第2节 化学反应与能量转化
第1课时 化学反应中能量变化的本质及转化形式
课后篇巩固提升
夯实基础·轻松达标
1.下列说法正确的是( )
A.凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应
B.C(石墨,s)C(金刚石,s),反应中既没有电子的得失也没有能量的变化
C.干冰升华时,二氧化碳分子中的共价键不断裂
D.伴有能量变化的过程,都是化学变化
答案C
解析经加热而发生的化学反应不一定是吸热反应,反应是否吸热与反应条件无关,A项错误;C(石墨,s)C(金刚石,s)反应中没有电子的得失,但是有能量的变化,既不放热也不吸热的化学反应是不存在的,B项错误;干冰升华时只发生了物理变化,改变的是分子间的距离,二氧化碳分子中的共价键不发生断裂,C项正确;伴有能量变化的过程,不一定都是化学变化,如水蒸气变为液态水要放出热量,D项错误。
2.下列图示变化为吸热反应的是( )
答案A
解析反应物总能量低于生成物总能量的反应是吸热反应,A正确;反应物总能量高于生成物总能量属于放热反应,B错误;浓硫酸溶于水放热,C错误;锌和稀盐酸反应生成氯化锌和氢气,属于放热反应,D错误。
3.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.NaOH溶于水是放热反应
C.反应物和生成物所具有的总能量决定了放热还是吸热
D.断开化学键放热,形成化学键吸热
答案C
解析需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应,例如碳燃烧等,A错误;NaOH溶于水是物理变化,不是放热反应,B错误;反应物和生成物所具有的总能量决定了反应放热还是吸热,如果反应物总能量高于生成物总能量则是放热反应,反之是吸热反应,C正确;断开化学键吸热,形成化学键放热,D错误。
4.已知Zn与稀硫酸发生反应:Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑,则下列关于该反应的叙述不正确的是( )
A.该反应中旧键断裂需要吸收能量,新键形成需放出能量,所以总能量不变
B.发生化学反应的同时一定发生能量变化
C.该反应为放热反应
D.反应物的总能量高于生成物的总能量
答案A
解析断裂化学键吸收能量,生成化学键会释放能量,化学反应过程中一定伴随着能量的变化,故A错误;一个化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程,旧的化学键断裂需要吸收能量,新化学键的形成放出能量,故发生化学反应时一定伴随能量变化,B正确;从题给反应分析,该反应为放热反应,故C正确;该反应为放热反应,所以反应物的总能量高于生成物的总能量,故D正确。
5.将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。由此可知( )
A.NH4HCO3与盐酸的反应是放热反应
B.该反应中,热能转化为产物内部的能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应物中化学键断裂吸收的能量少
答案B
解析醋酸逐渐凝固说明反应吸收热量导致醋酸溶液温度降低,即NH4HCO3与HCl的反应为吸热反应,A项错误;因反应为吸热反应,即吸收的热量转化为产物内部的能量,B项正确;因反应为吸热反应,则反应后生成物的总能量高于反应物的总能量,C项错误;反应物中化学键断裂吸收的能量多,D项错误。
6.如图是某同学设计的放热反应的观察装置。其实验操作步骤如下:
①按图所示将实验装置连接好;
②在U形管内加入少量红墨水或品红溶液,打开T形管活塞,使U形管内两边的液面处于同一水平面,再关闭T形管活塞;
③在盛有1.0 g氧化钙的小试管里滴入2 mL左右的蒸馏水,观察现象。试回答:
氧化钙与水的反应
(1)实验前必须进行的一步实验操作是 。?
(2)实验中观察到的现象是 。?
(3)说明CaO和H2O的能量与Ca(OH)2的能量之间的关系: 。?
(4)若该实验中将CaO换成NaCl,实验还能否观察到相同现象? (填“能”或“否”)。?
答案(1)检查装置的气密性 (2)U形管里的液体左边下降,右边上升 (3)1 mol CaO和1 mol H2O的能量之和大于1 mol Ca(OH)2的能量 (4)否
解析(1)该实验原理是利用气压变化导致某些实验现象发生,所以实验之前一定要检查装置的气密性;(2)CaO和水反应放出热量,使大试管中空气膨胀,内部压强增大,导致U形管里的液体左边下降,右边上升。
(3)CaO+H2OCa(OH)2,根据实验现象可知,氧化钙与水之间的反应是放热反应,1 mol CaO和1 mol H2O的能量和大于1 mol Ca(OH)2的能量。
(4)氯化钠和水混合后,能量的变化很不明显,试管内气体压强几乎不变,不会出现明显现象。
提升能力·跨越等级
1.冬天用煤炉取暖时要预防发生一氧化碳中毒事故。一氧化碳的产生主要是因为煤炉中发生了以下反应:CO2+C2CO。试分析下列有关叙述中不正确的是 ( )
A.C在O2充足时,发生的反应主要是放热反应
B.煤燃烧时吹入的氧气越多越好
C.CO2+C2CO这一反应属于吸热反应
D.煤燃烧时,反应物总能量高于生成物总能量,所以放出热量
答案B
解析C在O2充足时生成二氧化碳,发生的反应主要是放热反应,A项正确;氧气过多时会带走部分热量,B项错误;CO2+C2CO这一反应属于吸热反应,C项正确;煤燃烧时,反应物总能量高于生成物总能量,所以放出热量,D项正确。
2.(双选)利用含碳化合物合成新燃料是发展低碳经济的重要方法,已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是合成甲醇(CH3OH)的反应,该反应过程的能量变化如图所示,下列判断正确的是( )
A.CO(g)与H2(g)反应生成1 mol CH3OH(g)释放出91 kJ的能量
B.用碳制备原料气CO、H2的反应属于放热反应
C.反应物总键能低于生成物的总键能
D.若该反应生成液态CH3OH,则放出的能量更少
答案AC
解析由图可知,生成1 mol CH3OH(g)放出510 kJ-419 kJ=91 kJ的能量,A项正确;碳与水蒸气反应制备CO和H2的反应属于吸热反应,B项错误;反应是放热反应,则反应物总键能低于生成物的总键能,C项正确;同种物质气态时比液态时的能量高,则如果生成液态CH3OH,则放出的能量更多,D项错误。
3.最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:
下列说法正确的是( )
A.CO和O生成CO2是吸热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
答案C
解析本题通过图像考查CO与O反应的机理。由于反应物的能量高于生成物的能量,则该反应为放热反应,A错误;由图示可看出,在反应过程中,CO中的化学键没有断裂,B错误;在CO2分子中,只含有CO极性键,C正确;由图示可知,该过程为CO与O的反应而不是CO与O2的反应,D错误。
4.科学家已获得了气态N4分子,其结构为正四面体(如图所示)。已知断裂1 mol N—N键吸收167 kJ能量,断裂1 mol N≡N键吸收942 kJ能量,下列说法正确的是 ( )
A.N4属于一种新型的化合物
B.N4(g)4N(g)的过程中释放1 002 kJ能量
C.1 mol N4转化为N2时要吸收882 kJ能量
D.N4和N2互为同素异形体,N4转化为N2属于化学变化
答案D
解析N4属于一种新型的单质,A项错误;N4(g)4N(g)的过程中吸收能量为6×167 kJ=1 002 kJ,B项错误;1 mol N4转化为N2时能量变化为2×942 kJ-6×167 kJ=882 kJ,即放出882 kJ能量,C项错误;N4和N2均是氮元素形成的单质,互为同素异形体,N4转化为N2属于化学变化,D项正确。
5.常温下,1 mol化学键分解成气态原子所需要的能量用E表示,结合下表中信息判断下列说法不正确的是 ( )
共价键
H—H
F—F
H—F
H—Cl
H—I
E/(kJ·mol-1)
436
157
568
432
298
A.表中最稳定的共价键是H—F键
B.1 mol H2(g)与1 mol F2(g)生成2 mol HF(g)放出25 kJ的能量
C.432 kJ·mol-1>E(H—Br)>298 kJ·mol-1
D.1 mol H2(g)分解成2 mol H(g)需吸收436 kJ的能量
答案B
解析表中键能最大的共价键是H—F键,故最稳定的共价键是H—F键,A项正确;1 mol H2(g)与1 mol F2(g)反应生成2 mol HF(g),放出的能量为(568×2-436-157) kJ=543 kJ,B项错误;Br的非金属性介于Cl和I之间,故432 kJ·mol-1>E(H—Br)>298 kJ·mol-1,C项正确;由题中信息可知,1 mol H2(g)分解生成2 mol H(g)需吸收436 kJ的能量,D项正确。
6.甲烷和氢气都是清洁能源。回答下列问题:
(1)写出甲烷的电子式: ,1 mol CH4含 mol C—H键,1 mol CH4断键形成1 mol C和4 mol H需要 (填“放出”或“吸收”)1 660 kJ的能量,则1 mol C—H键的键能为 kJ·mol-1。?
(2)氢气在氧气中燃烧生成水蒸气的能量变化如图所示,M表示 (填“反应物”或“生成物”)的总能量,该反应中氢气和氧气的总能量 (填“>”或“<”)水蒸气的总能量。?
答案(1)H?··C··?H····HH 4 吸收 415 (2)反应物 >
解析(1)甲烷中碳原子通过四对共用电子对与氢原子形成甲烷分子,其电子式为H?··C··?H····HH。拆开化学键需要吸收能量,1 mol甲烷有4 mol C—H键,故1 mol C—H键的键能为1 660 kJ· mol-1÷4=415 kJ·mol-1。
(2)氢气和氧气的燃烧反应是放热反应,故反应物的总能量大于生成物的总能量,M表示反应物。
7.氢气是一种理想的汽车新能源,发展氢能汽车的关键是氢气的制备及储存技术。制备氢气通常有下列方法:
①电解水制氢:2H2O2H2↑+O2↑;
②高温使水分解制氢:2H2O2H2↑+O2↑;
③太阳光催化分解水制氢:2H2O2H2↑+O2↑;
④天然气制氢:CH4+H2OCO+3H2。
(1)最为节能的方法是 (填序号)。?
(2)从化学键断裂与形成的角度分析方法①②③反应产生等物质的量的H2,消耗的能量是否相同 (填“相同”或“不同”),理由是 。?
(3)破坏1 mol氢气中的化学键需要吸收436 kJ能量;破坏12 mol氧气中的化学键需要吸收249 kJ的能量;形成水分子中的1 mol H—O键能够释放463 kJ能量。下图表示氢气和氧气反应过程中能量的变化。
a.请将图中①②③的能量变化的数值,填在下边的横线上。
① kJ ② kJ?
③ kJ?
b.生成27 g水蒸气放出的热量为 kJ。?
答案(1)③ (2)相同 反应①②③中反应物的总能量相等,生成物的总能量也相等,则反应消耗的能量相同
(3)a.①1 370 ②1 852 ③482 b.361.5
解析(1)观察几种方法,不难发现反应①②④会消耗电能或热能。而反应③是在催化剂作用下,利用取之不尽的太阳能,故反应③是最为节能的方法。
(2)反应①②③都是通过分解H2O获得H2,产生等物质的量的H2时消耗的H2O的量也相等,破坏化学键和形成化学键的量也分别相同,故消耗的能量也相同。
(3)a.①中2 mol H2、1 mol O2生成H、O原子吸收能量为2×436 kJ+2×249 kJ=1 370 kJ。②中H、O原子生成2 mol H2O(g)释放出的能量为4×463 kJ=1 852 kJ。③表示2 mol H2与1 mol O2完全反应生成2 mol H2O(g)释放的能量为1 852 kJ-1 370 kJ=482 kJ。b.生成27 g(物质的量为1.5 mol)水蒸气释放的热量为1.5mol2mol×482 kJ=361.5 kJ。
贴近生活·拓展创新
★请根据化学反应与热能的有关知识,填写下列空白。
(1)在Ba(OH)2?8H2O和NH4Cl晶体反应的实验中:反应物混合后需用玻璃棒迅速搅拌,其目的是 ,该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。?
(2)下列过程中不一定释放能量的是 (请填编号)。?
A.形成化学键 B.燃料燃烧 C.化合反应 D.葡萄糖在体内的氧化反应 E.酸碱中和 F.炸药爆炸
(3)等质量的下列物质分别完全燃烧,放出热量较多的是 (填编号)。?
A.固体硫 B.硫蒸气
(4)已知通常条件下,酸、碱稀溶液中和生成1 mol水放出的热量为中和热。稀溶液中1 mol H2SO4和NaOH恰好反应时放出Q kJ热量,则其中和热为 kJ·mol-1。?
(5)已知H2和O2反应放热,且断开1 mol H—H键、1 mol OO键、1 mol O—H键需吸收的能量分别为Q1 kJ、Q2 kJ、Q3 kJ,由此可以推知下列关系正确的是 (填编号)。?
A.Q1+Q2>Q3
B.Q1+Q2>2Q3
C.2Q1+Q2<4Q3
D.2Q1+Q2<2Q3
答案(1)使反应物充分接触,促进反应快速进行 吸热
(2)C (3)B (4)Q2 (5)C
解析(1)在Ba(OH)2?8H2O和NH4Cl晶体反应的实验中,为使反应物充分接触,促进反应快速进行,需用玻璃棒迅速搅拌,该反应为吸热反应。
(2)大多数的化合反应放热,但有的化合反应吸热,如二氧化碳和碳生成一氧化碳的反应吸热。
(3)硫蒸气的能量大于固体硫,所以等质量的固体硫和硫蒸气分别完全燃烧,放出热量较多的是硫蒸气。
(4)稀溶液中1 mol H2SO4和NaOH恰好反应时生成2 mol水,放出Q kJ热量,所以中和热为Q2 kJ·mol-1。
(5)已知2 mol H2和O2反应生成2 mol H2O,反应断开2 mol H—H键吸收能量2Q1、断开1 mol OO键吸收能量Q2、形成4 mol O—H键放出能量4Q3,总反应为放热反应,则2Q1+Q2<4Q3。
课件41张PPT。第1课时 化学反应中能量变化的本质 转化形式知识铺垫新知预习自主测试1.化学反应的实质是旧化学键断裂,新化学键形成。
2.化学反应中旧键的断裂需要吸收能量,新化学键的生成需要释放能量,二者能量差异造成了化学反应中能量的转化。
3.甲烷、氢气等可燃物燃烧会放出热量。
?知识铺垫新知预习自主测试一、化学反应中的能量变化
1.木炭在空气中燃烧,化学能要转化成热能和光能。
2.电解水时电能转化为化学能,化学能也可以转化成电能。
二、活动探究——感受化学反应中的能量变化知识铺垫新知预习自主测试结论:化学反应都会伴随能量的变化,有的释放能量,有的吸收能量。
吸热反应:吸收热量的化学反应。
放热反应:放出热量的化学反应。知识铺垫新知预习自主测试三、化学反应中能量变化的原因
1.从化学键的变化角度分析E1E1>E2时,反应吸收能量,反应吸收能量数值=E1-E2。知识铺垫新知预习自主测试2.从物质所具有的总能量关系分析 反应物总能量>生成物总能量,反应释放能量。
反应物总能量<生成物总能量,反应吸收能量。四、能量转化形式
化学能 热能、电能或光能等。知识铺垫新知预习自主测试【微思考1】需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗?
提示:不一定。加热只是反应所需的一种条件,并不能证明一定是吸热反应。反应放热还是吸热取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小。只要反应物总能量大于生成物总能量,反应一定放热。
【微思考2】有热量放出的变化都是放热反应吗?吸收热量的变化都是吸热反应吗?
提示:不一定。如图,物质的各种状态之间的转化也伴随热量的变化,但它们属于物理变化;而放热反应和吸热反应指的是化学变化。知识铺垫新知预习自主测试1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)任何化学反应都伴随能量变化。 ( )
(2)反应物的总能量高于生成物的总能量时,反应放热。 ( )
(3)化学键断裂需要吸收能量,化学键形成会放出能量。 ( )
(4)相同质量的氢气在氧气中燃烧比与氧气混合发生爆炸反应放出的热量少。 ( )
(5)化学反应中的能量变化全部是以热量的形式转化的。 ( )
答案:(1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)×知识铺垫新知预习自主测试2.下列反应属于放热反应的是( ) B.Zn与稀盐酸反应制备氢气
C.NaOH溶于水
D.石灰石分解制备氧化钙
答案:B
解析:C与CO2反应生成CO是吸热反应,故A项错误;锌与稀盐酸反应属于放热反应,故B项正确;NaOH溶于水是物理变化,而放热反应首先应该是化学变化,故C项错误;石灰石受热分解是吸热反应,故D项错误。知识铺垫新知预习自主测试3.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
答案:C
解析:放热反应的判断可从能量的变化分析,亦可从化学反应的本质(微观结构角度)上分析。放热反应放出的热量(Q)=形成化学键放出的能量-断裂化学键吸收的能量=反应物的总能量-生成物的总能量>0,C项正确。任务一任务二素养脉络随堂检测 化学反应中的能量变化的原因
问题探究
某学生用如图所示装置进行化学反应X+2Y=2Z能量变化情况的研究。当往试管中滴加试剂Y时,看到U形管中液面甲处降、乙处升。试分析产生该现象的原因是什么?提示:当往试管中加入试剂Y时,看到U形管中液面甲处下降,乙处上升,说明该反应为放热反应,放出的热使得锥形瓶中的气压升高而出现该现象。反应物的能量高于生成物的能量,反应放热;该反应过程中可以看成是贮存在X、Y内部的部分能量转化为热量而释放出来。任务一任务二素养脉络随堂检测知识归纳
放热反应与吸热反应的比较 任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测典例剖析
例1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三套实验装置。(1)上述3个装置中,不能证明“铜与浓硝酸反应是吸热反应还是放热反应”的是 。?
(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 ,说明该反应属于 (填“吸热”或“放热”)反应。?任务一任务二素养脉络随堂检测(3)为探究固体M溶于水的热效应,选择装置Ⅱ进行实验(溶解或化学反应在甲中进行)。
①若M为钠,则实验过程中烧杯中可观察到的现象是 。?
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”);?
③若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱,液面高于烧杯中液面,则M可能是 。?
(4)至少有两种实验方法能证明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“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)进行实验;?
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。?任务一任务二素养脉络随堂检测答案:(1)Ⅲ (2)左端液柱降低,右端液柱升高 放热 (3)①产生气泡,反应完毕后,冷却至室温,烧杯里的导管内液面上升 ②可能是放热反应 ③NH4NO3(合理即可) (4)“Ⅰ”或“Ⅱ” 放热
解析:(1)可通过装置Ⅰ的U形管中红墨水液面的变化判断铜与浓硝酸的反应是放热还是吸热;装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断铜与浓硝酸的反应放热还是吸热;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,不能证明该反应是放热反应还是吸热反应。
(2)氢氧化钡与硫酸反应属于中和反应,中和反应都是放热反应,所以锥形瓶中气体受热膨胀,导致U形管左端液柱降低,右端液柱升高。任务一任务二素养脉络随堂检测(3)①若M为钠,钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,该反应为放热反应,放出的热量使大试管中温度升高,气体压强增大,所以右边烧杯中有气泡产生,反应完毕后,冷却至室温,烧杯里的导管内液面上升;②若观察到烧杯里产生气泡,说明M溶于水可能放出热量,由于放热反应一定属于化学变化,而有热量放出的过程不一定为化学变化,所以不一定属于放热反应,某些物质(如氢氧化钠)溶于水放热,但不是化学反应;③若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱,液面高于烧杯中液面,说明装置中气体的压强减小,则M可能是硝酸铵,硝酸铵溶于水吸收热量,温度降低,气体压强减小。任务一任务二素养脉络随堂检测(4)至少有两种实验方法能证明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:选择题给装置Ⅰ(或Ⅱ)进行实验,装置Ⅰ右边U形管中左端液柱降低,右端液柱升高(或装置Ⅱ烧杯中导管中有气泡放出),证明该反应为放热反应;
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,则说明该反应放出大量热,使棉花燃烧,证明该反应是放热反应。任务一任务二素养脉络随堂检测 放热反应与吸热反应的判断方法
(1)从化学键变化的角度判断,如果旧键断裂吸收的能量大于新键形成释放的能量,则该反应为吸热反应,反之则为放热反应。
(2)从物质本身具有的能量高低判断,如果反应物的总能量大于生成物的总能量,则该反应为放热反应,反之则为吸热反应。
(3)从反应的热效应判断,如果反应后体系温度降低,则该反应属于吸热反应,反之则属于放热反应。
(4)从反应的加热方式判断,需要持续加热才能进行的反应一般是吸热反应,如碳酸钙的受热分解;若反应在开始时需要加热,反应开始后不再加热就能继续进行,则该反应为放热反应,如铁与硫的反应。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练1-1化学反应中必然伴随着物质变化和能量变化,下列说法正确的是( )A.NaOH溶于水共价键断裂并放出热量,所以该过程是放热反应
B.吸热反应一定要在加热或高温条件下才能进行
C.如图可表示放热反应中的能量变化
D.焰色试验有能量变化,所以焰色试验是化学反应任务一任务二素养脉络随堂检测答案:C
解析:NaOH溶于水共价键断裂并放出大量的热,没有产生新物质,不是化学变化,不能称为放热反应,A项错误;吸热反应不一定要在加热或高温条件下才能进行,例如氢氧化钡与氯化铵固体之间的反应,B项错误;图中反应物总能量高于生成物总能量,因此可表示放热反应中的能量变化,C项正确;焰色试验属于物理变化,D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测A.两步反应均为吸热反应
B.三种物质中C最稳定
C.A与C的能量差为E4答案:B
解析:从图看,题给反应分为两个阶段,第一阶段为吸热反应,第二阶段为放热反应,总反应A C为放热反应,A项错误;A、B、C三种物质,C的能量最低,性质最稳定,B项正确;A、C的能量差值为图中的E5,C项错误;A B反应是吸热反应,但不一定需要加热,D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测化学反应中能量变化的计算
问题探究
用H2和O2反应的实例探究化学反应中能量变化的实质
在25 ℃和101 kPa的条件下,燃烧1 mol H2生成水蒸气的能量变化:
(1)吸收的总能量为多少?
(2)释放的总能量为多少?
(3)这个反应释放出能量还是吸收能量?释放或吸收多少能量?任务一任务二素养脉络随堂检测提示:燃烧1 mol H2生成水蒸气的能量变化为:
(1)E总吸=436 kJ+249 kJ=685 kJ;
(2)E总放=930 kJ;
(3)E总放>E总吸,反应释放的能量为930 kJ-685 kJ=245 kJ。任务一任务二素养脉络随堂检测知识归纳
1.化学反应中能量变化的实质化学反应中能量的变化ΔQ=反应物的总键能(断开旧键吸收的能量)-生成物的总键能(形成新键放出的能量)。计算得到的值如果是正值,则该反应为吸热反应;如果是负值,该反应为放热反应。任务一任务二素养脉络随堂检测典例剖析
例2已知反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)中,每生成2 mol HI时会有a kJ的能量放出,已知可逆反应中反应物不能完全反应,又知有关化学键键能如下:下列说法正确的是( )
A.1 mol H2的能量比2 mol H(g)的能量高
B.将0.5 mol H2与1 mol I2(g)混合充分反应后放出的热量为0.5a kJ
C.H—I键的键能为0.5(a+b+c)kJ·mol-1
D.H(g)+I(g) HI(g)是吸热变化任务一任务二素养脉络随堂检测答案:C 任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练2-1已知断开1 mol H—H键吸收的能量为436 kJ,形成
1 mol N—H键放出的能量为391 kJ,根据化学方程式N2+3H2
2NH3,反应消耗1 mol N2放出的能量为92.4 kJ,则断开1 mol N≡N键吸收的能量是( )
A.945.6 kJ B.869 kJ
C.649.6 kJ D.431 kJ
答案:A
解析:设断开1 mol N≡N键需吸收的能量为x,根据反应放出的能量=形成新键放出的能量-断开旧键吸收的能量可知:92.4 kJ=6×391 kJ-3×436 kJ-x,解得x=945.6 kJ。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练2-2如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化。下列说法不正确的是( )A.通常情况下,N2比NO稳定
B.“雷雨发庄稼”中涉及N2(g)和O2(g)的反应
C.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应吸收的能量为179.3 kJ
D.NO是酸性氧化物,可直接用氢氧化钠溶液吸收而除去任务一任务二素养脉络随堂检测答案:D
解析:氮气中键能很大,通常情况下,N2比NO稳定,A项正确;“雷雨发庄稼”中涉及N2(g)和O2(g)反应生成NO,B项正确;1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应吸收的能量为946 kJ+497.3 kJ-2×632 kJ=179.3 kJ,C项正确;NO不是酸性氧化物,与氢氧化钠溶液不反应,D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测1.下列说法不正确的是( )
A.放热反应不需加热即可发生
B.化学反应过程中的能量变化除了热能外,也可以是光能、电能等
C.需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应
D.化学反应中能量变化的数值与参加反应的物质多少有关
答案:A
解析:放热反应不一定不需加热即可发生,例如煤燃烧等,A项错误;化学反应过程中的能量变化除了热能外,也可以是光能、电能等,B项正确;需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应,例如碳燃烧等,C项正确;化学反应中能量变化的数值与参加反应的物质多少有关,D项正确。任务一任务二素养脉络随堂检测2.如图所示,有关化学反应和能量变化的说法正确的是 ( ) A.图a表示的是吸热反应的能量变化
B.图b中生成物比反应物稳定
C.图b可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化
D.图a不需要加热就一定能发生,图b一定需要加热才能发生任务一任务二素养脉络随堂检测答案:C
解析:图a中反应物总能量高于生成物总能量,故为放热反应,故A项错误;图b中反应物总能量低,反应物比生成物稳定,故B项错误;图b中反应物总能量低于生成物总能量,可以表示吸热反应,故C项正确;图a表示的是放热反应,所有的燃烧反应均为放热反应,但是多数的燃烧反应开始时需要加热,故D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测3.(双选)下列关于能量变化的说法正确的是( )
A.冰融化成水吸收热量
B.金属与酸反应吸收能量
C.生成物的总能量一定低于反应物的总能量
D.化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
答案:AD
解析:冰融化成水需要吸收热量,A项正确;金属与酸反应放出能量,B项错误;有放热反应也有吸热反应,所以生成物的总能量不一定低于反应物的总能量,C项错误;化学反应的过程,就是旧键断裂和新键形成的过程,断键和成键会吸收和释放能量,所以任何化学反应都有能量变化,就是化学键的断裂和形成导致的,D项正确。任务一任务二素养脉络随堂检测4.根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化,其中一定正确的是( )A.H2O分解为H2与O2时放出热量
B.生成1 mol H2O时吸收热量245 kJ
C.甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙
D.氢气和氧气的总能量小于水的能量任务一任务二素养脉络随堂检测答案:C
解析:由图中信息可知,1 mol H2断裂共价键变为2 mol H要吸收436 kJ的能量,0.5 mol O2断裂共价键变为1 mol O要吸收249 kJ的能量,2 mol H和1 mol O结合成1 mol H2O要放出930 kJ的能量,因此可以算出1 mol H2和0.5 mol O2反应生成1 mol H2O要放出245 kJ的能量,同时可知水分解为H2与O2时吸收热量。任务一任务二素养脉络随堂检测5.如图所示,把试管放入盛有25 ℃的饱和石灰水的烧杯中,试管中开始放入几小块镁片,再用滴管滴入5 mL盐酸于试管中。试回答下列问题:任务一任务二素养脉络随堂检测(1)实验中观察到的现象是 (选填代号)。?
A.试管中镁片逐渐溶解
B.试管中产生无色气泡
C.烧杯外壁变冷
D.烧杯底部析出少量白色固体
(2)试管中发生的反应属于 (选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”)。?
(3)写出有关反应的离子方程式 。?
(4)由实验推知,MgCl2溶液和H2的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。?任务一任务二素养脉络随堂检测答案:(1)ABD (2)氧化还原反应 (3)Mg+2H+=Mg2++H2↑ (4)小于
解析:(1)当向试管中不断滴加稀盐酸时,发生反应Mg+2HCl=MgCl2+H2↑;因此会看到试管中镁片逐渐溶解,同时有无色气泡产生,由于上述反应是放热反应,所以试管的外壁会变热。而Ca(OH)2在水中的溶解度会随着温度的升高而降低,所以温度升高,Ca(OH)2的溶解度减小,会析出Ca(OH)2固体。因此选A、B、D。(2)试管中发生的反应从基本类型看属于置换反应,由于在反应前后元素的化合价发生了变化,所以从反应实质看属于氧化还原反应。(3)有关反应的离子方程式为Mg+2H+=Mg2++H2↑。(4)由于该反应是放热反应,所以由实验推知,MgCl2溶液和H2的总能量小于反应物镁片和盐酸的总能量。第2课时 化学反应能量转化的重要应用——化学电池
课后篇巩固提升
夯实基础·轻松达标
1.下列说法中不正确的是( )
A.充电电池不能无限制地反复充电、放电
B.燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池
C.化学电池的反应原理是自发的氧化还原反应
D.铅蓄电池和锌锰干电池都是可充电电池
答案D
解析充电电池也是有一定寿命的,故不能无限制地反复充电、放电,A项正确;燃料电池的能量转化率高,反应产物一般不污染环境,故燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池,B项正确;化学电池的反应原理是自发的氧化还原反应,其中还原剂在负极上发生氧化反应,氧化剂在正极上发生还原反应,C项正确;铅蓄电池是可充电电池,锌锰干电池不是可充电电池,D项错误。
2.
在如图所示的装置中,a是金属活动性顺序中氢前面的金属(K、Ca、Na除外),b为碳棒,关于此装置的各种叙述不正确的是( )
A.碳棒上有气体放出,溶液中H+浓度减小
B.a是正极,b是负极
C.导线中有电子流动,电子从a极经导线到b极
D.a极上发生了氧化反应
答案B
解析a是金属活动性顺序中氢前面的金属(K、Ca、Na除外),b为碳棒,该装置构成原电池,a为负极、b为正极,碳棒上氢离子得电子生成氢气,溶液中氢离子浓度减小,故A项正确;通过以上分析知,a是负极、b是正极,故B项错误;该装置构成原电池,电子从负极a沿导线流向正极b,故C项正确;a电极上金属失电子发生氧化反应,故D项正确。
3.
某普通锌锰干电池的结构如右图所示。下列说法正确的是( )
A.锌筒是原电池的正极
B.石墨电极上发生氧化反应
C.铵根离子流向石墨电极
D.电子经石墨沿电解质溶液流向锌筒
答案C
解析锌锰干电池中,锌筒做负极,石墨做正极,选项A错误;锌锰干电池中,正极上二氧化锰得电子发生还原反应,选项B错误;原电池中阳离子定向移动到正极,故铵根离子流向石墨电极,选项C正确;电子经导线由负极锌筒流向正极石墨电极,选项D错误。
4.某原电池总反应的离子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu,则该反应的原电池组成正确的是( )
选项
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Ag
Cu
负极
Cu
Zn
Cu
Fe
电解质溶液
CuCl2
CuSO4
H2SO4
ZnCl2
答案B
解析该原电池发生的反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu,锌失电子发生氧化反应,所以做负极,铜离子得电子发生还原反应,所以应为正极上的反应,正极材料是活泼性比Zn弱的金属或导电的非金属,离子导体是含有发生还原反应离子的电解质溶液,即溶液中必定含有铜离子。
5.干电池反应原理为Zn+2NH4+Zn2++2NH3↑+H2↑,工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.碳棒为电池的负极
B.H2在Zn片上生成
C.电流由锌片流向碳棒
D.Zn片上发生氧化反应
答案D
解析放电时,锌元素化合价由0价变为+2价,氢元素化合价由+1价变为0价,所以Zn是负极,C是正极,A项错误;锌片的电极反应式为Zn-2e-Zn2+,H2在碳棒上生成,B项错误;电流由正极流向负极,应是由碳棒流向锌片,C项错误;Zn电极上失电子发生氧化反应,D项正确。
6.由W、X、Y、Z四种金属按下列装置进行实验。下列说法不正确的是( )
装置
现象
金属W不断溶解
Y的质量增加
W上有气体产生
A.装置甲中W作原电池负极
B.装置乙中Y电极上的反应式为Cu2++2e-Cu
C.装置丙中溶液的c(H+)不变
D.四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y
答案C
解析装置甲中W不断溶解,说明W做原电池负极,金属的活动性W>X,A项正确;装置乙中Y电极为正极,其电极反应式为Cu2++2e-Cu,金属的活动性X>Y,B项正确;装置丙中溶液中有氢气产生,故c(H+)减小,金属的活动性Z>W,C项错误;四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y,D项正确。
7.现有如下两个反应:
①KOH+HNO3KNO3+H2O ②H2SO4+ZnZnSO4+H2↑。
(1)根据两反应的本质判断能否设计成原电池:
① ,② 。?
(2)如果不能,说明其原因: 。?
(3)如果可以,则写出作原电池的正极材料名称: ,电极反应式:负极 ;正极 。?
(4)在铜锌原电池中,以稀硫酸为电解质溶液,若工作一段时间后,锌片的质量减少了32.5 g,则铜片表面析出了氢气 (标准状况下),导线中通过 mol电子。?
答案(1)不能 能 (2)①反应是非氧化还原反应,没有电子转移 (3)石墨或铜片(合理即可) Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑ (4)11.2 L 1
解析(1)①反应中各元素化合价不变,不属于氧化还原反应,属于复分解反应,所以不能设计成原电池;②反应中锌元素化合价由0价变为+2价,氢元素化合价由+1价变为0价,且该反应是放热反应,能自发进行,所以能设计成原电池。
(2)①反应是非氧化还原反应,没有电子转移,所以不能设计成原电池。
(3)反应②可知,Zn做负极,不如锌活泼的金属或能导电的非金属做正极,如碳棒或铜片,负极上锌失电子发生氧化反应,正极上氢离子得电子发生还原反应,所以电极反应式分别为负极:Zn-2e-Zn2+,正极:2H++2e-H2↑。
(4)锌失电子的物质的量=32.5 g65 g·mol-1×2=1 mol,根据电子守恒可得生成氢气的体积=1mol2×22.4 L·mol-1=11.2 L;根据Zn-2e-Zn2+得转移电子的物质的量=32.5 g65 g·mol-1×2=1 mol。
提升能力·跨越等级
1.化学能可与热能、电能等相互转化。下列表述不正确的是( )
A.化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成
B.能量变化是化学反应的基本特征之一
C.图Ⅰ所示的装置能将化学能转变为电能
D.图Ⅱ所示的反应为放热反应
答案C
解析化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成,因为断裂旧键要吸收能量,形成新键要放出能量,A项正确;能量变化是化学反应的基本特征之一,B项正确;图Ⅰ所示的装置没有构成闭合回路,不是原电池,不能将化学能转变为电能,C项错误;图Ⅱ所示的反应中,反应物的总能量高于生成物的总能量,故其为放热反应,D项正确。
2.(双选)
将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的氢离子浓度均减小
D.产生气泡的速率甲比乙快
答案CD
解析甲装置形成原电池,正极铜上有大量气泡产生,A错误;因乙烧杯中锌片和铜片没有接触,故不能构成原电池,B项错;因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池,加快了Zn的溶解,故D正确;又因两烧杯中的Zn都能与稀硫酸反应产生H2而消耗H+,故C正确。
3.如图是四种燃料电池的工作原理示意图,其中正极反应生成水的是( )
答案C
解析固体氧化物燃料电池中正极通入空气,负极通入氢气,正极的电极反应式为O2+4e-2O2-,正极没有水生成,故A不符合题意;碱性氢氧燃料电池中正极通入氧气,负极通入氢气,正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,正极没有水生成,故B不符合题意;质子交换膜燃料电池中正极通入空气,负极通入氢气,正极的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,正极生成了水,故C符合题意;熔融盐燃料电池中正极通入氧气和二氧化碳,负极通入一氧化碳和氢气,正极的电极反应式为O2+2CO2+4e-2CO32-,正极没有水生成,故D不符合题意。
4.有位科学家说:“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入甲烷,离子导体是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-。以下判断错误的是( )
A.电池正极发生的反应:O2+4e-2O2-
B.电池负极发生的反应:CH4+4O2--8e-CO2+2H2O
C.固体离子导体中O2-的移动方向:由正极流向负极
D.向外电路释放电子的电极为正极(即电子由正极流向负极)
答案D
解析题给燃料电池中,正极上氧气得电子生成氧离子,电极反应式为O2+4e-2O2-,故A项正确;负极上甲烷失电子和氧离子反应生成二氧化碳和水,电极反应式为CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O,故B项正确;放电时,电解质中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动,所以氧离子向负极移动,故C项正确;向外电路释放电子的电极是负极,电子从负极流向正极,故D项错误。
5.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不正确的是( )
A.锂为负板,钢片为正极
B.工作时OH-向钢片电极移动
C.工作时负极的电极反应式为Li-e-Li+
D.放电时电子的流向:锂电极→导线→钢片
答案B
解析电池以金属锂和钢片为电极材料,LiOH为电解质,锂做负极,钢片做正极,钢片上发生还原反应,A项正确;原电池中,阴离子移向原电池的负极,即放电时OH-向负极锂电极移动,B项错误;锂水电池中,锂是负极,发生失去电子的氧化反应Li-e-Li+,C项正确;放电时电子流向为负极—导线—正极,即锂电极→导线→钢片,D项正确。
6.由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
装置
现象
金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题:
(1)装置甲中做正极的是 (填“A”或“B”)。?
(2)装置乙溶液中C电极的反应为 ;装置乙中反应一段时间后,测得C电极的质量增加12.8 g,则该电池反应转移电子的物质的量为 mol。?
(3)装置丙中金属A上电极反应属于 (填“氧化反应”或“还原反应”)。?
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是 。?
答案(1)B (2)Cu2++2e-Cu 0.4 (3)还原反应
(4)D>A>B>C
解析(1)甲装置中,金属A不断溶解,说明A是负极,B是正极。
(2)乙装置中,C的质量不断增加,说明C电极是正极,溶液中的铜离子放电生成铜,电极反应式是Cu2++2e-Cu,反应一段时间后,测得C电极的质量增加12.8 g,即生成铜的物质的量为12.8 g÷64 g·mol-1=0.2 mol,则转移电子的物质的量为0.2 mol×2=0.4 mol。
(3)丙装置中A电极上有气体生成,所以A电极是正极,溶液中的氢离子得电子发生还原反应生成氢气。
(4)甲中A是负极,B是正极;乙中C是正极,B是负极;丙中A是正极,D是负极,所以四种金属活泼性由强到弱的顺序是D>A>B>C。
7.原电池是化学对人类的一项重大贡献。某兴趣小组为研究原电池原理,设计如图装置:
(1)a和b不连接时,烧杯中的现象是 。?
(2)a和b用导线连接,Cu极为原电池 极(填“正”或“负”),电极反应式为 ;溶液中H+移向 (填“Cu”或“Zn”)极。电池总反应式为 。?
(3)若电解质溶液改为AgNO3溶液,当转移0.2 mol电子时,理论上Zn片质量变化为 g。?
答案(1)锌片逐渐溶解,锌片上有气泡冒出
(2)正 2H++2e-H2↑ Cu Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑ (3)6.5
解析(1)a和b不连接时,该装置不能构成原电池,锌和氢离子发生置换反应,离子反应方程式为Zn+2H+Zn2++H2↑,因此实验现象为锌片逐渐溶解,锌片上有气泡冒出。
(2)a和b用导线连接,该装置构成原电池,铜做正极,正极上氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑;锌失电子发生氧化反应而做负极,放电时,电解质溶液中氢离子向正极铜电极移动,总反应式为Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑。
(3)当转移0.2 mol电子时,锌片减少的质量=0.2mol2×65 g·mol-1=6.5 g。
贴近生活·拓展创新
★(1)为了验证Fe2+与Cu2+氧化性的强弱,下列装置能达到实验目的的是 ,写出能达到目的的装置中正极的电极反应式为 。若开始时原电池中两个电极的质量相等,当导线中通过0.05 mol 电子时,两个电极的质量差为 。?
(2)将CH4与O2的反应设计成燃料电池,其利用率更高,装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。
①实验测得OH-向B电极移动,则 (填“A”或“B”)处电极入口通甲烷,其电极反应式为 。?
②当消耗甲烷的体积为33.6 L(标准状况下)时,假设电池的能量转化率为80%,则导线中转移电子的物质的量为 。?
(3)高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,原电池负极的电极反应式为 ;放电时每转移3 mol电子,有 mol K2FeO4被还原,正极附近溶液的碱性 (填“增强”“不变“或“减弱”)。?
答案(1)③ Cu2++2e-Cu 3.0 g (2)①B CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O ②9.6 mol
(3)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 1 增强
解析(1)①中铜是负极,碳是正极,铁离子在正极放电生成亚铁离子,不能比较Fe2+与Cu2+的氧化性强弱;②中在常温下铁遇浓硝酸发生钝化,铁是正极,铜是负极,不能比较Fe2+与Cu2+氧化性强弱;③中铁是负极,碳是正极,铜离子在正极得到电子生成铜,能比较Fe2+与Cu2+的氧化性强弱,正极的电极反应为Cu2++2e-Cu。当导线中通过0.05 mol电子时,消耗铁0.025 mol×56 g·mol-1=1.4 g,析出铜是0.025 mol×64 g·mol-1=1.6 g,则两个电极的质量差为1.4 g+1.6 g=3.0 g。
(2)①实验测得OH-向B电极移动,则B电极是负极,因此B处通入的是甲烷,其电极反应式为CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O。②甲烷的体积为33.6 L(标准状况下),其物质的量是1.5 mol,假设电池的能量转化率为80%,则导线中转移电子的物质的量为1.5 mol×80%×8=9.6 mol。
(3)反应中锌失去电子,则原电池负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2;铁元素化合价从+6价降低到+3价,因此放电时每转移3 mol电子,有1 mol K2FeO4被还原。正极反应式为FeO42-+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-,因此正极附近溶液的碱性增强。
课件38张PPT。第2课时 化学反应能量转化的重要应用 ——化学电池知识铺垫新知预习自主测试1.锌与硫酸反应的离子方程式为Zn+2H+=Zn2++H2↑,反应中锌失电子,发生氧化反应,H+做氧化剂,发生还原反应。
2.H2的燃烧反应中,H2做还原剂,O2做氧化剂,反应中化学能转化为热能和光能。知识铺垫新知预习自主测试一、原电池
原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。
二、氢氧燃料电池
1.氢氧燃料电池两电极的反应类型
氢气是负极反应物,氢气分子中氢原子在负极上失电子,氢气发生氧化反应;氧气是正极反应物,氧气分子在正极上得电子,氧气发生还原反应。
2.氢氧燃料电池原理
氢氧燃料电池产生电流的原因是在两个石墨电极上有得失电子能力不同的物质——氢气和氧气,当形成闭合回路时,便会产生电流。知识铺垫新知预习自主测试3.组装电池需要满足的基本条件
负极反应物与负极材料,正极反应物与正极材料;传导电荷的电解质作为离子导体;导线作为电子导体,起到传导电子形成闭合回路的作用。知识铺垫新知预习自主测试三、设计简单原电池 四、常见化学电源
市场上的化学电源有干电池(属于一次电池)、充电电池(又称二次电池)和燃料电池。知识铺垫新知预习自主测试【微思考1】
原电池原理中的“闭合回路”其含义是什么?
提示:原电池在工作时,带电粒子是按照一定的规律、沿一定方向运动的。应当从两方面掌握,一是溶液中的阴离子向负极方向运动,而带正电的阳离子向正极方向运动。二是导线上电子从负极流向正极,电流从正极流向负极。整个回路上带同种电荷的粒子沿一个方向在不停地运动,示意图如下:知识铺垫新知预习自主测试【微思考2】
在锌与稀硫酸反应时,若滴几滴硫酸铜溶液,产生气泡的速度会加快,试分析其原因。
提示:滴加硫酸铜溶液后,会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜。然后铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池,从而加快锌与稀硫酸的反应。知识铺垫新知预习自主测试1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)在原电池构成的闭合回路中,电子从原电池的正极通过导线流向负极。 ( )
(2)HCl+NaOH=NaCl+H2O是放热反应,可以设计成原电池。 ( )
(3)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中,电流表指针发生偏转。 ( )
(4)在铜、锌及稀硫酸构成的原电池中,电子由锌通过导线流向铜,再由铜通过电解质溶液到达锌。 ( )
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。 ( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×知识铺垫新知预习自主测试2.下图为水果电池的示意图,下列说法正确的是 ( )
A.锌片作负极,质量逐渐减少
B.电子由铜片沿导线流向锌片
C.铜电极逐渐溶解
D.该装置能将电能转化为化学能答案:A
解析:锌比铜活泼,所以Zn做负极,Zn失去电子发生氧化反应,Zn2+进入溶液,所以锌片质量减少,A正确;Zn为负极,Cu为正极,所以电子从锌片沿导线流向铜片,B错误;铜电极发生还原反应,水果中的氢离子发生还原反应生成氢气,所以Cu不溶解,C错误;该装置是原电池,原电池把化学能转化为电能,D错误。知识铺垫新知预习自主测试3.下图为氢氧燃料电池原理示意图,按照此图的提示,下列叙述不正确的是( )A.a电极是负极
B.b电极的电极反应为:4OH--4e-=2H2O+O2↑
C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置知识铺垫新知预习自主测试答案:B
解析:依据原电池原理分析判断,a电极上发生反应H2-2e-=2H+,是负极;b电极上发生反应O2+2H2O+4e-=4OH-,是正极。氢氧燃料电池的能量转化率较高,而且产物H2O是一种无污染的物质,是一种具有应用前景的绿色电源。氢氧燃料电池中通入H2和O2就能工作,无需将H2、O2储藏在电池内部。任务一任务二素养脉络随堂检测 原电池工作原理及正负极的判断
问题探究
下图是某同学设计的两个实验装置甲、乙两个装置能不能构成原电池?若能,铜片分别是原电池的正极还是负极?若不能,请说明原因。
提示:甲、乙两个装置都有正、负极材料,也有正、负极反应物,有离子导体和电子导体,能发生氧化还原反应,故可以构成原电池。甲中铜片做正极,乙中铜片做负极。任务一任务二素养脉络随堂检测知识归纳
1.原电池工作原理示意图(以铜锌原电池为例)任务一任务二素养脉络随堂检测(1)电极反应式。
负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)
正极(Cu):2H++2e-=H2↑(还原反应)
(2)原电池总反应式:Zn+2H+=Zn2++H2↑。
(3)粒子流向。
①电子流向(外电路):负极→导线→正极。电流方向与电子流向相反。
②离子流向(内电路):离子导体中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。任务一任务二素养脉络随堂检测2.原电池正、负极的判断
(1)由构成原电池的两电极材料判断,一般是活泼的金属为负极,活泼性弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)根据电流或电子流动方向判断,外电路中电流是由正极流向负极,电子是由负极流向正极。
(3)根据原电池的离子导体中离子的定向移动来判断,阳离子移向的电极是正极,阴离子移向的电极是负极。
(4)根据原电池的两极发生的反应来判断,原电池的负极总是失去电子发生氧化反应,原电池的正极总是得到电子发生还原反应。
(5)根据特定的现象来判断,溶解、质量减少的电极是负极,质量增加或产生气泡的电极是正极等。
(6)有些还要根据具体的电解质与电极的情况,如Mg、Al与NaOH溶液组成的原电池,由于Mg与NaOH溶液不反应,而Al可以反应,所以不是活泼性强的Mg做负极,而是Al做负极。任务一任务二素养脉络随堂检测典例剖析
例1由锌片和石墨棒作为电极的原电池,电极反应分别是:(石墨)2H2O+O2+4e-=4OH-,(锌片)2Zn+4OH--4e-=2ZnO+2H2O,下列说法不正确的是 ( )
A.电子从石墨经外电路流向锌片
B.锌片是负极,发生氧化反应
C.石墨是正极,该电极上发生还原反应
D.原电池是将化学能转化为电能的装置
答案:A
解析:根据原电池原理,电子由锌片通过外电路流向石墨,A项错误;根据电极反应式可知,锌片失电子发生氧化反应而做负极,氧气在正极石墨电极上发生还原反应,B项、C项正确;原电池是将化学能转化为电能的装置,D项正确。任务一任务二素养脉络随堂检测原电池的判断方法——“四看” 任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练1-1如图装置中,“→”表示电子的移动方向。则电极材料A、B分别可能是( )
A.石墨、石墨 B.Cu、Al
C.Mg、石墨 D.Ag、Zn答案:C
解析:石墨与稀硫酸不反应,不能形成原电池,故A项错误;Al比Cu活泼,所以Al做负极,电子的移动方向与题意不符,故B项错误;Mg能与稀硫酸发生反应,镁做负极,失去的电子沿导线流向石墨,故C项正确;Zn比Ag活泼,Zn做负极,电子的移动方向与题意不符,故D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练1-2如图是Zn和Cu组成的原电池示意图,某小组做完该实验后,在读书卡片上作了如下记录,其中合理的是 ( )
实验记录:①导线中电流方向:锌→铜
②铜电极上有气泡产生
③锌片变薄
实验结论:④Zn为正极,Cu为负极
⑤铜比锌活泼
⑥H+向铜片移动
A.①②③ B.④⑤⑥
C.③④⑤ D.②③⑥任务一任务二素养脉络随堂检测答案:D
解析:①导线中电流方向是铜→锌,故错误;②铜电极上氢离子得电子生成氢气,有气泡生成,故正确;③锌片失电子生成锌离子进入溶液,导致锌片变薄,故正确;④反应中锌失电子做负极,铜得电子做正极,故错误;⑤锌比铜活泼,故错误;⑥原电池放电时,氢离子向正极铜片移动,硫酸根离子向负极锌片移动,故正确。任务一任务二素养脉络随堂检测原电池原理的应用
问题探究
某科研小组设计上述装置研究铁的腐蚀,当关闭K时,铁片上产生气泡,一段时间后,取出干燥,称量其质量没有明显变化。当断开K时,铁片上也产生气泡,一段时间后,取出干燥,其质量减小。从中你得到什么启示?
提示:为了防止金属被腐蚀,可以将该金属作为原电池的正极从而得到保护。任务一任务二素养脉络随堂检测知识归纳
原电池原理的应用
(1)加快氧化还原反应速率。
如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制备H2时常用粗锌,原因是粗锌中的杂质、锌和稀硫酸形成原电池,加快了锌的腐蚀,使产生H2的速率加快。
(2)比较金属的活动性强弱。
原电池中,一般活动性强的金属做负极,活动性弱的金属做正极。如有两种金属A和B,用导线连接后插入稀硫酸中,若观察到A极溶解,B极上有气泡产生,由原电池原理可知,金属活动性为A>B。
(3)金属腐蚀的防护。
在轮船外壳上镶嵌锌块,在海水中形成原电池,锌做负极失去电子,铁受到保护而不被腐蚀。任务一任务二素养脉络随堂检测(4)设计原电池。
以反应Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2为例设计原电池。任务一任务二素养脉络随堂检测典例剖析
例2对于a、b、c、d四种金属片,若a、b用导线相连浸泡在稀盐酸中,H+移向b;c、d用导线相连浸泡在稀硫酸中,c的质量减小;a、c用导线相连浸泡在稀AgNO3溶液中时,c上附着上一层黑色物质;d浸泡在b的硝酸盐溶液中,置换出b的单质。这四种金属的活动顺序由强到弱为( )
A.a>b>c>d
B.c>a>b>d
C.a>c>d>b
D.b>d>c>a任务一任务二素养脉络随堂检测答案:C
解析:a、b、c、d四种金属片,若a、b用导线相连浸泡在稀盐酸中,H+移向b,则b为正极,a为负极,所以活泼性是a>b;c、d用导线相连浸泡在稀硫酸中,c的质量减轻,则c为负极,d为正极,所以活泼性是c>d;a、c用导线相连浸泡在稀AgNO3溶液中时,c上附着上一层黑色物质,则a易失去电子,活泼性是a>c;d浸泡在b的硝酸盐溶液中,置换出b的单质,说明活泼性是d>b;综上可知四种金属的活动性顺序是a>c>d>b。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练2-1如下图所示的装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,并测得电解质溶液的质量减小,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )任务一任务二素养脉络随堂检测答案:C
解析:根据题意分析可知N为负极,M为正极。M极材料(Zn)比N极(Cu)活泼,A项错误;M极上质量不增加,溶液中的氢离子得电子生成氢气,B项错误;N极材料比M极活泼,且M极上有银析出,所以质量增加,C项正确;M极材料(Zn)比N极(Fe)活泼,D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练2-2等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是 ( )答案:D
解析:由于a中Zn还与CuSO4发生置换反应生成Cu,所以最后生成H2的量小于b,但a中加入CuSO4能形成Zn-Cu原电池,可加快反应速率,D项正确。任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测1.下列各个装置中能组成原电池的是( ) 任务一任务二素养脉络随堂检测答案:B
解析:两电极的活泼性相同,所以不能构成原电池,A错误;符合原电池的构成条件,所以能构成原电池,B正确;酒精是非电解质,不能作为离子导体,该装置不能自发地进行氧化还原反应,所以不能构成原电池,C错误;装置不能形成闭合回路,所以不能构成原电池,D错误。任务一任务二素养脉络随堂检测2.有关电化学知识的描述正确的是( )
A.反应CaO+H2O=Ca(OH)2可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池,把其中的化学能转化为电能
B.原电池的两极一定是由活泼性不同的两种金属组成
C.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
D.原电池工作时,正极表面一定有气泡产生
答案:C
解析:CaO与H2O反应为放热反应,但属于非氧化还原反应,不能设计为原电池,A项错误;原电池的负极应为活泼性较强的金属,正极材料为较不活泼的金属或石墨等,B项错误;充电电池是能够实现“化学能和电能相互转化”的电池,C项正确;原电池工作时,当Zn、CuSO4溶液及Cu形成原电池时,正极析出的是铜,D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测3.发生原电池的反应通常是放热反应,在理论上可设计成原电池的化学反应是( )答案:D
解析:原电池反应是放热的氧化还原反应。C和H2O反应生成CO和H2的反应为吸热反应,故A错;Ba(OH)·8H2O和NH4Cl的反应不是氧化还原反应,且为吸热反应,故B错;CaC2和H2O的反应不是氧化还原反应,故C错;CH4和O2的反应是氧化还原反应,且为放热反应,所以该反应可设计成原电池。任务一任务二素养脉络随堂检测4.某化学兴趣小组为研究原电池原理,设计如图装置。下列叙述正确的是( )
A.若X为Fe,Y为Cu,则铁为正极
B.若X为Fe,Y为Cu,则电子由铜片流向铁片
C.若X为Fe,Y为C,则碳棒上有红色固体析出
D.若X为Cu,Y为Zn,则铜离子在锌片上发生还原反应答案:C
解析:当Fe与Cu(或碳)构成原电池时,铁为负极,失电子发生氧化反应,电子由铁电极流向铜电极(或碳电极),Cu2+在铜(或碳棒)上析出,A、B项错误,C项正确;Cu、Zn构成原电池时,正极是铜棒,Cu2+在铜棒发生还原反应而析出,D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测5.(1)我国是世界上最早使用湿法炼铜的国家。湿法炼铜的原理是Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,其中铁被 (填“氧化”或“还原”),CuSO4做 (填“氧化”或“还原”)剂。在该反应中,若生成了1 mol Cu,消耗Fe的物质的量是 。?
(2)某学习小组设计下图所示装置观察氧化还原反应中电子的转移。任务一任务二素养脉络随堂检测①实验Ⅰ中,Fe与CuSO4溶液反应的离子方程式是 。?
②根据实验Ⅰ的原理,推测实验Ⅱ中锌片上发生 (填“氧化”或“还原”)反应;铜片上的实验现象是 。?任务一任务二素养脉络随堂检测答案:(1)氧化 氧化 1 mol
(2)①Fe+Cu2+=Cu+Fe2+ ②氧化
(6)产生无色气泡
解析:(1)湿法炼铜的原理是Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,其中铁失去电子被氧化,Cu得到电子,CuSO4做氧化剂。由反应可知,若生成了1 mol Cu,消耗Fe的物质的量是1 mol。
(2)①铁的金属性强于铜,实验Ⅰ中,Fe与CuSO4溶液发生原电池反应,Fe失去电子,铜离子得到电子,则Fe与CuSO4溶液反应的离子方程式是Fe+Cu2+=Cu+Fe2+ 。②锌的金属性强于铜,根据实验Ⅰ的原理,推测实验Ⅱ中Zn失去电子,氢离子得到电子,则锌片上发生氧化反应,铜片上氢离子得到电子生成氢气,即实验现象是产生无色气泡。
