2019-2020年高中化學 第二章 化學反應與能量學案 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中化學 第二章 化學反應與能量學案 新人教版必修2 【目標導學】 1．知道化學鍵的斷裂與形成是化學反應中能量變化的主要原因。 2．通過生產(chǎn)、生活中的實例了解化學能與熱能的相互轉化。 3．了解能量轉化在生產(chǎn)、生活中的應用。 [基礎梳理] 一、化學鍵與化學反應中能量變化的關系 1．化學反應中能量變化的原因 (1)原因 (2)實例 斷裂1 mol H—H鍵(H—H―→2H)吸收436 kJ能量，形成1 mol H—H鍵(2H―→H—H)釋放436 kJ能量； 斷裂4 mol C—H鍵(CH4―→C＋4H)吸收1 660 kJ能量，形成1 mol C—H鍵(C＋H―→C—H)釋放415 kJ能量。 (3)結論：化學鍵的斷裂與形成是物質在化學反應中發(fā)生能量變化的主要原因。 ①Q(mào)(吸)＞Q(放)：反應吸收能量。 ②Q(吸)＜Q(放)：反應釋放能量。 2．化學反應中能量變化的決定因素 結論：化學反應中的能量變化取決于反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小。 二、化學能與熱能的相互轉化 1．兩條基本的自然定律 (1)質量守恒定律：物質轉化時，總質量保持不變。 (2)能量守恒定律：能量轉化時，總能量保持不變。 2．化學能與熱能的相互轉化 (1)化學能轉化為熱能： ①鹽酸與鋁反應后，溶液溫度升高，說明該反應是放熱反應。 ②Ba(OH)28H2O與NH4Cl反應，燒杯變涼，玻璃片與燒杯間的水結成冰將它們粘在一起，說明該反應是吸熱反應。其化學方程式為Ba(OH)28H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。 ③中和熱： 酸與堿發(fā)生中和反應生成 1_mol_H2O時所釋放的熱量。 (2)熱能轉化為化學能： 人們利用熱能可以促使化學反應的發(fā)生，從而探索物質的組成、性質或制備所需的物質，如高溫冶煉金屬、分解化合物等。 三、生物體中的能量轉化 1．植物： 2．人：淀粉等能量物質在體內(nèi)的變化為：化學能―→熱能。 四、人類利用能源的三個階段 [牛刀小試] 1．判斷正誤 (1)只要有化學鍵的斷裂，一定發(fā)生化學反應。(　　) (2)斷裂化學鍵釋放出能量而生成新鍵則吸收能量。(　　) (3)當反應物的總能量大于生成物的總能量時，化學反應吸收能量。(　　) (4)化學反應的過程實際上是一個舊鍵斷裂的過程。(　　) (5)化學反應必然伴隨著能量變化。(　　) (6)化學反應中的能量變化全部是以熱量的形式變化的。(　　) 答案：(1)　(2)　(3)　(4)　(5)√　(6) 2．想一想，連一連。 答案：(1)—BE　(2)—ACD 3．下列說法中，正確的是(　　) A．物質發(fā)生化學反應時不一定伴隨著能量變化 B．伴隨能量變化的物質變化都是化學變化 C．在一個確定的化學反應中，反應物的總能量與生成物的總能量一定不同 D．在一個確定的化學反應中，反應物的總能量總是高于生成物的總能量 解析：選C　化學反應過程中一定伴隨著能量的變化，A項錯誤；有些變化過程中伴隨著能量變化，若該過程中沒有化學鍵的變化，故該過程是物理變化非化學變化，如水的三態(tài)之間的變化，B項錯誤；一個確定的化學反應中反應物的總能量大于或小于生成物的總能量，但二者一定不同，故C項正確，D項錯誤。 4．某化學反應中，設反應物的總能量為E1，生成物的總能量為E2。 (1)若E1＞E2，則該反應為________(填“放熱”或“吸熱”)反應。該反應可用圖________(填“A”或“B”)表示。 (2)若E1＜E2，則該反應為________(填“放熱”或“吸熱”)反應。該反應可用圖________(填“A”或“B”)表示。 解析：反應物總能量大于生成物總能量，為放熱反應，應用圖A表示；反應物總能量小于生成物總能量，為吸熱反應，用圖B表示。 答案：(1)放熱　A　(2)吸熱　B 　問題一　吸熱反應與放熱反應 [講重點] 1．對吸熱反應和放熱反應的理解 用E表示物質自身的能量，用Q表示熱量：Q(吸)表示反應物中斷裂舊化學鍵吸收的熱量，Q(放)表示生成物中形成新化學鍵放出的熱量。 吸熱反應 放熱反應 能量角度(宏觀) 圖示 變化 E(反應物)E(生成物) 化學鍵變化(微觀) Q(吸)>Q(放) Q(吸)E2，則為放熱反應；若E10則為吸熱反應。 (3)①常見的放熱反應：所有的燃燒反應、酸堿中和反應、金屬與酸的反應、絕大多數(shù)的化合反應。 ②常見的吸熱反應：Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應，以C、H2、CO為還原劑的氧化還原反應，大多數(shù)的分解反應。 [對應學生用書　課時達標訓練(四)] 一、選擇題 1．下列說法不正確的是(　　) A．利用太陽能等清潔能源代替化石燃料，有利于節(jié)約資源、保護環(huán)境 B．中和反應都是放熱反應 C．已知金剛石在一定條件下轉化成石墨是放熱的，所以金剛石比石墨穩(wěn)定 D．生石灰放入水中會顯著放熱 解析：選C　金剛石在一定條件下轉化成石墨是放熱的反應，說明金剛石能量大于石墨的能量，能量越低的物質越穩(wěn)定，即石墨比金剛石穩(wěn)定，C項不正確。 2．下列關于化學反應與能量的說法不正確的是(　　) A．化學反應一定遵循質量守恒定律和能量守恒定律 B．能量變化是化學反應的基本特征之一 C．化學變化中的能量變化主要是由化學鍵變化引起的 D．在一個確定的化學反應中， 反應物的總能量總是高于生成物的總能量 解析：選D　在一個確定的化學反應中，若反應物的總能量高于生成物的總能量，則化學反應放出能量；若反應物的總能量低于生成物的總能量，則化學反應吸收能量。 3.根據(jù)圖示提供的信息，下列所得結論不正確的是(　　) A．該反應為吸熱反應 B．該反應一定有能量轉化成了化學能 C．反應物比生成物穩(wěn)定 D．因為生成物的總能量高于反應物的總能量，所以該反應不需要加熱 解析：選D　由圖可知，生成物的總能量高于反應物的總能量，故一定有其他的能量轉化成了化學能，該反應應為吸熱反應，A、B正確；物質能量越低越穩(wěn)定，C正確；吸熱反應一般需要加熱才能發(fā)生，D錯誤。 4．[雙選]根據(jù)下面的信息，判斷下列敘述正確的是(　　) A．氫氣跟氧氣反應生成水的同時釋放能量 B．氫氣跟氧氣反應生成水的同時吸收能量 C．1 mol H2跟 mol O2反應生成1 mol H2O一定釋放能量245 kJ D．2 mol H2(g)跟1 mol O2(g)反應生成2 mol H2O(g)釋放能量490 kJ 解析：選A、D　ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝436 kJ＋249 kJ－930 kJ＝－245 kJ，因為ΔQ<0，所以該反應為放熱反應，故A項正確，B項錯誤；生成2 mol H2O(g)時應放熱2245 kJ＝490 kJ，故D項正確；C項中缺少物質的狀態(tài)，所以釋放的能量不一定是245 kJ。 5．氫氣在氯氣中燃燒時發(fā)出蒼白色火焰，在反應過程中，破壞1 mol氫氣中的化學鍵消耗的能量為a kJ，破壞1 mol氯氣中的化學鍵消耗的能量為b kJ，形成1 mol HCl中的化學鍵釋放的能量為c kJ。下列關系中正確的是(　　) A．a(chǎn)＋b>c　　　　　　　　　B．a(chǎn)＋b>2c C．a(chǎn)＋bB。 2．加快化學反應的進行 (1)原理：在原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，溶液中的粒子運動時相互間的干擾小，使化學反應加快。 (2)應用：實驗室中用Zn和稀H2SO4制取H2時，通常滴入幾滴CuSO4溶液，原因是Zn與置換出的Cu構成原電池，加快了反應的進行。 3．原電池的設計 以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑為例說明。 [舉典例] 例題2　鐵及鐵的化合物應用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。 (1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：____________________________。 (2)若將(1)中的反應設計成原電池，請在方框內(nèi)畫出原電池的裝置圖，標出正、負極，并寫出電極反應式。 正極反應：____________________________________________； 負極反應：_______________________________________________。 [解析]　首先分析Fe3＋與Cu反應中的氧化劑、還原劑，然后依據(jù)原電池原理，再設計成原電池。依據(jù)反應：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Cu失電子，應為原電池的負極，正極材料選用比銅不活潑的鉑絲，或導電的非金屬如石墨棒，電解質溶液選用FeCl3溶液。 [答案]　(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2)(裝置圖如圖所示) 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　Cu－2e－===Cu2＋ 畫原電池裝置圖時易出現(xiàn)的錯誤 (1)未用虛線畫出燒杯中所盛放的電解質溶液； (2)未用導線將兩電極連接起來； (3)未指明：①正、負極及其材料；②電解質溶液。 題組一　原電池原理 1．某小組為研究電化學原理，設計如圖裝置。下列敘述不正確的是(　　) A．a(chǎn) 和 b 不連接時，鐵片上會有金屬銅析出 B．a(chǎn) 和 b 用導線連接時，銅片上發(fā)生的反應為：Cu2＋＋2e－===Cu C．無論a和b是否連接，鐵片均會溶解 D．a(chǎn)和b用導線連接后，F(xiàn)e片上發(fā)生還原反應，溶液中的Cu2＋向銅電極移動 解析：選D　鐵的活潑性強于銅，故鐵能置換出銅且附著在鐵棒上，A項正確；a和b用導線連接后，構成原電池，其中Fe作負極，發(fā)生氧化反應。銅作正極，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，B項正確、D項錯誤；無論a和b是否連接，鐵都被氧化生成Fe2＋，C項正確。 2.如圖為某興趣小組制作的番茄電池，下列說法正確的是(　　) A．電子由鋅通過導線流向銅 B．該裝置將電能轉化為化學能 C．鋅電極發(fā)生還原反應 D．銅電極上無氣泡產(chǎn)生 解析：選A　因為番茄汁呈酸性，(即含有H＋)，可組成原電池。依據(jù)原電池的基本知識，其中Zn作負極，發(fā)生氧化反應；Cu作正極，發(fā)生還原反應。電子由負極(Zn)通過導線流向正極(Cu)。H＋在正極得電子，2H＋＋2e－===H2↑，銅電極有氣泡產(chǎn)生。 3．給你提供純鋅、純銅片和500 mL 0.2 molL－1的H2SO4溶液、導線、1 000 mL量筒。試用如圖裝置來測定鋅和稀硫酸反應時在某段時間內(nèi)通過導線的電子的物質的量。 (1)如圖所示，裝置氣密性良好，且在1 000 mL量筒中已充滿了水，則開始實驗時，首先要________________________________________________________________________。 (2)a電極材料為________，其電極反應式為____________________________； b電極材料為________，其電極反應式為_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)當量筒中收集到672 mL氣體時(已折算到標準狀況下)，通過導線的電子的物質的量為________。 解析：導線中電子的物質的量的測定可以通過測定反應產(chǎn)生H2的體積(物質的量)來實現(xiàn)。導線中有電子的流動必然形成原電池。因此只有用導線將a、b相連形成閉合回路才能實現(xiàn)。產(chǎn)生H2的電極應為b極，故b為純銅片，做原電池正極，a極為負極。其電極反應式分別為a極：Zn－2e－===Zn2＋；b極：2H＋＋2e－===H2↑，則轉移電子為2＝0.06 mol。 答案：(1)用導線把a、b兩電極連接起來 (2)純鋅片　Zn－2e－===Zn2＋　純銅片 2H＋＋2e－===H2↑　(3)0.06 mol 題組二　原電池正、負極判斷 4．已知空氣鋅電池的電極反應式為 鋅片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O， 碳棒：O2＋H2O＋2e－===2OH－。 據(jù)此判斷，鋅片為(　　) A．正極，被還原 B．正極，被氧化 C．負極，被還原 D．負極，被氧化 解析：選D　由電極反應式可知：Zn失去電子，化合價升高，被氧化為原電池的負極。 5. 如圖所示裝置，電流計指針發(fā)生偏轉，同時A極逐漸變粗，B極逐漸變細，C為電解質溶液，則A、B、C應是下列各組中的(　　) A．A是Zn，B是Cu，C為稀硫酸 B．A是Cu，B是Zn，C為稀硫酸 C．A是Fe，B是Ag，C為稀AgNO3 D．A是Ag，B是Fe，C為稀AgNO3 解析：選D　A極逐漸變粗，說明A極為原電池的正極，溶液中的金屬陽離子得到電子后在A極上析出；B極變細，說明B極為原電池的負極，失去電子后變成離子進入溶液中。A和B兩項中的反應為Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，則A選項中A極變細；B選項中A極不變。C和D兩項中的反應為Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C選項中A極變細，D選項中A極變粗。 6．(1)由銅、鋅和稀鹽酸組成的原電池中，銅是________極，發(fā)生________反應，電極反應式是__________________；鋅是________極，發(fā)生______________反應，電極反應式是____________________。 (2)航天技術中使用的氫氧燃料電池具有高能、輕便和不污染環(huán)境等優(yōu)點。氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種，它們放電時的電池反應總式都表示為2H2＋O2===2H2O。酸式氫氧燃料電池的電解質溶液是酸，其負極反應可表示為2H2－4e－===4H＋，則其正極反應可表示為________________________________________________________________________。 答案：(1)正　還原　2H＋＋2e－===H2↑ 負　氧化　Zn－2e－===Zn2＋ (2)O2＋4e－＋4H＋===2H2O 題組三　原電池原理的應用 7．有a、b、c、d四個金屬電極，有關的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下： 實驗裝置 部分實驗現(xiàn)象 a極質量減小，b極質量增大 b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化 d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生 電流從a極流向d極 由此可判斷這四種金屬的活動性順序是(　　) A．a(chǎn)>b>c>d　　　　　　　B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a(chǎn)>b>d>c 解析：選C　裝置一是原電池，a極質量減小，說明a極金屬失電子形成離子，故a極金屬比b極金屬活潑；裝置二沒有形成原電池，可知b比c活潑，且c位于金屬活動性順序表中氫的后面；裝置三形成原電池，易知d比c活潑；裝置四中，電流從a極流向d極，則電子是從d極流向a極，知d比a活潑。因此四種金屬的活動性順序為d>a>b>c。 8．某原電池的總反應的離子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，則該反應的原電池組成正確的是(　　) 選項 A B C D 正極 Zn Cu Ag Cu 負極 Cu Zn Cu Fe 電解質溶液 CuCl2 CuSO4 H2SO4 ZnCl2 解析：選B　根據(jù)原電池中發(fā)生的化學反應，負極反應為：Zn－2e－===Zn2＋，正極反應為：Cu2＋＋2e－===Cu。故選項B符合題意。 9．100 mL 2 molL－1的鹽酸與過量的鋅反應，為加快反應速率，又不影響產(chǎn)生氫氣的總量，可采用的方法是(　　) A．加入適量的6 molL－1的鹽酸 B．加入數(shù)滴氯化銅溶液 C．加入適量的蒸餾水 D．加入適量的氯化鈉溶液 解析：選B　A項能加快反應速率，但增加了氫氣的總量；C、D兩項不影響H2的量，但稀釋了鹽酸，降低了反應速率；B項發(fā)生反應Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，形成CuZn原電池，加快了反應速率，因鋅過量，故不影響產(chǎn)生H2的總量。 (1)原電池工作原理口訣： 原電池分為兩極；負極氧化正還原； 電子由負流向正；離子陽正陰向負。 (2)原電池反應的本質是氧化還原反應，在該過程中得失電子守恒。 (3)原電池正、負極的判斷： 首先準確判斷元素化合價的變化，然后根據(jù)原電池工作原理判斷。 化合價升高―→失去電子―→發(fā)生氧化反應―→負極； 化合價降低―→得到電子―→發(fā)生還原反應―→正極。 知識點二　發(fā)展中的化學電源 [基礎梳理] 一、干電池——一次電池 1．特點：屬于一次性電池，放電后不能充電。 2．實例 (1)鋅錳電池： (2)堿性鋅錳電池： 將鋅錳干電池中的電解質NH4Cl換成濕的 KOH，并在構造上作了改進。 二、充電電池——二次電池 1．特點：在放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態(tài)。 2．實例 電池類型 負極 正極 電解質 鉛蓄電池 Pb PbO2 H2SO4 鎳鎘電池 Cd NiO(OH) KOH 鋰離子電池 Li 三、燃料電池 1．原理 利用原電池的工作原理將燃料和氧化劑反應所放出的化學能直接轉化為電能。 2．與其他電池的區(qū)別 反應物由外設裝備提供，如燃料和氧化劑等。 3．實例——氫氧燃料電池 負極：氫氣；正極：氧氣，電解質是氫氧化鉀或硫酸。 [牛刀小試] 1．判斷正誤 (1)手機上用的鋰離子電池屬于二次電池。(　　) (2)鋅錳干電池中，鋅電極是正極。(　　) (3)甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為負極，發(fā)生還原反應。(　　) (4)廢舊電池需回收集中處理的原因是為了利用電池外殼的金屬材料。(　　) (5)氫氧燃料電池工作時，發(fā)出淡藍色火焰。(　　) 答案：(1)√　(2)　(3)　(4)　(5) 2．鋅錳干電池在放電時的總反應方程式可表示為：Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。在此電池放電時，正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質是(　　) A．Zn　　　　　　　　　　B．碳 C．MnO2和NH D．Zn2＋和NH3 解析：選C　原電池的正極是電子流入的一極，氧化劑在此處得電子被還原。總反應中MnO2中Mn的化合價降低，說明MnO2被還原，為氧化劑，故正確答案為C項。 3．[雙選]汽車的啟動電源常用鉛蓄電池。放電時其電池反應為PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根據(jù)此反應判斷，下列敘述中正確的是(　　) A．Pb是負極 B．PbO2得電子，被氧化 C．電池充電時，原來的負極發(fā)生還原反應 D．電池放電時，溶液酸性增強 解析：選A、C　根據(jù)電極反應式，Pb電極失電子，是原電池的負極，充電時Pb2＋又轉化為Pb，發(fā)生還原反應，故A、C兩項正確；PbO2轉化為PbSO4，得電子被還原，B項錯誤；放電時，H2SO4的濃度減小，溶液的酸性減弱，D項錯誤。 4．燃料電池是一種新型電池，它主要是利用燃料燃燒原理把化學能直接轉化為電能，氫氧燃料電池的基本反應是： X極：O2(g)＋H2O(l)＋2e－===2OH－ Y極：H2(g)＋2OH－－2e－===2H2O(l) 下列說法正確的是(　　) A．X是負極 B．Y是正極 C．Y極上發(fā)生還原反應 D．Y極上發(fā)生氧化反應 解析：選D　由電極反應式可知：X極上發(fā)生得到電子的還原反應，是原電池的正極，Y極上發(fā)生失去電子的氧化反應，是原電池的負極。 原電池電極反應式的書寫 [講重點] 1．書