1、第2章化学键化学反应规律第2节化学反应与能量转化第1课时 化学反应中能量变化的本质及转化形式 一、实验探究化学变化中的能量变化一、实验探究化学变化中的能量变化1.1.【活动探究活动探究】实验操作实验操作实验现象实验现象有关化学方程式或结有关化学方程式或结论论 镁粉逐渐镁粉逐渐_,_,生成生成_,_,反应反应后溶液温度后溶液温度_;_;反应是反应是_反应反应溶解溶解气泡气泡升高升高Mg+2HCl=Mg+2HCl=MgClMgCl2 2+H+H2 2放热放热实验操作实验操作实验现象实验现象有关化学方程式或有关化学方程式或结论结论 反应生成反应生成_,_,反应后溶液温度反应后溶液温度_反应是反应是_
2、反应反应气泡气泡降低降低吸热吸热2.2.结论结论: :每一个化学反应都伴随着能量的变化每一个化学反应都伴随着能量的变化, ,有的反应有的反应_能量能量( (放热反应放热反应),),有的反应有的反应_能量能量( (吸热反应吸热反应) )。释放释放吸收吸收【情境情境思考思考】古诗石灰吟古诗石灰吟: :千锤万凿出深山千锤万凿出深山, ,烈火焚烧若等闲。烈火焚烧若等闲。粉骨碎身浑不怕粉骨碎身浑不怕, ,要留清白在人间。要留清白在人间。是一首托物言志诗。作者以石灰作比喻是一首托物言志诗。作者以石灰作比喻, ,表达自己为国表达自己为国尽忠尽忠, ,不怕牺牲的意愿和坚守高洁的决心。通过古诗的不怕牺牲的意愿和
3、坚守高洁的决心。通过古诗的描述描述, ,制取石灰的反应是放热反应还是吸热反应制取石灰的反应是放热反应还是吸热反应? ?石灰石灰遇水的反应呢遇水的反应呢? ?提示提示: :碳酸钙变为氧化钙的反应为吸热反应碳酸钙变为氧化钙的反应为吸热反应, ,氧化钙变氧化钙变为氢氧化钙的反应为放热反应。为氢氧化钙的反应为放热反应。二、化学反应中能量变化的实质和原因分析二、化学反应中能量变化的实质和原因分析1.1.化学反应的实质化学反应的实质2.2.化学反应中能量变化的原因化学反应中能量变化的原因(1)(1)能量变化的原因能量变化的原因: :旧化学键破坏时要旧化学键破坏时要_能量能量(E(E1 1),),新化学键形
4、成时要新化学键形成时要_能量能量(E(E2 2) )。吸收吸收释放释放(2)(2)反应吸收能量和放出能量的原因反应吸收能量和放出能量的原因: :从化学键角度分析从化学键角度分析: :若若E E1 1EE2 2, ,则反应则反应_能量能量; ;若若E E1 1EE2 2, ,则反应则反应_能量。能量。从物质能量角度分析从物质能量角度分析: :若若 , ,则反则反应应_能量能量; ;若若 , ,则反应则反应_能量。能量。吸收吸收释放释放EE反应物总能量生成物总能量放出放出EEE2 2: :反应吸收能量反应吸收能量( (吸热反应吸热反应) )。E E1 1EQQ吸吸, ,所以反应放热。放出的热量为所
5、以反应放热。放出的热量为Q=QQ=Q放放-Q-Q吸吸=3 456 kJ-2 656 kJ=800 kJ=3 456 kJ-2 656 kJ=800 kJ。【母题追问母题追问】(1)(1)因为甲烷生成二氧化碳的反应是放热因为甲烷生成二氧化碳的反应是放热反应反应, ,能不能说甲烷具有的能量大于二氧化碳能不能说甲烷具有的能量大于二氧化碳? ?提示提示: :不可以。放热反应是指反应物总能量大于生成物不可以。放热反应是指反应物总能量大于生成物总能量。总能量。(2)(2)当反应生成液态水时当反应生成液态水时, ,反应放出的热量是变多还是反应放出的热量是变多还是变少变少? ?提示提示: :变多。气态水变为液
6、态水时放热。变多。气态水变为液态水时放热。【误区警示误区警示】(1)(1)断裂化学键需要吸收的能量越多断裂化学键需要吸收的能量越多, ,物物质内部的能量越低质内部的能量越低, ,物质越稳定物质越稳定, ,即能量越低越稳定。即能量越低越稳定。(2)(2)通过化学键的断裂、形成来计算化学反应中能量变通过化学键的断裂、形成来计算化学反应中能量变化时化时, ,要注意物质内部化学键的数量。要注意物质内部化学键的数量。【迁移迁移应用应用】1.(20191.(2019威海高一检测威海高一检测) )已知已知1 g1 g氢气完全燃烧生成水氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量蒸气时放出能量121 kJ,121 kJ,
7、且氧气中且氧气中1 mol O1 mol OO O键完全断键完全断裂时需要吸收能量裂时需要吸收能量496 kJ,496 kJ,水蒸气中水蒸气中1 mol HO1 mol HO键形成键形成时放出能量时放出能量463 kJ,463 kJ,则氢气中则氢气中1 mol HH1 mol HH键断裂时吸收键断裂时吸收的能量为的能量为( () )世纪金榜导学号世纪金榜导学号A.920 kJA.920 kJB.557 kJB.557 kJC.436 kJC.436 kJD.188 kJD.188 kJ【解析解析】选选C C。由。由1 g H1 g H2 2完全燃烧生成水蒸气时放出能完全燃烧生成水蒸气时放出能量
8、量121 kJ121 kJ可知可知:2 g H:2 g H2 2( (即含即含1 mol HH1 mol HH键键) )完全燃烧生完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为成水蒸气时放出的能量为121 kJ121 kJ2=242 kJ2=242 kJ。由化学。由化学方程式方程式:H:H2 2(g)+ O(g)+ O2 2(g) H(g) H2 2O(g),O(g),可设可设1 mol HH1 mol HH键键断裂吸收的能量为断裂吸收的能量为Q,Q,则则:Q+ :Q+ 496 kJ-2496 kJ-2463 kJ=463 kJ=-242 kJ,Q=436 kJ-242 kJ,Q=436 kJ。12122.
9、2.下列关于反应能量的说法中正确的是下列关于反应能量的说法中正确的是( () )A.A.化学反应中的能量变化化学反应中的能量变化, ,都表现为热量的变化都表现为热量的变化B.B.化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因原因C.C.已知反应已知反应:Zn(s)+CuSO:Zn(s)+CuSO4 4(aq)=ZnSO(aq)=ZnSO4 4(aq)+Cu(s)(aq)+Cu(s)为为放热反应放热反应, ,则反应物总能量则反应物总能量 EE2 2,D,D项错误。项错误。【补偿训练补偿训练】(2019(2019南京高一检测南京高一检测) )化学反应的
10、发生必然伴随有能化学反应的发生必然伴随有能量的转化量的转化, ,其最根本的原因是其最根本的原因是 ( () )A.A.化学反应中一定有新物质生成化学反应中一定有新物质生成B.B.化学反应中旧的化学键断裂需要吸收能量化学反应中旧的化学键断裂需要吸收能量, ,新的化学新的化学键生成需要放出能量键生成需要放出能量C.C.化学反应通常需要加热等条件才能发生化学反应通常需要加热等条件才能发生D.D.能量变化是化学反应的基本特征之一能量变化是化学反应的基本特征之一【解析解析】选选B B。化学反应是吸热还是放热。化学反应是吸热还是放热, ,取决于反应取决于反应过程中旧化学键断裂吸收的总能量与新化学键形成放过
11、程中旧化学键断裂吸收的总能量与新化学键形成放出的总能量的相对多少出的总能量的相对多少, ,或生成物具有的总能量与反应或生成物具有的总能量与反应物具有的总能量的相对大小。任何化学反应物具有的总能量的相对大小。任何化学反应, ,反应物中反应物中化学键与生成物中化学键均不可能相同化学键与生成物中化学键均不可能相同, ,或者说反应物或者说反应物与生成物不可能相同与生成物不可能相同, ,故旧键断裂吸收的能量与新键形故旧键断裂吸收的能量与新键形成放出的能量不可能相等成放出的能量不可能相等, ,反应物具有的能量与生成物反应物具有的能量与生成物具有的能量不可能相等。具有的能量不可能相等。【素养提升素养提升】合
12、成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂条件下直接合合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂条件下直接合成的氨成的氨, ,为一种基本无机化工流程。合成氨工业在为一种基本无机化工流程。合成氨工业在2020世世纪初期形成纪初期形成, ,开始用氨作火炸药工业的原料开始用氨作火炸药工业的原料, ,为战争服为战争服务务, ,第一次世界大战结束后第一次世界大战结束后, ,转向为农业、工业服务。转向为农业、工业服务。随着科学技术的发展随着科学技术的发展, ,对氨的需求量日益增长。德国化对氨的需求量日益增长。德国化学家哈伯从学家哈伯从19021902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨年开始研究由氮气和氢气直接合成氨, ,于于
13、19081908年申请专利年申请专利, ,即即“循环法循环法”。氨的合成反应为氨的合成反应为N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3,1 mol N,1 mol N2 2完全完全反应时放出的能量为反应时放出的能量为92.4 kJ92.4 kJ。若断开。若断开1 mol HH1 mol HH键吸键吸收的能量为收的能量为436 kJ,436 kJ,形成形成1 mol HN1 mol HN键放出的能量为键放出的能量为391 kJ,391 kJ,请判断断开请判断断开1 mol NN1 mol NN键需吸收的能量是多少键需吸收的能量是多少? ?提示提示: :945.6 kJ945.6 kJ。
14、设断开。设断开1 mol NN1 mol NN键需吸收的能量为键需吸收的能量为x,x,根据反应放出的能量根据反应放出的能量= =形成新键放出的能量形成新键放出的能量- -断开旧断开旧键吸收的能量键吸收的能量, ,代入数据代入数据:92.4 kJ=6:92.4 kJ=6391 kJ-3391 kJ-3436 kJ-x,x=945.6 kJ436 kJ-x,x=945.6 kJ。知识点二放热反应和吸热反应的比较知识点二放热反应和吸热反应的比较【重点释疑重点释疑】放热反应和吸热反应的比较放热反应和吸热反应的比较类型类型比较比较放热反应放热反应吸热反应吸热反应定义定义释放热量的化学反释放热量的化学反应
15、应吸收热量的化学反吸收热量的化学反应应类型比较类型比较放热反应放热反应吸热反应吸热反应形成形成原因原因反应物具有的总能反应物具有的总能量大于生成物具有量大于生成物具有的总能量的总能量反应物具有的总能反应物具有的总能量小于生成物具有量小于生成物具有的总能量的总能量图示图示 类型比较类型比较放热反应放热反应吸热反应吸热反应常见常见类型类型(1)(1)大多数化合反应大多数化合反应; ;(2)(2)酸碱中和反应酸碱中和反应; ;(3)(3)燃烧反应燃烧反应, ,如木炭、如木炭、CHCH4 4、H H2 2、COCO等在空气中的燃烧等在空气中的燃烧, ,H H2 2在在ClCl2 2中的燃烧等中的燃烧等
16、; ;(4)(4)金属与酸的反应金属与酸的反应; ;(5)(5)铝热反应铝热反应; ;(6)(6)活泼金属氧化物与水反应活泼金属氧化物与水反应(1)(1)大多数分解反大多数分解反应应, ,如如CaCOCaCO3 3 CaO+COCaO+CO2 2等等; ;(2)Ba(OH)(2)Ba(OH)2 28H8H2 2O O与与NHNH4 4ClCl固体反应固体反应; ;(3)C(3)C与水蒸气反与水蒸气反应、应、C C与与COCO2 2反应等反应等【易错提醒易错提醒】化学反应中能量变化的化学反应中能量变化的“不一定不一定”(1)(1)需加热才能发生的反应不一定是吸热反应需加热才能发生的反应不一定是吸
17、热反应, ,如碳和如碳和氧气的反应。氧气的反应。(2)(2)放热反应常温下不一定容易发生放热反应常温下不一定容易发生, ,如铝热反应。如铝热反应。(3)(3)吸热反应也不一定需要加热吸热反应也不一定需要加热, ,如如Ba(OH)Ba(OH)2 28H8H2 2O O晶体晶体和和NHNH4 4ClCl晶体的反应。晶体的反应。(4)(4)放热放热( (或吸热或吸热) )过程不一定是放热过程不一定是放热( (或吸热或吸热) )反应反应, ,如如冰融化是吸热过程而不是吸热反应。冰融化是吸热过程而不是吸热反应。【思考思考讨论讨论】如图是一个一次性加热杯的示意图。当水袋破裂时如图是一个一次性加热杯的示意图
18、。当水袋破裂时, ,水与固体碎块混合水与固体碎块混合, ,杯内食物温度逐渐上升。制造此加杯内食物温度逐渐上升。制造此加热杯可选用的固体碎块是什么热杯可选用的固体碎块是什么? ?提示提示: :遇到水放热的物质一般用生石灰。遇到水放热的物质一般用生石灰。【案例示范案例示范】 【典例】【典例】结合已知信息判断下列反应是吸热反应还是结合已知信息判断下列反应是吸热反应还是放热反应放热反应: :(1)(1)通过反应物、产物能量的变化判断下列反应是吸热通过反应物、产物能量的变化判断下列反应是吸热反应还是放热反应反应还是放热反应: :(2)(2)通过计算判断反应通过计算判断反应H H2 2+Cl+Cl2 2
19、2HCl 2HCl是放热反应还是是放热反应还是吸热反应。吸热反应。(3)(3)如图通过实验现象判断反应是吸热反应还是放热反如图通过实验现象判断反应是吸热反应还是放热反应。现象应。现象: : 反应后发现沾有水的玻璃片和烧杯冻在一反应后发现沾有水的玻璃片和烧杯冻在一起。起。(4)(4)根据常见的放热反应和吸热反应判断下列反应哪些根据常见的放热反应和吸热反应判断下列反应哪些属于放热反应属于放热反应: :AlAl与与FeFe2 2O O3 3的反应的反应MgMg与与CHCH3 3COOHCOOH溶溶液的反应燃烧反应中和反应复分解反应液的反应燃烧反应中和反应复分解反应【解析解析】(1)(1)反应反应A
20、A中反应物能量小于生成物能量中反应物能量小于生成物能量, ,是吸是吸热反应热反应, ,反应反应B B中反应物能量大于生成物能量是放热反中反应物能量大于生成物能量是放热反应。应。(2)(2)断裂旧化学键吸收的总能量应该是断裂断裂旧化学键吸收的总能量应该是断裂1 mol HH1 mol HH键与键与1 mol ClCl1 mol ClCl键所吸收的能量之和键所吸收的能量之和, ,即即436 kJ+436 kJ+243 kJ=679 kJ243 kJ=679 kJ。形成新化学键放出的总能量应该是。形成新化学键放出的总能量应该是形成形成2 mol HCl2 mol HCl键所放出的能量键所放出的能量,
21、 ,即即2 2431 kJ=431 kJ=862 kJ862 kJ。放出的能量大于吸收的能量。放出的能量大于吸收的能量, ,所以反应是放热所以反应是放热反应。反应。(3)(3)反应后水结冰反应后水结冰, ,说明反应吸热说明反应吸热, ,是吸热反应。是吸热反应。(4)(4)常见的放热反应有常见的放热反应有: :燃烧反应、酸碱中和反应、铝燃烧反应、酸碱中和反应、铝热反应、活泼金属与酸或热反应、活泼金属与酸或H H2 2O O的反应的反应答案答案: :(1)A(1)A吸热反应、吸热反应、B B放热反应放热反应(2)(2)放热反应放热反应(3)(3)吸热反应吸热反应(4)(4)【迁移迁移应用应用】(2
22、018(2018天津合格考天津合格考) )下列反应过程中的能量变化符下列反应过程中的能量变化符合如图所示的是合如图所示的是 ( () )A.CHA.CH4 4的燃烧的燃烧B.CaCOB.CaCO3 3的分解的分解C.MgC.Mg和稀硫酸的反应和稀硫酸的反应D.D.酸和碱的中和反应酸和碱的中和反应【解析解析】选选B B。由图可知。由图可知, ,反应物能量小于生成物能量反应物能量小于生成物能量, ,是吸热反应是吸热反应, ,碳酸钙分解是吸热反应。碳酸钙分解是吸热反应。【补偿训练补偿训练】1.1.下列反应符合图示的是下列反应符合图示的是( () )A.A.铝片与盐酸的反应铝片与盐酸的反应B.Ba(O
23、H)B.Ba(OH)2 28H8H2 2O O与与NHNH4 4ClCl晶体的反应晶体的反应C.C.酸碱中和反应酸碱中和反应D.D.甲烷在氧气中的燃烧反应甲烷在氧气中的燃烧反应【解析解析】选选B B。据图可知。据图可知, ,该反应属于吸热反应。给出该反应属于吸热反应。给出的四个反应中的四个反应中, ,活泼金属与酸反应、中和反应及燃烧反活泼金属与酸反应、中和反应及燃烧反应均是放热反应应均是放热反应,Ba(OH),Ba(OH)2 28H8H2 2O O与与NHNH4 4ClCl晶体的反应是晶体的反应是吸热反应。吸热反应。2.2.下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.化学反应都伴随着能
24、量的变化化学反应都伴随着能量的变化, ,通常表现为热量的变通常表现为热量的变化化B.B.需要加热的反应一定是吸收热量的反应需要加热的反应一定是吸收热量的反应C.C.电解水生成氢气和氧气的反应是吸热反应电解水生成氢气和氧气的反应是吸热反应, ,又是分解又是分解反应反应, ,所以分解反应一定是吸收热量的反应所以分解反应一定是吸收热量的反应D.D.放出热量的反应常温下易发生放出热量的反应常温下易发生【解析解析】选选A A。化学反应中的能量变化通常表现为热量。化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化的变化, ,也可表现为光能或电能的变化也可表现为光能或电能的变化,A,A项正确项正确; ;反应是反应是吸
25、收还是放出热量吸收还是放出热量, ,决定于反应物断键吸收的能量与形决定于反应物断键吸收的能量与形成生成物中的新键释放的能量的相对大小成生成物中的新键释放的能量的相对大小, ,与反应时是与反应时是否加热或反应类型等无必然联系否加热或反应类型等无必然联系,B,B、C C两项不正确两项不正确; ;一个一个化学反应是否易发生与许多因素有关化学反应是否易发生与许多因素有关, ,放出热量的反应放出热量的反应在常温下也不一定易发生在常温下也不一定易发生, ,如燃烧反应等如燃烧反应等,D,D项不正确。项不正确。【规律方法规律方法】放热反应和吸热反应的判断方法放热反应和吸热反应的判断方法(1)(1)根据反应物和
26、生成物的总能量大小判断。根据反应物和生成物的总能量大小判断。(2)(2)根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断。根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断。(3)(3)根据经验规律判断根据经验规律判断用常见吸热和放热的反应类用常见吸热和放热的反应类型来判断。型来判断。(4)(4)根据生成物和反应物的相对稳定性判断根据生成物和反应物的相对稳定性判断由稳定由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应, ,反之为放反之为放热反应热反应。 【课堂回眸课堂回眸】第2章化学键化学反应规律第2节化学反应与能量转化第2课时 化学反应能量转化的重要应用化学电池 一、原电
27、池的构造及原理一、原电池的构造及原理1.1.原电池原理原电池原理(1)(1)原电池原电池: :一种利用一种利用_将将_的装置。的装置。氧化还原反应氧化还原反应化学能直接转化化学能直接转化成电能成电能(2)(2)原电池原理原电池原理氢氧燃料电池氢氧燃料电池原电池原理原电池原理( (以氢氧燃料电池为例以氢氧燃料电池为例) )实验装置实验装置 原电池原电池原理原理还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域发生发生_反应和反应和_反应反应, ,并通过能导并通过能导电的物质形成电的物质形成_产生产生_两极两极反应反应负极负极氢气氢气_,_,发生发生_反应反应正极正极氧气氧气_,
28、_,发生发生_反应反应电子转移电子转移电子由电子由_极通过导极通过导线流向线流向_极极, ,形成电流形成电流氧化氧化还原还原闭合回路闭合回路电流电流失电子失电子氧化氧化得电子得电子还原还原负负正正2.2.原电池的构造原电池的构造【做一做做一做】如图为由锌、石墨棒和硫酸铜溶液组成的原电池如图为由锌、石墨棒和硫酸铜溶液组成的原电池(1)(1)负极反应物是负极反应物是_,_,_电子发生电子发生_反应反应; ;(2)(2)正极反应物是正极反应物是_,_,_电子发生电子发生_反应反应; ;(3)(3)工作时以上原电池中工作时以上原电池中_能转化为能转化为_能。能。ZnZn氧化氧化CuCu2+2+还原还原
29、化学化学电电失失得得二、原电池的设计二、原电池的设计1.1.基本思路基本思路2.2.具体流程具体流程3.3.实例实例(1)(1)原电池设计原电池设计依据依据Zn+2HZn+2H+ +=Zn=Zn2+2+H+H2 2实验现象实验现象确定确定负极负极选择负极反应物选择负极反应物:_:_锌片锌片_;_;正正极材料极材料_。选择负极材料选择负极材料:_:_确定确定正极正极选择正极反应物选择正极反应物:_:_选择正极材料选择正极材料:_:_构成闭构成闭合回路合回路选择离子导体选择离子导体: :_选择电子导体选择电子导体:_:_锌片锌片锌片锌片氢离子氢离子石墨或铜片石墨或铜片稀硫酸或稀盐酸稀硫酸或稀盐酸导
30、线导线逐渐逐渐溶解溶解表表面有气面有气泡生成泡生成(2)(2)装置装置装置装置 电极反应电极反应负极反应负极反应:_,_:_,_反应反应; ;正极反应正极反应:2H:2H+ +2e+2e- -=H=H2 2,还原反应。还原反应。Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+氧化氧化【巧判断巧判断】(1)(1)原电池中电子由负极通过导线到正极原电池中电子由负极通过导线到正极, ,然后由正极然后由正极经溶液再到负极经溶液再到负极, ,形成闭合回路。形成闭合回路。( () )提示提示: :。导电时溶液中没有电子的移动。导电时溶液中没有电子的移动, ,只有阴阳离只有阴阳离子的定向移动。子的定向移动。(
31、2)(2)原电池中两电极如果都是金属原电池中两电极如果都是金属, ,一般活泼的金属作一般活泼的金属作负极。负极。 ( () )提示提示: :。活泼的金属容易失电子。活泼的金属容易失电子, ,原电池中失电子的原电池中失电子的一极为负极。一极为负极。(3)(3)铜、锌、稀硫酸组成的原电池中铜、锌、稀硫酸组成的原电池中, ,如果把稀硫酸换如果把稀硫酸换成乙醇溶液成乙醇溶液, ,也能形成原电池。也能形成原电池。( () )提示提示: :。原电池中的溶液需要为电解质溶液。原电池中的溶液需要为电解质溶液, ,乙醇是乙醇是非电解质。非电解质。三、原电池的分类三、原电池的分类【微思考微思考】燃料电池中燃料是负
32、极反应物还是正极反应物燃料电池中燃料是负极反应物还是正极反应物? ?提示提示: :负极。在燃料电池中燃料燃烧失电子作负极反应负极。在燃料电池中燃料燃烧失电子作负极反应物。氧气得电子作正极反应物。物。氧气得电子作正极反应物。【情境情境思考思考】现在的电动车上绝大多数装的是铅酸蓄电池现在的电动车上绝大多数装的是铅酸蓄电池, ,因为铅酸因为铅酸蓄电池成本低蓄电池成本低, ,性价比高。性价比高。18601860年年, ,法国的普朗泰发明法国的普朗泰发明出用铅作电极的电池。这种电池的独特之处是出用铅作电极的电池。这种电池的独特之处是, ,当电池当电池使用一段时间后电压下降时使用一段时间后电压下降时, ,
33、可以给它通以反向电流可以给它通以反向电流, ,使电池电压回升。因为这种电池能充电使电池电压回升。因为这种电池能充电, ,可以反复使用可以反复使用, ,所以称它为所以称它为“铅酸蓄电池铅酸蓄电池”。蓄电池是一种可充电的电池蓄电池是一种可充电的电池, ,广泛应用于电动车、汽车广泛应用于电动车、汽车等行业。蓄电池放电时和充电时能量转化是否一样等行业。蓄电池放电时和充电时能量转化是否一样? ?提示提示: :不一样。放电时是化学能转化为电能不一样。放电时是化学能转化为电能, ,充电时是充电时是电能转化为化学能。电能转化为化学能。知识点一原电池的原理及电极判断知识点一原电池的原理及电极判断【重点释疑重点释
34、疑】1.1.原理原理( (以铜锌原电池为例以铜锌原电池为例) )2.2.正负极的判断正负极的判断【易错提醒易错提醒】判断正负极时应注意的几个问题判断正负极时应注意的几个问题(1)(1)活泼性强的不一定是负极活泼性强的不一定是负极, ,如镁和铝放入氢氧化钠如镁和铝放入氢氧化钠溶液中形成原电池溶液中形成原电池, ,铝是负极铝是负极; ;铜和铝放入浓硝酸中形铜和铝放入浓硝酸中形成原电池成原电池, ,由于铝的钝化由于铝的钝化, ,铜是负极。铜是负极。(2)(2)燃料电池中电极不参与反应燃料电池中电极不参与反应, ,通入燃料的一极为负通入燃料的一极为负极极, ,通入助燃剂通入助燃剂( (一般为氧气一般为
35、氧气) )的一极为正极。的一极为正极。(3)(3)如果给了电池反应如果给了电池反应, ,正负极还可以根据化合价的改正负极还可以根据化合价的改变来判断变来判断, ,化合价升高的物质失电子化合价升高的物质失电子, ,为负极为负极; ;化合价降化合价降低的物质得电子低的物质得电子, ,为正极。为正极。【思考思考讨论讨论】(1)(1)原电池原理中的原电池原理中的“闭合回路闭合回路”, ,其含义是什么其含义是什么? ?提示提示: :原电池在工作时原电池在工作时, ,带电粒子是按照一定的规律带电粒子是按照一定的规律, ,沿沿一定方向运动的一定方向运动的, ,应当从两方面掌握应当从两方面掌握: :一是溶液中
36、的阴一是溶液中的阴离子向负极方向运动离子向负极方向运动, ,而阳离子向正极方向运动而阳离子向正极方向运动; ;二是二是导线上电子从负极流向正极导线上电子从负极流向正极( (电流从正极流向负极电流从正极流向负极) )。整个回路上带同种电荷的粒子沿一个方向不停地运动整个回路上带同种电荷的粒子沿一个方向不停地运动。(2)(2)电池的负极只能是金属材料吗电池的负极只能是金属材料吗? ?提示提示: :不是。燃料电池的负极就不是金属如氢氧燃料电不是。燃料电池的负极就不是金属如氢氧燃料电池负极材料为石墨。池负极材料为石墨。【案例示范案例示范】 【典例典例】(2019(2019临沂高一检测临沂高一检测) )如
37、图所示是如图所示是ZnZn和和CuCu形形成的原电池成的原电池, ,某实验兴趣小组做完实验后某实验兴趣小组做完实验后, ,在读书卡上在读书卡上的记录如下的记录如下, ,则卡片上的描述合理的是则卡片上的描述合理的是( () )A.A.B.B.C.C.D.D.【思维建模思维建模】解答原电池原理型试题的思维流程如下解答原电池原理型试题的思维流程如下: :【解析解析】选选B B。铜锌形成原电池的时候。铜锌形成原电池的时候, ,锌是负极锌是负极, ,铜为铜为正极正极; ;由于锌失去电子变成锌离子进入溶液中由于锌失去电子变成锌离子进入溶液中, ,电子通电子通过外电路流向正极过外电路流向正极, ,溶液中的氢
38、离子在正极上得到电子溶液中的氢离子在正极上得到电子, ,变成氢气变成氢气, ,发生还原反应发生还原反应; ;阳离子向正极移动阳离子向正极移动, ,阴离子硫阴离子硫酸根离子向负极移动酸根离子向负极移动; ;若有若有0.5 0.5 molmol电子流经导线电子流经导线, ,由于由于正极的电极反应式为正极的电极反应式为2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2,所以会产生所以会产生0.25 0.25 molmol的氢气的氢气; ;电子的流向是由负极流向正极电子的流向是由负极流向正极, ,所以所以应该是由应该是由ZnCuZnCu; ;正极反应式是正极反应式是2H2H+ +2e+2e- -=H=H2
39、2,发生发生还原反应。还原反应。【母题追问母题追问】(1)(1)若将上题图示中的电解质溶液变成若将上题图示中的电解质溶液变成硫酸铜溶液硫酸铜溶液, ,能否形成原电池能否形成原电池? ?若能若能, ,请写出电极反应式请写出电极反应式; ;若不能若不能, ,请说明理由。请说明理由。提示提示: :可以形成可以形成, ,只不过是溶液里的氢离子参加反应变只不过是溶液里的氢离子参加反应变成铜离子参加反应。其电极反应如下成铜离子参加反应。其电极反应如下: :负极负极(Zn):Zn-(Zn):Zn-2e2e- -=Zn=Zn2+2+; ;正极正极(Cu):Cu(Cu):Cu2+2+2e+2e- -=Cu=Cu
40、。(2)(2)若此原电池有若此原电池有0.5 0.5 molmol电子流经导线电子流经导线, ,此时锌电极的此时锌电极的质量将如何变化质量将如何变化? ?提示提示: :由原电池原理可知由原电池原理可知, ,锌电极的质量将减少锌电极的质量将减少, ,由由Zn-Zn-2e2e- -=Zn=Zn2+2+可知可知, ,有有0.5 0.5 molmol电子流经导线时减少的质电子流经导线时减少的质量为量为16.25 g16.25 g。【迁移迁移应用应用】1.(20191.(2019聊城高一检测聊城高一检测) ) 一种新型的电池一种新型的电池, ,总反应总反应: :3Zn+2 +8H3Zn+2 +8H2 2
41、O=2Fe(OH)O=2Fe(OH)3 3+3Zn(OH)+3Zn(OH)2 2+4OH+4OH- -, ,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( () )24FeOA.ZnA.Zn极是负极极是负极, ,发生氧化反应发生氧化反应B.B.随着反应的进行随着反应的进行, ,溶液的溶液的pHpH增大增大C.C.电子由电子由ZnZn极流出到石墨电极极流出到石墨电极, ,再经过溶液回到再经过溶液回到ZnZn极极, ,形成回路形成回路D.D.石墨电极上发生的反应为石墨电极上发生的反应为 +3e+3e- -+4H+4H2 2O=O=Fe(OH)Fe(OH)3 3+5O
42、H+5OH- -24FeO【解析解析】选选C C。根据电池总反应。根据电池总反应,Zn,Zn的化合价升高的化合价升高, ,根据根据原电池的工作原理原电池的工作原理, ,即锌作负极即锌作负极, ,发生氧化反应发生氧化反应, ,故故A A说说法正确法正确; ;根据电池总反应方程式根据电池总反应方程式, ,生成生成OHOH- -, ,溶液的溶液的pHpH增增大大, ,故故B B说法正确说法正确; ;根据原电池的工作原理根据原电池的工作原理, ,电子从电子从ZnZn电电极流出经外电路流向石墨极流出经外电路流向石墨, ,电解质溶液应是阴阳离子定电解质溶液应是阴阳离子定向移动向移动, ,没有电子通过没有电
43、子通过, ,故故C C说法错误说法错误; ;负极电极反应式负极电极反应式为为Zn+2OHZn+2OH- -2e-2e- -=Zn(OH)=Zn(OH)2 2,正极反应式为正极反应式为 +4H+4H2 2O O+3e+3e- -=Fe(OH)=Fe(OH)3 3 +5OH +5OH- -, ,故故D D说法正确。说法正确。24FeO2.2.番茄是人们爱吃的水果番茄是人们爱吃的水果, ,也是餐桌上的美食也是餐桌上的美食, ,你能想你能想到利用番茄来制作番茄电池吗到利用番茄来制作番茄电池吗? ?如图为某兴趣小组制作如图为某兴趣小组制作的番茄电池的番茄电池, ,但电路接通后但电路接通后, ,检流计的指
44、针发生了偏转检流计的指针发生了偏转。下列说法正确的是。下列说法正确的是( () )A.A.电子由铜通过导线流向锌电子由铜通过导线流向锌B.B.该装置是将电能转化为化学能的装置该装置是将电能转化为化学能的装置C.C.锌电极发生氧化反应锌电极发生氧化反应D.D.电流由锌通过导线流向铜电流由锌通过导线流向铜【解析解析】选选C C。A A项项, ,铜作正极铜作正极, ,锌作负极锌作负极, ,因此电子由锌因此电子由锌通过导线流向铜通过导线流向铜, ,故错误故错误;B;B项项, ,该装置将化学能转化为该装置将化学能转化为电能电能, ,故错误故错误;C;C项项, ,锌作负极失去电子锌作负极失去电子, ,发生
45、氧化反应发生氧化反应, ,故正确故正确;D;D项项, ,电子与电流的方向相反电子与电流的方向相反, ,因此电流由铜极因此电流由铜极通过导线流向锌极通过导线流向锌极, ,故错误。故错误。【补偿训练补偿训练】(2019(2019廊坊高一检测廊坊高一检测) )下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () ) A.A.原电池是把电能转化为化学能的装置原电池是把电能转化为化学能的装置B.B.原电池中电子流出的一极是正极原电池中电子流出的一极是正极, ,发生氧化反应发生氧化反应C.C.原电池中电流从负极流出原电池中电流从负极流出, ,从正极流入从正极流入D.D.原电池中的阳离子向正极移动原电池中的阳离子向
46、正极移动【解析解析】选选D D。原电池是把化学能转化为电能的装置。原电池是把化学能转化为电能的装置; ;原电池中电子流出的一极是负极原电池中电子流出的一极是负极, ,发生氧化反应发生氧化反应; ;电流电流从正极流出从正极流出, ,从负极流入从负极流入; ;原电池中的阳离子向正极移原电池中的阳离子向正极移动动, ,发生还原反应。发生还原反应。【素养提升素养提升】 1.1.如图是铅蓄电池的结构示意图如图是铅蓄电池的结构示意图, ,电池反应的总方程电池反应的总方程式式:Pb + PbO:Pb + PbO2 2 + 2H + 2H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 4 + 2H + 2H2
47、 2O,O,则原电则原电池放电时负极反应物和正极反应物分别是什么池放电时负极反应物和正极反应物分别是什么? ?提示提示: :根据化合价变化判断根据化合价变化判断,Pb,Pb的化合价升高的化合价升高, ,发生氧化发生氧化反应反应, ,作负极材料和反应物作负极材料和反应物; PbO; PbO2 2中铅元素化合价降低中铅元素化合价降低, ,作正极材料和反应物。作正极材料和反应物。2.2.如图是酸性和碱性锌锰干电池示意图。如图是酸性和碱性锌锰干电池示意图。酸性和碱性电池的负极材料、负极反应是否一样酸性和碱性电池的负极材料、负极反应是否一样? ?提示提示: :负极材料都是锌负极材料都是锌, ,发生的反应
48、不一样。酸性条件发生的反应不一样。酸性条件下为下为Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+, ,碱性条件下为碱性条件下为Zn-2eZn-2e- -+2OH+2OH- -=Zn(OH)=Zn(OH)2 2。3.3.以下是酸性、碱性氢氧燃料电池的示意图。以下是酸性、碱性氢氧燃料电池的示意图。电池工作时电池工作时, ,负极反应物氢气和正极反应物氧气在两种负极反应物氢气和正极反应物氧气在两种电池中分别生成什么物质电池中分别生成什么物质? ?提示提示: :氢气在酸性氢氧燃料电池中变为氢离子氢气在酸性氢氧燃料电池中变为氢离子, ,在碱性在碱性氢氧燃料电池中变为水氢氧燃料电池中变为水; ;氧气在酸性氢
49、氧燃料电池中变氧气在酸性氢氧燃料电池中变为水为水, ,在碱性氢氧燃料电池中变为氢氧根离子。在碱性氢氧燃料电池中变为氢氧根离子。知识点二原电池原理的应用知识点二原电池原理的应用【重点释疑重点释疑】【思考思考讨论讨论】(1)(1)所有化学反应所有化学反应, ,都能设计成原电池吗都能设计成原电池吗? ?提示提示: :不是。原电池的工作原理是使氧化还原反应中转不是。原电池的工作原理是使氧化还原反应中转移的电子作定向移动移的电子作定向移动, ,故只有自发的氧化还原反应才能故只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。设计成原电池。(2)(2)原电池中一定是较活泼金属作负极原电池中一定是较活泼金属作负极, ,
50、较不活泼金属较不活泼金属作正极吗作正极吗? ?提示提示: :不一定不一定, ,如镁条、铝条连接如镁条、铝条连接, ,插入氢氧化钠溶液中插入氢氧化钠溶液中, ,形成的原电池铝作负极形成的原电池铝作负极, ,镁作正极。镁作正极。【案例示范案例示范】 【典例典例1 1】利用生活或实验室中常用物品利用生活或实验室中常用物品, ,根据氧化还根据氧化还原反应知识和电学知识原反应知识和电学知识, ,自己动手设计一个原电池。实自己动手设计一个原电池。实验原理验原理:Fe+2H:Fe+2H+ +=Fe=Fe2+2+H+H2 2。(1)(1)如何选择电池的正负极材料如何选择电池的正负极材料?(?(宏观辨识与微观探
