第六章化學反應與能量第一節化學反應與能量變化第二課時化學反應與電能學習目標學習目標1．通過查閱資料、閱讀思考，能舉出化學能轉化為電能的實例，辨識簡單原電池的正負極及正負極上發生的化學反應類型。2．通過實驗探究、討論交流，知道原電池概念及原電池工作原理是利用氧化還原反應將化學能轉化為電能的裝置，知道構成原電池的條件。3.通過觀察現象、原理分析，會判斷原電池的正極、負極，能正確書寫簡單原電池的電極反應式，了解常見的化學電源，感受化學能轉化為電能的奇妙。重點：原電池概念、原理、組成及應用難點：原電池工作原理及構成條件自主學習自主學習一、化學反應速率1、概念：化學反應速率是用來衡量過程進行快慢程度的物理量2、表示方法：通常用單位時間內的減少量或生成物濃度的增加量(均取正值)來表示3、表達式：式中：Δc為濃度的變化量，一般以mol·L－1為單位；Δt為時間，一般以s或min為單位4、單位：mol/(L·s)、mol/(L·min)、mol/(L·h)5、適用范圍：所有的化學反應(主要是氣體和溶液)6、三段式求反應速率二、影響化學反應速率的因素：實驗探究——外界條件對化學反應速率的影響控制變量法1.溫度對化學反應速率影響的探究實驗操作實驗現象①產生氣泡速率最慢②產生氣泡速率較快③產生氣泡速率最快實驗結論2.濃度對化學反應速率影響的探究實驗操作實驗現象裝有12%H2O2溶液的試管產生氣泡速率更快實驗結論3.催化劑對化學反應速率影響的探究實驗操作實驗現象①無明顯現象②能產生大量氣泡③能產生大量氣泡實驗結論4.固體反應物表面積對化學反應速率影響的探究實驗操作實驗現象加粉末狀碳酸鈣的試管內產生氣泡較快，加塊狀碳酸鈣的試管內產生氣泡較慢實驗結論三、化學反應的限度（一）化學平衡的研究對象——可逆反應1、可逆反應的定義：在同一條件下，正反應方向和逆反應方向均能同時進行的化學反應稱為可逆反應2、可逆反應的特點(1)反應不能進行到底(2)在一定條件下反應物與生成物同時存在(3)正、逆反應方向同時進行3、可逆反應的表示方法：可逆反應的化學方程式中，用“”號代替“=”號（二）、化學反應的限度1、化學平衡的建立(1)濃度對速率的影響的角度對可逆反應2SO2＋O22SO3，在一定溫度下，將2molSO2(g)和1molO2(g)通入一定體積的密閉容器中濃度速率變化v正、v逆關系反應開始反應物濃度最大v正最大v正＞v逆生成物濃度為0v逆為0反應進行中反應物濃度逐漸減小v正逐漸減小v正＞v逆生成物濃度逐漸增大v逆增大反應一段時間(t1)后反應物濃度不再改變v正不變v正＝v逆≠0生成物濃度不再改變v逆不變(2)利用速率—時間(v-t)圖像分析2．化學反應的限度(1)化學平衡狀態是可逆反應在一定條件下所能達到的或完成的最大程度，即該反應進行的限度。(2)對化學反應限度的理解①化學反應的限度決定了反應物在一定條件下的最大轉化率。②同一可逆反應，不同條件下，化學反應的限度不同，即改變反應條件可以在一定程度上改變一個化學反應的限度。3、化學平衡狀態的概念：在一定條件下，當反應進行到一定程度時，相等，反應物的濃度和生成物的濃度都不再改變，達到一種表面靜止的狀態，稱之為化學平衡狀態，簡稱化學平衡4、化學平衡狀態的特征(1)逆：化學平衡狀態研究的對象是可逆反應(2)等：平衡時，同一物質的正、逆反應速率相等，即：v正＝v逆≠0(實質)(3)動：平衡時，反應仍在不斷進行，是一種動態平衡(4)定：平衡時，各物質的轉化率(α)、百分含量(w%)、物質的量(n)、物質的質量(m)、物質的量濃度(c)、混合氣體的平均摩爾質量()、混合氣體的密度(ρ)、壓強(P)等所有物理量全部恒定(5)變：外界條件改變時，平衡可能被破壞，并在新的條件下建立新的化學平衡，即發生化學平衡移動四、化學反應條件的控制1、化學反應條件的控制(1)目的①②(2)基本措施①改變化學反應速率：改變反應物的溫度、溶液中溶質的濃度、氣體壓強(或濃度)、固體表面積以及催化劑的合理使用等②改變可逆反應進行的限度：改變可逆反應體系的溫度、溶液中溶質的濃度、氣體壓強(或濃度)等(3)考慮因素：學習過程學習過程情景導入：電能是現代社會中應用最廣泛，使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱電力。小到日常生活中使用的手提電腦、、相機、攝像機……大到火箭上天、神州六號宇宙飛船遨游太空，這一切都依賴于電池的應用。播放電池的發展史（見PPT視頻）一、原電池原理及構成條件活動一、探究化學能與電能的轉化任務一、閱讀思考：閱讀教材P36頁內容，思考生活中人們使用的電能來自于哪里?火力發電中化學能是如何轉化為電能的？有何優缺點？任務二、實驗探究：根據教材P36頁【實驗63】，完成實驗，觀察實驗現象，分析實驗原理，填寫表格內容：任務三、討論交流：結合【實驗63】，以銅-鋅-稀硫酸原電池為例，思考什么是原電池？有何特點？你認為構成原電池的條件是什么？并填寫表格內容。活動二、設計簡單的原電池任務一、實驗探究：結合教材P37頁“探究”內容，完成教材三個實驗，并回答“問題核討論”的三個問題。注意：原電池的設計方法：①找—找一個能夠自發進行的氧化還原反應，只有自發進行的氧化還原反應才能被設計成原電池；②拆—將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應，還原劑－ne－=氧化產物(負極電極反應)，氧化劑＋ne－=還原產物(正極電極反應)；③定—根據氧化還原反應中的還原劑和氧化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極活潑性差的金屬或能導電的非金屬。④畫—連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。任務二、歸納小結：請畫出原電池的工作原理示意圖，思考如何判斷原電池的正負極？注意：①反應類型是負極發生氧化反應，正極發生還原反應；②電子的移動方向是從負極流出，經導線流向正極（電子不下水）；③離子的移動方向是陽離子向正極移動，陰離子向負極移動（離子不上岸）。②原電池正、負極的判斷方法：注意：一般是較活潑金屬作負極，較不活潑金屬作正極，但也要注意電解質溶液的性質。①鎂鋁用導線連接插入稀硫酸中，鎂作負極，鋁作正極；若電解質是氫氧化鈉，則鎂作正極，鋁作負極。②銅鋁用導線連接插入稀硫酸中，鋁作負極，銅作正極；若插入濃硝酸中，鋁作正極，銅作負極。二、原電池原理的應用活動一、幾種常見的化學電源任務一、閱讀思考：閱讀教材P38頁內容，思考一次電池、二次電池、燃料電池的概念和特點分別是什么？并完成表格內容。任務二、討論交流：原電池原理在化學上有哪些應用？活動二、探究發展中的燃料電池任務一、閱讀思考：結合教材P39頁“科學·技術·社會—發展中的燃料電池”內容，思考燃料電池的概念是什么？有何優點？任務二、討論交流：以氫氧燃料電池和甲烷燃料電池為例，思考如何書寫電極反應式？注意：若某電極反應式較難寫出時，可先寫出較易寫的電極反應式，然后根據得失電子守恒，用總反應式減去較易寫的電極反應式，即可得出較難寫的電極反應式。課堂練習課堂練習1．中國化學家研究出一種新型復合光催化劑()，能利用太陽光高效分解水，原理如圖所示。下列說法不正確的是A．通過該催化反應，實現了太陽能向化學能的轉化B．反應Ⅰ中涉及到O－H鍵的斷裂和H－H、O－O鍵的形成C．反應Ⅱ為2H2O22H2O+O2↑D．通常情況下水難以分解成H2和O2，是因為H2O分子間作用力2．常溫下，用鐵片與稀硫酸反應制取氫氣時，下列措施不能使氫氣生成速率加快的是A．滴加幾滴溶液 B．增大硫酸的濃度，用98%的濃硫酸C．對該反應體系加熱 D．不用鐵片，改用鐵粉3．對如圖所示原電池裝置描述正確的是A．石墨電極作負極 B．鐵片上的反應：Fe3e=Fe3+C．鐵電極附近溶液中氫離子濃度增大 D．電流由石墨電極通過導線流向鐵電極4．北京冬奧會秉承“綠色辦奧”的理念，首次使用氫能作為火炬燃料。下列說法錯誤的是A．火炬燃料的燃燒包含化學能轉化為熱能的過程B．燃燒反應中，反應物的總能量一定高于生成物的總能量C．火炬使用氫能燃料，碳排放量為零D．需要加熱的反應一定是吸熱反應5．高鐵酸鉀是高能電池的材料，某堿性高鐵酸鉀電池工作原理：，簡易裝置如圖所示。下列說法錯誤的是()A．放電時，負極的電極反應式為B．放電時，電子由鐵極流出，經外電路流向石墨極C．充電時，陰極區電解質溶液pH升高D．充電時，每轉移電子時理論上生成6．下列關于能源的敘述錯誤的是A．化石能源物質內部蘊涵著大量的能量B．綠色植物進行光合作用時，將太陽能轉化為化學能“貯存”起來C．物質的化學能可以在不同的條件下轉化為熱能、電能被人類利用D．放熱反應釋放能量，在常溫下就能發生7．有甲、乙兩位同學，他們一起做了水果電池的實驗，測得的數據如下表：實驗序號電極材料水果品種電極間距/cm電壓/mV1鋅銅菠蘿39002鋅鋁菠蘿36503鋅鋁蘋果3450下列敘述中不正確的是()A．實驗1中鋅為負極，電子由鋅經導線流向銅B．實驗2中鋁為負極，鋁失去電子，電流由鋅經導線流向鋁C．實驗3中鋁為負極，電極反應為Al－3e－=Al3＋D．水果電池的電壓只跟水果的品種有關8．“除氫氣外，烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體，均可作燃料電池的燃料”。已知肼燃燒時發生下列反應，N2H4+O2N2+2H2O。以Pt為電極，以硫酸為電解質溶液組成肼燃料電池，下列關于肼燃料電池的說法中不正確的是

)A．肼是燃料電池的負極反應物，O2是正極反應物B．肼燃料電池的正極反應為O2+2H2O+4e－=4OH－C．肼燃料電池的負極反應為：N2H4—4e—=N2↑+4H+D．電池工作過程中H+向正極移動，但H+物質的量不變9．鋅銅原電池裝置如圖所示，下列說法正確的是A．鋅電極上發生的反應：Zn?2e=Zn2+B．電流從鋅片流向銅片C．鹽橋中K+向負極移動D．銅電極上發生氧化反應10．下列說法正確的是A．化學反應中的能量變化都表現為熱量的變化B．需要加熱才能發生的反應一定是吸熱反應C．放熱反應在常溫下一定很容易發生D．反應是吸熱還是放熱必須看舊鍵斷裂時吸收的能量和新鍵形成時釋放的能量的大小11．如圖為某反應分別在有和沒有催化劑條件下的能量變化示意圖，下列說法不正確的是A．反應過程b有催化劑參與B．該反應為放熱反應，熱效應等于ΔHC．有催化劑條件下，反應的活化能等于E1＋E2D．反應過程a需要外界供給能量才能持續進行12．下列過程中存在放熱反應的是A．碘升華 B．大理石加熱分解C．硫酸銅粉末遇水變成藍色晶體 D．濃硫酸溶于水13．在探究檸檬電池的工作原理時，某課外小組同學按如圖所示連接二極管和檸檬，二極管發光。下列說法錯誤的是A．銅片為正極 B．鋅片為負極C．檸檬電池將電能轉化為化學能 D．負極的電極反應式為14．下圖為某鋅銅原電池示意圖，下列說法正確的是A．鋅片為負極，發生還原反應B．電子由銅片通過導線流向鋅片C．反應后，溶液的質量增加D．正極的電極反應式：15．研究物質變化時，人們可以從不同的角度、不同的層面來認識物質變化時所引起的化學鍵及能量變化。據此判斷以下敘述中錯誤的是A．金屬鈉與氯氣反應生成氯化鈉后，其結構的穩定性增強，體系的能量降低B．物質燃燒可看成“儲存”在物質內部的能量(化學能)轉化為熱能釋放出來C．氮分子內部存在著很強的共價鍵，故通常狀況下氮氣的化學性質很不活潑D．1mol硫酸與足量氫氧化鈉發生中和反應生成水所釋放的熱量稱為中和熱。16．人們應用原電池原理制作了多種電池,以滿足不同的需要。以下每小題中的電池廣泛使用于日常生活、生產和科學技術等方面,請根據題中提供的信息,完成下面題目。(1)鉛在蓄電池時發生的電池反應式為放電，正極反應式為。(2)溶液常用于腐蝕印刷電路銅板，發生反應:,若將此反應設計成原電池，則被腐蝕銅的質量為1.28g時，線路中轉移_摩爾電子。(3)將鋁片和銅片用連接，插入硝酸中，原電池，正極為（填入“銅”或“鋁”,下同）將其插件燒成原電池，將其作為答案。(4)鋰電池的體積小、性能好，是常用的一次電池。該電池反應原理如圖所示,其中電解質溶于混合有機溶劑中，通過電解質遷移入晶格中，生成。①外電路的電子方向是由(填字母，下同)極流向極。②電池正極反應式為。③可與KOH和在高溫下反應，生成，該反應的化學方程式為。17．依據事實，回答下列問題。（1）在25℃、101kPa時，1.0gC8H18(l，辛烷)燃燒生成CO2(g)和H2O(l)，放出48.40kJ的熱量，則C8H18(l)的燃燒熱為kJ/mol。（2）已知N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)；ΔH=+67.7kJ/mol，N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)；ΔH=534kJ/mol，根據蓋斯定律寫出肼(N2H4)與NO2完全反應生成氮氣和氣態水的熱化學方程式。（3）某反應過程中的能量變化如圖所示，則該反應是（填“放熱”或“吸熱”）反應，判斷依據是。（4）已知：2NH3(g)+3Cl2(g)=N2(g)+6HCl(g)

ΔH=–462kJ?mol1，則斷開1molH–N鍵與斷開1molH–Cl鍵所需能量相差約為kJ。18．分別按如圖甲、乙所示裝置進行實驗，圖中兩個燒杯里的溶液為同濃度的稀硫酸，乙中?為電流表。請回答下列問題：(1)以下敘述中，正確的是(填字母)。A．甲中鋅片是負極，乙中銅片是正極B．兩燒杯中銅片表面均有氣泡產生C．乙溶液中向銅片方向移動D．產生氣泡的速度甲中比乙中慢E．乙的外電路中電流方向Cu→Zn(2)乙中變化過程中能量轉化的主要形式：。(3)在乙實驗中，某同學發現不僅在銅片上有氣泡產生，而且在鋅片上也產生了氣體，分析原因可能是：。(4)在乙實驗中，如果把硫酸換成硫酸銅溶液，請寫出電極反應式及總反應離子方程式：正極：，負極：，總反應：。當電路中轉移0.5mol電子時，消耗負極材料的質量為：g19．圖為某化學興趣小組探究不同條件下化學能轉變為電能的裝置。請根據原電池原理回答問題：(1)若電極a為Zn、電極b為Cu、電解質溶液為稀硫酸，該裝置工作時，SO向極(填a或b)移動，正極的電極反應式為。(2)若電極a為Fe、電極b為Ag、電解質溶液為硝酸銀，該原電池工作時，原電池的負極材料為