春高中化学专题二化学反应与能量变化含解析苏教版必修.doc

第一单元化学反应速率与反应限度第1课时化学反应速率导 学 过 程 课堂引入案例1播放一段赛车的画面作为引入,创设问题:“世界上任何事物都是运动的,有运动就有快慢之分,那么我们的化学反应是否也有快慢之分呢?” 接着引导学生讨论“氢气、汽油蒸气的安静燃烧与爆炸”和“铁的锈蚀、转炉炼钢通入的纯氧使少量铁剧烈氧化,呈现钢花怒放的景象”的化学反应,让学生感受到化学反应也有快慢之分。案例2北京的故宫是世界著名的古建筑群,是世界珍贵的文化遗产,在故宫的保和殿,有块巨大的“云龙陛石”,上边好多细小花纹已经模糊不清了。 “云龙陛石”上曾经雕刻有精美的蟠龙图案,近些年来,尤其是上一世纪,这些浮雕遭到严重的损坏。据统计,世界上的古建筑在上世纪所遭受的腐蚀比过去几百年甚至上千年所遭受的腐蚀还要严重,有的已经面目全非了。这场灾难的罪魁祸首是谁呢?酸雨。我们知道CaCO3在风吹日晒、雨淋时会和H2O、CO2反应生成可溶性的Ca(HCO3)2,而使石雕、建筑受损,但是历史上几千年来这种腐蚀都是很慢的。为什么上世纪的损失就这么快呢?这就要从化学反应速率问题说起。 知识建构(见学生用书课堂本第1516页) 化学反应速率的概念探究实验1: 同样大小的铁片和镁片分别与5mL 0.5molL-1盐酸反应实验现象: 镁片与盐酸反应比铁片快;结论: 不同的化学反应反应的快慢不一样。【归纳整理】1. 化学反应速率: 表示化学反应快慢的物理量。2. 化学反应速率常以单位时间内,反应物浓度的增加或生成物浓度的减少来表示。单位: molL-1s-1 或molL-1min-1或molL-1h-1表达式: v(B)=c(B)/t(扫描二维码,观看“比较镁、铁与酸溶液的反应”)重难点突破 正确理解化学反应速率的定义中强调的是物质的量浓度的变化,而不是物质的量或是质量的变化。 同时强调这里表示的速率是一段时间内的平均速率,而不是某一时刻的瞬时速率。 化学反应速率的计算例题一密闭容器内装有N2和H2,发生反应N2+3H22NH3。反应开始时,N2浓度为2molL-1,H2浓度为5molL-1,两分钟后,测得N2浓度为1.8molL-1,则两分钟内N2的平均反应速率是多少?H2和NH3的平均反应速率又分别是多少?通过计算,比较三者速率有何联系?解析 N2+3H2 2NH3起始浓度(molL-1)250浓度变化(molL-1)0.20.60.4 三步分析法2min后浓度(molL-1) 1.84.40.4所以: v(N2)=0.1molL-1min-1v(H2)=0.3 molL-1min-1v(NH3)=0.2 molL-1min-1【归纳整理】用化学反应中的反应物或生成物表示同一反应速率时,其值不一定相同,意义相同,其值与其计量系数成正比关系。重难点突破 理解三步分析法中,纵向数据和横向数据之间的关系。 通过计算不难发现,浓度的变化与系数成正比,因此易推得速率与系数成正比。 影响化学反应速率的因素探究实验2: 内容现象结论1分别装有5mL 12%H2O2的两支试管,其中一支加热加热的试管产生气泡快升高温度,反应速率增大续表内容现象结论2分别装有5mL 4%H2O2的两支试管,其中一支加少量MnO2加入MnO2的试管产生气泡快使用催化剂的反应速率增大3分别装有5mL 4%、12%H2O2各一支试管,均加入相同滴数相同浓度的FeCl3溶液12%的试管产生气泡快浓度高的反应速率增大【归纳总结】影响化学反应的因素规律主因化学反应物本身反应物越活泼,反应速率越大次因浓度升高浓度,增大反应速率温度升高温度,增大反应速率压强增加气态反应物的压强,增大反应速率催化剂使用正催化剂,增大反应速率其他因素反应物的接触面积,光波,电磁波,超声波,溶剂等重难点突破 研究外部条件对化学反应速率的影响时,是以其他条件相同为前提的。 固体或者纯液体一般不用浓度表示其量,因此改变这些反应物的量不改变化学反应速率。 温度对于吸热反应和放热反应的影响趋势是相同,但对吸热反应的速率影响较大。 改变固体和液体反应物的压强,不改变其浓度,所以压强一般只影响有气态物质参与反应的反应速率。 压强影响的实质是改变气态反应物的浓度,如果压强改变,但气态反应物的浓度未发生改变(如恒温恒容时,向反应体系中充入惰性气体)反应速率不变。学 以 致 用(见学生用书课堂本第16页)1. 反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在10L密闭容器中进行,半分钟后,水蒸气的物质的量增加了0.45mol,则此反应的平均速率v (X)(C)A. v(NH3)=0.0100molL-1s-1B. v (O2)=0.0010molL-1s-1C. v (NO)=0.0010molL-1s-1D. v (H2O)=0.045molL-1s-1解析据题意算出v (H2O)=0.45mol/(10L30s)=0.0015molL-1s-1,再根据反应速率之比等于系数之比可得。2. 可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)在四种不同的情况下,反应速率分别为 vA=0.15molL-1s-1, vB=0.6molL-1s-1, vC=0.4molL-1s-1, vD=0.45molL-1s-1,则以上四种情况下反应速率由小到大的排列是=。解析用反应速率比上其对应系数,所得值越大,所表示的反应速率越快。3. NO和CO都是汽车尾气中的有害物质,它们能缓慢地反应生成氮气和二氧化碳,对此反应,下列叙述正确的是(C)A. 使用适当的催化剂不改变反应速率B. 降低压强能增大反应速率C. 升高温度能增大反应速率D. 改变压强对反应速率无影响趁热打铁,事半功倍,请同学们及时完成学生用书练习本第1920页的练习。(扫描二维码,观看实验视频)温度对反应速率的影响催化剂对反应速率的影响浓度对反应速率的影响第2课时化学反应限度导 学 过 程 课堂引入案例在19世纪后期,人们发现炼铁高炉所排出的高炉气中含有相当量的CO,有的工程师认为,这是由于CO和铁矿石的接触时间不够长所造成的,于是在英国耗费了大量资金建造了一个高大的炼铁高炉,以增加CO和铁矿石的接触时间。可是后来发现,用这个高炉炼铁,所排出的高炉气中CO的含量并没有减少。高炉炼铁是一个怎样的反应呢?对于这样的一个反应而言,CO的含量保持不变,这是达到了什么状态,具备什么样的特点?如果你是一名工程师,会尝试改变哪些条件来减少CO的含量? 知识建构(见学生用书课堂本第1617页) 可逆反应及化学反应限度的概念写出Cl2和H2O反应的化学方程式:Cl2+H2OHCl+HClO。此反应的含义为: 一定条件下,Cl2和H2O反应生成HCl和HClO,同时HCl和HClO反应生成Cl2和H2O。【归纳整理】1. 可逆反应的含义在一定条件下,既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行,此反应属于可逆反应。探究实验: 实验步骤取5mL 0.1molL-1 KI溶液,滴加0.1molL-1 FeCl3溶液56滴实验现象溶液呈黄褐色化学方程式2FeCl3+2KI2FeCl2+I2+2KCl离子方程式2Fe3+2I-2Fe2+I2实验步骤在反应中滴加2mL CCl4,充分振荡实验现象上层颜色变浅,下层呈紫红色实验步骤取上层溶液,滴加KSCN溶液实验现象溶液呈血红色离子方程式Fe3+3SCN-Fe(SCN)3结论溶液中存在Fe3+,2Fe3+2I-2Fe2+I2未反应完全思考: H2和O2点燃条件下反应生成H2O与H2O电解生成O2和H2的反应不是(填“是”或“不是”)可逆反应,理由这两个反应的条件不一样。【归纳整理】2. 可逆反应的特征(1) 可逆反应正、逆反具有相同的条件。(2) 可逆反应有一定的限度,反应物不能(填“能”或“不能”)完全转化为生成物。重难点突破 理解可逆反应的前提是同一反应相同条件下;理解可逆反应不可能完全转化,反应达限度时,各物质浓度不为零。 化学平衡状态的建立下图分别为氮气和氢气反应生成氨气的反应中,反应物浓度与生产物浓度随时间变化图,正反应速率与逆反应速率随时间的变化图图: 反应物浓度随时间逐渐减小,生成物浓度随时间逐渐增加,最终不再变化。图: 正反应速率随时间逐渐减小,逆反应速率随时间逐渐增大,最终相等。【归纳总结】可逆反应在一定条件下进行到一定程度,正反应速率和逆反应速率相等,反应物和生成物浓度不再变化,反应达到化学平衡状态。例题对于达到平衡状态的可逆反应N2+3H22NH3,下列有关叙述正确的是(A)A. 反应物和生成物浓度不再发生变化B. 反应物和生成物的浓度相等C. 条件改变,平衡状态不发生改变D. 正反应和逆反应不再进行【归纳总结】化学平衡的特征等正反应速率等于逆反应速率定各物质的浓度不再变化动化学平衡为动态平衡,正、逆反应速率不为零变条件改变(如浓度、压强、温度等),平衡状态发生改变 化学平衡状态的判定例题在一定温度下,下列叙述标志可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达平衡状态的是。 C生成速率与C分解速率相等。 单位时间内生成a mol A,同时生成3a mol B A、B、C的浓度不再变化。 单位时间内消耗a mol A,同时生成3a mol B A、B、C的分子数之比为132解析 正、逆反应速率相等,反应平衡; 均表示逆反应方向,无法判断反应是否平衡; 各物质浓度不变,反应平衡; 消耗A正反应方向,生成B逆反应方向,变化量的比与系数比相等,反应平衡; 分子数之比为132不代表各物质浓度不变,无法判定反应平衡。【归纳总结】判定可逆反应达到平衡的依据: 正、逆反应速率相等; 各物质浓度不变。重难点突破 反应平衡状态的判定: 正、逆反应速率相等,若用不同物质表示速率,正、逆反应速率之比等于系数比亦可; 各物质浓度不变,亦可指各物质的质量分数、体积分数或物质的量分数不变; 某些特定条件下的反应亦可用反应过程中的总压强、气体的密度、平均相对分子质量、温度等判定,基本规律为若反应未达平衡,上述物理量发生变化,则当其不变时,反应平衡。学 以 致 用(见学生用书课堂本第17页)1. 对化学反应限度的叙述,错误的是(D)A. 任何可逆反应都有一定的限度B. 化学反应达到限度时,正、逆反应速率相等C. 化学反应的限度与时间的长短无关D. 化学反应的限度是不可改变的解析化学反应的限度是一定条件下建立的,条件改变,其限度亦改变。2. 密闭容器中发生可逆反应: X2(g)+Y2(g) 2Z(g)。已知起始时X2、Y2、Z各物质的浓度分别为0.1molL-1、0.3molL-1、0.2molL-1,反应在一定条件下达平衡时,各物质的浓度可能是(AB)A. c(Z)=0.3molL-1B. c(Y2)=0.35molL-1C. c(Y2)=0.2molL-1 D. c(Z)=0.4molL-1 解析运用极限法,假设各物质正向完全反应,则X2、Y2、Z各物质的浓度分别为0molL-1、0.2molL-1、0.4molL-1;若各物质逆向完全反应,则X2、Y2、Z各物质的浓度分别为0.2molL-1、0.4molL-1、0molL-1。因此各物质平衡时可能的浓度介于这两种情况之间,选项A、B正确。3. 在一定温度下的定容密闭容器中,当下列物理量不再改变时,表明反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)已达平衡的是(BC)A. 混合气体的压强B. 混合气体的密度C. B的物质的量浓度D. 气体的总物质的量解析容器体积一定,反应前后气体反应物的系数相等,反应过程中气体的总物质的量不变,反应容器的压强始终不变,A、D错;容器体积一定,气体的质量随着反应的进行在变化,密度也在变化,因此密度不变时反应平衡,B正确。趁热打铁,事半功倍,请同学们及时完成学生用书练习本第2122页的练习。第二单元化学反应中的热量第1课时化学反应中的热量变化导 学 过 程 课堂引入案例1从教材“图2-3”的能量变化入手,选取精美的能量变化图片,如镁条燃烧、铝热反应等,分组进行教材中实验1、2,让学生真切感受化学反应中的能量变化。案例2选取现象明显的趣味实验引入,如“面包屑投入熔融的氯酸钾中”、“滴水生火”等,或展示生活中常见的应用实例,如“暖宝宝”、“即热型快餐盒”等,让学生感性认识化学反应中的能量变化在日常生活中的应用,知道化学反应中的能量变化可以更好地为生活、生产服务。 知识建构(见学生用书课堂本第18页) 常见的放热反应和吸热反应分组进行教材中第35页的实验1、2,并例举自己已学过的或见过的放热反应和吸热反应。【归纳整理】常见的放热反应: (1) 可燃物燃烧,(2) 酸碱中和,(3) 金属单质与酸或水的反应,(4) 大多数化合反应等。常见的吸热反应: (1) 大多数分解反应,(2) 铵盐类与碱反应,(3) C与CO2反应、C与水蒸气反应等。重难点突破 2SO2+O2 2SO3是放热反应,高温分解碳酸钙是吸热反应,铝热反应是放热反应,这些反应都需要高温条件。可见,反应条件是“高温”、“加热”的反应不一定是吸热反应。即不能根据反应条件判断反应是放热反应还是吸热反应。从反应物及生成物能量角度,探讨化学反应中为什么有能量变化思考: 1. 反应物和生成物组成与结构不同,本身能量是否相同? 不同。2. 化学变化遵循质量守恒,是否遵循能量守恒?是。【归纳整理】化学反应中原子重新组合生成新的物质,必然引起能量的变化,所以反应物和生成物的能量必然不同。从能量守恒角度看,若反应物能量总和高于生成物能量总和,反应放热,H为“-”或者H0。重难点突破 可借助图示法理解上述结论。 从键能角度,探讨化学反应中为什么有能量变化化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的生成。断裂旧化学键时,原子由稳定状态变为不稳定状态,体系能量升高,从能量守恒角度看,断键时需要从外界吸收能量;形成化学键时,原子由不稳定状态变为稳定状态,体系能量降低,从能量守恒角度看,成键时需要向外界放出能量。【归纳整理】1. 放热反应: 断开化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量。2. 吸热反应: 断开化学键所吸收的能量大于形成化学键所放出的能量。重难点突破 可借助公式法理解上述结论。H=反应物键能总和-生成物键能总和物质总能量越低,总键能越大,物质越稳定;物质总能量越高,总键能越小,物质越不稳定。学 以 致 用(见学生用书课堂本第18页)1. 已知金刚石在一定条件下转化为石墨是放热的。据此,以下判断或说法正确的是(CD)A. 需要加热方能发生的反应一定是吸热反应B. 放热反应在常温下一定很容易发生C. 反应是放热还是吸热,必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小D. 吸热反应在一定条件下也能发生2. 已知: 破坏1mol HH键、HO键分别需吸收的能量为436.4kJ、462.8kJ,拆开1mol氧气中的化学键需要吸收496kJ能量。尝试通过计算确定2H2(g)+O2(g)2H2O(g)是放热反应还是吸热反应。解析H=2436.4kJmol-1+496kJmol-1-4462.8kJmol-1=-482.4kJmol-1,所以是放热反应。趁热打铁,事半功倍,请同学们及时完成学生用书练习本第2324页的练习。第2课时燃料燃烧释放的热量导 学 过 程 课堂引入图片展示: 人类当前使用的各种燃料,即煤、石油、天然气、氢气、乙醇、甲醇、肼等,在生活、生产、航天航空、国防科技中的应用。提问: 燃料燃烧对人们的生活和生产产生了积极的意义,为什么这些燃料应用的主要领域有所不同?这些燃料燃烧在造福人类的同时,对环境是否有不良影响?化学工作者为解决燃料燃烧中存在的哪些问题而努力研究? 知识建构(见学生用书课堂本第19页) 热化学方程式的意义及简单计算例1已知: 2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-484kJmol-1, 2H2(g)+O2(g)2H2O(l)H=-572kJmol-1, H2(g)+O2(g)H2O(g)H=-242kJmol-1。(1) 上述三个热化学方程式表示的意义一样吗?(2) 由热化学方程式计算,相同条件下,1g氢气完全燃烧生成液态水,放出多少千焦热量?解析(1) 不一样。 表示2mol氢气完全反应生成气态水放出的热量是484kJ; 表示2mol氢气完全反应生成液态水放出的热量是572kJ; 表示1mol氢气完全反应生成气态水放出的热量是242kJ。化学反应的热效应与物质具体的物质的量、状态等因素有关。(2) 热化学方程式中2mol氢气完全燃烧即4g氢气,所以 1g H2完全燃烧生成液态水,放出的热量为572kJ/4=143kJ。例2已知: C(s)+O2(g)CO2(g)H1=-393.5kJmol-1 CO(g)+O2(g)CO2(g)H2=-283.0kJmol-1则: C(s)+O2(气)CO(g)H3 =kJmol-1解析式减去式,可得式,H也相应地相减,即H3=H1-H2 =-393.5kJmol-1-(-283.0kJmol-1)=-110.5kJmol-1【归纳整理】(1) 热化学方程式中要标明物质的状态,用g、l、s分别表示气态、液态、固态。不用“”、“”,有同素异形体的必须注明物质名称。(2) 用H标明反应放热或吸热。反应放热,H为“-”或者H0。H的单位一般为kJmol-1。(3) 热化学方程式中的化学计量数只表示该物质的物质的量,不表示分子数,它可以是整数,也可以是分数。对于同一反应来说,H的值和化学计量数成正比。【注意点】(1) 物质的能量与物质的状态、物质的物质的量等因素有关,因此,在书写热化学方程式或判断热化学方程式正误时,一定要关注物质的状态、H的正负号、H的数值与物质在化学方程式中的化学计量数是否对应。(2) 化学反应不管是一步完成还是分几步完成,其反应热相同。即化学反应的反应热只和反应的始、终态有关,与反应的途径无关。H和热化学方程式可以同时进行加减等数学运算。提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性1. 结合教材第37页表2-4,解释氢气为什么是高效清洁能源,在日常生活中为什么没有广泛使用。热值高,产物无污染。由电解水获得氢气,耗能高,且氢气难以贮运。2. 当前,我国的能源结构中,煤占能源消费总量的70%80%,用煤作燃料,常存在哪些问题?可以采取哪些措施解决这些问题?问题: 燃烧效率低,不完全燃烧,排放出大量烟尘和一氧化碳气体;对环境有污染,含硫煤燃烧会排放出二氧化硫气体,易形成酸雨;不可再生等。措施: (1) 提高煤的燃烧效率: 将固体煤粉碎、气化、液化,增大燃料与空气的接触面积,使反应充分进行;或通入适当过量的空气等。(2) 脱硫: 向煤中加入石灰石。CaCO3CaO+CO2CaO+SO2 CaSO32CaSO3+O22CaSO43. 从来源、环保、是否可再生角度,讨论有哪些具有广泛应用前景的能源。乙醇、氢能、核能、太阳能、潮汐能等。【归纳整理】(1) 提高燃料燃烧效率的方法: 增大燃料与空气的接触面积,使反应充分进行;或通入适当过量的空气。(2) 寻找可再生、来源广、无污染的替代能源或新能源。学 以 致 用(见学生用书课堂本第19页)1. CO(g)与H2O(g)反应生成CO2(g) 和H2(g)过程的能量变化如图所示,下列有关说法正确的是(B)A. 该反应为吸热反应B. CO(g)与H2O(g)所具有的总能量大于CO2(g)与H2(g)所具有的总能量C. 反应的热化学方程式是: CO(g)+H2O (g)CO2(g)+H2(g)H=+41kJmol-1D. 1mol CO2(g)和1mol H2(g)反应生成1mol CO(g)和1mol H2O(g)要放出41kJ热量解析根据图像,反应物总能量高,故该反应是放热反应,CO(g)与H2O(g)所具有的总能量大,故A错,B正确。C项中H=-41kJmol-1,错。D项中1mol CO2(g)和1mol H2(g)反应生成1mol CO(g)和1mol H2O(g)是图中反应的逆反应,所以吸收热量,而不是放出热量。2. 在25、101kPa下,1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ。下列热化学方程式中,正确的是(B)A. CH3OH (l)+O2 (g)CO2 (g)+2H2O(g)H=+725.8kJmol-1B. 2CH3OH (l)+3O2 (g)2CO2 (g)+4H2O(l)H=- 1452kJmol-1C. 2CH3OH (l)+3O2 (g)2CO2 (g)+4H2O(l)H=-725.8kJmol-1D. 2CH3OH (l)+3O2 (g)2CO2 (g)+4H2O(l)H=+1452kJmol-1解析由题意,1mol甲醇为32g,所以1mol甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ32725.8kJ。A项水的状态错,应该是液态,且H应该是负值。C项H数值错,D项H应为负值。3. 已知: C(s)+O2(g)CO2(g)H=-akJmol-1CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) H=+bkJmol-1(1) 欲使1t CaCO3(s) 完全分解,需要提供多少热量?(2) 若通过煤炭燃烧提供上述分解所需的热量,则至少需要燃烧煤碳多少千克?解析(1) bkJ=104bkJ(2) 12gmol-1=g=kg趁热打铁,事半功倍,请同学们及时完成学生用书练习本第2526页的练习。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导 学 过 程 课堂引入案例1我在课前刚刚了解到今天恰好是咱们班同学的生日。在这里,我送给他一份特别的礼物。展示利用西红柿、锌片、铜片、导线、去掉电池的生日音乐贺卡制作的水果音乐贺卡,贺卡响起“祝你生日快乐”的音乐声,师生共祝同学生日快乐。学生思考音乐“贺卡”响起音乐的原因,从而引入本节课题。案例2(课前用两个西红柿,铜、锌两个电极制作一个水果电池)请一同学体验一下用舌尖感受水果电池的电流。你有什么感觉?你的观点是什么呢?(学生有麻麻的感觉,好像有电,这里没有提供电的外在装置,认为可能是生物电)1780年意大利科学家伽伐尼在解剖青蛙时发现,在钢刀碰到铜盘和蛙腿时,蛙腿发生抽搐,他据此得出结论: 蛙腿的肌肉和神经里存在的“生物电”是产生抽搐的原因。刚才这位同学认为这可能是生物电,这与伽伐尼的想法不谋而合,到底是不是呢?让我们重现伽伐尼的实验过程,模拟蛙腿颤动的环境,把稀硫酸想象成蛙腿中的电解质,分别用Zn粒和Cu片代表钢刀和铜盘,通过实验来查找产生电流的原因。 知识建构(见学生用书课堂本第2021页) 探究原电池的工作原理实验1: 将铜片和锌片分别插入稀硫酸中,观察并记录实验现象。锌片插入稀硫酸中有气泡逸出,铜片插入稀硫酸中无现象。实验2: 将铜片和锌片用导线连接后再同时插入稀硫酸,观察并记录实验现象。然后再在铜片与锌片之间连入电流表,重复刚才的实验,观察并记录现象。锌片溶解,铜片上有气泡逸出。铜片与锌片之间连入电流表,电流表发生偏转。【归纳总结】原电池的工作原理(原电池是将化学能转化为电能的装置)(以锌-铜-稀硫酸为例):电极正极( 铜 )负极( 锌)得失电子得电子失电子正负极判断活动性较弱的金属活动性较强的金属电子流向负极流出经导线流向正极溶液中离子移动方向阳离子移向正极阴离子移向负极反应类型还原反应氧化反应电极反应式2H+2e-H2Zn-2e-Zn2+总反应式Zn+2H+Zn2+H2 探究原电池的形成条件(1) 更换电极,探究原电池对电极的要求(2) 通过更换溶液,探究原电池对溶液的要求(3) 探究闭合回路对原电池形成的影响【归纳总结】上述原电池的形成条件: 能发生自发的氧化还原反应; 有两种活动性不同的电极; 有电解质溶液(或熔融电解质); 两电极与电解质溶液(或熔融电解质)形成闭合回路。 深化对原电池工作原理的理解利用提供的试剂(硫酸铜、氯化钠、硫酸、乙醇、橙汁、NaOH溶液)和材料(石墨、锌片、铜片、塑料、导线),完成对Zn+Cu2+Zn2+Cu的原电池设计。解析负极(锌): Zn-2e-Zn2+正极(铜): Cu2+2e-Cu 阅读书本“资料卡”,认识钢铁的电化学腐蚀在潮湿的空气中,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜,水膜中含有H+和OH-,还溶解了氧气等气体,形成一层电解质溶液,它与钢铁里的铁和少量炭形成无数微小的原电池。电极反应(以吸氧腐蚀为例): 负极(Fe): Fe-2e-Fe2+正极(C): O2+2H2O+4e-4OH-总反应: 2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2生成铁锈: 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,Fe(OH)3在一定条件下脱水生成红色铁锈(Fe2O3xH2O)。【归纳整理】原电池的应用: 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H2,常用粗锌,粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池,加快锌的腐蚀,使产生H2的速率加快。 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。 判断金属腐蚀快慢的规律。原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。 设计原电池。从理论上说,任何一个自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。学 以 致 用(见学生用书课堂本第21页)1. 把a、b、c、d四块金属片浸入稀酸中,用导线两两相连组成原电池。判断金属的活动性顺序由强到弱。若a、b相连时a为负极,则ab;若c、d相连时电流由d到c,则cd;若a、c相连时c极上产生大量气泡,则ac;若b、d相连时d慢慢溶解,则db。解析运用原电池原理,根据描述的情况分析两金属所对应的电极,再根据负极活泼性强于正极,判断金属的活动性。2. 将银片和锡片用导线相连后,一起浸入稀硫酸中,则下列说法正确的是(D)A. 锡片上有气泡,银片上无气泡B. 形成原电池,锡为正极,银为负极C. 电流方向是自锡片通过外电路导线流向银片D. 锡极处发生氧化反应,银极表面发生还原反应解析活泼金属锡为负极,发生氧化反应;电流方向由正极到负极,与电子流动方向相反。3. 请设计一个原电池,其总反应为Fe+2FeCl33FeCl2。解析正极: Fe3+e-Fe2+(或2Fe3+2e-2Fe2+)负极: Fe-2e-F4. 某学生进行如右图所示的锌铜原电池的实验。(1) 从理论上讲,预期看到的现象是锌片上无气泡,铜片上有大量气泡,电流计指针发生偏移。(2) 实验过程中观察到锌极上也有少量气泡冒出, 铜极上有大量气泡冒出,试解释锌片上产生气泡的原因(导线连接处良好): 锌片不纯,锌和杂质构成许多微小的原电池。趁热打铁,事半功倍,请同学们及时完成学生用书练习本第2728页的练习。(扫描二维码,观看“原电池反应”)第2课时化学电源导 学 过 程 课堂引入案例1上节课学习的原电池结构比较简单,携带也不方便,当今的电池工业已能制造出各种各样的实用电池。人们应用原电池原理,制作了多种电池,如干电池、蓄电池、充电电池、高能电池等(投影图片),以满足不同需要。这节课我们就来学习几种常见的化学电源。干电池示意图铅蓄电池示意图氢氧燃料电池示意图案例2(打开音乐卡,请学生欣赏一段音乐。)取出音乐卡中的纽扣电池,这段音乐的产生和它有关系。今天我们就来了解常见化学电源的原理。投影纽扣电池中反应的化学方程式,分析纽扣电池的反应原理。 知识建构(见学生用书课堂本第22页) 化学电源的特点和分类1. 化学电源的特点: 能量转化效率比燃料燃烧要高得多。2. 化学电源的分类: 一次电池、二次电池。 常见化学电源的组成与反应原理1. 锌锰干电池Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)正极(碳棒): MnO2;负极(锌): Zn;电解质溶液中的溶质是氯化锌、氯化铵。电池特点与应用: 电压1.5V,用途广泛。2. 银锌纽扣电池Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag正极: Ag2O;负极: Zn;电解质溶液中的溶质是氢氧化钾溶液。电池特点与应用: 电压1.6V,放电平稳,电流大。3. 铅蓄电池Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O正极: PbO2;负极: Pb;电解质溶液中的溶质是硫酸。电池特点与应用: 电压2.0V,广泛用于机动车辆。 燃料电池1. 电解质溶液为氢氧化钾溶液的氢氧燃料电池(1) 正极(铂碳): O2;正极反应式: O2+2H2O+4e-4OH-。负极(铂碳): H2;负极反应式: 2H2-4e-+4OH-4H2O。总反应式: 2H2+O22H2O。(2) 优点: 用于航天飞机、牵引车等。2. 电解质溶液为稀硫酸的氢氧燃料电池正极(铂碳): O2;正极反应式: O2+4H+4e-2H2O。负极(铂碳): H2;负极反应式: 2H2-4e-4H+。总反应式: 2H2+O22H2O。3. 甲醇-空气燃料电池(电解质溶液: 氢氧化钾溶液)正极: O2;负极: CH3OH;总反应式: 2CH3OH+3O2 +4OH-2C+6H2O。电池特点与应用: 能量转化率高。【归纳整理】(1) 燃料电池的特点: 能量转化效率高; 电极反应物没有储存在电池内部; 正负极判断: 通氧化剂如O2的一极为正极,通燃料反应物如甲烷的一极为负极; 书写电极反应式时,要关注工作介质是酸性还是碱性环境。(2) 原电池电极反应式的书写规律: 失去电子发生氧化反应的为原电池的负极,得到电子发生还原反应的为原电池的正极; 书写电极反应式需满足电荷守恒、质量守恒; 书写电极反应式需考虑介质是否参与反应; 正、负极电极反应式相加得到原电池反应的总离子方程式(可以用原电池的总离子方程式减去较易写出的电极反应式,从而得出较难写出的电极反应式)。例1已知银锌纽扣电池的总反应式为Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,该电池放电时下列说法正确的是(D)A. 正极为锌并被还原B. 正极为Ag2O并被氧化C. 负极为Ag2O并被还原D. 负极为锌并被氧化解析正极为Ag2O并被还原,负极为锌并被氧化。例2下列说法正确的是(D)A. 碱性锌锰干电池是二次电池B. 铅蓄电池是一次电池C. 二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生D. 燃料电池的活性物质没有储存在电池内部解析蓄电池为二次电池的一种;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,而是用外加的设备源源不断地提供燃料和氧化剂,使反应能连续进行。学 以 致 用(见学生用书课堂本第2223页)1. 下列有关电池的说法不正确的是(B)A. 手机上用的锂离子电池属于二次电池B. 铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极C. 甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D. 锌锰干电池中,锌电极是负极解析锂离子电池可以充电后再次使用,属于二次电池,A项正确;铜锌原电池中铜为正极,故电流为由铜流向锌,而电子是由锌流向铜,B项错;电池的实质即是化学能转化成电能,C项正确;Zn失去电子生成Zn2+,故作为负极,D项正确。2. 银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充放电过程可表示为2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+2H2O。此电池放电时,负极上发生反应的物质是(D)A. AgB. Zn(OH)2 C. Ag2OD. Zn解析电池放电时,Zn发生氧化反应,作负极;Ag2O发生还原反应,作正极。3. 氯铝电池是一种新型的燃料电池。试回答下列问题: (1) 通入氯气的电极是正(填“正”或“负”,下同)极。(2) 连接铝的电极是负极。(3) 电子从Al(填“Al”或“Cl2”,下同)极流向Cl2极。4. 常用干电池是用锌板围成的圆筒作负极,内充糊状的ZnCl2和NH4Cl,工作时某一阳离子在正极得到电子后产生两种气体,一种气体分子可被MnO2氧化生成水,另一种气体有刺激性气味,能使酚酞变红。试写出干电池工作时的电极反应,注明反应类型。负极Zn-2e-Zn2+,反应类型氧化反应; 正极2N+2e-2NH3+H2,反应类型还原反应。趁热打铁,事半功倍,请同学们及时完成学生用书练习本第2930页的练习。(扫描二维码,观看“水果电池”)第3课时电能转化为化学能导 学 过 程 课堂引入案例1播放视频(电解法在元素发现史上的地位)。1807年,英国化学家戴维利用250节锌铜原电池串联起来用铂电极电解熔融的氢氧化钾时,发现了金属钾。到目前为止,在化工生产、金属冶炼、日常生活中,电解方法已经广泛应用。今天我们就来一起了解电解的奥秘。案例2有这样一个问题:“熔融状态下氯化钠导电是物理变化还是化学变化?”“答: 熔融状态下氯化钠导电是物理变化。化学变化最明显的特征就是有新的物质生成,而熔融状态氯化钠导电的过程中没有新的物质生成,而物质导电性是物质的物理性质,因此,是物理变化。”“果真是这样吗?”演示实验: 电解氯化铜溶液。 知识建构(见学生用书课堂本第2324页) 观察用石墨电极电解饱和氯化铜溶液的实验现象实验现象与分析: 阳极(与电源正极相连的电极): 现象产生使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体;电极反应式为2Cl-2e-Cl2。阴极(与电源负极相连的电极): 现象有红色固体析出;电极反应式为Cu2+2e-Cu。总反应方程式: CuCl2 Cu+Cl2。【归纳整理】(1) 电解池: 将电能转化为化学能的装置。(2)电极及电极反应: 电解精炼铜(1) 电解精炼铜的装置图(见下图)。(2) 电解精炼原理: 以粗铜为阳极,以纯铜为阴极,以硫酸铜溶液为电解质溶液构成电解池。 (3) 电极反应: 阳极(粗铜): Cu-2e-Cu2+;阴极(纯铜): Cu2+2e-Cu。(4) 反应注意点: a. 活动性比铜强的金属,以阳离子形式存在于溶液中;b. 活动性比铜弱的金属,形成阳极泥;c. 电解过程中电解质溶液浓度基本不变;d. 没有总反应方程式。 电解饱和食盐水阳极(C): 2Cl-2e-Cl2;阳极产物: Cl2 。阴极(Fe): 2H+2e-H2;阴极产物: H2、NaOH。总反应方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2 。重难点突破 电解池中的电极反应书写: 1. 阳极(1) 若为活泼电极(除金、铂等以外的金属材料),则电极材料失去电子变为金属阳离子,发生氧化反应。(2) 若为惰性电极(金、铂、石墨等),则是溶液中的阴离子移向阳极,失去电子,发生氧化反应。常见阴离子的放电顺序: I-Br-Cl- OH-(水)NS等含氧酸根F-。2. 阴极溶液中的阳离子移向阴极,得到电子,发生还原反应。常见阳离子的放电顺序: Ag+Hg2+Cu2+H+(酸)Pb2+Fe2+Zn2+ H+(水)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。3. 电池反应阳极反应和阴极反应的总反应,加和时必须遵守得失电子守恒。【归纳整理】原电池电解质能量转化化学能转化为电能电能转化为化学能形成条件 两个活泼性不同的电极 (连接)插入电解质溶液 形成闭合回路 能自发发生氧化还原反应 两电极接直流电源 电极插入电解质溶液(或熔融电解质) 形成闭合回路电极名称负极: 较活泼金属正极: 较不活泼金属或非金属导体阳极: 接电源正极阴极: 接电源负极电极反应负极: 失电子,发生氧化反应正极: 得电子,发生还原反应阴极: 还原反应阳极: 氧化反应装置判断无外加电源有外加电源电子流向负极导线正极电源负极导线阴极阳极导线电源正极电流流向正极导线负极电源正极导线阳极阴极导线电源负极阴、阳离子移向阳离子向正极移动阴离子向负极移动阳离子移向阴极阴离子移向阳极应用化学电源、金属防护精炼铜、冶炼金属学 以 致 用(见学生用书课堂本第24页)1. 在原电池和电解池的电极上所发生的反应,同属氧化反应或同属还原反应的是(BC)A. 原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应B. 原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应C. 原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应D. 原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应解析原电池的正极和电解池的阴极均发生还原反应,原电池的负极和电解池的阳极均发生氧化反应。2. 右图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。下列有关的判断正确的是(C)A. a为负极、b为正极B. a为阳极、b为阴极C. 电解过程中,d电极质量增加D. 电解过程中,氯离子浓度不变解析a为电源正极,c为电解池的阳极,氯离子失去电子被氧化为氯气;b为电源负极,d为电解池的阴极,有铜析出,电极质量增加。3. 电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图表示一个电解池,装有电解质溶液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题: (1) 若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液,则: 电解池中X电极上的电极反应是2H+2e-H2,在X极附近观察到的现象是有气泡产生,溶液变红。 Y电极上的电极反应式为2Cl-2e-Cl2,检验该电极反应产物的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近,观察到试纸变蓝。(2) 如果用电解方法精炼粗铜,电解质溶液a选用CuSO4溶液,则: X电极的材料是纯铜,电极反应是Cu2+2e-Cu。 Y电极的材料是粗铜,电极反应是Cu-2e-Cu2+。(说明: 杂质发生的电极反应不必写出)趁热打铁,事半功倍,请同学们及时完成学生用书练习本第3132页的练习。(扫描二维码,观看“氯化铜溶液的电解”)第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用导 学 过 程 课堂引入案例1. 从“学习准备”中表格数据发现问题,化石能源为不可再生能源,储量有限,消耗巨大。能源紧缺问题将在不久的将来更加明显。并让同学列举这些能源在使用中带来了哪些环境污染。案例2. 美国科学美国人杂志在“地球的能量资源”一文中提供了如下数据: 到达地球表面的太阳辐射能的几条主要去路直接反射52000109kJs-1以热能方式离开地球81000109kJs-1水循环40000