苏教版高中化学必修二知识点

专题6化学反应与能量变化

第一单元化学反应的速率与反应限度

一、化学反应的速率

1、化学反应速率的定义：化学反应速率就是化学反应进行的快慢程度，是平均反应

速率，在容积不变的反应容器中，通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度

的增加量（均取正值）来表示。

2、化学反应速率计算公式：v=Xc/Z

3、化学反应速率单位：因为表示的是物质的量浓度的变化量，等于物质的量的

变化量除以溶液体积，单位是表示时间变化量，单位是s或min,所以

化学反应速率v的单位是mol.1_—‘•mirf'或mol.L—Js-'。

4、使用化学反应速率的注意事项

①因为在化学反应中，气体由于扩散的特点，会均匀分布在整个空间内，由此会产生

“浓度”；当反应物为她液体和她固体时，由于纯液体和纯固体不具备气体扩散的这个特

点，在整个反应过程中的状态不变，所以没有“浓度”；固体不管怎么混合,也不能构成均

一的分散系，所以没有''浓度”；如果两种或两种以上的液体混合，则变成溶液,具有了“浓

度”，就可以计算化学反应速率。所以在化学反应时若是溶液或气体时，就可以计算化学

反应速率；若为纯固体或纯液体就不能计算化学反应速率。②因为化学反应速率是瞬时

的，和反应物浓度，压力，温度等有关，化学反应需要需要一定的时间，每个时间的反应物

浓度和温度不同，化学反应速率在每个时间是随时变化的，所以在做计算题时，化学反

应速率是指一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时速率。

③反应物和生成物化学反应速率之比=化学方程式中化学计量数之比。原因是：物质的

量之比等于化学计量数之比，溶液总体积和反应时间相同。

④化学反应速率变化量之比=化学方程式中化学计量数之比。

二、影响化学反应速率的因素:

1、内因：由参加反应的物质的结构和性质决定的（主要因素）。或者说，化学反应

速率主要由化学键的强弱决定。

化学键的强弱与化学反应速率的关系。例如:在相同条件下，氧气与氢气在暗处就能

发生爆炸（反应速率非常大）；氯气与氢气在光照条件下会发生爆炸（反应速率大）；澳气与

氢气在加热条件下才能反应（反应速率较大）；碘蒸气与氢气在较高温度时才能发生反应，

同时生成的碘化氢又容易分解（反应速率较小）o这与反应物X-X键及生成物H-X键的相

对强度大小密切相关。

2、外因：①温度：升高温度，增大速率；②催化剂：一般加快反应速率（正催化剂）；

③反应物浓度：增加反应物的浓度，增大速率（溶液或气体才有浓度可言）；④压强：增

大压强，增大速率（适用于有气体参加的反应）；⑤其它因素：如光（射线）、固体的表

面积（颗粒大小）、反应物的状态（溶剂）、原电池等也会改变化学反应速率。详细解释

如下：

①温度：只要升高温度，反应物分子获得能量，使一部分原来能量较低分子变成活

化分子，增加了活化分子的百分数，使得有效碰撞次数增多，故反应速率加大（主要原因）；

当然，由于温度升高，使分子运动速率加快，单位时间内反应物分子碰撞次数增多反应

也会相应加快（次要原因）。

②催化剂：使用正催化剂能够降低反应所需的能量，使更多的反应物分子成为活化

分子，大大提高了单位体积内反应物分子的百分数，从而成千上万倍地增大了反应物速

率.负催化剂则反之。催化剂只能改变化学反应速率，却改不了化学反应平衡。

③反应物浓度：当其它条件一致下，增加反应物浓度就增加了单位体积的活化分子

的数目，从而增加有效碰撞，反应速率增加，但活化分子百分数是不变的。

④压强：对于有气体参与的化学反应，其他条件不变时（除体积），增大压强，即体

积减小，反应物浓度增大，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增多，

反应速率加快;反之则减小。

若体积不变，加压（加入不参加此化学反应的气体，气体压强跟气体质量成正比）反

应速率就不变，原因是：因为浓度不变，单位体积内活化分子数就不变；

但在体积不变的情况下，加入反应物，同样是加压，增加反应物浓度，速率也会增

加。

若体积可变，恒压（加入不参加此化学反应的气体）反应速率就减小。因为体积增大,

反应物的物质的量不变，反应物的浓度减小，单位体积内活化分子数就减小。

⑤溶剂：溶剂对反应速率的影响是一个极其复杂的问题，一般说来：

A、溶剂的介电常数对于有离子参加的反应有影响。因为溶剂的介电常数越大，离

子间的引力越弱，所以介电常数比较大的溶剂常不利与离子间的化合反应。

B、溶剂的极性对反应速率的影响。如果生成物的极性比反应物大，则在极性溶剂

中反应速率比较大;反之，如反应物的极性比生成物大，则在极性溶剂中的反应速率必变

小。

C、溶剂化的影响，一般说来。作用物与生成物在溶液中都能或多或少的形成溶剂化

物。这些溶剂化物若与任一种反应分子生成不稳定的中间化合物而使活化能降低，则可

以使反应速率加快。如果溶剂分子与作用物生成比较稳定的化合物，则一般常能使活化

能增高，而减慢反应速率。如果活化络合物溶剂化后的能量降低，因而降低了活化能，

就会使反应速率加快。

D、离子强度的影响（也称为原盐效应）。在稀溶液中如果作用物都是电解质，则反应

的速率与溶液的离子强度有关。也就是说第三种电解质的存在对于反应速率有影响.

⑥原电池：当金属与电解质溶液反应时，如果金属中含有杂质，就会形成原电池，

使反应速率增加，这就是粗锌比纳锌与酸的反应速率更快的原因。

三、化学反应的限度及化学平衡状态

1、可逆反应的定义：在相同的条件下同时向正、逆两个反应方向进行的反应叫做可

逆反应。通常把由反应物向生成物进行的反应叫做正反应。而由生成物向反应物进行的

反应叫做逆反应。

2、可逆反应的特征：①绝大多数反应都有一定的可逆性。一个反应是可逆反应的必

需条件:在同一反应条件下进行；②在任何可逆反应中，正方应进行的同时，逆反应也在

进行；可逆反应不能进行到底，也就是说：可逆反应无论进行到何种程度，任何物质（反

应物和生成物）的物质的量都不可能为0;③可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，

正反应速率和逆反应速率相等，反应物与生成物的浓度不再发生变化，单位时间内生成

的该物质的量与消耗的该物质的量相等，反应才叫达到化学平衡状态。④若正反应是放

热反应，则其逆反应就是吸热反应。

3、化学反应限度的定义

化学反应限度就是在给定条件下，研究可逆反应在一定条件下所能达到的最大程度,

也即化学反应动态平衡。达到化学反应限度时，它的意义是:化学反应的限度决定了反应

物在该条件下的最大转换率。

在一定条件下，当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应

物和生成物的浓度不再改变，达到表面上静止的一种“平衡状态”，这就是这个反应所能

达到的限度，即化学平衡状态。

4、化学平衡状态的特征：逆、动、等、定、变。

①逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。

②动：动态平衡，达到平衡状态时，正逆反应仍在不断进行。

③等：达到平衡状态时，正方应速率和逆反应速率相等，但不等于0。即v正=丫逆

#=0o

④定：达到平衡状态时，各组分的浓度保持不变，各组成成分的含量保持一定。

⑤变：当条件变化时，原平衡会被破坏，在新的条件下会重新建立新的平衡。

5、判断化学平衡状态的标志:

①VA（正方向）=VA（逆方向）或nA（消耗）=nA（生成）（不同方向同一物质比

较）。

②反应体系中各组分的物质的量浓度、体积分数或物质的量分数保持不变。

③借助颜色不变判断：对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应，颜色不随时间发

生变化。

④对于全是气体参加的、前后化学计量数不相同的可逆反应（即：反应前后气体的

总物质的量不相等的反应适用，即如对于反应xA+yB==二zC,x+yWz）来说，总物

质的量或总体积或总压强或平均相对分子质量不变。

⑤对于同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。

6、影响化学平衡的移动的因素：化学平衡受到温度、反应物浓度、压强等因素的影

响。催化剂只改变化学反应速率，对化学平衡无影响

①浓度影响：在其他条件不变时，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，有利于正

反应的进行，平衡向右移动；增加生成物的浓度或减小反应物的浓度，有利于逆反应的进

行平衡向左移动。单一物质的浓度改变只是改变正反应或逆反应中一个反应的反应速率，

导致正逆反应速率不相等，而导致平衡被打破。

②压强影响：对于气体反应物和气体生成物分子数不等的可逆反应来说，当其它条件

不变时，增大总压强，平衡向气体分子数减少即气体体积缩小的方向移动；减小总压强，

平衡向气体分子数增加即气体体积增大的方向移动。

若反应前后气体总分子数（总体积）不变，则改变压强不会造成平衡的移动。压强改

变通常会同时改变正，逆反应速率，对于气体总体积较大的方向影响较大，例如，正反应

参与的气体为三个单位体积，逆反应参与的气体为两个单位体积，则增大压强时正反应

速率提高得更多，从而使v正〉v逆，即平衡向正反应方向移动；而减小压强时，则正反应

速率减小得更多，平衡向逆反应方向移动。

③温度影响:在其他条件不变时，升高反应温度，有利于吸热反应，平衡向吸热反应

方向移动；降低反应温度，有利于放热反应，平衡向放热反应方向移动。

与压强类似，温度的改变也是同时改变正，逆反应速率，升温总是使正，逆反应速率

同时提高，降温总是使正，逆反应速率同时下降。对于吸热反应来说，升温时正反应速率

提高得更多，而造成V正为逆的结果；降温时吸热方向的反应速率下降得也越多。

与压强改变不同的是，每个化学反应都会存在一定的热效应，所以改变温度一定会

使平衡移动，不会出现不移动的情况。

④催化剂影响：催化剂能同等程度的改变V正和V逆，对化学平衡移动无影响，但能

缩短达到平衡所用的时间。

第二单元化学反应中的热

一、在任何的化学反应中总伴有能量的变化。

原因：当物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要吸收能量，而形成生成物中

的化学键要放出能量。化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。一个确

定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，取决于反应物的总能量与生成物

的总能量的相对大小。当反应物总能量〉生成物总能量时，为放热反应；当反应物总能

量V生成物总能量，为吸热反应。

二、化学反应中的热定义

化学反应中的热简称反应热，即系统发生化学变化后，使反应物的温度回到反应前的

温度，系统放出或吸收的热量。化学反应热通常有恒容反应热和恒压反应热两种。

反应热用4H表示，可为正或负，负为放热反应，正为吸热反应，单位是kJ/mol

三、常见的放热反应和吸热反应

1、常见的放热反应：①所有的燃烧与缓慢氧化；②酸碱中和反应；③大多数的化

合反应；④金属与酸的反应；⑤生石灰和水反应（特殊：C+CX^q2co是吸热反应）；

⑥浓硫酸稀释、氢氧化钠固体溶解等。

2、常见的吸热反应

①铁盐和碱的反应：如Ba(OH)2-8H20+NH4CI=BaC12+2NH3T+10H20

②大多数分解反应如KCIO3、KMn04sCaC()3的分解等

③以电、CO、C为还原剂的氧化还原反应。如：C(s)+H2O(g)=C0(g)+H2(g)o

④铁盐溶解等

四、放热反应和吸热反应产生的原因：化学键断裂一吸热，化学键形成一放热

放出热量的化学反应。(放热)吸热)4H为“-”或＜0

吸收热量的化学反应。(吸热＞放热)4H为“+”或4H＞0

五、放热反应、吸热反应与键能、能量的关系

--------厂生成物

反应物---------

放出能量吸收能量

———生成物反应物----------

反应坐琮反应坐二

放热反应吸热反应

1、反应热与物质能量关系：二生成物的总能量-反应物的总能量。如果一个化学反

应中，反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应就是放热反应，此时的△*()；反

之则为吸热反应，△HA)。

2、反应热与键能的关系反应物的键能总和一生成物的键能总和。

当反应物断键吸收的能量V生成物成键释放的能量时，为放热反应，△HQ。

六、热化学方程式

1、书写热化学方程式注意要点：

①热化学方程式必须标出能量变化。

②热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态(s、I、g分别表示固态，

液态，气态，水溶液中溶质用aq表示)

③热化学反应方程式要指明反应时的温度和压强。

④热化学方程式中的化学计量数可以是整数，也可以是分数

⑤各物质系数加倍，加倍；反应逆向进行，4H改变符号，数值不变

第三单元化学能与电能的转化

一、原电池：

1、原电池定义;将化学能转化为电能的装置叫做原电池

2、原电池组成条件：①两个活泼性不同的电极；②电解质溶液；③电极用导线相

连并插入电解液构成闭合回路；④某一电极与电解质溶液发生氧化还原反应。

3、原电池的工作原理：通过氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能。

4、电子流向：外电路（原电池外部）负极-►导线-►正极

内电路（原电池内部）：盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中阳离子

移向正极的电解质溶液。

电流方向：正极-►导线-►负极。原因是：物理学上规定电流方向和负电荷（电子）

定向移动方向相反。

5、电极反应：以锌铜原电池为例：

负极：氧化反应：Zn-2e=Zn2+（较活泼金属）较活泼的金属作负极，负极发

生氧化反应，电极反应式：较活泼金属一ne-=金属阳离子；负极现象：负极溶解，负极

质量减少。

正极：还原反应：2H++2e=H2T（较不活泼金属）较不活泼的金属或石墨作正极，

正极发生还原反应，电极反应式：溶液中阳离子+ne-=单质，正极的现象：一般有气体

放出或正极质量增加。

2+

原电池总反应式：Zn+2H=Zn+H2T

6、原电池正、负极的判断方法：

①从电极材料判断：一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。

②从电子的流动方向判断：负极流入正极。

③从电流方向判断：正极流入负极。

④根据电解质溶液内离子的移动方向判断：阳离子流向正极，阴离子流向负极。

⑤根据实验现象判断：溶解的一极为负极；增重或有气泡一极为正极。

7、原电池电极反应的书写方法：

因为原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极反应是氧化反应，正

极反应是还原反应。因此书写电极反应的方法归纳如下：

①写出总反应方程式。②把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应。

③氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，反应物和生成物对号入座，注意酸

介质和水等参与反应。

注：原电池总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。

8、原电池的应用：①加快化学反应速率，如粗锌制氢气速率比纯锌制氢气快。②

比较金属活动性强弱。③设计原电池。④金属的腐蚀。

二、化学电池：

1、电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池。

2、化学电源定义：借助于化学能直接转变为电能的装置。

3、化学电源的分类：一次电池、二次电池、燃料电池。

①常见一次电池有：碱性锌锤电池、锌银电池、锂电池等

②二次电池定义：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又

叫充电电池或蓄电池。常见二次电池有铅蓄电池。目前已开发出新型蓄电池有；银锌电池、

镉镶电池、氢锂电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池

③铅蓄电池的反应

放电时：负极（铅）：Pb+sof-2e=PbS04i

+

正极（氧化铅）：Pb02+4H+sor+2e=PbS04l+2H20

+

充电时：阴极：PbS04+2H20-2e=PbO2+4H+so^

阳极：PbS04+2e=Pb+so?

两式可以写成一个可逆反应:Pb02+Pb+2H2S04^2PbS04i+2H20

三、燃料电池

1、燃料电池定义：是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池

2、燃料电池的电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧（跟氧

气反应）产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件，负极发

生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。

①以氢氧燃料电池为例，箱为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。

+

当电解质溶液呈酸性时：负极：2H2-4e=4H+正极：Oz+4e+4H=2H20

当电解质溶液呈碱性时：负极：2H2+40H-4e=4H20正极：。2+2%0+4e=40K

②另一种燃料电池是用金属销片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷燃料

和氧气氧化剂。电极反应式为：

--

负极：CH4+100H~+8e=7H20;正极：4H20+202+8e=80H。

电池总反应式为：CH4+202+2K0H=K2C03+3H20

3、燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低。

四、电解池：

1、电解池定义：电解池是把电能转化为化学能的装置，也叫电解槽。

2、电解：电流（外加直流电）通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应（被动的

不是自发的）的过程。

3、放电：当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程。

4、电子流向：

（电源）负极一（电解池）阴极一（离子定向运动）电解质溶液一（电解池）阳极一

（电源）正极

5、电极名称及反应:

阳极：与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应

阴极：与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应

6、电解CuCL溶液的电极反应：

阳极：2CI-2e-=CI2（氧化）

阴极：Cu2++2e-=Cu（还原）

总反应式：CuCI2=Cu+CI2t

7、电解本质：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程

8、电解反应离子方程式书写：

①放电顺序：

阳离子放电顺序

Ag〉Hg2）Fe3）Cu2+>H+（指酸电离的）>Pb2+>Sn2>Fe2+>Zn2>A13+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

阴离子的放电顺序

是惰性电极时：S2>「>Br,C「>0H，N03>S042-（等含氧酸根离子）>F（SCV/MnOQOH）

是活性电极时：电极本身溶解放电。

注意先要看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极（Fe、Cu）

等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性材料，则根据

阴阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。

②电解质水溶液电解产物的规律

电解质

电解质

类型电极反应特点实例电解对象pH溶液复

浓度

原

分解电电解质电离出的HCI电解质减小增大HCI

解质型阴阳离子分别在CuCI

CuCI2—

两极放电2

阴极：水放庆生

放H2生碱电解质和生成新

NaCIHCI

成碱型阳极：电解质阴水电解质增大

离子放电

阴极：电解质阳

生成新

放氧生离子放电电解质和氧化铜

电解质减小

酸型阳极：水放02生CUSO4水

酸

阴极：4H+4e-==NaOH增大

电解水2H2TH2S04减小

水增大

型阳极：40H-4e-=水

Na2S04不变

02T+2H20

上述四种类型电解质分类:

电解水型：含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐

电解电解质型：无氧酸，不活泼金属的无氟酸盐（氟化物除外）

放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐

放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐

五、电解原理的应用

1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气

①电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法

②电极、电解质溶液的选择：

阳极：镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液M—ne-=M"

阴极：待镀金属（镀件）：溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，附着在金属

表面。Mn++ne-==M

电解质溶液：含有镀层金属离子的溶液做电镀液

镀铜反应原理

阳极（纯铜）：Cu-2e=Cu2+,阴极（镀件）：Cu2++2e=Cu,

电解液：可溶性铜盐溶液，如CuS（）4溶液

③电镀应用之一：铜的精炼

阳极：粗铜；阴极：纯铜电解质溶液：硫酸铜

六、电冶金

1、电冶金定义：使矿石中的金属阳离子获得电子，从它们的化合物中还原出来用于

冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝

2、电解氯化钠：

通电前，氯化钠高温下熔融：NaCI=Na++CF

通直流电后：阳极：2Na++2e-==2Na阴极：2cl--2e-==Cl2T

七、原电池、电解池、电镀池的区分方法

1、若无外接电源，又具备组成原电池的三个条件。①有活泼性不同的两个电极；

②两极用导线互相连接成直接插入连通的电解质溶液里；③较活泼金属与电解质溶

液能发生氧化还原反应（有时是与水电离产生的H+作用），只要同时具备这三个条件即为

原电池。

2、若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金

属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属离子属同种元素时，则为电镀池。

3、若多个单池相互串联，又有外接电源时，则与电源相连接的装置为电解池成电镀

池。若无外接电源时，先选较活泼金属电极为原电池的负极（电子输出极），有关装置为

原电池，其余为电镀池或电解池。

4、原电池，电解池，电镀池的比较

原电池电解池电镀池

类别

定义将化学能转变将电能转变成化应用电解原理在某

（装置特成电能的装置学能的装置些金属表面镀上一

点）层其他金属

反应特征自发反应非自发反应非自发反应

装置特征无电源，两级材有电源，两级材

有电源

料不同料可同可不同

活动性不同的两电极连接直流镀层金属接电源正

两极；电解质溶电源；两电极插极，待镀金属接负

形成条件

液形成闭合回入电解质溶液极；电镀液必须含有

路形成闭合回路镀层金属的离子

负极：较活泼金阳极：与电源正名称同电解，但有限

属；正极：较不极相连；阴极：制条件；阳极：必须

电极名称

活泼金属（能导与电源负极相连是镀层金属；阴极：

电非金属）镶件

负极：氧化反阳极：氧化反应，阳极：金属电极失去

应，金属失去电溶液中的阴离子电子；阴极：电镀液

子；正极：还原失去电子，或电中阳离子得到电子

电极反应

反应，溶液中的极金属失电子

阳离子的电子阴极：还原反应，

或者氧气得电溶液中的阳离子

子（吸氧腐蚀）得到电子

电源负极-►阴极

电子流向负极T正极同电解池

电源正极-►阳极

阳离子向正极阳离子向阴极移

溶液中带电

移动；阴离子向动；阴离子向阳同电解池

粒子的移动

负极移动极移动

联系在两极上都发生氧化反应和还原反应

八、金属的电化学腐蚀和防护

1、金属腐蚀的本质：都是金属原子失去电子而被氧化的过程

2、金属腐蚀的分类：

①化学腐蚀：金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

②电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的

金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

3、化学腐蚀与电化学腐蚀的比较

电化学腐蚀..化学腐蚀

条件不纯金属或合金与电解质溶液接触金属与非电解质直接接触

现象有微弱的电流产生无电流产生

本质较活泼的金属被氧化的过程金属被氧化的过程

关系化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀更加普遍，危

害更严重

4、电化学腐蚀的分类：

析氢腐蚀：腐蚀过程中不断有氢气放出

①条件：潮湿空气中形成的水膜，酸性较强（水膜中溶解有CO2、S02.H2s等气体）

2+

②电极反应：负极：Fe-2e=Fe;正极：2H+2e=H2T

总式：+2+

Fe+2H=Fe+H2T

吸氧腐蚀：反应过程吸收氧气

①条件：中性或弱酸性溶液

②电极反应：负极：「2+正极：--

2Fe-4e=2Fe;02+4e+2H20=40H

总式：

2Fe+02+2H20=2Fe(0H)2

离子方程式：2+

Fe+20H=Fe(0H)2

生成的被空气中的。氧化，生成

Fe(OH)22Fe(0H)3,Fe(OH)2+02+2H20==4Fe(OH)3

脱去一部分水就生成(铁锈主要成分)

Fe(0H)3Fe2()3・xH20

5、规律总结：

①金属腐蚀快慢的规律：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：

电解原理引起的腐蚀〉原电池原理引起的腐蚀〉化学腐蚀〉有防腐措施的腐蚀

②防腐措施由好到坏的顺序如下：

外接电源的阴极保护法》牺牲负极的正极保护法,有一般防腐条件的腐蚀》无防腐

条件的腐蚀

6、金属的电化学防护

(1)利用原电池原理进行金属的电化学防护

①牺牲阳极的阴极保护法

原理：原电池反应中，负极被腐蚀，正极不变化

应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备

负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护

(2)外加电流的阴极保护法

①原理：通电，使钢铁设备上积累大量电子，使金属原电池反应产生的电流不能输

送，从而防止金属被腐蚀

②应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质

溶液中，接上外加直流电源。通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子

的反应。

⑵改变金属结构：把金属制成防腐的合金。

(3)把金属与腐蚀性试剂隔开：电镀、油漆、涂油脂、表面钝化等。

第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用

1、能源的分类:

形成条件利用历史性质

常规能源可再生资源水能、风能、生物质能

一次能源不可再生资源煤、石油、天然气等化石能源

新能源可再生资源太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能、沼气

不可再生资源核能

二次能源二次能源定义：一次能源经过加工、转化得到的能源称为二次能源。

电能(水电、火电、核电)、蒸汽、工业余热、酒精、汽油、焦炭等

2、太阳能的利用方式：①光能T化学能②光能-►热能③光能-►电能

3、生物质能的利用

生物质能来源于植物及其加工产品贮存的能量。

生物质能源是一种理想的可再生能源，其具有以下特点：

①可再生性②低污染性③广泛的分布性

4、生物质能的利用方式：

①直接燃烧：缺点：生物质燃烧过程的生物质能的净转化效率在20—40%之间。

(C6HI005)n+6n02T6nC02+5nH20

用含糖类、淀粉(C6H1005)n较多的农作物(如玉米、高粱)为原料，制取乙醇。

5、氢能的开发与利用

氢能的特点：①是自然界存在最普遍的元素；②发热值高；③氢燃烧性能好，点燃快;

④氢本身无毒；⑤氢能利用形式；⑥理想的清洁能源之一。

专题七氮与社会可持续发展

第一单元氮的固定

一、氮分子结构

1、氮气的物理性质：①氮气化学式为N2,通常状况下是一种无色无味的气体，而且

一般氮气比空气密度小；②难溶于水，1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气；③氮气

占空气体积分数约78%（氧气约21%）,是空气的主要成份；④氮气是难液化的气体，在标

准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.8℃时，液态氮变

成白色雪状的固体；⑤在生产中，通常采用黑色钢瓶盛放氮气；⑥由于氮原子最外层电

子是5个，既不容易失去也不容易得到，或者说氮气分子是由两个氮原子通过共用三对

电子结合而成的，氮气分子中存在氮氮叁键，破坏或断裂氮原子之间的氮氮叁键共价键

需要很大的能量，所以氮气分子很稳定，氮气化学性质很稳定，在自然界中，绝大部分

氮元素以游离态的氮气分子形式存在于空气中，在常温下很难跟其他物质发生反应，常

被用来制作防腐剂，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对

人类有用的新物质。

2、氮气分子电子式和结构式：①电子式是:小川：②结构式是N三N

3、氮气的化学性质

①正价氮呈酸性，负价氮呈碱性。

②氮气与金属的反应：

A、N2与金属锂在常温下就可直接反应：6Li+N2===2Li3N

B、N2与碱金属Mg、Ca、Sr、Ba在炽热的温度下作用：3Ca+N2=A=CaaNz

C、N2与镁条反应：3Mg+Nz=点燃:Mg3N2（氮化镁）

③氮气与非金属反应：N2与氢气反应制氨气:N2+3HzW2NH3（高温高压催化剂）

N2与硼要在炽热的温度下才能反应：2B+N2==2BN（大分子化合物）

N2与硅和其它族元素的单质一般要在高于1473K的温度下才能反应。

④氮化镁与水反应：Mg3N2+6H20=3Mg（0H）2+2NH3f;五氧化二氮溶于水，生成硝酸,

N205+H20=2HN03

二、自然固氮

1、固氮的定义：将空气中的游离氮转化为化合态氮的过程叫做氮的固定，简称固氮。

固氮分为自然固氮和人工固氮两种，自然固氮远远满足不了农业生产的需求。

2、自然固氮的定义：自然固氮是在自然状态下（非人工），使空气中游离态的氮元素

转化为含氮化合物的过程。自然固氮又分为生物固氮和高能固氮两种。

①生物固氮是指自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的根瘤菌）将空气中的氮气

通过生物化学过程转化为含氮化合物，约占自然固氮的90%。

②科学家发现豆科植物根部常附有小根瘤，小根瘤中含有的根瘤菌中存在固氮酶，固

氮酶由二氮酶和二氮还原酶两种蛋白质组成；固氮酶的分子很大，因为一个二氮酶的分

子量约22万，含有两个锢原子、32个铁原子和32个活性硫原子，所以二氮酶也叫锢铁

蛋白；二氮还原酶是由两个分子量为29000的相同亚基构成的，因为每个亚基含有4个铁

原子和4个硫原子，所以二氮还原酶也叫铁蛋白。只有当二氮酶和二氮还原酶同时存在

时，固氮酶才具有固氮的作用（因为这两种物质作为电子载体能够起到传递电子的作用）。

③生物固氮原理（过程）：生物固氮是固氮微生物特有的一种生理功能，这种功能

是在固氮酶的催化作用下进行的；固氮微生物需要氧气，而固氮必须是在严格的厌氧（缺

氧）微环境中进行；组成固氮酶的两种蛋白质二氮酶和二氮还原酶对氧极端敏感，一旦

遇氧就很快导致固氮酶的失活，而多数的固氮菌都是好氧菌，它们要利用氧气进行呼吸

和产生能量，这时就出现既需要氧气呼吸又防止氧对固氮酶的操作损伤的矛盾；但是固

氮菌在进化过程中，发展出多种机制来解决既需氧又防止氧对固氮酶的操作损伤的矛盾。

机制如下：A、固氮菌以较强的呼吸作用迅速地将周围互不干涉中的氧消耗掉，使细胞周

围处于低氧状态，保护固氮酶不受损伤；B、在根瘤菌中，以豆血红蛋白与氧气结合的方

式使豆血红蛋白周围的氧气维持在一个极低的水平；C、有些固氮菌能形成一个阻止氧气

通过的粘液层。

④自然固氮的反应方程式：一般固氮生物在固氮的同时也会产生氢气，因此固氮的总

反应式可写为：N2+8H++8e——>2NH3+H2

⑤高能固氮又称天然固氮，是指通过闪电等方式产生含氮化合物的过程，约占自然固

氮的10%o

⑥高能固氮的过程：闪电能使空气里的氮气转化为一氧化氮，一次闪电能生成

807500kg的一氧化氮，一氧化氮在空气中很不稳定，易被空气中的氧气进一步氧化成二

氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸，雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸

盐，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长的所需的养料氨基酸和蛋白

质，从而使农作物的产量质量得以提高。

⑦高能固氮的发生的化学方程式

N2+02==2N0（反应条件：放电）；2N0+02===2N02;3N02+H20===2HN03+N0

三、一氧化氮（N0）和二氧化氮（N02）的区别

二氧化氮与一氧化氮的区别在于：化学式不同、性质不同、用途不同。

1、化学式不同：①二氧化氮化学式N（h,相对分子质量46,氮的化合价为+4;②一

氧化氮为氮氧化合物，化学式N0,相对分子质量30,氮的化合价为+2。

2、性质不同：①二氧化氮常温下为有刺激性气味的红棕色气体，易溶于水，与水作

用生成硝酸和一氧化氮；与碱作用生成硝酸盐；能与许多有机化合物起激烈反应。②一

氧化氮是一种无色无味的有毒气体，微溶于水，溶于乙醇、二硫化碳；它的化学性质非

常活泼，当它与氧气反应后，可形成具有腐蚀性的气体一二氧化氮。

3、用途不同：①二氧化氮在化学反应和火箭燃料中用作氧化剂，在亚硝基法生产硫

酸中用作催化剂，在工业上可以用来制作硝酸。二氧化氮在臭氧的形成过程中起着重要作

用。②一氧化碳的用于半导体生产中的氧化、化学气相沉积工艺，并用作大气监测标准

混合气；也用于制造硝酸和硅酮氧化膜及裁基亚硝酰；也可用作人造丝的漂白剂及丙烯

和二甲魅的安定剂；用于医学临床实验辅助诊断及治疗，有机反应的稳定剂。

四、氮的氧化物有六种，按照氮元素化合价从小到大，依次为一氧化二氮（N20）、

一氧化氮（NO）、三氧化二氮（N203）、二氧化氮（N02）、四氧化二氮（N204）、五氧

化二氮（N205），性质及用途如下：

①一氧化二氮（N20）:无色有甜味气体；是一种氧化剂；在一定条件下能支持燃烧；

在高温下能分解成氮气和氧气；因为一氧化二氮在室温下稳定，有轻微麻醉作用，并能

致人发笑，所以一氧化二氮又称笑气。

用途：一氧化二氮可以做助燃剂，使用氮氧加速系统的改装车辆将一氧化二氮送入

引擎，遇热分解成氮气和氧气，提高引擎燃烧率，增加速度，氧气有助燃作用，加快燃

料燃烧，增加火箭和赛车发动机的输出功率；一氧化二氮可做火箭氧化剂，比其他氧化

剂具有优势，原因是：因为它是无毒的，在室温下稳定，易于储存和相对安全地进行飞

行；可以很容易分解成呼吸的空气；在医学上，因一氧化二氮全麻效果差，常与氟烷、

甲氧氟烷、乙醛或静脉全麻药合用。现已少用。N20用于麻醉，对呼吸道无刺激，对心、

肺、肝、肾等重要脏器功能无损害。在体内不经任何生物转化或降解，绝大部分仍以原

药随呼气排出体外，仅小量由皮肤蒸发，无蓄积作用。吸入体内只需要30s〜40s即产生

镇痛作用，镇痛作用强而麻醉作用弱，受术者处于清醒状态（而不是麻醉状态），避免了全

身麻醉并发症，手术后恢复快。

②一氧化氮（N0）:气态时为无色，固态、液态时为蓝色，反应能力适中，引起血

管的扩张而引起勃起和生产硝酸。

③三氧化二氮（N203）:三氧化二氮液态，蓝色，有毒，环境污染物之一，对环境

有危害，对水体、土壤和大气可造成污染；是一种酸性氧化物，因为N203和亚硝酸HN02

中氮元素的化合价都是+3价，所以是三氧化二氮是亚硝酸的酸酊；可溶于苯、乙醛、氯

仿(三氯甲烷)、四氯化碳(四氯甲烷)；不稳定，常压下即可分解为NO和N02。

④二氧化氮(N02):气态，红棕色，强氧化性，常用来生产硝酸。

⑤四氧化二氮(N204):N204是由二氧化氮叠合而成；其固体和液体及气体均为

无色；具有强烈氧化性，常被用于作为火箭推进剂组分中的强氧化剂，为重要的火箭推

进剂之一；四氧化二氮剧毒，且有腐蚀性；易分解为二氧化氮红棕色的气体，四氧化二

氮与二氧化氮按N204==2N02(可逆)相互转化，因为随着温度升高，反应向生成二氧

化氮的方向进行，二氧化氮增多，颜色加深，由褐色到赤红色，所以实际上四氧化二氮成

品都是与二氧化氮的平衡态混合物；四氧化二氮与水反应生成硝酸和亚硝酸，化学方程

式是：N204+H20=HN02+HNO3。

⑥五氧化二氮(N205):通常状态下呈无色柱状结晶体，均微溶于水，水溶液呈酸性;

32℃时易升华，在10℃以上易分解，在热水中分解快，在硝酸中分解缓慢，能分解生成

毒气二氧化氮及氧气；因为五氧化二氮和硝酸中氮元素化合价都是+5价，所以五氧化二

氮是硝酸的酸肝；五氧化二氮用作硝化剂和强氧化剂，与水反应生成强酸；制取五氧化

二氮的化学方程式：2NO2+O3=N2O5+O2O

五、人工固氮一合成氨

1、人工固氮的定义：人工固氮主要是针对生物固氮而言，通过化学方法，制备出类

似生物"固氮菌"的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应，转化为

氨态氮或铁态氮，进而实现人工合成大量的蛋白质等，最终实现工厂化生产蛋白质食品。

时至今日，化学模拟生物固氮仍在探索之中。目前主要是工业上固氮，即化学固氮。

2、化学固氮--合成氨气

①化学固氮反应原理(热化学方程式):N2(g)+3H2(g)=(可逆，高温高压催化

剂)2NH3(g)AH=-92.4kJ/mol,这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应。

化学固氮的化学方程式：N2+3H2^2NH3

②化学固氮原料气（N2和H2）的制取：

N2:将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的02与碳作用生成C02,然后除去C02,

得到N2o

H2:用水和燃料（煤、焦碳、石油、天然气等）在高温下制取，用煤和水制取H2的主要

反应为：C+H20（g）=A=C0+H2；C0+H20（g）=△催化剂=C02+H20

③化学固氮的方法：制得的N2、H2需净化、除杂质；再用高压机压至合成塔中进行

反应，该反应发出大量的热量，工业上往往用来预热原料气，以达到反应所需的温度，

节约能源，由于是可逆反应，合成氨气达到平衡时，混合气体中氨气的含量为20%左右，

从中分离出氨气后，将未反应的氮气和氢气再送回合成塔循坏使用。

④化学固氮-合成氨适宜条件的选择

因为催化剂：虽不能改变化学平衡，但可以加快反应速率，提高单位时间内的产量。

温度:升高温度可加快反应速率，但从平衡移动考虑，此反应温度不宜太高，原因是：

使催化剂的活性最大也是选择温度的另一个重要因素。

压强：增大压强既可以加快反应速率又可以使化学平衡向正反应方向移动。但生产设

备能不能承受那么大的压强，产生压强所需的动力、能源又是限制压强的因素。

浓度:在生产过程中，不断补充N2和H2,及时分离出NH3,不但可以加快反应速率，

还能使平衡右移，提高NH3的产量。

所以化学固氮-合成氨的适宜条件是：压强:20-50Mpa（兆帕），1Mpa=1000000Pa

温度:500℃左右（此时催化剂的活性最大）

催化器:铁触媒（含铁化合物组成的多成分催化剂）

第二单元重要的含氮化工原料

一、氨气

氨气是人工固氮或化学固氮的产物，也是人类制备各种含氮化合物的基础原料。

1、氨气的物理性质

氨气是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小；易液化，在常压下冷却至-33.5℃

或常温下加压至700-800kPa,氨气就液化成无色液体；液态的氨气汽化时要吸收大量的

热，使周围的温度急剧下降，所以液氨在工业上常用来制作制冷剂；氨气极易溶于水（且

快），1体积水能溶解700体积的N%,水溶液叫氨水，溶于水与水发生反应生成一水合氨

NH3«H20（NH40H）,水溶液呈碱性，可作红色喷泉实验；浓氨水易挥发出氨气，有刺激难

闻的气味。

2、氨气的用途：氨气用于制造氨水、氮肥（尿素、碳铁等）、复合肥料、硝酸、铁

盐、死碱等，广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域；含氮无机盐及有

机物中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁庸橡胶等都需直接以氨为原料。此外，

液氨常用作制冷剂，氨还可以作为生物燃料来提供能源。

3、氨气的化学性质

①氨气与水反应NH3+H2O=NH3・H2ONH3・H2O—岫++0旷

A、因为氨气与水反应生成氨水是可逆反应，所以氨水是混合物，氨水中含有三种分

子出0、NH3•H2O.NH3）和三种离子（NH4+、0H"（还含有极少量的K））。

B、氨水中含有氢离子（M）的原因：M和OH一结合生成水，水能电离出少量的M和

0H-,氨水显碱性，含有0H,在水溶液中，氢氧根离子的浓度与氢离子的浓度积为常

数。那么有氢氧根必然有氢离子，只是碱性溶液中0旷浓度大，抑制了水的电离而已。

C、因为氨在水中大部分以阳3・庆0（NH40H）形式存在，所以，氨水溶液呈弱碱性，

能使无色的酚歌试液变红色，使红色的石蕊溶液变蓝。

D、氨水易挥发，受热时容易逸出氨气（N%・H20ANH3T+H20）,不易运输保存等，

所以常将氨转化成各种铁盐。

E、氨水在中学化学实验中三种应用（作用）：用蘸有浓氨水的玻璃棒检验HCI等气

体的存在；实验室用它与铝盐溶液反应制氢氧化铝；配制银氨溶液检验有机物分子中醛

基的存在。

②氨气与酸（盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、碳酸）反应。

NH3+HCI=NH4CI2NH3+H2S04=（NH4）2S04NH3+HN03=NH4N03

3NH3+H3P04=（NH4）3P04NH3+C02+H20=NH4HC03

A、氨气和酸反应现象：氨气与挥发性酸（如浓盐酸和浓硝酸）相遇会产生白烟；

而遇不挥发性酸（如硫酸、磷酸）无此现象。

B、检验氨气的方法：因为氨气和盐酸反应时呈现冒白烟现象，白烟是生成的NH4CI

小颗粒，这就是检验氨气的存在的方法。。

③氨气和氧气的反应4NH3+5O2*24N0+6H2。

④氨气与碳反应

NH3+C=加热=HCN+H2T（剧毒氧化氢）

⑤氨气参与的取代反应

取代反应的一种形式是氨分子中的氢被其他原子或基团所取代，生成一系列氨的衍生

物。另一种形式是氨以它的氨基或亚氨基取代其他化合物中的原子或基团，例如；

C0CI2+4NH3==C0（NH2）2+2NH4CI

HgCI2+2NH3==Hg（NH2）CI+NH4CI

这种反应与水解反应相类似，实际上是氨参与的复分解反应，故称为氨解反应。

⑥氨气与水、二氧化碳的反应：NH3+H20+C02=NH4HC03

该反应是侯氏制碱法的第一步，生成的碳酸氢铁与饱和氯化钠溶液反应生成碳酸氢钠

沉淀，加热碳酸氢钠制得纯碱。

此反应可逆，碳酸氢铁受热会分解：NH4HC03=（加热）=NH3T+C02f+H20

⑦与氧化物反应：3CuO+2NH3==加热=3Cu+3H20+N2

这是一个氧化还原反应，也是实验室常用的临时制取氮气的方法，采用氨气与氧化铜

共热，体现了氨气的还原性。

4、实验室制取氨气的常用方法：实验室常用加热固体铁盐和碱的混合物制取氨气。

①反应原理Ca（OH）2+2NH4C14CaC12+2NH3T+2H20

②反应装置：固体+固体加热制气体装置。包括试管、酒精灯、铁架台（带铁夹）等。

③氨气的收集方法：因为氨气密度比空气小，易溶于水，所以收集N4用向下排空

气法。

④氨气的检验方法：因为氨气的水溶液氨水显碱性，所以检验氨气用湿泄的红色石

蕊试纸（变蓝）或用蘸有浓盐酸的玻璃棒（冒白烟）。

⑤氨气的净化装置：因为CaO能与水发生反应生成水，NaOH具有潮解性，所以干燥

氨气用盛碱石灰（CaO和NaOH的混合物）的干燥管。

⑥氨气的尾气处理装置：收集时，一般在管口塞一团棉花球，可减少NH3与空气的对

流速度，收集到纯净的NH3;同时用硫酸或盐酸溶液处理多余尾气（氨气）。

⑦氨气验满方法：在验满时，用湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若变蓝色则已满；

也可用玻璃棒蘸取浓盐酸放在试管口，若产生大量白烟则满。

⑧实验室制取氨气的注意事项

A、不能用NH4N03跟Ca（0H）2反应制氨气。原因是：硝酸铁受撞击、加热易爆炸，且

产物与温度有关，可能产生NH3、N2、N20、NO。

B、实验室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca（OH）2。原因是：NaOH、KOH是强碱，具有

吸湿性（潮解性）易结块，不易与铁盐混合充分接触反应。又因为KOH、NaOH具有强腐蚀性在

加热情况下，对玻璃仪器有腐蚀作用，所以不用NaOH、KOH代替Ca（0H）2制NH3。

C、用试管收集氨气要堵棉花。原因是：NH3分子微粒直径小，易与空气发生对流，堵

棉花目的是防止NH3与空气对流，确保收集