第1章化学反应与能量转化知识点总结高二上学期化学选择性必修1

化学反应与能量转化第1节化学反应的热效应一、化学反应的反应热1、化学上规定，当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量为该反应在此温度下的热效应。2、符号：用Q表示Q<0，表示放热；Q>0，表示吸热。3、单位：J或kJ。4、反应热的数值可以通过理论计算也可以实验测定求得。理论计算：Q=断裂旧化学键吸收的能量–形成新化学键放出的能量=反应物的键能总和–生成物的键能总和反应热的实验测定测量仪器：量热计测定中和反应的反应热①向量热计内筒中加入1.0mol/L的盐酸100mL，盖上杯盖，插入温度计，匀速搅拌后记录初始温度T1②向250mL烧杯中加入1.0mol/L的NaOH溶液100mL，调节其温度，使与量热计中盐酸的温度相同。③快速将烧杯中的碱液倒入量热计中，盖好杯盖，匀速搅拌，记录体系达到的最高温度T2。④假设溶液的比热等于水的比热并忽略量热计的热容，根据溶液温度升高的数值，计算此中和反应的反应热。⑤重复实验步骤2—3次。取温度变化的平均值计算反应热。试计算在稀溶液中,强酸和强碱反应生成1mol水放出的热量（即中和热）是多少？思考1：所测得的数据不是57.3kJ/mol，分析产生误差的原因？1、量取溶液的体积有误差2、实验过程中有液体洒在外面。3、混合酸、碱溶液时，动作缓慢，导致实验误差4、隔热操作不到位，致使实验过程中热量损失而导致误差5、测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱的温度，致使热量损失而引起误差。6、记录的不是最高温度。思考2：大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？填碎泡沫塑料的作用是什么？减少热量损失思考3：酸、碱混合时，为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？减少热量损失思考4：实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒？为什么？不能。因为铜丝易导热，使热量损失较大思考5：有人建议用50mL0.55mol/LNaOH进行上述实验，测得的中和热数值会更加准确。为什么？可以保证盐酸完全反应。使测得的热量更加准确。思考6：常见的放热反应和吸热反应有哪些？(1)常见的放热反应：①燃烧反应；②中和反应；③物质的缓慢氧化反应；④原电池反应；⑤活泼金属与水或酸的反应；⑥大多数化合反应；⑦大多数置换反应。铝热反应(2)常见的吸热反应：①多数分解反应（碳酸钙的分解反应）；②以H2、CO、C等为还原剂的氧化还原反应，如：C(s)+CO2(g)=2CO(g)、C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)③氯化铵固体与氢氧化钡晶体等固态铵盐与碱的反应；④碳酸氢钠和柠檬酸的反应；二、化学反应的内能变化与焓变热化学方程式(1)定义：把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来的式子。(2)意义：热化学方程式不仅表示物质的变化，还表明了能量的变化。一般用英文字母g、l和s分别表示气态、液态和固态，水溶液中的溶质则用aq表示。焓变与物质的聚集状态有关注意：热化学方程式与化学(离子)方程式的5个不同点(1)热化学方程式不注明反应条件。(2)热化学方程式不标“↑”“↓”，但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。(3)热化学方程式中，物质化学式前面的系数只表示物质的量，因此可以是整数，也可以是分数。(4)同素异形体在反应中除标明状态外，还要注明名称，如C(s，石墨)C(s，石墨)==C(s，金刚石)ΔH=+1.90KJ·mol1石墨更稳定(5)要在反应物和反应产物的化学式后面用括号注明各物质的聚集状态，因为反应的焓变与各反应物和反应产物的聚集状态有关。(6)在ΔH后要注明反应温度，因为同一反应在不同温度下进行时其焓变是不同的，对于298K时进行的反应，可以不注明温度。(7)ΔH的单位是J·mol1或kJ·mol1。(8)根据焓的性质，若化学方程式中各物质化学式前的系数加倍，则ΔH数值的绝对值也加倍;若反应逆向进行，则ΔH的数值改变符号，但绝对值不变。三、反应焓变的计算1、盖斯定律：不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热相同。即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。△H＝△H1+△H2若多步化学反应相加可得到新的化学反应，则新反应的焓变即为上述多步反应的焓变之和。注意：1、计量数的变化与反应热数值的变化要对应“同侧相加，异侧相减”2、反应方向发生改变反应热的符号也要改变“系数不同，乘以相应倍数”反应热的大小比较规律(1)吸热反应的ΔH肯定比放热反应的大(前者大于0，后者小于0)；(2)放热反应，反应物物质的量越大，放出的热量越多，ΔH越小；（ΔH的绝对值越大）（3）同一物质，不同状态，反应物能量越高，放出的热量越多，ΔH越小。生成物能量越高，放出的热量越少，ΔH越大。ΔH的大小比较四、能源摩尔燃烧焓能源(1)概念：能为人类提供能量的物质或物质运动(2)种类：包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能、核能、化石燃料等。(3)能源危机解决的办法：2.摩尔燃烧焓:在一定反应温度和压强条件下，1mol纯物质完全氧化为同温下的指定产物时的焓变。C→CO2(g)H→H2O(l)S→SO2(g)N→N2(g)例题：目前煤在我国依然是第一能源，煤的气化可以实现煤的综合利用，提高煤的利用价值。下表列举了几种常见物质的摩尔燃烧焓(298K,101kPa)，且298K,101kPa时，1molH2O(l)变为H2O(g)需要吸收44.0kJ的热量(注意：煤的摩尔燃烧焓可用石墨的摩尔燃烧焓计算)。物质化学式ΔH/(kJ·mol－1)石墨C(s)－393.5氢气H2(g)－285.8一氧化碳CO(g)－283.0(1)计算煤气化反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的焓变，写出计算过程。根据摩尔燃烧焓的含义，可得热化学方程式：①C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1；②CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ·mol－1；③H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)ΔH3＝－285.8kJ·mol－1；④H2O(l)===H2O(g)ΔH4＝＋44.0kJ·mol－1。所以根据盖斯定律，将①－②－③－④，整理可得：C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)，则ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3－ΔH4＝＋131.3kJ·mol－1化学能转化为电能—电池一、原电池的工作原理1、原电池：把化学能转化为电能的装置。2、原电池构成要素铜锌原电池电流表指针发生回偏，电流迅速衰减改进措施：盐桥的作用（是一种“离子导体”）①导电作用，形成闭合回路②提供阴阳离子，使电解质溶液保持电中性。两种电池的对比、原电池工作原理的应用1、加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液置换出的Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。2．比较金属的活动性强弱在原电池中，若两电极是两种活泼性不同的金属，一般负极金属的活泼性比正极金属的的活泼性强。3．设计化学电池任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。还原性较强的物质在负极上失去电子，氧化性较强的物质在正极上得到电子。将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。4．金属腐蚀的防护应用：在轮船外壳上镶嵌锌块四、已知氧化还原总反应式，书写电极反应式步骤①分析化合价，确定正极、负极的反应物与产物。正极反应：氧化剂→还原产物，负极反应：还原剂→氧化产物。②在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。③根据质量守恒配平电极反应式。④复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式(先写)化学电源一次电池：电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用。例如：普通干电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池二次电池：又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。例如：铅蓄电池、锂离子电池燃料电池：是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池。例如：氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池判断电池优劣：比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)/kg或(W·h)/L。比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。电池可储存时间的长短电池的回收利用：废弃电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染，需回收利用锌锰干电池负极(Zn)：Zn+2OH2e=ZnO+H2O正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e=2OH+2MnOOH(碱式氧化锰)电池总反应：Zn+2MnO2+H2O=2MnOOH+ZnO二次电池Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O①放电过程(原电池)负极：Pb+SO422e=PbSO4正极：PbO2+4H++SO42+2e=2PbSO4+2H2O②充电过程(电解池)阴极（接电源负极）：PbSO4+2e=Pb+SO42阳极（接电源正极）：PbSO4+2H2O2e=PbO2+4H++SO42燃料电池燃料电池：是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。通常情况下燃料作负极，氧气作正极。总反应为燃料燃烧的反应。氢氧燃料电池：总反应2H2+O2=2H2O酸性介质：负极：2H2－4e－=4H＋正极：O2＋4e－＋4H＋=2H2O碱性电解质：（）2H2－4e－＋4OH－=4H2O（+）O2＋4e－＋2H2O=4OH－中性电解质：（）2H2－4e－=4H＋（+）O2＋4e－＋2H2O=4OH－金属氧化物介质：（）2H24e+2O2=2H2O（+）O2+4e=2O2熔融碳酸盐介质：（）2H24e+2CO32=2H2O+2CO2（+）O2+4e+2CO2=2CO322、甲烷燃料电池（1）酸性条件燃料电池总反应式：CH4+2O2═CO2+2H2O；负极：CH48e+2H2O=CO2+8H+正极：2O2+8e+8H+=4H2O碱性条件燃料电池总反应式：CH4+2O2+2NaOH═Na2CO3+3H2O；负极：CH48e+10OH=CO32+7H2O正极：O2+4e+2H2O=4OH固体电解质（高温下能传导O2）燃料电池总反应式：CH4+2O2═CO2+2H2O；负极：CH48e+4O2=CO2+2H2O正极：O2+4e=2O2熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下电池总反应式：CH4+2O2═CO2+2H2O。负极：CH48e+4CO32=5CO2+2H2O正极：O2+4e+2CO2=2CO323、甲醇燃料电池(1)酸性条件燃料电池总反应式：2CH3OH+2O2═CO2+4H2O；负极：CH3OH6e+H2O=CO2+6H+正极：O2+4e+4H+=2H2O(2)碱性条件燃料电池总反应式：2CH3OH+3O2+4NaOH═2Na2CO3+6H2O；负极：CH3OH6e+8OH=CO32+6H2O正极：O2+4e+2H2O=4OH(3)固体电解质（高温下能传导O2）燃料电池总反应式：2CH3OH+3O2═2CO2+4H2O负极：CH3OH6e+3O2=CO2+2H2O正极：O2+4e=2O2(4)熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下电池总反应式：2CH3OH+3O2═2CO2+4H2O负极：CH3OH6e+3CO32=4CO2+2H2O正极：O2+4e+2CO2=2CO32第3节电能转化为化学能—电解一、电解的原理1、电解：将直流电通过电解质溶液(或熔融电解质)在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。2、电解池：将电能转化为化学能的装置。3、电解池的构成条件：①直流电源②固体电极材料③电解质溶液或熔融电解质④形成闭合回路。惰性电极：用石墨、金、铂等材料做的电极，一般通电条件下不发生反应；活性电极：用金属(除石墨、金、铂)做的电极，活性电极作阳极时，优先发生氧化反应。电极反应：在电极上进行的半反应。5、电极反应式：表示电极上物质的变化和电子转移的式子。实验：(1)确定电极名称阳极（接电源正极）阴极（接电源负极）(2)判断电极产物并书写电极反应:阳离子(Na+)移向阴极，阴离子(Cl)移向阳极阳极：2Cl2e=Cl2↑氧化反应阴极：2Na++2e=2Na还原反应总式：思考：1.电子、离子、电流的流向？思考2：电离和电解的关系？电离不需要电能，溶于水或熔融状态下就可以电离出自由移动的离子，是物理变化。而电解需要电能，会发生化学变化。思考3：有人说“电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程”，是否正确？正确。电解质溶液导电就必然导致溶液中离子的定向移动，而离子定向移动就会形成闭合回路从而进行放电。电解质溶液电解的过程使阴阳离子定向移动发生氧化还原反应。原电池与电解池有何异同电解规律1、以惰性电极电解电解质溶液的一般方法和步骤：①分析电解质溶液的组成，找出有关离子，分两组。②分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出电极反应式。③合并两个电极方程式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。注意：总反应式的书写(1)通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。(2)把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“通电”。(3)若是水电离出的H＋或OH－得或失电子，在总反应式中应是H2O参与反应。①阴极:阳离子得电子能力强者先放电Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+（酸）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+(水)>Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+阴极产物：除Fe3++e→Fe2+外，金属阳离子放电得到相应金属单质；若H+放电，则得H2。②阳极:阴离子或电极失电子能力强者先放电活性电极＞S2＞I＞Br＞Cl＞OH＞含氧酸根离子>F阳极产物：首先看电极，若为活性电极，电极放电，则电极溶解成金属阳离子（Fe2e→Fe2+）；若溶液中阴离子放电，相应得到S、I2、Br2、Cl2；若OH放电，则得H2O和O2。注意：在溶液中含氧酸根离子不放电，常指最高价含氧酸根离子不放电，但非最高价含氧酸根离子的放电能力比OH放电能力强，如SO32等。电解后电解质溶液的变化及恢复2、电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气现象：阴极：溶液变红，有无色气体生成，且无色气体可以燃烧阳极：产生黄绿色有刺激性味气体，气体可以使湿润的淀粉KI试纸变蓝通电总式：2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑通电离子方程式:2Cl+2H2O2OH+Cl2↑+H2↑阴极：2H2O+2e=H2↑+2OH阳极：2Cl2e==Cl2↑3、铜的电解精炼主要成分：Cu杂质金属：Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等活泼性：Zn>Fe>Ni>Cu>Ag>Au阳极：Cu(粗铜)－2e－=Cu2＋(主要反应)Zn－2e－=Zn2＋Fe－2e－=Fe2＋Ni－2e－=Ni2＋Ag、Pt、Au等金属沉积在池底形成阳极泥阴极：Cu2＋+2e－=Cu(精铜)电解质溶液CuSO4浓度减小(4)电解精炼的结果粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe、Ni等失去电子形成的阳离子进入溶液；不如铜活泼的金属Ag、Au、Pt等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，与其他不溶性杂质混在一起形成阳极泥；阴极上得到精铜。4、电镀(1)定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。(2)目的：提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。电镀实验（以铁钉镀铜为例）阳极(与直流电源正极相连)：镀层金属Cu－2e－=Cu2＋阴极(与直流电源负极相连)：镀件Cu2＋＋2e－=Cu电解质溶液：含镀层金属阳离子的电解质溶液电解法用于冶炼较活泼的金属电解工业上常利用电解法冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。电解的相关计算⑴计算类型①电子守恒在电解计算中的应用。②电解后某产物的质量③气体的体积④某元素的化合价⑤元素的相对原子质量⑥计算电解后溶液中的离子浓度。⑦计算电解质溶液的pH。⑧串、并联电路中的物质关系。⑵计算方法①电子守恒法：得失电子守恒；串联电路电子处处相等②总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算③关系式计算根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式⑶等量关系①当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。②常见电化学计算的对应关系：H2～Cl2～1/2O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。第四节金属的腐蚀与防护一、金属电化学腐蚀的原理1、金属腐蚀定义：金属表面因与周围的物质发生氧化还原反应而遭到破坏的现象。2、金属腐蚀的本质：3、金属腐蚀的类型化学腐蚀与电化学腐蚀的区别深化拓展1.金属腐蚀的快慢规律(1)在同种电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序为:电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。(2)同一种金属在不同介质(浓度相等)中腐蚀由快到慢的顺序为:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(3)在同一种电解质溶液中,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快(钝化除外)。(4)纯度越高的金属,腐蚀越慢。(5)不纯的金属或合金,在潮湿的空气中,氧气浓度越大,腐蚀越快。二、金属腐蚀的防护生活中常用什么方法防止金属被腐蚀的？1、表面加保护层油漆、机油、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶