福建省化学教研组长培训课件：化学反应与能量变化.ppt

化学反应原理 专题1 化学反应与能量变化 教材分析及教学建议 泉州七中 一、本专题的主要教学内容的分析 1.专题1 化学反应与能量变化主要教学 内容 化学反化学反应应应应中的中的热热热热效效应应应应 化学反应的焓变化学反应的焓变 反应热的测量与计算反应热的测量与计算 能源的充分利用能源的充分利用 化学能与化学能与电电电电能的能的转转转转化化 原电池的工作原理原电池的工作原理 化学电源化学电源 电解池的工作原理及应用电解池的工作原理及应用 金属的腐金属的腐蚀蚀蚀蚀与防与防护护护护 金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀 金属的电化学防护金属的电化学防护 3 2.本专题各单元知识点内在联系 1）.专题1各单元知识的逻辑关系 （1）第一单元知识的逻辑关系 化学反应中的热效应 反应热 焓变 热化学方 程式 盖斯定律 反应热的 测量与计 算 焓变与键 能 燃烧 热 燃料的使 用、节能 的意义、 新能源开 发 （2）.专题1第二、三单元知识的逻辑关系 电化学 基础 1原电池2化学电源 4金属的电 化学腐蚀 与防护 3电解池 氧化还原反应 反应的自发与否 定量测定 热化学方程式 定量计算 根据盖斯定律 化学反应的热 效应 反应热 反应的焓变 等温 等温、等压 2）.各单元知识点的内在联系 （1）.“化学反应中的热效应”各知识点的内在关系 （2）. “化学能与电能的转化”各知识点的内在关系（一） 原电池工作原理（电极反应） 原电池装置中电流的产生 原电池装置 能量转化 盐桥的作用 纽扣电池 铅蓄电池 燃料电池 原电池的电极反应和总反应的书写 各类化学电池的工作原理分析 金属的电化腐蚀牺牲阳极阴极防护法 “化学能与电能的转化”各知识点的内在关系（二） 熔融NaCl通电前后的离子运动 电解池的工作原理 不能自发的氧化还原反应 能量转化 惰性电极电解 氯化铜溶液 氯化钠溶液 各类电解的应用分析 电镀原理分析 金属的电化腐蚀外加电源阴极保护法 可溶性电极电解 3. 与化学1化学2的关系 二、本专题各单元教学要求分析 基本要求 1.了解化学反应能量变化的实质 ，知道化学能与热能的转化是 化学反应中能量转化的主要形 式，能举例说明化学反应的热 效应在生产生活中的广泛应用 。 2.了解反应热和焓变的涵义，明 确焓变与键能的关系。 3.认识热 化学方程式的意义并能 正确书写热化学方程式。 4.通过测定中和热的实验，理解 测定反应热的基本原理，初步 学会测定反应热的实验方法。 5.了解标准燃烧热的概念，认识 节约能源、充分利用能源的实 际意义，了解化学在解决能源 危机中的重要作用及常用的节能 方法。 解读读： 化学2燃料燃烧烧放出的热热量反应应 热热的本质质。本专题专题 在化学2基础础上 理解化学反应过应过 程中能量变变化的本质质是 化学键键断裂和形成。 只要求从“焓变焓变 ”这这个物理量和符号（ H）来表示反应热应热 ，不宜拓展“焓焓”“ 焓变焓变 ”的严严格的定义义。 只要求中和热热的实验测实验测 定，反应热应热 测测定的其他方法不做要求。 了解盖斯定律，用盖斯定律进进行有关 焓变焓变 的简单计简单计 算， 标标准燃烧热为烧热为 基本要求，而热值为热值为 发发展要求 体现现能源与人类类生存和发发展的关系 发展要求 1.了解常见的节能措施，通过调 查认识节 能的重要意义。 2.了解热值的概念。 第一单元 化学反应中的热效应 基本要求 1.通过实验 探究体验化学反应及其 能量转化。 2.了解原电池的构造特点和工作原 理，会判断、设计简单 的原电池 ，能够正确书写电极反应式和电 池反应方程式。 3.知道常见化学电源的种类。能根 据已知的电池总反应式，判断电 池的正负极，书写电极反应式。 4.了解电解池的构造特点和工作原 理，能正确书写电解池的电极反 应式和电解反应式。 5.了解电解原理在金属冶炼、氯碱 工业和电镀 等生产、生活中的应 用。 解读读： 根据常见见的氧化还还原反应设应设 计计原电电池，书书写电电极反应应式和 电电池反应应方程式。 锌锰锌锰 干电电池的工作原理只作 简单简单 介绍绍，不要求学生独立书书 写电电极反应应式。 惰性电电极阳极产产物只限于氯氯 气和氧气，阴离子放电顺电顺 序可 以不拓展。 电电解冶炼铝炼铝 、电电解精炼铜炼铜 、 电镀电镀 、氯氯碱工业业等方面的细节细节 问题问题 不作过过多展开，只要求能 写电电极反应应式或电电解的总总方程 式，以及阴阳极材料的特点、 电电子转转移和氧化还还原反应应的关 系。 发展要求 1.了解盐桥 的作用 2.知道银锌钮 扣电池、铅蓄电池、 燃料电池的工作原理及其应用价 值。 第二单元 化学能与电能的转化 基本要求 1.认识金属腐蚀的危害以及 防止金属腐蚀的意义。 2.知道化学腐蚀和电化学腐 蚀的区别，了解金属发生 电化学腐蚀的原理，理解 钢铁电 化学腐蚀发生的 条件。 3.了解防止金属腐蚀的措施 和原理。 解读： 化学2钢铁钢铁 的电电化学腐蚀蚀是 因为发为发 生了原电电池反应应而被腐 蚀蚀，不要求书书写电电极反应应式等 。本单单元还还要求知道钢铁钢铁 的两 种电电化腐蚀蚀的原理和环环境条件 ，能书书写有关的电电极反应应式和 总总反应应式。 发展要求 第三单元 金属腐蚀与防护 三、几点教学建议 （一）教学中应与必修的内容相衔接 从实验感受化学反应中的热量变化 用键能、盖斯定律 进行焓变的定量计算 定量测定反应热 宏观、定性： 微观、定量： 化学反应与热量 化学反应中的热量（ 等温）：反应热；放 热反应和吸热反应 用H表示反应 热（放出或吸收 的热量） 在恒温恒压的条件下， 用焓变（H）表示反 应放出或吸收的热量 热化学方程 式书写及其 简单计算 化学2 化学反应中的热量 化学反应原理 化学反应中的热效应 只要求描述铜锌原电池发生的 变化，不要求书写电极反应式 从得失电子的角度知道铜锌 原电池的电极反应式的书写 ，并会写电池的总反应式 能系统地从电极类型、反应 类型及得失电子守恒的角度 书写电极反应式和总反应式 在书写氢氧燃料电池的电极反 应式时，能从反应物质所处的 溶液环境等多方面考虑 原 电 池 化学2 化学能与电能的转化 化学反应原理 化学能与电能的转化 （二）、把握好几个重、难点 1.有关焓变 教材第2页：在化工生产和科学实验中 ，化学反应通常在敞口容器中进行，反应体 系的压强与外界相等，即反应是在恒压条件 下进行的。在恒温、恒压条件下（严格说来 ，只做体积功，不做其他功），化学反应过 程中吸收或释放的热量称为反应的焓变（ H）。 焓变受哪些因素的影响 焓变焓变 受温度及压压强的影响。在热热化学方程式 中的热热效应应一般并不注明温度与压压强，这这是特指 在298K、101kPa条件下的焓变焓变 。 由于知识识基础础的欠缺，学生理解焓变时焓变时 存在 较较大的困难难。教材出于严严密性的考虑虑，对焓变对焓变 作了较为详细较为详细 的说说明，在教学过过程中可以将重点 放在热热化学方程式的应应用上，而不必强调焓变调焓变 的 概念，更不必强调焓变调焓变 的使用条件。 20 焓变在恒温、恒压的条件下，化学反应过程 中所吸收或释放的热量称为反应的焓变 . 符号： H 单位： kJ/mol 规定 ： 当H为“”（ H0）时，为吸热反应. 从键能上看：H反应物总键能生成物总键能 从总能量上看： H=E生成物总能量-E反应物总能量 焓变与各物质的键能的关系 从键能上看： H反应物总键能生成物总键能 化学反应应的H等于反应应中断裂旧化学键键的键键能之和 与反应应中形成新化学键键的键键能之和的差，参考下表键键 能数据和晶体硅与二氧化硅结结构模型估算晶体硅在氧 气中燃烧烧生成二氧化硅晶体的热热化学方程式： Si(s)+O2(g)=SiO2(s)中，H的值为值为 A+989.2 kJmol1 B61.2 kJmol1 C989.2 kJmol1 D245.2 kJmol1 化学键键SiOO=OSiSi SiCl SiC 键键能 kJmol1 460498.8176360347 练习：1.（08海南)白磷与氧发生如下反应:P4+5O2=P4O10. 已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：PP akJmol1、PObkJmol1、P=O ckJmol1、O=O dkJmol1。根据图示的分子结构和有关数据估算该反应 的H，其中正确的是( ) A.（6a+5d4c12b）kJmol1 B.（4c+12b6a5d）kJmol1 C.（4c+12b4a5d）kJmol1 D.（4a+5d4c12b）kJmol1 由图图可以看出：P4中6mol的P P，5mol的O2中含有5molO O，1mol的P4O10中含有 4mol的PO，12mol的PO, 故为为：A .焓变与各物质的能量的关系 从总能量上看： H=E生成物总能量-E反应物总能量 答案：A 2.（08重庆卷）化学反应N2+3H2=2NH3的能量变化如图 所示，该反应的热化学方程式是（ ） AN2(g)+3H2(g)=2NH3(1); H=2(a-b-c)kJmol-1 B N2(g)+3H2(g)=2NH3(g); H=2(b-a)kJmol-1 C1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(1); H=(b+c-a)kJmol-1 D 1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g); H=(a+b)kJmol-1 (2009天津理综)已知:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) H=- 566 kJ/mol; Na2O2(s)+CO2(g)=Na2CO3(g)+ O2(g) H=- 226 kJ/mol; 根据以上热化学方程式判断,下列说法正确的是( ) A.CO的燃烧热为283 kJ B.上图可表示由CO生成CO2的反应过程和能量关系 C.2Na2O2(s)+2CO2(s)=2Na2CO3(g)+O2(g) H-452 kJ/mol D.CO(g)与Na2O2(g)反应放出509 kJ热量时,电子转移数为 6.021023 .焓变大小的比较 下列各组热化学方程式中,化学反应的H前者大于后者的是 ( ) C(s)+O2(g)=CO2(g) H1 C(s)+ O2(g)=CO(g) H2 S(s)+O2(g)=SO2(g) H3 S(g)+O2(g)=SO2(g) H4 H2(g)+ O2(g)=H2O(l) H5 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H6 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) H7 CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s) H8 H值大小比较包含“十”“一”号 ,即比较的是正数负数前者为完 全燃烧,后者为不完全燃烧,热效应 是前者大于后者,但H1H2均为负 数,故H1H2中S单质状态不同 ,气体的能量状态高于固态,放热多 中方程式系数不同中前者为吸 热反应H7为正数,后者为放热反应 ,H8为负数 2.原电池电极反应式的书写 例题1 简单原电池的电极式反应书写 Cu、Fe作两极，稀硫酸作电解质溶液 的原电池中：Cu作_极, Fe作_极 电极反应式是：负极_ 正极_ 总反应式是_ 如将稀硫酸改为浓硝酸则： Cu作_极, Fe作_极 电极反应式是：负极_ 正极_ 总反应式是_ Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2 +2H2O 正负 Fe-2e-=Fe2+ 2H+2e-=H2 Fe+H2SO4=FeSO4+H2 负正 Cu-2e-=Cu2+ 2NO3-+4H+2e-=2NO2 +2H2O 变 式 例题 技术上使用的氢氧燃料电池具有 高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有 酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以 表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸， 其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+ ，则其正极反 应式为_ _。碱式电池的电 解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-， 则其负极反应可表示为 _ _。 O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 氢气是燃料电池最简单的燃料， 虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用 的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油 等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷 燃料电池中a极的电极反应式： ，考 此时电池内总的反应式 ： 。 变 式 燃料电池的电极反应式书写 KOH溶液 CH4O2 H2O a b CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 高考热点考点 写出燃料反应方程式 CH4+O2CO2+H2O 燃料电池的电极反应式书写规律: 写出燃烧反应； 根据电解液改写燃料电池总反应； 写出正极的电极反应式 由电子转移数目及原子守恒，电荷 守恒写出负极的电极反应式。或者 由燃料电池总反应减去正极的电极 反应式得负极的电极反应式。 负极：CH4 CO32- -4 +4 -8e-+10OH- +7H2O 燃烧电池的正极 ： O2+4e-=2O2- 酸性介质O2-+2H+=H2O 碱性或中性介质O2-+ H2O = 4OH- 熔融碳酸盐介质O2-+CO2=CO32- 熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受 到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合 物用电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混 合气为阴极助燃气,制得在650下工作的燃 料电池,完成有关的电池反应式: 负极反应式: , 正极反应式:O2+2CO2+4e-=2CO32- 总电池反应 式: . 2CO+2CO32-4e- =4CO2 2CO+O2=2CO2 解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。 本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为 ：2CO+O2=2CO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的 阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极） 反应式：O2+2CO2+4e-= 2CO32- 。 体验高考 （年高考题） 放电正极:NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH- 可充电电池的电极式反应书写 例题3已知爱迪生蓄电池在碱性条件下的电池反 应式为：Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2 试写出放电时的正、负极,充电时的阴、阳极的电 极反应式。 放电负极:Fe-2e-+2OH-= Fe(OH)2 充电： 阴极：Fe(OH)2+2e-= Fe+2OH- 阳极：Ni(OH)2+2OH-2e-= NiO2+2H2O Fe-2e-=Fe2+ Fe2+2OH-=Fe(OH)2 可充电电池电极反应式的书写规律: 看清楚 “充电、放电” 的方向 放电的过程应用原电池原理， 充电的过程应用电解池原理 (升价) (降价) (升价) (降价) 物质1 + 物质2 物质3 + 物质4 负极 正