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第十三讲化学反应与能量、原电池1．了解化学反应中能量转化的原因，知道常见的能量转化形式。2．了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应等概念。3．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。4．了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。知道常见化学电源的种类。5．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及其防止措施。一、化学反应与能量1．化学键与化学反应中的能量变化(1)化学反应实质：化学反应过程是一个化学键的断裂与形成过程。旧键断裂________能量，新键形成________能量。断裂不同的化学键吸收的能量与形成不同的化学键释放的能量不相等，从而发生化学能与其他能量形式的转化。(2)常见的能量转化形式①通常情况下，化学反应中的能量变化表现为________变化时，即为吸热和放热，如果反应物与生成物的能量差较小，则放热和吸热不明显。1．(1)吸收释放(2)①热量②在一定条件下，化学反应中的能量变化还可以电能、光能等形式变化。③在原电池反应中，________主要转化为电能；在电解过程中电能主要转化为化学能。2．化学能与热能的相互转化(1)任何化学反应遵循质量守恒，也遵循能量守恒。反应物与生成物的能量差若以热量形成表现即为放热反应或吸热反应(E反：反应物具有的总能量；E生：生成物具有的总能量)：化学能(2)放热反应①放热反应：反应物的总能量______生成物的总能量的反应。或者说，旧化学键断裂时所吸收的能量______新化学键形成时所放出的能量的反应。反应环境放热。一般表现为环境温度______，化学能减少，表示为______，易自发进行。②常见的放热反应Ⅰ.所有的燃烧反应；Ⅱ.酸碱中和反应；Ⅲ.活泼金属与酸或H2O生成H2的反应；Ⅳ.多数化合反应；Ⅴ.物质的缓慢氧化；Ⅵ.自发进行的氧化还原反应。(2)①高于小于升高ΔH0(3)吸热反应①吸热反应：反应物的总能量______生成物的总能量的反应。或者说，旧化学键断裂时所吸收的能量______新化学键形成时所放出的能量的反应。反应环境放热。一般表现为环境温度______，化学能增加，表示为______，不易自发进行。②常见的吸热反应Ⅰ.C(s)＋CO2(g)2CO(g)；Ⅱ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；Ⅲ.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应；Ⅳ.电解质的电离；Ⅴ.大多数盐的分解反应；(3)①低于大于降低ΔH0特别提示：1.有的放热反应不需要加热，如氢气与氟气在黑暗、常温下混合时能发生爆炸，白磷能在空气中自燃；有的放热反应需要加热或点燃，如铁粉与硫粉在加热的条件下反应生成硫化亚铁，氢气在空气中在点燃的条件下反应生成水。2．吸热反应也不一定需要加热，如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应是吸热反应，但不需要加热反应就能进行；碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳也是吸热反应，需要持续高温煅烧才能维持反应的不断进行。3．化学反应是吸热还是放热，是从反应物总能量与产物总能量的大小进行比较，个别反应物与个别产物之间能量大小不能直接比较。二、原电池1．定义：利用________反应将________转化为________的装置。2．Zn－Cu原电池工作原理(1)装置如图：1．氧化还原化学能电能(2)形成条件：①有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体或不活泼金属)作电极。②电极材料均插入电解质溶液中。③两极相连形成闭合电路。(3)工作原理：铜片和锌片用导线连接，同时浸入稀硫酸溶液，铜片和锌片之间形成电势差，金属锌比铜活泼，锌原子容易失去电子，锌片失去的电子通过导线流向铜片，Zn被氧化生成Zn2＋进入溶液，溶液中的H＋在铜电极极板上得到电子被还原成氢原子结合成氢气分子从铜片上析出。(4)电池反应①负极(活泼金属锌片)：Zn－2e－＝Zn2＋(氧化反应)②正极(不活泼金属或非金属导体铜片)：2H＋＋2e－＝H2↑(还原反应)③电池总反应式：Zn＋H2SO4ZnSO4＋H2↑(氧化还原反应)=====电流3．常见化学电源种类(1)不可充电电池(一次电池)：①普通干电池如：Zn(负极)－MnO2(C棒正极)－NH4Cl(电解质)；②碱性干电池，如：Zn(负极)－MnO2(C棒正极)－KOH(电解质)；③微型纽扣电池，如：Zn(负极)－Ag2O(碳粉正极)－KOH(电解质)；④高能电池，如：锂电池。(2)可充电电池(又称二次电池)：铅蓄电池，如：Pb(负极)－PbO2(Pb正极)－H2SO4、锂离子电池、锌银电池、氢镍电池等。(3)新型燃料电池：燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。如：氢能燃料电池、甲烷燃料电池等。燃料电池中的氢氧电池由于具有能量转化率高、能长时间供电等优点而应用于航天和军事领域。特别提示：1.原电池的电子与电流流动方向电子：负极(锌片)→导线→正极(铜片)电流：正极(铜片)→导线→负极(锌片)2．原电池中离子的迁移方向阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。三、金属腐蚀与防护(1)金属腐蚀化学原理：金属的腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。其实质：金属原子失去电子被氧化：M－ne－＝Mn＋，越活泼的金属，越容易受到腐蚀，由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀的化学原理也不同。(2)金属的腐蚀分类：一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀，其中的电化学腐蚀更普遍。①化学腐蚀是指金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。如：高温下，钢铁与氯气接触生成氯化铁、铜在加热条件下生成黑色的氧化铜，都属于化学腐蚀。②电化学腐蚀是指不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触时，发生原电池反应而引起的腐蚀。一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，其中，吸氧腐蚀更普遍。例如：钢铁的腐蚀以吸氧腐蚀为主，其中负极为铁。电极反应为：负极：Fe－2e－＝Fe2＋；正极(碳)：2H2O＋O2＋4e－＝4OH－。化学反应与能量变化(2011年广东学业水平测试)H2在O2中燃烧生成气态H2O的反应是一个放热反应，在反应过程中()A．核能转化成热能B．化学能转化成热能C．生成物的总能量等于反应物的总能量D．生成物的总能量大于反应物的总能量解析：H2在O2中燃烧生成气态H2O的反应是一个放热反应，在反应过程中化学能转化成热能，A错、B正确；生成物的总能量小于反应物的总能量，所以C、D错。答案为B。答案：B吸热反应与放热反应下列叙述中正确的是()A．需加热的反应一般都是吸热反应B．放热反应一般都不要加热或点燃等条件C．化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应D．燃烧反应一般都是放热反应解析：很多放热反应开始时也需要加热，故A、B错；有的化合反应是吸热反应，有的分解反应是放热反应，C错。本题明显选D。答案：D原电池(2011年江苏省普通高中学业水平测试)某原电池结构如图所示，下列有关该原电池的说法正确的是()A．能将电能转换成化学能B．电子从碳棒经外电路流向铁棒C．碳棒发生氧化反应D．总反应为Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑解析：原电池将化学能转换成电能的装置，A错；电子从铁棒经外电路流向碳棒，B错；碳棒发生还原反应，C错；故本题正确选项为D。答案：D下列装置能形成原电池的是()解析：酒精溶液是非电解质溶液，A选项内电路不闭合，错误；B选项两电极都是碳棒为惰性电极，错误；D选项不能构成闭合回路，错误；C选项装置符合构成原电池的条件，电极反应方程式为：负极(Fe)：Fe－2e－＝Fe2＋；Cu2＋＋2e－＝Cu。答案：C金属腐蚀与防护金属及其制品在腐蚀介质中很容易被腐蚀，其使用寿命大为降低。因此只有对腐蚀介质中的金属及其制品采取防护措施，才能保证金属工艺设备的安全性和工农业生产的顺利进行。下面对金属及其制品的防护措施中错误的是()A．铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置潮湿处保存B．通过特殊工艺，增加铝制品表面的氧化膜C．对于易生锈的铁制品(如防护网)要定期涂刷防护漆D．把Cr、Ni等金属加入到普通钢里制成不锈钢解析：铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置干燥处保存，A错。答案：A下列事实不能用原电池原理解释的是()A．海轮的水线以下的船壳上装一定数量的锌块B．铝片不用特殊方法保护C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量氯化铜溶液后速率加快D．镀锌铁比镀锡铁耐用解析：选项A，在海轮的水线以下船壳上加Zn块构成原电池的负极，从而保护正极铁不受腐蚀；选项B，铝片表面在空气中易形成致密不易再反应的氧化铝保护膜。选项C，由于发生Zn＋Cu2＋＝Cu＋Zn2＋，生成的铜附着在锌表面构成原电池，加快纯锌与稀硫酸的反应速率。选项D，铁片表面的镀锌层和镀锡层受损后，分别形成Zn－Fe和Fe－Sn原电池，前者锌比铁活泼被氧化，能起到保护铁的作用，后者锡比铁不活泼，铁更易被氧化，所以镀锌铁比镀锡铁耐用。答案：B特别提示：金属常见防护措施：1．改变金属组织结构：选用不同的金属或非金属制成合金，如：不锈钢。2．增加保护层：如：喷油漆、涂油脂、电镀或用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜使其表面钝化如钢铁“烤蓝”等。3．采用电化学保护，如：牺牲阳极的阴极保护法(原电池原理)，外加电流的阴极保护法(电解池原理)防止金属腐蚀等。一、单项选择1．(2010年广东泷水中学学业水平模拟)下列各图中，表示正反应是吸热反应的图是()解析：旧化学键的断裂需要吸收热量，新化学键的形成是释放能量；吸热反应即是吸收的热量大于释放的热量。答案：A2．下列燃料中，不属于化石燃料的是()A．汽油B．煤C．天然气D．氢气解析：化石燃料是指石油、煤、天然气等，故本题明显选D。答案：D3．(2011年江苏省普通高中学业水平测试)下列反应属于吸热反应的是()A．金属钠与水反应B．甲烷在空气中燃烧C．盐酸与氢氧化钠溶液反应D．石灰石高温分解解析：只有石灰石高温分解是吸热反应，其它都是放热反应，故本题明显选D。答案：D4．人类对于能源的利用大致可以分为三个时代：柴草能源、化石能源、多能源时代。以下说法正确的是()A．原始社会人类学会利用火，他们以天然气取暖，吃熟食，从事生产活动B．煤属于化石燃料C．多能源时代指的是新能源时代，包括核能、太阳能、氢能D．化石燃料的燃烧没有污染解析：原始社会人类还没有学会利用火，不可能以天然气取暖，吃熟食，从事生产活动；多能源时代不是指新能源时代；化石燃料直接燃烧会产生很多的污染，净化后才会减少污染。答案：B5．(2011南师附中学业水平测试模拟)下列变化中生成物的总能量大于反应物的总能量的是()A．H＋H＝H—HB．H—Cl＝H＋ClC．Mg＋2HCl＝MgCl2＋H2↑D．H2SO4＋2NaOH＝Na2SO4＋2H2O解析：A中H原子形成H2，放出能量；B中H－Cl断开化学键形成H原子和Cl原子，吸收能量；C、D都是放热反应，故本题正确选项为B。答案：B6．(2011年南京高中学业水平测试模拟)下列反应过程中的能量变化情况符合下图的是()A．酸与碱的中和反应B．镁和盐酸的反应C．水发生分解反应D．氧化钙和水反应解析：图中表示的是一个吸热反应，故只有C符合题意。答案：C7．已知金刚石在一定条件下转化为石墨是放热的，则金刚石和石墨比较，能量“贮存”高的是()A．石墨B．金刚石C．一样高D．无法判断解析：只有当产物的能量低于反应物的能量时反应才放热。答案：B8．(2010年陕西高新一中学业水平模拟)原电池能实现下列哪种能量形式的转化()A．化学能转化为电能B．电能转化为化学能C．化学能转化为热能D．化学能转化为光能解析：原电池是将化学能转化为电能的装置。答案：A二、多项选择(在每小题列出的四个选项中，至少有2个选项是正确的)16．下列叙述正确的是()A．电能是二级能源B．水力是二级能源C．天然气是一级能源D．水煤气是一级能源解析：天然气、水力是一级能源；电能、水煤气是二级能源；故只有A、C符合题意。答案：AC17．(2011年揭阳市高中学业水平测试模拟改编)下列过程放出热量的是()A．氢气燃烧B．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合C．铝放入盐酸中D