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- 2021-08-07 发布
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第2课时 化学反应为人类提供能量
[学习目标] 1.知道化学反应中能量转化的方式。2.熟悉原电池的工作原理,会判断原电池的正、负极,能正确书写简单的电极反应式。
一、化学反应中的能量转化
[自主学习]
1.化学能转变为热能
(1)化学反应的实质是旧化学键断裂、新化学键形成,当形成新化学键所释放的能量大于断裂旧化学键所吸收的能量时,化学反应会释放能量。
(2)放热反应:一些化学反应过程中产生的能量以热能的形式释放出来,该反应是放热反应。
(3)吸热反应:一些化学反应需要不断地吸收热能来维持反应的进行,该反应是吸热反应。
2.化学能与电能的转化
(1)人们利用电池通过氧化还原反应将化学能转变为电能。
(2)电能也可转化为化学能,如:电解饱和食盐水,来制备烧碱、氢气和氯气。
3.化学能与光能的转化
(1)物质燃烧时发光就是化学能转变为光能。
(2)绿色植物光合作用是把光能转变为化学能。
4.化学反应在其他领域中的应用
(1)确定物质组成、结构。
(2)测定物质有关组分的含量。
1.下图为“即热饭盒”的结构示意图。这种饭盒使用起来非常方便,撤去底部的隔板几分钟后,饭菜就变热了,试从能量转化的角度说明其中的原理。
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提示:在一定条件下,镁跟水发生化学反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑,放出热量,即化学能转化为热能。
2.铁路工人经常利用铝热剂来焊接钢轨,你能解释其中的原理吗?
提示:Fe2O3粉末和铝粉的混合物是常用的铝热剂。Fe2O3粉末和铝粉在较高温度下发生反应Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe,放出大量的热,高温下铁呈液态,可焊接断裂的钢轨。
[点拨提升]
1.火力发电原理:首先通过化石燃料燃烧,使化学能转变为热能;加热水使之汽化为蒸气以推动蒸汽轮机,热能转化为机械能;然后带动发电机发电,机械能转化为电能。
2.化学反应中能量转化的主要形式
[练习与活动]
1.核聚变是人类未来获取能源的理想方式之一。人类从受控热核聚变反应中可得到无穷尽的清洁能源,相当于为自己制造了一个个小太阳。下列关于能量转换的认识中不正确的是( )
A.电解水生成氢气和氧气时,电能转化为化学能
B.绿色植物进行光合作用时,太阳能转化为化学能
C.煤燃烧时,化学能主要转化为热能
D.白炽灯工作时,电能全部转化为光能
答案 D
解析 白炽灯工作时,电能没有全部转化为光能,还转化为热能等。
规律方法
能量从一种形式转化为另一种形式,能量总值不变。化学能、电能、热能、光能、机械能等都是能量的具体表现形式。化学能可以转化为热能,同理,热能也可以转化为化学能。
二、化学能转化为电能
[自主学习]
1.原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。
2.实验探究——原电池工作原理
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3.常见电池
(1)干电池:又称一次电池,如锌锰干电池。
(2)蓄电池:又称二次电池,如铅蓄电池。
(3)燃料电池:能量转化率高,能长时间提供电能。
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1.所有氧化还原反应都能设计成原电池吗?
提示:不能。只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。
2.原电池工作时,负极失去的电子总数与正极得到的电子总数有何关系?为什么?
提示:相等。原电池中,负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,根据氧化还原反应中得失电子守恒规律知,正极上得电子总数与负极上失电子总数相等。
[点拨提升]
1.构成原电池的条件
(1)活动性不同的两个导电电极;
(2)电解质溶液;
(3)能自发进行的氧化还原反应;
(4)形成闭合回路。
2.原电池的工作原理
3.原电池正、负极的判断方法
[练习与活动]
2.关于原电池的下列说法正确的是( )
A.在正极上发生氧化反应
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B.化学性质较活泼的金属为负极
C.在外电路电子流出的是正极
D.原电池是由电能转化为化学能的装置
答案 B
解析 原电池中相对较活泼的金属作负极,负极本身参与反应,失去电子被氧化,是电子流出的一极。相对不活泼的金属或能导电的非金属作正极,正极上电解质溶液中的阳离子得到电子被还原,是电子流入的一极。因此,原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。
3.分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg作为负极,③④中Fe作为负极
B.②中Mg作为正极,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.③中Fe作为负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
D.④中Cu作为正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑
答案 B
解析 Mg比Al活泼,在①中Mg作负极,但在NaOH溶液中,Mg不反应,而Al可以反应,故②中Al是负极。在浓硝酸中铁会钝化,故Cu为负极,Fe为正极。在④中由于不断向Cu极附近通入空气,而O2比溶液中的H+得电子能力强,故Fe失去电子,在Cu极O2得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-。
规律方法
在判断原电池正、负极时,不要只根据金属活泼性强弱,还要考虑电解质溶液,如Mg—Al和NaOH溶液构成原电池,Al作负极而镁作正极,Al—Cu和浓HNO3构成原电池,Cu作负极而Al作正极。
本课归纳总结
原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是:
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