化学反应中能量变化原因、燃料的选择和氢能的利用（教案）-高中化学苏教版必修第二册

年级:辅导科目「化学T科教师;

课程主题:化学反应中能量变化原【教学目标】

因燃料的选择和氢能的利用I、能用亿学键解释某些吸热反应和放热反

应，能进行一些简单的能量变化计算。

2、理解亿学反应中能量的变化取决于反应

物与生成物的总能量相对大小。

3、认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发消

洁燃料的必要性和重要性。

【课程复习导入】:

考考点1化学反应中能量变化原因

化学反应中能量变化与化学键的关系

1、化学反应过程

反应物旧化学键断裂原子或新化学键形成生成物

1原子团I'

2、化学反应中能量变化的原因

能'吸热反应

I日化学键断裂量

反生决定

应成变

物扬化

新化学键形成、旦＜反,放热反应

|放出能量反

3、化学反应中能量的决定因素(宏观辨识)

能叫

反应物的^一V一花石r生成物的，3口---7------

总能量、嚏曾总能量假广

图示\能量：

生成物的卜——一反应物的------

总能量一一

总能量1__________

O反应过程°反应过程

反应物的总能量大于生成物反应物的总能量小于生成物的总

能量相对大小

的总能量能量

(1)化学反应的两大基本特征：物质种类发生变化和能量发生变化。

(2)化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变化的本质原因。

4、化学反应中能量变化得两个类型:

吸收能量与放阳能量。

能量变表现

微观角度化类型形式

断裂反应物化化学键的总能量〈形成生成物化学键释放释放能放热

的总能量量

断裂反应物化化学键的总能量）形成生成物化学键释放吸收能吸热

的总能量量

结论：

E反庖物的白地能一E生成树的总健能=/\E

△E>0,反应为吸热反应；

△E<0,反应为放热反应。

能量变化表现

宏观角度类型形式

反应物的总能量〈生成物的总能量吸收能量吸热

反应物的总能量）生成物的总能量释放能量放热

结论：E生成物的名能it-E反应物的总便嫉二△E

△E>0,反应为吸热反应；

△E<0,反应为放热反应。

5、活化能（了解）：

反应活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

考点2燃料燃烧释放的能量和氢燃料的应用前景

一、热值

1、已知下列几种燃料的热值：

物质煤炭天然气氢气乙醇

热值/kJ•g-

约33约5614330

1

1

®C(s)+O2(g)=C02(g)△//=-396kJ•mol

②CHKg)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△仁一896kJ-mol-1

③lb(g)+/)2(g)=H2()(l)△〃=-286kJ,molf

1

@C2H,50H(1)+30^(g)=2C02(g)+3H20(1)△〃=一1330kJ•mor

燃料燃烧放出热量的大小常用热值来衡量。燃料的热值是指在一定条件下单位质量的物

质完全燃烧所放出的热量，单位是kJ-g-'o

2、口常能源及发展

(1)人类能源利用的发展：

植物燃烧一一化石能源一一新能源(风、太阳能、水能、核能、风能等)

(2)化石燃料使用的弊端:

①化石燃料储审:有跟，不可再生，与当今能源的大展需求产生供需矛盾。

②化石燃料燃烧排放物中含有大量的粉尘、氮的氧化物、二氧化硫、一氧化碳是大

气的主要污染物。排放的二氧化碳会造成温室效应。

3、氢燃料的应用前景

⑴能源特点

「氢气完全燃烧放出的热量多

复斜+原料为水，来源广

［产物为水，无污染

(2)氢能开发利用的困难与解决方法

①困难：生产成本高、储存和运输困难等。

②方法：

a.在光分解催化剂存在条件下，在特定的装置中，利用太阳能分解水制氢气。

b.利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下分解水释放出氢气。

c.发现和应用贮氢材料，解决氢气的储存和运输问题。

⑶氢燃料的应用实例

①作人造卫星和运载火苗的燃料。②作混合动力有轨电车的燃料。③氢燃料电池。

4.太阳能及其利用

化学反应化学反应

被吸收的太阳能一l化学能一l热能、光能或电能

(1)太阳能转化为化学能

光

①物质转化：植物光合作用6C0?(g)+6也0心)阡绿素CMzOKs)+602(g)。

②能量转化：光能一化学能。

⑵化学能转化为热能

①物质转化：

动物摄入体内的淀粉能水解转化为葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，释放出热，供

给生命活动的需要。

②化学反应：(C/mOsl+MQ健鲤/jQILOs；

CBH1206+602—►6比0+6c。2o

③能量转化：化学能一热能。

(3)太阳能的利用

实例能量转化方式

光合作用光能转化为化学能

太阳能热水器光能转化为热能

直接利用

太阳能电池光能转化为电能

光解水制氢气光能转化为化学能

间接利用化石燃料太阳能间接转化为化学能

化煤

把血♦属于不可再生能源

H石

海石油

M料解决,开源节能：开发新能源

P一办法和节约现有能源

能L

源资源丰富、

可以再生、

U新太阳能|氢能风能

I能优点一没有污染

源一或污染很

地热能||海洋能||生物质能

小，属于

清洁能源

【例题精讲】

考点1化学反应中能量变化原因

1、分析下图，不能得出的结论是()

A.心与。2反应是放热反应

B.断开化学键要放出能量

C.化学反应既有物质变化又有能最变化

1).2moiHz(g)和lmol()2(g)的总能量高于2molH20g的总

能量

2、根据如图所示示意图，下列说法不正确的是()lada52MlM30

A.反应C(s)+H20(g)=C0(g)+H2(g),能量增加(b-

ladCOtij|

a)kJ-mol-1looiH/i)13131d

InoiGi).13H0(g)

B.该反应过程反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出l

的能量

C.lmolC(s)和反lmolHzO®应生成lmolCO(g)和lmolH2(g)放出的热量为131.3kJ

D.lmolC(s)、2moiH、1mol0转变成lmolCO(g］和lmolHzlg)放出的热最为akJ

3、通常人们把拆开1mol某化学键(或形成1mol某化学键)所吸收(或放出)的能量看成该

化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(

AH)。化学反应的△H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。工业上高纯硅可通过下列反应制取：SiCI式g)+2Hz(g)型Si(s)+

4HCl(g)o

(1)根据下表提供的数据计算，该反应的反应热(42为kJ•

moL。

化学键Si—0Si—ClH—HH—ClSi—SiSi—C

锂能/kJ•mol-1460360436431176347

(注：每摩尔晶体硅中含2molSi—Si共价键)

(2)已知：①出值)+汐2®=SO©AH=-242kJmor1;

②拆开1molO2中的化学键需要消耗496kJ能量。计算求得水分子中，H-0键的键能

为kJ•mnl-1«

4、能源是人类生活和社会发展的基础，研究化学反应中的能量变化，有助于更好地利

用化学反应为生产和生活服务。阅读下列有关能源的材料，回答有关问题：

(1)从能量的角度看，断开化学键要_________能量，形成化学键要能置(

填“吸收”或“释放”)>已知拆开1molH-H键、1mol1-I、1molH一I键分别需要

吸收的能量为436kJ、151kJ、299kJ。则由氢气和碘单质反应生成1molH【需

要_____(填“放出”或“吸收”)―kJ的热量。

(2)沼气是一种廉价能源，农村存在大量的秸秆、杂草等废弃物，它们经微生物发酵之后,

便可产生沼气，可用来点火做饭。已知16g甲烷完全燃烧生成液态水时放出890.0kJ的热量,

请写出甲烷燃烧热的热化学方程式。

5、（1）已知拆开1“⑹HII键、huNCl-Cl键、IniUHCl键分别需要吸收的能量为

436」kJ、242.7kJ、43L8k.h则由II」和C）反应生成ImolHCl需要_______（填“放出”

或“吸收”）kJ的热量。/比。2（填“稳定”或“不稳定”

）（2）“可以在C'b中安静地燃烧。甲、乙两图中，能表示该反应能量变化的是图—（填

“甲”或“乙）。

（3）如图所示，把试管放入盛有

25c时饱和石灰水的烧杯

中，试管中开始放入几小块镁

片，再用滴管滴入5mL盐酸干试

管中.

实验中观察到的现象是;由实

片

镁

和

验推知，泡MgC%溶液和电的总能量________________（填“大于”、“小

灰

石

水

于”、“等于“）镁片和盐酸的总能量.

考点2燃料燃烧释放的能量和氢燃料的应用前景

1、下列有关能源及能量变化的说法错误的是（）

A.在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要--------

能源\

B.氢氧化钢晶体和氯化铉晶体的反应是吸热反应

C.能量变化如图所示的反应为放热反应

D.原电池把化学能直接转化为电能，所以由原电池提供的电能是一次能源

2、为减少目前燃料燃烧时产生的污染，同时缓解能源危太阳能

机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想，如图所

示。卜列有关说法正确的是（）

A.电。的分解反应是放热反应B.氢能源已被普燃料电池

遍使用

C.2mol心0。）具有的总能量低于2mol^（g）和1mol（）2（g）的能量

D.氢氧燃料电池放电过程中是将电能转化为化学能

3、据新浪网报道，欧洲一集团公司拟在太空建立巨大的激光装置，把太阳光变成激光

用于分解海水制氢。有下列几种说法：①水分解反应是放热反应；②若用生成的氢气与

空气中多余的二氧化碳反应生成甲醇储存起来，可改善生存条件；③使用氢气作燃料有

助于控制温室效应；④甲烷燃烧不会造成温室效应。其中叙述正确的是()

A.®@B.®®C.②③1).①@③④

4、下列说法不正确的是()

A.核能、太阳能、氢能都是新能源

B.已知反应C(s,石墨)=C(s,金刚石)AH,。，可得结论：石墨比金刚石更稳

定

C.“开发利用新能源”“汽车尾气催化净化”都能提高空气质量

D.乙醇和汽油都是可再生能源，应大力推广“乙醇汽油”

5、能源危机是当前全球面临的一大问题，开源节流是应对能源危机的重要举措。

(1)下列做法有助于能源“开源节流”的是(填字母代号)，

a.大力发展农村沼气，将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源

b.大力开采煤、石油和天然气以满足人们口益增长的能源需求

c.开发太阳能、水能、风能、地热等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料

d.减少资源消耗，增加资源的重复使用、资源的循环再生

(2)金刚石和石墨均为碳的同素异形体，它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳，充分燃烧

时生成二氧化碳，反应中放出的热量如图所示。

②12g石墨在一定量空气中燃烧，生成气体36g,该过程放出的热量

为»

_1

(3)已知:N2＞。2分子中化学键的键能分别是946kJ,moL、497kJ-molo

-1

N2(g)+O2(g)=2NO(g)AH=180.0kJ-mol-

NO分子中化学键的键能为kJ-mor1o

(4)综合上述有关信息，请写出CO与NO反应的热化学方程

式：_________________________________________________________________________

课程主题：化学能转化为电能【教学目标】

1、设计实验认识构成原电池的条件。

2、理解原电池的概念及工作原理，能正确

判断原电池的正负极。

3、认识亿学能转化为电能的原理及其在生

产、生活中的应用。

【课程复习导入】：

考点1原电池一、生活中电源

二、原电池的工作原理

2、原电池的概念

原电池是把化学能转化为电能的装置;

3、原电池的反应本质:

氧化还原反应。

4、原电池的工作原理

电极名称：M-电极名称：正极

电极反应类型：电极反应类型：还原反应

■化反应

电极反应式：

电极反应式：

.2H，+2c-=H2t

Zn-2e=Zn2>稀硫酸

原电池工作时，负极_L发生失去电子的氧化反应，电子通过导线流向正极，溶液中的转

化性物质在正极得到电子,发生还原反应，氧化反应和还原反应不断发生，负极I••的还原性

物质不断失去电子,失去的电子不断地通过导线流向正极被氧化性物质得到，闭合回路中

不断地有电子和离子的定向移动,就形成了电流，即化学能转化为电能。

5、原电池的构成条件

理论匕自发进行的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是：

①有一个自发的氧化还原反应；

②有两个活动性不同的电极（金属与金属或金属与能导电的非金属），一般其中较活泼

的金属作负极，发生氧化反应，较不活泼的金属（或能导电的非金属）作正极，发生还原反应;

③有电解质溶液（或熔融电解质）；

④两极用导线相连，形成闭合回路。

6、原电池中正负极的判断方法

(1)根据电极反应或总反应方程式来判断

(2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断

(3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断

(4)根据原电池的两电极材料来判断

两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反

应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作

负极

7、原电池电极反应式的书写方法

1、遵循三个守恒

(1)得失电子守恒：元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子

元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子

(2)电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等

(3)原子守恒(质量守恒)：电极反应两边同种原子的原子个数相等

2、书写方法

直观法：针对比较简单的原电池可以采取直观法，先确定原电池的正、负极，列出

正、负极上反应的物质，并标出相同数目电子的得失

注意：负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则电

解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中。

考点2原电池工作原理的应用

1、加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，

使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，

滴加少量C11SO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀

硫酸反应的速率

2、比较金属活动性的强弱

(1)方法：•般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。

(2)常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不

变作正极，较不活泼

3、设计原电池

(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负

极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原

(2)选择合适的材料

①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该

氧化还原反应中，本身失去电子的材料

②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应

4、制造化学甩源

各种干电池、蓄电池、燃料电池等

【例题精讲】

考点1化学能转化为电能

考向原电池的工作原理与电极式的书写

1、“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便

可工作，电池反应为2Mg+()2+2H2O=2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法中，错误

的是()

A.镁片作为正极B.食盐水作为电解质溶液

C.电池工作时镁片逐渐被消耗D.电池工作时实现了化学能向电能的转化

2、某实验兴趣小组以Zn和Cu为电极，稀硫酸为电解质溶液组成原电池，并对实验进行

了拓展研究，以下实验记录错误的是()

A.铜片上有气泡产生，锌片逐渐溶解B.电流在导线中从Zn电极流向Cu电极

C,把Cu换成Mg,电流计指针发生逆向偏转D.把稀硫酸换成硫酸铜溶液，电流计

指针依然偏转

3、某科研团队研发出“纸电池”(如图)。一面镀锌、一面镀二<

轼化钵的超薄电池在使用印刷与压层技术后,变成一张可任意)

裁剪大小的“电纸”，厚度仅为0.5亳米，可以任意弯曲和裁)

剪。纸内的离子“流过”水和氧化锌组成电解液，电池总反应'

式：Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnO(OH)0下列说法正确的是()

A.该电池的正极材料为锌B.该电池反应中二氧化锦发生了氧化反应

C.电池的正极反应式为MnOz+H20+e-=MnO(OH)+OH-

1).当有0.1mol锌溶解时「流经导线的电子数为6.02x1022

4、如图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。请回答下列问

k题：

arlJLb

(1)当电极a为Al,电极b为Cu,电解质溶液为稀硫酸时，正极的电极

反应式为O

(2)当电极a为Al,电极b为Mg,电解质溶液为氢氧化钠溶液时.，该电池的正极为

________。当反应中收集到标准状况下224mL气体时，消耗的电极质量为go

(3)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所产生的化学能直接转化为电

能。现设计-燃料电池，以电极a为正极，电极b为负极，甲烷为燃料，采用氢氧化钠

溶液为电解液，则甲烷应通入_______极(填"a”或"b"，下同)，电子从

极流出，电解质溶液中0H一向极移动。

5、用铜、银和硝酸银溶液设计一个原电池，这个原电池的负极是,

电极反应式为；正极是,电极反应式

为O

考向二正负极判断，粒子移动

1、如图所示为原电池装置示意图。回答下列问题：

AT-<3)-1B

=_____=-|(1)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧

<•二一二一二Z-碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，作负极的

7一一二一二一一勺分别是(填字母)。

A.铝片、铜片B.铜片、铝片C.铝片、铝片D.铜片、铜片

写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式；V

(2)若A为Pb,B为Pb()2，电解质为H2sO4溶液，工作时的总反应为Pb+Pb()2+

2H2sO4=2PbsO4+2H20O写出B电极反应式：；该电池在工作

时，A电极的质量将(填“增加”“减小”或“不变”)。若该

电池反应消耗了0.1molH2SO4,则转移电子的数目为o

(3)若A、B均为伯片，电解质为KOH溶液，分别从A、B两极通入”和。2,该电池即为

氢氧燃料电池，写出A电极反应式：；该电池在工作

一段时间后，溶液的碱性将(填“增强”“减弱”或“不变”)。

(4)若A、B均为柏片,电解质为H2s。4溶液，分别从A、B两极通入CH4和。2,该电池

即为甲烷燃料电池，写出A电极反应式：

__________________________________________;若该电池反应消耗了6.4gCH,，则转

移电子的数目为。

2、氢气是未来最理想的能源，科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛

（TQ）表面作用使海水分解得到氢气的新技术：2H2。鬻2H2"。2%制得的氢气

可用F燃料电池。试回答下列问题：

（1）分解海水时，能转变为能，二氧化钛作。生成的氢气用于

燃料电池时，_______能转变为_________能。水分解时，断裂的化学键为________键，

分解海水的反应属于反应（填“放热