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化学反应与能量变化
第二课时 化学反应与电能
我们日常使用的电能主要来自火力发电。火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。火力发电过程中，化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。其中，燃烧（氧化还原反应）是关键。
直接？
一、化学能转化为电能
【实验探究】
实验1：将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。
锌片
铜片
现象
铜片表面没有气泡产生
锌片表面有气泡产生
实验2：用导线连接锌片和铜片（导线中间接入一个电流表），观察现象。
锌片
铜片
现象
铜片表面有气泡产生
锌片逐渐溶解
电流表
电流表指针发生偏转
结论？
有电流产生，装置中化学能转化为电能
1. 原电池
（1）定义：将化学能转化为电能的装置。
（2）电极反应
电极材料
Zn
Cu
电子转移
电极反应式
失电子
得电子
反应类型
氧化反应
还原反应
电池总反应
负极
失去电子的一极
氧化反应
活性强
得到电子的一极
还原反应
活性弱
正极
小结：
（3）原电池的工作原理：
负极
正极
2H+ + 2e- = H2↑
还原反应
氧化反应
Zn－2e- = Zn2+
（3）原电池的工作原理
外电路：
电子流向：
电流流向：
内电路：
离子移向：
负极 → 正极
e-
正极 → 负极
Ⅰ
阳离子 → 正极
阴离子 → 负极
这样整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流
“电子不入液，离子不上岸”
（4）构成原电池的条件
理论上，自发的氧化还原反应均可设计成原电池。
①两个活泼性不同的金属（或一个为金属，一个为能导电的非金属）电极。
②具有电解质溶液。
③形成闭合回路。
（5）原电池正、负极的判断方法
电极名称
负极
正极
电极材料
活泼性较强的金属
活泼性较弱的金属
电子流向
流出电子的一极
流入电子的一极
反应类型
发生氧化反应
发生还原反应
离子流向
阴离子移向的一极
阳离子移向的一极
实验现象
溶解的一极
增重或有气泡放出
注意：利用金属的活泼性判断原电池的正负极，一般是较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，但也要注意电解质溶液的性质。
①Mg-Al用导线连接插入H2SO4中，Mg作负极，Al作正极；若电解质是NaOH溶液，则Al作负极，Mg作正极。
②Cu-Al用导线连接插入H2SO4中，Al作负极，Cu作正极；若插入浓HNO3中，则Cu作负极，Al作正极。
课堂练习：1. 对于原电池的电极名称叙述有错误的是（ ）
A. 发生氧化反应的为负极 B. 正极为电子流入的一极
C. 比较不活泼的金属为负极 D. 电流的方向由正极到负极
C
2. 如图所示的8个装置属于原电池的是（ ）
A. ①④⑤ B. ②③⑥ C. ④⑥⑦ D. ⑥⑦⑧
C
3. 如图所示，两电极一为石墨棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是（ ）
A. a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为稀硫酸
B. b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C. a为正极，是石墨棒，烧杯中的溶液为稀硫酸
D. b为正极，是石墨棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C
（6）电极反应式的书写
①确定原电池正、负极，弄清正、负极上发生反应的物质。
②书写原电池的电极反应式时，要注意保证原子守恒、电荷守恒。
③注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存，若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。
④正负极反应式相加得到电池反应的总方程式。
课堂练习：4. 如图所示，将锌、铜通过导线相连，置于稀硫酸中。
（1）锌片上的现象是 ，电极反应为 。
（2）铜片上的现象是 ，电极反应为 。
（3）电子由 经导线流向 。
（4）若反应过程中有0.2 mol电子发生转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为 。
锌片逐渐溶解
铜片表面有气泡产生
锌片
铜片
2.24L
5. 由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
（1）装置甲中负极的电极反应式是 。
（2）装置乙中正极的电极反应式是 。
（3）装置丙中正极的电极反应式是 。
2. 原电池原理的应用
（1）比较金属的活动性顺序
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。
实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，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。
（2）增大氧化还原反应的速率
原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中离子运动时的相互干扰减小，使反应速率增大。
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，增大反应速率。
（3）用于金属的防护
原理：使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。
实例：如要保护铁制阀门，可用导线将其与锌块相连，使锌作原电池的负极，铁制阀门作原电池的正极，从而使铁制阀门收到保护。
（4）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
a. 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
b. 电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应
③实例：设计以 为电极反应的原电池。
课堂练习：6. 有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流由D→导线→C；③B、C用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡；④B、D用导线相连后，同时浸入硫酸铜溶液中，片刻后取出电极称量，D极质量增加。据此，判断四种金属的活动性强弱顺序是（ ）
A. C＞A＞B＞D B. A＞C＞D＞B
C. B＞D＞C＞A D. A＞B＞C＞D
D
7. 如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，下列关于该装置的说法正确的是（ ）
A. 外电路的电流方向为X→外电路→Y
B. 若两电极分别为Fe和石墨棒，则X为石墨棒，Y为Fe
C. X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
D. 若两电极材料都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y
D
8. 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 。
装置图
二、常见的化学电源
1. 干电池
常见的锌锰干电池的构造如左上图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种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），属于一次电池。
负极(Zn): Zn - 2e- = Zn2+
2. 二次电池
有些电池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，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。
3. 燃料电池
发展中的燃料电池
燃料电池是一种将燃料（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，具有清洁、安全、高效等特点。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，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。
通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极
氢氧燃料电池
负极：氢气 正极：氧气
电解质溶液为硫酸（H2SO4）时电极反应为：
负极： 正极：
电解质溶液为氢氧化钠（NaOH）溶液时电极反应为：
负极： 正极：
总反应：2H2 + O2 = 2H2O
课堂练习：9. 下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（ ）
A B C D
锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 硅太阳能电池
A
10. 下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是（ ）
A. 碱性锌锰电池 B. 手机用锂电池
C. 汽车用铅蓄电池 D. 玩具用镍氢电池
A
11. 如图是氢氧燃料电池构造示意图，下列关于该电池的说法中，不正确的是（ ）
A. a极是负极
B. 供电时的总反应为
C. 电子由b极通过灯泡流向a极
D. 氢氧燃料电池是环保电池
C(共25张PPT)
化学反应与能量变化
第一课时 化学反应与热能
一、化学能与热能的相互转化
1. 化学反应的本质和特征
本质：化学反应的过程，本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
物质变化：生成新物质
特征
能量变化：释放能量或吸收能量
遵循质量守恒定律
遵循能量守恒定律
课堂练习：1. 下列对化学反应的认识错误的是（ ）
A. 会引起化学键的变化 B. 会产生新的物质
C. 必然引起物质状态的改变 D. 必然伴随着能量的变化
C
2. 下列变化过程中，需要吸收能量的是（ ）
A.
B.
C.
D.
C
2. 放热反应和吸热反应
【实验探究】
（1）镁和稀盐酸的反应
有气泡产生；用温度计测量，水银柱上升
实验现象
化学反应
实验结论
活泼金属与酸反应是放热反应
放热反应：释放热量的化学反应。
（2）Ba(OH)2 8H2O与氯化铵（NH4Cl）反应
闻到刺激性气味，烧杯壁发凉；玻璃片和烧杯黏结在一起，混合物是糊状
实验现象
化学反应
实验结论
该反应是吸热反应
吸热反应：吸收热量的化学反应。
想一想：
常见的吸热、放热反应有哪些？
常见的放热反应：
①活泼金属与酸或水的反应；
②酸碱中和反应；
③可燃物的燃烧反应及缓慢氧化；
④多数化合反应；
⑤铝热反应。
常见的吸热反应：
①多数分解反应；
②以C、CO、H2为还原剂的氧化还原反应，如C和CO2、C和H2O(g)等；
③Ba(OH)2 8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应。
思考：NaOH溶于水放出热量，NaOH溶于水是放热反应吗？
不是放热反应
注意：
①放热反应是一个放热过程，但放热过程不一定是放热反应。
②需要加热的反应不一定是吸热反应，不需要加热的反应不一定是放热反应。
课堂练习：3. 下列反应属于吸热反应的是（ ）
A. 木炭在氧气中的燃烧反应
B. 生石灰与水的反应
C. 氢氧化钠溶液与盐酸的中和反应
D. 氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应
D
4. 下列变化过程，属于吸热反应的是（ ）
①碳与水蒸气反应 ②将胆矾加热变成白色粉末 ③稀释浓硫酸 ④硝酸铵晶体溶于水 ⑤H2在Cl2中燃烧 ⑥冰融化 ⑦Ba(OH)2 8H2O晶体与NH4Cl晶体混合搅拌 ⑧碳酸钙受热分解 ⑨人工固氮（工业合成氨）
A. 6个 B. 5个 C. 4个 D. 3个
C
二、化学键与化学反应中能量变化的关系
化学反应的过程是旧化学键的断裂和新化学键的形成。旧化学键的断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量不同，所以化学反应必然伴随着能量变化。
1. 从化学键的角度分析化学反应中的能量变化
化学键断裂吸收能量：436kJ/mol + 243kJ/mol = 679kJ/mol
化学键形成释放能量：431kJ/mol + 431kJ/mol = 862kJ/mol
（1）化学键断裂吸收的能量 ＜ 化学键形成释放的能量，即E吸收＜E释放，反应放出能量，发生放热反应。
（2）化学键断裂吸收的能量 ＞ 化学键形成释放的能量，即E吸收＞E释放，反应吸收能量，发生吸热反应。
化学键的角度
各种物质都具有能量，物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量也不同。【如1molH2(g)与1molO2(g)、1molH2O(g)与1molH2O(l)的能量均不相同】
在化学反应中，反应物总能量与生成物总能量不同，所以，由反应物转化为生成物必然伴随着能量变化。
2. 从总能量的角度分析化学反应中的能量变化
（1）反应物的总能量 ＜ 生成物的总能量，即E反＜E生，反应时会从环境吸收能量，发生吸热反应。
（2）反应物的总能量 ＞ 生成物的总能量，即E反＞E生，反应时会向环境释放能量，发生放热反应。
总能量的角度
判断化学反应是吸收能量还是放出能量：
（1）取决于反应物中化学键断裂所吸收的能量和生成物中化学键形成所放出的能量的相对大小。
（2）取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
3. 化学反应的能量变化图像
（1）放热反应
（2）吸热反应
课堂练习：5. 已知化学反应A2(g)+B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示，判断下列叙述正确的是（ ）
A. 每生成2分子AB(g)吸收bkJ的能量
B. 1molA2(g)与1molB2(g)反应生成2molAB(g)
吸收（a-b）kJ能量
C. 该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量
D. 断裂1molH-H键和1molB-B键，放出akJ能量
B
6. 反应A + B → C是放热反应，分两步进行：①A + B → X（吸热反应），②X → C（放热反应）。下列示意图中，能正确表示该反应过程中能量变化的是（ ）
D
7. 已知断裂1mol共价键所吸收的能量分别为H-H：436kJ，I-I：151kJ，H-I：299kJ，下列对H2(g) + I2(g) 2HI(g)的反应类型的判断错误的是（ ）
A. 放热反应 B. 吸热反应
C. 氧化还原反应 D. 可逆反应
B
三、人类对能源的利用
能源就是能提供能量的自然资源，如化石燃料、生物质能、太阳能、风能等。
1. 人类利用化学反应中的热能的主要途径——物质的燃烧
发现——始于火的发现
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. 化石燃料的使用面临的问题
（1）能源短缺问题日益突出（化石燃料是不可再生能源）。
（2）燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等造成了大气污染。
3. 节能减排
充分有效的利用能源：
（1）提高燃料的燃烧效率（燃料燃烧阶段）。
（2）提高能源利用率（能量利用阶段）。
4. 开发利用新能源
（1）调整和优化能源结构，降低化石燃料在能源结构中的比率。
（2）大力开发太阳能、生物质能、风能、氢能、海洋能、地热能等新能源。
课堂练习：8. 下列关于能源和作为能源的物质叙述中错误的是（ ）
A. 化石能源物质内部蕴储着大量的能量
B. 绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来
C. 物质的化学能可以在不同的条件下转化为热能、电能为人类所利用
D. 吸热反应没有利用价值
D
