第六章 化学反应与能量 知识清单 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第6章 化学反应与能量 01 思维导图 02 考点速记 第一节 化学反应与能量变化 一、吸热反应与放热反应 1．实验探究 （1）镁条和稀盐酸的反应 ①实验现象：有 气泡 产生；用温度计测量，温度计示数 升高 ②化学方程式： Mg+2HCl＝MgCl2+H2↑ ③实验结论：该反应产生气体，释放热量 （2）Ba（OH）2·8H2O和氯化铵反应 ①实验现象：闻到刺激性气味，烧杯壁发凉，木片与烧杯黏在一起，混合物呈糊状 ②化学方程式： Ba（OH）2·8H2O + 2NH4Cl ＝ BaCl2 + 2NH3↑ + 10H2O ③实验结论：该反应产生NH3和H2O，吸收热量 结论：化学反应中的物质变化总会伴随着能量变化，通常主要表现为热量的释放或吸收。 2．放热反应（1）概念： 释放热量 的 化学反应 （2）典例 ①所有的燃烧反应 ②酸碱中和反应 ③大多数化合反应 ④活泼金属与水或酸的反应 ⑤物质的缓慢氧化 ⑥铝热反应 3．吸热反应（1）概念： 吸收热量 的 化学反应 （2）典例 ①大多数分解反应 ②与盐酸的反应 ③铵盐与碱的反应，如晶体或与晶体反应 ④以C、H2、CO为还原剂的部分氧化还原反应， 如C与反应，C与反应与盐酸的反应 二、化学反应中能量变化的原因 1．化学反应中能量变化的原因——微观角度 （1）从键能理解两反应 ① 放热反应 ：旧化学键断裂吸收的能量 小于 新化学键形成释放的能量H<0。 ② 吸热反应 ：旧化学键断裂吸收的能量 大于 新化学键形成释放的能量，H>0。 结论：化学键的 断裂 和 形成 是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。 （2）化学反应中能量变化图示 （3）计算H = （反应物总键能 - 生成物总键能） kJ/mol 2．化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度 （1）从物质具有的能量理解两反应 ① 放热反应 ：可看成反应物所具有的化学能转化为热能释放出来。 ② 吸热反应 ：可看成热能转化为化学能被生成物所“储存”。 （2）化学反应中能量变化图示 结论：化学反应中的能量变化决定于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。 （3）计算H=（生成物总能量-反应物总能量） kJ/mol （4）物质能量越低、键能越大越稳定。 3、 人类对能源的利用 1．能源使用历史：早期以树枝杂草为主要能源，现代以煤、石油和天然气为主要能源。 2．化石燃料利用过程中待解决的两方面问题 （1）储量有限，短期内不可再生。 （2）煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。 3．节能减排的措施 （1）燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。 （2）能量利用阶段提高能源的利用率。 （3）开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。 4、 化学能转化为电能 1．化学能间接转化为电能 （1）火力发电原理：通过化石燃料燃烧，使 化学 能转化为 热 能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。 （2）能量转换过程 ①化学能热能机械能电能 ②能量转换的关键环节是可燃物的燃烧，属于 氧化还原 反应。 （3）火力发电存在的弊端 ①使用的化石燃料属于不可再生资源； ②化石燃料的燃烧会产生大量的有害气体（如SO2、CO等）及粉尘，污染环境； ③能量经过多次转化，能量利用率低。 2．化学能直接转化为电能——原电池 （1）实验探究 实验装置 实验现象 实验结论 锌片 溶解 ，表面产生 气泡 ，铜片上 无气泡 锌与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反应 锌片 溶解 ，铜片上有 气泡 锌片参与反应，铜片上产生氢气 锌片 溶解 ，铜片上有 气泡 ，电流表指针偏转 该装置将 化学能 转化为 电能 （2）原电池：将 化学能 转变为 电能 的装置。 （3）工作原理（以铜-锌-稀硫酸原电池为例） 电极材料 电极名称 电子流向 电极反应式 反应类型 口诀 锌 负极 流出 Zn－2e－Zn2+ 氧化反应 负失氧 铜 正极 流入 2H++2e－H2↑ 还原反应 正得还 总反应 化学方程式：Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑ 离子方程式：Zn+2H+Zn2++H2↑ 3. 5、 原电池形成条件和电极反应 1．原电池的构成条件 2．原电池工作原理 （1）反应类型：负极发生 氧化反应 ，正极发生 还原反应 。（口诀：负失氧，正得还） （2）电子的移动方向：从 负极 流出，经导线流向 正极 。[口诀：负失（电子）氧，正得（电子）还] （3）离子的移动方向： 带正电阳离子 向正极移动， 带负电阴离子 向负极移动。（口诀：正正负负） （4）化合价变化：负极 化合价升高 ，正极 化合价降低 （口诀：负升正降） （5）电流方向：外电路 正极 → 导线 → 负极 。 3．原电池正、负极的判断 6、 化学电池 1．一次电池——锌锰干电池 工作原理 负极 锌筒 锌被氧化，逐渐消耗 正极 石墨棒 二氧化锰被还原 电解质 氯化铵糊 —— 特点 放电后不能充电 便于携带，价格低 2．二次电池 （1） （2）铅酸蓄电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示， A. 工作时该电池总反应为。 B. 负极材料是 Pb ，正极材料是 PbO2 ，电解质溶液是 稀硫酸 。 C. 放电时，负极电极反应： Pb -2e- + SO42- = PbSO4 正极电极反应： PbO2 + 2e- +SO42- +4H+ = PbSO4 + 2H2O D. 充电时，阳极电极反应： PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +SO42- +4H+ 阴极电极反应： PbSO4 + 2e- = Pb + SO42- 3．燃料电池 （1）概念：一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的 化学能直接转化为电能 的电化学反应装置。 （2）特点（a）清洁、安全、高效等。 （b）能量转化率可以达到 80% 以上。 （c）反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。 （3）应用：在航天、军事、交通等领域有广阔的应用前景。 （4）氢氧燃料电池：总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 电解质溶液 负极 正极 酸性 碱性 在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH-，碱性条件下不出现H+。 7、 电极反应方程式书写 1. 类型一：题目给定原电池的装置图，未给总反应式 （1）首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂 （2）结合电解质判断出还原产物和氧化产物 （3）列电极反应式“架构”（负极：A - ne- = B；正极：C + ne- = D) （4）结合电解质溶液酸碱性，遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式 （5）将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式 2. 类型二：题目中给出原电池的总反应式 （1）根据化合价升降，找出氧化剂、还原产物、还原剂、氧化产物 （2）列电极反应式“架构”（负极：还原剂 - ne- = 氧化产物；正极：氧化剂 + ne- = 还原产物) （3）结合电解质溶液酸碱性，遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式 （4）若某一个电极反应式较难书写，可以由总反应减去另一极电极反应式得到 8、 原电池作用 1．加快化学反应速率 2．比较金属活泼性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。 3．设计原电池 （1）依据：已知氧化还原反应，首先找出 氧化剂 、 还原剂 ，一般还原剂为负极（或在负极上被氧化），氧化剂（一般为电解质溶液）在正极上被还原，比负极活动性弱的金属或石墨等能导电的非金属作正极。 （2）选择合适的材料 ①电极材料：电极材料必须 导电 。负极材料一般选择较活泼的 金属材料 ，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料；正极材料一般活泼性比负极的弱，也可以是能 导电 的非金属。 ②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。 第二节 化学反应的速率与限度 一、化学反应速率 1．意义：衡量化学反应过程进行 快慢 的物理量。 2．表示： 用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大表示 。 3．公式：v（A）＝ = 4．单位：mol·L－1·min－1 或 mol·L－1·s－1 。 5. 正确理解化学反应速率 (1）在同一化学反应里，用不同的物质表示的反应速率可能不同，但意义相同，故描述反应速率时必须指明具体的物质 (2）固体或纯液体的浓度记为常数，△ c =0，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率 (3）化学反应速率是一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时速率 (4）用不同反应物或生成物表示化学反应速率时：化学反应速率之比＝化学计量数之比 6．化学反应速率的有关计算 （1）“三段式”解答模板 ①写出有关反应的化学方程式。 ②根据△n之比 = 化学计量数之比，找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。 ③根据已知条件列方程式计算。 （2）计算举例 反应 aA（g） +bB（g） cC（g） 加入量mol m n 0 转化量mol ax bx cx 剩余量mol m－ax n－bx cx ①反应速率：v（A）＝ ；v（B）＝ ；v（C）＝ 。 ②反应物转化率α（A）＝ ×100% 。α（B）＝ ×100% 7. 反应速率大小比较 [例如反应：aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)] （1）方法一：换算成同一物质、同一单位表示，再比较大小。 （2）方法二：换算成反应速率与化学计量数的比值，再比较大小。例：v(A)/a > v(B)/b，则v(A)速率快。 二、影响化学反应速率的因素 1．方法引导－－变量控制方法 2．实验探究外界条件对化学反应速率的影响 （1）内因：反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。 （2）外因： （a）反应温度的影响 实验操作 实验现象 浸在热水里的试管中产生气泡的速率明显快于浸在冷水中的试管 实验结论 温度越高反应速率越快 （b）反应物浓度的影响 实验操作 实验现象 不加水的试管中产生气泡的速率更快 实验结论 浓度越大反应速率越快 （c）催化剂的影响 实验操作 实验现象 加入FeCl3溶液产生气泡的速率明显加快 实验结论 催化剂可以加快反应速率 3．反应因素对化学反应速率的影响（其他条件不变时，改变某一条件） 影响因素 条件变化 速率变化 催化剂 加催化剂 加快或减慢 温度 升高 加快 降低 减慢 浓度 增大 加快 减小 减慢 压强 （对有气体参加的反应） 增大（缩小容器体积） 加快 减小（增大容器体积） 减慢 原电池 形成原电池 加快 反应物接触面积 增大 加快 4. 压强对化学反应速率的影响 对于有气体物质参加的反应，改变反应体系的压强，对化学反应速率的影响常有以下几种情况： （1）恒温时，增大压强 → 容器容积减小 → 各物质浓度增大 → 化学反应速率增大。 （2）恒温恒容时，充入“惰性气体” → 总压强增大，但各物质的浓度不发生变化 → 所以化学反应速率不变。 （3）恒温恒压时，充入“惰性气体” → 容器容积增大 → 各物质浓度减小 → 化学反应速率减小。 说明：“惰性气体”是指不参与反应的气体。 三、化学反应的限度 1．可逆反应的特点 （1）概念：相同条件下，正逆反应 同时 进行的反应 （2）特点：反应不能进行到底，存在反应限度，反应物与产物共存。 2．化学平衡的建立 （1）过程 项目 浓度 速率变化 v正、v逆关系 开始 反应物浓度最大 v正最大 v正＞v逆 生成物浓度最小 v逆最小 变化 反应物浓度减小 v正减小 v正＞v逆 生成物浓度增大 v逆增大 平衡 反应物浓度不变 v正不变 v正＝v逆 生成物浓度不变 v逆不变 （2）图像 3．化学平衡状态 （1）概念：如果外界条件（温度、浓度、压强等）不发生改变，当 可逆反应 进行到一定程度时， 正反应速率 与 逆反应速率 相等，反应物的浓度与生成物的浓度都 不再改变 ，达到一种表面静止的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。 （2）特征 逆--化学平衡状态研究的对象是 可逆反应 等--达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率 相等 动--化学平衡是一种表面静止状态,反应并未停止，是一种动态平衡 定--达到化学平衡状态后，各组分浓度 不再改变 ，不随时间变化而变化 变--外界条件改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立 新的平衡状态 4. 化学反应的限度 （1）化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的 最大程度 ，即该反应进行的限度。 （2）对化学反应限度的理解 ①化学反应的限度决定了反应物在一定条件下转化为生成物的最大 转化率 。 ②同一可逆反应，不同条件下，化学反应的限度不同，转化率不同。即改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的 限度 。 5. 化学平衡状态的判断依据： （1）正、逆相等：速率必须一个是 正反应速率 ，一个是 逆反应速率 ，且经过换算后同一物质的消耗速 率和生成速率相等。 （2）变量不变：如果一个物理量随着反应的进行而改变，当其不变时为平衡状态；随着反应的进行保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据 四、化学反应条件的控制 1．化学反应条件的控制 2．化工生产中反应条件的调控 （1）考虑因素：化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的 成本 和 实际可能性 。 （2）例：合成氨生产条件的选择 从速率角度考虑 从氨的产率角度考虑 温度 高温 低温 压强 高压 高压 综合考虑 400~500℃ 10~30MPa 3．提高燃料的燃烧效率 （1）燃料燃烧的条件 ①燃料与适当过量的空气或氧气接触 ②温度达到燃料的着火点 （2）提高燃料的燃烧效率的措施 ①增大燃料与空气的接触面积（如粉碎、气化等） ②通入适当过量的空气或氧气 ③炉膛材料选用导热性差的物质 ④烟道废气中的热量回收利用 五、化学反应速率与图像 1. 关注图像中的“点、线、面” （1）关注“面”——明确研究对象 理解各坐标轴所代表量的意义及曲线所表示的是哪些量之间的关系。弄清楚是物质的量，还是物质的量浓度随时间的变化。 （2）关注“线” ①弄清曲线的走向，确定反应物和生成物。浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物。 ②分清突变和渐变；理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义。 （3）关注“点” 解题时要特别关注特殊点，如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。深刻理解这些特殊点的意义。 2.联系规律 如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系，各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系，外界条件的改变对化学反应速率的影响规律等。 3.正确判断 根据题干和题目要求，结合图像信息，正确利用相关规律做出正确的判断。 学科网（北京）股份有限公司1 学科网（北京）股份有限公司 $$