归纳与整理课时教学实录

第二章

《化学反应与能量》之归纳与整理

第一课时

【复习目标】

1、阅读完善教材的《归纳与整理》，熟知本章主要内容。

2、深度理解化学反应中的能量变化——热能、电能产生原因，实质、运用解决实际问题

3、深度原电池的工作原理，能解决实际问题。

【复习过程】

活动一：阅读教材，梳理主干知识，构建知识体系。

活动二：深度认识化学反应中的热量变化：

我们在做化学实验时，经常会感受到有热量的变化，比如钠与水的反应等，其实在化学反应中，不仅有物质的变化，即新物质的生成，而且还伴随着______的变化，有的反应是______的，有的反应是______的。而化学反应中物质变化的实质是旧化学键断裂和新化学键形成。

化学反应是化学科学研究的核心，化学反应过程中的物质变化要遵循质量守恒定律，而能量变化要遵循能量守恒定律。在化学反应过程中一定存在着能量的变化，而这些能量变化大多数表现为热量的变化，这就实现了化学能与热能的转化。

一、从化学键的角度理解

在化学变化前后，参加反应的原子的种类和个数并____改变，只是进行了原子之间的重组和整合；原子进行重组、整合的过程，实际上就是反应物中化学键断裂和生成物中化学键

形成的过程。由于反应物中化学键的断裂要消耗能量，而生成物中化学键的形成要释放能量，因此我们将化学反应中能量变化表示为

*反应物――――――――――――→生成物

新化学键形成释放能量这样，当反应中吸收的能量_____释放的能量时，反应表现为吸收能量，该反应为吸热反应；

当反应中吸收的能量______释放的能量时，反应表现为放出能量，该反应为放热反应。

练习：

已知：①1 mol H2分子中化学键断裂时需吸收436 kJ 的能量；②1 mol Cl2分子中化学键断裂时需吸收243 kJ的能量；③由氢原子和氯原子形成1 mol HCl分子时释放

431 kJ 的能量。则1 mol H2和1 mol Cl2反应生成氯化氢气体时的能量变化为(

) A．放出能量183 kJ

C．吸收能量248 kJ

二、从化学能的角度理解

自然界中存在着成千上万种物质，但不同的物质能量不同，因此在化学反应前后反应物和生成物所具有的能量也是不同的。我们还可以从化学能的角度，也就是从反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小来看一个化学反应的能量变化。

若反应物的总能量________生成物的总能量，则化学反应放出能量，该反应为放热反应；

若反应物的总能量生成________物的总能量，则化学反应吸收能量，该反应为吸热反应。

3．化学反应中能量变化的计算

(1)用E(反应物)表示反应物的总能量，E(生成物)表示生成物的总能量，ΔQ表示能量变化，则：

ΔQ＝E(生成物)－E(反应物)。

(2)用Q(吸)表示反应物分子断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物分子成键时放出的总能量，ΔQ表示能量变化，则：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)。

练习：

下列有关化学反应中能量变化的理解，正确的是(

) A．凡是伴随能量变化的过程都是化学变化

B．在化学反应过程中总是伴随着能量的变化

C．在确定的化学反应中反应物的总能量一定等于生成物的总能量

D．在确定的化学反应中反应物的总能量总是高于生成物的总能量

活动三：从氧化还原反应原理深度透析原电池工作原理：

原电池是把化学能转化为电能的装置。构成原电池的条件有哪些？是不是所有的化学反应均可以设计成原电池呢？在学习过程中，这些问题可能一直使同学们感到困惑，下面我们一起来分析，解开困惑。

一、原电池与氧化还原反应的关系

我们在学习氧化还原反应时，经常用单线桥或双线桥标注电子转移的方向和数目，如：

B．吸收能量183 kJ D．吸收能量862 kJ 旧化学键断裂吸收能量

氧化还原反应中存在电子的得失，在该反应中，线桥仿佛是一根导线，假如电子能在导线上流动，就会由电子的转移变成电子的定向移动，也就形成了电流。因此，并不是所有的反应均可以设计成原电池，只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。

从单线桥上看，可将导线一端连接在锌极上，另一端当然不可能直接放在溶液中，因此可将另一端连接在一个能导电的电极上，如石墨电极。这样连接后，在整个装置中就会出现与原来不同的实验现象：氢气在石墨电极上大量产生。为什么会出现这样的现象呢？原因在于：当锌片直接放入硫酸溶液中时，锌失去的电子集中在锌片表面，溶液中的H在锌的表面获得电子生成氢气。而当锌、石墨共同放入硫酸溶液并用导线连接时，电子就会沿导线流向石墨电极，这样在石墨电极表面聚集了大量电子，溶液中的H移向石墨电极并获得这些电子生成氢气。在这个过程中，电子在导线中实现了定向移动，即形成了电流。这样，化学反应的化学能就转变成了电能，这样的装置我们称之为原电池。

二、原电池的构成

从以上分析可以看出，原电池是由两个活动性不同的电极、电解质溶液构成的闭合回路，也就是说原电池的构造是：①两个活动性不同的电极；②电解质溶液；③闭合回路，如下图。

＋＋

在原电池中，科学上规定把电子流出的一极称为负极(较活泼的金属)；把电子流入的一极(较不活泼的金属或惰性电极)称为正极。在上面的原电池中，锌为负极，发生氧化反应：Zn－2e＋＋－－===Zn2，石墨为正极，发生还原反应：2H＋2e===H2↑，这两个半反应恰好是氧化还原反应中的两个线桥。

也就是说，原电池实质上是将氧化反应和还原反应分到了两个电极上进行，使其分别成为一个“半反应”，因此，根据氧化还原反应方程式可以很容易地设计原电池装置。

练习：

人造地球卫星上使用的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为Zn＋2OH－2e===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e===2Ag＋2OH。据此判断Ag2O是(

) A．负极，被氧化

C．负极，被还原

B．正极，被还原

D．正极，被氧化

－－－－

二、电子的流向及离子的流向

整个原电池装置是一个闭合回路，在外电路中(导线)是靠电子的定向移动导电，在溶液中则是靠阴、阳离子的定向移动导电。在外电路中，电子是由负极流向正极，电流的方向与电子移动的方向相反，由正极流向负极。在溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，这里我们只需记住：阳离子一定移向发生还原反应的极，即阳离子一定是为获得电子而奔去。

原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)如下图所示：

四、电子的得失守恒

电子守恒法是依据氧化还原反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数相等这一原则进行计算的。电子守恒法是氧化还原反应计算的最基本的方法，而原电池反应就是一种典型的氧化还原反应，只不过氧化反应和还原反应在负极和正极分别发生。因此可以利用电子守恒法来处理原电池的有关计算。具体来说就是正极得到的电子总数与负极失去的电子总数相等。

练习：

(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流表。

锌片上发生的电极反应为_________________________________________________。

银片上发生的电极反应为______________________________________________________。

(2)若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算：

①产生氢气的体积(标准状况)；②通过导线的电量。(已知NA＝6.02×1023 mol1，电子的电－荷量为1.60×10－19 C)

四、、原电池正极和负极的判断方法

1．根据电极材料判断

一般是活泼性较强的金属为负极，活泼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

电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。

3．根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向

在原电池的电解质溶液中，阳离子移向的极为正极，阴离子移向的极为负极。

4．根据原电池两极发生的变化判断

原电池的负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应。

5．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。

特别提示

在判断原电池正、负极时，不要只根据金属活动性的相对强弱，有时还与电解质溶液有关，如Mg－Al和NaOH溶液构成的原电池中，由于Mg不与NaOH溶液反应，虽然金属性Mg>Al，但在该条件下是Al作负极。因此要根据具体情况来判断正、负极。

练习：根据反应：2Ag＋Cu===Cu2＋2Ag，设计如图所示原电池，＋＋下列说法错误的是(

) A．X可以是银或石墨

B．Y是硫酸铜溶液

C．电子从铜电极经外电路流向X电极

D．X极上的电极反应式为Ag＋e===Ag 五、原电池的电极反应及其书写方法

电极上物质的变化情况以及电子的转移情况可用电极反应式来表明。在原电池中，氧化反应和还原反应是分别在两个电极上进行的，每个电极上只发生一个方向的电子转移，相当于氧化还原反应的一半，常称为半反应。这种在电极上进行的半反应叫做电极反应。电极反应总是涉及含有同一元素但价态不同的两种物质，一种处于较高价态，另一种处于较低价态。以Cu－Zn(H2SO4)原电池为例：

负极反应：Zn－2e===Zn(氧化反应)，正极反应：2H＋2e===H2↑(还原反应)。

而电池总反应则为电池中正、负极反应式在电量相等情况下的加和式，一般是一个自发的、完整的氧化还原反应。例如原电池的电池总反应：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑(化学方程式)，Zn＋2H===Zn＋H2↑(离子方程式)。

练习：

1、钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是(

) A．负极发生的反应为Fe－2e===Fe2

－＋＋2＋－2＋＋－＋－B．正极发生的反应为2H2O＋O2＋2e===4OH

C．原电池是将电能转变为化学能的装置

D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易被腐蚀

2、科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为(

) A．H2＋2OH－2e===2H2O B．O2＋4H＋4e===2H2O C．H2－2e===2H

D．O2＋2H2O＋4e===4OH

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