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能量转化
曹县一中高中三年级化学学科学案
编写人:
杨东峰审核人:
李长南第10周
《化学反应原理》第一章化学反应与能量变化
第一节化学反应的热效应
【考纲要求】
1.了解化学反应中能量变化的原因,能说出常见能量转化形式。
2.了解吸热反应、放热反应、反应热、中和热的概念。
3.了解热化学方程式的含义,能根据盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
【自主学习】
考点一、化学反应与反应热
1、化学反应的实质与特点:
(1)化学反应的实质是。
(2)化学反应的特点是:
既有生成,又有的变化或转换。
2、反应热:
(1)概念:
化学上规定,当化学反应在一定的温度下进行时,反应热量为该反应在此温度下的热效应,简称反应热。
(2)表示方法:
用表示,若为表示反应吸热,若为表示反应放热。
【问题探究】需要加热的一定是吸热反应,放热反应不需加热就可进行就能发生,这种说法对吗?
3、燃烧热:
在101kPa时,物质完全燃烧生成
氧化物所放出的热量,叫做该物质的燃烧热.
4、中和热:
(1)在稀溶液中,强酸稀溶液和强碱的稀溶液发生中和反应而生成,这时的反应热(即所放出的热量)叫做中和热.表示为:
H+(aq)+OH-(aq)==H2O(l);ΔH(298K)=-57.3kJ·mol-1
(2)中和热的测定:
实验用品、装置、步骤。
(见教材)
(3)注意事项:
①为保证盐酸被完全中和,所用稀氢氧化钠稍过量。
②采用稀的强酸、强碱。
【问题探究】:
换用弱酸或弱碱会影响中和热的数值吗?
若将稀盐酸换成浓硫酸呢?
【特别提示】:
①化学反应不仅遵守质量守恒,而且遵守能量守恒,能量变化主要以热能形式,也有其他形式的能量变化。
②反应热与键能的关系:
键能越大,物质越稳定,而物质越稳定,本身具有的能量越低。
如果反应物的键能总和小于生成物的键能总和,反应发生时就会(填放热或吸热),反之。
【典例分析1】下列变化中属于吸热反应的是()
①液态水汽化②将胆矾加热变为白色粉末③浓硫酸稀释④氯酸钾分解制氧气⑤生石灰跟水反应生成熟石灰
考点二、化学反应的焓变
1、焓():
描述物质所具有的的物理量。
2、化学反应的焓变(∆H):
反应产物的总焓与反应物的总焓之差。
即△H=H(反应产物)-H(反应物)
3、反应热与焓变的关系:
对于下的化学反应,若反应中物质的能量变化全部转成,(没有转化为电能、光能等),则该反应的反应热等于反应前后物质的焓变。
即QP=∆H,(Qp表示在不变的条件下化学反应的反应热。
)
考点三、热化学方程式
1、概念:
能表示参加反应物质的量和反应热之间的关系的化学方程式。
2、意义:
既表明了化学反应中的变化,又表明了化学反应中的变化的化学方程式。
【典例分析2】:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH(298K)=-571.6kJ·mol-1
表示在298K时,与反应,生成
放出571.6kJ的热量。
3、书写注意事项:
a、要注明反应物和生成物的(同素异形体、要注明名称),因为物质所具有的能量与其聚集状态有关,即反应物的状态不同,△H也不同。
b、要注明反应温度和压强。
因为△H的大小和反应的温度和压强有关,如不注明,即表示在101kPa和25°C。
c、热化学方程式中的化学计量数不表示分子个数,而是表示,故化学计量数可以是整数,也可以是分数。
相同物质的化学反应,当化学计量数改变时,其△H也同等倍数的改变。
d、△H:
在热化学方程式中△H的“+”“-”一定要注明,“+”代表,“-”代表。
△H的单位是:
或。
【典例分析3】:
1克甲烷在空气中燃烧,恢复常温下测得放出热量55.625kJ,试写出热化学方程式。
考点四、化学反应焓变的计算
1.根据键能数据计算:
△H=E(反应物)-E(生成物)或
△H=E(断键)-E(成键)
【针对训练1】已知1mol氢气分子中化学键断裂时需吸收436kJ的能量,1mol氯气分子中化学键断裂时需吸收243kJ的能量,由H原子和C原子形成1mol化学键时释放431kJ的能量.写出热化学方程式。
2.根据热化学方程式计算:
反应热与反应物或生成物德物质的量成正比
3.根据实验数据计算:
△H=Q=-C*△T或△H=Q=-Cm*△T
4.盖斯定律及其应用:
(1)盖斯定律的涵义:
对于一个化学反应,无论是一步完成,还是分几步完成,其反应焓变_______。
也就是说,化学反应的反应热只与反应的(各反应物)和(各生成物)有关,而与具体的反应途径无关。
(2)盖斯定律的应用
若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到,则该化学反应的焓变即为这几个化学反应的焓变的代数和。
【典例分析4】已知:
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5kJ·mol-1
CO(g)+0.5O2(g)=CO2(g)△H3=-283.0kJ·mol-1
则C(s)+0.5O2(g)=CO(g)△H3=?
【随堂检测】见领航78页
曹县一中高中三年级化学学科学案
编写人:
刘付云审核人:
李长南第10周
第二节电能转化为化学能----电解
【考纲要求】
1.了解化学能与热能的相互转化,
2.了解能源是人类生存和社会发展的基础,化学在解决能源危机中的作用。
3.了解电解池的工作原理。
能写出电极反应。
【自主复习】
考点一、电解的原理
1、概念:
在的作用下,电解质在两电极上分别发生和的过程叫做电解。
2、装置a.把转化为的装置叫(或电解槽)
b.构成条件:
①(可同可不同)
②(或熔融的电解质)
③并形成闭合回路
3、原理
a.电极(由外接直流电源决定):
与外接电源负极相连的电极称,与外接电源正极相连的电极称。
b.电子:
电子从外加电源的极流出,流到电解池的极,再从极流回电源极。
(注:
电子只在外电路定向移动,不能从溶液中移动)
c.离子:
阳离子向极移动,阴离子向极移动.
【典例分析1】:
电解熔融氯化钠时:
通电前,Na+Cl-在无规则运动。
通电后,Na+移向极(与电源 相连),Cl-移向极(与电源相连)。
电子从电源负极流向电解池的极,电极反应式为,发生 反应;电子从电解池阳极流向电源的极,电极反应式为,发生反应。
总反应为
4、电极上阴阳离子放电的一般规律(即电解产物的判断)
阳极:
①若为金属做阳极(除Pt、Au外),则电极本身失去电子而放电。
②若为惰性电极(C、Pt、Au等),则溶液中阴离子放电顺序:
S2—>I—>Br—>Cl—>OH—>含氧酸根离子>F—
阴极:
无论是惰性电极,还是活性电极,阴极都不会参与电极反应,始终为阳离子放电。
顺序:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+(与金属活动性相反)
【特别提示】:
离子放电顺序一般与下列三点因素有关:
①金属(或非金属)活泼性有关。
②离子浓度有关。
③电极材料有关。
【设疑激思】:
如下页图,回答下列相关问题:
(1)从理论上来说,合上开关后,整个装置中是否有电流产生?
如果有,左右两部分分别相当于什么装置?
简述理由。
(2)写出右侧装置中的电极反应。
Zn
Cu
铜棒
H2SO4溶液
CuSO4溶液
5、电解实例(阳极为惰性电极,电解下列溶液)
电解
类型
举例
电极反应
溶液pH
变化
溶液复原方法
类别
实例
电解
水型
含氧酸
H2SO4
强碱
NaOH
活泼金属
含氧酸盐
Na2SO4
电解
溶质型
无氧酸
HCl
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2
放氢
生碱型
活泼金属
无氧酸盐
NaCl
放氧
生酸型
不活泼金属的含氧酸盐
CuSO4
考点二、电解原理的应用
1.氯碱工业
工业上用电解饱和食盐水(NaCl溶液)的方法制取烧碱(NaOH)、氯气(Cl2)、氢气(H2),并以它们为原料生产一系列其他化工产品的化工生产过程统称氯碱工业(基础化工之一)。
氯碱工业在化工、轻工、纺织、冶金、石化及公用事业等方面有重要应用。
原理:
阳极(C):
阴极(Fe):
总反应:
2.电解精炼铜
①做阴极②(含杂质Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)阳极
③做电解质溶液并与外电源形成闭合回路。
阳极反应式:
阴极反应式:
【特别提示】:
活泼性在铜之后的银、金等还原性比铜差的,不能失去电子,它们以单质的形式留在溶液中,成为阳极泥。
3.电镀(以镀铜为例来说明)
①做阴极②(如铜)做阳极
③(如CuSO4)的盐溶液作电解质溶液,并与外电源形成闭合回路
阳极反应式:
阴极反应式:
【特别提示】:
在电镀装置中,锌离子先于氢离子放电(离子浓度有关)。
【问题探究】:
电解进行时,溶液中的离子浓度一定会减小吗?
4.冶炼活泼金属:
电解法冶炼钠、镁、铝等活泼金属。
例如电解冶炼铝:
阳极反应:
;阴极反应:
。
【典例分析2】:
镍有广泛的用途。
粗镍中含少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度镍,下列叙述正确的是(氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)()
A阳极发生还原反应,其电极反应式:
Ni2++2e-→Ni
B电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
【随堂检测】见领航81--82页
曹县一中高中三年级化学学科学案
编写人:
刘付云审核人:
李长南第10周
第三节化学能转化为电能---电池
【考纲要求】
1.了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。
2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
3.理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。
【自主学习】
考点一、原电池的工作原理
(1)、原电池的定义:
(2)、原电池的构成条件:
a. b. c. 。
【特别提示】:
从理论上说,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。
(3)、原电池的工作原理:
(一般是溶液中的离子参与反应)。
①电极:
负极:
一般为金属,电子,发生反应。
正极:
一般为金属或,电子,发生反应
②电极反应(以铜锌原电池为例):
电极反应:
负极
正极
原电池总反应:
③电子流向:
从极(Zn)经外电路流向极(Cu);电流方向:
从极(Cu)流向极(Zn)。
【典例分析1】:
对下图中装置加以必要的连接并填空:
(1)在A图中,使铜片上冒H2气
泡.请加以必要的连接,连接后的
装置叫。
电子流向。
(2)电极反应式:
锌板:
铜板:
。
(3)在图B中,a、b均为惰性电极,请加以必要的连接,使连接后a极板上析出铜,b极板上析出,则该装置叫。
电极反应式:
a极,b极。
【针对训练1】:
若将A中稀H2SO4改为CuSO4溶液,请写出电极反应式:
锌板:
铜板:
【针对训练2】:
已知反应Cu+2FeCl3==CuCl2+2FeCl2,请设计成原电池,画出装置图注明电极材料及电解质溶液的名称,并写出电极反应式。
考点二、化学电源(能实际应用的原电池)
(1)、碱性锌锰干电池(一次性电池)
负极(锌):
正极(石墨):
电池反应:
(2)、铅蓄电池(二次性电池)
负极:
正极:
电池反应:
(3)、氢-氧燃料电池
负极是多孔的镍电极,正极为覆盖氧化镍的镍电极,电解质溶液是KOH溶液,在负极通入H2,正极通入O2,电极反应:
负极:
,
正极:
,
电池反应:
。
【典例分析2】:
阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池,其电池反应为2H2+O2==2H2O,电解液为KOH,反应保持在较高温度,使H2O蒸发,下列叙述正确的是()
A、此电池能发出蓝色火焰B、H2为正极,O2为负极
C、工作时,电解液的pH不断减小
D、电极反应为:
负极2H2+4OH--4e-==4H2O正极O2+2H2O+4e-==4OH-
【针对训练3】:
(1)把氢-氧燃料电池的电解质溶液改为稀H2SO4,则电极反应:
负极:
正极:
。
(2)若把H2改为CH4,电解质溶液仍为KOH溶液,则电极反应:
负极:
正极:
,
电池反应:
。
【小结】:
原电池和电解池知识总结比较表
内容
原电池
电解池
能量转变形式
电极名称
电极反应类型
电子运动方向
离子移动方向
考点三、金属的腐蚀与防护
1、金属的腐蚀分为两类:
①化学腐蚀:
金属或合金直接与周围介质发生反应而产生的腐蚀。
②电化腐蚀:
不纯的金属或合金因发生原电池反应而造成的腐蚀。
而金属的腐蚀以为主.(以钢铁的腐蚀为例:
)
吸氧腐蚀:
条件,
负极:
;正极:
析氢腐蚀:
条件,
负极:
;正极:
2、金属腐蚀快慢规律
(1)电解引起的腐蚀》原电池引起的腐蚀》化学腐蚀》有防护的腐蚀
(2)电化学腐蚀规律:
同一金属:
强电解质》弱电解质》非电解质
不同金属:
活动性差别越大,活动性强的金属腐蚀越快
3.金属的防护:
一般有三条途径:
①改变金属内部组成结构,可以增强金属耐腐蚀的能。
如。
② 在金属表面覆盖保护层,以隔绝金属与外界物质接触,达到耐腐蚀的效果(油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜)。
例如:
在铁表面镀上锌(白铁)或锡(马口铁),一旦破损,则因原电池反应,白铁外的锌可进一步起保护作用,马口铁外的锡反而会(填“加快”或“减慢”)腐蚀。
③电化学保护法:
牺牲阳极的阴极保护法、阴极电保护法。
【典例剖析3】:
分别放置在如图所示装置(都盛有0.1mol·L-1的H2SO4溶液)中的四个相同的纯锌片,腐蚀最快的是()
【随堂检测】见领航84--85页、领航87页
第三节
考点一、原电池的工作原理
(1)把化学能转变为电能的装置
(2)a.有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体)作电极b.有电解质溶液c.形成闭合回路(3)①活泼、失、氧化;不活泼、、非金属、得、还原②Zn-2e-=Zn2+、2H++2e-=H2↑、Zn+2H+=Zn2++H2↑③负、正;正、负
【针对训练1】
(1)原电池、Zn-2e-=Zn2+、2H++2e-=H2↑
(2)电解池、氧气、Cu2++2e-=Cu、4OH--4e-=2H2O+O2↑【针对训练2】1.负极:
Zn-2e-=Zn2+正极:
Cu2++2e-=Cu、由锌板(负极)经外电路流向铜板(正极)【针对训练3】Cu-2e-=Cu2+、2Fe3++2e-=2Fe2+
考点二、化学电源
(1)Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2、2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH-、Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+Mn2O3
(2)Pb+SO42--2e=PbSO4、PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O、Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(3)2H2-4e-+4OH-=4H2O、O2+2H2O+4e-=4OH-【针对训练5】C、D【针对训练6】
(1)负极:
2H2-4e=4H+正极:
O2+4H++4e-=2H2O
(2)负极:
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极:
2O2+4H2O+8e-=8OH-
考点三、金属的腐蚀与防护
(1)、钢铁表面的水膜酸性很弱或呈中性、2Fe-4e-=2Fe2+、O2+2H2O+4e-=4OH-;钢铁表面的水膜呈酸性、Fe-2e-=Fe2+、2H+2e-=H2↑;4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
(2)不锈钢;加速【针对训练7】C
考点一、电解的原理
(1)、直流电、氧化反应、还原反应
(2)、电能、化学能、电解池;两个电极、电解质溶液、外接电源(直流电)
(3)、阴极、阳极、负、阴、阳、正;阴、阳[针对训练]阴(负极)、阳(正极)、阴、Na++e-=Na、还原、正、2Cl—+2e-=Cl2、氧化、2NaCl=Na+Cl2【设疑激思】
(1)有、左侧原电池、右侧电解池,左:
Cu-2e-=Cu2+右:
Cu2++2e-=Cu
内容
原电池
电解池
能量转变形式
化学能转化为电能
电能转化为化学能
电极名称
负极:
较活泼金属
正极:
较不活泼的金属(或能导电的非金属)
阳极:
与电源正极相连
阴极:
与电源负极相连
电极反应类型
负极:
氧化反应
正极:
还原反应
阳极:
氧化反应
阴极:
还原反应
电子运动方向
负极经导线流向正极
电源负极经导线流向阴极
阳极经导线流向电源正极
离子移动方向
阳离子向正极移动
阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动
阴离子向阳极移动
(4)、放电
(5)、
电解
类型
举例
电极反应
溶液pH
变化
溶液复
原方法
类别
实例
电解
水型
含氧酸
H2SO4
阳极:
4OH—-4e—=O2↑+2H2O
阴极:
4H++4e—=2H2↑
减小
H2O
强碱
NaOH
增大
活泼金属的
含氧酸盐
Na2SO4
不变
电解
溶质型
无氧酸
HCl
阳极2Cl—-2e—=Cl2↑
阴极:
4H++4e—=2H2↑
增大
HCl
不活泼金属的
无氧酸盐
CuCl2
阳极2Cl—-2e-=Cl2↑
阴极:
Cu2++2e—=Cu
CuCl2
放氢
生碱型
活泼金属的
无氧酸盐
NaCl
阳极2Cl—-2e—=Cl2↑
阴极:
2H2O+2e—=H2↑+2OH-
增大
HCl
放氧
生酸型
不活泼金属的含氧酸盐
CuSO4
阴极:
2Cu2++4e—=2Cu
阳极:
4OH—-4e—=O2↑+2H2O
减小
CuO
考点二、电解原理的应用
(1)阳离子交换膜电解池(槽)
(2)纯铜、粗铜、含Cu2+的盐溶液(3)、镀件、镀层金属、含镀层金属阳离子(4)6O2——12e—==3O2↑、4Al3++12e—==4Al
【针对训练】D
第一节考点一、1.释放、吸收2.1、稳定3.1molH2O【特别提示】:
②放热、吸热
考点二、1.焓、H2.等压、热能、压强
考点三、2.物质、能量3.c.物质的量d.吸热、放热、kJ·mol-1、J·mol-1
【针对训练1】:
CH4(g)+2O2=CO2(g)+2H2O(l)ΔH=—890kJ·mol-1
考点四、一样、始态、终态2.ΔH2+ΔH3、ΔH1-ΔH2
考点五、1.反应能否自发进行、放热【特别提示】:
碳酸氢铵和醋酸的反应、碳酸铵的分解等、较高温度、碳酸钙的分解2.混乱度、S、混乱度、其聚集状态及外界条件、>、>【特别提示】:
①反应产物、反应物、正值②常温常压、常温常压、温度、一定条件3.焓变、熵变、ΔH-TΔS、能自发、平衡、不能自发、ΔH-TΔS<0 、平衡
【针对训练2】:
C【针对训练3】:
B优化考试心理
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