6.1 化学反应与能量变化 知识总结-2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

化学反应与能量变化 课时1 化学反应与热能 一、放热反应和吸热反应 （1）概念：化学反应一定伴随着能量的变化，通常以 热能 的形式表现出来。我们把化学反应根据能量的变化，把释放热量的化学反应称为放热反应；把吸收热量的化学反应称为吸热反应。 （2）常见的放热反应和吸热反应 放热反应 吸热反应 ① 所有燃烧反应 ② 酸碱中和反应 ③ 大多数化合反应 ④ 活泼金属跟水或酸的反应 ⑤ 物质的缓慢氧化、大部分氧化还原反应 ⑥ 铝热反应 ①大多数分解反应 ②C＋CO2(以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应) ③Ba(OH)2·8H2O＋NH4Cl(固态铵盐与碱的反应) ④NaHCO3与盐酸的反应 ★ 吸热反应和放热反应均是化学反应 NaOH固体溶于水、浓硫酸溶于水，H2O(g)变为H2O(L)属于放热过程 NH4NO3固体溶于水，碘升华、水蒸发属于吸热过程 3.放热反应与吸热反应比较 类型 比较 放热反应 吸热反应 定义 释放热量的化学反应 吸收热量的化学反应 形成 原因 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量 与化学键 的关系 生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量 图示 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 （1）化学反应的特征 (物质变化) （2）化学反应中能量变化的原因 化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。 旧键断裂，新键形成 释放能量 吸收能量 E1＞E2，反应吸收能量(吸热反应)；E1＜E2，反应放出能量(放热反应)。 （3）键能：断开(形成)1 mol某化学键所吸收(放出)的能量；单位：kJ/mol；键能越大物质越稳定。 2.化学反应中能量的决定因素 化学反应中能量变化决定于反应物的总能量和生成物总能量的相对大小。 放热反应 吸热反应 化学能转化为热能 热能转化为化学能被生成物“储存” 课时2 化学反应与电能 一、火力发电——化学能间接转化为电能 能量转换过程： 化学能热能机械能电能 二、原电池——化学能直接转化为电能 1.原电池的概念 原电池是把化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。 2.实验探究 实验操作 实验现象 原因解释 Zn片：锌片溶解，表面产生无色气泡 Cu片：无变化 反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气 Zn片是否溶解：溶解 Cu片上是否有气泡：有气泡 电流表A指针偏转 电流表指针偏转说明：导线中有电流 Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出 3.原电池的工作原理 A Zn Cu SO42－ H+ 正极 负极 e－ 电流方向：正极 → 负极 正 极: 电子流进（或电流流出）的一极 负 极: 电子流出（或电流流进）的一极 (外电路)电子流向：负极 → 沿导线正极 (内电路)阳离子→正极 阴离子→负极 负 极: Zn－2e－=Zn2+ 失去电子 氧化反应 发生溶解 吸引阴离子 正 极: 2H++2e－=H2↑ 得到电子 还原反应 产生气泡 吸引阳离子 4、原电池的判定方法(两极一液一连线) 一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件：极一液成回路 （1）具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属；其中较活泼金属为负极，较不活泼金属为正极（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）；金属与能导电的非金属（碳棒 、石墨等） （2）溶液：两电极均插入电解质溶液中（或熔融电解质或固体电解质） （3）导线： 正极、负极、电解质溶液构成闭合回路或两个电极直接接触 （4）能自发进行(或一定条件下可以自发)的氧化还原反应：一般负极与电解质溶液发生氧化还原反应；如： Al / NaOH/ Mg -原电池：是Al作负极；Cu/HNO3 （浓）/Fe---原电池：是Cu作负极。 课时3 原电池原理应用　化学电源 一、设计原电池 1.依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。 二、原电池原理应用 1.比较金属的活动性强弱：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极，即一般情况下活动性：负极(金属)>正极(金属)。 2.加快氧化还原反应速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。 3.保护金属：作原电池的正极的金属材料不参与反应，将被保护的金属与比其活泼的金属连接，活泼金属作负极。 二、化学电源 1.一次电池 （1）特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。 （2）锌锰干电池的构造如图所示： ①锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。 ②石墨棒为正极，二氧化锰是氧化剂：2MnO2 +2e− +2NH4+ =Mn2O3+ 2NH3↑+H2O ③NH4Cl糊的作用电解质溶液。 ④电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极）锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原， 2.二次电池(充电电池) （1）特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 （2）能量转化：化学能电能 （3）常见的充电电池：铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池。 （4）铅酸电池： ① Pb为负极，电极反应：Pb −2e− + SO42−＝PbSO4 ② PbO2为正极，二氧化锰是氧化剂：PbO2 + 2e− + 4H+ + SO42− ＝PbSO4 + 2H2O ③ H2SO4溶液的作用是作电解质溶液； 3.燃料电池 （1）特点：①反应物储存在电池外部，②能量转换效率高、清洁、安全，③供电量易于调节。 （2）燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等；常用氧化剂：氧气。 电池总反应式:2H2 + O2 = 2H2O (1) 电解质溶液为硫酸时: 负极: 2H2 − 4e− = 4H+ 正极: O2 + 4e− + 4H+ = 2H2O (2)电解质溶液为KOH溶液时: 负极: 2H2 − 4e− + 4OH− = 4H2O 正极: O2 + 4e− + 2H2O = 4OH− 三、电极反应式的书写 1.书 写电极反应式的原则 电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。 2.书写电极反应式的基本类型 （1）电极反应式的书写 ① 准确判断电池的正、负极： 正极：找出氧化剂及还原产物 “氧化剂＋n e－＝还原产物” 负极：找出还原剂及氧化产物 “还原剂－n e－＝氧化产物” ② 由电荷守恒确定要添加的离子，再据质量守恒，配平其他微粒个数 注意：开始生成的氧化产物、还原产物在溶液中能否存在 ③ 两式加 验总式 复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应 （2）燃料电池电极反应式的书写 ① 写出电池总反应式。 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 ② 写出电池的正极反应式。 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 ③ 写出负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式 学科网（北京）股份有限公司 $$