XXXX年福建省化学学科教研组长培训课件化学反应与能

1、化学反应原理化学反应原理专题专题1 1 化学反应与能量变化化学反应与能量变化 教材分析及教学建议教材分析及教学建议 泉州七中泉州七中一、本专题的主要教学内容的分析一、本专题的主要教学内容的分析1.专题专题1 化学反应与能量变化主要教学化学反应与能量变化主要教学内容内容32.本专题各单元知识点内在联系本专题各单元知识点内在联系1 1）. .专题专题1 1各单元知识的逻辑关系各单元知识的逻辑关系（1 1）第一单元知识的逻辑关系）第一单元知识的逻辑关系 化学反应中的热效应化学反应中的热效应反应热反应热 焓变焓变热化学方热化学方程式程式盖斯定律盖斯定律反应热的反应热的测量与计测量与计算算焓变与键焓变与

2、键能能燃烧燃烧热热燃料的使燃料的使用、节能用、节能的意义、的意义、新能源开新能源开发发（2 2）. .专题专题1 1第二、三单元知识的逻辑关系第二、三单元知识的逻辑关系 电化学电化学基础基础1 1原电池原电池2 2化学电源化学电源4 4金属的金属的电化学腐电化学腐蚀与防护蚀与防护3 3电解池电解池氧化还原反应氧化还原反应反应的自发与否反应的自发与否定量测定定量测定热化学方程式热化学方程式 定量计算定量计算 根据盖斯定律根据盖斯定律 化学反应的热化学反应的热效应效应反应热反应热反应的焓变反应的焓变等温等温等温、等压等温、等压2）.各单元知识点的内在联系各单元知识点的内在联系（1）.“化学反应中的

3、热效应化学反应中的热效应”各知识点的内在关系各知识点的内在关系（2）. “化学能与电能的转化化学能与电能的转化”各知识点的内在关系各知识点的内在关系（一）（一）原电池工作原理（电极反应）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中电流的产生原电池装置原电池装置能量转化能量转化盐桥的作用盐桥的作用纽扣电池纽扣电池铅蓄电池铅蓄电池燃料电池燃料电池原电池的电极反应和总反应的书写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各类化学电池的工作原理分析金属的电化腐蚀金属的电化腐蚀牺牲阳极阴极防护法牺牲阳极阴极防护法 “化学能与电能的转化化学能与电能的转化”各知识点的内在关系各知

4、识点的内在关系（二）（二）熔融熔融NaCl通电前后的离子运动通电前后的离子运动电解池的工作原理电解池的工作原理不能自发的氧化还原反应不能自发的氧化还原反应能量转化能量转化惰性电极电解惰性电极电解氯化铜溶液氯化铜溶液氯化钠溶液氯化钠溶液各类电解的应用分析各类电解的应用分析电镀原理分析电镀原理分析金属的电化腐蚀金属的电化腐蚀外加电源阴极保护法外加电源阴极保护法可溶性电极电解可溶性电极电解3. 与与化学化学1化学化学2的关系的关系二、本专题各单元教学要求分析二、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

5、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：解读：化学化学2燃料燃烧放出的热量反应燃料燃烧放出的热量反应热的本质。本专题在热的本质。本专题在化学化学2基础上基础上理解化学反应过程中能量变化的本质是理解化学反应过程中能量变化的本质是化学键断裂和形成。化学键断裂和形成。只要求从只要求从“焓变焓变”这个物理量和符

6、号这个物理量和符号（H）来表示反应热，不宜拓展）来表示反应热，不宜拓展“焓焓”“”“焓变焓变”的严格的定义。的严格的定义。只要求中和热的实验测定，反应热测只要求中和热的实验测定，反应热测定的其他方法不做要求。定的其他方法不做要求。了解盖斯定律，用盖斯定律进行有关了解盖斯定律，用盖斯定律进行有关焓变的简单计算，焓变的简单计算，标准燃烧热为基本要求，而热值为发标准燃烧热为基本要求，而热值为发展要求展要求体现能源与人类生存和发展的关系体现能源与人类生存和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。 第一单元第一单元 化学反应中的热效应化学反应中的热效应基

7、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：解读：根据常见的氧化还原反应设根据常见的氧化还原反应设计原电池，书写电极反应式和计原电池，书写电极反应式和电池反应方程式。电池反应方程式。锌锰干电池的工作原理锌锰干电池的工作原理只作只作简单介绍简单介绍，不要求学

8、生独立书，不要求学生独立书写电极反应式。写电极反应式。惰性电极阳极产物只限于氯惰性电极阳极产物只限于氯气和氧气，阴离子放电顺序可气和氧气，阴离子放电顺序可以不拓展。以不拓展。电解冶炼铝、电解精炼铜、电解冶炼铝、电解精炼铜、电镀、氯碱工业等方面的细节电镀、氯碱工业等方面的细节问题不作过多展开，只要求能问题不作过多展开，只要求能写电极反应式或电解的总方程写电极反应式或电解的总方程式，以及阴阳极材料的特点、式，以及阴阳极材料的特点、电子转移和氧化还原反应的关电子转移和氧化还原反应的关系。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。 第二单元第二单元

9、化学能与电能的转化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：化学化学2钢铁的电化学腐蚀是钢铁的电化学腐蚀是因为发生了原电池反应而被腐因为发生了原电池反应而被腐蚀，不要求书写电极反应式等。蚀，不要求书写电极反应式等。本单元还要求知道钢铁的两种本单元还要求知道钢铁的两种电化腐蚀的原理和环境条件，电化腐蚀的原理和环境条件，能书写有关的电极反应式和总能书写有关的电极反应式和总反应式。反应式。 发展要求第三单元第三单元 金属腐蚀与防护金属

10、腐蚀与防护三、几点教学建议三、几点教学建议（一）教学中应与必修的内容相衔接（一）教学中应与必修的内容相衔接从从实验感受化学反应中的热量变化实验感受化学反应中的热量变化 用键能、盖斯定律用键能、盖斯定律 进行焓变的定量计算进行焓变的定量计算 定量测定反应热定量测定反应热宏观、定性：宏观、定性：微观、定量：微观、定量：化学反应与热量化学反应中的热量化学反应中的热量（等温）：反应热；（等温）：反应热；放热反应和吸热反应放热反应和吸热反应用用H表示反应表示反应热（放出或吸收热（放出或吸收的热量）的热量）在恒温恒压的条件下，在恒温恒压的条件下，用焓变（用焓变（H）表示反）表示反应放出或吸收的热量应放出或

11、吸收的热量热化学方程热化学方程式书写及其式书写及其简单计算简单计算化学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只要求描述铜锌原电池发生的变化，变化，不要求不要求书写电极反应式书写电极反应式从得失电子的角度知道从得失电子的角度知道铜锌铜锌原电池原电池的电极反应式的书写，的电极反应式的书写，并会写电池的总反应式并会写电池的总反应式能系统地从能系统地从电极类型、反应电极类型、反应类型及得失电子守恒类型及得失电子守恒的角度的角度书写电极反应式和总反应式书写电极反应式和总反应式在书写氢氧燃料电池的电极在书写氢氧燃料电池的电极反应式时，能从反应物质所反应式时，能从反应物质

12、所处的处的溶液环境溶液环境等多方面考虑等多方面考虑原原 电电 池池化学化学2化学能与电能的转化化学能与电能的转化化学反应原理化学反应原理化学能与电能的转化化学能与电能的转化（二）、把握好几个重、难点（二）、把握好几个重、难点1.有关焓变有关焓变 教材第教材第2页：在化工生产和科学实验页：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，即反应是在应体系的压强与外界相等，即反应是在恒恒压压条件下进行的。在条件下进行的。在恒温、恒压恒温、恒压条件下条件下（严格说来，只做（严格说来，只做体积功体积功，不做其他功），不做其他功），化学反

13、应过程中吸收或释放的热量称为反化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变（应的焓变（H）。）。焓变受哪些因素的影响 焓变受温度及压强的影响。在热化学方程式中焓变受温度及压强的影响。在热化学方程式中的热效应一般并不注明温度与压强，这是特指在的热效应一般并不注明温度与压强，这是特指在298K、101kPa条件下的焓变。条件下的焓变。 由于知识基础的欠缺，学生理解焓变时存在由于知识基础的欠缺，学生理解焓变时存在较大的困难。教材出于严密性的考虑，对焓变作较大的困难。教材出于严密性的考虑，对焓变作了较为详细的说明，在教学过程中可以将重点放了较为详细的说明，在教学过程中可以将重点放在热化学方程式的应用上

14、，在热化学方程式的应用上，而不必强调焓变的概而不必强调焓变的概念，更不必强调焓变的使用条件念，更不必强调焓变的使用条件。20焓变焓变在在恒温、恒压恒温、恒压的条件下，化学反应过程的条件下，化学反应过程中所吸收或释放的热量称为反应的中所吸收或释放的热量称为反应的焓变焓变.符符号：号： H单单位：位： kJ/mol规规定定：当当H H为为“”（ H0H0H0）时，为）时，为吸热吸热反应反应. .从键能上看：从键能上看：HH反应物反应物总键能总键能生成物生成物总键能总键能从总能量上看：从总能量上看： H=E生成物总能量生成物总能量-E反应物总能量反应物总能量焓变与各物质的键能的关系从键能上看：从键能

15、上看： H反应物反应物总键能总键能生成物生成物总键能总键能 化学反应的化学反应的H等于反应中断裂旧化学键的键能之和等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差，参考下表键与反应中形成新化学键的键能之和的差，参考下表键能数据和晶体硅与二氧化硅结构模型估算晶体硅在氧能数据和晶体硅与二氧化硅结构模型估算晶体硅在氧气中燃烧生成二氧化硅晶体的热化学方程式：气中燃烧生成二氧化硅晶体的热化学方程式：Si(s)+O2(g)=SiO2(s)中，中，H的值为的值为 A+989.2 kJmol1 B61.2 kJmol1 C989.2 kJmol1 D245.2 kJmol1化学键化学键SiO

16、O=OSiSi SiCl SiC键能键能kJmol1460498.8176360347练习：练习：1. 1.（0808海南海南) )白磷与氧发生如下反应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：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根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的的H H，其中正确的是，其中正确的是( ( ) ) A.（6a+5d4c12b）kJmol1 B.（4c+12b6a5d）kJmol1 C.（4c+

17、12b4a5d）kJmol1 D.（4a+5d4c12b）kJmol1由图可以看出：由图可以看出：P4中中6mol的的PP，5mol的的O2中含有中含有5molOO，1mol的的P4O10中含有中含有4mol的的PO，12mol的的PO,故为：故为：A .焓变与各物质的能量的关系从总能量上看：从总能量上看： H=E生成物总能量生成物总能量-E反应物总能量反应物总能量答案：答案：A A2.（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（ ）A AN N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g)=2NH(g)=2NH3 3(1); (1); H H=2(a-

18、b-c)kJmol=2(a-b-c)kJmol-1-1 B N2(g)+3H2(g)=2NH3(g); H=2(b-a)kJmol-1 C1/21/2N2(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天津理综天津理综)已知已知: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根据以上热化学方程式判断,下列说法正确的是下列说法正确的是

19、( )A.COA.CO的燃烧热为的燃烧热为283 kJ283 kJB.B.上图可表示由上图可表示由COCO生成生成COCO2 2的反应过程和能量关系的反应过程和能量关系C.2NaC.2Na2 2O O2 2(s)+2CO(s)+2CO2 2(s)=2Na(s)=2Na2 2COCO3 3(g)+O(g)+O2 2(g) H-452 (g) H-452 kJ/molkJ/molD.CO(gD.CO(g) )与与NaNa2 2O O2 2(g)(g)反应放出反应放出509 kJ509 kJ热量时热量时, ,电子转移数为电子转移数为6.026.0210102323.焓变大小的比较焓变大小的比较下列各

20、组热化学方程式中下列各组热化学方程式中, ,化学反应的化学反应的HH前者大于后者的是前者大于后者的是( )( )C(s)+OC(s)+O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g) H(g) H1 1C(sC(s)+ O)+ O2 2(g)=(g)=CO(gCO(g) H) H2 2S(s)+OS(s)+O2 2(g)=SO(g)=SO2 2(g) H(g) H3 3S(g)+OS(g)+O2 2(g)=SO(g)=SO2 2(g) H(g) H4 4H H2 2(g)+ O(g)+ O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l) HO(l) H5 52H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=

21、2H(g)=2H2 2O(l) HO(l) H6 6CaCOCaCO3 3(s)=CaO(s)+CO(s)=CaO(s)+CO2 2(g) H(g) H7 7CaO(s)+HCaO(s)+H2 2O(l)=Ca(OH)O(l)=Ca(OH)2 2(s) H(s) H8 81212 HH值大小比较包含值大小比较包含“十十”“”“一一”号号, ,即比较的是正数即比较的是正数 负数负数 前者为前者为完全燃烧完全燃烧, ,后者为不完全燃烧后者为不完全燃烧, ,热效热效应是前者大于后者应是前者大于后者, ,但但HH1 1 HH2 2均均为负数为负数, ,故故HH1 1HH2 2 中中S S单质状单质状态

22、不同态不同, ,气体的能量状态高于固态气体的能量状态高于固态, ,放热多放热多 中方程式系数不同中方程式系数不同 中前者为吸热反应中前者为吸热反应HH7 7为正数为正数, ,后者后者为放热反应为放热反应,H,H8 8为负数为负数 2.原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写例题例题1简单原电池的电极式反应书写简单原电池的电极式反应书写 CuCu、FeFe作两极，稀硫酸作电解质溶液作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：的原电池中：CuCu作作_极极, , FeFe作作_极极电极反应式是：负极电极反应式是：负极_ 正极正极_总反应式是总反应式是_如将稀硫酸改为浓硝酸则：如将稀硫酸改为浓硝酸则：

23、CuCu作作_极极, , FeFe作作_极极电极反应式是：负极电极反应式是：负极_ 正极正极_总反应式是总反应式是_Cu+4HNOCu+4HNO3 3( (浓浓)=Cu(NO)=Cu(NO3 3) )2 2+2NO+2NO2 2 +2H+2H2 2O O正正负负Fe-2eFe-2e- -=Fe=Fe2+2+2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2Fe+HFe+H2 2SOSO4 4=FeSO=FeSO4 4+H+H2 2负负正正Cu-2eCu-2e- -=Cu=Cu2+2+ 2NO2NO3 3- -+4H+4H+ +2e+2e- -=2NO=2NO2 2 +2H+2H2 2O O变变 式式

24、例题例题 技术上使用的氢氧燃料电池具有技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式酸式和和碱式碱式两种，它们放电时的总反应都可以两种，它们放电时的总反应都可以表示为表示为2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，酸式酸式电池中电解质是电池中电解质是酸酸，其其负负极反应可表示为极反应可表示为2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ + ，则其正极则其正极反应式为反应式为_ _ _。碱式电池。碱式电池的电解质是的电解质是碱碱，其，其正极正极反应式为反应式为O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4O

25、H=4OH- -，则其负极反应可表示为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，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燃料电池中a a极的电极反应式：极的电极反应式： ，考，考此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式 ： 。 变变 式式燃料电池的电极反应式书写燃料电

26、池的电极反应式书写KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O高考热点考点高考热点考点写出燃料反应方程式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燃料电池的电极反应式书写规律: 写出燃烧反应；写出燃烧反应； 根据电解液改写燃料电池总反应；根据电解液改写燃料电池总反应； 写出写出正极的电极反应式正极的电极反应式 由电子转移数目及原子守恒，电荷由电子转移数目及原子守恒，电荷守恒写出守恒写出负极的电极反应式。或者负极的电极反应式。或者 由燃料电池总反应减去正极的电极由燃料电池总反

27、应减去正极的电极 反应式得负极的电极反应式。反应式得负极的电极反应式。负极：负极：CH4 CO32- -4+4-8e-+10OH-+7H2O燃烧电池的正极：燃烧电池的正极：O2+4e-=2O2-酸性介质酸性介质O2-+2H+=H2O碱性或中性介质碱性或中性介质O2-+ H2O = 4OH-熔融碳酸盐介质熔融碳酸盐介质O2-+CO2=CO32- 熔融盐燃料电池具有高的发电效率熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受因而受到重视到重视.可用可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合的熔融盐混合物用电解质物用电解质,CO为阳极燃气为阳极燃气,空气与空气与CO2的混的混合气为阴极助燃气合气为阴极助燃气

28、,制得在制得在650下工作的燃下工作的燃料电池料电池,完成有关的电池反应式完成有关的电池反应式: 负极反应式负极反应式: , 正极反应式正极反应式:O2+2CO2+4e-=2CO32- 总电池反应总电池反应 式式: .2CO+2CO32-4e- =4CO22CO+O2=2CO2解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中本题中COCO为还原剂，空气中为还原剂，空气中O O2 2为氧化剂，电池总反应式为氧化剂，电池总反应式为：为：2CO+O2CO+O2 2=2CO2CO2 2。用总反应式减去电池负极（即题目用总反应式减去电池负极（即题目指

29、的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：极）反应式：O O2 2+2CO+2CO2 2+4e+4e- -= 2CO 2CO3 32-2- 。 体验高考体验高考（年高考题）放电放电正极正极:NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-可充电电池的电极式反应书写可充电电池的电极式反应书写例题例题3已知爱迪生蓄电池在碱性条件下的电池反已知爱迪生蓄电池在碱性条件下的电池反应式为：应式为：Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2 试写出放电时的正、负极试写出放电时的正、负极,充电时的阴、阳极的电充电时的阴、阳极的电

30、极反应式。极反应式。 放电放电负极负极:Fe-2e-+2OH-= Fe(OH)2 充电：充电：阴极：阴极：Fe(OH)2+2e-= Fe+2OH- 阳极：阳极：Ni(OH)2+2OH-2e-= NiO2+2H2OFe-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 (升价升价) (降价降价) (升价升价) (降价降价) 物质物质1 + 物质物质2 物质物质3 + 物质物质4 负极负极 正极正极 阳极阳极 阴极阴极放电放电充电充电 （20062006年广东高考）年广东高考）某可充电的锂离子电池以某可充电的锂离子电池以LiMnLiMn2 2O O4 4为为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含正极，嵌入锂的碳材料