化学反应与热能和电能的相互传化

1、学而优教育一、化学反应与热能的转化1.两个基本的自然定律质量守恒定律和能量守恒定律(1)质量守恒定律:自然界中的物质发生转化时总质量保持不变。(2)能量守恒定律:不同形式的能量发生转换时总能量保持不变。化学能是能量的一种形式,可以转化为热能和电能等。2.吸热反应和放热反应化学能转化为热能时,化学反应通常可分为吸热反应和放热反应。当反应物的总能量大于生成物的总能量时,该反应是放热反应,当反应物的总能量小于生成物的总能量时,该反应是吸热反应。3.实验探究(1)铝和稀盐酸反应实验现象有 产生;用温度计测量,其水银柱 离子方程式实验结论该反应是 反应(2)氢氧化钡晶体与氯化铵反应实验现象闻到 气味,烧

2、杯壁 ,玻璃片和烧杯 ,混合物呈糊状化学方程式实验结论该反应是 反应(3)盐酸与氢氧化钠反应实验现象混合后溶液比原两种溶液的温度高离子方程式实验结论该反应是 反应练习1.化学反应中通常伴随着能量的变化,下列说法中错误的是()。A.煤燃烧时将部分化学能转化为热能B.光合作用时将光能转化为电能C.火药爆炸时将部分化学能转化为动能D.镁条燃烧时将部分化学能转化为光能2.下列反应属于放热反应的是()。A.氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应B.能量变化如下图所示的反应C.化学键断裂吸收的热量比化学键生成放出的热量多的反应D.燃烧反应和中和反应3.化学反应中的能量变化,通常表现为热量的变化,如Ba(OH)2&

3、#183;8H2O 与NH4Cl的反应要吸收热量,在化学上叫作吸热反应。其原因是()。A.反应物NH4Cl所具有的能量比较低B.反应物Ba(OH)2·8H2O所具有的能量比较低C.反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量D.反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量低4.下列反应中一定属于放热反应的是(填序号)。 H2SO4与Ba(OH)2溶液反应Mg与CH3COOH溶液反应燃烧反应复分解反应C与CO2反应Na2O2与水反应胆矾受热分解【答案】二、化学反应与电能的转化一、一次能源和二次能源1.定义:一次能源是直接从自然界取得的能源,一次能源经加工、转换得到的能源是二次

4、能源。2.实例:a.风力b.原煤c.天然气d.石油e.电力f.流水g.蒸汽,其中属于一次能源的是 ;属于二次能源的是 。二、化学能转化为电能1.燃煤发电的能量转化化学能热能机械能电能2.原电池(1)定义:将 能转变为 能的装置。(2)工作原理(以铜-锌-稀硫酸原电池为例). 失去电子,发生 反应,电极反应为 ,所以锌片为原电池的 极。. 在铜片上得电子,发生 反应,电极反应为 ,所以铜片为原电池的 极。1.盐酸与氢氧化钠溶液反应是放热反应,该反应可以设计成原电池吗?为什么?2.如何判断原电池的正、负极?3.构成原电池的条件有哪些?4.原电池原理的应用有哪些?三、探究:原电池的工作原理及应用按如

5、图所示装置进行实验,回答下列问题:(1)铜片、锌片上各有什么现象?(2)电流计的指针是否偏转?电子移动方向与电流方向相反,由此推断电子在原电池中是如何流动的?(3)如果铜片和锌片之间没有导线相连,铜片和锌片上各有何现象?(4)分别改变下列条件,继续观察电流计指针是否偏转。将锌片换成石墨;将稀硫酸换成乙醇;将铜片换成石墨;一烧杯中放铜片与稀硫酸,另一烧杯中放锌片与稀硫酸,用导线将锌片与铜片相连。(5)形成原电池必须满足哪些条件?问题1.将铝片、铁片放入稀硫酸中,用导线相连组成原电池,该电池的负极是什么?请说明理由,并写出其负极反应式。2.选择合适的正极材料、负极材料、电解质溶液,将反应:Fe+C

6、u2+Fe2+Cu设计成原电池,并写出正、负极的电极反应式。解题方法一、原电池正、负极的判断方法1.根据电极材料判断:一般来讲,活动性较强的金属为负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。2.根据电流方向或电子流动方向判断:在外电路上,电流由正极流向负极,电子由负极流向正极。3.根据反应类型判断:原电池的负极总是失电子发生氧化反应,正极总是得电子发生还原反应。4.根据现象判断:溶解的一极为负极,增重或有气泡放出的一极为正极。二、如何设计原电池1.电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。2.电极材料的选择在原电池中

7、,一般选择活泼性较强的金属作负极,活泼性较弱的金属或能导电的惰性电极材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化,氧化性物质在正极上得到电子被还原。练习1.下列各装置中能构成原电池的是()。2.能源可分为一次能源和二次能源,自然界中以现成形式提供的能源称一次能源,需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源。据此判断,下列叙述正确的是()。A.天然气是二次能源B.石油是二次能源C.电能是一次能源D.水力是一次能源3.下列有关原电池的说法中不正确的是()。A.任何氧化还原反应原则上都可以设计成原电池B.原电池中电子从负极经导线流入正极C.原电池中正极得电子数与负极失电子数一定相等D.

8、铜-锌-稀硫酸组成的原电池,电解质溶液中H+向负极移动4.铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式:。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。正极:; 负极:。 一、化学能转化为热能1.两个基本的自然定律质量守恒定律和能量守恒定律(1)质量守恒定律:自然界中的物质发生转化时总质量保持不变。(2)能量守恒定律:不同形式的能量发生转换时总能量保持不变。化学能是能量的一种形式,可以转化为热能和电能等。2.吸热反应和放热反应

9、化学能转化为热能时,化学反应通常可分为吸热反应和放热反应。当反应物的总能量大于生成物的总能量时,该反应是放热反应,当反应物的总能量小于生成物的总能量时,该反应是吸热反应。3.实验探究(1)铝和稀盐酸反应实验现象有气体产生;用温度计测量,其水银柱上升离子方程式2Al+6H+2Al3+3H2实验结论该反应是放热反应(2)氢氧化钡晶体与氯化铵反应实验现象闻到刺激性气味,烧杯壁变冷,玻璃片和烧杯粘在一起,混合物呈糊状化学方程式Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3+10H2O实验结论该反应是吸热反应(3)盐酸与氢氧化钠反应实验现象混合后溶液比原两种溶液的温度高离子方程式H

10、+OH-H2O实验结论该反应是放热反应2.化学反应中有许多反应需要加热才能进行,是不是需要加热才能进行的反应一定是吸热反应?【答案】不一定;判断某反应是吸热反应还是放热反应,不能通过反应的条件(是否需要加热)来判断,需要加热才能进行的反应也有可能是放热反应,如铝热反应、燃烧反应等。3.水结冰是否属于放热反应?为什么?【答案】不属于;因为水结冰不属于化学反应,吸热反应或放热反应必须是化学反应中的热量变化。练习1.化学反应中通常伴随着能量的变化,下列说法中错误的是()。A.煤燃烧时将部分化学能转化为热能B.光合作用时将光能转化为电能C.火药爆炸时将部分化学能转化为动能D.镁条燃烧时将部分化学能转化

11、为光能【解析】煤是重要的能源,燃烧时放出大量的热能、光能等,A项正确;光合作用时,是将光能转化为化学能,而不是转化为电能,B项错误;火药爆炸时,部分化学能转化为动能,C项正确;镁条燃烧时放出大量的热,发出耀眼的白光,故镁条的部分化学能转化成了光能,D项正确。【答案】B2.下列反应属于放热反应的是()。A.氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应B.能量变化如下图所示的反应C.化学键断裂吸收的热量比化学键生成放出的热量多的反应D.燃烧反应和中和反应【解析】A项,氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应属于吸热反应;B项,生成物的总能量比反应物的总能量大,为吸热反应;C项,化学键断裂吸收的热量比化学键生成放出的热量多

12、的反应为吸热反应;D项,可燃物的燃烧以及酸碱中和反应都属于放热反应。【答案】D3.化学反应中的能量变化,通常表现为热量的变化,如Ba(OH)2·8H2O 与NH4Cl的反应要吸收热量,在化学上叫作吸热反应。其原因是()。A.反应物NH4Cl所具有的能量比较低B.反应物Ba(OH)2·8H2O所具有的能量比较低C.反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量D.反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量低【解析】反应物的总能量低于生成物的总能量,在反应时反应物就要吸收能量生成生成物,这就相当于热能转化为物质内部的能量而“贮存”起来。【答案】D4.下列反应中一定属于放热反应的

13、是(填序号)。 H2SO4与Ba(OH)2溶液反应Mg与CH3COOH溶液反应燃烧反应复分解反应C与CO2反应Na2O2与水反应胆矾受热分解【答案】二、化学反应与电能的转化一、一次能源和二次能源1.定义:一次能源是直接从自然界取得的能源,一次能源经加工、转换得到的能源是二次能源。2.实例:a.风力b.原煤c.天然气d.石油e.电力f.流水g.蒸汽,其中属于一次能源的是abcdf;属于二次能源的是eg。二、化学能转化为电能1.燃煤发电的能量转化化学能热能机械能电能2.原电池(1)定义:将化学能转变为电能的装置。(2)工作原理(以铜-锌-稀硫酸原电池为例).锌片失去电子,发生氧化反应,电

14、极反应为Zn-2e-Zn2+,所以锌片为原电池的负极。.H+在铜片上得电子,发生还原反应,电极反应为2H+2e-H2,所以铜片为原电池的正极。1.盐酸与氢氧化钠溶液反应是放热反应,该反应可以设计成原电池吗?为什么?【答案】不可以;因为设计成原电池的反应必须是氧化还原反应。2.如何判断原电池的正、负极?【答案】失去电子的电极为负极,得到电子的电极为正极(或发生氧化反应的电极为负极,发生还原反应的电极为正极)。3.构成原电池的条件有哪些?【答案】构成原电池的条件有:两个活泼性不同的电极(燃料电池中也可以是两个相同的电极);电解质溶液(或熔融电解质);电极用导线相连并插入电解质溶液(或熔融电解质);

15、能自发进行的一个氧化还原反应。4.原电池原理的应用有哪些?【答案】制作电池、比较金属的活动性强弱、防止金属被腐蚀、提高化学反应速率等。三、探究:原电池的工作原理及应用按如图所示装置进行实验,回答下列问题:(1)铜片、锌片上各有什么现象?(2)电流计的指针是否偏转?电子移动方向与电流方向相反,由此推断电子在原电池中是如何流动的?(3)如果铜片和锌片之间没有导线相连,铜片和锌片上各有何现象?(4)分别改变下列条件,继续观察电流计指针是否偏转。将锌片换成石墨;将稀硫酸换成乙醇;将铜片换成石墨;一烧杯中放铜片与稀硫酸,另一烧杯中放锌片与稀硫酸,用导线将锌片与铜片相连。(5)形成原电池必须满足哪些条件?

16、【答案】(1)铜片上有气泡冒出,锌片逐渐溶解。(2)电流计指针发生偏转;电子由锌片经导线流入铜片(电子从负极流出经导线流入正极)。(3)铜片上没有任何现象发生,锌片上有气泡冒出。(4)不偏转;不偏转;偏转;不偏转。(5)两种活泼性不同的金属电极(或一种为能导电的非金属电极);电解质溶液;自发的氧化还原反应(其中一种电极必须能与电解质溶液发生反应);形成闭合回路。1.将铝片、铁片放入稀硫酸中,用导线相连组成原电池,该电池的负极是什么?请说明理由,并写出其负极反应式。【答案】铝片作负极;因为铝比铁活泼;负极的反应式为Al-3e-Al3+。2.选择合适的正极材料、负极材料、电解质溶液,将反应:Fe+

17、Cu2+Fe2+Cu设计成原电池,并写出正、负极的电极反应式。【答案】铁片作负极,铜片(或石墨)作正极,硫酸铜溶液作电解质溶液;正极反应式:Cu2+2e-Cu;负极反应式:Fe-2e-Fe2+。一、原电池正、负极的判断方法1.根据电极材料判断:一般来讲,活动性较强的金属为负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。2.根据电流方向或电子流动方向判断:在外电路上,电流由正极流向负极,电子由负极流向正极。3.根据反应类型判断:原电池的负极总是失电子发生氧化反应,正极总是得电子发生还原反应。4.根据现象判断:溶解的一极为负极,增重或有气泡放出的一极为正极。二、如何设计原电池1.电解质溶液的选择电解

18、质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。2.电极材料的选择在原电池中,一般选择活泼性较强的金属作负极,活泼性较弱的金属或能导电的惰性电极材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化,氧化性物质在正极上得到电子被还原。1.下列各装置中能构成原电池的是()。【答案】B2.能源可分为一次能源和二次能源,自然界中以现成形式提供的能源称一次能源,需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源。据此判断,下列叙述正确的是()。A.天然气是二次能源B.石油是二次能源C.电能是一次能源D.水力是一次能源【解析】天然气、石油是化石燃料,都是一次能源;电能如火力发电是通过化石燃料的燃烧,使化学能转化为热能,加热使水转化为蒸汽推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电得到的,是二次能源;水力是直接从自然界取得的能源,是一次能源。【答案】D3.下列有关原电池的说法中不正确的是()。A.任何氧化还原反应原则上都可以设计成原电池B.原电池中电子从负极经导线流入正极C.原电池中正极得电子数与负极失电子数一定相等D.铜-锌-稀硫酸组成的原电池,电解质溶液中H