(共2张PPT)
章末整合提升
知识网络构建
反应物的总能量与生成物的总能量不同宏观
能量变
概念：单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度
化学键的断裂（吸热）和形成（放热）微观
的增加量
化原因
所有的中和反应
表达式(A上=△cA
所有的燃烧反应
大多数的化合反应
放热
单位：mol·L·s或mol·L·min
反应
活泼金属与水、较活泼金属与酸的反应
高温
化学反
C(s)+C02=2C0
化学能与热能
化学反应速
内因：反应物的性质
应类型
影响
浓度：增大浓度速率增大
大多数的分解反应
因素
压强：对于有气体参加的反应，缩小
吸热
Ba(OH2·8H20与NH,Cl的反应
外因
体积增大压强，速率增大
高温
反应
温度：升高温度速率一定增大
C+H20(g=C0+H2
催化剂：同等程度改变正、逆反应速率
质量守恒定律
化学反应遵循规律
其他：固体表面积等
能量守恒定律
将化学能转化为电能的装置
本质
化学反应与能量
测定、计算
两个活泼性不同的电极
在同一条件下正反应反向和逆反
概念：
电解质溶液（或熔融状态）
应方向均能进行的化学反应
闭合回路
形成条件
可逆反应
双向性
自发进行的氧化还原反应
特点：
双同性（相同条件下同时进行）
正极：还原反应
共存性
反应原理
负极：氧化反应
逆：研究对象是可逆反应
较活泼金属
原电池
氧化反应
化学能与电能
化学反应限度
等：正、逆反应速率相等
正负极判断
特征
动：反应并未停止，正、逆反应速率不等于0
电子流出
(以负极为例)
定：各组分浓度保持不变
不断溶解，质量减小
变：外界条件改变时，原平衡被打破，再在新
电极反应式的书写
化学
条件下建立新的平衡状态
一次电池
平衡
二次电池
化学电源
直接判据w(A)=(A)>0
燃料电池
判断
制造新型化学电源
间接判据：“变量不变”
加快反应速率
应用
比较金属的活泼性
化学反应条件的控制(共19张PPT)
实验活动6 化学能转化成电能
学生必做实验
一、实验目的
1.理解氧化还原反应在化学能转化成电能过程中的作用,体会化学的价值。
2.认识原电池的构成要素及其作用。
二、实验用品
1.试剂:锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸。
2.仪器:导线、烧杯、电流表。
[实验探究]
三、实验方案设计
1.将电极材料用导线直接与电流表连接观察是否有电流产生。
2.将电极材料插入电解质溶液中,观察实验现象。
3.将不同电极材料制成不同的原电池装置,根据实验现象确定正、负极。
四、实验方案实施
1.电极材料实验
(1)按图用导线将电流表分别与锌片、铜片相连接,使锌片与铜片接触,观察电流表指针是否发生偏转;用石墨棒代替铜片进行上述实验。观察并记录实验现象。
电极材料 电流表指针是否发生偏转 实验结论
锌片、铜片 否 没有电解质溶液,不能发生原电池反应
锌片、石墨棒 否
(2)按如图所示的装置做实验,记录实验现象并解释原因。
实验装置 实验现象 实验结论
锌片溶解,表面产生无色气泡 锌的还原性比H2强,溶液中的H+直接得到Zn失去的电子生成H2
①锌片溶解,表面产生无色气泡
②铜片表面无明显变化 铜的还原性比H2弱,不能置换出H2,电子不能在溶液中移动,锌的电子不能转移到铜片,H+只能在锌片表面被还原成H2
①锌片溶解,表面产生无色气泡
②石墨棒表面无明显变化 石墨为惰性材料,不能置换出H2,电子不能通过溶液转移到石墨
棒,H+只能在锌片表面被还原成H2
2.原电池实验
按如图所示的装置实验,选择不同的电极材料,以及稀硫酸,导线和电流表,组装原电池,试验其能否产生电流,记录实验现象并解释原因。
实验材料 实验现象 实验结论
Zn、Cu、
稀硫酸 ①锌片溶解
②铜片不溶解,表面产生无色气泡
③电流表指针偏转 锌失去的电子通过导线转移至铜片表面产生电流,溶液中的H+在铜片表面获得Zn失去的电子生成H2
Zn、石墨、
稀硫酸 ①锌片溶解
②石墨棒表面产生无色气泡
③电流表指针偏转 锌失去的电子通过导线转移至石墨棒表面产生电流,溶液中的H+在石墨棒表面获得Zn失去的电子生成H2
Cu、石墨、
稀硫酸 铜片不溶解,电流表指针不偏转 铜的还原性比H2弱,不能发生氧化还原反应,没有电子转移,因而不能产生电流
五、问题和讨论
1.结合实验分析,组装原电池的操作注意事项有哪些
提示:电极材料活动性不同,且能与电解质溶液发生氧化还原反应;电极可用导线连接或直接接触。
2.根据以上实验,说明原电池的工作原理。
提示:原电池工作时在负极和正极上分别发生氧化反应和还原反应,电子从负极通过导线流向正极,溶液中的阳离子(H+)从负极移向正极,阴离子从正极移向负极,构成闭合回路产生电流,使化学能转化为电能。
3.结合实验分析,原电池的构成条件或要素。
提示:①原电池反应是自发的氧化还原反应;②有两个活动性不同的电极;③将两个电极插入电解质溶液(或熔融电解质)中;④形成闭合回路。
1.在如图所示的8个装置中,属于原电池的是( )
A.④⑦ B.③④⑤ C.②④⑧ D.①④⑥
[实验专练]
A
解析:①中只有一个电极,不能形成原电池;②、⑥中两电极未相连,没有形成闭合回路,不能形成原电池;③、⑧中电极相同,而且没有形成闭合回路,不能形成原电池;⑤中酒精不是电解质溶液,没有形成闭合回路,不能形成原电池。
2.下列叙述中正确的是( )
A.原电池的负极得到电子,发生还原反应
B.原电池中较活泼的金属作正极
C.原电池中的电极一定是两种不同的金属
D.原电池中发生氧化反应的电极是负极
D
解析:原电池的负极失去电子,发生氧化反应,故A错误,D正确;在原电池中,一般是较活泼的金属作负极,故B错误;原电池的两个电极可以是两种不同的金属,也可以是金属和导电的非金属,故C错误。
C
选项 正极 负极 电解质溶液
A Zn Cu CuCl2溶液
B Zn Cu ZnCl2溶液
C Cu Zn CuSO4溶液
D Cu Zn ZnSO4溶液
4.某反应的反应物和生成物有FeCl3、FeCl2、Cu、CuCl2,小林将上述反应设计成原电池。
(1)该电池的负极材料为 ,负极反应式为 。
4.某反应的反应物和生成物有FeCl3、FeCl2、Cu、CuCl2,小林将上述反应设计成原电池。
(2)正极材料为 ,该电池总的化学反应方程式为 。
4.某反应的反应物和生成物有FeCl3、FeCl2、Cu、CuCl2,小林将上述反应设计成原电池。
(3)一段时间后负极质量减轻m g,下列说法正确的是 (填字母)。
答案:(3)AD
(1)负极上的电极反应为 。
(2)正极上的电极反应为 。
(3)消耗标准状况下的5.6 L O2时,有 mol电子发生转移。
答案:(3)1
(4)开始放电时,正极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案:(4)增大(共19张PPT)
实验活动7 化学反应速率的影响因素
一、实验目的
1.体验浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。
2.理解改变反应条件可以调控化学反应的速率。
二、实验用品
1.试剂:0.1 mol/L Na2S2O3溶液、0.1 mol/L H2SO4溶液、10%H2O2溶液、
1 mol/L FeCl3溶液、MnO2粉末、蒸馏水。
2.仪器:烧杯、试管、量筒、试管架、胶头滴管、温度计、药匙、秒表。
[实验探究]
三、实验方案设计
1.硫代硫酸钠与硫酸的反应中,设计在硫酸溶液的浓度、体积均相同时,加入等体积不同浓度的硫代硫酸钠溶液,探究浓度对反应速率的影响;浓度、体积均相同的硫代硫酸钠与硫酸溶液,分别置于不同温度下反应,探究温度对反应速率的影响。
2.探究不同催化剂或不使用催化剂对H2O2分解反应速率的影响。
四、实验方案实施
1.浓度对化学反应速率的影响
取两支大小相同的试管,分别加入2 mL和1 mL 0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液,向盛有
1 mL Na2S2O3溶液的试管中加入1 mL蒸馏水,摇匀。再同时向上述两支试管中加入
2 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4溶液,振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。
实验
编号 加入0.1 mol·L-1
Na2S2O3
溶液的体积/mL 加入蒸馏水的体积/mL 加入0.1 mol·L-1
H2SO4溶液的
体积/mL 实验
现象 实验
结论
① 2 0 2 出现浑浊较快 在其他条件相同时,
Na2S2O3的浓度越大反应速率越快
② 1 1 2 出现浑浊较慢
2.温度对化学反应速率的影响
取两支大小相同的试管,各加入2 mL 0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液,分别放入盛有冷水和热水的两个烧杯中。再同时向上述两支试管中加入2 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4溶
液,振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。
实验
编号 加入0.1 mol·L-1
Na2S2O3溶液的
体积/mL 加入0.1 mol·L-1
H2SO4溶液的
体积/mL 水浴
温度
/℃ 出现
现象 实验
结论
① 2 2 冷水 出现浑浊
较慢 在其他条件相同时,升高温度,反应速率加快
② 2 2 热水 出现浑浊
较快
3.催化剂对化学反应速率的影响
向三支大小相同的试管中各加入2 mL 10%的H2O2溶液,再向其中的两支试管中分别加入少量MnO2粉末和2滴1 mol·L-1 FeCl3溶液。观察、比较三支试管中气泡出现的快慢。
催化剂 实验现象 实验结论
加入MnO2 气泡冒出速率增大 MnO2能加快反应速率
加入FeCl3 气泡冒出速率增大 FeCl3能加快反应速率
不加其
他试剂 有气泡冒出,较慢 无催化剂反应较慢
五、问题和讨论
1.完成该实验应注意哪些问题
提示:①保证只有一个变量的条件下进行实验,如探究硫代硫酸钠浓度对反应速率的影响时,保证溶液总体积相同;②所设计的实验现象明显,便于观察,利于得出实验结论。
2.写出硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的离子方程式,可以从哪些方面来测定硫代硫酸钠与酸反应速率的大小
3.通过以上实验可得出外界条件改变对化学反应速率有怎样的影响
提示:①相同条件下,增大反应物浓度,能加快反应速率;②相同条件下,升高温度能加快反应速率;③相同条件下,使用催化剂能加快反应速率。
4.在通常情况下,铁与冷水或热水都不发生反应,但红热的铁与水蒸气可发生反应,生成Fe3O4和H2。试从反应条件的角度思考并解释这一事实。
提示:反应条件影响反应的方向及产物。
1.CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如图所示。下列结论不正确的是( )
A.反应开始2分钟内平均反应速率最大
B.反应4～6分钟平均反应速率最小
C.反应开始4分钟内温度对反应速率的影响比浓度大
D.反应4分钟后反应速率下降的原因是盐酸浓度逐渐减小
[实验专练]
A
解析:该曲线斜率表示单位时间内产生二氧化碳的量,即二氧化碳产生速率,由图像可知,2～4 min内斜率较大,因此2～4 min内平均反应速率最大,A错误;同A项原理可知,反应4～6 min平均反应速率最小,B正确;随着反应进行,氢离子浓度降低,氢离子浓度的变化使反应速率降低,由图像可知,0～2 min 反应刚开始,温度较低此时反应速率由氢离子浓度决定,
2～4 min速率最快,2～4 min温度对反应速率起主要作用,开始4 min内温度对反应速率的影响比浓度大,C正确;反应4 min后,温度较高,但此时反应速率降低,是因为随反应进行氢离子浓度降低,D正确。
2.下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是( )
A.Cu与浓硝酸剧烈反应,与稀硝酸缓慢反应
B.H2和F2在低温时就可发生爆炸,而和I2在加热条件下才能反应
C.H2、O2混合气体在常温、常压下无明显现象,点燃或放电时可剧烈反应
D.H2O2可缓慢分解放出无色气泡,加入FeCl3后无色气泡生成速率会明显
加快
B
解析:硝酸的浓度不同,反应速率不同,浓度为外因,故A不符合题意;F的非金属性比I的强,所以H2和F2反应较容易,即反应物本身性质决定反应速率,故B符合题意;点燃或放电为反应条件,是外因,故C不符合题意;加入FeCl3作为催化剂加快反应速率,为外因,故D不符合题意。
D
3.在密闭系统中有反应C(s)+CO2(g) 2CO(g),能使反应速率加快的措施是( )
①通过减小容器体积增大压强 ②升高温度 ③将炭粉碎 ④通入CO2 ⑤增加炭的量 ⑥恒容条件下通入N2
A.①②③⑥ B.①②④⑥
C.①②③④⑤ D.①②③④
解析:①反应有气体参加,增大压强,反应物的浓度增大,反应速率增大,正确;②升高温度,反应速率增大,正确;③将炭粉碎,固体表面积增大,反应速率增大,正确;④通入CO2气体,反应物的浓度增大,反应速率增大,正确;⑤加入足量的木炭粉,固体的浓度不变,反应速率不变,错误;⑥恒容条件下通入N2,参加反应的气体的浓度不变,反应速率不变,错误。
4.取50 mL过氧化氢水溶液,在少量I-存在下分解:2H2O2 2H2O+O2↑。在一定温度下,测得O2的放出量,转换成H2O2的物质的量浓度(c),如下表:
t/min 0 20 40 60 80
c/(mol/L) 0.80 a 0.20 0.10 0.050
下列说法不正确的是( )
A.反应20 min时,测得O2体积为224 mL(标准状况),则a=0.40
B.第30 min时的瞬时速率大于第40 min时的瞬时速率
C.60～80 min,H2O2分解的平均速率为0.005 0 mol/(L·min)
D.MnO2和FeCl3对H2O2的分解也有催化作用
C
5.为研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,某同学设计了如下一系列的实验:将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn粒的容器中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。
物质 A B C D E F
4 mol/ L H2SO4
溶液/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5
饱和CuSO4
溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20
H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0
(1)请完成此实验设计,其中V1= ,V6= 。
答案:(1)30 10
解析:(1)要研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,H2SO4溶液的用量需是定值,所以V1、V2、V3、V4、V5都是30;通过F组数据可以看出,溶液的总体积是50 mL,要保证H+浓度相同,所有溶液的总体积都是50 mL,故V6=10。
5.为研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,某同学设计了如下一系列的实验:将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn粒的容器中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。
A B C D E F
4 mol/ L H2SO4溶液/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5
饱和CuSO4
溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20
H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0
(2)该同学最后得出结论:当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高,但当加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因: 。(共36张PPT)
微专题三 原电池
讲解内容
1.原电池正负极的判断
原电池电极的判断可以从反应类型判断,如失升氧为负极或者根据电子、离子的移动方向做判断。具体如图所示。
答案:B
[跟踪训练1] 下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.甲烷燃料电池可把化学能转化为电能
C.锌锰干电池中,锌电极是负极
D.锌铜原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
D
解析:手机上用的锂离子电池可以反复地充放电,则手机上用的锂离子电池属于二次电池,A正确;甲烷燃料电池属于原电池,可把化学能转化为电能,B正确;锌锰干电池中,锌电极失电子,是负极,C正确;铜锌原电池工作时,锌是负极,铜是正极,电子沿外电路从负极流向正极,即从锌电极流向铜电极,D错误。
2.原电池的设计
基本设计思路分拆、找、画三步:
(1)拆:首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。
(2)找:根据原电池的电极反应特点,并结合两个半反应,找出正、负极材料及电解质溶液。
①电极材料的选择:在原电池中,一般选择活泼性较强的金属作负极,活泼性较弱的金属或碳棒作正极。负极材料或还原性的物质在负极上失电子被氧化,氧化性物质在正极上得电子被还原。
②电解质溶液的选择:电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极材料发生反应(如空气中的氧气)。
(3)画:连接电路形成闭合回路,画出原电池示意图。
解析:由总反应可知负极为Zn,电解质溶液中含Cu2+,根据原电池的构成条件,负极比正极材料活泼,故选D。
答案:D
(1)从能量转化角度分析,上述原电池将化学能转化为 。
解析:(1)该装置为原电池,原电池将化学能转化为电能。
答案:(1)电能
(2)负极的电极材料为 。
解析:(2)铜的金属活泼性比银强,铜失电子生成铜离子,银离子得电子生成银,因此负极的电极材料为铜。
答案:(2)Cu(或铜)
(3)正极发生的电极反应: 。
(4)假设反应初两电极质量相等,在反应进行一段时间后(AgNO3溶液足量),取出两电极洗净干燥后称量,测得两电极质量差为11.2 g,则该时间内原电池反应转移的电子数为 (设NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案:(4)0.08NA
3.原电池电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写步骤
如乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。
(2)复杂电极反应式的书写
复杂一极的电极反应=总反应式-较简单一极电极反应式。
第一步:确定生成物。
[典型例题3] 一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解质溶液中直接加入纯化后的甲醇,同时向另一个电极通入空气。回答下列问题:
(1)这种电池放电时发生反应的化学方程式:
。
[典型例题3] 一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解质溶液中直接加入纯化后的甲醇,同时向另一个电极通入空气。回答下列问题:
(2)此电池的正极发生的电极反应式: ,负极发生的电极反应式: 。
解析:(2)电池的正极O2得电子,由于是酸性环境,所以会生成H2O,用电池总反应减去正极反应即可得出负极的电极反应式。
①通入空气的电极是 (填“正”或“负”)极。
②Al电极是 (填“X”或“Y”)电极。
③电池总反应式为 (写离子方程式)。
②碱式氢氧燃料电池的电解质溶液是KOH溶液,则其负极反应式为 。
4.新情境下原电池的多角度考查
解决此类题的关键在于正、负极的判断,一般先根据元素价态变化或原电池的原理先判断电极,再明确正、负极的电极反应,同时根据原电池原理可以判断出电子、离子运动方向。最后有关计算可以借助电极反应式进行求算,或者利用氧化还原的规律、得失电子守恒求解。
[典型例题4] 鱼雷采用Al-Ag2O动力电池,以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液,电池反应为2Al+3Ag2O+2KOH 6Ag+2KAlO2+H2O,下列说法错误的是( )
A.Ag2O为电池的正极 B.电子由Ag2O极经外电路流向Al极
C.Al在电池反应中被氧化 D.溶液中的OH-向Al极移动
解析:根据化合价初步判断Ag2O反应后化合价降低,发生还原反应,为电池的正极,A正确;电子的流向为从负极Al流向正极Ag2O,B错误;负极Al发生氧化反应被氧化,C正确;溶液中OH-向电池负极移动,D正确。
答案:B
[跟踪训练4] Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,示意图如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是( )
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
C
[跟踪训练5] 电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理示意图如图。
(1)Pt电极(a)为 (填“正”或“负”)极;Pt电极(b)上的电极反应式为 。
[跟踪训练5] 电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理示意图如图。
(2)该过程总反应的化学方程式为 ,反应一段时间后,KOH溶液的浓度将 (填“增大”“减小”或“不变”)。当消耗0.1 mol O2时,理论上转移电子数为 。
专题集训
1.原电池原理的发现是贮能和供能技术的巨大进步。如图所示原电池的下列说法正确的是( )
A.Cu为正极,发生氧化反应
B.电子由锌片流向铜片
C.H+向锌片移动
D.锌片上发生的反应为2H++2e- H2↑
B
C
2.某实验兴趣小组用如图所示装置做完实验后,在读书卡片上记下了6条记录,其中实验记录合理的是( )
①Zn为正极,Cu为负极 ②H+向负极移动 ③电子流动方向为Zn→稀硫
酸→Cu ④Cu极有H2产生 ⑤若有1 mol电子流过导线,则产生11.2 L H2 ⑥正极的电极反应式:Zn-2e- Zn2+
A.①②③ B.③④⑤
C.④ D.③④⑤⑥
3.有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连接起来,浸入电解质溶液中,B为正极。将A、D分别投入等浓度的盐酸中,D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化。如果把铜浸入C的盐溶液里,有金属C析出。据此判断它们的活泼性由强到弱的顺序是( )
A.D>A>B>C B.B>A>D>C
C.D>B>A>C D.D>A>C>B
A
解析:将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中,B为正极,所以A的活泼性大于B。不同金属和相同的酸反应时,活泼性强的金属反应剧烈,将A、D分别投入等浓度的盐酸中,D比A反应剧烈,所以D的活泼性大于A。金属的置换反应中,较活泼金属能置换出较不活泼的金属,将铜浸入B的盐溶液中,无明显变化,说明B的活泼性大于铜。如果把铜浸入C的盐溶液中,有金属C析出,说明铜的活动性大于C,则活泼性B>Cu>C。所以金属的活动性顺序为D>A>B>C,故选A。
4.银锌电池的充电和放电过程可以表示为Ag2O+Zn+H2O 2Ag+Zn(OH)2。此电池放电时,正极上发生反应的物质是( )
A.Ag B.Zn(OH)2
C.Ag2O D.Zn
C
5.任何化学反应都伴随着能量的变化,通过化学反应,化学能可转化为热能、光能、电能等不同形式的能量。
(1)用图甲、乙所示装置进行实验,请回答下列问题:
①以下叙述中,正确的是 (填字母)。
a.甲中锌片是负极,乙中铜片是正极
b.两烧杯中铜片表面均有气泡产生
c.两烧杯中溶液的pH均增大
d.乙中电流由铜片经过导线流向锌片
解析:(1)①甲没有形成闭合回路,不能形成原电池,a错误;铜在金属活动性顺序表中排在H元素之后,不能与稀硫酸反应,甲烧杯中铜片表面没有气泡产生,b错误;两烧杯中硫酸都参加反应,氢离子浓度都减小,溶液的pH均增大,c正确;乙中形成原电池,锌是负极,铜是正极,电子由负极经导线流向正极,电流由铜片经过导线流向锌片,d正确。
答案:(1)①cd
5.任何化学反应都伴随着能量的变化,通过化学反应,化学能可转化为热能、光能、电能等不同形式的能量。
(1)用图甲、乙所示装置进行实验,请回答下列问题:
②若反应过程中有0.4 mol电子转移,生成的氢气在标准状况下的体积为
。
答案:②4.48 L
5.任何化学反应都伴随着能量的变化,通过化学反应,化学能可转化为热能、光能、电能等不同形式的能量。
(2) Mg、Al设计成如图所示原电池装置:
①若X为盐酸,Mg为 极。
解析:(2)①若X为盐酸,镁比铝活泼,镁为负极,铝为正极。
答案:(2)①负
5.任何化学反应都伴随着能量的变化,通过化学反应,化学能可转化为热能、光能、电能等不同形式的能量。
(2) Mg、Al设计成如图所示原电池装置:
②若X为氢氧化钠溶液,负极的电极反应为 。
5.任何化学反应都伴随着能量的变化,通过化学反应,化学能可转化为热能、光能、电能等不同形式的能量。
(3)如图是氢氧燃料电池构造示意图:
该电池工作时,电子的流向为 (填“a→b”或“b→
a”),正极的电极反应为 。 (共39张PPT)
第二课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制
学习目标导航
课程目标展示 素养目标达成
1.了解可逆反应及其特点。
2.理解化学平衡状态的特征及标志,知道改变条件化学平衡会发生移动。
3.了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。 1.宏观辨识与微观探析:从宏观与微观的角度理解化学反应分为可逆反应和不可逆反应。
2.变化观念与平衡思想:从正、逆反应速率相等判断化学平衡,进而推断出达到平衡后变化的量都达到不变这一平衡特征。
任务分项突破
学科素养测评
课堂小结提升
任务分项突破
NO.1 自主学习·夯实基础
1.可逆反应
(1)定义
学习任务1 化学反应的限度
正反应方向
逆反应方向
(2)
同一条件下
同时
2.化学平衡状态的建立
(1)化学平衡状态的建立过程
最大
最大
>
为0
为0
减小
减小
增大
增大
>
不变
不变
不变
不变
=
阶段 浓度 速率变化 v正、v逆关系
开始 反应物浓度 . v正 . v正 v逆
生成物浓度 . v逆 .
变化 反应物浓度 . v正 . v正 v逆
生成物浓度 . v逆 .
平衡 反应物浓度 . v正 . v正 v逆
生成物浓度 . v逆 .
(2)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立
3.化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念
如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变,当 反应进行到一定程度时, 与 相等,反应物的浓度与生成物的浓度都 ,达到一种表面静止的状态,称为化学平衡状态,简称化学平衡。
可逆
正反应速率
逆反应速率
不再改变
(2)化学平衡状态的特征
可逆反应
相等
不再改变
4.化学反应的限度
(1)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的 ,即该反应进行的限度。
(2)对化学反应限度的理解
①化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大 。
②同一可逆反应,不同条件下,化学反应的限度不同,即改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的 。
最大程度
提示:是。在反应过程中溴蒸气的浓度不断变化,混合体系颜色也不断发生变化,当溴蒸气的浓度不变时,颜色也不再改变,所以颜色保持不变可以判断
已达到平衡状态。
转化率
限度
NO.2 互动探究·提升能力
探究1 化学平衡的建立
问题1:SO2与O2的反应是否为可逆反应
提示:是,反应物没有完全转化为生成物。
问题2:该平衡是如何建立的
提示:①开始时,v正最大,v逆为0;
②反应过程中,反应物浓度逐渐减小→v正逐渐减小,生成物浓度逐渐增大→
v逆从0开始逐渐增大;
③达到平衡时,v正=v逆,反应物和生成物各组分浓度保持不变。
问题3:化学平衡建立过程中化学反应速率的变化图像是怎样的
提示:
探究2 化学平衡的特征
问题4:达到平衡状态时,反应是否停止了
提示:没有停止,v正=v逆≠0;达到一种表面静止的状态。
问题5:化学平衡具有哪些特征
提示:①逆(反应为可逆反应),②等(v正=v逆≠0);③动(是动态平衡,反应并没有停止),④定(反应物和生成物的浓度都保持不变),⑤变(外界条件改变,化学平衡被破坏并建立新的化学平衡)。
探究3 化学平衡的判断依据
问题6:某时刻测得该反应2v正(SO2)=v逆(O2),是否达到了平衡状态
提示:没有,当v正(SO2)=2v逆(O2)达到平衡状态;同种物质表示的v正=v逆≠0达到平衡状态。
问题7:混合物中各组分浓度保持不变时,是否达到了平衡状态
提示:达到了平衡状态。
问题8:某时刻c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)=2∶1∶2,是否达到平衡状态
提示:无法确定是否达到化学平衡状态,各物质的浓度与化学计量数无必然联系。
NO.3 应用体验·形成素养
题点一 可逆反应
1.一定条件下N2+3H2 2NH3为放热反应,下列说法正确的是( )
A.该反应是可逆反应 B.反应达到平衡时,反应速率为零
C.氢气可以完全转化为氨气 D.反应物的总能量小于生成物的总能量
A
解析:氮气与氢气反应生成氨气是可逆反应,故A正确;化学平衡状态是动态平衡,反应速率不可能为零,故B错误;可逆反应不可能完全转化,所以氢气不可能完全转化为氨气,故C错误;正反应是放热反应,所以反应物的总能量大于生成物的总能量,故D错误。
2.可逆反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),达到平衡后,再向反应容器中充入含18O的一氧化碳,经过一段时间后,18O存在于( )
A.CO B.H2O
C.CO2、CO D.CO、H2O、CO2
D
解析:含18O的一氧化碳和H2O正向反应生成含18O的二氧化碳,同时含18O的二氧化碳和H2又逆向反应生成了一氧化碳和水,故最终CO、H2O和CO2中都含有了18O。
题点二 化学反应的限度
3.一定条件下,向密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2,当反应N2+3H2 2NH3达到平衡时。下列说法错误的是( )
A.正、逆反应速率相等
B.NH3的物质的量为2 mol
C.N2、H2、NH3的浓度均不再变化
D.若升高温度,平衡状态将被破坏
B
解析:该反应是可逆反应,1 mol N2和3 mol H2不能反应彻底,生成NH3的物质的量小于2 mol。
4.可逆反应2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)在恒容密闭容器中进行:
①单位时间内生成n mol O2的同时,生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时,生成2n mol NO
③用NO2、NO和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1
④混合气体的颜色不再改变
⑤混合气体的密度不再改变
⑥混合气体的压强不再改变
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变
可说明该反应达到化学平衡状态的是( )
A
A.①④⑥⑦ B.②③④⑥
C.①④⑤⑦ D.①②⑥⑦
解析:单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO2,则v正=v逆,①能说明反应已达到化学平衡状态,②不能说明。③中无论反应是否达到化学平衡状态,各物质表示的化学反应速率之比都等于相应物质的化学计量数之比。④有色气体的颜色不再改变,则表示体系中各物质的物质的量浓度不再变化,说明反应已达到化学平衡状态。⑤体积固定,气体的质量反应前后不变,无论是否达到化学平衡状态,气体的密度始终不变。⑥反应前后气体的体积不相等,压强不变,意味着各物质的含量不再变化,说明反应已达到化学平衡状态。⑦由于反应前后气体的质量不变,气体的平均相对分子质量不变时,说明气体中各物质的物质的量不变,反应达到化学平衡状态。
化学平衡状态的判断依据
思维建模
1.直接标志
(1)v正=v逆≠0(化学平衡的本质)。
(2)各组分的浓度保持一定(化学平衡的特征)
①各组分的浓度不随时间的改变而改变。
②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
2.间接标志——“变量不变”
(1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于有气体参与且反应前后气体的体积不等的可逆反应)。
(2)混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于①恒压且反应前后气体的体积不等的可逆反应;②恒容且有固体、液体参与的可逆反应)。
(3)对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应,若体系的颜色不再改变,则反应达到平衡状态。
[凝练素养]通过v正=v逆和混合物中各组分浓度保持不变的平衡特征,推断反应是否达到化学平衡,进一步促进学生变化观念与平衡思想学科素养。
NO.1 自主学习·夯实基础
1.工业合成氨的条件
学习任务2 化学反应条件的控制
外界因素 适宜条件
温度 温度过低,反应速率很 ,合成氨反应一般选择在 ℃左右的温度下进行
压强 增大压强有利于合成氨,但并不是压强越大越好。合成氨工厂一般采用的压强是 .
400～500
10 MPa～30 MPa
低
2.化工生产中化学反应条件的控制
速率
程度
小
高
大
高
加快
微思考:改变条件均可提高能量转化率吗
提示:不一定。如果改变的条件是使平衡正向移动,则可提高能量转化率,如果改变的条件使平衡逆向移动,则降低了能量转化率。
NO.2 互动探究·提升能力
探究 化学反应条件的控制
为了提高燃料的燃烧效率,应如何调控燃烧反应的条件 查阅资料可从以下几个方面考虑:如燃料的状态、空气用量、炉膛材料、烟道废气中热能的利用等。
问题1:燃料状态对燃烧速率有何影响
提示:将燃料粉碎增大接触面积,可加快燃烧速率。
问题2:炉膛材料对热能利用率是否有影响 烟道废气中余热如何利用
提示:建议选择保温隔热且耐热的炉膛材料,防止热量损失;余热循环使用,如利用余热供暖、通过热交换装置供其他方面使用。
问题3:提高燃料的燃烧效率的意义
提示:使有限的能量发挥最大的作用,节约能源、降低污染。
化学反应条件的选择
归纳拓展
化学反应条件的选择主要从速率和限度考虑,通过选取适当的条件,既可以控制化学反应速率,又可以提高化学反应的限度(注意:催化剂不能改变反应的限度)。
1.关于人类需要或对人类有利的化学反应——提高生产或工作效率,提高原料的利用率或转化率。
2.关于有害或人类不需要的化学反应——降低反应速率或隔离会引发反应的物质。
3.关于特定条件环境或特殊需要的化学反应——要对化学反应条件进行特殊的控制。
NO.3 应用体验·形成素养
1.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是( )
①提高燃料的着火点 ②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎 ④将液体燃料雾化 ⑤将煤气化处理 ⑥通入足量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
C
解析:燃料的着火点不可改变且与燃烧效率无关。
2.如图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是 (填字母)。
a.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
b.步骤②中“加压”可以加快反应速率
c.步骤②采用的压强是2×107 Pa,因为在该压强下铁触媒的活性最大
d.步骤③,选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件
e.目前,步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右
f.步骤④⑤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本
解析:a.有些杂质可与催化剂反应造成催化剂中毒,所以可通过“净化”原料气防止催化剂中毒;b.加压可以加快反应速率;d.选择合适的催化剂能提高效率;f.回收再利用可提高原料的利用率。
答案:abdf
课堂小结提升
自主构建
易错提醒
1.误认为二次电池的反应属于可逆反应。其实不然,因为反应条件不一样。
2.误认为通过改变反应条件,可逆反应的反应物的转化率可达100%。其实不然,因为可逆反应的特点决定反应不可能进行到底,反应物的转化率不可能达到100%。
3.误认为一定条件,可通过延长化学反应的时间来改变限度。其实不然,因为限度的建立与时间长短无关,只与条件有关。
4.误认为化学反应在一定条件下建立平衡状态时,化学反应会停止。其实不然,因为反应达到平衡时只是正、逆反应速率相等但不为零,反应还在进行。
5.误认为浓度比等于对应物质的化学计量数之比时,反应达到平衡状态。其实不
然,因为浓度比等于化学计量数之比只是一种特殊的状态,条件变了就不一定
平衡。
学科素养测评
炼铁高炉尾气之谜
(1)实践证明,反应①和③的反应物都不可能完全转化为生成物,其原因是什么 。
解析:(1)①、③两个反应中反应物不可能完全转化为生成物,由此可判断这两个反应均为可逆反应,反应物和生成物应同时共存。
答案:(1)均为可逆反应,存在化学反应的限度
炼铁高炉尾气之谜
(2)为加快反应①的速率,可采取哪些措施 (列举2种)。
解析:(2)为加快反应①的速率,可适当增大CO的浓度、将Fe2O3粉碎增大接触面积、增大体系压强和使用催化剂等。
答案:(2)增大CO浓度、粉碎矿石(或增大压强、使用催化剂等,答案合理即可)
炼铁高炉尾气之谜
(3)高炉炼铁时,增加高炉的高度,为什么不能改变高炉尾气中CO的含量
。
解析:(3)增加炼铁高炉的高度,对反应①的反应限度无影响,故所得高炉尾气中CO的含量不会发生变化。
答案:(3)对反应①的限度无影响,故尾气中CO的含量不变
炼铁高炉尾气之谜
(4)反应②中为了提高煤炭的燃料效率可采取哪些具体措施 。
解析:(4)为提高煤炭的燃烧效率,可采取的措施:尽可能使燃料充分燃
烧,提高能量的转化率;尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能,提高热能的利用率等。
答案:(4)尽可能使燃料充分燃烧,提高能量的转化率;尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能,提高热能的利用率
命题解密与解题指导
情境解读:本题以高炉炼铁发展史为背景,创设了真实有意义的测试情境,有利于促进学生思考、推理和判断。
素养立意:结合高炉炼铁中涉及的反应分析可逆反应中存在化学反应限
度,并能从影响反应速率和平衡的因素等角度分析相关反应,促进变化观念与平衡思想学科素养;能运用所学理论知识,解答生产生活中的实际问题,体现化学学科的社会价值,培养学生科学态度与社会责任素养。
思路点拨:(1)可逆反应。
(2)化学反应条件的控制。(共38张PPT)
第二节 化学反应的速率与限度
第一课时 化学反应的速率
学习目标导航
课程目标展示 素养目标达成
1.了解化学反应速率的概念和表示方法,并能进行简单计算。
2.理解影响化学反应速率的因素及规律,并能合理解释生产、生活中的相关化学现象。
3.学会运用变量控制实验研究影响化学反应速率的方法。 宏观辨识与微观探析:从定量的角度衡量化学反应进行的快慢;从宏观因素对微观反应影响,理解外界条件对化学反应速率的影响。
任务分项突破
学科素养测评
课堂小结提升
任务分项突破
NO.1 自主学习·夯实基础
通常用化学反应速率来衡量化学反应进行的 ,化学反应速率可用单位时间内 或 来表示。
表达式v= ,式中各符号的表示意义:
学习任务1 化学反应速率
快慢程度
反应物浓度的减少量
生成物浓度的增加量
v——反应速率
Δc——某一时间段浓度的变化量,单位: .
Δt——反应时间,单位: 、 、 .
速率单位(常用): 、 .
min(分)
s(秒)
mol/L
h(小时)
mol·L-1·min-1
mol·L-1·s-1
微思考1:某一反应在第5 s时的反应速率是0.2 mol·L-1·s-1的说法正
确吗
提示:不正确。速率是某一时间段的平均速率而非瞬时速率。
微思考2:一个化学反应的速率可以用任何一种反应物或生成物表示吗
提示:纯固体或纯液体的浓度变化为0,一般不能用来表示速率。
NO.2 互动探究·提升能力
探究1 化学反应速率的计算
问题1:甲容器中5 min内用SO2表示的反应速率是多少
问题2:甲容器中5 min内用O2、SO3表示的反应速率各是多少 据所求数据在表示一个反应的反应速率时要注意什么
提示:v(O2)=0.06 mol/(L·min),v(SO3)=0.12 mol/(L·min);要注意指明具体物质,因为用不同的物质表示速率数值有可能不同。
问题3:同一化学反应中,用不同物质表示反应速率时,各数据之间有什么关系
提示:速率之比等于化学计量数之比。
探究2 化学反应速率的比较
问题4:容器甲和容器乙哪个反应较快
提示:甲中较快,甲中v(O2)>乙中v(O2)。
问题5:怎样比较化学反应速率快慢
提示:要转化为同一种物质表示的反应速率,且要注意单位统一。
1.对化学反应速率的理解
归纳拓展
2.化学反应速率大小的比较方法
(1)归一法:若单位不统一,则要换算成相同的单位;若为不同物质表示的反应速率,则要换算成同一物质来表示反应速率。
[凝练素养]通过“化学反应速率的计算”探究活动,学会从定量的角度衡量化学反应进行的快慢,促进宏观辨识与微观探析学科素养的发展。
NO.3 应用体验·形成素养
题点一 化学反应速率的概念
1.下列关于化学反应速率的说法,不正确的是( )
A.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B.化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质
C.化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示
D.化学反应速率常用单位有mol·L-1·s-1和mol·L-1·min-1
C
解析:化学反应速率用单位时间内反应物或生成物的浓度变化量来表示,而不采用物质的质量或物质的量。
2.下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减小或任何一种生成物浓度的增加
B.化学反应速率0.8 mol/(L·s)是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol/L
C.根据化学反应速率可以知道化学反应进行的快慢
D.对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
C
解析:化学反应速率为单位时间内浓度的变化量,则化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示,固体或纯液体的浓度变化视为0,故A错误;因化学反应速率为平均速率,则化学反应速率为0.8 mol/(L·s)是指1 s内该物质的浓度变化量为0.8 mol/L,故B错误;化学反应速率是描述化学反应快慢的物理量,根据化学反应速率可以知道化学反应进行的快慢,故C正确;反应速率与现象无关,反应速率快的,现象可能明显,也可能不明显,故D错误。
题点二 化学反应速率的计算
3.一定条件下反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在10 L的密闭容器中进行,测得2 min内,N2的物质的量由20 mol减小到8 mol,则2 min内N2的反应速率为
( )
A.1.2 mol·L-1·min-1
B.6 mol·L-1·min-1
C.0.6 mol·L-1·min-1
D.0.4 mol·L-1·min-1
C
4.一定温度下,10 mL 0.40 mol·L-1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如表所示。
C
t/min 0 2 4 6 8 10
V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A.0～6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2mol·L-1·min-1
B.6～10 min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2mol·L-1·min-1
C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol·L-1
D.反应至6 min时,H2O2分解了50%
解析:根据题目信息可知,0～6 min,生成22.4 mL O2(标准状况),消耗0.002 mol H2O2,则v(H2O2)≈3.3×10-2 mol·L-1·min-1,A项正确;随反应物浓度的减小,反应速率逐渐降低,B项正确;反应至6 min时,剩余0.002 mol H2O2,此时c(H2O2)=0.20 mol·L-1,C项错误;反应至6 min时,消耗0.002 mol H2O2,转化率为50%,D项正确。
题点三 化学反应速率的快慢比较
5.在2A+B 3C+4D反应中,表示该反应速率最快的是( )
A.vA=0.5 mol·L-1·s-1
B.vB=0.3 mol·L-1·s-1
C.vC=0.8 mol·L-1·s-1
D.vD=1 mol·L-1·s-1
B
6.对反应A+B AB来说,常温下按以下情况进行反应:①20 mL溶液中含A、B各0.01 mol;
②50 mL溶液中含A、B各0.05 mol;
③0.1 mol·L-1的A、B溶液各10 mL;
④0.5 mol·L-1的A、B溶液各50 mL。
四种情况下反应速率的大小关系是( )
A.②>①>④>③ B.④>③>②>①
C.①>②>④>③ D.①>②>③>④
A
NO.1 自主学习·夯实基础
1.方法引导——变量控制法
探究化学反应速率的影响因素,关键是控制好变量。其大致步骤如下:
学习任务2 影响化学反应速率的因素
2.实验探究——外界条件对化学反应速率的影响
(1)温度对化学反应速率影响的探究
实验
操作
实验
现象 ①产生气泡
速率最慢 ②产生气泡
速率较快 ③产生气泡
速率最快
实验
结论 对于反应2H2O2 2H2O+O2↑来说,温度升高,H2O2的分解速率 .
加快
(2)催化剂对化学反应速率影响的探究
加快
实验
操作
实验
现象 ①有少量
气泡出现 ②能产生
大量气泡 ③能产生
大量气泡
实验
结论 MnO2、FeCl3可以使H2O2分解的速率 .
(3)浓度对化学反应速率影响的探究
加快
实验操作
实验现象 装有12% H2O2溶液的试管中产生气泡速率更快
实验结论 增大反应物浓度能使H2O2分解速率 .
(4)固体反应物表面积对化学反应速率影响的探究
越大
实验
操作
实验
现象 加碳酸钙粉末的试管内产生气泡较快,加块状碳酸钙的试管内产生气泡较慢
实验
结论 其他条件相同时,固体反应物的表面积越大,反应速率 .
微思考:升高温度、加入催化剂都能加快反应速率吗
提示:升高温度时,无论对吸热反应还是放热反应,都能加快反应速率。催化剂分为正催化剂和负催化剂,正催化剂可以加快反应速率,负催化剂可以减慢化学反应速率。
NO.2 互动探究·提升能力
探究 化学反应速率的影响因素
问题1:同样的食物,为什么冬天保存的时间长而夏天保存的时间短
提示:冬天气温低,夏天气温高,温度越高,食物腐败的速率越快,贮存时间
越短。
问题2:铁粉与一定浓度的稀盐酸反应时,增加铁粉的用量能否加快反应
速率
提示:不能。对于纯固态或纯液态物质,浓度可视为常数,改变其用量,浓度不发生改变,不影响化学反应速率。
影响化学反应速率的因素
归纳拓展
(1)内因
反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。
(2)外因(其他条件不变,只改变一个条件)
NO.3 应用体验·形成素养
1.下列有关反应速率的说法正确的是( )
A.用铁片和稀硫酸反应制氢气时,改用98%的硫酸可以加快反应速率
B.100 mL 2 mol·L-1的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变
C.SO2的催化氧化反应是一个放热的反应,所以升高温度,反应速率变慢
D.汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强反应速率变慢
D
解析:铁遇浓硫酸钝化,不能加快反应速率,A错误;加入氯化钠溶液,盐酸的浓度减小,反应速率减慢,B错误;升高温度,反应速率加快,C错误;减小压强,反应速率减慢,D正确。
2.H2O2可用于羊毛、生丝、纸浆等的漂白。5% H2O2溶液在常温下分解速率很慢,为了加快H2O2分解,改变某一条件,下列装置与改变的条件相对应的是( )
A.甲—温度、乙—浓度、丙—催化剂
B.甲—浓度、乙—催化剂、丙—温度
C.甲—催化剂、乙—温度、丙—浓度
D.甲—温度、乙—催化剂、丙—浓度
A
解析:由图可知,甲与常温下5% H2O2溶液的试管装置相比,在60 ℃的热水浴中反应速率快,则改变的条件是温度;乙与常温下5% H2O2溶液的试管装置相比,用10%的过氧化氢溶液反应速率快,则改变的条件是浓度;丙与常温下5% H2O2溶液的试管装置相比,加了催化剂氯化铁,则改变的条件是催化剂,所以装置与改变的条件相对应的是甲—温度、乙—浓度、丙—催
化剂。
3.容积可变的密闭容器中加入WO3和H2进行反应:WO3(s)+3H2(g) W(s)+
3H2O(g)。下列说法不正确的是( )
A.将容器的体积缩小一半,其反应速率增大
B.保持体积不变,充入氩气,其反应速率不变
C.保持压强不变,充入氖气,H2O(g)的生成速率增大
D.保持压强不变,充入氖气,H2O(g)的生成速率减小
C
解析:将容器的体积缩小一半,导致压强增大,气体浓度增大,则反应速率增大,A正确;保持体积不变,充入氩气,参加反应气体的浓度不变,则其反应速率不变,B正确;保持压强不变,充入氖气,则容器体积增大,参加反应气体的浓度减小,H2O(g)的生成速率减小,C错误,D正确。
压强对反应速率的影响
思维建模
有气体参加的反应,改变压强对反应速率的影响实质是使反应物的浓度改变。
(1)压缩体积或充入气态反应物,使压强增大,都能加快化学反应速率。
(2)充入非反应气体对化学反应速率的影响:
①恒容时:充入非反应气体→压强增大,但各物质浓度不变→反应速率不变。
②恒压时:充入非反应气体→压强不变→体积增大→各物质浓度减小→反应速率减慢。
[凝练素养]通过压强对反应速率影响的分析,培养学生宏观辨识与微观探析学科素养。
课堂小结提升
自主构建
易错提醒
1.误认为增大反应物的用量一定能加快化学反应速率。其实不然,如钠与水的反应,增加钠或水的量对速率无影响,因为没有改变反应物的浓度。
2.误认为有气体参加的反应增大压强速率一定增大。其实不然,如果改变压强不影响浓度,则不会影响速率,如向恒容密闭的合成氨反应体系中充入惰性气体。
3.误认为用铁和稀硫酸反应制取氢气时,硫酸浓度越大,产生氢气的速率越快。其实不然,当硫酸浓度足够大时,由于钝化作用,反应会停止。
4.误认为反应速率越大,反应现象越明显。其实不然,如酸碱中和反应,反应很快但无明显现象。
5.误认为可用所有的物质来表示速率。其实不然,因为此公式应用有条件限制,对于纯固体、纯液体而言无浓度的变化,不能用其求算速率。
6.误认为速率比一定等于化学计量数之比。其实不然,如锌和稀硫酸反应,氢气和溶液中的其他溶质微粒速率比就不等于化学计量数之比。
学科素养测评
一般情况下,金属越活泼,与酸反应的速率越快。为了探究金属Mg、Zn、Fe与酸反应的快慢,某研究性学习小组设计了如下的实验:
①取A、B、C三支试管,分别加入2 mL浓度相同的盐酸溶液。
②分别加入足量的、质量相等的、颗粒大小相同的Mg粉、Zn粉、Fe粉,立即把三个相同的气球分别套在各试管口上。
(1)写出铁与盐酸反应的化学方程式: 。
(2)气球膨胀速度最快的是 (填试管编号)。
(3)该实验表明,实验室一般选用锌而不选用镁、铁制取氢气的主要原因是
。
(4)步骤②是实验获得成功的关键,你认为在操作过程中各小组成员之间应
该如何操作 。
解析:选取浓度相同、体积相同的盐酸进行反应,体现了“控制单一变量法”的运用。选择活性不同的金属进行反应,可根据冒气泡的速率来判断金属性的强弱及反应速率的快慢程度。
(2)A
(3)镁与盐酸反应产生氢气过快不易控制,而铁与盐酸反应产生氢气较慢影响实验时间
(4)应把金属粉末先分别放入气球中再将气球套在试管上,同时将气球提起,让金属同时落入盐酸中以保证反应同时开始又不损失氢气
命题解密与解题指导
情境解读:本题以金属与酸反应制备氢气为背景,创设了真实有意义的测试情境,有利于促进学生思考、推理和判断。
素养立意:通过根据冒气泡的速率来定性判断反应快慢的方法,培养学生宏观辨识与微观探析素养;其他条件不变的情况下,金属越活泼,反应速率越快,促进“结构决定性质”这一内在规律的学习,培养学生证据推理与模型认识素养。
思路点拨:(1)根据冒气泡的速率来判断反应快慢程度。
(2)从速率适中、便于观察的角度理解实验室制备气体原理的选择。(共41张PPT)
第二课时 化学反应与电能
学习目标导航
课程目标展示 素养目标达成
1.通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。
2.从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
3.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。 1.宏观辨识与微观探析:能从微观和宏观相结合的视角分析化学反应的内在能量转化,与宏观不同电极反应产生联系。
2.科学探究与创新意识:设计实验认识构成原电池的条件及原理,判断原电池的正、负极,利用原电池原理能设计原电池。
任务分项突破
学科素养测评
课堂小结提升
任务分项突破
NO.1 自主学习·夯实基础
一、火力发电——化学能间接转化为电能
火力发电是通过 燃烧时发生的氧化还原反应,使 能转化为
能,加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,带动发电机发电。能量转换过程如下:
学习任务 化学能与电能
化石燃料
化学
热
其中 是使化学能转换为电能的关键。
燃烧(氧化还原反应)
二、原电池——化学能直接转化为电能
1.实验探究
有气泡产生
实验操作 实验现象 原因解释
Zn片: .
Cu片: . 反应的离子方程式: .
Cu片表面无明显变化的原因: .
.
.
无气泡产生
铜排在金属活动性顺序表氢的后面,不能从酸溶液中置换出氢气
溶解
Zn片: .
Cu片: .
电流表A:指针 . 电流表指针偏转说明: .
Cu片上有气泡说明: .
.
.
有气泡产生
偏转
导线中有电流通过
溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气,从铜片上放出
2.微观探析电流产生的原因:
(1)锌片: (反应类型:氧化反应)。
(2)铜片: (反应类型:还原反应)。
(3)总反应式: 。
(4)装置中的化学反应发生在 和 之间。铜片的作用是: .
。
微思考1:该装置为什么能够产生电流
提示:根据物理上电源正负极的定义,电子流出的一极为负极,电子流入的一极为正极,电流方向是由Cu片到Zn片。电解质溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,构成闭合回路。
锌
稀硫酸
导电
(传递电子)
3.反应本质:原电池反应的本质是 。
4.构成原电池的条件
理论上,自发的 均可设计成原电池。
(1)两个 (或一个为金属,一个为能 的非金属)电极。
(2)具有 溶液。
(3)形成 。
微思考2:原电池中作负极的一定是活泼金属,作正极的一定是不活泼金属吗
提示:不一定。在原电池中的两极可以都是活泼金属(如Zn-Fe-稀硫酸,Zn作负极),可以都是不活泼金属(如Cu-Ag-AgNO3溶液,Cu作负极),也可以是一种金属和一种能导电的非金属(如Cu-C-AgNO3溶液,Cu作负极)。
氧化还原反应
氧化还原反应
活泼性不同的金属
导电
电解质
闭合回路
NO.2 互动探究·提升能力
探究1 原电池的工作原理
在铜锌原电池中:
问题1:若将铜片换作石墨棒,能否产生电流 电极反应有无变化
提示:改为石墨电极后,仍然可以形成原电池,产生电流。锌为负极,石墨棒为正极,电极反应及原电池反应均不变。
问题2:若将稀硫酸换作硫酸铜溶液,能否产生电流 电极反应有何不同
问题3:若将稀硫酸换作酒精,能否产生电流
提示:酒精是非电解质,此时不能构成原电池,因此不能产生电流。
1.原电池的工作原理
归纳拓展
(1)反应类型:负极发生氧化反应,正极发生还原反应。
(2)电子的移动方向:负极流出,经导线流向正极。
(3)离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
2.原电池的判断方法
3.原电池正负极的判断方法
[凝练素养]通过“原电池的工作原理”探究活动,学会分析原电池中不同组成部分的作用以及构成原电池的一般条件,促进证据推理与模型认知学科素养的发展。
探究2 原电池原理的应用
提示:不能。因为它不是氧化还原反应。
提示:不能。虽然它是氧化还原反应,但不是释放能量的氧化还原反应。
问题6:锌与稀H2SO4反应制H2时,向溶液中加少量CuSO4后,为什么反应速率
加快
提示:锌置换出铜构成原电池。
原电池原理的应用
归纳拓展
1.加快氧化还原反应的速率
(1)原理:原电池中,氧化反应和还原反应分别在两极进行,使溶液中离子运动时相互的干扰减小,使反应速率增大。
(2)实例:实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时,可滴入几滴硫酸铜溶液,形成原电池,加快反应速率。
2.比较金属活泼性强弱
(1)原理:一般原电池中,活泼金属作负极,发生氧化反应,不活泼金属作正极,发生还原反应。
(2)实例:有两种金属A和B,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到A极溶解,B极上有气泡产生。由原电池原理可知,金属活动性A>B。
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。
②电解质溶液:电解质溶液一般能与负极反应。
装置图
[凝练素养]通过“原电池原理的应用”探究活动,学会利用原电池原理分析具体情境中关于正、负极材料活泼性的判断,促进科学探究与创新意识学科素养的发展。
NO.3 应用体验·形成素养
题点一 化学能与电能
1.下列说法不正确的是( )
A.电能属于一次能源
B.太阳能电池的能量转化方式为光能→电能
C.植物及其加工品所储存的能量为生物质能
D.芒硝晶体(Na2SO4·10H2O)白天在阳光下曝晒后失水、溶解吸热,夜里重新结晶放热,实现太阳能转化为化学能继而转化为热能
A
解析:电能是用风能、水能、太阳能等制取的能源,属于二次能源,A错
误;太阳能电池直接把太阳能转化为电能,B正确;生物质能是绿色植物将太阳能转化为化学能而储存在生物体内部的能量,C正确;Na2SO4·10H2O结晶属于化学变化,能量转换形式为化学能和热能的转化,白天在阳光下曝晒后失水,转换形式为太阳能和化学能的转化,D正确。
2.下列叙述不正确的是( )
A.用天然气火力发电时,每一步都需要化学反应来完成
B.利用太阳能等清洁能源代替化石燃料,有利于节约资源,保护环境
C.原电池反应一定为氧化还原反应
D.在火力发电时,化学能转化为热能的过程实际上是氧化还原反应发生的过程,伴随着能量的变化
A
题点二 原电池的工作原理
3.“储存”在物质内部的化学能可通过原电池转化为电能,如图所示是某同学设计的几种装置,其中能构成原电池的是( )
A.③⑤⑦ B.①④⑤
C.④⑤⑦ D.②⑤⑥
A
4.如图为发光二极管连接柠檬电池装置,下列说法正确的是( )
A.铁环作为柠檬电池正极
B.电子由发光二极管经导线流向铁环
C.负极的电极反应为Fe-2e- Fe2+
D.可将柠檬替换成盛装酒精溶液的装置
C
题点三 原电池原理的应用
5.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
C
实验
装置
部分
实验
现象 a极质量减小,b极质量增大 b极有气体产
生,c极无变化 d极溶解,c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
解析:装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属易失去电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,可知b比c活泼,且c位于金属活动性顺序表中氢的后面;装置三和装置四均形成原电池,易知d比c活泼,d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。
解析:(1)①是酸碱中和反应,属于放热反应,②是置换反应,属于放热反应;能设计成原电池的反应应该是有电子转移的氧化还原反应,②反应有化合价的升降,是氧化还原反应,可以设计为原电池。
答案:(1)①② ②
(2)根据如图所示的原电池装置填空。
①电子从 片流出,溶液中H+向 片移动。
解析:(2)①在该原电池中锌片为负极,失去电子,电子从锌片流出,经过导线,流到正极铜片。在溶液中根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引的原则,H+向含有负电荷较多的正极铜片移动。
答案:(2)①锌 铜
(2)根据如图所示的原电池装置填空。
②正极的现象是 ,发生 (填“氧化”
或“还原”)反应。
答案:②有气泡产生 还原
③负极的电极反应式为 。
(2)根据如图所示的原电池装置填空。
④若反应过程中有0.01 mol电子发生转移,则生成的氢气在标准
状况下的体积为 L。
解析:④若反应过程中有0.01 mol电子发生转移,根据电子守恒,可得n(H2)=0.005 mol,所以生成的氢气在标准状况下的体积为0.005 mol×
22.4 L·mol-1=0.112 L。
答案:④0.112
思维建模
解答有关原电池问题的思维流程如下:
[凝练素养]通过“原电池的工作原理”题点练习,培养分析陌生原电池装置的能力,促进学生证据推理与模型认知学科素养发展。
课堂小结提升
自主构建
易错提醒
1.误认为构成原电池的两极材料一定都是金属。其实不然,如正极材料可以为导电的非金属石墨等。
2.误认为原电池两极至少有一极参与反应。其实不然,如燃料电池,两个电极都不参与反应。
3.误认为活泼的金属一定为原电池的负极。其实不然,如Mg-Al-NaOH溶液原电池中,负极为Al,正极为Mg。
4.误认为自发的氧化还原反应就可以设计成原电池。其实不然,因为还必须是释放能量,才可能将化学能转化为电能。
5.误认为原电池只有化学能转化为电能。其实不然,因为放电过程必然还有别的能量变化如化学能转化为热能等。
6.误认为粗锌与稀硫酸反应速率加快不是形成原电池导致的。其实不然,金属接触构成闭合回路也可以形成原电池。
学科素养测评
几位同学用相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池,得到的实验数据如下表所示:
实验编号 水果种类 电极间距离/
cm 电流大小/
μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
(1)该实验的目的是探究水果种类和 对水果电池电流大小的影响。
解析:(1)根据表中实验数据可以知道:使用的水果不一样、电极间距离大小不一样均会导致电流大小不一样。
答案:(1)电极间距离
答案:(2)锌片 化学能
解析:(2)活泼金属作负极,原电池是把化学能转化为电能的装置。
几位同学用相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池,得到的实验数据如下表所示:
实验编号 水果种类 电极间距离/
cm 电流大小/
μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
(2)该实验所用装置中,负极材料是 ,该装置将 转化为电能。
答案:(3)2 3
解析:(3)如果实验时两个电极间距一样,则能表明水果种类对电流大小有影响。
几位同学用相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池,得到的实验数据如下表所示:
实验编号 水果种类 电极间距离/
cm 电流大小/
μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
(3)能表明水果种类对电流大小有影响的实验编号是 和 。
答案:(4)电极材料(或电极材料的横截面积、电极插入水果的深度、同种水果的成熟程度以及水果的个数等,答案合理即可)
解析:(4)电极材料、电极材料的横截面积、电极插入水果的深度、同种水果的成熟程度以及水果的个数等因素都可能影响水果电池电流大小。
几位同学用相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池,得到的实验数据如下表所示:
实验编号 水果种类 电极间距离/
cm 电流大小/
μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
(4)请你再提出一个可能影响水果电池电流大小的因素: 。
命题解密与解题指导
情境解读:本题以水果电池的设计为背景,创设了真实有意义的测试情境,有利于促进学生思考、推理和判断。
素养立意:根据电流表的指针变化研究不同因素对水果电池电流大小的影响,培养学生宏观辨识与微观探析素养;从简单化学原电池的工作原理迁移到真实情境当中,锻炼学生证据推理与模型认知学科素养。
思路点拨:
1.根据金属活泼性判断电极。
2.从构成原电池的条件出发,推测可能影响电流大小的因素。(共37张PPT)
第三课时 化学电源
学习目标导航
课程目标展示 素养目标达成
1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。
2.能正确书写简单化学电源的电极反应式。 1.宏观辨识与微观探析:结合生活中常用的各类电池,能够用原电池原理解释其中的原理。
2.科学探究与创新意识:通过对新型电池的认识,体会原电池原理对于设计电池和改进电池方面的重要性。
任务分项突破
学科素养测评
课堂小结提升
任务分项突破
NO.1 自主学习·夯实基础
1.一次电池
(1)特点:电池放电后 充电(内部的氧化还原反应 逆向进行),如锌锰干电池属于一次电池。
(2)锌锰干电池的构造如图所示。
学习任务 常见的化学电源
②石墨棒为 ,最终被还原的物质是 。
③NH4Cl糊的作用是 。
不能
无法
负极
正极
二氧化锰
作电解质溶液
2.二次电池(充电电池)
(1)特点:二次电池在放电时所进行的 ,在充电时可以 ,使电池恢复到放电前的状态。
氧化还原反应
(3)常见的充电电池:铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
3.燃料电池
(1)特点:①反应物不是储存在电池内部;②能量转换效率高、清洁、安全;③供电量易于调节。
(2)燃料电池常用的燃料有: 、 、乙醇等;常用氧化剂:氧气。
微思考:二次电池能无限次反复充电使用吗
提示:电池在工作时,化学能转化为电能的同时,也有少量能量转化为热能或以其他能量转化形式损失,所以二次电池不能无限次反复使用。
逆向进行
氢气
甲烷
NO.2 互动探究·提升能力
探究1 电池类别的辨别
问题1:图示三种电池的类别分别是什么
提示:燃料电池、一次电池、二次电池。
问题2:结合所学知识判断干电池与充电电池的本质区别,燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别。
提示:干电池是一次性电池,放电之后不能充电,即内部的氧化还原反应是不可逆的;充电电池又称二次电池,它在放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,使电池恢复到放电前的状态。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部,而是由外部提供,这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。
探究2 电极反应式的书写
问题3:以30%的KOH溶液作电解质溶液的氢氧燃料电池的负极和正极的电极反应式是什么 KOH溶液的浓度如何变化
电极反应式的书写及判断
归纳拓展
1.书写电极反应式的原则
电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒,遵循离子方程式的书写规则,两电极反应式相加得电池总反应化学(或离子)方程式。
2.书写电极反应式的基本类型
(1)类型一 题目给定原电池的装置图,未给总反应式
①首先找出原电池的正、负极,即分别找出氧化剂和还原剂。
②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。
④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。
(2)类型二 题目给出原电池的总反应式
①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化 情况,找出氧化剂及其对应的还原产物,氧化剂发生的反应即为正极反应;找出还原剂及其对应的氧化产物,还原剂发生的反应即为负极反应。
②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时,还应考虑电解质是否参与了反应。
③若有一个电极反应式较难写出,可先写出较易的电极反应式,然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。
[凝练素养]通过“电极反应式的书写”探究活动,学会利用不同电解质性质结合总反应式或电极材料准确书写电极反应式,促进宏观辨识与微观探析学科素养的发展。
NO.3 应用体验·形成素养
题点一 化学电源
1.研究人员研制出一种可作为鱼雷和潜艇的储备电源的新型电池——锂水电池(结构如图),使用时加入水即可放电。下列关于该电池的说法错误的是( )
A.锂为负极,钢为正极
B.工作时负极的电极反应式:Li-e- Li+
C.工作时OH-向锂电极移动
D.放电时电子的流向:锂电极→KOH溶液→钢电极
D
2.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是( )
A.甲:Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H+浓度增加
B.乙:正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH-
C.丙:锌筒做负极,发生氧化反应,锌筒会变薄
D.丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降
A
3.镁—空气电池是一种新型燃料电池,其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.金属Mg电极为负极
B.电子流向:Mg电极→导线→空气电极→电解质溶液→Mg电极
C.电池总反应为2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2
D.回收后的氢氧化镁经一系列转化,可重新制成镁锭循环利用
B
题点二 电极反应式的书写
4.燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池,如图所示,a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是( )
A.a极是负极,该电极上发生氧化反应
C
(1)海水分解生成的氢气用于燃料电池时,实现 能转变为 能。分解海水的反应属于 (填“放热”或“吸热”)反应。
解析:(1)海水分解生成的氢气用于燃料电池时,实现了化学能转变为电能。分解海水的反应属于吸热反应。
答案:(1)化学 电 吸热
B.产物为无污染的水,属于环境友好型电池
C.燃料电池的能量转化率可达100%
D.H2在负极发生氧化反应
答案:(2)C
思维建模
燃料电池电极反应式的书写
(3)写出电池的负极反应式
负极反应式=总反应式-正极反应式。
[凝练素养]通过燃料电池电极反应式的书写练习,培养学生证据推理与模型认知学科素养。
课堂小结提升
自主构建
易错提醒
1.误认为原电池负极一定被消耗。其实不然,铅酸蓄电池负极在放电过程中质量在增加,燃料电池发生反应的是燃料气体或氧气而非电极材料。
2.误认为原电池工作过程中一定需要电解质水溶液。其实不然,现在越来越多的化学电源采用固体电解质或熔融电解质。
学科素养测评
(1)高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。图1是高铁电池的模拟实验装置:
①该电池放电时正极的电极反应式为 。
答案:②右 左
解析:②电池工作时,阴离子移向负极,阳离子移向正极,所以盐桥中氯离子向右移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向左移动。
(1)高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。图1是高铁电池的模拟实验装置:
②盐桥中盛有饱和KCl溶液,此盐桥中氯离子向 (填“左”或“右”)移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向 (填“左”或“右”)移动。
(1)高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。图1是高铁电池的模拟实验装置:
③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有 。
答案:③使用时间长、工作电压稳定
解析:③由题图中高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线可知,高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。
(2)有人设想以N2和H2为反应物,以溶有A的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能,又能固氮的新型燃料电池,装置如图3所示,电池正极的电极反应式是 ,A是 。
(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度,其装置如图4所示。该电池中O2-可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动,工作时O2-的移动方向为 (填“从a到b”或“从b到a”),负极的电极反应式为 。
命题解密与解题指导
情境解读:本题以新型电池的设计为背景,创设了真实有意义的测试情境,有利于促进学生思考、推理和判断。
素养立意:根据题给信息书写陌生电池的电极反应式,培养学生宏观辨识与微观素养;从原电池工作原理向新型化学电源进行迁移,培养学生证据推理与模型认知素养。
思路点拨:(1)根据信息(如化合价变化以及产物稳定性)书写电极反应式。
(2)从闭合回路的形成判断微粒(如电子、离子)的移动方向。(共34张PPT)
第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第一课时 化学反应与热能
学习目标导航
课程目标展示 素养目标达成
1.知道化学反应可以实现化学能与热能的转化,认识吸热和放热反应。
2.能用化学键解释某些吸热反应和放热反应。
3.认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。 1.宏观辨识与微观探析:理解化学反应中能量的变化取决于反应物与生成物的总能量相对大小;从化学键的断裂和形成上认识化学能量与化学变化的本质。
2.证据推理与模型认知:能从反应前后的能量变化推理出判断反应类型的一般规律。
任务分项突破
学科素养测评
课堂小结提升
任务分项突破
NO.1 自主学习·夯实基础
一、化学反应与热能
化石燃料燃烧会释放大量的热,除了燃烧,其他化学反应也伴随着放热或吸热现象。
1.两条基本规律
质量守恒定律: 。
能量守恒定律: .
。
学习任务 化学能与热能的转化
化学反应前后物质的总质量保持不变
一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量,转化的途径和能量的形式不同,但是体系包含的总能量不变
2.化学反应一定伴随有能量的变化,化学反应中能量变化主要表现为 的变化,吸热或放热。
3.化学能与热能的实验探究
(1)镁与盐酸反应
热量
实验操作 实验现象 结论
①看到有气泡产生
②用手触摸反应后的试管,
.
③用温度计测得反应后温度 . 该反应产生 , . 热量
温热
升高
气体
放出
(2)Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应
实验操作 实验现象 结论
①
②闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯 ①混合物呈糊状
②闻到刺激性气味
③用手触摸杯壁下部,
,用手拿起烧杯,
. 该反应产生NH3和H2O,
热量
冰凉
木片与烧杯粘在一起
吸收
4.放热反应和吸热反应
(1)化学上把释放热量的化学反应称为 ,把吸收热量的化学反应称为 。
(2)常见的放热反应和吸热反应
放热反应
吸热反应
放热反应 吸热反应
①所有燃烧反应
②酸碱中和反应
③大多数化合反应
④活泼金属跟水或酸的反应
⑤物质的缓慢氧化
...... ①大多数分解反应
②C+CO2(以C、H2为还原剂的氧化还原反应)
③Ba(OH)2·8H2O+NH4Cl(固态铵盐与碱的反应)
④NaHCO3与盐酸的反应
......
微思考1:浓硫酸溶于水时放出大量热,该变化是放热反应吗
提示:不是。有热量放出未必是放热反应,放热反应和吸热反应必须是化学变化。
二、化学反应中能量变化的原因
1.化学键与化学反应中能量变化的关系
(1)化学反应过程(物质变化)
(2)化学反应中能量变化的原因
化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。
E1>E2,反应 能量(吸热反应);
E1吸收
放出
2.物质储存化学能与化学反应中能量变化的关系
(1)一个化学反应是吸收热量还是释放热量,与 和 .
的相对大小有关。
吸热反应:反应物的总能量 生成物的总能量,
放热反应:反应物的总能量 生成物的总能量。
(2)化学反应与能量变化的关系示意图
反应物总能量
生成物总
能量
小于
大于
微思考2:化学反应过程都伴随着能量变化,伴随能量变化的过程都是化学变化吗
提示:不是。某些物质溶于水时也会有吸热或放热现象,但不属于化学变化。例如硝酸铵溶于水时会吸热,而氢氧化钠固体溶于水时会放热。
三、化学反应与能源
1.现阶段人类获取热能的主要途径,是通过 ,使用最多的常规能源是 。
2.化石燃料利用过程中待解决的问题:一是化石燃料储量有限,短期内不可再生;二是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.应对措施:节能减排,提高能源的利用率;开发使用新能源,如太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。
4.一次能源:从自然界中直接获取的能源。二次能源:一次能源转化获取的
能源。
物质的燃烧
煤、石油和天然气
NO.2 互动探究·提升能力
下面是甲、乙、丙3位同学对放热反应和吸热反应的理解
探究1 反应条件与反应类型的关系
问题1:甲同学的说法是否正确
提示:不正确。不能根据反应条件来判断是放热反应或吸热反应。
探究2 根据反应中断键、成键情况计算反应中能量变化
问题2:化学键的断裂和形成与能量的变化有何关系
提示:断开旧化学键吸收能量,形成新化学键释放能量(微观角度)。
问题3:根据断裂或形成化学键时吸收或放出的能量,怎样计算能量变化
提示:公式ΔQ=Q(吸)-Q(放),其中ΔQ<0,为放热反应;ΔQ>0,为吸热反应。
探究3 根据反应中能量变化判断反应类型
问题4:丙同学的说法是否正确 为什么
提示:正确。反应物总能量和生成物总能量的相对大小可判断化学反应是放热反应或吸热反应(宏观角度)。
问题5:怎样根据总能量大小确定反应类型
提示:E(反)>E(生)为放热反应;E(反)1.从化学键的角度理解化学反应过程中的能量变化
化学反应过程中的能量变化来源于旧化学键断裂与新化学键形成时的能量变化。
(1)若反应物中的化学键断开吸收的能量高于生成物成键时释放的能量,则该反应吸收能量,吸收的能量=反应物分解吸收的总能量-生成物形成释放的总能量。
(2)若反应物中的化学键断开吸收的能量低于生成物成键时释放的能量,则该反应放出能量,放出的能量=生成物形成释放的总能量-反应物分解吸收的总能量。
归纳拓展
2.从总能量的角度理解化学反应过程中的能量变化
类型
比较 放热反应 吸热反应
能量
变化 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
图示
[凝练素养]通过化学反应中能量变化的原因的探究,学会通过微观变化解释宏观变化,促进宏观辨识与微观探析学科素养的发展。
NO.3 应用体验·形成素养
题点一 化学能与热能的转化
1.反应C(石墨) C(金刚石)是吸热反应。下列说法不正确的是( )
A.金刚石和石墨是不同的单质
B.金刚石和石墨可以相互转化
C.石墨比金刚石更稳定
D.相同质量的石墨比金刚石的能量高
D
2.放热反应一定是( )
A.断开反应物中的化学键吸收的能量比形成生成物中的化学键放出的能
量多
B.贮存能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应物的总能量低于生成物的总能量
C
解析:断开反应物中的化学键吸收的能量比形成生成物中的化学键放出的能量多,反应为吸热反应,A错误;放热反应是释放能量的过程,B错误;放热反应一定是反应物的总能量高于生成物的总能量,C正确;反应物的总能量低于生成物的总能量的反应为吸热反应,D错误。
题点二 放热反应与吸热反应及其判断
3.下列说法正确的是( )
A.任何化学反应都伴随着能量的变化
B.H2O(g) H2O(l),该过程放出大量的热,所以该过程是放热反应
C.化学反应中能量的变化都表现为热量的变化
D.如图所示,该反应是吸热反应
A
解析:一切化学变化过程中都伴随着能量的变化,A正确;物质的三态变化过程中,虽然存在能量变化,但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成,故不属于化学变化,B错误;化学反应中能量变化的形式有多种,除热能外,还有光能、电能等,C错误;由题图知,该反应过程中反应物的总能量高于生成物的总能量,故该反应是放热反应,D错误。
4.下列反应中属于吸热反应的是( )
A.生石灰与水反应制熟石灰 B.氢氧化钠与盐酸反应
C.食物因氧化而变质 D.Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应
D
解析:常见的放热反应有所有的物质燃烧、所有金属与酸反应、金属与水反应、所有中和反应、绝大多数化合反应、铝热反应以及食物腐败、炸药爆炸等,常见的吸热反应有绝大多数分解反应、个别的化合反应(如C和CO2)以及某些复分解反应(如铵盐和强碱)。生石灰与水反应是常见放热反应,A错误;盐酸与氢氧化钠溶液反应是中和反应,是放热反应,B错误;食物因氧化而变质,属于放热反应,C错误;Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体混合反应是典型的吸热反应,D正确。
关于吸热反应和放热反应的易错点
思维建模
(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,如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。
[凝练素养]通过反应类型的判断,培养学生证据推理与模型认知学科素养。
课堂小结提升
自主构建
易错提醒
1.误认为需要加热才能发生的反应都是吸热反应。其实不然,反应吸热或放热主要取决于反应物与生成物的总能量的相对大小,当生成物的总能量大于反应物的总能量时,不管反应条件如何,该反应都属于吸热反应。
2.误认为有化学键断裂就发生化学反应。其实不然,化学反应既有旧键的断裂,又有新键的形成,如电解质的电离过程只存在旧键的断裂,而没有新键的形成,属于物理过程。
学科素养测评
为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图所示的三套实验装置(尾气处理装置省略):
(1)上述三套装置中,仅通过观察不能探究出“铜与浓硝酸反应是吸热反应还是放热反应”的是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
解析:(1)装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的高低变化来判断铜与浓硝酸的反应是放热反应还是吸热反应;装置Ⅱ可通过烧杯中的导管是否产生气泡来判断铜与浓硝酸的反应是放热反应还是吸热反应;装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将生成的气体用水吸收的装置,仅通过观察不能判断该反应是放热反应还是吸热反应。
答案:(1)Ⅲ
答案:(2)U形管中左端液面降低,右端液面升高
解析:(2)氢氧化钡溶液与稀硫酸反应属于中和反应,中和反应为放热反应。反应放出的热量使锥形瓶中温度升高,气体压强增大,导致U形管左端液面降低,右端液面升高。
为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图所示的三套实验装置(尾气处理装置省略):
(2)某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平),在甲试管里加入适量氢氧化钡溶液与稀硫酸,U形管中可观察到的现象是 。
解析:(3)①钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,该反应为放热反应,放出的热量使丁中温度升高,气体压强增大,导致右边烧杯中的导管有气泡产生;冷却后丁中温度降低,压强减小,烧杯中的导管内会形成一段水柱。
答案:(3)①产生气泡,反应完毕后,冷却至室温,烧杯中的导管内形成一段水柱
为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图所示的三套实验装置(尾气处理装置省略):
(3)为探究固体M溶于水的热效应,选择装置Ⅱ进行实验(反应在丙试管中进行)。
①若M为钠,则实验过程中烧杯中可观察到的现象是 。
为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图所示的三套实验装置(尾气处理装置省略):
(3)为探究固体M溶于水的热效应,选择装置Ⅱ进行实验(反应在丙试管中进行)。
②若观察到烧杯里产生气泡,则说明M溶于水 (填“一定是放热反应”“一定是吸热反应”或“可能是放热反应”)。
解析:②若观察到烧杯里有气泡产生,说明M溶于水放出热量,但有热量放出的过程不一定是化学变化,如烧碱溶于水放出热量,是物理变化。
答案:②可能是放热反应
解析:③若M溶于水后立即观察到烧杯中的导管内形成一段水柱,说明M溶于水为吸热过程,溶于水能够吸收热量的物质有硝酸铵、氯化铵等。
答案:③硝酸铵(其他合理答案也可)
为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图所示的三套实验装置(尾气处理装置省略):
(3)为探究固体M溶于水的热效应,选择装置Ⅱ进行实验(反应在甲试管中进行)。
③若M溶于水后立即观察到烧杯中的导管内形成一段水柱,则M可能是 (填一种物质即可)。
为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图所示的三套实验装置(尾气处理装置省略):
(4)至少有两种实验方法能用于探究超氧化钾与水的反应(4KO2+2H2O 4KOH+3O2↑)是放热反应还是吸热反应。
方法①:选择上述装置 (填“Ⅱ”或“Ⅲ”)进行实验。
解析:(4)①探究超氧化钾与水反应的热效应可用装置Ⅱ进行实验。
答案:(4)Ⅱ
为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图所示的三套实验装置(尾气处理装置省略):
(4)至少有两种实验方法能用于探究超氧化钾与水的反应(4KO2+2H2O 4KOH+3O2↑)是放热反应还是吸热反应。
方法②:取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上,向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水,片刻后,若观察到脱脂棉燃烧,则说明该反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。
解析:②脱脂棉的着火点很低,若超氧化钾与水反应有热量放出,使体系温度升高,则脱脂棉能够被点燃。
答案:放热
命题解密与解题指导
情境解读:本题以铜与硝酸的反应为背景,创设了真实有意义的测试情境,有利于促进学生思考、推理和判断。
素养立意:能从不同实验现象判断反应是吸热的还是放热的,培养学生宏观辨识与微观探析素养;从学生熟悉的钠及其化合物迁移到同主族的钾及其化合物的性质,培养学生证据推理与模型认知识素养。
思路点拨:
1.温度改变会引起压强的改变进而使液面高度发生变化。
2.放出热量可以引起易燃物的燃烧。
