新 高中化学 第二章 化学反应与能量本章重难点突破课件 新人教版必修2.ppt

本章重难点突破 第二章化学反应与能量 内容索引 一详析化学反应中热量的变化 二从氧化还原反应原理分析原电池 三原电池正极和负极的判断方法 四原电池的电极反应及其书写方法 五化学反应速率影响因素探究 六化学反应速率及平衡图像问题的分析方法 一详析化学反应中热量的变化 我们在做化学实验时 经常会感受到有热量的变化 比如钠与水的反应等 其实在化学反应中 不仅有物质的变化 即新物质的生成 而且还伴随着能量的变化 有的反应是吸热的 有的反应是放热的 而化学反应中物质变化的实质是旧化学键断裂和新化学键形成 化学反应是化学科学研究的核心 化学反应过程中的物质变化要遵循质量守恒定律 而能量变化要遵循能量守恒定律 在化学反应过程中一定存在着能量的变化 而这些能量变化大多数表现为热量的变化 这就实现了化学能与热能的转化 1 从化学键的角度理解在化学变化前后 参加反应的原子的种类和个数并没有改变 只是进行了原子之间的重组和整合 原子进行重组 整合的过程 实际上就是反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成的过程 由于反应物中化学键的断裂要消耗能量 而生成物中化学键的形成要释放能量 因此我们将化学反应中能量变化表示为 这样 当反应中吸收的能量大于释放的能量 则反应表现为吸收能量 该反应为吸热反应 当反应中吸收的能量小于释放的能量 则反应表现为放出能量 该反应为放热反应 典例1 已知 1molh2分子中化学键断裂时需吸收436kj的能量 1molcl2分子中化学键断裂时需吸收243kj的能量 由氢原子和氯原子形成1molhcl分子时释放431kj的能量 则1molh2和1molcl2反应生成氯化氢气体时的能量变化为 a 放出能量183kjb 吸收能量183kjc 吸收能量248kjd 吸收能量862kj 解析答案 特别提示 解析根据反应的化学方程式 h2 cl22hcl 可知在反应过程中 断裂1molh h键 1molcl cl键 同时形成2molh cl键 计算可知生成2molhcl气体时 吸收的热量为436kj 243kj 679kj 放出的热量为431kj 2 862kj 故反应中放出的热量为862kj 679kj 183kj a对 答案a 特别提示 从化学键的角度看能量变化时 首先要明确物质内部的化学键的数目 要是对物质中化学键数目认识错误 就会导致错误的计算结果 比如每个水分子中含有的h o键的数目为2个 特别提示 2 从化学能的角度理解自然界中存在着成千上万种物质 但不同的物质能量不同 因此在化学反应前后反应物和生成物所具有的能量也是不同的 我们还可以从化学能的角度 也就是从反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小来看一个化学反应的能量变化 这样 反应物的总能量 生成物的总能量 则化学反应放出能量 该反应为放热反应 反应物的总能量 生成物的总能量 则化学反应吸收能量 该反应为吸热反应 典例2 下列有关化学反应中能量变化的理解 正确的是 a 凡是伴随能量变化的过程都是化学变化b 在化学反应过程中总是伴随着能量的变化c 在确定的化学反应中反应物的总能量一定等于生成物的总能量d 在确定的化学反应中反应物的总能量总是高于生成物的总能量 解析答案 返回 解析在化学变化中 既有物质的变化又有能量的变化 但是有能量变化的过程不一定就是化学变化 如水的三态变化 在确定的化学反应中 反应物的总能量不等于生成物的总能量 当反应物的总能量大于生成物的总能量时 反应放热 当反应物的总能量小于生成物的总能量时 反应吸热 答案b 返回 二从氧化还原反应原理分析原电池 原电池是把化学能转化为电能的装置 构成原电池的条件有哪些 是不是所有的化学反应均可以设计成原电池呢 在学习过程中 这些问题可能一直使同学们感到困惑 下面我们一起来分析 解开困惑 1 原电池与氧化还原反应的关系我们在学习氧化还原反应时 经常用单线桥或双线桥标注电子转移的方向和数目 如 氧化还原反应中存在电子的得失 在该反应中 线桥仿佛是一根导线 假如电子能在导线上流动 就会由电子的转移变成电子的定向移动 也就形成了电流 因此 并不是所有的反应均可以设计成原电池 只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池 从单线桥上看 可将导线一端连接在锌极上 另一端当然不可能直接放在溶液中 因此可将另一端连接在一个能导电的电极上 如石墨电极 这样连接后 在整个装置中就会出现与原来不同的实验现象 氢气在石墨电极上大量产生 为什么会出现这样的现象呢 原因在于 当锌片直 接放入硫酸溶液中时 锌失去的电子集中在锌片表面 溶液中的h 在锌的表面获得电子生成氢气 而当锌 石墨共同放入硫酸溶液并用导线连接时 电子就会沿导线流向石墨电极 这样在石墨电极表面聚集了大量电子 溶液中的h 移向石墨电极并获得这些电子生成氢气 在这个过程中 电子在导线中实现了定向移动 即形成了电流 这样 化学反应的化学能就转变成了电能 这样的装置我们称之为原电池 2 原电池的构成从以上分析可以看出 原电池是由两个活动性不同的电极 电解质溶液构成的闭合回路 也就是说原电池的构造是 两个活动性不同的电极 电解质溶液 闭合回路 如下图 在原电池中 科学上规定把电子流出的一极称为负极 较活泼的金属 把电子流入的一极 较不活泼的金属或惰性电极 称为正极 在上面的原电池中 锌为负极 发生氧化反应 zn 2e zn2 石墨为正极 发生还原反应 2h 2e h2 这两个半反应恰好是氧化还原反应中的两个线桥 也就是说 原电池实质上是将氧化反应和还原反应分到了两个电极上进行 使其分别成为一个 半反应 因此 根据氧化还原反应方程式可以很容易地设计原电池装置 典例3 人造地球卫星上使用的一种高能电池 银锌蓄电池 其电池的电极反应式为zn 2oh 2e zno h2o ag2o h2o 2e 2ag 2oh 据此判断ag2o是 a 负极 被氧化b 正极 被还原c 负极 被还原d 正极 被氧化 解析答案 解析由题给电极反应式可知 ag2o得到电子 发生还原反应 作原电池的正极 b 3 电子的流向及离子的流向整个原电池装置是一个闭合回路 在外电路中 导线 是靠电子的定向移动导电 在溶液中则是靠阴 阳离子的定向移动导电 在外电路中 电子是由负极流向正极 电流的方向与电子移动的方向相反 由正极流向负极 在溶液中 阳离子移向正极 阴离子移向负极 这里我们只需记住 阳离子一定移向发生还原反应的极 即阳离子一定是为获得电子而奔去 原电池的工作原理 以铜锌原电池为例 如下图所示 典例4 铅蓄电池是典型的可充电电池 电动车的动力多数以铅蓄电池提供 其工作原理是原电池放电原理 关于铅蓄电池的说法正确的是 a 在放电时 正极发生的反应是pb 2e pbso4b 在放电时 该电池的负极材料是铅板c 在充电时 电池中硫酸的浓度不断变小d 在充电时 阳极发生的反应是pbso4 2e pb 解析答案 返回 理解感悟 解析铅蓄电池是生活中最常见的可充电电池 正确判断出两极并书写电极反应式是解决本类问题的关键 铅蓄电池是原电池中要求掌握的内容 其总反应为pb pbo2 2h2so42pbso4 2h2o 根据总反应式中化合价的升降可判断出两极 放电时pb为负极 pbo2为正极 充电时pb为阴极产物 pbo2为阳极产物 电极反应 放电时负极反应为pb 2e pbso4 正极反应为pbo2 4h 2e pbso4 2h2o 充电时阴极反应为pbso4 2e pb 阳极反应为pbso4 2h2o 2e pbo2 4h 理解感悟 解析答案 书写过程中要特别注意电极产物pb2 与不共存 要发生反应生成pbso4 根据充电时的总反应 可判断出充电时硫酸的浓度不断增大 另外 该电池中 在放电时移向负极pb 充电时移向阳极pbso4 h 与之相反 理解感悟 答案b 返回 理解感悟 如果正确理解了原电池的工作原理 就能准确回答这个问题 放电时 负极pb被氧化为pbso4 充电时应将pbso4还原为pb 故充电时该极应作阴极 与电源负极相连 正极pbo2被还原为pbso4 充电时应将pbso4氧化为pbo2 故该极应作阳极 与电源正极相连 故充电时的原则是 接 接 另外 对于铅蓄电池 根据放电时总反应式 h2so4的浓度会不断减小 所以应定期补充h2so4 三原电池正极和负极的判断方法 1 根据电极材料判断一般是活泼的金属为负极 活泼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 3 根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向在原电池的电解质溶液中 阳离子移向的极为正极 阴离子移向的极为负极 4 根据原电池两极发生的变化判断原电池的负极发生失电子的氧化反应 正极发生得电子的还原反应 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 特别提示在判断原电池正 负极时 不要只根据金属活动性的相对强弱 有时还与电解质溶液有关 如mg al和naoh溶液构成的原电池中 由于mg不与naoh溶液反应 虽然金属性mg al 但在该条件下却是al作负极 因此要根据具体情况来判断正 负极 典例5 根据反应 2ag cu cu2 2ag 设计如图所示原电池 下列说法错误的是 a x可以是银或石墨b y是硫酸铜溶液c 电子从铜电极经外电路流向x电极d x极上的电极反应式为ag e ag 解析答案 解析由电池反应2ag cu 2ag cu2 可知 铜作负极 电极反应为cu 2e cu2 x为正极 可以是比铜不活泼的银或石墨等 电极反应为ag e ag 电解质溶液中需含有ag 故b说法错误 答案b 解析答案 典例6 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置 如图为电池示意图 该电池电极表面镀一层细小的铂粉 铂吸附气体的能力强 性质稳定 请回答 1 氢氧燃料电池能量转化的主要形式是 在导线中电子移动方向为 用a b表示 解析燃料电池是利用原电池工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化成电能的装置 根据装置图可以判断该燃料电池的总反应方程式为2h2 o2 2h2o 其中h2是还原剂 在反应中失去电子 发生氧化反应 所以通入h2的一极为电源的负极 电子从负极出发经过外电路流向正极 答案由化学能转变为电能由a到b 解析答案 2 负极反应式为 解析负极为失去电子的一极 即h2 2e 2h 由于溶液是碱性的 故电极反应式左 右应各加上oh 因此负极反应式为h2 2oh 2e 2h2o 2h2 4oh 4e 4h2o或 h2 2oh 2e 2h2o 解析答案 3 电极表面镀铂粉的原因是 解析借助题干给的信息 铂吸附气体的能力强 说明铂的作用是吸附h2和o2 铂粉的特点是单位质量其表面积大 与h2和o2的接触面积大 吸附h2和o2的效率高 可以加快燃料电池的反应速率 增大电极单位面积吸附h2 o2分子数 加 快电极反应速率 解析答案 4 该电池工作时 h2和o2连续由外部供给 电池可连续不断地提供电能 因此 大量安全储氢是关键技术之一 金属锂是一种重要的储氢材料 其吸氢和放氢原理如下 2li h22lih lih h2o lioh h2 反应 中的还原剂是 反应 中的氧化剂是 答案lih2o 解析答案 已知lih固体密度为0 82g cm 3 用锂吸收224l 标准状况下 h2 生成的lih体积与被吸收的h2体积比为 解析答案 由 生成的lih与h2o作用 放出的h2用作电池燃料 若能量转化率为80 则导线中通过电子的物质的量为 mol 解析根据反应 20mollih可生成20molh2 由于能量转化率为80 所以产生电能的h2的物质的量为20mol 80 16mol 1molh2转化成1molh2o时 转移2mole 所以16molh2可转移32mole 32 返回 四原电池的电极反应及其书写方法 电极上物质的变化情况以及电子的转移情况可用电极反应式来表明 在原电池中 氧化反应和还原反应是分别在两个电极上进行的 每个电极上只发生一个方向的电子转移 相当于氧化还原反应的一半 常称为半反应 这种在电极上进行的半反应叫做电极反应 电极反应总是涉及含有同一元素但价态不同的两种物质 一种处于较高价态 另一种处于较低价态 以cu zn h2so4 原电池为例 负极反应 zn 2e zn2 氧化反应 正极反应 2h 2e h2 还原反应 而电池总反应则为电池中正 负极反应式在电量相等情况下的加和式 一般是一个自发的 完整的氧化还原反应 例如原电池的电池总反应 zn h2so4 znso4 h2 化学方程式 zn 2h zn2 h2 离子方程式 典例7 钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀 发生的原电池反应为2fe 2h2o o2 2fe oh 2 以下说法正确的是 a 负极发生的反应为fe 2e fe2 b 正极发生的反应为2h2o o2 2e 4oh c 原电池是将电能转变为化学能的装置d 钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易被腐蚀 解析答案 解析 答案a 1 电极反应式书写的几种情况 1 可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池的电极反应式时 由于电极都参加反应 且正方向 逆方向反应都能进行 所以要明确电池和电极 放电时为原电池 充电时为电解池 原电池的负极反应为放电方向的氧化反应 原电池的正极反应为放电方向的还原反应 2 根据给出电极反应式书写总反应式根据给出的两个电极反应式 书写总反应式时 首先要使两个电极反应式的得失电子数相等 再将两式相加 然后消去反应物和生成物中相同的物质即可 注意 若反应式同侧出现不能大量共存的离子 如h 和oh pb2 和 要写成反应后的物质 即h2o和pbso4 3 燃料电池电极反应式的书写书写燃料电池的电极反应式时 首先要明确电解质是酸还是碱 在酸性电解质溶液中 电极反应式不要出现oh 在碱性电解质溶液中 电极反应式不要出现h 同时还要分清燃料是h2还是含碳燃料 co ch4 ch3oh c4h10 c2h5oh 但无论是哪一种燃料 在碱性条件下 正极反应式都是一样的 即o2 2h2o 4e 4oh 若是酸性条件下 则正极反应式为o2 4h 4e 2h2o 如果是含碳燃料时 负极反应式的书写同甲烷燃料电池的书写 只是需要考虑用电荷守恒来配平不同的计量数 2 几种燃料电池的电极反应式及总反应式 1 氢氧燃料电池在不同的介质中发生的电极反应归纳如下 2 甲醇燃料电池电解质 koh 正极反应式 3o2 6h2o 12e 12oh 负极反应式 2ch3oh 16oh 12e 2 12h2o 总反应式 2ch3oh 3o2 4koh 2k2co3 6h2o 3 肼燃料电池电解质 koh 正极反应式 o2 2h2o 4e 4oh 负极反应式 n2h4 4oh 4e n2 4h2o 总反应式 n2h4 o2 n2 2h2o 典例8 科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池 利用细菌将有机酸转化为氢气 氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电 电池负极反应式为 a h2 2oh 2e 2h2ob o2 4h 4e 2h2oc h2 2e 2h d o2 2h2o 4e 4oh 解析答案 c 解析根据题给信息 该燃料电池的总反应式为2h2 o2 2h2o 电解液为酸性溶液 电极反应式中不能出现oh a错误 又因为燃料电池中负极通入氢气 正极通入氧气 b d错误 返回 五化学反应速率影响因素探究 北京故宫的 云龙陛石 上曾经雕刻有精美的蟠龙图案 近些年来 这些浮雕遭到严重的损坏 而以前几百年这种腐蚀都是很慢的 那为什么近些年来的腐蚀就加快了呢 这就要从影响化学反应速率的因素来分析了 1 内因决定化学反应速率大小的主要因素是反应物的性质 而不是外界条件 2 外因影响化学反应速率的外界条件很多 如浓度 压强 温度 催化剂等 另外 形成原电池也可以加快反应速率 注意 对于有固体或纯液体参加的化学反应 改变它们的量不会引起浓度的变化 对它们的反应速率无影响 例如 c s co2 g 2co g 增加c的量 对此反应的反应速率无影响 压强只对有气体参加或生成的化学反应的速率有影响 若一个化学反应中反应物 产物中均无气体 则压强对此反应的反应速率无影响 压强对反应速率的影响关键是看改变压强是否改变相关物质的浓度 对于有气体参加的反应体系 压强改变的实质是气体物质浓度的改变 有以下几种情况 a 恒温 增大压强 体积减小 浓度增大 反应速率加快 b 恒容 充入气体反应物 浓度增大 反应速率加快充入稀有气体 总压增大 但各物质浓度不变 反应速率不变c 恒压 充入稀有气体 体积增大 各反应物浓度减小 反应速率减慢 多个因素影响反应速率变化要看主要因素例如 锌与稀硫酸反应的图像如下图 由图像可知氢气的生成速率随时间先由慢到快 然后又由快到慢 反应体系中硫酸所提供的氢离子浓度是由高到低 若氢气的生成速率由其决定 速率的变化趋势也应由快到慢 反应前半程速率增大的原因是温度所致 锌与硫酸反应时放热 体 系温度逐渐升高 温度对反应速率的影响占主导地位 一定时间后 硫酸的浓度下降占据主导地位 因而氢气的生成速率随时间先由慢到快 然后又由快到慢 典例9 等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应 测定在不同时间t产生气体体积v的数据 根据数据绘制得到下图 则曲线a b c d所对应的实验组别是 解析答案 a 4 3 2 1b 1 2 3 4c 3 4 2 1d 1 2 4 3 解析化学反应速率与温度 浓度和固体物质的表面积大小有关 实验1的盐酸的浓度最小 反应的温度最低 所以化学反应速率最小 物质状态相同时由于实验3的反应温度比实验2的反应温度高 所以反应速率实验3的大于实验2的 而实验4和实验3盐酸的浓度相同 反应的温度也相同 但物质的状态不相同 所以实验4的反应速率大于实验3的 答案a 典例10 反应e f g在温度t1下进行 反应m n k在温度t2下进行 已知 t1 t2 且e和f的浓度均大于m和n的浓度 则两者的反应速率 a 前者大b 后者大c 一样大d 无法判断 解析答案 误区警示 返回 解析因为这两个反应是不同的反应 而决定反应速率的主要因素是内因 反应物本身的性质 故尽管前者的反应温度高 浓度大 但反应速率不一定大于后者 如合成氨反应在高温 高压且有催化剂的条件下进行 其速率也不如低温下的酸碱中和反应的速率大 故两者的反应速率快慢无法比较 答案d 误区警示 返回 误区警示 本题很容易错选a 因为教材中用较多的篇幅介绍了温度 浓度 催化剂等外界因素对化学反应速率的影响 而忽视了内因才是决定化学反应速率的关键 外界因素在内因相同的情况下 即反应是相同时 才会决定反应速率的大小 在进行分析判断反应速率大小时应遵循以下思路 先看内因 内因相同者 再看外界因素 温度 浓度 压强 催化剂等 六化学反应速率及平衡图像问题的分析方法 化学反应速率及化学平衡的图像 能直观描述反应进行的快慢 反应进行的程度等问题 图像题是化学中常见的一种题目 做这类题既要读文字内容 又要读图 解答化学反应速率图像题三步曲 一看 二想 三判断 一看 看图像 看坐标轴 弄清纵 横坐标表示的含义 看线 弄清线的走向 趋势