化学反应与能量变化课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册.pptx

化学反应与能量变化化学反应与能量变化必修必修第二册第二册 第六章第六章 第一节第一节第第1 1课时课时 化学反应与热能化学反应与热能知识导图微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学知识导航课前引入小杨老师 15521324728小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学人类的衣食住行离不开能量。而许多能量的利用与化学反应中的能量变化密切相关。课前引入小杨老师 15521324728小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学化石燃料燃烧会释放大量的热，那么是只有通过燃烧才能获得能量吗？除了燃烧，其他化学反应也伴随着放热或吸热现象模块一模块一 化学反应中的热量变化化学反应中的热量变化小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨 sir 化学基础版课件不提供所有内容小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学知识精讲小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728Mg+2HCl=MgCl2+H2实验探究实验探究盐酸与镁反应前后溶液温度的变化盐酸与镁反应前后溶液温度的变化实验操作实验操作在试管中加入2 mL 2 mol/L 盐酸，再放入用砂纸打磨光亮的镁条，用温度计测量过程的温度变化实验现象实验现象镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计温度上升，用手触摸试管壁，有温热感反应原理反应原理实验结论实验结论镁与盐酸反应放出热量小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨 sir 化学基础版课件不提供所有内容小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学知识精讲小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728实验探究实验探究氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应实验操作实验操作将20g Ba(OH)28H2O晶体研细后与10g NH4Cl在烧杯中混合，放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速盖上烧杯，用手触摸烧杯下部，试着用手拿起烧杯实验现象实验现象有刺激性气味气体产生；木片上的水结成冰，与烧杯底粘在了一起；用手触摸杯壁下部，有凉的感觉反应原理反应原理实验结论实验结论氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应吸收热量Ba(OH)28H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3+10H2O化学反应的特征：1、物质变化：有新物质的产生2、能量变化：有的吸收能量，有的释放能量 一般情况，化学反应中能量的变化主要以热量的形式进行释放或吸收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新课展示一一、吸热反应和放热反应、吸热反应和放热反应知识精讲小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728二二、常常见见的的放放热热反反应应与与吸吸热热反反应应放热反应放热反应（两合两氧一置换一铝热）（两合两氧一置换一铝热）1、燃烧（所有燃烧）、缓慢氧化、大部分氧化还原反应2、酸碱中和反应3、大多数化合反应4、金属与酸或水的置换反应5、铝热反应吸热反应吸热反应（三还两解两特殊）（三还两解两特殊）1、以C、CO、H2为还原剂的氧化还原反应2、水解反应和电离过程3、大多数分解反应4、Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应5、盐酸与碳酸氢钠的反应对点训练小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728【例1】下列说法正确的是（）A物质发生化学变化都伴随着能量变化B任何反应中的能量变化都表现为热量变化C物质变化时若伴有能量变化，则一定是化学变化D没有物质的化学变化，也就没有能量的变化A题型一：能量变化题型一：能量变化对点训练小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728【例2】下列是吸热反应的是_ 水蒸气冷凝 煅烧石灰石 浓硫酸稀释 酸碱发生中和反应 生石灰跟水反应生成熟石灰 干冰升华 液氨汽化 碳和二氧化碳在高温下反应 氢原子两两结合为氢分子题型二：吸热反应与放热反应的判断题型二：吸热反应与放热反应的判断模块二模块二 化学反应中的能量变化分析化学反应中的能量变化分析知识精讲小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728三、化学反应的本质三、化学反应的本质1本质：反应物的化学键断裂要_能量，而生成物的化学键形成要_能量，吸收的能量与释放的能量_。吸收放出不相等思考讨论化学反应过程中为什么会有能量的变化？从微观角度看，物质中的原子是通过化学键相互结合的H2+Cl2 2HCl知识精讲小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728从键能角度分析 H2+Cl2 2HCl 反应体系中能量变化情况。化学键HHClClHCl键能kJ/mol436243431点燃断开 1 mol HH 键，1 mol ClCl 键，吸收 436+243=679 kJ 能量形成 2 mol HCl 键，放出 431 2 =862 kJ 能量结论结论：化学键的断裂和形成化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。是化学反应中能量变化的主要原因。（一）从化学键角度分析能量变化的原因（微观解释）1键能：断开（形成）1 mol某化学键所吸收（放出）的能量叫键能。单位：kJ/mol。如，断开1 mol H-H键吸收的能量为436.0 kJ，那么H-H键的键能是436.0 kJ/mol规律：（1）若E放E吸，该反应为放热反应；（2）若E吸E放，该反应为吸热反应；知识精讲小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728二、从二、从总能量的角度总能量的角度分析化学反应的能量变化分析化学反应的能量变化（宏观判断）（宏观判断）1化学反应是吸热还是放热，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。（2）若E反E生，该反应为吸热反应。反应物的总能量高生成物的总能量低生成物的总能量高反应物的总能量低放热反应吸热反应结论：旧物质反应生成新物质结论：旧物质反应生成新物质 反应物和生成物总能量不同反应物和生成物总能量不同（1）若E反E生，该反应为放热反应；E反E生=+释放的热量E反E生=+吸收的热量自然界的两大基本规律“质量守恒”“能量守恒”质量守恒定律：自然界的物质发生转化时总质量不变能量守恒定律：不同形式的能量之间转化总能量不变吸热反应：吸热反应：放热反应：放热反应：放热反应吸热反应能量反应物生成物反应过程（I）能量反应过程（ll）反应物生成物思维启迪判断下列反应时放热反应，还是吸热反应？对点训练小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728【例4】已知反应A+B=C+D的能量变化如图所示，下列关于此反应的说法不正确的是（）A是吸热反应B该反应不符合能量守恒定律C生成物的总能量高于反应物的总能量D反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量B题型三：能量变化图题型三：能量变化图对点训练小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728【例5】已知部分键能如下表所示，计算下列三个反应中的能量变化情况。（1）CH4+2O2 =CO2+2H2O，1 mol CH4完全反应时，_（填吸收/放出）_ kJ能量。（2）已知N2+3H2 =2NH3，消耗1 mol N2 时放出92 kJ的热量，则上表中x的数值为 _。（3）如下图为白磷（P4）和P4O6的结构，1mol 白磷完全燃烧，_（填吸收/放出）_kJ能量。题型四：键能的计算题型四：键能的计算化学键HHHNNNOOCHCOHOPPPO键能（kJ/mol）436391x498414750465198360放出946放出 1638708对点训练小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728【例6】金刚石和石墨是由C元素组成的两种结构不同的单质。在100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石，要吸收1.895 kJ的能量。据此判断，在100 kPa时，下列结论正确的是（）A1 mol石墨比1 mol金刚石的总能量高B金刚石比石墨稳定 C石墨比金刚石稳定D1 mol石墨与1 mol金刚石的总能量相等C题型五：能量越低越稳定题型五：能量越低越稳定模块三模块三 人类对能源的利用人类对能源的利用人类对能源的利用柴火柴火煤炭等化石燃料煤炭等化石燃料新能源新能源主要主要能源能源1获取热能的途径物质的燃烧（1）早期：以树枝杂草为主要能源。（2）现代：以煤、石油和天然气为主要能源。2、面临问题：一是其短期内不可再生，储量有限；二是煤和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。太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能3、解决办法节能减排寻找新能源提高燃料的燃烧效率提高能源利用率对点训练小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学微信公众号：杨sir化学小杨老师 15521324728【例7】下列叙述不正确的是（）A开发氢能、太阳能、风能、生物质能等新能源是践行低碳生活的有效途径B火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程C利用生物质能就是间接利用太阳能D绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能B题型五：能源的利用题型五：能源的利用下课 记得复习和做作业 小杨老师 15521324728微信公众号：杨sir化学第六章 化学反应与能量第一节化学反应与能量变化第2课时化学反应与电能 【学习目标与核心素养】学习目标1、通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。2、理解原电池的概念及工作原理和构成条件。3、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。4、能正确书写简单化学电源的电极反应式。核心素养1、科学探究：认识构成原电池的条件及其原理，判断原电池的正负极。2、创新意识：利用原电池原理能设计原电池。3、宏观辨识与微观探析：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。【引入】我们日常使用的电能主要来自火力发电。火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。火力发电过程中，化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。其中，燃烧（氧化还原反应）是关键。火力发电的原理:我国目前电能主要来自火力发电优点：煤炭我国资源丰富，廉价方便；电能清洁安全，又快捷方便。优点：煤炭我国资源丰富，廉价方便；电能清洁安全，又快捷方便。缺点：缺点：1.1.产生大量温室气体；产生大量温室气体；2.2.废气可能导致酸雨；废气可能导致酸雨；3.3.废料、废水；废料、废水；4.4.经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低 5.5.煤炭是非可再生资源，会造成能源危机煤炭是非可再生资源，会造成能源危机火力发电的优缺点火力发电的优缺点:火力发电存在什么问题？化学能燃料燃烧蒸汽轮机发电机电能机械能热能电池化学能电能想一想：1.“电”从哪里来？2.电流是怎样产生的？3.哪些化学反应中有电子的转移？4.什么样的化学反应可以设计成电池？氧化还原反应：电子转移原电池的前提：自发进行的氧化还原反应失 2 e-，化合价升高，被氧化得 2 e-，化合价降低，被还原能否找到一种装置将化学能直接转化为电能？【实验探究】【实验6-3】(1)将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。(2)用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。(3)如图6-6所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。把化学能直接转变为电能的装置【实验探究一】1.1.当锌片和铜片插入稀硫当锌片和铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生酸时，锌片上有气泡产生铜片上无气泡，铜片上无气泡，2.2.铜片上有气泡产生，锌铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，片不断溶解，3.3.串联电流表后，电流表串联电流表后，电流表指针发生偏转。指针发生偏转。解解 释释?现 象说明导线中有电流通过说明导线中有电流通过结论 Zn 比Cu活泼，用导线连在一起时，Zn片失去的电子变成Zn2+进入溶液。锌片：Zn2e=Zn2+（氧化反应）电子经导线流向Cu片，溶液中的H由于电场作用下移向Cu片得电子被还原成H2。铜片：2H+2e=H2（还原反应）【解释现象】如何根据已有知识判定原电池的正负极？灯物理电学上规定：正电荷定向流动的方向为电流方向。灯外电路内电路化学上规定：电子流出的一极为负极。电流方向电流方向电子流向电子流向Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2Zn失去电子，发生失去电子，发生氧化反应氧化反应H+在铜极上得到电在铜极上得到电子，发生还原反应子，发生还原反应电子从锌极流出电子从锌极流出流入铜极流入铜极.经外电路经外电路e-e-Zn2+H+H+SO42-HH离子在电场的作离子在电场的作用下定向移动用下定向移动（电泳）（电泳）3.原电池的工作原理：原电池的工作原理：总反应：总反应：Zn+2H+=Zn2+H2注意：溶液中无电子一、原电池1.定义：将化学能直接转变成电能的装置，称为原电池电源2.正负极：负极：电子流入的一极正极：电子流出的一极3.工作原理：电极材料原电池正负极电极反应式发生的反应Zn片Cu片电极总离子反应负极正极Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2氧化反应还原反应Zn+2H+=Zn2+H2（两个电极反应之和）一、原电池小结：小结：负极负极失去电子的一极失去电子的一极氧化反应氧化反应活性强活性强正极正极得到电子的一极得到电子的一极还原反应还原反应活性弱活性弱负极负极正极正极金属活泼性金属活泼性发生的反应发生的反应电子流动方向电子流动方向溶液中离子溶液中离子的流动方向的流动方向反应现象反应现象 4.如何判断原电池的正负极如何判断原电池的正负极活泼性较强的金属活泼性较强的金属活泼性较弱的金属活泼性较弱的金属（或非金属导体（或非金属导体C）氧化反应氧化反应还原反应还原反应电子流出电子流出电子流入电子流入阳离子移向正极阳离子移向正极阴离子移向负极阴离子移向负极电极溶解（质量减少）电极溶解（质量减少）电极质量增加电极质量增加或不或不变变（或有气泡产生）（或有气泡产生）思考与交流：思考与交流：通过对以上原电池原理的分析，说一说构成原通过对以上原电池原理的分析，说一说构成原电池的必要条件有哪些呢？电池的必要条件有哪些呢？实验装置实验装置 能否构成能否构成原电池原电池 构成原电构成原电池条件一池条件一（电极材料）（电极材料）实验探究二实验探究二:能能活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极能能不能不能思考：思考：负极材料和正极材料可以是哪类物质？负极材料和正极材料可以是哪类物质？负极负极：较活泼的金属：较活泼的金属正极正极：较不活泼的金属、石墨等：较不活泼的金属、石墨等实验探究三实验探究三:（溶液）（溶液）实验装置实验装置 （1）（2）（3）能否构成能否构成原电池原电池构成原电构成原电池条件二池条件二能能Fe能能不能不能思考：思考：反应实质？反应实质？电极必须插入电极必须插入 电解质溶液电解质溶液 中中电解质溶液电解质溶液原电池的负极和电解质原电池的负极和电解质溶液发生氧化还原反应溶液发生氧化还原反应实验探究四实验探究四:（是否闭合）（是否闭合）实验装置实验装置 （1）（2）能否构成能否构成原电池原电池 构成原电构成原电池条件三池条件三不能不能两极相连形成闭合回路两极相连形成闭合回路能能5.构成条件一、原电池理论上，自发的 反应均可构成原电池。具体条件是：具有 的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；溶液：两电极均插入 溶液中；导线：两极用导线相连，形成闭合回路。活动性不同电解质氧化还原AAAAAZn CuFe C(石墨石墨)Zn CuZn ZnFe Cu稀稀H2SO4 稀稀H2SO4 稀稀H2SO4 稀稀H2SO4 A B C DZn CuA酒精酒精 硫酸溶液硫酸溶液 E F G HFe Cu 判断下列装置能发生原电池反应的是：判断下列装置能发生原电池反应的是：学科网CuSO4 溶液溶液 我能行！我能行！是不是原电池？6.6.原电池原理的应用原电池原理的应用比较金属活泼性比较金属活泼性 保护金属材料保护金属材料提供能源提供能源，服务生活，服务生活加快反应速率加快反应速率注意：注意：Mg-NaOH溶液溶液-Al原电池的负极为原电池的负极为Al Cu-浓硝酸浓硝酸-Fe(Al)原电池的负极为原电池的负极为Cu一般：负极一般：负极正极正极 如：实验室制氢气加入少量硫酸铜溶液（如：实验室制氢气加入少量硫酸铜溶液（或用粗锌与酸或用粗锌与酸反应）反应）牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法如：船体镶锌块如：船体镶锌块稀硫酸稀硫酸 AlMgA稀硫酸稀硫酸 AlMgANaOH干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池形形色色的电池形形色色的电池三、常见的化学电源化学电池化学电池一次电池：一次电池：如干电池如干电池二次电池二次电池（可充电电池）：铅蓄电池等（可充电电池）：铅蓄电池等燃料电池燃料电池：氢氧燃料电池：氢氧燃料电池一、分类一、分类三、常见的化学电源 常见的锌锰干电池的构造如图6-10所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O负极负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+正极正极(C)：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O1、干电池-Zn-Mn干电池三、常见的化学电源负极负极:Pb+SO42-2e-=PbSO4 正极正极:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O正极：正极：PbO2负极：负极：Pb电解质：电解质：H2SO4溶液溶液 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应正负极材料正负极材料Pb+PbO2+4H+2SO42-2PbSO4+2H2O放电放电充电充电 有些电池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（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。2、铅酸蓄电池-充电电池电解质电解质正正极极负负极极3 3、锂离子电池、锂离子电池锂离子电池锂离子电池锂是最轻的金属，也是活泼性极强锂是最轻的金属，也是活泼性极强的金属，是制造电池的理想物质。的金属，是制造电池的理想物质。锂是新一代锂是新一代可充电的绿色电池。可充电的绿色电池。特点特点:高能电池高能电池,工作效率高工作效率高,电压高电压高,贮存时间长等。贮存时间长等。用途用途:笔记本笔记本电脑、手机、数码照相机、摄像机、心电脑、手机、数码照相机、摄像机、心脏起搏器等。脏起搏器等。三、常见的化学电源发展中的燃料电池 燃料电池是一种将燃料（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，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。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。燃料电池的供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领城有广阔的应用前景。4、燃料电池碱性条件下碱性条件下:H2O2OH（aq）:注意：注意：电解质溶液的酸碱性对电极反应的影响负极：2H2 4e-=4H+正极：O2+4H+4e-=2H2O酸性条件下：H2O2H+（aq）:负极：2H2+4OH-4e-=4H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应：总反应：2H2+O2 =2H2O总反应：总反应：2H2+O2 =2H2OH2SO4(aq)/KOH(aq)H2O2 +【化学与职业】电池研发人员 电池研发与生产、生活和军事等领域的发展密切相关。电池研发人员的工作包括电池构成材料的研制、电池性能的改进和应用的拓展等。以燃料电池为例，研发中需要研究电极、电解质等电池基本构成材料的性质和材料之间的相容性；研究不同类型的电池构成材料在不同用途时对温度、湿度等环境因素的适应性；还要研究使用什么样的电池材料使电池的容量更大；等等。这些研究工作关系着电池的效率、寿命、安全性、适用性和制造成本。在许多科研机构和生产企业中，都有具备着扎实的化学基础的研究人员从事电池研发工作。间接：直接：化学能 燃烧热 能蒸汽机械能发动机电能装置原电池概念构成条件工作原理化化学学能能与与电电能能【总结】祝同学们学习进步！祝同学们学习进步！