6.1.1化学反应与能量变化高一下学期学案（人教版2019）（原卷版）

第六章化学反应与能量第一节化学反应与能量变化第一课时化学反应与热能学习目标学习目标1．通过实验探究、讨论交流，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着能量变化的观念。2.通过思考讨论、微观分析，能从反应物和生成物具有的能量、化学键变化两个角度理解化学反应中能量变化的主要原因。3.通过阅读思考、实例分析，从本质上认识物质变化与能量变化的关系，了解人类利用的主要能源及新能源，分析能源的利用对自然环境及社会发展的影响。重点：化学键与化学反应能量变化的关系、吸热反应和放热反应难点：理解化学反应中能量变化的主要原因自主学习自主学习化学反应与热能（一）实验探究(1)【实验61】镁和稀盐酸的反应实验过程在一支试管中加入2mL2mol/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实验操作示意图实验现象离子反应实验结论(2)【例62】Ba(OH)2·8H2O和氯化铵反应实验过程将20gBa(OH)2·8H2O晶体研细后与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。观察现象实验操作示意图实验现象化学反应实验结论（3）结论：（二）吸热反应和放热反应类别放热反应吸热反应概念把释放热量的化学反应称为放热反应把吸收热量的化学反应称为吸热反应常见反应类型（1）（2）（三）化学反应存在能量变化的原因1、从化学键的变化理解——主要原因（微观）(1)以H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反应的能量变化为例说明反应中能量变化1molH2分子中的化学键断裂吸收的能量是436kJ共吸收1molCl2分子中的化学键断裂吸收的能量是243kJ1molHCl分子中的化学键形成释放的能量是431kJ共放出结论H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)的反应放出的热量为183kJ化学反应是旧键断裂，新键生成的反应，两者吸收和释放能量的差异表现为反应能量的变化。化学反中能量变化的主要原因是化学反应的过程规律新键生成释放的能量大于旧键断裂吸收的能量，则反应放热新键生成释放的能量小于旧键断裂吸收的能量，则反应吸热从物质储存化学能的角度理解——决定因素物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量不同。因此，一个化学反应的能量变化取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小。放热反应吸热反应化学能转化为热能热能转化为化学能被生成物“储存”反应物总能量大于生成物总能量，反应放热反应物总能量小于生成物总能量，反应吸热（四）人类对能源的利用(1)利用的三个阶段eq\x(柴草时期)——树枝杂草↓eq\x(化石能源时期)——煤、石油、天然气↓eq\x(多能源结构时期)——eq\a\vs4\al(太阳能、氢能、核能、海洋能、,风能、地热能等)(2)化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题=1\*GB3①一是其短期内不可再生储量有限；=2\*GB3②二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、等是大气污染物的主要来源。（3）新能源(1)特点：资源丰富、可以再生、对环境无污染等。(2)人们比较关注的新能源：、、、、等。（4）节能减排的措施(1)燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率——(2)能量利用阶段提高能源的利用率——(3)开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等=1\*GB3①特点：资源丰富、可以再生、对环境无污染等=2\*GB3②人们比较关注的新能源：太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等化学能转化为电能（一）火力发电——化学能间接转化为电能(1)能量转换原理及过程化学能eq\o(→,\s\up11(燃料),\s\do4(燃烧))热能eq\o(→,\s\up7(蒸汽轮机))机械能eq\o(→,\s\up7(发电机))电能其中能量转换的关键环节是燃烧(氧化还原反应)。(2)能量转化特点能量利用率低、污染严重。（二）原电池——化学能直接转化为电能1、实验探究实验步骤装置图实验现象原因解释(1)将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象Zn片：Cu片：反应的离子方程式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气(2)用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象Zn片：Cu片：锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生(3)用导线连接锌片和铜片，并在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表指针是否偏转Zn片：Cu片：电流表指针偏转说明：导线中有电流；Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出2、原电池的概念：将转化为的装置；原电池的反应本质是3、原电池的工作原理当用导线连接铜片和锌片一同进入稀硫酸时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子则有锌片经导线流向铜片，溶液中的H+从铜片中获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上析出。由于导线上有电子通过，因此产生了电流，电流表的指针会发生偏转电极名称负极电极名称正极电极反应类型氧化反应电极反应类型还原反应电极反应式电极反应式原电池总反应式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑4、组成原电池的条件（1）（2）（3）（4）（三）常见的化学电源1．一次电池(1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。(2)锌锰干电池的构造如图所示。①锌筒为，电极反应是。②石墨棒为，最终被还原的物质是。③NH4Cl糊的作用是作。④特点：放电后不能充电，便于携带，价格低。2．二次电池(充电电池)(1)特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电与充电的循环。(2)能量转化：化学能电能。(3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。3.燃料电池（1）概念：一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)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。（2）特点①清洁、安全、高效等；②能量转化率可以达到80%以上；③反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。（3）应用：在航天、军事、交通等领域有广阔的应用前景。学习过程学习过程情景导入：能源、材料，信息被称为现代社会发展的三大支柱。能源是人类赖以生存和发展的重要资源。我们在生产、生活中所使用的能量绝大部分是由化学反应提供的，特别是煤、石油、天然气以及它们的制品燃烧所产生。随着社会的发展，人类活动对能源的消耗逐渐增多，尽管一些新能源被不断开发和利用，但是，由于对资源的不合理开发和利用从而引发了不可回避的能源危机已成为制约一个国家发展的瓶颈，今天我们以化学的眼光来研究有关能源问题。（见PPT图片）一、化学反应中的热量变化活动一、放热反应和吸热反应任务一、讨论交流：结合已有知识思考化学反应的本质和特征分别是什么？任务二、阅读思考：阅读教材P33页第二自然段，结合初中所学知识，思考什么是吸热反应和放热反应？并列举你知道的常见吸热反应和放热反应。注意：①吸热反应和放热反应的对象都是化学变化，物理变化除外。②一个化学反应是吸热还是放热，与反应条件（是否需要加热）没有必然联系。活动二、实验探究放热反应和吸热反应任务一、实验探究：结合教材P3233页【实验61】、【实验62】，完成相关实验，观察实验现象，思考实验原理，填写表格内容：结论：化学反应中总会伴随着能量变化，通常主要表现为热能的变化，有的放出热量，有的吸收热量。注意：化学反应的能量变化，除转化为热能外，还转化为机械能、光、声、电等多种能量形式。任务二、问题探究：（1）放热反应和吸热反应与反应条件是否需要加热有何关系？（2）NaOH固体或浓硫酸溶于水，溶液温度均会升高，则NaOH固体、浓硫酸溶于水是放热反应，对吗？（3）你认为实验【62】成功的关键是什么？该实验中能量是如何转化的？二、化学反应中能量变化的原因活动一、探究化学反应中热量的变化与化学键的关系—微观角度任务一、阅读思考：阅读教材P33页内容，思考化学反应中化学键与能量有何关系？任务二、问题探究：已知氢气在氯气中燃烧生成氯化氢旧键断裂和新键形成时能量的变化如下图所示：则H2＋Cl2eq\o(=,\s\up11(点燃),\s\do4())2HCl的过程是放出能量还是吸收能量？由此可得出什么结论？活动二、探究化学反应中热量的变化与反应物和生成物具有的能量高低的关系—宏观角度任务一、阅读思考：阅读教材P34内容，并结合图63，思考物质的能量与反应放出、吸收能量有何关系？由此可得出什么结论？注意：=1\*GB3①破坏反应物中的化学键吸收的能量越小，则反应物越不稳定，本身的能量越高。=2\*GB3②形成生成物的化学键放出的能量越多，说明生成物越稳定，本身的能量越低任务二、归纳总结：比较放热反应与吸热反应，完成表格内容。任务三、问题探究：结合所学知识，思考如何判断吸热反应和放热反应？活动三、化学能与热能转化的应用任务一、阅读思考：阅读教材P3435页内容，思考现阶段人类获取热能的主要途径是什么？化石燃料获取能量面临哪些问题？任务二、讨论交流：为了改善人类的生存环境，促进社会可持续发展，有哪些节能减排的措施？课堂练习课堂练习1．锂电池是新一代高能电池，某种锂电池的放电反应方程式为：Li+MnO2=LiMnO2。下列说法正确的是A．Li失去电子 B．MnO2被氧化 C．Li是正极 D．MnO2是还原剂2．近年来我国科技发展突飞猛进。下列主要由化学能转化为电能的是A．海上风力发电场 B．“深海勇士”号潜水器的新型锂电池C．北斗导航卫星的太阳能电池板 D．潮汐能发电3．下列反应中，属于吸热反应的是A．镁条与盐酸反应 B．与的反应C．氢气在氧气中燃烧生成水 D．稀硫酸与烧碱溶液反应4．某反应的反应过程中能量变化如图所示。下列叙述不正确的是（

）A．该反应的能量变化与氯化铵晶体和氢氧化钡晶体反应相同B．该反应的△H=E1E2C．若生成物中某一物质由气态变成液态，则该反应的△H变大D．加催化剂不能改变反应的△H，但可以加快反应速率5．关于化学反应与能量的说法正确的是（

）A．中和反应是吸热反应B．根据能量守恒定律，反应物总能量与生成物总能量一定相等C．化学键断裂放出能量D．燃烧反应属于放热反应6．冷敷袋俗称冰袋，在日常生活中有降温、保鲜和镇痛作用。下列试剂可用于制作冰袋的是A．生石灰和水 B．熟石灰和醋酸C．食盐和水 D．硝酸铵和水7．下图为氢氧燃料电池结构示意图，下列有关该电池的说法不正确的是A．电极上发生氧化反应B．溶液中由电极向电极移动C．电池工作一段时间后溶液的减小D．如把换成，产生相同的电量，消耗氧气的物质的量相同8．单斜硫和正交硫是硫的两种同素异形体。已知①S(s，单斜)＋O2(g)=SO2(g)ΔH1＝－297.16kJ/mol②S(s，正交)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2＝－296.83kJ/mol，下列说法正确的是()A．正交硫比单斜硫稳定B．S(s，单斜)=S(s，正交)ΔH3＝＋0.33kJ/molC．相同物质的量的正交硫比单斜硫所含有的能量高D．①式表示断裂1molO2中的共价键所吸收的能量比形成1molSO2中的共价键所放出的能量多297.16kJ9．下列属于可再生能源的是（

）①天然气②生物质能③地热能④石油⑤太阳能⑥潮汐能⑦风能⑧氢能A．①②③④ B．②③⑤⑥⑦⑧ C．④⑤⑥⑦⑧ D．①②③⑤⑥⑦⑧10．将铁片和铜片贴在浸润过稀硫酸的滤纸两侧，用导线连接电流计，制成简易电池，装置如图。关于该电池的说法正确的是A．铜片上有产生B．负极反应为C．铁电极附近溶液中的增大D．放电时电子流向：铜片→电流计→铁片11．如图为某锌－铜原电池示意图。下列说法正确的是A．电子由铜片通过导线流向锌片B．溶液中的Cu2+向锌电极移动C．正极电极反应式：Zn+2e=Zn2+D．电路中每转移1mol电子，理论上电解质溶液的质量增加0.5g12．控制适合的条件，将反应2Fe3++2II2+2Fe2+设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是（）A．反应从正向开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态C．电流计读数为零后，甲乙两烧杯均加等量水稀释，电流计指针不发生偏移D．电流计读数为零后，在甲中再溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为正极13．利用“Na—CO2”电池可将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“Na—CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管（MWCNT）为电极材料，放电时总反应的化学方程式为4Na＋3CO2=2Na2CO3＋C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示，下列说法中不正确的是A．电流流向为MWCNT→导线→钠箔B．放电时，正极的电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－=2Na2CO3＋CC．选用高氯酸钠—四甘醇二甲醚作电解液的优点是导电性好，不与金属钠反应，难挥发D．原两电极质量相等，若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2mole－时，两极的质量差为11.2g14．下列关于四种装置的叙述不正确的是A．电池I：正极发生的反应为2H++2e═H2↑B．电池II：锌筒做负极，发生氧化反应C．电池III：是汽车使用的充电电池，又称为二次电池D．电池IV：电极b发生的电极反应方程式为O2+4e+2H2O=4OH15．化学能与热能、电能等能相互转化．关于化学能与其他能量相互转化的说法正确的是A．化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与生成B．铝热反应中，反应物的总能量比生成物的总能量低C．图I所示的装置能将化学能转变为电能D．图II所示的反应为吸热反应16．（1）选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，完成下列反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu。①画出装置图：。②电极材料和电解质溶液各是什么。？③写出电极反应式：负极：；正极：。（2）用锌片、铜片连接后浸入稀硫酸溶液中，构成了原电池，工作一段时间，锌片的质量减少了3.25克，铜表面析出了氢气L（标准状况下）。导线中通过mol电子。17．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。（1）下列相关说法正确的是（填序号）。A．通过某种电池单位质量或单位体积所能输出能量的多少，可以判断该电池的优劣B．二次电池又称充电电池或蓄电池，这类电池可无限次重复使用C．除氢气外，甲醇、汽油、氧气等都可用作燃料电池的燃料D．近年来，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是电池外壳的金属材料需要回收(2)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应可表示为：2Ni(OH)2＋Cd(OH)2Cd＋2NiO(OH)＋2H2O已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水，但能溶于酸，以下说法正确的是。A．电池放电时Cd作负极

B．反应环境为碱性C．以上反应是可逆反应

D．该电池是一种二次电池(3)在宇宙飞船和其他航天器上经常使用的氢氧燃料电池是一种新型电源，其构造如图所示：a、b两个电极均由多孔的碳块组成，通入的氢气和氧气由孔隙中逸入，并在电极表面发生反应而放电。①a电极是电源的极；②若该电池为飞行员提供了360kg的水，则电路中通过了mol电子。③已知H2的燃烧热为285.8kJ·mol1，则该燃料电池工作产生36gH2O时，实际上产