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第1页选修4化学反应原理第一章化学反应与能量转化§1.1化学反应的热效应一、焓变、反应热要点一：反应热（焓变）的概念及表示方法化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以用热量来描述，叫做反应热，又称焓变，符号为ΔH，单位为kJ/mol，规定放热反应的ΔH为“—”，吸热反应的ΔH为“+”。特别提醒：（1）描述此概念时，无论是用“反应热”、“焓变”或“ΔH”表示，其后所用的数值必须带“+”或“—”。（2）单位是kJ/mol，而不是kJ，热量的单位是kJ。（3）在比较大小时，所带“+”“—”符号均参入比较。要点二：放热反应和吸热反应1．放热反应的ΔH为“—”或ΔH＜0；吸热反应的ΔH为“+”或ΔH＞0∆H＝E（生成物的总能量）－E（反应物的总能量）∆H＝E（反应物的键能）－E（生成物的键能）2．常见的放热反应和吸热反应①放热反应：活泼金属与水或酸的反应、酸碱中和反应、燃烧反应、多数化合反应。②吸热反应：多数的分解反应、氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应、水煤气的生成反应、炭与二氧化碳生成一氧化碳的反应3．需要加热的反应，不一定是吸热反应；不需要加热的反应，不一定是放热反应4．通过反应是放热还是吸热，可用来比较反应物和生成物的相对稳定性。如C（石墨，s）C（金刚石，s）△H3=+1.9kJ/mol，该反应为吸热反应，金刚石的能量高，石墨比金属石稳定。二、热化学方程式的书写书写热化学方程式时，除了遵循化学方程式的书写要求外，还要注意以下几点：1．反应物和生成物的聚集状态不同，反应热的数值和符号可能不同，因此必须注明反应物和生成物的聚集状态，用s、l、g分别表示固体、液体和气体，而不标“↓、↑”。2．△H只能写在热化学方程式的右边，用空格隔开，△H值“—”表示放热反应，△H值“+”表示吸热反应；单位为“kJ/mol”。3．热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子数或原子数，因此，化学计量数可以是整数，也可以是分数。4．△H的值要与热化学方程式中化学式前面的化学计量数相对应，如果化学计量数加倍，△H也要加倍。5．正反应若为放热反应，则其逆反应必为吸热反应，二者△H的数值相等而符号相反。三、燃烧热、中和热、能源要点一：燃烧热、中和热及其异同第2页特别提醒：1．燃烧热指的是1mol可燃物燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，注意：稳定的化合物，如H2→H2O(l)而不是H2O(g)、C→CO2(g)而不是CO、S→SO2(g)而不是SO3。2．中和热是指酸、碱的稀溶液发生中和反应生成1mol水所放出的热量。注意：弱酸、弱碱电离出H+、OH－需要吸收热量，故所测定中和热的数值偏小；浓硫酸与碱测定中和热时，因浓硫酸释稀要放热，故测定的中和热的数值偏大。3．因燃烧热、中和热是确定的放热反应，具有明确的含义，故在表述时不用带负号，如CH4的燃烧热为890KJ/mol。4．注意表示燃烧热的热化学方程式和燃烧的热化学方程式；表示中和热的热化学方程式和表示中和反应的热化学方程式的不同。燃烧热以可燃物1mol为标准，且燃烧生成稳定的化合物；中和热以生成1mol水为标准。要点二：能源新能源的开发与利用,日益成为社会关注的焦点,因此,以新型能源开发与利用为背景材料，考查热化学方程式的书写及求算反应热，已成为高考命题的热点。关于能源问题，应了解下面的几个问题：（1）能源的分类：常规能源（可再生能源，如水等，非再生能源，如煤、石油、天然气等）；新能源（可再生能源，如太阳能、风能、生物能；非再生能源，如核聚变燃料）（2）能源的开发；①太阳能：每年辐射到地球表面的能量为5×1019kJ，相当于目前全世界能量消耗的1.3万倍。②生物能：将生物转化为可燃性的液态或气态化合物，再利用燃烧放热。③风能：利用风力进行发电、提水、扬帆助航等技术，风能是一种可再生的干净能源。④地球能、海洋能。四、反应热的求算1．由盖斯定律：化学反应不管是一步完成还是分步完成，其反应热总是相同的。也就是说，化学反应热只与反应的始态和终态有关，而与具体反应的途径无关。2．反应热的数值等于E（形成新键释放的总能量）与E（断键所吸收的总能量）之差，放热反应△H的符号为“—”，吸热反应△H的符号为“+”。特别提醒：（1）运用盖斯定律的技巧：参照目标热化学方程式设计合理的反应途径，对原热化学方程式进行恰当“变形”（反写、乘除某一个数），然后方程式之间进行“加减”，从而得出求算新热化学方程式反应热△H的关系式。（2）具体方法：①热化学方程式乘以某一个数时，反应热也必须乘上该数；②热化学方程式“加减”时，同种物质之间可相“加减”，反应热也随之“加减”；③将一个热化学方程式颠倒时，H的“+”“—”号也随之改变，但数值不变。（4）注意1molH2、O2、、P4分别含有1molH－H、1molO=O、6molP－P，1molH2O中含有2molO—H，1molNH3含有3molN－H，1molCH4含有4molC－H。§1.2电能转化为化学能——电解一、电解原理1、电解池：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：电解池中电子由电源负极流向阴极，被向阴极移动的某种阳离子获得，而向阳极移动的某种阴离子或阳极本身在阳极上失电子，电子流向电源正极。5、电极名称及反应：（1）阳极：与电源正极相连的电极，是发生氧化反应；若惰性材料（石墨、Pt、Au）作阳极，失电子的是溶液中的阴离子；若为活性金属电极（Pt、Au除外），失电子的是电极本身，表现为金属溶解。（2）阴极：是与电源负极相连的电极，电极本身不参与反应；溶液中的阳离子在阴极上得电子，发生还原第3页反应。6、电解CuCl2溶液的电极反应：阳极：2Cl--2e-=Cl2↑(氧化)阴极：Cu2++2e-=Cu(还原)总反应式：CuCl2=Cu+Cl2↑电解NaCl溶液的电极反应：阳极：2Cl--2e-=Cl2↑(氧化)阴极：2Na1++2e-=2Na(还原)总反应式：2NaCl=2Na+Cl2↑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☆规律总结：电解反应离子方程式书写：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+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+阴离子的放电顺序是惰性电极时：S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧酸根离子)F-(SO32-/MnO4-OH-)是活性电极时：电极本身溶解放电⒊离子的放电顺序：主要取决于离子本身的性质，也与溶液浓度、温度、电极材料等有关。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。电解质水溶液电解产物的规律上述四种类型电解质分类：（1）电解水型：含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐（2）电解电解质型：无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐二、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：阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2H—+2e—==H2↑总反应：2NaCl+2H2O＝电解2NaOH+H2↑+Cl2↑2．电镀：待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液，第4页阳极反应：M–ne－=Mn+（进入溶液），阴极反应Mn++ne－=M（在镀件上沉积金属）。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CuSO4溶液3．电解精炼铜：以粗铜为阳极，精铜为阴极，含铜离子的溶液作电解质溶液。电解时发生如下反应：阳极（粗铜）：Cu－2e－=Cu2+；阴极（纯铜）：Cu2++2e－=Cu。4．电冶金：Mg、Al的制取，如，电解熔融NaCl制金属Na：2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑第三节化学能转化为电能---电池一、原电池的工作原理1．将化学能转变为电能的装置叫做原电池，它的原理是将氧化还原反应中还原剂失去的电子经过导线传给氧化剂，使氧化还原反应分别在两极上进行。2．原电池的形成条件：（如下图所示）（1）活泼性不同的两种电极材料（2）电解质溶液（3）构成闭合电路（用导线连接或直接接触）（4）自发进行的氧化还原反应特别提醒：构成原电池的四个条件是相互联系的，电极不一定参加反应，电极材料不一定都是金属，但应为导体，电解质溶液应合理的选取。3、电子流向：外电路：负极——导线——正极内电路：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4．判断原电池正负极常用的方法负极：一般为较活泼金属，发生氧化反应；是电子流出的一极，电流流入的一极；或阴离子定向移动极；往往表现溶解。正极：一般为较不活泼金属，能导电的非金属；发生还原反应；电子流入一极，电流流出一极；或阳离子定向移向极；往往表现为有气泡冒出或固体析出。5．原电池电极反应式书写技巧（1）根据给出的化学方程式或题意，确定原电池的正、负极，弄清正、负极上发生反应的具体物质（2）弱电解质、气体、难溶物均用化学式表示，其余以离子符号表示，写电极反应式时，要遵循质量守恒、元素守恒定律及正负极得失电子数相等的规律，一般用“=”而不用“→”（3）注意电解质溶液对正、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或化学方程式加以确定（4）正负电极反应式相加得到原电池的总反应式，通常用总反应式减去较易写的电极反应式，从而得到较难写的电极反应式。二、原电池原理的应用（1）设计原电池（这是近几年高考的命题热点）第5页（2）加快了化学反应速率：形成原电池后，氧化还原反应分别在两极进行，使反应速率增大，例如：实验室用粗锌与稀硫酸反应制取氢气；在锌与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快（3）进行金属活动性强弱的比较（4）电化学保护法：即金属作为原电池的正极而受到保护，如在铁器表面镀锌（5）从理论上解释钢铁腐蚀的主要原因三、化学电源1．化学电源分类一次电池放电时——原电池反应二次电池（可充电电池）充电时——电解池反应燃料电池充电电池是指既能将化学能转变成电能（即放电），又能将电能转变成化学能（充电）的一类特殊的电池。充电、放电的反应不能理解为可逆反应（因充电、放电的条件不同）。2、锌锰干电池（一次电池）（1）酸性锌锰干电池A、结构：负极为包裹电解质氯化铵和氯化锌的锌壳、正极为石墨电极B、反应原理负极：Zn－2e－→Zn2+正极：2NH4++2e-→2NH3+H2总方程式：Zn+2NH4Cl=ZnCl2+2NH3+H2C、缺点：新电池会发生自放电而使存放时间缩短、放电后电压下降较快等。（2）碱性锌锰干电池A、优点：克服了酸性锌锰干电池的缺点B、结构：负极为锌粉、正极为石墨，正负极混在电解质中C、反应原理：负极：Zn+2OH—－2e－→ZnO+H2O正极：MnO2+2H2O+2e—→Mn(OH)2+2OH—总方程式：Zn+MnO2+2H2O=ZnO+Mn(OH)23、铅蓄电池（二次电池）放电时：负极：Pb+SO42—－2e－→PbSO4正极：PbO2+4H++SO42—+2e—→PbSO4+2H2O总方程式：Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O充电时：阴极（电池的负极）：PbSO4+2e—→Pb+SO42—燃料电池阳极（电池的正极）：PbSO4+2H2O－2e－→PbO2+4H+SO42—总方程式：2PbSO4+2H2O===Pb+PbO2+2H2SO44燃料电池燃料气辅助气多孔石墨电极（含催化剂）第6页（1）常见的燃料电池注意：电解质溶液对反应的影响A、氢氧燃料电池碱性电解液：正极：2H2+4OH—+—4e—→4H2