6.1化学反应与能量变化 知识清单-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

初高中化学聂老师 电话：13384730903 必修二 第六章 第一节 化学反应与能量变化 知识点总结 必修2第六章第一节 ( 1 )化学反应与能量变化 学科网（北京）股份有限公司 知识点一：化学反应与热能 1、 化学键与化学反应中能量变化关系 在化学反应中，反应物先断开化学键形成原子，需吸收能量（用“E吸”来表示）；之后，原子之间结合形成新的化学键，生成产物，同时放出能量（用“E放”来表示）。 （1） 若是E吸<E放，则反应是释放能量，我们称之为“放热反应”。 关系式：E吸-E放=Q放（反应放出的能量） （2）若是E吸>E放，则反应是吸收能量（即储存能量），我们称之为“吸热反应”。 关系式：E吸-E放=Q吸（反应吸收的能量） 2、 物质所含能量与化学反应中能量变化的关系 反应是吸热、还是放热，也可利用反应物所含的总能量[用“Σ（反应物能量）”来表示]与产物所含的总能量[用“Σ（产物能量）”来表示]的相对大小来判断。 （1） 若反应物总能量>产物总能量，即：Σ(反应物能量)>Σ(产物能量)，则反应释放能量，为放热反应。 （2） 若反应物总能量<产物总能量，即：Σ(反应物能量)<Σ(产物能量)，则反应吸收能量，为吸热反应。 3、放热反应与吸热反应的比较 ( 类型 ) ( 比较 ) 型 放热反应 吸热反应 定义 放出能量的反应 吸收能量的反应 ( 气态原子 生成物 E 放 E 吸 反应物 放出的能量 反应过程 能量 E 原子 的总能量 反应物 的 总能量 生成物 的 总能量 )能量变化图示 ( 吸收的能量 气态原子 生成物 E 放 E 吸 反应物 反应过程 能量 E 原子 的总能量 反应物 的 总能量 生成物 的 总能量 ) 化学键与能量变化的关系（微观） E吸<E放 E吸>E放 E吸-E放=放出的能量 E吸-E放=吸收的能量 物质的能量与能量变化的关系（宏观） 反应物总能量>生成物总能量 反应物总能量<生成物总能量 实例 1、 燃烧反应 2、 酸碱中和反应 3、 活泼金属与酸或水反应放出H2的反应 4、 原电池反应 5、 大部分化合反应（如：CaO与H2O反应） 6、 少数分解反应（如：炸药TNT爆炸） 1、 电离 2、 Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl(s)的反应 3、 以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应 4、 少数化合反应（如N2+O2 2NO、 C＋CO22CO） 5、 大部分分解反应（如：用KMnO4、KClO3制氧气） 4、化学能与热能的相互转化 （1）两条基本的自然定律 ①质量守恒定律； ②能量守恒定律 （2）化学能与热能的相互转化 化学能是能量的一种形式，它可以转化为其他形式的能量，如热能、光能、电能。 a、化学能转化为热能 ①金属与酸反应放出H2的反应，都是放热反应。 ②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应： Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O，现象为：烧杯温度降低，玻璃片与烧杯粘在一起。 ③中和反应都是放热反应。 注意：酸和碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。 b、热能转化为化学能 实验室常用加热KMnO4或KClO4的方法来制备O2；工业上常用高温分解CaCO3的方法来烧制石灰等等。 知识点二：化学反应与电能 1、一次能源、二次能源及能量转换 一次能源——直接从自然界取得的能源。如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。 二次能源——一次能源经加工、转换得到的能源。如电力、蒸汽等。 2、化学能转化为电能 （1）化学能转化为电能的两种方式 方式 转换过程 优、缺点 火力发电 过程长、低效、污染 原电池 ( 氧化还原反应 ) 过程短、高效、清洁 （2）原电池 ①探究实验 实验装置 导线连接前 导线连接后 实验现象 导线连接前：只在锌片上有气泡 导线连接后：铜片上有气泡产生；锌片溶解变细；电流表发生偏转 结论 导线连接后装置中有电流产生，由此可知装置中化学能转化为电能 注意：氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程，电子转移引起化学键的重新组合，同时伴随着体系能量的变化（如上述导线连接前实验），要想使氧化还原反应释放的能量直接转变为电能，只要将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使其间的电子转移，在一定条件下形成电流即可（如上述导线连接后实验）。 ②原电池定义：把化学能转变为电能的装置。 ③原电池的工作原理 以Zn—Cu(H2SO4)原电池为例： a. 电极反应式： 负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应） 正极（Cu）：2H++2e-=H2↑（还原反应） b. 原电池总反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 注意：两个电极反应式相加，即得反应总式。 ④粒子流向，如图 说明： a. 电子流向（外电路）：负极→导线→正极。 电流方向与电子流向相反。 b. 离子流向（内电路）：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。 注意：在原电池中，一定要明确电子的运动方向：在外电路（导线）中，电子从负极流出，从正极流入，但电子是不进入溶液中的。溶液（内电路）中是通过阴、阳离子的定向移动而导电的。（电子不下水，离子不上岸） ⑤构成原电池的条件 a、活泼性不同的两种金属（或金属与导电的非金属）作电极。一般的，负极是较活泼金属；正极是较不活泼的金属（或石墨）； b、有电解质溶液（或液体）； c、能自发地发生氧化还原反应； d、构成闭合回路。 注意： a. 由于只有氧化还原反应才有电子转移，而非氧化还原反应没有电子转移，所以形成原电池的化学反 应必须是氧化还原反应。 b. 从电池电极的功能方面来说，正极的作用是导体，它不参与化学反应。负极反应不一定是负极材料参加的反应，有的原电池的负极既是导体又是负极反应物，有的原电池负极的作用是导体，不参与化学反应。 3、发展中的化学电源 （1）干电池 ①定义：干电池是一次电池，放电后不能再充电。 ②常见干电池如下： 负极 正极 电解质 锌锰电池 Zn C NH4Cl（糊状） 碱性锌锰电池 Zn筒 C 湿的KOH 注意：锌锰电池是最早使用的，但因其糊状的电解质是酸性，会慢慢腐蚀Zn，所以改用碱性锌锰电池后，电池寿命延长、性能提高。 （2）充电电池 ①定义：充电电池又称二次电池，它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。 注意：放电时，是化学能转化为电能；充电时，是电能转化为化学能。 ②常见充电电池如下： 铅蓄电池 镍镉电池 负极 Pb Cd 正极 PbO2 NiO(OH) 电解质 H2SO4 KOH 反应式 负极：Pb+SO42--2e-=PbSO4（氧化反应） 正极：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O（还原反应） 总反应式：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 负极：Cd+2OH--2e-=Cd(OH)2（氧化反应） 正极：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH- （还原反应） 总反应式：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2 用途 汽车电瓶 无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀 注意：充电时，待充电电池的负极要接电源的负极，待充电电池的正极要接电源的正极，即通常所说的“负接负，正接正”。 ③用途：镍镉电池寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境。除上述电池外，还有锂电池，它质量轻，污染小，被称为绿色电池，广泛用于笔记本电脑，手机等。用于心脏起搏器的锂电池可以用上10年。 （3）燃料电池 ①原理 利用原电池的工作原理，将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的化学能直接转化为电能。例如火力发电（燃料燃烧把水烧开成水蒸气，水蒸气再推动涡轮发电）的能量转化率高。 ②构造 燃料电池的两个极都是惰性电极（一般是铂、活性炭电极），电极本身不发生反应，而是将还原剂（燃料）通入负极，将氧化剂（通常是O2或空气）通入正极。 注意：燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是有外设装备提供。 ③氢氧燃料电池如图，以H2为燃料通入负极、把空气通入正极、以稀H2SO4为电解质溶液，则其反应式如下： 负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4e-+4H+=2H2O 电池反应式：2H2+O2=2H2O 若以KOH溶液为电解质溶液，则其反应式为： 正极：O2+2H2O+4e-=4OH- 负极：2H2+4OH--4e-=4H2O 电池反应式：2H2+O2=2H2O ④甲烷燃料电池 该电池用金属铂作电极，用KOH作电解质，又在两极上分别通入CH4和O2，其电极反应如下： 负极：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O 正极：2O2+4H2O+8e-=8OH- 总反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O 注意：燃料电池中，反应是在溶液中进行的，所以没有火焰。 拓展应用 拓展一：反应条件与放热反应、吸热反应的关系 1、对于放热反应，有些不需要加热即可反应。 如H+与OH-的中和反应；H2与F2的反应在黑暗处且温度很低时就爆炸式反应。但有些放热反应也需要热量来启动反应。如木炭燃烧就需要用火点燃来启动反应；TNT的爆炸需要雷管引爆等。 2、对于吸热反应，大多需要加热才能反应。 如KMnO4加热分解制O2等需要不停的加热，一且停止加热，反应马上停止。但个别的吸热反应不需要加热，在常温下即能发生，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl(s)的反应。 总结：1、常温下不需要加热就能发生的反应，大多是放热反应，也可能是吸热反应。 2、需不停加热的反应，属吸热反应。 3、不需加热或加热停止后仍能进行的反应，通常是放热反应。 拓展二：各种能量之间的转化关系 由上图可知： 1、化学反应中的能量变化,常以热的形式表现出来，但不是唯一一种形式，如发光、火药爆炸产生膨胀做功、化学电池把化学能转化为电能等，都是化学反应中的能量变化。 2、其中能量的转化一般都是部分转化,转化率不会100%。 拓展三：人类利用能源的三个阶段 柴草时期→以树枝杂草为主要能源 化石能源时期→以煤、石油、天然气为主要能源(是不可再生能源) 多能源结构时期→以可再生能源和清洁能源为主要能源 可再生能源有：氢能、生物质能（利用能源作物和有机废料，经过加工转变为生物燃料的一种能源）等。 清洁能源有：太阳能、核能、地売地表能（风能、潮汐能、地热）等。 拓展四：判断原电池的正、负极 判断方法 负极 正极 ①据两极活泼性 较活泼金属 较不活泼金属 ②据反应类型 发生氧化反应 发生还原反应 ③据现象 溶解的一极 增重或有气泡产生的一极 ④据电子流向 电子流出的极 电子流入的极 ⑤据离子流向 阴离子流向的极 阳离子流向的极 ⑥据通入物 通入还原剂的极 通入氧化剂的极 注意：根据活泼性判断正负极时，还需考虑电解质性质；活泼金属也不一定作负极。例如，Mg、Al的活泼性在中性或酸性溶液中Mg>Al；而在碱性溶液中，Al与OH-反应，Mg相对稳定，所以，Mg与Al连线后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。同理，Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极，浸在浓HNO3中Cu作负极（Fe钝化）。 拓展五：原电池原理的应用 1、比较金属活泼性的强弱 根据氧化还原反应中的“先强后弱”原理，可以比较金属的活泼性的强弱。如： （1）将两种金属连线后，插入硫酸溶液中，溶解的一极较活泼； （2）把金属A与石墨连线后，插入含金属离子Bm+和Cn+的混合溶液中，若在石墨棒上只析出单质B，而不析出单质C，则A、B、C的金属活泼性是：C>A>B。 2、加快某些反应 稀硫酸与锌反应时，滴入几滴硫酸铜溶液可加快反应。这是因为：Zn与CuSO4反应生成的单质Cu沉积在Zn表面，这样构成了许多微小的Zn—Cu（H2SO4）原电池。 3、判断金属的纯度 在Zn—Cu（H2SO4）原电池中，H2应在Cu极上放出，若在Zn极上也有气体放出，说明Zn不纯。 4、设计原电池 （1） 依据：只有氧化还原反应才能设计成原电池。已知一个氧化还原反应，先找出氧化剂、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。 （2） 以Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑为例 电极反应： 负极反应：Zn-2e-=Zn2+ 正极反应：2H++2e-=H2↑ 电极材料及电解质： a.负极：Zn b.正极：Cu或C（比Zn的活泼性差的金属或导电的非金属） c.电解质：稀硫酸 装置图 注意：设计原电池时，若给出的是具体的化学反应方程式，电解质溶液是确定的；若给出的是离子反应方程式如：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+，则电解质不是确定的具体物质，只要含有Cu2+的盐溶液即可，如CuCl2溶液、CuSO4溶液等。 拓展六：电极反应式、电池总反应式的书写 电极反应式、电池总反应的书写的“三步骤”。 步骤一：写出电池总反应方程式，标出电子转移的方向和数目（ne-） 步骤二：写电极反应式。格式为：负极反应：还原剂-ne-→氧化产物 正极反应：氧化剂+ne-→还原产物 步骤三：正、负极反应式相加，验证与原电池总反应方程式是否一致。 例如：Zn—Pt电极，H2SO4作电解质，其电极反应和原电池反应方程式书写步骤为： 2e- 第一步：电池总反应为Zn+2H+=Zn2++H2↑。 第二步：负极反应为Zn-2e-=Zn2+ 正极反应：2H++2e-=H2↑ 第三步：由两个电极反应相加得Zn+2H+=Zn2++H2↑，与电池总反应吻合。 注意：书写电极反应式时应注意： ①两极得失电子数相等； ②电极反应式常用“=”； ③电极反应式中若有气体生成，需标“↑”，若有固体生成，一般不标“↓”； ④原电池的总反应式一般是两电极反应式中的得失电子数相等时，由正极和负极的电极反应式相加而得。若电解质为弱电解质，在相加时应把离子改写为相应的化学式。 必修2第八章第三节 ( 1 )环境保护与绿色化学 学科网（北京）股份有限公司 $