高一化学化学能量与电能 能量与热能教案及习题.docx

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高一化学化学能量与电能能量与热能教案及习题

知识点一、化学键与化学反应中能量变化的关系

1、从宏观看，有新物质生成的变化为化学变化

2、从微观看，有旧化学键的断裂和新化学键的形成。

只有旧键断裂而无新键形成，不属于化学变化

知识点二、化学反应中能量变化的原因

化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。

化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用，断开反应物中的化学键需要吸收能量，形成生成物中的化学键要放出能量。

氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开，氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。

1molH2中含有1molH-H键，1molCl2中含有1molCl-Cl键，在25℃和101kPa的条件下，断开1molH-H键要吸收436kJ的能量，断开1molCl-Cl键要吸收243kJ的能量，而形成1molHCl分子中的H-Cl键会放出431 kJ的能量

这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。

[归纳小结]  

1、断开化学键要  能量；形成化学键  能量 

2、是化学反应中能量变化的主要原因。

3、能量是守恒的。

4、化学反应中的能量变化通常表现为 的变化 

例题：

已知拆开1molH2中的化学键要吸收436kJ的能量，拆开1molO2中的化学键要吸收496 kJ的能量，形成水分子中的1mol H-O键要放出463 kJ的能量，试说明2H2+O2=2H2O中的能量变化。

从反应物、生成物所具有的角度理解：

一个确定的化学反应在发生过程中是吸收还是释放能量，决定于反应物的总能量还有生成物的总能量的相对大小。

例题：

知识点二、化学能与热能的相互转化

常见的放热反应：

燃烧、金属和酸反应、氧化还原反应、酸碱中和反应、大多数的化合反应等。

常见的吸热反应：

大多数的分解反应

盐的水解、弱电解质的电离

C+CO2==（高温）2COC+H2O=（高温）CO+H2

CO（g）+H2O（g）=（高温）CO2（g）+H2（g）,Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3+10H2O 

知识点三、中和热的测定

中和热:

是指酸碱中和反应生成1mol H2O（液态）所释放的热量，即放出热量为57.3kJ （化学能和热能可以相互转化）

在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？

（1）用隔热装置，尽量减少热量散失 

（2）酸碱的量要准确：

n＝C×V 

a、浓度要越精确越好 

b、量体积的容器越精确越好，最好用移液管 

温度计越精确越好 

注意控制反应时间 

多做几次，取平均值

注意：

一定要用强酸强碱，不能用浓酸浓碱，因为浓酸浓碱溶于水会放热。

知识点四、能源的分类

（1）一次能源和二次能源

所谓一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，它包括：

原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、风力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。

由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，称为二次能源，例如：

电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。

一次能源可以进一步分为再生能源和非再生能源两大类。

再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等等。

它们在自然界可以循环再生。

而非再生能源包括：

的煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的，用掉一点，便少一点。

课题二、化学能与电能

原电池工作原理：

实验原理：

氧化还原反应

原电池的构成条件：

（1）有活动性不同的两个电极

（2）两电极必须插到电解质溶液中

（3）形成闭合回路

电子流向：

负极到正极

注意：

在原电池中，氧化反应和还原反应分别发生在两个电极上，还原剂在负极失去电子被氧化，电子通过导线传到正极，氧化剂在正极得到电子被还原。

为了提高效率：

设计时将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域内进行，用盐桥将其连接在一起。

构成原电池的本质是：

某一极（负极）必须能与电解质溶液中的某成分（包括溶解的氧气）发生氧化还原反应。

很活泼的金属单质一般不作为原电池的负极。

1、干电池：

是一种一次性电池，放完电之后不能再使用（内部的氧化还原反应是不可逆的）。

如锌锰电池。

2、充电电池

是一种可多次循环使用的电池。

工作原理分为放电过程，和充电过程。

如广泛

使用的铅蓄电池。

构造如下

 负极：

 正极：

PbO2+4H++SO42-+2e－=PbSO4↓+2H2O

 总反应式为：

Pb+ PbO2+2H2SO4=2 PbSO4↓+2H2O     

充电时发生的电极反应就是原来放电反应的逆反应。

在负极原来是失去电子，那充电时应该是得到电子。

那电池的负极，该接电源的哪极？

充电时电极反应式为：

阳极：

阴极：

2、燃料电池 

将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。

（1）、氢氧燃料电池

氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，

总反应为：

2H2＋O2＝2H2O

电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：

．电解质是KOH溶液（碱性电解质）

负极发生的反应为：

H2＋2e－＝2H＋,2H＋＋2OH－＝2H2O,所以：

负极的电极反应式为：

H2–2e－＋2OH－＝2H2O；

正极是O2得到电子，即：

O2＋4e－＝2O2－，O2－在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH－即：

2O2－＋2H2O＝4OH－，因此，正极的电极反应式为：

O2＋H2O＋4e－＝4OH－。

．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）

负极的电极反应式为：

H2＋2e－＝2H＋

正极是O2得到电子，即：

O2＋4e－＝2O2－，O2－在酸性条件下不能单独存在，只能结合H＋生成H2O即：

O2－＋2H＋＝H2O，因此

正极的电极反应式为：

O2＋4H＋＋4e－＝2H2O（O2＋4e－＝2O2－，2O2－＋4H＋＝2H2O）

.电解质是NaCl溶液（中性电解质）

负极的电极反应式为：

H2＋2e－＝2H＋正极的电极反应式为：

O2＋H2O＋4e－＝4OH－

说明：

1.碱性溶液反应物、生成物中均无H＋；2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH－；

3.中性溶液反应物中无H＋和OH－；4.水溶液中不能出现O2－。

（2）、甲醇燃料电池

甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：

1．碱性电解质（KOH溶液为例）

总反应式：

2CH4O＋3O2＋4KOH＝2K2CO3＋6H2O

正极的电极反应式为：

3O2＋12e－＋6H2O＝12OH－

负极的电极反应式为：

CH4O－6e－＋8OH－＝CO32－＋6H2O

2.酸性电解质（H2SO4溶液为例）

总反应：

2CH4O＋3O2＝2CO2＋4H2O

正极的电极反应式为：

3O2＋12e－＋12H＋＝6H2O

负极的电极反应式为：

2CH4O－12e－＋2H2O＝12H＋＋2CO2

说明：

乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同

三、甲烷燃料电池

甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：

CH4＋2KOH＋2O2＝K2CO3＋3H2O。

负极发生的反应：

CH4–8e－＋8OH－＝CO2＋6H2OCO2＋2OH－＝CO32－＋H2O，所以：

负极的电极反应式为：

CH4＋10OH－＋8e－＝CO32－＋7H2O

正极发生的反应有：

O2＋4e－＝2O2－和O2－＋H2O＝2OH－所以：

正极的电极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

说明：

掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式

练习

9、已知破坏1mol N≡N键、H-H键和N-H键分别需要吸收的能量为946kJ、436kJ、391kJ。

试计算1molN2（g）和3 molH2（g）完全转化为 NH3（g）的反应热的理论值。

10、下列反应中属吸热反应的是（   ） 

A、镁与盐酸反应放出氢气       B、氢氧化钠与盐酸的反应     

C、硫在空气或氧气中燃烧       D、Ba（OH）2•8H2O与NH4Cl反应

11下列说法不正确的是（     ） 

化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化 

B、放热反应不需要加热即可发生

C、需要加热条件的化学反应都是吸热反应 

D、1mol硫酸与足量氢氧化钠发生反应生成水所释放的热量称为中和热 

12、一种“即食即热型快餐”适合外出旅行时使用。

其内层是用铝箔包裹的、并已加工好的真空包装食品，外层则是分别包装的两包化学物质，使用时拉动预留在外的拉线，使这两种化学物质反应，此时便可对食物进行加热，这两包化学物质最合适的选择是 

 A．浓硫酸与水       B．生石灰与水     C．熟石灰与水       D．氯化钠与水 

13、下列说法正确的是 

A、物质发生化学反应都伴随着能量变化 B、伴有能量变化的物质变化都是化学变化 

C、在一个化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量一定不同 D、在一个化学反应中，反应物的总能量一定高于生成物的总能量 

14、共价键都有键能之说，键能是指拆开1mol共价键所需要吸收的能量。

如H—H键的键能是436kJ，是指使1molH2分子变回2molH原子需吸收436kJ的能量。

⑪知H—Cl键的键能为431.5kJ/mol，下列关于键能的叙述正确的是 A、每生成1 mol H—Cl键放出431.5kJ能量 B、每生成1 mol H—Cl键吸收431.5kJ能量 C、每拆开1 mol H—Cl键放出431.5kJ能量 D、每拆开1 mol H—Cl键吸收431.5kJ能量 

15飞船上的能量主要来自于太阳能和燃料电池。

常用的燃料电池是氢氧燃料电池，已知负

极的反应式为：

2H2－4e—+4OH—  4H2O，正极的反应式为                  ， 工作时        极pH相对较大

16、 航天飞机用的铝粉与高氯酸铵（NH4ClO4）的混合物为固体燃料，点燃时铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应，其方程式可表示为：

2NH4ClO4  N2↑+ 4H2O+Cl2↑+2O2↑+Q，下列对此反应叙述中错误的是（   ） 

A. 反应属于分解反应 B. 上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行

 C. 反应从能量变化上说，主要是化学能转变为热能和动能 D. 在反应中高氯酸铵只起氧化剂作用

17氢氧燃料电池是将H2和O2分别通入电池，穿过浸入20%~40%的KOH溶液的多孔碳电极，其电极反应式为：

H2+2OH--2e-=2H2O和1/2O2+H2O+2e-=2OH-，则下列叙述正确的是（）

A.通H2的一极是正极，通O2的一极是负极

B.通O2的一极是正极，通H2的一极是负极

C.工作一段时间后电解质溶液pH增大

D.工作时负极区附近pH减小

18.将锌片和银片接触放入相同物质的量浓度的下列溶液中，反应一段时间后，溶液质量减轻的是（）

A.氯化铝B.硫酸铜C.硝酸银D.稀硫酸

19.在空气中，钢铁与食盐水接触，发生电化腐蚀，在正极上发生的电极反应是（）

A.Fe-2e-===Fe2+B.2H+2e-====H¬2↑

C.Na++e-===NaD.2H2O+O2+4e-====4OH-

20.锂电池是新型高能电池，它以质轻.容量大而受到重视。

目前已经制成多种功能的锂电池。

某种锂电池的总反应可表示为：

Li+MnO2LiMnO2。

若该电池提供0.5C电量，则消耗正极材料的质量约为（其他损耗忽略不计）（）

A.3.5gB.7gC.4.52×10-4gD.43.5g

21.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为（）

2Ag+Zn（OH）2Ag2O+Zn+H2O

在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）

A.AgB.Zn（OH）2C.Ag2OD.Zn

22.随着人们生活质量的不断提高，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（）

A.利用电池外壳的金属材料

B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品

D.收其中石墨电极

23.下列叙述正确的是（）

①锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率

②镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易腐蚀

③电镀时，应把镀件置于电解槽的阴极

④冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解

⑤钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3•nH2O

A.①②③④⑤B.①③④⑤C.①③⑤D.②④

24.燃料电池是燃料（例如CO，H2，CH4等）跟氧气或空气起反应，将此反应的化学能转变为电能的装置，电解质通常是KOH溶液。

下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（）

A.负极反应式为CH4+10OH--8e=CO32-+7H2O

B.正极反应式为O2+2H2O+4e=4OH-

C.随着不断放电，电解质溶液碱性不变

D.甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大。

25.从某铝镁合金上剪下一小片（其质量为2.0g），立刻投入盛有20mL5mol•L-1氢氧化钠溶液的小烧杯中。

（1）由反应开始到反应结束，可能观察到烧杯中的现象依次为。

（2）反应开始时，合金片表面产生气泡较慢，其原因是，一段时间后反应速率相当快，其原因是。

（3）写出合金片与溶液反应时可能形成的微电池的负极材料是正极的电极反应式：

。

26.有人设计以铂和锌为电极材料，埋入人体作某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。

（1）正极材料是，电极反应为。

（2）负极材料是，电极反应为。

27.铅蓄电池放电时的总反应方程式为：

PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O

据此判断其正极是，负极是，电解质溶液是，正极反应是，负极反应是，当转移0.5N¬A个电子时，蓄电池内消耗H2SO4的物质的量为。

28.由铜片、锌片和200mL稀H2SO4组成的原电池中，若锌片发生电化学腐蚀，则当铜片上放出3.36L（标态）气体时，硫酸恰好全部作用完。

试计算：

（1）产生这些气体消耗了多少克锌

（2）有多少个电子通过了导线

（3）200mL稀H2SO4的物质的量浓度是多少。

11、如图所示，把试管放入盛有25℃时饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管滴入5mL盐酸于试管中，试回答下列问题：

⑪实验中观察到的现象是                               ⑫产生上述现象的原因是                               ⑬写出有关反应的离子方程式                           

⑭由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量         （填“大于”、“小于”或“等于”）镁片和盐酸的总能量

五.能力提高

1.常用的钮扣式银锌电池，放电时的电极反应式分别为：

Zn极：

Zn+2OH--2e-Zn（OH）2

Ag2O极：

Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-则下列说法中不正确的是（）

A.放电过程中[OH-]不变B.Zn为负极而Ag2O为正极

C.电解质溶液呈碱性D.电子从Ag2O流出经用电器流入Zn极

3.关于金属腐蚀的如下各叙述中，正确的是（）

A.金属被腐蚀的本质是：

M+nH2O=M（OH）n+H2↑

B.马口铁（锡铁）镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化

C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀

D.常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀

4.以下现象与电化腐蚀无关的是（）

A.黄铜（铜锌）制作的铜锣不易产生铜绿

B.生铁比纯铁易生锈

C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈

D.银质奖牌久置后表面变暗

5.镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：

Cd（OH）2+2Ni（OH）2Cd+2NiO（OH）+2H2O由此可知，该电池放电时的负极材料是（）

A.Cd（OH）2B.Ni（OH）¬2C.CdD.NiO（OH）

6.下列关于铜电极的叙述不正确的是（）

A.铜锌原电池中铜是正极B.用电解法精炼铜时铜作阳极

C.在镀件上镀铜时可用铜作阳极D.电解稀H2SO4制H2、O2时铜做阳极

7有甲、乙、丙、丁四种金属。

将甲、乙用导线相连放入稀H2SO4中可以看到乙慢慢地溶解，而甲的表面有气体逸出。

把丁放到乙的硝酸盐溶液中后，丁的表面覆盖一层乙的单质。

用石墨电极电解含相同物质的量浓度的甲和丙两种金属的盐溶液，丙的单质先析出。

将甲放入稀盐酸中有H2析出。

已知四种金属中有一种是铜。

根据以上实验判断铜是（）

A.甲B.乙C.丙D.丁

8.在25℃时，将两个铂电极插入一定量的饱和Na2SO4溶液中，进行电解，通电一段时间后，在阳极逸出amol气体，同时有WgNa2SO4•10H2O析出，若温度不变，则此时剩余硫酸钠溶液的质量百分比浓度为（）

A.B.

C.D.

9.美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图所示；两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。

（1）a极是极，b极是极，电极

（4）氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。

常用的燃料，往往是某些碳氢化合物，如甲烷（天然气）、汽油等。

请写出将图中H2换成CH4时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式：

。

此时电池内总的反应方程式为。

10.将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液（分别为1mol/L）用铂电极电解，且电解足够长的时间。

有以下结论：

①溶液中几乎没有Br-；②电解液变为无色；③最终溶液显碱性；④K+、Na+和SO42-的浓度几乎没有变化。

其中正确的是（）

A.①②③B.只有③C.①④D.①②③④

6.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

阳极反应式：

2CO+2CO32-4CO2+4e-

阴极反应式：

总电池反应：