第1章化學反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化知識點總結(jié)高二上學期化學選擇性必修1

化學反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第1節(jié)化學反應(yīng)的熱效應(yīng)一、化學反應(yīng)的反應(yīng)熱1、化學上規(guī)定，當化學反應(yīng)在一定的溫度下進行時，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)。2、符號：用Q表示Q<0，表示放熱；Q>0，表示吸熱。3、單位：J或kJ。4、反應(yīng)熱的數(shù)值可以通過理論計算也可以實驗測定求得。理論計算：Q=斷裂舊化學鍵吸收的能量–形成新化學鍵放出的能量=反應(yīng)物的鍵能總和–生成物的鍵能總和反應(yīng)熱的實驗測定測量儀器：量熱計測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱①向量熱計內(nèi)筒中加入1.0mol/L的鹽酸100mL，蓋上杯蓋，插入溫度計，勻速攪拌后記錄初始溫度T1②向250mL燒杯中加入1.0mol/L的NaOH溶液100mL，調(diào)節(jié)其溫度，使與量熱計中鹽酸的溫度相同。③快速將燒杯中的堿液倒入量熱計中，蓋好杯蓋，勻速攪拌，記錄體系達到的最高溫度T2。④假設(shè)溶液的比熱等于水的比熱并忽略量熱計的熱容，根據(jù)溶液溫度升高的數(shù)值，計算此中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。⑤重復(fù)實驗步驟2—3次。取溫度變化的平均值計算反應(yīng)熱。試計算在稀溶液中,強酸和強堿反應(yīng)生成1mol水放出的熱量（即中和熱）是多少？思考1：所測得的數(shù)據(jù)不是57.3kJ/mol，分析產(chǎn)生誤差的原因？1、量取溶液的體積有誤差2、實驗過程中有液體灑在外面。3、混合酸、堿溶液時，動作緩慢，導(dǎo)致實驗誤差4、隔熱操作不到位，致使實驗過程中熱量損失而導(dǎo)致誤差5、測了酸后的溫度計未用水清洗而便立即去測堿的溫度，致使熱量損失而引起誤差。6、記錄的不是最高溫度。思考2：大、小燒杯放置時，為何要使兩杯口相平？填碎泡沫塑料的作用是什么？減少熱量損失思考3：酸、堿混合時，為何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯而不能緩緩倒入？減少熱量損失思考4：實驗中能否用環(huán)形銅絲攪拌棒代替環(huán)形玻璃攪拌棒？為什么？不能。因為銅絲易導(dǎo)熱，使熱量損失較大思考5：有人建議用50mL0.55mol/LNaOH進行上述實驗，測得的中和熱數(shù)值會更加準確。為什么？可以保證鹽酸完全反應(yīng)。使測得的熱量更加準確。思考6：常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)有哪些？(1)常見的放熱反應(yīng)：①燃燒反應(yīng)；②中和反應(yīng)；③物質(zhì)的緩慢氧化反應(yīng)；④原電池反應(yīng)；⑤活潑金屬與水或酸的反應(yīng)；⑥大多數(shù)化合反應(yīng)；⑦大多數(shù)置換反應(yīng)。鋁熱反應(yīng)(2)常見的吸熱反應(yīng)：①多數(shù)分解反應(yīng)（碳酸鈣的分解反應(yīng)）；②以H2、CO、C等為還原劑的氧化還原反應(yīng)，如：C(s)+CO2(g)=2CO(g)、C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)③氯化銨固體與氫氧化鋇晶體等固態(tài)銨鹽與堿的反應(yīng)；④碳酸氫鈉和檸檬酸的反應(yīng)；二、化學反應(yīng)的內(nèi)能變化與焓變熱化學方程式(1)定義：把一個化學反應(yīng)中物質(zhì)的變化和反應(yīng)的焓變同時表示出來的式子。(2)意義：熱化學方程式不僅表示物質(zhì)的變化，還表明了能量的變化。一般用英文字母g、l和s分別表示氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，水溶液中的溶質(zhì)則用aq表示。焓變與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)注意：熱化學方程式與化學(離子)方程式的5個不同點(1)熱化學方程式不注明反應(yīng)條件。(2)熱化學方程式不標“↑”“↓”，但必須用s、l、g、aq等標出物質(zhì)的聚集狀態(tài)。(3)熱化學方程式中，物質(zhì)化學式前面的系數(shù)只表示物質(zhì)的量，因此可以是整數(shù)，也可以是分數(shù)。(4)同素異形體在反應(yīng)中除標明狀態(tài)外，還要注明名稱，如C(s，石墨)C(s，石墨)==C(s，金剛石)ΔH=+1.90KJ·mol1石墨更穩(wěn)定(5)要在反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的化學式后面用括號注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)，因為反應(yīng)的焓變與各反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的聚集狀態(tài)有關(guān)。(6)在ΔH后要注明反應(yīng)溫度，因為同一反應(yīng)在不同溫度下進行時其焓變是不同的，對于298K時進行的反應(yīng)，可以不注明溫度。(7)ΔH的單位是J·mol1或kJ·mol1。(8)根據(jù)焓的性質(zhì)，若化學方程式中各物質(zhì)化學式前的系數(shù)加倍，則ΔH數(shù)值的絕對值也加倍;若反應(yīng)逆向進行，則ΔH的數(shù)值改變符號，但絕對值不變。三、反應(yīng)焓變的計算1、蓋斯定律：不管化學反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱相同。即化學反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)?！鱄＝△H1+△H2若多步化學反應(yīng)相加可得到新的化學反應(yīng)，則新反應(yīng)的焓變即為上述多步反應(yīng)的焓變之和。注意：1、計量數(shù)的變化與反應(yīng)熱數(shù)值的變化要對應(yīng)“同側(cè)相加，異側(cè)相減”2、反應(yīng)方向發(fā)生改變反應(yīng)熱的符號也要改變“系數(shù)不同，乘以相應(yīng)倍數(shù)”反應(yīng)熱的大小比較規(guī)律(1)吸熱反應(yīng)的ΔH肯定比放熱反應(yīng)的大(前者大于0，后者小于0)；(2)放熱反應(yīng)，反應(yīng)物物質(zhì)的量越大，放出的熱量越多，ΔH越??；（ΔH的絕對值越大）（3）同一物質(zhì)，不同狀態(tài)，反應(yīng)物能量越高，放出的熱量越多，ΔH越小。生成物能量越高，放出的熱量越少，ΔH越大。ΔH的大小比較四、能源摩爾燃燒焓能源(1)概念：能為人類提供能量的物質(zhì)或物質(zhì)運動(2)種類：包括太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能、核能、化石燃料等。(3)能源危機解決的辦法：2.摩爾燃燒焓:在一定反應(yīng)溫度和壓強條件下，1mol純物質(zhì)完全氧化為同溫下的指定產(chǎn)物時的焓變。C→CO2(g)H→H2O(l)S→SO2(g)N→N2(g)例題：目前煤在我國依然是第一能源，煤的氣化可以實現(xiàn)煤的綜合利用，提高煤的利用價值。下表列舉了幾種常見物質(zhì)的摩爾燃燒焓(298K,101kPa)，且298K,101kPa時，1molH2O(l)變?yōu)镠2O(g)需要吸收44.0kJ的熱量(注意：煤的摩爾燃燒焓可用石墨的摩爾燃燒焓計算)。物質(zhì)化學式ΔH/(kJ·mol－1)石墨C(s)－393.5氫氣H2(g)－285.8一氧化碳CO(g)－283.0(1)計算煤氣化反應(yīng)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的焓變，寫出計算過程。根據(jù)摩爾燃燒焓的含義，可得熱化學方程式：①C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1；②CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ·mol－1；③H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)ΔH3＝－285.8kJ·mol－1；④H2O(l)===H2O(g)ΔH4＝＋44.0kJ·mol－1。所以根據(jù)蓋斯定律，將①－②－③－④，整理可得：C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)，則ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3－ΔH4＝＋131.3kJ·mol－1化學能轉(zhuǎn)化為電能—電池一、原電池的工作原理1、原電池：把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2、原電池構(gòu)成要素銅鋅原電池電流表指針發(fā)生回偏，電流迅速衰減改進措施：鹽橋的作用（是一種“離子導(dǎo)體”）①導(dǎo)電作用，形成閉合回路②提供陰陽離子，使電解質(zhì)溶液保持電中性。兩種電池的對比、原電池工作原理的應(yīng)用1、加快氧化還原反應(yīng)的速率一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時會使反應(yīng)速率加快。例如，在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液置換出的Cu能與Zn形成原電池使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。2．比較金屬的活動性強弱在原電池中，若兩電極是兩種活潑性不同的金屬，一般負極金屬的活潑性比正極金屬的的活潑性強。3．設(shè)計化學電池任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。還原性較強的物質(zhì)在負極上失去電子，氧化性較強的物質(zhì)在正極上得到電子。將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰、陽離子作定向移動。4．金屬腐蝕的防護應(yīng)用：在輪船外殼上鑲嵌鋅塊四、已知氧化還原總反應(yīng)式，書寫電極反應(yīng)式步驟①分析化合價，確定正極、負極的反應(yīng)物與產(chǎn)物。正極反應(yīng)：氧化劑→還原產(chǎn)物，負極反應(yīng)：還原劑→氧化產(chǎn)物。②在電極反應(yīng)式的左邊寫出得失電子數(shù)，使得失電子守恒。③根據(jù)質(zhì)量守恒配平電極反應(yīng)式。④復(fù)雜電極反應(yīng)式＝總反應(yīng)式－簡單的電極反應(yīng)式(先寫)化學電源一次電池：電池中的反應(yīng)物質(zhì)進行一次氧化還原反應(yīng)并放電之后，就不能再次利用。例如：普通干電池、堿性鋅錳電池、鋅銀紐扣電池二次電池：又稱充電電池或蓄電池。放電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)獲得重生，恢復(fù)工作能力，可多次重復(fù)使用。例如：鉛蓄電池、鋰離子電池燃料電池：是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學電源，又稱連續(xù)電池。例如：氫氣、甲醇、天然氣、煤氣與氧氣組成燃料電池判斷電池優(yōu)劣：比能量：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位是(W·h)/kg或(W·h)/L。比功率：單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位是W·kg－1或W·L－1。電池可儲存時間的長短電池的回收利用：廢棄電池中含有大量的重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，隨處丟棄會給土壤、水源等造成嚴重的污染，需回收利用鋅錳干電池負極(Zn)：Zn+2OH2e=ZnO+H2O正極(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e=2OH+2MnOOH(堿式氧化錳)電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+H2O=2MnOOH+ZnO二次電池Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O①放電過程(原電池)負極：Pb+SO422e=PbSO4正極：PbO2+4H++SO42+2e=2PbSO4+2H2O②充電過程(電解池)陰極（接電源負極）：PbSO4+2e=Pb+SO42陽極（接電源正極）：PbSO4+2H2O2e=PbO2+4H++SO42燃料電池燃料電池：是一種把燃料所具有的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學裝置，又稱電化學發(fā)電器。通常情況下燃料作負極，氧氣作正極?？偡磻?yīng)為燃料燃燒的反應(yīng)。氫氧燃料電池：總反應(yīng)2H2+O2=2H2O酸性介質(zhì)：負極：2H2－4e－=4H＋正極：O2＋4e－＋4H＋=2H2O堿性電解質(zhì)：（）2H2－4e－＋4OH－=4H2O（+）O2＋4e－＋2H2O=4OH－中性電解質(zhì)：（）2H2－4e－=4H＋（+）O2＋4e－＋2H2O=4OH－金屬氧化物介質(zhì)：（）2H24e+2O2=2H2O（+）O2+4e=2O2熔融碳酸鹽介質(zhì)：（）2H24e+2CO32=2H2O+2CO2（+）O2+4e+2CO2=2CO322、甲烷燃料電池（1）酸性條件燃料電池總反應(yīng)式：CH4+2O2═CO2+2H2O；負極：CH48e+2H2O=CO2+8H+正極：2O2+8e+8H+=4H2O堿性條件燃料電池總反應(yīng)式：CH4+2O2+2NaOH═Na2CO3+3H2O；負極：CH48e+10OH=CO32+7H2O正極：O2+4e+2H2O=4OH固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O2）燃料電池總反應(yīng)式：CH4+2O2═CO2+2H2O；負極：CH48e+4O2=CO2+2H2O正極：O2+4e=2O2熔融碳酸鹽（如：熔融K2CO3）環(huán)境下電池總反應(yīng)式：CH4+2O2═CO2+2H2O。負極：CH48e+4CO32=5CO2+2H2O正極：O2+4e+2CO2=2CO323、甲醇燃料電池(1)酸性條件燃料電池總反應(yīng)式：2CH3OH+2O2═CO2+4H2O；負極：CH3OH6e+H2O=CO2+6H+正極：O2+4e+4H+=2H2O(2)堿性條件燃料電池總反應(yīng)式：2CH3OH+3O2+4NaOH═2Na2CO3+6H2O；負極：CH3OH6e+8OH=CO32+6H2O正極：O2+4e+2H2O=4OH(3)固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O2）燃料電池總反應(yīng)式：2CH3OH+3O2═2CO2+4H2O負極：CH3OH6e+3O2=CO2+2H2O正極：O2+4e=2O2(4)熔融碳酸鹽（如：熔融K2CO3）環(huán)境下電池總反應(yīng)式：2CH3OH+3O2═2CO2+4H2O負極：CH3OH6e+3CO32=4CO2+2H2O正極：O2+4e+2CO2=2CO32第3節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學能—電解一、電解的原理1、電解：將直流電通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。2、電解池：將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。3、電解池的構(gòu)成條件：①直流電源②固體電極材料③電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)④形成閉合回路。惰性電極：用石墨、金、鉑等材料做的電極，一般通電條件下不發(fā)生反應(yīng)；活性電極：用金屬(除石墨、金、鉑)做的電極，活性電極作陽極時，優(yōu)先發(fā)生氧化反應(yīng)。電極反應(yīng)：在電極上進行的半反應(yīng)。5、電極反應(yīng)式：表示電極上物質(zhì)的變化和電子轉(zhuǎn)移的式子。實驗：(1)確定電極名稱陽極（接電源正極）陰極（接電源負極）(2)判斷電極產(chǎn)物并書寫電極反應(yīng):陽離子(Na+)移向陰極，陰離子(Cl)移向陽極陽極：2Cl2e=Cl2↑氧化反應(yīng)陰極：2Na++2e=2Na還原反應(yīng)總式：思考：1.電子、離子、電流的流向？思考2：電離和電解的關(guān)系？電離不需要電能，溶于水或熔融狀態(tài)下就可以電離出自由移動的離子，是物理變化。而電解需要電能，會發(fā)生化學變化。思考3：有人說“電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，就是電解質(zhì)溶液的電解過程”，是否正確？正確。電解質(zhì)溶液導(dǎo)電就必然導(dǎo)致溶液中離子的定向移動，而離子定向移動就會形成閉合回路從而進行放電。電解質(zhì)溶液電解的過程使陰陽離子定向移動發(fā)生氧化還原反應(yīng)。原電池與電解池有何異同電解規(guī)律1、以惰性電極電解電解質(zhì)溶液的一般方法和步驟：①分析電解質(zhì)溶液的組成，找出有關(guān)離子，分兩組。②分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出電極反應(yīng)式。③合并兩個電極方程式，得出電解反應(yīng)的總化學方程式或離子方程式。注意：總反應(yīng)式的書寫(1)通過最小公倍數(shù)法使兩個電極反應(yīng)式的電子數(shù)相等。(2)把兩個電極反應(yīng)式相加，消去相同項，并注明條件“通電”。(3)若是水電離出的H＋或OH－得或失電子，在總反應(yīng)式中應(yīng)是H2O參與反應(yīng)。①陰極:陽離子得電子能力強者先放電Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+（酸）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+(水)>Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+陰極產(chǎn)物：除Fe3++e→Fe2+外，金屬陽離子放電得到相應(yīng)金屬單質(zhì)；若H+放電，則得H2。②陽極:陰離子或電極失電子能力強者先放電活性電極＞S2＞I＞Br＞Cl＞OH＞含氧酸根離子>F陽極產(chǎn)物：首先看電極，若為活性電極，電極放電，則電極溶解成金屬陽離子（Fe2e→Fe2+）；若溶液中陰離子放電，相應(yīng)得到S、I2、Br2、Cl2；若OH放電，則得H2O和O2。注意：在溶液中含氧酸根離子不放電，常指最高價含氧酸根離子不放電，但非最高價含氧酸根離子的放電能力比OH放電能力強，如SO32等。電解后電解質(zhì)溶液的變化及恢復(fù)2、電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣現(xiàn)象：陰極：溶液變紅，有無色氣體生成，且無色氣體可以燃燒陽極：產(chǎn)生黃綠色有刺激性味氣體，氣體可以使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍通電總式：2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑通電離子方程式:2Cl+2H2O2OH+Cl2↑+H2↑陰極：2H2O+2e=H2↑+2OH陽極：2Cl2e==Cl2↑3、銅的電解精煉主要成分：Cu雜質(zhì)金屬：Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等活潑性：Zn>Fe>Ni>Cu>Ag>Au陽極：Cu(粗銅)－2e－=Cu2＋(主要反應(yīng))Zn－2e－=Zn2＋Fe－2e－=Fe2＋Ni－2e－=Ni2＋Ag、Pt、Au等金屬沉積在池底形成陽極泥陰極：Cu2＋+2e－=Cu(精銅)電解質(zhì)溶液CuSO4濃度減小(4)電解精煉的結(jié)果粗銅中比銅活潑的金屬Zn、Fe、Ni等失去電子形成的陽離子進入溶液；不如銅活潑的金屬Ag、Au、Pt等以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解池的底部，與其他不溶性雜質(zhì)混在一起形成陽極泥；陰極上得到精銅。4、電鍍(1)定義：應(yīng)用電解原理，在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金的方法。(2)目的：提高金屬的抗腐蝕能力、耐磨性能或改善金屬制品的外觀。電鍍實驗（以鐵釘鍍銅為例）陽極(與直流電源正極相連)：鍍層金屬Cu－2e－=Cu2＋陰極(與直流電源負極相連)：鍍件Cu2＋＋2e－=Cu電解質(zhì)溶液：含鍍層金屬陽離子的電解質(zhì)溶液電解法用于冶煉較活潑的金屬電解工業(yè)上常利用電解法冶煉較活潑的金屬(如鈉、鈣、鎂、鋁等)，但不能電解其鹽溶液，應(yīng)電解其熔融態(tài)。電解的相關(guān)計算⑴計算類型①電子守恒在電解計算中的應(yīng)用。②電解后某產(chǎn)物的質(zhì)量③氣體的體積④某元素的化合價⑤元素的相對原子質(zhì)量⑥計算電解后溶液中的離子濃度。⑦計算電解質(zhì)溶液的pH。⑧串、并聯(lián)電路中的物質(zhì)關(guān)系。⑵計算方法①電子守恒法：得失電子守恒；串聯(lián)電路電子處處相等②總反應(yīng)式計算先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計算③關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需要的關(guān)系式⑶等量關(guān)系①當電流通過一個或多個串聯(lián)的電解池時，它們皆處于同一閉合電路中，所以各池的電流強度相等，同一時間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。②常見電化學計算的對應(yīng)關(guān)系：H2～Cl2～1/2O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。如電解中析出氣體時，在同溫同壓下析出各氣體物質(zhì)的量之比為n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。第四節(jié)金屬的腐蝕與防護一、金屬電化學腐蝕的原理1、金屬腐蝕定義：金屬表面因與周圍的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而遭到破壞的現(xiàn)象。2、金屬腐蝕的本質(zhì)：3、金屬腐蝕的類型化學腐蝕與電化學腐蝕的區(qū)別深化拓展1.金屬腐蝕的快慢規(guī)律(1)在同種電解質(zhì)溶液中,金屬腐蝕由快到慢的順序為:電解池的陽極>原電池的負極>化學腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極。(2)同一種金屬在不同介質(zhì)(濃度相等)中腐蝕由快到慢的順序為:強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(3)在同一種電解質(zhì)溶液中,電解質(zhì)溶液濃度越大,金屬腐蝕越快(鈍化除外)。(4)純度越高的金屬,腐蝕越慢。(5)不純的金屬或合金,在潮濕的空氣中,氧氣濃度越大,腐蝕越快。二、金屬腐蝕的防護生活中常用什么方法防止金屬被腐蝕的？1、表面加保護層油漆、機油、搪瓷、陶瓷、瀝青、塑料、橡膠