学练考高中化学 专题2 化学反应与能量转化课件 苏教版必修2.ppt

专题2化学反应与能量转化 第一单元化学反应速率与反应限度第二单元化学反应中的热量第三单元化学能与电能的转化第四单元太阳能 生物质能和氢能的利用专题总结提升 专题2化学反应与能量转化 第一单元化学反应速率与反应限度 第1课时化学反应的速率 第1课时化学反应的速率 第1课时 第1课时 自主探究 自主探究 知识点一化学反应速率1 含义及表示 1 含义 化学反应速率是用来表示化学反应过程 的物理量 2 表示 通常用 或 均取正值 来表示 即v 3 单位 通常为 或 此时浓度以 为单位 时间以 或 为单位 进行快慢 单位时间内反应物浓度的减少量 生成物浓度的增加量 mol l 1 min 1 mol l 1 s 1 mol l 1 min s 第1课时 自主探究 想一想 怎样判断化学反应快慢 想一想 化学反应快慢定性判断 可以根据化学反应过程中某些宏观现象如 产生气泡的快慢 溶液颜色的变化快慢 块状或粉末状固体的溶解快慢等来判断化学反应速率的快慢 化学反应快慢定量判断 可以设计适当的实验方案来测定化学反应速率的大小 如金属与盐酸的反应 可以通过排水法测量一定时间内产生的h2的体积 来计算反应生成h2的速率 第1课时 自主探究 2 特点 1 化学反应速率是平均速率 无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示 化学反应速率均取正值 2 对于同一化学反应 用不同物质的量浓度变化表示的反应速率之比等于相应物质在反应方程式中的 例如 反应aa bb cc dd v a v b v c v d 3 对于同一反应 要比较其在不同阶段的反应快慢时 必须将化学反应速率转化成同一物质的反应速率 同时要注意单位统一 再进行比较 计量数之比 a b c d 第1课时 自主探究 知识点二影响化学反应速率的因素1 内因是影响化学反应速率的决定因素 2 外因 1 温度 其他条件不变时 温度越高 化学反应速率越 温度越低 化学反应速率越 2 浓度 一般来说 其他条件不变时 增大反应物的浓度 可以化学反应速率 减小反应物的浓度 可以化学反应速率 反应物的性质 大 小 增大 减小 第1课时 自主探究 3 压强 对于有气体参加的反应来说 增大压强 可以使单位体积内气体的物质的量增大 实际上相当于了气体反应物的浓度 所以 增大压强 化学反应速率 4 催化剂 催化剂可以改变化学反应速率 常见的催化剂能极大地反应速率 增大 增大 加快 第1课时 自主探究 5 其他因素对反应速率的影响 固体表面积大小也是影响化学反应速率的因素 一般来说 颗粒越 与其他物质的接触面积越大 反应速率越 反应物的状态也能影响化学反应速率 一般来说 配成溶液或使反应物成为气体 都能增大反应物之间的接触机会 有利于加快反应速率 小 快 第1课时 典例类析 典例类析 第1课时 典例类析 2 计算类型 1 计算用某物质的浓度变化表示的化学反应速率 2 同一化学反应中 用不同物质表示的化学反应速率间的相互转换 3 根据不同物质的反应速率关系确定反应的化学方程式 4 比较同一个化学反应在不同条件下化学反应速率的相对大小 第1课时 典例类析 3 注意点 1 同一个化学反应 用不同物质表示其化学反应速率时 数值可能不同 但意义相同 2 单位是否一致 若不一致转化为同一单位 3 要比较速率需转化为同一物质表示的速率 再比较数值大小 第1课时 典例类析 b 第1课时 典例类析 点评 本题主要考查的是化学反应速率的计算 要依据其定义及公式进行计算 建议采用上述三段式 为以后的学习打下基础 点评 本题主要考查的是化学反应速率的计算 要依据其定义及公式进行计算 建议采用上述三段式 为以后的学习打下基础 第1课时 典例类析 变式可逆反应 2a g 3b g 2c g d g 在四种条件下的反应速率分别为 v a 0 5mol l 1 min 1 v b 0 6mol l 1 min 1 v c 0 35mol l 1 min 1 v d 0 4mol l 1 min 1其中反应速率最快的是 a b c d d 第1课时 典例类析 第1课时 典例类析 类型二影响化学反应速率的因素在考虑影响化学反应速率因素时 应首先考虑其主要因素即内因 只有内因一定时 才可考虑其次要因素即外因 对可逆反应而言 外因对v正 v逆二者的影响趋势是一致的 要么都加快 要么都减慢 不存在上述外因条件改变时 v正 v逆 增大 v逆 v正 减慢等情况 第1课时 典例类析 第1课时 典例类析 第1课时 典例类析 例2下列各组反应 表中物质均为反应物 反应刚开始时 放出h2的速率最大的是 d 第1课时 典例类析 解析 金属与硝酸反应不产生h2 排除a项 fe不如mg活泼 排除c项 其他两项中只比较c h 即可 显然3mol l 1盐酸中c h 小于3mol l 1硫酸中c h 因此d项放出h2的速率最大 点评 比较化学反应速率大小时 应该先看决定化学反应速率的主要因素 内部因素 反应物本身的性质 然后再看影响化学反应速率的外界因素 如温度 浓度 催化剂等 第1课时 典例类析 变式1把铝条放入盛有过量稀盐酸的试管中 不影响氢气产生速率的是 a 盐酸的浓度b 铝条的表面积c 溶液的温度d 加少量na2so4 解析 增大盐酸的浓度和铝条的表面积 升高溶液的温度都能增大氢气的产生速率 加入少量na2so4固体 不会影响氢气的产生速率 d 第1课时 典例类析 变式2在密闭容器中发生反应 i2 g h2 g 2hi g 正反应为吸热反应 起始时 n h2 amol n i2 bmol 只改变表中列出的条件 试将化学反应速率的改变填入相应的表格 填 增大 减小 或 不变 增大 增大 增大 减少 第1课时 典例类析 解析 3 再充入amolh2 c h2 增大 化学反应速率加快 4 扩大容器的容积 容器内各物质的浓度 或压强 均减小 化学反应速率降低 第1课时 正误立判 正误立判 1 用不同的物质来表示其反应速率 其数值可能不同 但这些不同的数值表示的都是同一个反应的速率 答案 2 fe与硫酸反应制取h2时 选用浓硫酸可加快反应速率 答案 解析 常温下 浓h2so4可使铁钝化 不生成h2 3 na与水反应时增大水的用量可加快反应速率 答案 解析 对纯液体改变其用量不影响反应速率 第1课时 正误立判 4 两支试管中分别加入相同浓度的过氧化氢 其中一支试管中加少量mno2 两支试管中产生氧气的快慢相同 答案 解析 使用mno2可加快o2的生成速率 5 al在氧气中燃烧生成al2o3 将铝片改成铝粉燃烧更剧烈 答案 第2课时化学反应的限度 第2课时化学反应的限度 第2课时 第2课时 自主探究 自主探究 知识点一可逆反应1 概念在同一条件下 能向正反应方向 同时也向 进行的化学反应 2 表示方法可逆反应用化学方程式表示 但化学方程式中的 用 代替 如so2和o2的反应是可逆反应 可表示为 进行 逆反应方向 第2课时 自主探究 同时 相同 不同 第2课时 自主探究 第2课时 自主探究 知识点二化学平衡状态1 化学平衡状态的建立 以反应为例 一定温度下 将0 01moln2和0 03molh2通入1l密闭容器中 开始反应 1 反应开始时 反应物的浓度 正反应速率 生成物的浓度为 逆反应速率为 2 反应进行中 反应物的浓度逐渐 正反应速率逐渐 生成物的浓度逐渐 逆反应速率逐渐 最大 最大 零 零 减小 减小 增大 增大 第2课时 自主探究 3 一段时间 t1 正反应速率与逆反应速率相等 此时 反应物的浓度不再变化 生成物的浓度也不再变化 此时的状态就是化学平衡状态 该过程可用图2 1 1表示 图2 1 1 第2课时 自主探究 2 化学平衡的特征 1 逆 研究对象必须是反应 2 动 化学平衡是平衡 即当反应达到平衡时 正反应和逆反应都仍在进行 3 等 正反应速率和逆反应速率 即同一种物质的消耗速率和生成速率相等 这是化学平衡的本质特征 4 定 在平衡体系中 各组分的浓度保持 这是化学平衡的外部特征 5 变 化学平衡状态是有条件的 暂时的 相对的 改变影响化学平衡的条件 浓度 温度 压强等 平衡会 最后达到新平衡 可逆 动态 相等 一定 发生移动 第2课时 自主探究 想一想 如何理解 反应物和生成物的浓度不再改变 想一想 反应物的浓度和生成物的浓度不再改变 即反应物和生成物中各物质的浓度保持一定 各物质的质量保持一定 各物质的物质的量保持一定 各物质的质量分数也保持一定 第2课时 典例类析 典例类析 类型一可逆反应的特点可逆反应在一定条件下不能完全转化 化学反应有一定的限度 可逆反应的具体特征有三个 1 正反应和逆反应在同一个条件下进行 否则 是非可逆反应 2 正 逆反应同时进行 即进行的时间 地点是相同的 反应物和生成物共存 3 无论一种物质的投入量有多大 另外与它反应的物质总也不能完全反应 总有剩余 第2课时 典例类析 例1对于可逆反应2so2 o22so3 在混合气体中充入一定量的18o2 足够长的时间后 18o原子 a 只存在于o2中b 只存在于so2和o2中c 只存在于so3和o2中d 存在于so2 o2和so3中 d 第2课时 典例类析 解析 加入的18o2会与so2反应生成含18o原子的so3 so3又会分解成含18o原子的so2及o2 故so2 o2和so3中均含18o原子 点评 本题考查可逆反应的定义 理解可逆反应的定义要抓住 两同 一是相同条件 二是正反应和逆反应同时发生 第2课时 典例类析 变式1下列说法正确的是 a so2 br2 2h2o h2so4 2hbr与2hbr h2so4 浓 br2 so2 2h2o互为可逆反应b 2hih2 i2与h2 i22hi互为可逆反应c 在一定条件下so2被o2氧化成so3的反应是可逆反应d 任何可逆反应的限度都相同 c 第2课时 典例类析 解析 a项中两反应的条件不同 故a项错 同理b项也错 在一定条件下so2被o2氧化成so3的反应是可逆反应 c项正确 不同的可逆反应 进行的程度不同 即反应的限度是不同的 d项错 第2课时 典例类析 变式2在密闭容器中发生反应x g 3y g 2z g 若x y z的起始浓度分别为0 1mol l 1 0 3mol l 1和0 2mol l 1 在一定条件下 当反应达到一定限度时 各物质的浓度可能是 a x为0 2mol l 1b y为0 1mol l 1c z为0 4mol l 1d z为0 1mol l 1时 y为0 4mol l 1 b 第2课时 典例类析 解析 化学反应的限度决定了可逆反应中的各成分是不能完全转化的 反应可能正向进行 也可能逆向进行 所以当反应达到一定限度时各物质的浓度范围为0 c x 0 2mol l 1 0 c y 0 6mol l 1 0 c z 0 4mol l 1 而当c z 0 1mol l 1时 c y 0 45mol l 1 点评 本题考查可逆反应的特点 在可逆反应中反应混合物各成分是不能完全转化的 第2课时 典例类析 类型二化学平衡状态的标志1 化学平衡的判断依据 即化学平衡的两个主要特征 1 本质特征 v正 v逆 2 现象特征 反应混合物中各组分含量保持不变 2 化学平衡状态的判断方法 1 直接判断法 v正 v逆 0 同一物质的消耗速率与生成速率相等 各组分的浓度保持不变 第2课时 典例类析 2 间接判断法 各组分的百分含量保持不变 各物质的物质的量分数一定 各物质的质量分数一定 各气体的体积分数一定 各组分的物质的量不随时间的改变而改变 各气体的体积不随时间的改变而改变 对于反应ma g nb g pc g qd g 当a 反应物 的消耗速率与c 生成物 的消耗速率之比为m p时 或a的消耗速率与b的生成速率之比为m n时 第2课时 典例类析 例2一定温度下 反应a2 g b2 g 2ab g 达到平衡状态的标志是 a 单位时间内生成nmola2同时生成nmolabb 容器内的总压强不随时间的变化而变化c 单位时间内生成2nmolab同时生成nmolb2d 单位时间内生成nmola2同时生成nmolb2 c 第2课时 典例类析 解析 a项中生成a2是逆反应 生成ab是正反应 显然v正 v逆 没有达到平衡 b项中总压强不随时间的变化而变化 不能说明反应混合物中a2 b2和ab的浓度是否保持一定 v正是否等于v逆 因为该反应前后气体总的物质的量保持不变 在其他条件一定时 反应从开始至反应达到平衡压强就一直保持不变 故压强不变不能说明是否达到平衡状态 c项表明v正 v逆 反应已达到平衡状态 d项只说明了逆反应速率 没有说明正反应速率 且不管平衡是否建立 只要反应在进行 生成a2和b2的物质的量之比始终是1 1 第2课时 典例类析 方法技巧 在一定条件下 判断一个反应是否达到平衡 主要看正逆反应速率是否相等 体系中各组分的浓度 或百分含量 是否保持不变 第2课时 典例类析 变式1可逆反应 2so2 g o2 g 2so3 g 正反应是放热反应 正反应速率分别用v so2 v o2 v so3 表示 逆反应速率分别用v so2 v o2 v so3 表示 单位均为mol l 1 min 1 当反应达到平衡时 正确的关系是 a v so3 v so3 b v so2 v o2 v so3 c v o2 2v so3 d v so2 v o2 v so3 a 第2课时 典例类析 解析 当反应达到平衡时 正反应速率和逆反应速率相等 即同一种物质的生成速率与分解速率相等 用不同物质表示的反应速率 必须用 化学反应速率之比等于化学计量数之比 换算成同一种物质的反应速率 才能比较 第2课时 典例类析 变式2在恒容密闭容器中加入p q进行反应p g 2q g 2r g s s 下列说法可以充分说明在恒温下已达到平衡的是 a 反应容器中压强不随时间变化而变化b 反应容器中p q r s四者共存c p和r的生成速率相等d 反应容器中物质总的物质的量保持不变 a 第2课时 典例类析 解析 这是一个反应前后气体体积发生变化的反应 所以当反应容器中压强不随时间变化而变化时 反应达到化学平衡 第2课时 正误立判 正误立判 1 可逆反应是指同一条件下既可以向正反应方向进行 又可以向逆反应方向进行的反应 答案 2 当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时 反应就停止了 答案 解析 反应处于化学平衡状态 反应并没有停止 3 任何化学反应都有一定的限度 只是不同反应的限度不同罢了 答案 第2课时 正误立判 4 化学反应的限度与时间的长短无关 答案 5 当不同反应物的化学反应速率之比 化学计量数之比 反应处于平衡状态 答案 解析 无论达到平衡与否 不同反应物的化学反应速率之比都等于化学计量数之比 第二单元化学反应中的热量 第二单元 自主探究 第二单元 自主探究 知识点一吸热反应和放热反应1 人类利用化学反应的类型可分为两大类 制取新物质和获得能量 因此化学反应除了有新物质生成外还伴随能量的变化 第二单元 自主探究 2 实验探究 1 镁与盐酸反应中的能量变化 气泡产生 手感到热 升高 mg 2hcl mgcl2 h2 放出 第二单元 自主探究 2 ba oh 2 8h2o与nh4cl反应中的能量变化氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应 nh3 吸 第二单元 自主探究 3 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 4 吸热反应和放热反应的判断方法 1 根据反应现象判断 如 燃烧很旺的炉火中加入煤 炉火变暗且温度降低 说明co2 c2co的反应为吸热反应 钠在水中反应 看到钠熔成小球 说明2na 2h2o 2naoh h2 的反应为放热反应 2 一般吸热反应与放热反应与反应条件无关 但反应若需要持续加热才能进行 一般为吸热反应 如caco3的分解与h2还原cuo等 3 若向正方向的反应为放热反应 逆反应方向则为吸热反应 第二单元 自主探究 想一想 常见的放热反应和吸热反应各有哪些 想一想 常见的放热反应类型有 燃烧反应 中和反应 金属与水或酸的反应 大多数化合反应 常见的吸热反应类型有 大多数分解反应 第二单元 自主探究 知识点二热化学方程式的书写1 热化学方程式 表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式 2 书写步骤第一步 首先书写化学方程式 但不写出反应条件 气体或沉淀符号 第二步 标出反应物 生成物的聚集状态 第三步 计算出此反应的反应热 h包括三个部分 符号 表示吸收热量 表示放出热量 数值 按照方程式中物质的量的情况进行计算 单位 kj mol 以方程式表示物质的量的单位为 mol 第二单元 自主探究 知识点三化学反应热 h的计算或判断1 化学键与化学反应中能量变化的关系 1 从化学键的断裂与形成上看 化学反应的实质就是 和 旧化学键的断裂 新化学键的形成的过程 吸收 放出 第二单元 自主探究 2 当断开化学键吸收的能量多于生成化学键放出的能量时 反应 热 当断开化学键吸收的能量少于生成化学键放出的能量时 反应 热 3 h 反应物的总键能 生成物的总键能 吸 放 第二单元 自主探究 2 反应物与生成物的总能量与化学反应中能量变化的关系 1 能量守恒定律任何化学反应除遵循质量守恒外 同样也遵循 守恒 反应物与生成物的能量差若以热量形式表现即为放热反应或吸热反应 2 如果反应物的总能量高于生成物的总能量 反应 热 如果反应物的总能量低于生成物的总能量 反应 热 反应吸热 放热只与反应物与生成物的总能量有关 如图2 2 1所示 能量 放 吸 第二单元 自主探究 图2 2 1 第二单元 自主探究 3 物质本身所具有的能量 化学能 越低时 说明其结构越稳定 热稳定性就越强 断裂其化学键所吸收的热量就越多 而形成其化学键放出的热量也就越多 4 h 生成物的总能量 反应物的总能量 第二单元 自主探究 知识点四燃料燃烧释放的热量1 燃料充分燃烧条件的选择 1 燃料燃烧的条件 燃料与空气接触 温度达到燃料的 2 燃料充分燃烧的条件 要有足够的空气或氧气 助燃剂 燃料与空气或氧气要有足够大的接触面积 着火点 第二单元 自主探究 3 燃料充分燃烧的意义 使有限的能量发挥最大的作用 节约能源 降低污染程度 2 提高燃烧效率的措施 1 尽可能使燃料充分燃烧 提高能量的转化率 关键是燃料与空气或氧气要尽可能 且空气或氧气要 2 尽可能充分利用燃料燃烧所放出的热量 提高热能的利用率 充分接触 适当过量 第二单元 典型类析 典例类析 类型一化学反应中热量变化的实质化学反应的实质是旧键断裂 新键形成 断开化学键需要吸收能量 形成化学键则会放出能量 若前者大于后者 则表现为吸热反应 反之则为放热反应 例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变化d 必然伴随着能量的变化 解析 化学反应能引起化学键的变化 会产生新的物质 并且化学反应必然要伴随着能量的变化 但化学反应不一定能引起物质状态的变化 如金刚石与石墨之间的转化 点评 化学反应的本质就是旧化学键的断裂和新化学键的形成 这个过程一定伴随着能量的变化 c 第二单元 典型类析 变式1对于放热反应2h2 o22h2o 下列说法正确的是 a 产物h2o所具有的总能量高于反应物h2和o2所具有的总能量b 反应物h2和o2所具有的总能量高于产物h2o所具有的总能量c 反应物h2和o2所具有的总能量等于产物h2o所具有的总能量d 反应物h2和o2具有的能量相等 b 第二单元 典型类析 解析 该反应是放热反应 故反应物总能量高于生成物总能量 变式2已知形成1molh h键 需放出436kj的能量 断开1molh n键 需吸收391kj的能量 1moln2和3molh2完全反应生成2molnh3时 放出92 4kj的能量 则要断开1moln n键 所需要的能量是 a 431kjb 946kjc 649kjd 869kj b 第二单元 典型类析 解析 设所需要的能量为qkj 在生成2molnh3时 要断开1moln n键 3molh h键 需吸收 q 3 436 kj的能量 同时形成6molh n键 能放出6 391kj的热量 则有 6 391kj q 3 436kj 92 4kj 求得q 945 6kj 解题技巧 解此类试题可以用断裂化学键所吸收的总能量减去生成化学键所放出的总能量 若所得数值为正数 则反应吸热 若为负数 则为放热 第二单元 典型类析 类型二热化学方程式的书写热化学方程式的书写除了要遵循化学方程式的书写要求外还应注意以下几点 1 h只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边 若为放热反应 h为 若为吸热反应 h为 h的单位一般为kj mol 2 注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量 并不表示物质的分子或原子数 因此化学计量数可以是整数 也可以是分数 第二单元 典型类析 3 注意反应物和产物的聚集状态不同 反应热 h不同 因此 必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义 气体用 g 液体用 l 固体用 s 溶液用 aq 热化学方程式中不用 和 4 由于 h与反应完成后消耗的反应物和生成的生成物的物质的量有关 所以反应方程式中化学式前面的化学计量数必须与 h相对应 如果化学计量数加倍 则 h也要加倍 因而一个化学反应可对应多个热化学方程式 第二单元 典型类析 5 对于可逆反应 将该化学反应当作不可逆反应对待 再在反应方程式的右边标出反应热 向逆反应方向进行时 其反应热与正反应的反应热数值相等 符号相反 且仍用 连接 如合成氨的热化学方程式为n2 g 3h2 g 2nh3 g h 92 4kj mol 1 表示1moln2 g 与3molh2 g 完全反应生成2molnh3 g 放出92 4kj的热量 实际上 3molh2 g 和1moln2 g 混合后充分反应 达到平衡后放出的热量应小于92 4kj 第二单元 典型类析 例2已知室温下1g甲硅烷 sih4 自燃生成sio2和水放出热量44 6kj 则其热化学方程式为 sih4 g 2o2 g sio2 s 2h2o l h 1427 2kj mol 解析 1molsih4完全燃烧 生成液态水放出的热量为44 6kj g 32g 1427 2kj 第二单元 典型类析 d 第二单元 典型类析 变式2h2与cl2在点燃或光照条件下都能发生反应 1 h2在cl2中燃烧时的现象为 该反应的化学方程式为 该反应为反应 填 放热 或 吸热 2 已知断开1molh2中的化学键需吸收436kj的热量 断开1molcl2中的化学键需吸收243kj的热量 而形成1molhcl分子的化学键会释放431kj的热量 试求1molh2和1molcl2反应放出的热量为kj h2在cl2中安静地燃烧 发出苍白色火焰 放热 第二单元 典型类析 183 解析 该反应的化学方程式为 断开反应物中的化学键需要吸收的总能量为436kj 243kj 679kj 形成生成物中的化学键时释放的总能量为2 431kj 862kj 故该反应为放热反应 且放出的热量为862kj 679kj 183kj 第二单元 典型类析 第二单元 正误立判 正误立判 1 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 答案 解析 反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小 2 放热的反应在常温下不一定很容易发生 答案 3 吸热反应在一定的条件下也能发生 答案 4 化学反应必然伴随着能量的变化 答案 第二单元 正误立判 5 在1 105pa 298k条件下 2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kj热量的热化学方程式是 2h2 o2 2h2o h 484kj mol 1 答案 解析 热化学方程式应标明各物质的聚集状态 第三单元化学能与电能的转化 第1课时化学能转化为电能化学电源 第1课时化学能转化为电能化学电源 第1课时 第1课时 自主探究 自主探究 知识点一化学能转化为电能1 原电池 1 概述 化学能 电能 铜片 锌片 偏转 第1课时 自主探究 氧化 zn 2e zn2 失 电流 阳 还原 2h 2e h2 第1课时 自主探究 负极 正极 化学 电 第1课时 自主探究 点拨 在通常情况下 氧化还原反应中的电子是在氧化剂和还原剂之间直接传递的 化学能主要以热能的形式释放 在原电池中 氧化反应和还原反应是分别在两极发生的 还原剂在负极失去电子被氧化 电子通过导线传到正极 氧化剂在正极得到电子被还原 第1课时 自主探究 2 原电池正负极的判断方法 活泼性较强的金属 氧化 还原 出 入 阴 阳 增重 第1课时 自主探究 3 原电池电极反应式的书写方法原电池反应所依据的化学反应原理是氧化还原反应 负极反应是氧化反应 正极反应是还原反应 因此书写电极反应式的方法归纳如下 写出总反应的化学方程式 把总反应根据电子得失的情况 分成氧化反应和还原反应 氧化反应在负极发生 还原反应在正极发生 反应物和生成物对号入座 特别注意酸碱介质和水等参与的反应 总的化学方程式是把正 负极电极反应相加的结果 反过来也可以由总反应式与正 负极电极反应相减 得电极反应 电极反应也遵守质量守恒 电荷守恒及正 负极得失电子数相等的规律 第1课时 自主探究 4 原电池原理的应用金属的腐蚀 如铁的腐蚀 加快氧化还原反应 第1课时 自主探究 实验探究 在洁净的铁片表面滴加含有酚酞的食盐水 放置一段时间 实验现象 溶液变红 铁片表面形成褐色锈斑 第1课时 自主探究 点拨 根据钢铁的冶炼可以判断铁片中含有铁与碳 均为导电物质 食盐水为电解质溶液 空气中的氧气小部分溶解在食盐水中 因此可以构成原电池 铁为负极 发生的电极反应为 碳为正极 溶液中的氧气发生还原反应 由于正极附近生成oh 使溶液显碱性 遇到酚酞变红 负极生成的fe2 与正极得到的oh 反应生成fe oh 2 但因其具有强还原性 因此被空气中的氧气氧化 得到fe oh 3 脱水后生成铁锈fe2o3 nh2o 有关化学方程式为 fe 2e fe2 o2 4e 2h2o 4oh 4fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3 2fe oh 3fe2o3 3h2o 第1课时 自主探究 原电池的设计a 设计原理 自发进行的氧化还原反应 闭合回路以及电极材料 铜锌原电池中 电解质溶液为稀硫酸 其装置如图2 3 1 图2 3 1 第1课时 自主探究 在此原电池中 硫酸溶液的作用是提供了h 并作为电解质溶液进行导电 其他的酸性物质则也可以起到类似的作用 因此可以设计如图2 3 2所示的原电池 图2 3 2 第1课时 自主探究 b 根据氧化还原反应fe cuso4 feso4 cu设计原电池氧化反应失去电子 可作为电源的负极 因此负极为铁 正极发生还原反应 则说明正极有铜析出 电极不发生反应 可选用石墨 设计的原电池如图2 3 3 电极反应 负极 fe 正极 c 现象 fe 2e fe2 cu2 2e cu 碳棒上有红色物质析出 铁片变薄 图2 3 3 第1课时 自主探究 知识点二化学电源1 化学电源的分类化学电源可分为三类 一次电池 二次电池和燃料电池 其中一次电池又称为一次性电池 其特点是用过之后不能复原 二次电池充电后可重复多次使用 燃料电池装置可长久使用 2 常见电池 1 一次电池主要有锌锰干电池 2 二次电池主要有银锌纽扣电池 铅蓄电池 镍氢电池 燃料电池 典例类析 第1课时 典例类析 典例类析 类型一构成原电池的条件原电池的构成条件一般有 1 电极材料 两种活动性不同的金属或金属和其他导电的材料 非金属或某些氧化物等 2 两电极必须浸在电解质溶液中 两电极之间要用导线连接 形成闭合回路 3 氧化还原反应自发进行 活泼性不同的两种金属或一种金属与一种导电的非金属作电极 第1课时 典例类析 例1如图2 3 4所示装置能够组成原电池的是 图2 3 4 efg 第1课时 典例类析 解析 a项中 两电极活泼性相同 无法产生电流 b项中蔗糖是非电解质 c d两项中没有形成闭合回路 它们均不能构成原电池 点评 本题考查原电池的构成条件 缺少四个条件中的任意一个条件都不能构成原电池 解题时根据原电池的构成条件逐一选择即可 应特别注意的是f项中zn fe电极直接相连 满足原电池的条件 但无电流输出 在实际生产中无应用价值 第1课时 典例类析 变式 双选 某原电池的总反应方程式为2fe3 fe 3fe2 能实现该反应的原电池为 a 正极为cu 负极为fe 电解质为fecl3溶液b 正极为fe 负极为zn 电解质为fe2 so4 3溶液c 正极为c 负极为fe 电解质为fe no3 3溶液d 正极为ag 负极为fe 电解质为cuso4溶液 ac 解析 根据反应方程式可知 该原电池的电解质溶液含fe3 且fe为负极 正极材料应是比铁不活泼的金属或非金属 a c项均符合 第1课时 典例类析 类型二原电池的正 负极判断及电极反应式书写1 原电池正 负极的判断方法 1 根据组成原电池的两极材料判断一般是活动性较强的金属为负极 活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极 2 根据电流方向或电子流动方向判断电流由正极流向负极 电子由负极流向正极 第1课时 典例类析 3 根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动方向判断在原电池的电解质溶液内 阳离子移向正极 阴离子移向负极 4 根据原电池两极发生的变化来判断原电池的负极总是失电子发生氧化反应 正极总是得电子发生还原反应 5 根据现象判断溶解的一极为负极 增重或有气泡放出的一极为正极 第1课时 典例类析 2 电极反应式的书写 1 如果题目给定的是装置图 先分析正 负极 再根据正 负极反应规律去写反应式 一般先写负极反应 再写正极反应 则总反应 正极反应 负极反应 2 如果题目给定的是总反应式 可以分析该反应中元素化合价的变化 所含元素化合价升高的物质失电子 为负极反应物 所含元素化合价降低的物质得电子 为正极反应物 一般先写较简单的电极反应式 再根据 较繁电极反应式 总反应式 较简单电极反应式 得出较繁电极反应式 第1课时 典例类析 例2如图2 3 5所示的装置 m为活泼性顺序位于氢之前的金属 n为石墨棒 关于此装置的下列叙述中 不正确的是 a n上有气体放出b m为负极 n为正极c 稀硫酸中so42 移向m极d 导线中有电流通过 电流方向是由m到n 图2 3 5 d 第1课时 典例类析 解析 原电池中活泼金属为负极 失去电子 即m为负极 溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为h2 则n为正极 稀硫酸中so42 移向负极 即移向m极 电流方向与电子流向相反 应由正极 n 流向负极 m 点评 本题从电极的确定 离子流向 电流方向等方面考查了原电池原理的有关知识 关键是要正确判断原电池的正 负极 第1课时 典例类析 变式1某原电池的总反应是zn cu2 cu zn2 该原电池的正确组成是 b 解析 据原电池反应zn化合价升高 发生氧化反应作负极 比zn活泼性弱的cu作正极 a c两项不符合 含cu2 的溶液作电解质溶液 第1课时 典例类析 变式2一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪 负极上的反应为ch3ch2oh 4e h2o ch3cooh 4h 下列有关说法正确的是 a 检测时 电解质溶液中的h 向负极移动b 若有0 4mol电子转移 则在标准状况下消耗4 48l氧气c 电池反应的化学方程式为ch3ch2oh o2 ch3cooh h2od 正极上发生的反应为o2 4e 2h2o 4oh c 第1课时 典例类析 解析 审题是关键 反应是在酸性电解质溶液中进行的 在原电池中 阳离子要往正极移动 a项错 因电解质溶液为酸性的 不可能存在oh 故正极的反应式为o2 4h 4e 2h2o 转移4mol电子时消耗1molo2 则转移0 4mol电子时消耗标准状况下2 24lo2 b d项错 电池反应式即正负极反应式的和 将两极的反应式相加可知c项正确 第1课时 典例类析 类型三原电池原理的应用原电池原理的应用主要有 1 加快氧化还原反应速率如实验室用zn和稀h2so4 或稀盐酸 反应制h2 常用粗锌 它产生h2的速率快 原因是粗锌中的杂质和锌 稀h2so4形成原电池 加快了锌的腐蚀 使产生h2的速率加快 第1课时 典例类析 2 比较金属的活动性强弱原电池中 一般活动性强的金属为负极 活动性弱的金属为正极 例如 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 3 设计原电池从理论上说 所有的氧化还原反应都可设计成原电池 设计原电池时 根据已知要求 结合氧化还原反应的有关知识确定原电池的正 负极及材料 再结合原电池总反应确定电解质溶液及电极反应式 第1课时 典例类析 例3现有反应 a naoh hcl nacl h2ob zn h2so4 znso4 h2 1 根据两反应本质 判断能否设计成原电池 2 如果不能 说明其原因 3 如果可以 则写出正 负极材料及其电极反应式 电解质溶液名称 负极 正极 电解质溶液 第1课时 典例类析 答案 1 a反应不能 b反应能 2 a反应为非氧化还原反应 没有电子转移 3 锌zn 2e zn2 铜 银 石墨等 2h 2e h2 稀硫酸 解析 首先判断反应是否为氧化还原反应 确定能否设计成原电池 再根据原电池反应的原理确定正 负极和电解质溶液 对于b zn h2so4 znso4 h2 zn失去电子作原电池的负极 h 得到电子在正极上发生还原反应 正极为活泼性比zn弱的导电固体材料 如cu ag 石墨等 第1课时 典例类析 变式1某同学在做完铜锌原电池实验后 又做了以下几组实验 请判断下列关于实验现象的描述正确的是 a 用导线连接锌片 铜片 一起浸在cuso4溶液中 锌片表面析出单质铜b 把铜片插入fecl3溶液中 在铜片表面出现一层铁c 用导线连接铁片 铜片 一起浸在浓硝酸中 铁片不断溶解d 把锌粒放入盛有盐酸的试管中 加入几滴cucl2溶液 气泡放出速率加快 d 第1课时 典例类析 解析 用导线连接锌片 铜片 一起浸在cuso4溶液中 锌比铜活泼 铜作正极 表面析出单质铜 a项错误 铜片插入fecl3溶液中 发生反应 cu 2fecl3 cucl2 2fecl2 铜片被fecl3溶液腐蚀而逐渐溶解 不会在铜片上出现一层铁 b项错误 用导线连接铁片 铜片 一起浸在浓硝酸中 由于铁片钝化 此时铜片作负极而不断溶解 c项错误 把锌粒放入盛有盐酸的试管中 加入几滴cucl2溶液 锌粒与cucl2溶液发生反应 zn cucl2 zncl2 cu 铜附着在锌粒表面 与盐酸形成原电池 所以气泡放出速率快 点评 原电池反应能使化学反应速率加快 第1课时 典例类析 变式2 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池 相连时 外电路电流从 流向 相连时 为正极 相连时 上有气泡逸出 相连时 的质量减少 据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是 a b c d b 第1课时 典例类析 解析 相连时 外电路电流从 流向 说明 为负极 相连时 为负极 相连时 上有气泡 说明 为负极 相连时 的质量减少 说明 为负极 综上所述可知 这四种金属活动性由大到小的顺序为 选项b正确 第1课时 正误立判 正误立判 1 铜锌硫酸原电池电子通过导线由铜片流向锌片 答案 解析 外电路上 电子通过导线由锌片流向铜片 2 把铜片和铁片靠在一起浸入稀硫酸中 铜片表面产生气泡 答案 3 在zn与稀硫酸反应时加入少量cuso4溶液能使产生h2的反应速率加快 答案 第1课时 正误立判 4 原电池中的电解液一定参与反应 答案 解析 不一定 如燃料电池 水中一般要加入naoh h2so4等 但naoh h2so4等并没有参与反应 5 氢氧燃料电池 酸性电解质 中o2通入正极 电极反应为o2 4h 4e 2h2o 答案 第2课时电能转化为化学能 第2课时电能转化为化学能 第2课时 第2课时 自主探究 自主探究 知识点一电解池的组成1 电解池的定义 2 电解池的组成 1 外接电源 正极 负极 2 两个电极 阴极 阳极 3 电解质溶液 在水中发生电离 产生阴 阳离子 4 闭合回路 电子流入或流出 将电能转化为化学能的装置 第2课时 自主探究 3 工作原理 1 电源负极提供电子 电子由 流向 2 阴极因有电子而带负电 电解质溶液中的 向阴极移动 在阴极得到电子发生还原反应 3 电解质溶液中的 向阳极移动 在阳极失去电子 发生氧化反应 4 阳极附近的阴离子失去的电子通过阳极流入 负极 电解池的阴极 阳离子 阴离子 电源的正极 第2课时 自主探究 4 概念与结论 1 与电源负极相连的一极为电解池的 与正极相连的一极为电解池的 2 阳极发生 反应 阴极发生 反应 3 电解池溶液中的阳离子向 移动 阴离子向 移动 4 电子由负极流向阴极 由阳极流入正极 阴极 阳极 氧化 还原 阴极 阳极 第2课时 自主探究 知识点二常见的电解池1 电解氯化铜溶液 1 实验操作如图2 3 6所示装置 接通电源 即形成电解池 图2 3 6 第2课时 自主探究 2 实验现象d对应的石墨电极上生成 e对应的石墨电极上有 产生 气体通入小试管后 小试管中的淀粉碘化钾溶液 3 电极反应阳极 2cl 2e cl2 阴极 cu2 2e cu 4 总反应 cucl2cu cl2 红色的固体 气泡 变蓝 第2课时 自主探究 2 精炼铜 1 实验操作如图2 3 7所示装置 接通电源 形成电解池 图2 3 7 第2课时 自主探究 2 实验现象粗铜逐渐变细 精铜逐渐变粗 电解质溶液没有明显变化 3 原理 阳极失去电子 发生氧化反应 其电极反应为 cu 2e cu2 阴极附近为cu2 和h 由于cu2 氧化性较强 因此cu2 被还原 电极反应为 cu2 2e cu 实现阳极的铜转移到阴极的反应 达到精炼铜的目的 第2课时 自主探究 知识点三原电池和电解池的比较 第2课时 自主探究 第2课时 典例类析 典例类析 类型一电解池的概念将电能转化为化学能的装置叫作电解池 原电池原理研究的是如何利用自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能 而电解原理研究的是如何借助电能使不能自发进行的氧化还原反应能够发生 从而使电能转换成化学能 第2课时 典例类析 例1下列叙述中不正确的是 a 电解池的阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应b 原电池跟电解池连接后 电子从原电池负极流向电解池阳极c 电解池是将电能转化为化学能的装置d 电解时 电源负极流出的电子数等于流入电源正极的电子数 解析 电解池中电子由电源负极流出到电解池的阴极 b 第2课时 典例类析 变式1下列关于原电池和电解池的叙述中 正确的是 a 原电池中失去电子的电极为正极b 在原电池的负极 电解池的阳极上都发生氧化反应c 原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成d 电解时在电解池的阳极上一定有阴离子放电 解析 原电池中失去电子的一极为负极 a项错误 燃料电池中两个电极相同 均为惰性电极 c项错误 电解池的阳极如果为活泼或较活泼金属 是电极本身放电 b 第2课时 典例类析 变式2图2 3 8中 两电极上发生的电极反应 a极为cu2 2e cu b极为fe 2e fe2 下列说法中不正确的是 图2 3 8a 该装置可能是电解池b a极上一定发生还原反应c a b可能是同种电极材料d 该过程中能量的转换一定是化学能转化为电能 d 第2课时 典例类析 类型二电解质溶液的电解对电解池的阴 阳两极的记忆 可用 音同字不同 加强记忆 如可用 氧化反应 阳极 这一对应关系帮助记忆 也可以用外接电源的正负来判断电解池两个电极是阳极还是阴极 如 正极 阳极 负极 阴极 主要掌握以惰性电极电解水溶液 分析电解反应的一般步骤为 分析电解质溶液的组成 找全离子并分为阴 阳两组 分别对阴 阳离子排出放电顺序 写出两极上的电极反应式 合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式 第2课时 典例类析 电解质溶液中的离子在通电后的移动方向的判断很容易出错 可以记忆为 所有的阴离子都向阳极移动 排着队等候失电子 若是活性电极 则电极本身失电子 惰性电极则阴离子失电子 而离子移动的实质是受到电场的作用 同性相斥 异性相吸 即阴离子向阳极移动 阳离子向阴极移动 电解的应用有电解饱和食盐水制备氯气和烧碱 电解精炼铜等 第2课时 典例类析 例2如图2 3 9所示 a b c三个装置中的三个烧杯分别盛有足量的cucl2溶液 图2 3 9 第2课时 典例类析 1 a b c三个装置中属于原电池的是 填标号 下同 属于电解池的是 2 a池中zn是 极 发生 反应 填 氧化 或 还原 下同 电极反应式为 cu是 极 发生 反应 电极反应式为 a中总反应的化学方程式为 3 b池中c是 极 发生 反应 电极反应为 pt是 极 发生 反应 电极反应为 b池中总反应的化学方程式为 第2课时 典例类析 4 c池中zn是 极 发生 反应 电极反应为 cu是 极 发生 反应 电极反应为 反应过程中 溶液浓度 填 变大 变小 或 不变 答案 1 abc 2 负氧化zn 2e zn2 正还原cu2 2e cuzn cucl2 cu zncl2 3 阴还原cu2 2e cu阳氧化2cl 2e cl2 cucl2cu cl2 4 阴还原cu2 2e cu阳氧化cu 2e cu2 不变 第2课时 典例类析 解析 有外接电源的装置为电解池 有自发进行的氧化还原反应为原电池 原电池中首先找出自发进行的氧化还原反应为zn cu2 zn2 cu zn失去电子 发生氧化反应 因此锌为负极 b装置为两个惰性电极 因此电极不放电 相当于电解氯化铜溶液 而c装置中 铜电极与电源的正极相连 为阳极 因此金属电极失去电子 c装置为电解精炼铜或电镀铜 第2课时 典例类析 变式1电解原理在化学工业中有着广泛的应用 如图2 3 10表示一个电解池 u形管中装有电解质溶液kcl溶液 x y都是惰性电极 通过导线与直流电源相连 两只烧杯中都盛放的是淀粉 ki溶液 实验开始时 同时在两极各滴入几滴酚酞溶液 请回答下列问题 1 x电极上的电极反应式为 x极附近观察到的现象是 第2课时 典例类析 图2 3 10 第2课时 典例类析 2 y电极上的电极反应式为 3 电解过程中反应的总化学方程式为 4 烧杯中 填 a 或 b 的溶液颜色变蓝色 发生的反应为 写离子方程式 答案 1 2h 2e h2 酚酞变红 有气泡产生 2 2cl 2e cl2 3 2kcl 2h2o2koh h2 cl2 4 bcl2 2i i2 2cl 第2课时 典例类析 解析 由直流电源的正负极判断出x为阴极 y为阳极 电解质溶液是kcl溶液 溶液中存在的离子有 k cl h oh h 来源于水 在阴极得到电子生成h2逸出 使c oh 增大 使酚酞溶液变红 cl 在阳极失去电子生成cl2逸出 与淀粉 ki溶液作用 生成碘单质 使溶液显蓝色 第2课时 典例类析 变式2采用惰性电极从no3 so42 h cu2 ba2 ag cl 等离子中 选出适当的离子组成电解质 对其溶液进行电解 1 两极分别放出h2和o2 电解质的化学式是 2 阴极析出金属 阳极放出o2 电解质的化学式是 3 两极分别放出气体 且体积比为1 1 电解质的化学式是 第2课