改變對正、逆反應速率的影響規(guī)律等。

(3)做判斷

利用有關規(guī)律，結合圖像，通過對比分析，做出正確判斷。

［典例］在溫度和容積不變的密閉容器中，A氣體與B氣體反應生成C氣體。反應過

程中，反應物與生成物的濃度隨時間變化的曲線如圖所示，則下列敘述正確的是()

時間/s

A.該反應的化學方程式為A(g)+3B(g)一2c(g)

B.到達tis時刻該反應停止

C.(小+10)s時，升高溫度，正、逆反應速率加快

D.若該反應在絕熱容器中進行，也在質時刻達到平衡

C[A項，從開始到tis,A的濃度減小了(0.8-0.2)mol?L-，=0.6mol?LB的

濃度減小了(0.5—0.3)mol,L'=0.2mol,LC的濃度增大了(0.4—0)mol,L'=0.4

mol-L-',所以該反應的化學方程式為3A(g)+B(g)-2c(g),錯誤；B項，在打s時，

反應達到平衡狀態(tài)，但是反應仍在進行，錯誤；C項，升高溫度，正、逆反應速率均加快，

正確；D項，若該反應在絕熱容器中進行，隨反應的進行溫度會發(fā)生變化，反應速率也會發(fā)

生變化，不會在力時刻達到平衡，錯誤。]

第二單元化學反應中的熱

基礎知識

一、放熱反應與吸熱反應

1.放熱反應與吸熱反應

(1)放熱反應：放出熱量的化學反應，如燃燒反應、中和反應等。

(2)吸熱反應：吸收熱量的化學反應，如高溫下煨燒石灰石等反應。

微點撥：需要加熱才能進行的反應不一定是吸熱反應(如炭的燃燒)，不需要加熱就能

進行的反應也不一定是放熱反應(如Ba(0H)2?8HQ與NHtCl的反應)。

2.化學能與熱能轉化的實驗探究

(1)鎂與鹽酸反應

實驗操作實驗現象實驗結論

,

鎂與鹽酸反應的離子方程式

r產生大量氣泡、溫度計指示溫

f~稀鹽~酸1

5為Mg+2H+=Mg："+H2t,該

E

度升高

11反應放出熱量

巳鎂條

-Ta

(2)Ba(OH)2?8H2O與NH4cl晶體反應

實驗操作實驗現象實驗結論

a.有刺激性氣味氣體產生化學方程式為

H2OBa(OH)2-8H；O

b.用手摸燒杯底部有冰涼感覺Ba(OH)2?8H20+

C.用手拿起燒杯，玻璃片黏結到2NHiCl=BaCl2+

燒杯的底部2NH;)t+10H20,該反應

d.燒杯內反應物成糊狀吸收熱量

由上述實驗可知，化學反應都伴隨著能量變化，有的放出能量,有的吸收能量。

3.熱化學方程式

(1)概念：表示化學反應中放出或吸收的數量的化學方程式。

(2)意義：不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化。

(3)實例：8gCH,氣體完全燃燒生成CO?和液態(tài)水，放出445kJ的熱量，則該反應的

熱化學方程式為CH^+ZOKgXCOKgWZ&O。)A〃=-890kJ?moP)

微點撥：(1)在熱化學方程式中，要標明所有物質在反應條件下的狀態(tài)(氣態(tài)、液態(tài)、

固態(tài)分別用g、1、s表示)。

(2)反應放出或吸收的熱用△〃表示，負值表示在該條件下反應放熱，正值表示在該條

件下反應吸熱。

思考

僦CaC03受熱分解的熱化學方程式為CaC03(s)=CaO(s)+CO2(g)A//=

178.2kJ-mor1,該熱化學方程式表示的含義是什么？

［提示］表示1molCaC03固體完全分解生成1molCaO固體和1molCOz氣體吸收178.2

kJ的熱量。

4.化學反應中能量變化的原因

(1)宏觀解釋一一反應物與生成物的總能量不同。

宏觀解釋放熱反應示意圖吸熱反應示意圖

化學反應放出熱量反應物的總能量高生成物的總能量高

tX

7cj

反應物的總能量,工生成物的總能玨放熱反應吸熱反應

---------------小于----------------

1△

化學反應吸收熱量生成物的總能量低反應物的總能量低

(2)微觀角度一一反應物斷鍵吸收的能量與生成物成鍵釋放的能量不同。

能量

微觀解釋反應物、生成物中化學鍵的變化關系

變化

吸收能量Ei----------斷裂舊化學鍵吸收的總能量三形成新化放出

n

學鍵釋放的總能量能量

/T~?\舊化學鍵斷裂乙二人決定一能用

(反應物)虹/二皿w4"性成物)

新化學鍵形成'__7斷裂舊化學鍵吸收的總能量吸收

U

釋放能量&-----------》形成新化學鍵釋放的總能量能量

思考已知下列物質的鍵能:

---------------------H—HCl—ClH—Cl

鍵能/(kJ?molT)436.4242.7431.8

對于反應：H2+C12=2I1C1,若生成2molIICL反應過程中斷裂化學鍵共吸收的能量

是多少？形成化學鍵共放出的能量是多少？依據以上兩個數據判斷該反應是放出還是吸收

能量，并確定放出或吸收能量的多少。

［提示］反應過程中斷裂化學鍵共吸收的能量是436.4kJ+242.7kj=679.1kJ,形

成化學鍵共放出的能量是431.8kJX2=863.6kJ,由于863.6>679.1,故該反應放出能量,

放出的能量為863.6kJ-679.1kj=184.5kJ。

二、燃料燃燒釋放的能量

1.燃料的熱值

在一定條件下單位質量的可燃物完全燃燒所放出的熱,單位是kj?g，

2.燃料使用的現狀與問題

(1)當前我國使用最多的能源：化石燃料，即煤、石油、天然氣。

(2)化石燃料需亟待解決的問題：

一不完全燃燒

產生大量的煙塵和。

化co

石某些煤

燃灰分含量大，水分多,熱值效率低O

料燃燒廢氣

一含S02和氮氧化物，易形成酸雨。

(3)解決燃料燃燒存在問題的研究方向

①研究化石燃料完全燃燒的條件和減少燃料燃燒產生的熱量損耗的技術，研究提高燃

料利用率的措施；

②防止燃料燃燒造成的環(huán)境污染；

③通過化學方法把石油、煤等化石燃料轉化為清潔燃料；

④開發(fā)氫能、核能、太陽能等清潔、高效的新能源。

三、氫燃料的應用前景

1.氫能的優(yōu)點

原料玲---制取Hz的原料是坦g資源不受限制

了污染）-一凡燃燒的產物是地無污染且可隨利用

熱值苞）--是等質起汽油完全燃燒放出熱量的3倍多

2.氫能利用存在的問題

（1）廉價的制氫技術一一首要難點

①原因：制氫需要消耗大量的能量且效率低。

②解決途徑：將太陽能轉化為電能，再將水催化電解獲得氫氣，其中最關鍵的高效、

廉價、綠色的催化技術已有突破性進展。

（2）安全可靠的貯氫和輸氫方法一一關鍵

①原因：壓密度小、熔點低、難液化，貯存液氫的容器要求高。

②解決途徑：研究具備良好吸收和釋放氫氣性能的合金（如輛鍥合金等）。

重難點1：探究化學反應中能量變化的原因（素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識與微觀探析）

［情境探究］

材料1：利用化學鍵的能量變化可粗略計算化學反應過程中的能量變化。以反應H2+

CL=2HC1為例：

/UVLIX1mol鍵斷裂

吸收

436kJ

能量Imol鍵斷裂.

吸收一

243kJ

能量

放出

431kJ

431kJ

能量能量

材料2：能量有各種不同的形式，它能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一物體傳

遞給另一物體，但在轉化和傳遞過程中，能量的總值是保持不變的（這叫能量守恒定律）。因

此在化學反應過程中，與質量守恒一樣，能量也是守恒的。

［問題1］斷裂1molH—H和1molCl—Cl形成H和Cl,能量有什么變化？數值為

多少?

［提示］吸收能量。數值為436kj+243kj=679kJ。

［問題2］H與Cl形成2molII—Cl,能量有什么變化？數值為多少？

［提示］放出能量。數值為2X431kj=862kJ。

［問題3］1mol比與1molCk生成2molHC1氣體,能量有什么變化?數值為多少？

［提示］放出能量。數值為2X431kJ-436kJ-243kJ=183kJ。

［問題4］請從能量的角度分析化學反應中為什么一定存在能量變化？化學反應放熱

還是吸熱取決于什么因素？

［提示］由于化學反應中反應物能量之和與生成物能量之和不相等，所以化學反應中

一定有能量變化。一個化學反應是釋放能量還是吸收能量取決于反應物總能量與生成物總能

量的相對大小。

［核心突破］

1.從化學鍵的角度理解化學反應過程中的能量變化

化學反應過程中的能量變化來源于化學反應過程中舊化學鍵斷裂與新化學鍵形成時的

能量變化。

(1)若反應物中的化學鍵斷開時吸收的能量高于生成物成鍵釋放的能量，則該反應吸收

能量，吸收的能量=反應物分解吸收的總能量一生成物形成釋放的總能量。

(2)若反應物中的化學鍵斷開時吸收的能量低于生成物成鍵釋放的能量，則該反應放出

能量，放出的能量=生成物形成釋放的總能量一反應物分解吸收的總能量。

2.從總能量的角度理解化學反應過程中的能量變化

一個確定的化學反應是吸收能量還是放出能量取決于反應物的總能量與生成物的總能

量的相對大小。具體情況見下表:

放熱反應吸熱反應

能量

反應物的總能量大于生成物的總能量反應物的總能量小于生成物的總能量

變化

鍵能

生成物的總鍵能大于反應物的總鍵能生成物的總鍵能小于反應物的總鍵能

變化

能量能量

1a反應物1生成物

圖示

生成物一質^物

反應過程°反應過程

①金屬與水或酸的反應；②金屬氧化

①大部分分解反應；

物與水或酸的反應；③可燃物的燃燒

常見實例②Ba(0H)2?8H2O和NH,C1的反應;

反應及緩慢氧化；④酸與堿的中和反

③高溫下焦炭與水的反應

應；⑤大部分化合反應

重難點2：熱化學方程式的書寫與正誤判斷(素養(yǎng)養(yǎng)成——證據推理與模型認知)

［情境探究］

氫氣在氧氣中燃燒的熱量變化，可用下列熱化學方程式分別表示：

①2H2(g)+02(g)=2Hq(DA〃=-57L6kJ?mol"1

-1

@H2(g)+1oz(g)==1420(1)△〃=—285.8kJ,mol

③Hz(g)+，(g)=HzO(g)A〃=-241.8kJ?mol-1

點燃

［問題1］①與化學方程式2H2+02=240相比較，有何特點？

［提示］注明了反應物、生成物的狀態(tài)；在化學方程式的右邊注明了反應熱△〃的正

負、數值和單位。

［問題2］①與②相比較，△〃不同的原因是什么？

［提示］化學計量數不同，參加反應的％的物質的量不同，△〃不同。

［問題3］②和③相比較，△，不同的原因是什么？

［提示］生成乩0的狀態(tài)不同，△〃不同。

［問題4］③表示的意義是什么？

［提示］在一定條件下，1mol氫氣與［mol氧氣完全反應，生成1mol氣態(tài)水，放出

241.8kJ的熱量。

［核心突破］

1.熱化學方程式的書寫步驟及要求

2.“五看”法判斷熱化學方程式的正誤

一看方程式是否配平；

二看各物質的聚集狀態(tài)是否正確；

三看△〃的“+”“一”符號是否正確;

四看反應熱的單位是否為“kJ?m?？础?；

五看反應熱的數值與化學計量數是否對應。

第三單元化學能與電能的轉化

第1課時化學能轉化為電能

基礎知識

一、原電池

1.化學能轉化為電能的實驗探究

［實驗1］把一塊鋅片和一塊銅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察實驗現象。

［實驗2］把一塊鋅片和一塊銅片同時插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察實驗現象。

實驗1、2現象：實驗1、2中現象相同，均為鋅片周圍有氣泡產生,銅片周圍無明顯

現象。

實驗結論：鋅在金屬活動性順序中位于氫前面，能置換酸中的氫；銅在金屬活動性順

序中位于氫后面，不能置換酸中的氫。

［實驗3］用導線把實驗2中的鋅片和銅片連接起來，觀察實驗現象。

［實驗4］在實驗3的導線中間連接一個靈敏電流計，觀察實驗現象。

實驗3、4現象：鋅片周圍無氣泡產生,銅片周圍有氣泡產生;電流計指針發(fā)生偏轉。

實驗結論：鋅、銅用導線連接后插入稀硫酸溶液中，導線中有電流產生。

思考將鐵片、鎂片用導線連接插入稀硫酸中，則鐵片上發(fā)生什么反應，電極反

應式如何書寫？

［提示］鎂比鐵活潑，鎂作負極，鐵作正極，鐵電極上發(fā)生還原反應，電極反應式是

2H4+2e-=H2fo

2.原電池

(1)概念：是將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置;原電池的反應本質是氧化還原反應。

⑵原電池的工作原理

電極名稱：O'r電極名稱：正極

反應類型：氧化反應反應類型：還原反應

電極反應式：2H?+%=/

電極反應式:Zn-2e-=ZM*

::+

原電池總反應式：Zn+2ir=Zn+Il2to

(3)能量轉化過程：原電池在工作時，負極失電子，電子通過導線流向正極，被氧化性

物質得到，閉合回路中形成電流，化學能轉變?yōu)殡娔堋?/p>

僦思考在銅鋅原電池中，電子是怎樣移動的？電子能否通過電解質溶液？如果不

能，電流是如何形成的？

［提示i由于金屬鋅比金屬銅活潑，鋅失去電子，電子通過導線流向銅片。電子不能

通過電解質溶液，在稀硫酸中H，移向銅片，SOT移向鋅片，陰陽離子定向移動形成電流。

二、原電池原理的應用

1.鋼鐵的電化學腐蝕

(1)電化學腐蝕

不純的金屬跟電解質溶液接觸,發(fā)生原電池反應，較活潑的金屬失去電子被氧化的腐

蝕。

(2)鋼鐵的電化學腐蝕

電解質溶液鋼鐵表面水膜中含有H'和0H，還溶有02等氣體

負極材料:Fe,電極反應：2Fe-4e-=2Fe2+

電極

正極材料：C,電極反應：O2+2H20+4e-=40H-

2Fe+02+2H20=2Fe(0H)2,進一步被氧化，4Fe(0H)2+02+

總反應

2H20=4Fe(OH)3,Fe(0H)3易脫水生成鐵銹(Fe203?AH20)

2.金屬活動性強弱的判斷

由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進行實驗

TZfu

露三閾甲隹舉步乙睡奉曲丙

裝置

1--g,--J

稀硫酸CuSO,溶液稀硫酸

現象二價金屬A不斷溶解C的質量增加A上有氣體產生

(1)裝置甲中負極的電極反應式是A-2e=A"。

(2)裝置乙中正極的電極反應式是O?'+2e-==Cu。

⑶四種金屬活動性由強到弱的順序是D>A>B>Co

僦思考鋅與稀硫酸反應時，若滴幾滴硫酸銅溶液，反應速率會加快，試分析其原

因。

［提示］滴加硫酸銅溶液后，會有少量鋅與硫酸銅反應置換出銅，生成的銅與鋅分別

作為兩個電極而形成原電池，從而加快鋅與稀硫酸的反應。

重難點1：探究原電池的構成與工作原理(素養(yǎng)養(yǎng)成一一宏觀辨識與微觀探析)

［情境探究］

1786年，意大利解剖學和醫(yī)學教授伽伐尼在一次解剖青蛙的實驗中意外發(fā)現，當用兩

種不同金屬材質的解剖刀同時觸碰青蛙腿時，蛙腿會發(fā)生痙攣。此后伽伐尼變換各種條件,

重復這個實驗。最后他得出猜想：動物體內存在生物電流。當時很多人贊同這一猜想，但是

化學家伏打卻產生了疑惑：已死去的青蛙為何還會產生“生物電”？為什么蛙腿只有與銅制

品和鐵制品同時接觸時才會抽動？為此，伏打把自己當成了青蛙，做起了實驗：首先，他將

一種金屬放在自己的舌頭上，沒有太多感覺。接著，他將2種金屬制的彎棒，一端放入嘴

里，另一端跟眼接觸，瞬間眼睛里有光亮的感覺。接下來他發(fā)現只要將2種不同的金屬

相接觸，中間隔有濕紙、濕布等，都有電流產生。

|猜想：動物體內存在生物電流|

［問題1］閱讀上述材料，總結構成原電池的條件有哪些。

［提示］具有活潑性不同的兩個電極；兩電極插入電解質溶液中；形成閉合回路；能

自發(fā)地發(fā)生放熱的氧化還原反應。

［問題2］下列裝置中，哪些能構成原電池？其他不能構成原電池的原因是什么？

酒精溶液

A

稀硫酸

C

［提示］裝置D能構成原電池；裝置A不能構成原電池，原因是酒精為非電解質；裝

置B不能構成原電池，原因是沒有形成閉合回路；裝置C不能構成原電池，原因是兩個電極

的金屬活潑性相同。

［問題3］鐵制品和銅制品與蛙腿接觸時，鐵制品發(fā)生氧化反應還是還原反應？寫出反

應的電極反應式。

［提示］鐵制品與蛙腿接觸時發(fā)生氧化反應。電極反應式為Fe-2e.=Fe"。

［問題4］原電池工作時，電子和離子分別怎樣移動？

［提示］電子是從負極經過導線移向正極；在原電池電解質溶液中，陽離子移向正極,

陰離子移向負極。

微點撥：(1)構成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，正極材料可以為導電的非金屬,

例如石墨。兩極材料可能參與反應，也可能不參與反應。

(2)兩個活潑性不同的金屬電極用導線連接，共同插入電解質溶液中不一定構成原電

池，必須有一個能自發(fā)進行的氧化還原反應。

(3)在判斷原電池正負極時，既要考慮金屬活潑的強弱也要考慮電解質溶液的性質。如

Mg—Al—HC1溶液構成的原電池中，負極為Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液構成的原電池中,

負極為A1,正極為Mg。

［核心突破］

1.原電池的構成條件

(1)原電池反應必須是自發(fā)的氧化還原反應。

(2)具有活動性不同的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬)。

(3)兩電極均插入電解質溶液中。

(4)電解質溶液、電極、導線形成閉合回路。

2.原電池正負極的判斷方法

I負極1.......4電極I名稱》......」正極II

II

?I

I活潑性?強的曲1-I電極材料卜-口潑性較弱的金屈

I

I

I流出電》的一破-I電子流向卜-1流人電子的一極一~|

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I發(fā)生氧步反應!■反應'類型卜-1發(fā)生還―反應一I

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I陰離子I向的二碼-I離子流向卜-1陽離子移：句的二￥1

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|溶解的一極―!?-I實:現象|一|增重或有［一版HT］

重難點2：原電池原理的應用(素養(yǎng)養(yǎng)成一一宏觀辨識與微觀探析)

［情境探究］

如圖，蘋果插上兩個不同電極可以構成原電池，那么怎樣設計原電池呢？請完成下列

討論:

［問題1］NaOH+HC1=NaC1+H20,這個反應能設計成原電池嗎，為什么？

2C0能設計成嗎？

:目］

［提示］不能，因為它不是氧化還原反應。C02+C=2C0也不能，雖然它是氧化還原

反應，但不是釋放能量的氧化還原反應。

［問題2］Zn與H2soi反