《化学反应原理》

专题 1

《化学反应与能量变化》 教材分析及教学建议

一、本专题的主要教学内容的分析

1. 专题 1 化学反应与能量变化主要教学内容

化学反应中的热效应化学反应中的热效应•化学反应的焓变化学反应的焓变•反应热的测量与计算反应热的测量与计算•能源的充分利用能源的充分利用

化学能与电能的转化化学能与电能的转化•原电池的工作原理原电池的工作原理•化学电源化学电源•电解池的工作原理及应用电解池的工作原理及应用

金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护•金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀•金属的电化学防护金属的电化学防护

3

2. 本专题各单元知识点内在联系

1 ） . 专题 1 各单元知识的逻辑关系（ 1 ）第一单元知识的逻辑关系

化学反应中的热效应

反应热 焓变

热化学方程式

盖斯定律

反应热的测量与计

算

焓变与键能

燃烧热

燃料的使用、节能的意义、新能源开

发

（ 2 ） . 专题 1 第二、三单元知识的逻辑关系

电化学基础

1 原电池 2 化学电源

4 金属的电化学腐蚀与防护3 电解池

氧化还原反应

反应的自发与否

定量测定

热化学方程式

定量计算 根据盖斯定律

化学反应的热效应

反应热

反应的焓变

等温

等温、等压

2 ） . 各单元知识点的内在联系（ 1 ） .“ 化学反应中的热效应”各知识点的内在关系

（ 2 ） . ①“ 化学能与电能的转化”各知识点的内在关系（一）

原电池工作原理（电极反应）

原电池装置中电流的产生

原电池装置 能量转化

盐桥的作用

纽扣电池

铅蓄电池

燃料电池

原电池的电极反应和总反应的书写

各类化学电池的工作原理分析

金属的电化腐蚀 牺牲阳极阴极防护法

② “化学能与电能的转化”各知识点的内在关系（二）

熔融 NaCl 通电前后的离子运动

电解池的工作原理

不能自发的氧化还原反应 能量转化

惰性电极电解

氯化铜溶液

氯化钠溶液各类电解的应用分析

电镀原理分析

金属的电化腐蚀 外加电源阴极保护法

可溶性电极电解

3. 与《化学 1 》《化学 2 》的关系

二、本专题各单元教学要求分析

基本要求

1. 了解化学反应能量变化的实质，知道化学能与热能的转化是化学反应中能量转化的主要形式，能举例说明化学反应的热效应在生产生活中的广泛应用。

2. 了解反应热和焓变的涵义，明确焓变与键能的关系。

3. 认识热化学方程式的意义并能正确书写热化学方程式。

4. 通过测定中和热的实验，理解测定反应热的基本原理，初步学会测定反应热的实验方法。

5. 了解标准燃烧热的概念，认识节约能源、充分利用能源的实际意义，了解化学在解决能源危机中的重要作用及常用的节能方法。

解读：① 《化学 2 》燃料燃烧放出的热量反应热的本质。本专题在《化学 2 》基础上理解化学反应过程中能量变化的本质是化学键断裂和形成。② 只要求从“焓变”这个物理量和符号（△ H ）来表示反应热，不宜拓展“焓”“焓变”的严格的定义。③ 只要求中和热的实验测定，反应热测定的其他方法不做要求。④ 了解盖斯定律，用盖斯定律进行有关焓变的简单计算，⑤ 标准燃烧热为基本要求，而热值为发展要求⑥ 体现能源与人类生存和发展的关系

发展要求

1. 了解常见的节能措施，通过调查认识节能的重要意义。

2. 了解热值的概念。

第一单元 化学反应中的热效应

基本要求

1. 通过实验探究体验化学反应及其能量转化。

2. 了解原电池的构造特点和工作原理，会判断、设计简单的原电池，能够正确书写电极反应式和电池反应方程式。

3. 知道常见化学电源的种类。能根据已知的电池总反应式，判断电池的正负极，书写电极反应式。

4. 了解电解池的构造特点和工作原理，能正确书写电解池的电极反应式和电解反应式。

5. 了解电解原理在金属冶炼、氯碱工业和电镀等生产、生活中的应用。

解读：① 根据常见的氧化还原反应设计原电池，书写电极反应式和电池反应方程式。② 锌锰干电池的工作原理只作简单介绍，不要求学生独立书写电极反应式。③ 惰性电极阳极产物只限于氯气和氧气，阴离子放电顺序可以不拓展。④ 电解冶炼铝、电解精炼铜、电镀、氯碱工业等方面的细节问题不作过多展开，只要求能写电极反应式或电解的总方程式，以及阴阳极材料的特点、电子转移和氧化还原反应的关系。

发展要求

1. 了解盐桥的作用2. 知道银锌钮扣电池、铅蓄电池、燃

料电池的工作原理及其应用价值。

第二单元 化学能与电能的转化

基本要求

1. 认识金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的意义。

2. 知道化学腐蚀和电化学腐蚀的区别，了解金属发生电化学腐蚀的原理，理解钢铁电化学腐蚀发生的条件。

3. 了解防止金属腐蚀的措施和原理。

解读：《化学 2 》钢铁的电化学腐蚀是因为发生了原电池反应而被腐蚀，不要求书写电极反应式等。本单元还要求知道钢铁的两种电化腐蚀的原理和环境条件，能书写有关的电极反应式和总反应式。

发展要求

第三单元 金属腐蚀与防护

三、几点教学建议（一）教学中应与必修的内容相衔接

从实验感受化学反应中的热量变化 用键能、盖斯定律

进行焓变的定量计算

定量测定反应热

宏观、定性： 微观、定量：

化学反应与热量

化学反应中的热量（等温）：反应热；放热反应和吸热反应

用△ H 表示反应热（放出或吸收

的热量）

在恒温恒压的条件下，用焓变（△ H ）表示反应放出或吸收的热量

热化学方程式书写及其

简单计算

《化学 2 》化学反应中的热量

《化学反应原理》化学反应中的热效应

只要求描述铜锌原电池发生的变化，不要求书写电极反应式

从得失电子的角度知道铜锌原电池的电极反应式的书写，并会写电池的总反应式

能系统地从电极类型、反应类型及得失电子守恒的角度书写电极反应式和总反应式

在书写氢氧燃料电池的电极反应式时，能从反应物质所处的

溶液环境等多方面考虑原 电 池

《化学 2 》

化学能与电能的转化

《化学反应原理》

化学能与电能的转化

（二）、把握好几个重、难点

1. 有关焓变 教材第 2 页：在化工生产和科学实验

中，化学反应通常在敞口容器中进行，反应体系的压强与外界相等，即反应是在恒压条件下进行的。在恒温、恒压条件下（严格说来，只做体积功，不做其他功），化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变（ ΔH）。

焓变受哪些因素的影响 焓变受温度及压强的影响。在热化学方程式中的热效应一般并不注明温度与压强，这是特指在298K 、 101kPa条件下的焓变。

由于知识基础的欠缺，学生理解焓变时存在较大的困难。教材出于严密性的考虑，对焓变作了较为详细的说明，在教学过程中可以将重点放在热化学方程式的应用上，而不必强调焓变的概念，更不必强调焓变的使用条件。

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焓变 在恒温、恒压的条件下，化学反应过程中所吸收或释放的热量称为反应的焓变 .符号： ∆ H 单位： kJ/mol

规定：当∆H为“－”（ ∆H<0）时，为放热反应；当∆H为“＋”（ ∆H>0）时，为吸热反应 .

从键能上看： ΔH＝反应物总键能－生成物总键能

从总能量上看： ∆ H=E 生成物总能量 -E 反应物总能量

⑴ 焓变与各物质的键能的关系从键能上看： ΔH＝反应物总键能－生成物总键能

• 化学反应的△ H等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差，参考下表键能数据和晶体硅与二氧化硅结构模型估算晶体硅在氧气中燃烧生成二氧化硅晶体的热化学方程式： Si(s)+O2(g)=SiO2(s)中，△ H的值为

A ． +989.2 kJ·mol － 1

B．－ 61.2 kJ·mol － 1

C．－ 989.2 kJ·mol － 1

D．－ 245.2 kJ·mol － 1

化学键 Si—O O=O Si—Si Si—Cl Si—C

键能kJ·mol －

1

460 498.8 176 360 347

练习： 1. （ 08海南 ) 白磷与氧发生如下反应 :P4+5O2=P4O10.已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为： P—P akJ·mol—1 、 P—ObkJ·mol—1 、 P=O ckJ·mol—1 、 O=O dkJ·mol—1 。根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的△ H ，其中正确的是 ( )

A. （ 6a+5d － 4c － 12b ） kJ·mol—1 B. （ 4c+12b － 6a － 5d ） kJ·mol—1

C. （ 4c+12b － 4a － 5d ） kJ·mol—1 D. （ 4a+5d － 4c － 12b ） kJ·mol—1

由图可以看出： P4 中 6mol

的 P － P ， 5mol 的 O2中含有 5molO ＝ O ， 1mol 的P4O10中含有 4mol 的 P ＝ O ，12mol 的 P － O,故为： A

⑵. 焓变与各物质的能量的关系

从总能量上看：

∆H=E 生成物总能量 -E 反应物总能量

答案： A

2.（ 08重庆卷）化学反应 N2+3H2=2NH3 的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是（ ）A ． N2(g)+3H2(g)=2NH3(1); △H=2(a-b-c)kJ·mol-1 B ． N2(g)+3H2(g)=2NH3(g); △H=2(b-a)kJ·mol-1 C ． 1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(1); △H=(b+c-a)kJ·mol-1 D ． 1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g); △H=(a+b)kJ·mol-1

(2009·天津理综 )已知 :2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566 kJ/mol;Na2O2(s)+CO2(g)===Na2CO3(g)+ O2(g) ΔH=-226 kJ/mol;根据以上热化学方程式判断 , 下列说法正确的是 ( )

A.CO 的燃烧热为 283 kJ

B. 上图可表示由 CO 生成 CO2 的反应过程和能量关系

C.2Na2O2(s)+2CO2(s)===2Na2CO3(g)+O2(g)

ΔH>-452 kJ/mol

D.CO(g) 与 Na2O2(g) 反应放出 509 kJ 热量时 ,电子转

移数为 6.02×1023

⑶. 焓变大小的比较

下列各组热化学方程式中 ,化学反应的 ΔH前者大于后者的是 ( )

①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1

C(s)+ O2(g)===CO(g) ΔH2

②S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH3

S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH4

③H2(g)+ O2(g)===H2O(l) ΔH5

2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH6

④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH7

CaO(s)+H2O(l)===Ca(OH)2(s) ΔH8

1

2

1

2

•ΔH 值大小比较包含“十”“一”号 ,即比较的是正数､负数 ①｡ 前者为完全燃烧 , 后者为不完全燃烧 ,热效应是前者大于后者 ,但 ΔH1､ΔH2均为负数 ,故 ΔH1<ΔH2 ②｡ 中 S 单质状态不同 ,气体的能量状态高于固态 ,放热多 ③｡ 中方程式系数不同 ④｡ 中前者为吸热反应 ΔH7为正数 , 后者为放热反应 ,ΔH8为负数｡

2. 原电池电极反应式的书写

[例题 1]

简单原电池的电极式反应书写

Cu、 Fe作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：① Cu作 ____ 极 , Fe② 作____极电极反应式是：负极 ____________ 正极 _____________总反应式是___________________________如将稀硫酸改为浓硝酸则：①Cu作 ____ 极 , Fe② 作 ____极电极反应式是：负极 ____________ 正极_____________________总反应式是_______________________________

Cu+4HNO3( 浓 )=Cu(NO3)2+2NO2 +2H2O

正 负Fe-2e-=Fe2+

2H++2e-=H2↑Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑

负 正Cu-2e-=Cu2+

2NO3-+4H++2e-==2NO2 +2H2O

变 式

［例题２］ 技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为 2H2+O2=2H2O ，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为 2H2-4e-=4H+ ，则其正极反应式为 ______________ _。碱式 电 池 的 电 解 质 是 碱 ， 其正极 反 应 式 为O2+2H2O+4e-=4OH- ，则其负极反应可表示为

____________ ________ 。

O2+4e-+4H+=2H2O

2H2-4e-+4OH-=4H2O

　　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、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中 a 极的电极反应式： ，考此时电池内总的反应式 ： 。

[ 变 式］燃料电池的电极反应式书写

KOH 溶液CH4 O2

H2O

a bCH4+10OH- - 8e-=CO3

2- +7H2O

CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H

2O

高考热点考点Ⅱ

写出燃料反应方程式

CH4+O2→CO2+H2O

燃料电池的电极反应式书写规律 :

• ①写出燃烧反应；• ② 根据电解液改写燃料电池总反应；• ③ 写出正极的电极反应式• ④由电子转移数目及原子守恒，电荷守恒写出负极的电极反应式。或者

• 由燃料电池总反应减去正极的电极　　　 反应式得负极的电极反应式。

负极： CH4

CO32-

-4 +4-8e- +10OH- +7H2O

燃烧电池的正极：O2+4e-=2O2-

酸性介质 O2-+2H+=H2O

碱性或中性介质 O2-+ H2O = 4OH-

熔融碳酸盐介质 O2-+CO2=CO32-

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 的熔融盐混合物用电解质 ,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 : 负极反应式 : , 正极反应式 :O2+2CO2+4e-=2CO3

2-

总电池反应 式 : .

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

2CO+O2=2CO2解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中 CO 为还原剂，空气中 O2 为氧化剂，电池总反应式为： 2CO+O2==2CO2 。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式： O2+2CO2+4e-== 2CO3

2- 。

[ 体验高考 ] （２０００年高考题）

放电正极 :NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-

可充电电池的电极式反应书写

[例题 3] 已知爱迪生蓄电池在碱性条件下的电池反应式为： Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2

试写出放电时的正、负极 ,充电时的阴、阳极的电极反应式。

放电负极 :Fe-2e-+2OH-= Fe(OH)2

充电：阴极： Fe(OH)2+2e-= Fe+2OH-

阳极： Ni(OH)2+2OH--2e-= NiO2+2H2O

Fe-2e-=Fe2+ Fe2++2OH-=Fe(OH)2

可充电电池电极反应式的书写规律 :

① 看清楚 “充电、放电” 的方向

② 放电的过程应用原电池原理，　充电的过程应用电解池原理

③ 　　 (升价 ) (降价 ) (升价 ) (降价 ) 物质 1 + 物质 2 　　　物质 3 + 物质 4 负极 正极 阳极 阴极放电

充电

（ 2006 年广东高考）某可充电的锂离子电池以LiMn2O4 为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含 Li+ 导电 固 体 为 电 解 质 。 放 电 时 的 电 池 反 应 为 ：Li+LiMn2O4==Li2Mn2O4 。下列说法正确的是 （ ）

A 、放电时， LiMn2O4 发生氧化反应

B 、放电时，正极反应为：

Li+ ＋ LiMn2O4 ＋ e-==Li2Mn2O4

C 、充电时， LiMn2O4 发生氧化反应

D 、充电时，阳极反应为： Li+ ＋ e-==Li

可充电电池的电极式反应书写

B

可充电电池的电极式反应书写［体验高考］ 2006年高考（重庆） （ 14 分）铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：

Pb ＋ PbO2 ＋ 4H ＋＋ 2SO42 － 2PbSO4 ＋ 2H2O

请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：（ 1 ）放电时：正极的电极反应式是 ＿＿＿＿＿＿＿＿； 电解液中 H2SO4 的浓度将变 ；当外电路通过 1mol 电子时， 理论上负极板的质量增加 g 。

（ 2 ）在完全放电耗尽 PbO2 和 Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，则在 A 电极上生成 、 B 电极上生成 ，此时铅蓄电池的正负极的极性将 。

pbO2-2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

小48

PbPbO2 对换

原电池电极反应式的书写注意事项：（ 1 ）负氧正还。（ 2 ）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加 H+ 、 OH— 、 H2O ，以遵循电荷守恒和质量守恒。（ 3 ）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。

小结