6.1化学反应与能量变化 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第一节 化学反应与能量变化 第1课时 化学反应与热能 第六章 化学反应与能量 1 1.通过实验和已有知识、经验感受化学反应中的能量变化，知道常见的吸热反应和放热反应，树立物质变化中伴随能量变化的观念。 2.能从反应物与生成物所具有的能量、化学键的断裂与形成两个角度理解化学反应中能量变化的主要原因，提升证据推理能力。 学习目标 新课引入 化学反应伴随着放热或者吸热现象。 一、放热反应与吸热反应 【实验6−1】在一支试管中加入2 mL 2 mol/L盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，观察现象，并测量溶液温度的变化。 现象: 反应方程式： 结论： 镁与盐酸反应，放出大量气泡，温度计示数上升。 该反应是释放热量。 Mg + 2HCl === MgCl2 + H2↑ 1. 概念 一、放热反应与吸热反应 【实验6−2】将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸杯壁下部，试着用手拿起烧杯。观察现象。 现象: 反应方程式： 结论： 有刺激性气味气体产生；混合物呈糊状；木片与烧杯底部粘在一起；用手触摸杯壁下部发凉。 Ba(OH)2· 8H2O + 2NH4Cl ===BaCl2 +2NH3↑+10H2O 该反应是吸收热量。 化学反应一定伴随着能量的变化，通常以_____的形式表现出来。我们把化学反应根据能量的变化，把________热量的化学反应称为放热反应； 把________热量的化学反应称为吸热反应。 热能 一、放热反应与吸热反应 【思考】根据日常生活和已学知识，你还知道哪些放热反应，哪些吸热反应？ 【特别提醒】吸热反应和放热反应均是化学反应。 NaOH固体溶于水、浓H2SO4溶于水，属于放热过程，不属于放热反应； NH4NO3固体溶于水，升华、蒸发属于吸热过程，不属于吸热反应。 1. 概念 释放 吸收 一、放热反应与吸热反应 2.常见的放热反应 ①所有的燃烧反应及缓慢氧化反应 ② 酸碱中和反应 ③ 大多数化合反应 ④活泼金属和酸或水的反应 ⑤ 铝热反应 ⑥少数分解反应 2H2O2 ===== 2H2O+O2↑ MnO2 2Al+Fe2O3===== 2Fe+Al2O3 高温 ⑦特殊：H2与CuO的反应 一、放热反应与吸热反应 3.常见的吸热反应 ① 大多数分解反应 Ba(OH)2· 8H2O + 2NH4Cl===BaCl2 +2NH3↑ + 10H2O ④盐酸与碳酸氢钠的反应 C(灼热)+CO2 ==== 2CO 高温 C+H2O(g) ==== CO+H2 高温 △ NH4Cl === NH3 + HCl ③某些以C、CO、H2为还原剂还原氧化物的反应 （化合反应） ②铵盐与碱的反应 ⑤特殊： N2 + O2 =========2NO 高温或放电 （化合反应） NaHCO3+HCl === NaCl+H2O+CO2↑ 【思考1】需要加热才能进行的反应一定是吸热反应吗？ 【思考2】吸热反应一定需要加热吗？ 2Al+Fe2O3===== 2Fe+Al2O3 高温 Ba(OH)2· 8H2O + 2NH4Cl===BaCl2 +2NH3↑ + 10H2O 【思考3】化学反应过程中为什么会有能量变化？为什么有的化学反应释放热量，有的化学反应吸收热量？ 一、放热反应与吸热反应 化学反应在宏观上生成了新物质，其微观实质是旧的化学键发生断裂，新的化学键发生形成的过程。 二、化学反应中能量变化的分析 1.化学反应的能量变化的宏观分析 各种物质都具有能量，物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量也不同。放热反应可以看成是反应物所具有的化学能转化为热能释放出来，吸热反应可以看成是热能转化为化学能被生成物所“储存”。 反应物的总能量高 化学反应 释放能量 生成物的总能量低 生成物的总能量高 化学反应 吸收能量 反应物的总能量低 二、化学反应中能量变化的分析 在25 ℃和101 kPa条件下 断开1 mol H−H 键要吸收 436 kJ 的能量 断开1 mol Cl−Cl 键要吸收 243 kJ 的能量 生成1 mol H−Cl 键要释放 431 kJ 的能量 H2 + Cl2 === 2HCl E吸收=436+243=679 kJ E放出=431×2=862 kJ E吸收＜ E放出 放热反应 E(kJ) 反应历程 H2 + Cl2 2H+2Cl 2HCl −183 kJ +436 kJ (H2) +243 kJ (Cl2) 2×(−431 kJ)= − 862 kJ 2.化学反应的能量变化的微观本质 二、化学反应中能量变化的分析 化学反应的实质 旧键断裂 新键形成 吸收能量E吸 放出能量E放 断键吸收能量E吸＞成键释放能量E放 该反应为吸热反应； 断键吸收能量E吸＜成键释放能量E放 该反应为放热反应。 化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。 化学反应中的物质变化总会伴随着能量变化，通常主要表现为热量的释放或吸收。 二、化学反应中能量变化的分析 能 量 反应进程 反应物 生成物 E吸 E放 能 量 反应进程 生成物 反应物 E放 E吸 放热反应 吸热反应 反应物的总能量 > 生成物的总能量 E吸＞E放 反应物的总能量 < 生成物的总能量 E吸 < E放 课堂检测 1.下列说法错误的是（ ）。 A.化学反应必然伴随发生能量变化 B.反应放出或吸收热量的多少与反应物和生成物所具有总能量的相对大小有关 C.能量变化必然伴随发生化学反应 D.化学反应中的能量变化主要是由化学键变化引起的 2.一定条件下，石墨转化为金刚石要吸收能量。在该条件下，下列结论正确的是（ ）。 A.金刚石比石墨稳定 B.等质量的金刚石和石墨完全燃烧释放的热量相同 C.金刚石转化为石墨是吸热反应 D.1 mol C（金刚石）比1 mol C（石墨）的总能量高 C D 物质具有的能量越低，断开其中的化学键需要的能量越___，该物质越_______； 物质具有的能量越高，断开其中的化学键需要的能量越___，该物质越_______。 高 稳定 低 不稳定 3.下列化学键的键能：P—P为198 kJ/mol；O==O为498 kJ/mol； P—O为360 kJ/mol；P==O为585 kJ/mol。 白磷在氧气中燃烧的化学方程式为：P4 (s) +5O2 (g) ===P4O10 (s)。 1 mol P4(白磷)在氧气中充分燃烧放出能量为______kJ。 课堂检测 2982 三、能量转化与能量利用 原始社会人均耗能 8×103 kJ/d 农业社会人均耗能 5×104 kJ/d 现代社会人均耗能 1×106 kJ/d 1.社会发展和能源的利用 三、能量转化与能量利用 2.人类对能源的利用 现阶段人类获取热能的主要途径 柴火 煤、石油、天然气等化石燃料 新能源 柴草时期 化石能源时期 多能源结构时期 3.化石燃料利用过程面临的问题 三、能量转化与能量利用 储量有限，短期内不可再生 影响环境 煤、石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。 三、能量转化与能量利用 3.解决方法 (1)燃料燃烧阶段 可通过改进锅炉的炉型和燃料空气比、清理积灰等方法提高燃料的燃烧效率。 (2)能量利用阶段 可通过使用节能灯，改进电动机的材料和结构，以及发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等措施促进能源循环利用，有效提高能源利用率。 三、能量转化与能量利用 3.解决方法 (3)寻找开发新能源 太阳能 风能 地热能 海洋能 氢能 具有资源丰富、可以再生、对环境无污染等特点。 三、能量转化与能量利用 4.能源的多角度分类 分类依据 种类 举例 转换 过程 一次能源 太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能 二次能源 石油制品、煤气、电能 利用 历史 化石燃料 煤、石油、天然气 新能源 太阳能、风能、地热能、海洋能、 氢能、生物质能等 性质 可再生能源 太阳能、风能、水能、生物质能 不可再生能源 煤、石油、天然气、核能 1.”能源分类相关图“如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是（　　） A.煤炭、石油、潮汐能 B.水能、生物质能、天然气 C.太阳能、风能、生物质能 D.地热能、海洋能、核能 课堂检测 C 第一节 化学反应与能量变化 第2课时 化学反应与电能 第六章 化学反应与能量 23 学习目标 1.以原电池为例通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。 2.能辨识简单原电池的构成要素，判断原电池的正负极。 新课导入 直接？ 化学能 燃料燃烧 热能 蒸汽轮机 机械能 发电机 电能 1.煤炭是非可再生资源，会造成能源危机 2.煤炭燃烧会产生污染性气体 3.经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低 新课导入 一、原电池 【实验6−3】 实验装置 实验现象 实验结论 锌片：逐渐溶解， 表面有气泡产生 铜片：没有变化 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应。 锌片：逐渐溶解 铜片：表面有气泡产生 电流表：指针发生偏转 Zn 稀H2SO4 Cu A Zn 稀H2SO4 Cu 锌与稀硫酸发生反应， 但铜片上有氢气生成， 发生反应的同时产生电流。 1.定义 把化学能转化成电能的装置，称为原电池。 2.工作原理 一、原电池 Zn − 2e− = Zn2+ 2H+ + 2e− = H2↑ 发生氧化反应 发生还原反应 负极 正极 反应本质： 总反应： 氧化还原反应 Zn+2H+===Zn2++H2↑ 2.工作原理 一、原电池 负极 正极 外电路： 内电路： 阳离子 阴离子 负极 → 正极 正极 → 负极 电子e− ： 电流I： → 正极 → 负极 “电子不下水，离子不上岸” 原电池工作原理示意图 阳离子迁移方向 阴离子迁移方向 负 极 正 极 A e− e− 电子导体 离子导体 负极 发生氧化反应 还原剂 正极 发生还原反应 氧化剂 I I 一、原电池 2.工作原理 电解质溶液 一、原电池 3.正负极的判断 电极 化合价 反应类型 电子流向 外电路 电流流向 内电路 离子迁移方向 负极 正极 升高 降低 氧化反应 还原反应 流出 流入 流出 流入 阳离子移向 阴离子移向 （可以） （可以） （不可以） 形成条件一： 活泼性不同的两个电极 金属和金属，或导电的非金属，如石墨等。 K、Ca、Na等极易与水反应的金属不行。 一、原电池 4.构成原电池的条件 稀硫酸 Zn Fe 稀硫酸 Zn Zn 稀硫酸 Zn C 形成条件二：电极相连后需插进电解质溶液(可以是酸、碱或盐的溶液)或者熔融电解质中，形成闭合回路。 （可以） （不可以） （不可以） （不可以） 一、原电池 4.构成原电池的条件 酒精溶液 Zn Cu 硫酸铜溶液 Zn Cu 稀硫酸 Zn Cu 稀硫酸 Zn Cu 形成条件三：能自发进行（或一定条件下可以自发）的氧化还原反应。 （不可以） （可以） 一、原电池 4.构成原电池的条件 硝酸银 Ag Cu 硫酸铜 Ag Cu (1)要有两个活泼性不同的电极 (金属和金属，金属和导电的非金属如石墨等)。 (2)电极相连后插进电解质溶液(可以是酸，碱或盐的溶液)中或者熔融电解质，构成闭合回路。 (3) 能自发进行(或一定条件下可以自发)的氧化还原反应。 一、原电池 4.构成原电池的条件 1.下列哪几个装置能形成原电池？ V X V V X X V 课堂检测 X 2.下列反应理论上不能设计成原电池的是（ ） A．3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO B．FeCl3＋3NaOH=3NaCl＋Fe(OH)3↓ C．2KMnO4 === K2MnO4 + MnO2 + O2↑ D．Cl2 + 2NaOH ═NaClO + NaCl + H2O B 课堂检测 3.下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（ ） A B C D         锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 硅太阳能电池 A 课堂检测 (1).比较金属的活动性强弱 一、原电池 5.原电池原理的应用 实验 装置       部分实 验现象 a极质量减少； b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动顺序是： d＞a＞b＞c 稀硫酸 b c b a 硫酸铜溶液 A c d 稀硫酸 A a d 稀硫酸 A 原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极， 即一般情况下活动性：负极(金属)>正极(金属)。 (2).加快氧化还原反应速率 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。 实例：实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。 一、原电池 5.原电池原理的应用 【思考1】能不能加过多的硫酸铜溶液？ 【思考2】用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，用粗锌（含碳）和纯锌哪个反应速率更快？ (3).设计原电池 已知一个氧化还原反应，首先分析出氧化剂、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。 一、原电池 5.原电池原理的应用 实例:以Fe+CuSO4===Cu+FeSO4为例： 负极：Fe − 2e− = Fe2+ 正极：Cu2+ + 2e− = Cu Fe Cu 硫酸铜溶液 A 1.X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图所示装置：实验中电流表指针发生偏转，同时X棒变粗，Y棒变细，则X、Y、Z可能是下列中的(　　) 选项 X Y Z A Zn Cu 稀硫酸 B Ag Zn 硝酸银溶液 C Cu Ag 硫酸铜溶液 D Cu Zn 稀硫酸 B 课堂检测 课堂检测 Mg − 2e− = Mg2+ 2H+ + 2e− = H2↑ 负极: 正极: 总反应式: Mg + 2H+= Mg2+ + H2↑ 2Al − 6e− + 8OH− = 2[Al(OH)4]− 6H2O + 6e− = 3H2↑ + 6OH− 2Al + 2OH− + 6H2O =2[Al(OH)4]− + 3H2↑ 稀硫酸 Mg Al A 氢氧化钠溶液 Mg Al A 课堂检测 稀硝酸 Al Cu A 浓硝酸 Al Cu A 负极: 正极: 总反应式: Cu − 2e− = Cu2+ 2N + 2e− + 4H+ = 2NO2↑ + 2H2O Cu+2N+4H+ =Cu2++2NO2↑+2H2O Al − 3e− = Al3+ N + 3e− + 4H+ = NO↑ + 2H2O Al+N+4H+ =Al3++NO↑+2H2O 第一节 化学反应与能量变化 第3课时 化学电源 第六章 化学反应与能量 45 学习目标 1.了解干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。 2.利用原电池原理能设计原电池，能正确书写简单化学电源的电极反应式，会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构的关系。 用途广泛的各种化学电池 银锌电池 干电池 铅酸电池 镍氢电池 氢氧燃料电池 锂离子电池 新课导入 化学电池放电到一定程度，电能减弱，电池不能再使用了，称为一次电池(或干电池)，有的经充电复原又可使用，这样的电池叫二次电池 (可充电电池或蓄电池)，还有通入燃料即可直接转化成电能的称之为燃料电池。 一次电池 二次电池 燃料电池 氢氧燃料电池 干电池 铅酸电池 锂离子电池 新课导入 一、一次电池 e− 石墨棒 MnO2糊 NH4Cl糊 锌筒 e− e− e− 总反应：Zn+2MnO2+2N=== Zn2++ 2MnO(OH)+2NH3+H2O   负极： Zn − 2e− = Zn2+ 正极：2MnO2 +2e− +2N=2MnO(OH)+ 2NH3 容易漏液（锌外壳变薄；糊状NH4Cl显酸性） 锌锰干电池的缺点: 1.普通(酸性)锌锰干电池 一、一次电池 2.碱性锌锰干电池 湿的氢氧化钾 NH4Cl糊状 电解液 负极： Zn + 2OH− − 2e− =Zn(OH)2 正极： 2MnO2+2e− +2H2O=2MnO(OH)+2OH− 总反应： Zn+2MnO2+2H2O === Zn(OH)2+ 2MnO(OH) 微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应如下： 负极： Zn − 2e− ＋2OH− ===ZnO＋H2O 正极： Ag2O＋2e− ＋H2O===2Ag＋2OH− 总反应：Ag2O＋Zn === ZnO＋2Ag 一、一次电池 3.银锌电池 二、二次电池 1.铅酸蓄电池 总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 正极：PbO2 + 2e− + 4H+ + S ＝PbSO4 + 2H2O 负极：Pb −2e− + S＝PbSO4 铅酸蓄电池构造示意图 【思考】当铅酸蓄电池向外电路提供2 mol电子时，理论上负极板的质量增加_______g，理论上正极板的质量增加_______g 。  96 64 二、二次电池 2.镍镉(Ni—Cd)可充电电池 总反应： Cd＋2NiOOH＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2 放电 充电 正极：2NiOOH + 2e− ＋2H2O === 2Ni(OH)2 + 2OH− 负极：Cd −2e− +2OH− === Cd(OH)2 课堂检测 1.高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3 +4KOH 。负极反应式为___________________________________ ， 正极反应式为  ____________________________________________ ⁠。  2Fe＋6e− ＋8H2O=== 2Fe(OH)3＋10OH− 3Zn− 6e− ＋6OH− ===3Zn(OH)2　 放电 充电 【总结】书写陌生电池的电极反应式 ①分析物质得失电子情况，据此确定正极、负极上发生反应的物质。 ②分析电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。 ③写出比较容易书写的电极反应式。 ④若有总反应式，可用总反应式减去第三步中的电极反应式，即得另一极的电极反应式。 三、燃料电池 将燃料(如氢气、甲烷、乙醇等)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。 具有清洁、安全、高效等特点。 燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。 1.原理 2.优点 3.与其他电池的区别 反应物不储存在电池内部，由外设设备提供燃料和氧化剂。 1.氢氧燃料电池 电池总反应式:2H2+O2===2H2O (1)电解质溶液为硫酸时: 负极:2H2 − 4e− === 4H+ 正极:O2 + 4e− + 4H+ === 2H2O (2)电解质溶液为KOH溶液时: 负极:2H2 − 4e− + 4OH− === 4H2O 正极:O2 + 4e− + 2H2O === 4OH− 三、燃料电池 2.甲烷(CH4)燃料电池 三、燃料电池 电解质 电极反应式或总反应式 ①酸性介质 负极   正极   总反应   ②碱性介质 负极 正极 总反应 CH4＋2O2===CO2+2H2O CH4 − 8e− +2H2O===CO2+8H+ 2O2 + 8e− + 8H+=== 4H2O 2O2+ 8e− +4H2O===8OH− CH4 − 8e− +10OH− ===C+7H2O CH4+2O2+2OH− ===C+3H2O 三、燃料电池 电解质 电极反应式或总反应式 ③固体电解质(高温下能传导O2-) 负极   正极   总反应   ④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3) 负极 正极 总反应 CH4＋2O2===CO2＋2H2O CH4 − 8e− ＋4O2− ===CO2＋2H2O 2O2＋ 8e− ===4O2－ CH4＋2O2===CO2＋2H2O CH4 − 8e− ＋ 4C===5CO2＋2H2O 2O2＋ 8e− ＋ 4CO2 === 4C 2.甲烷(CH4)燃料电池 3.甲醇(CH3OH)燃料电池 三、燃料电池 电解质 电极反应式或总反应式 ①酸性介质 负极   正极   总反应   ②碱性介质 负极 正极 总反应 2CH3OH＋3O2===2CO2+4H2O 2CH3OH − 12e− +2H2O===2CO2+12H+ 3O2 + 12e− + 12H+=== 6H2O 3O2 + 12e− +6H2O===12OH− 2CH3OH − 12e− + 16OH− ===2C+12H2O 2CH3OH＋3O2 +4OH− ===2C+6H2O 三、燃料电池 电解质 电极反应式或总反应式 ③固体电解质(高温下能传导O2-) 负极   正极   总反应   ④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3) 负极 正极 总反应 2CH3OH − 12e− ＋6O2− ===2CO2＋4H2O 3O2 + 12e− ===4O2－ 2CH3OH − 12e− ＋ 6C===8CO2＋4H2O 3O2 + 12e− ＋ 6CO2 === 6C 3.甲醇燃料电池 2CH3OH＋3O2===2CO2+4H2O 2CH3OH＋3O2===2CO2+4H2O Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$