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1、化学反应与能量 原电池第1页，本讲稿共28页一、化学键与化学反应中的能量变化一、化学键与化学反应中的能量变化一个化学反应的过程，本质上就是一个化学反应的过程，本质上就是旧旧化学键化学键断裂断裂和和新新化学化学键键形成形成的过程。的过程。正是这一过程，使化学反应在发生正是这一过程，使化学反应在发生物质变化物质变化的的同时同时还伴随还伴随能量能量的的变化变化。1.化学能与热能化学能与热能第2页，本讲稿共28页化学键与反应过程中的能量变化：化学键与反应过程中的能量变化：旧化学键的断裂和新化学键的形成的过程旧化学键的断裂和新化学键的形成的过程消耗能量消耗能量释放释放能量能量吸收能量吸收能量释放能量释放
2、能量吸收吸收能量能量吸吸 放放吸热反应吸热反应放热反应放热反应第3页，本讲稿共28页化学反应的能量变化也可以从反应物生化学反应的能量变化也可以从反应物生成物的总能量的相对高低加以说明，是成物的总能量的相对高低加以说明，是吸收能量还是放出能量，决定于反应物吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对高低。的总能量与生成物的总能量的相对高低。第4页，本讲稿共28页放热反应放热反应吸热反应吸热反应反应物的反应物的 总能量总能量生成物的生成物的 总能量总能量反应过程反应过程能量能量放出热量放出热量反应过程反应过程能量能量吸收热量吸收热量反应物反应物反应物反应物生成物生成物生成物生成
3、物H0反应物的反应物的 总能量总能量生成物的生成物的 总能量总能量在化学反应过程中放出或吸在化学反应过程中放出或吸收的热量，通常叫做反应热。收的热量，通常叫做反应热。用符号用符号H表示，单位：表示，单位：KJ/mol第5页，本讲稿共28页实验内容实验内容实验现象实验现象实验结论实验结论反应后溶液的反应后溶液的温度温度比反比反应前盐酸和应前盐酸和NaOH溶溶液都液都高高反应放出热量反应放出热量活活动动 探探究究反应后溶液的反应后溶液的温度温度比反应比反应前盐酸的前盐酸的高高反应放出热量反应放出热量反应后体系的反应后体系的温度温度比反比反应前的应前的低低反应吸收热量反应吸收热量盐酸和盐酸和NaOH
4、溶溶液反应液反应盐酸和锌反盐酸和锌反应应氢氧化钡晶氢氧化钡晶体和氯化铵体和氯化铵固体反应固体反应第6页，本讲稿共28页常见的哪些是放热变化？哪些是吸热变化？常见的哪些是放热变化？哪些是吸热变化？吸热：吸热：Ba(OH)Ba(OH)2 28H8H2 2O O与与NHNH4 4ClCl的反应的反应 CO CO2 2与焦炭的反应与焦炭的反应 水蒸汽与焦炭的反应水蒸汽与焦炭的反应 多数分解反应多数分解反应放热：浓硫酸的稀释放热：浓硫酸的稀释 强碱溶于水强碱溶于水 酸碱中和反应酸碱中和反应 多数化合反应多数化合反应 燃烧反应燃烧反应 活泼金属与酸反应活泼金属与酸反应第7页，本讲稿共28页二、化学能与电能
5、二、化学能与电能1、化学能与电能的转化：、化学能与电能的转化：化学能可以转变为电能，但只有释放能量的化学能可以转变为电能，但只有释放能量的氧化还原反应才可能通过原电池实现化学能氧化还原反应才可能通过原电池实现化学能和电能的转化，并非所有释放能量的化学反和电能的转化，并非所有释放能量的化学反应均能通过原电池实现和电能的转化应均能通过原电池实现和电能的转化原电池概念：借助于氧化还原反应将化学原电池概念：借助于氧化还原反应将化学能转变为电能的装置。能转变为电能的装置。第8页，本讲稿共28页形成原电池的条件形成原电池的条件（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件一：
6、形成条件一：活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等第9页，本讲稿共28页（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成原电池的条件形成原电池的条件第10页，本讲稿共28页形成原电池的条件形成原电池的条件形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路（不可以）（不可以）可以可以第11页，本讲稿共28页（2 2）组成原电池的条件组成原电池的条件（1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质或金）有两种活动性不同的金属（或一种是非
7、金属单质或金属氧化物）作电极。属氧化物）作电极。（2）电极材料均插入电解质溶液中。）电极材料均插入电解质溶液中。（3）两极相连形成闭合电路。）两极相连形成闭合电路。（4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。）内部条件：能自发进行氧化还原反应。第12页，本讲稿共28页两极的判断和电极反应：两极的判断和电极反应：较活泼的金属作负极，负极上发生氧化反应；较不较活泼的金属作负极，负极上发生氧化反应；较不活泼金属（或石墨）作正极，正极上发生还原反应。活泼金属（或石墨）作正极，正极上发生还原反应。外电路中，电子从较活泼的金属（负极）流向正极外电路中，电子从较活泼的金属（负极）流向正极（较不活泼的金属或石墨）
8、；电解质溶液中，阳离（较不活泼的金属或石墨）；电解质溶液中，阳离子奔向正极，阴离子奔向负极。子奔向正极，阴离子奔向负极。第13页，本讲稿共28页ABCDEFMN1.下列哪几个装置能形成原电池？下列哪几个装置能形成原电池？OVXVVXXXV原电池构成条件原电池构成条件典型例题：典型例题：V第14页，本讲稿共28页思考思考 判断下列装置是否是原电池，若是原电池指判断下列装置是否是原电池，若是原电池指出正、负极，写出两极的电极反应式。出正、负极，写出两极的电极反应式。第15页，本讲稿共28页是原电池是原电池负极（负极（Fe）Fe -2e-=Fe2+正极（正极（C）2H+2e-=H2 总反应总反应 2
9、H+Fe =Fe2+H2 是原电池是原电池负极（负极（Zn）Zn -2e-=Zn2+正极（正极（C）Cu2+2e-=Cu总反应总反应 Cu2+Zn=Zn2+Cu 第16页，本讲稿共28页不是原电池不是原电池负极（负极（Cu）Cu -2e-=Cu2+正极（正极（C）2Ag+2e-=2Ag总反应总反应 2Ag+Cu=Cu2+2Ag 乙醇不是电解质，不能发生氧化乙醇不是电解质，不能发生氧化还原反应还原反应是原电池是原电池第17页，本讲稿共28页小结：小结：负极负极正极正极电子流方向电子流方向电流方向电流方向氧化反应氧化反应负极金属负极金属被氧化而被氧化而腐蚀。腐蚀。还原反应还原反应正极金属正极金属被
10、保护。被保护。较活泼金较活泼金属属较不活泼金较不活泼金属或石墨属或石墨第18页，本讲稿共28页原电池原理的应用：原电池原理的应用：1）比较金属的活动性。）比较金属的活动性。2）防止金属被腐蚀。如：在轮船外表水线）防止金属被腐蚀。如：在轮船外表水线以下位置附加锌块。以下位置附加锌块。3）加快化学反应速率。如：在锌与稀硫酸）加快化学反应速率。如：在锌与稀硫酸反应制氢气时，向稀硫酸中加入硫酸铜反应制氢气时，向稀硫酸中加入硫酸铜溶液。溶液。第19页，本讲稿共28页1.1.锌锰干电池锌锰干电池酸式锌锰干电池酸式锌锰干电池电极反应式：电极反应式：负极：负极：Zn Zn22e正极：正极：2NH4+2MnO2
11、+2e-2NH3+Mn2O3+H2OZnZn生成生成Zn(NHZn(NH3 3)4 4 2+2+二、认识几种电池二、认识几种电池第20页，本讲稿共28页2.铅蓄电池铅蓄电池第21页，本讲稿共28页2.铅蓄电池铅蓄电池正极：正极：PbOPbO2 2+4H+4H+SO+SO4 42-2-+2e+2e-PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2O O负极：负极：Pb+SOPb+SO4 42-2-PbSOPbSO4 4+2e+2e-放电时为原电池：放电时为原电池：充电时为电解池：充电时为电解池：电池反应：电池反应：阳极：阳极：PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2O O PbOPbO2 2+4H4H+
12、SO+SO4 42-2-2e2e-阴极：阴极：PbSOPbSO4 4 +2e+2e-Pb+SOPb+SO4 42-2-电解池反应：电解池反应：第22页，本讲稿共28页3.3.氢氧燃料电池氢氧燃料电池阅读课本阅读课本P58.了解燃料电池的重了解燃料电池的重要用途要用途第23页，本讲稿共28页燃燃 料料 电电 池池介质电池反应：2H2+=2H2O 酸性负极正极中性负极 正极碱性负极正极2H2 4H+4e-O2+4H+4e-2H2O2H2 4H+4e-O2+2H2O+4e-4OH-2H2+4OH-4H2O 4e-O2+2H2O+4e-4OH-第24页，本讲稿共28页（1）利用铁被氧气氧化时放热反应所
13、放出的热量。）利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。（2）碳碳粉粉的的主主要要作作用用是是和和铁铁粉粉、氯氯化化钠钠溶溶液液一一起起构构成成原原电电池池，加加速速铁铁屑屑的的氧氧化化。氯氯化化钠钠溶溶于于水水，形形成成了了电电解解质质溶溶液液。（3）负极：）负极：2Fe2 Fe2+4e-，正极：正极：O2+2H2O+4e-4OH-，总反应方程式是：总反应方程式是：4 Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3 市市场场上上出出售售的的“热热敷敷袋袋”其其主主要要成成分分是是铁铁屑屑、碳碳粉粉、木木屑屑和和少少量量氯氯化化钠钠、水水等等，热热敷敷袋袋启启用用之之前前用用塑塑料料袋袋密密封封使使其
14、其与与空空气气隔隔绝绝，启启用用时时，打打开开塑塑料料袋袋轻轻轻轻揉揉搓搓就就会会放放出出热热量量，使使用用完完后后，会会发发现现有有大量的铁锈存在，请回答下列问题：大量的铁锈存在，请回答下列问题：（1）热敷袋使用时，为什么会放出热量？）热敷袋使用时，为什么会放出热量？（2）碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？）碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？（3）试写出有关的电极反应式和化学方程式。）试写出有关的电极反应式和化学方程式。第25页，本讲稿共28页生活中常用的充电电池:锂电池（非水有机溶剂电解液）锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：负极：2Li2Li+2e-，正极：正极：I2+
15、2e-2I-，总反应：总反应：2Li+I2=2LiI跟相同质量的其它金属作负跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。率高、储存寿命长。第26页，本讲稿共28页心脏起博器的原电池心脏起博器的原电池 已知人体血液的已知人体血液的pH值在值在7.357.45之间。之间。将将心脏起博器植入如图红色区域心脏起博器植入如图红色区域静脉血静脉血管内管内，请写出电极反应式并分析其工作，请写出电极反应式并分析其工作原理。原理。Zn-Zn-负极，负极，Pt-Pt-正极；人体体液作电解正极；人体体液作电解质，溶解氧做氧
16、化剂。质，溶解氧做氧化剂。负极反应：负极反应：2Zn+4OH-2Zn(OH)2Zn+4OH-2Zn(OH)2 2 +4e+4e-正极反应：正极反应：O O2 2+4e+4e-+2H+2H2 2O4OHO4OH-电池反应：电池反应：2Zn+O2Zn+O2 2+2H+2H2 2O=2Zn(OH)O=2Zn(OH)2 2放出电脉冲进行工作放出电脉冲进行工作第27页，本讲稿共28页如如果果制制取取廉廉价价氢氢气气的的方方法法一一旦旦取取得得突突破破，那那么么人人们们利利用用氢氢气气这这种种新新能能源源的的新新时时代代就就会会来来临临。人人们们现现在在正正在在研研制制用用氢氢气气为为动动力力的的汽汽车车
17、、飞飞机机。据据估估计计，利利用用氢氢气气作作为为燃燃料料的的飞飞机机将将在在本本世世纪纪初初正正式式实实用用，而而特特别别引引人人注注意意的的是是，这这种种飞飞机机会会比比目目前前的的超超音音速速飞飞机机速速度度快快两两倍倍，其其飞飞行行高高度度也也远远远远超超过过现现在在的的波波音音飞飞机机。为为什什么么以以氢氢气气为为动动力力的的飞飞机会具有这些优势性呢？机会具有这些优势性呢？下面我们就来谈谈氢气燃料的另一个理想的优秀品质，下面我们就来谈谈氢气燃料的另一个理想的优秀品质，它的密度它的密度小，发热量高。小，发热量高。氢气在过去被称为氢气在过去被称为“轻气轻气”，它是所有气体中最轻，它是所有
18、气体中最轻的，密度仅为的，密度仅为0.089克克/升，相当于空气密度的升，相当于空气密度的1/14。人类的第。人类的第一个气球就是氢气球。当氢气加压变为液态氢时，其密度仍然要比一个气球就是氢气球。当氢气加压变为液态氢时，其密度仍然要比常规的液体燃料要小常规的液体燃料要小40%，这对于其作为航空燃料是十分有利的，这对于其作为航空燃料是十分有利的，长途的洲际飞机可以带更多的燃料，直达目的地而不需要中途加油。长途的洲际飞机可以带更多的燃料，直达目的地而不需要中途加油。然而更重要的是氢气放出的热量高达然而更重要的是氢气放出的热量高达28900千卡，差不多是汽油千卡，差不多是汽油的的3倍。这就是说，燃烧相同质量的燃料，用氢气比用汽油有着更倍。这就是说，燃烧相同质量的燃料，用氢气比用汽油有着更强大的动力，这才是氢气飞机比现在飞机速度快的真正原因。此外，强大的动力，这才是氢气飞机比现在飞机速度快的真正原因。此外，燃烧氢生成的是水，可以不腐蚀发动机并起到制冷降温的作用。在燃烧氢生成的是水，可以不腐蚀发动机并起到制冷降温的作用。在航天领域，也有许多以液氢作为动力燃料的大推力火箭发动机。航天领域，也有许多以液氢作为动力燃料的大推力火箭发动机。第28页，本讲稿共28页