2022屆新高考化學(xué)沖刺精準(zhǔn)復(fù)習(xí)化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化

2022屆新高考化學(xué)沖刺精準(zhǔn)復(fù)習(xí)

化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化

目錄

一、化學(xué)反應(yīng)的能量變化..............................................................................2

二、反應(yīng)熱的測定....................................................................................3

三、化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)能變化..............................................................................4

四、化學(xué)反應(yīng)的焰變..................................................................................4

五、熱化學(xué)方程式....................................................................................5

六、蓋斯定律........................................................................................6

七、能源摩爾燃燒焙................................................................................7

八、原電池的工作原理................................................................................9

九、原電池原理的應(yīng)用...............................................................................10

十、化學(xué)電源及其分類...............................................................................11

H^一、常見的化學(xué)電源...............................................................................11

十二、燃料電池......................................................................................12

十三、新型化學(xué)電源及電極反應(yīng)式書寫.................................................................13

十四、電解的原理....................................................................................13

十五、酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律.....................................................................15

十六、電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣...............................................................16

十八、電解的相關(guān)計算...............................................................................18

十九、金屬電化學(xué)腐蝕的原理.........................................................................18

二十、金屬腐蝕的防護(hù)...............................................................................20

二十一、電化學(xué)腐蝕原理的應(yīng)用.......................................................................21

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一、化學(xué)反應(yīng)的能量變化

1.體系與環(huán)境

人為劃定的研究對象(物質(zhì)系統(tǒng))稱為體系，體系以外的其他部分稱為坯境。

2.定性認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化

(1)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)

通常情況下，化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化主要是化學(xué)能與熱能之間的轉(zhuǎn)化，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化對化學(xué)反應(yīng)分

類：

吸熱反應(yīng)：反應(yīng)物氣線笠反應(yīng)產(chǎn)物

化學(xué)反應(yīng)1八

心子以i體系向環(huán)境中匚+土也

［放熱反應(yīng)：反應(yīng)物釋放熱量?反應(yīng)產(chǎn)物

(2)常見的吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)

放熱反應(yīng)：①大多數(shù)化合反應(yīng);②所有的燃燒反應(yīng);③酸堿中和反應(yīng);④較活潑金屬與酸的反應(yīng)；⑤活潑金屬與

H20的反應(yīng)；⑥鋁熱反應(yīng)；⑦緩慢氧化反應(yīng)。

吸熱反應(yīng)：①大多數(shù)分解反應(yīng);②Ba(OH)2-8H2。與NH4cl的反應(yīng);③C和CC>2或HzCXg)的反應(yīng):④少數(shù)化合反

應(yīng)。

3.定量認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化一反應(yīng)熱

(1)反應(yīng)熱的概念

當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行時，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng),簡稱反應(yīng)熱。

(2)表示方法：用符號。表示：Q>0,反應(yīng)吸熱;Q<0,反應(yīng)放熱。

4.從“斷鍵”和“成鍵”的角度理解反應(yīng)熱

化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是反應(yīng)物中舊化學(xué)鍵斷裂和反應(yīng)產(chǎn)物中新化學(xué)鍵形成的過程。

以氫氣與氯氣反應(yīng)生成氯化氫為例說明用化學(xué)鍵的變化計算反應(yīng)熱的方法：

(1)物質(zhì)變化

H2(g)+C12(g)=2HCl(g)

(2)能量變化

共價鍵斷裂

|1mol卜?|2molH~|-

吸收436kJ能量

形成共價鍵，2mol

共價鍵斷裂釋放431kJx2H-CI

|ImolCb卜■|2molCl|-能量------

吸收243kJ能量

(3)1molH2與1molCI2反應(yīng)生成HC1的反應(yīng)熱。=一(862—679)kJ=-183kJ。

由于Q<0,則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

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?歸納總結(jié)

反應(yīng)熱與化學(xué)鍵的關(guān)系

舊鍵斷裂原子重新組合.新鍵形成

吸收能量AE1放出能量AE2

反應(yīng)物------化.反應(yīng)-----―反應(yīng)產(chǎn)物

Q—AEi—AE12

Q=Z反應(yīng)物鍵能一Z反應(yīng)產(chǎn)物鍵能

注：鍵能是斷裂1mol化學(xué)鍵吸收的能量或形成1mol化學(xué)鍵釋放的能量。

二、反應(yīng)熱的測定

1.反應(yīng)熱數(shù)值的獲得方法

(1)反應(yīng)熱的數(shù)值可以通過實驗測得,也可以通過理論計算求得。

(2)熱化學(xué)：用實驗方法和理論方法研究反應(yīng)熱的化學(xué)分支。

2.反應(yīng)熱測定的方法和裝置

(1)測定反應(yīng)熱的儀器——量熱計

下圖是一種簡易量熱計示意圖。

隹小攪拌器：使反應(yīng)充分進(jìn)行、保持體系的溫度均勻

花半外筒:保溫作用

［國、內(nèi)筒:反應(yīng)容器

反應(yīng)物

(2)測定方法：將反應(yīng)物加入到內(nèi)筒并攪拌使之迅速反應(yīng)，測量反應(yīng)前后溶液溫度的變化值。

(3)計算公式：O=-C(T2—TI)。其中C表示溶液及量熱計的熱容;Ti、T2分別表示反應(yīng)前和反應(yīng)后體系的溫度。

3.實驗探究——中和反應(yīng)的反應(yīng)熱的測定

(1)實驗?zāi)康模簻y定室溫下強酸和強堿反應(yīng)的反應(yīng)熱,體驗化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。

(2)實驗原理

酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，利用一定質(zhì)量的酸和堿發(fā)生反應(yīng)，測出反應(yīng)前后溶液溫度差,再根據(jù)參加反應(yīng)的酸溶

液和堿溶液的體積求出混合溶液的質(zhì)量，根據(jù)公式計算：Q=—c-mAT,其中：。為比熱容，加為酸堿溶液的質(zhì)

量和,Ar=T2-rlo然后換算成生成1molH2O放出的能量即可。

(3)實驗步驟

①向量熱計內(nèi)筒中加入1.0moLL-i的鹽酸100mL,蓋上杯蓋，插入溫度計，勻速攪拌后記錄初始溫度

②向250mL燒杯中加入1.0mol-L_1NaOH溶液100mL,調(diào)節(jié)溫度為口。

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(dá)到的最高溫度72。

④重復(fù)實驗操作，記錄每次的實驗數(shù)據(jù)，取其平均值作為計算依據(jù)。

(4)實驗數(shù)據(jù)的處理

鹽酸、氫氧化鈉溶液為稀溶液，其密度近似地認(rèn)為都是1g-cnT3,反應(yīng)前后溶液的比熱容為4.18kJK-i.kg-%該

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實驗中鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)的反應(yīng)熱。=一0.836（72一刀）kJ。

換算為強酸與強堿中和反應(yīng)生成1molH20的反應(yīng)熱：

——0.418X2X（7。-Ti）

。=—8.36（A—Ti）或^-------51-------------kJ。

三、化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)能變化

1.內(nèi)能

概念：體系內(nèi)物質(zhì)所含各種微觀粒子的能量總和

表示符號：U

內(nèi)化學(xué)反應(yīng)中內(nèi)能的變化：

能AU=U（反應(yīng)產(chǎn)物）-U（反應(yīng)物）

決定內(nèi)能大小的因素：

物質(zhì)的種類、數(shù)量及聚集狀態(tài),還與體系的溫度、壓強有關(guān)

2.用內(nèi)能理解化學(xué)反應(yīng)的能量變化

（1）若U（反應(yīng)產(chǎn)物）＞U（反應(yīng)物），反應(yīng)吸收能量;若U（反應(yīng)產(chǎn)物）＜U（反應(yīng)物），反應(yīng)釋放能量。

（2）內(nèi)能變化與反應(yīng)熱的關(guān)系

化學(xué)反應(yīng)體系與環(huán)境進(jìn)行能量交換的兩種形式是熱和功。根據(jù)能量守恒定律，化學(xué)反應(yīng)中內(nèi)能的變化等于反應(yīng)熱

和功的加和，即：AU=Q+W。

如反應(yīng)前后體系體積不變且沒有做電功等其他功，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱等于化學(xué)反應(yīng)前后體系內(nèi)能的變化,用公式

表示：AU=Q.,

（3）內(nèi)能變化與放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的關(guān)系

如果反應(yīng)后體系的內(nèi)能是增加的，則0,反應(yīng)吸熱。

如果反應(yīng)后體系的內(nèi)能是減少的，則。三0,反應(yīng)放熱。

四、化學(xué)反應(yīng)的始變

1.焰與反應(yīng)焰變

⑴培

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(2)反應(yīng)焰變

2.反應(yīng)燃變與反應(yīng)熱的關(guān)系

(1)對于等壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，如果反應(yīng)中物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化為熱能，則反應(yīng)焰變等于反應(yīng)的反應(yīng)

表達(dá)式：AH=C>no

(2)反應(yīng)熔變與吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的關(guān)系

反串物反應(yīng)產(chǎn)物

玲/

圖示

A//>0

|反應(yīng)產(chǎn)物

反應(yīng)物

體系能量反應(yīng)產(chǎn)物的焰小于反應(yīng)物的培，說明反應(yīng)產(chǎn)物的焰大于反應(yīng)物的焰,說明

變化反應(yīng)向環(huán)境釋放能量反應(yīng)從環(huán)境吸收能量

反應(yīng)類型放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)

五、熱化學(xué)方程式

1.熱化學(xué)方程式的概念及意義

⑴概念

把一個化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的變化和反應(yīng)的是變同時表示出來的化學(xué)方程式。

(2)意義

熱化學(xué)方程式不僅表明了物質(zhì)的變化,還表明了焰變(能量變化)。

(3)實例：H2(g)+1o2(g)=H2O(l)AH=—285.8kJ-ino「表示的意義是：在298K、101kPa下，1mol氣態(tài)H?

與白mol氣態(tài)。2反應(yīng)生成1mol液態(tài)水時，放出的熱量是285.8kJ。

(4)熱化學(xué)方程式括號中英文字母的含義

s表示固態(tài)、1表示液態(tài)、伺表示氣態(tài)、aq表示溶液。

2.熱化學(xué)方程式的書寫方法|一寫方程式寫出配平的化學(xué)方程式

二標(biāo)狀態(tài)一用S、1、g、aq標(biāo)明物質(zhì)的聚集狀態(tài)

I,______________,

三標(biāo)條件H標(biāo)明反應(yīng)的溫度(298K時可不標(biāo)注)

在化學(xué)方程式后寫出AH,并注明AH

四標(biāo)AH-_的“+”或“-”

五標(biāo)數(shù)值-,根據(jù)化學(xué)計量數(shù)計算寫出A"的值，

并寫單位kJ,mol-1

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,練后反思?

書寫熱化學(xué)方程式的注意事項

(1)在反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)式后面用括號注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)，因為反應(yīng)的焙變與各反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的

聚集狀態(tài)有關(guān)。

(2)AH的單位是Jmol1或kJ-mol'o

(3)根據(jù)焰的性質(zhì)，若化學(xué)方程式中各物質(zhì)化學(xué)式前的系數(shù)加倍，則△以數(shù)值的絕對值也加倍；若反應(yīng)逆向進(jìn)行,

則AH改變符號，但數(shù)值的絕對值不變。

(4)指明反應(yīng)的溫度和壓強。若不特別說明，反應(yīng)溫度為298K,壓強為lOlkPa。

六、蓋斯定律

1.蓋斯定律的內(nèi)容

一個化學(xué)反應(yīng)無論是一步完成還是分幾步完成，反應(yīng)熱都是一樣的。

2.蓋斯定律的理解

(1)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)焰變只與反應(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)。

(2)某反應(yīng)始態(tài)和終態(tài)相同，反應(yīng)的途徑有如下三種：

則NH=NH\+'Hi=Nlh+NH&+。

3.應(yīng)用蓋斯定律計算反應(yīng)熱的常用方法

根據(jù)如下兩個反應(yīng)：

-1

I.C(s)+O2(g)=CO2(g)AHi=-393.5kJ-mol

-1

II.CO(g)+1o2(g)=CO2(g)AH2=-283.0kJ-mol

選用兩種方法，計算C(s)+3C)2(g)=CC)(g)的反應(yīng)熱AHo

(1)虛擬路徑法

反應(yīng)C(s)+O2(g)=cc)2(g)的途徑可設(shè)計如下：

co(g)+1o2(g)

11

根據(jù)蓋斯定律得：AH=AHI-AH2=-393.5kJmol--(-283.0kJ-mor)=-110.5kJ-moP'o

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(2)加合法

①寫出目標(biāo)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，確定各物質(zhì)在各反應(yīng)中的位置，C(s)+1o2(g)=CO(g)；

②將已知熱化學(xué)方程式n變形，得反應(yīng)in：

1

CO2(g)=CO(g)+1o2(g)AH3=+283.0kJ-moP；

③將熱化學(xué)方程式相加，△反也相加。反應(yīng)1+反應(yīng)III得：

C(s)+1o2(g)=CO(g)A”=AH1+AH3，

則AH=—110.5kJ-mol1o

總結(jié)方法若一個化學(xué)方程式可由另外幾個化學(xué)方程式相加減而得到，則該化學(xué)反應(yīng)的焰變即為這幾個化學(xué)反應(yīng)

焙變的代數(shù)和。

4.蓋斯定律的意義

有些反應(yīng)進(jìn)行的很慢］「這給反應(yīng)熱的測定造成了困

有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生n《難，若應(yīng)用蓋斯定律，可以間

有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純J〔接把它們的反應(yīng)熱計算出來

■歸納總結(jié)

四步分析法應(yīng)用于蓋斯定律的計算(思維模型)

(1)分析目標(biāo)反應(yīng)和已知反應(yīng)的差異，明確①目標(biāo)反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物；②需要約掉的中間產(chǎn)物。

(2)將每個已知的熱化學(xué)方程式兩邊同乘以某個合適的數(shù)，使已知熱化學(xué)方程式中某種反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)

計量數(shù)與目標(biāo)熱化學(xué)方程式中的該物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)一致，熱化學(xué)方程式的焰變也進(jìn)行相應(yīng)的計算。

(3)將已知熱化學(xué)方程式相加減消掉目標(biāo)反應(yīng)熱化學(xué)方程式中沒有的物質(zhì)(同側(cè)相減，異側(cè)相加消去中間產(chǎn)物)。

(4)得出目標(biāo)熱化學(xué)方程式(目標(biāo)熱化學(xué)方程式系數(shù)不能存在公約數(shù)，應(yīng)為最簡形式)。

以上步驟可以概括為找目標(biāo)、看來源、調(diào)系數(shù)、相加減、得答案。

七、能源摩爾燃燒燃

1.能源及能源的綜合利用

(1)能源的概念

能為人類提供能量的物質(zhì)或物質(zhì)運動統(tǒng)稱能源,包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、核能?/p>

化石燃料等。

(2)能源開發(fā)的重要意義

能源是國民經(jīng)濟的重要物質(zhì)基礎(chǔ),能源的開發(fā)和有效利用程度以及人均消費量,是一個國家生產(chǎn)技術(shù)水平和生活

水平的重要標(biāo)志。

(3)我國的能源現(xiàn)狀

我國的能源總量較豐富，約占世界能源總量的十分之一,但人均能源可采儲量遠(yuǎn)低王世界平均水平。目前，我國

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能源消費結(jié)構(gòu)以煤為主，以石油、天然氣為輔，以水能、核能、風(fēng)能、太陽能為補充。

(4)能源危機的解決方法

一方面必須“開遮”,即開發(fā)核能、風(fēng)能、太陽能等新能源；另一方面需要“芭逾”，加大節(jié)能減排的力度，提

高能源的利用效率。

2.煤的綜合利用

(1)直接燃煤的危害：不僅利用效率低，而且會產(chǎn)生大量固體垃圾和多種有害氣體。

(2)煤的綜合利用方法：工業(yè)上通過煤的干儲、氣化和液化等方法來實現(xiàn)煤的綜合利用。

(3)煤的干儲：是以煤為原料，在隔絕空氣條件下，加熱到950℃左右,經(jīng)高溫分解生產(chǎn)焦炭，同時獲得煤氣、

煤焦油并回收其他化工產(chǎn)品的一種煤轉(zhuǎn)化工藝。

(4)煤的氣化：將煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程。

(5)煤的液化：就是在一定條件下(溫度、壓力、催化劑、溶劑、氫氣等)將固體煤炭轉(zhuǎn)化為燒類液體燃料和化工原

料的過程。

3.摩爾燃燒焰

(1)摩爾燃燒焰的定義

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)物時的焰變,并指定物質(zhì)中含有的氮元

素氧化為N2(g)、氫元素氧化為H2。⑴、碳元素氧化為CC)2(￡)。

(2)摩爾燃燒焰的意義

甲烷的摩爾燃燒焰為一890.3kJ-mori,或△?=—890.3kJ-molL它表示298K、101kPa時，1mol甲烷完全燃

燒生成CO2和液態(tài)H2O時放出890.3kJ的熱量。

⑶摩爾燃燒焰的計算

由摩爾燃燒焰的定義可知：298K、101kPa時，可燃物完全燃燒產(chǎn)生的熱量=可燃物的物質(zhì)的量X其摩爾燃燒焰，

即。放=〃(可燃物)義|△司；或變換一下求物質(zhì)的摩爾燃燒焰：“5二_〃(/物)。此公式中的是指物質(zhì)的摩爾燃

燒熔，而不是指一般反應(yīng)的反應(yīng)熱。

■歸納總結(jié)

1.能源

(1)沼氣和天然氣的主要成分都是甲烷，沼氣是可再生能源，天然氣是不可再生能源。

⑵未來最理想的新能源是氫能。

2.書寫表示摩爾燃燒燃的熱化學(xué)方程式的注意事項

(1)注意摩爾燃燒焙的符號，AH一定為負(fù)值，單位為kJ-mori。

(2)指定物質(zhì)中含有的氮元素氧化為N2(g)、氫元素氧化為H2O⑴、碳元素氧化為CC)2(g)。

(3)可燃物的化學(xué)計量數(shù)必須為1,然后配平其他物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)。

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八、原電池的工作原理

1.實驗探究：銅鋅原電池的構(gòu)造與工作原理

裝置示意圖如圖所示

ZnSO,溶液CuSO,溶液

鋅片逐漸溶解,銅片上紅色固體質(zhì)量增加，

實驗現(xiàn)象溶液顏色變淺,檢流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，

取出右側(cè)裝置中的鹽橋，檢流計指針回到原點

能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

鋅極為負(fù)極,鋅原子關(guān)電子，發(fā)生氧化反應(yīng),形成Zn?+進(jìn)入溶液,

電極反應(yīng)式是Zn—2e-^=Zn2+；

銅極為正極，溶液中的Cu2+從銅片上得電子,被還原成沉積在銅片上，

原因解釋

電極反應(yīng)式是Cu2++2e-=Cu；

鹽橋的作用：平衡電荷，形成閉合回路,

電池總反應(yīng)是Zn+Cu2+=Zn2++Cu

電子或離子的（1）導(dǎo)線（電子導(dǎo)體）中，電子從血片（負(fù)極）移向QL片（正極）。

移動方向（2）電解質(zhì)溶液及鹽橋（離子導(dǎo)體）中陽離子向銅片（正極）移動,陰離子向鋅片（負(fù)極）移動

右側(cè)裝置優(yōu)點：鋅與Cu2+彼此隔離，

左側(cè)裝置缺點：鋅能與電解質(zhì)溶液中的C/+直接發(fā)生

優(yōu)缺點鋅發(fā)生氧化反應(yīng)失去的電子都通過

氧化還原反應(yīng)，電能利用效率較低

導(dǎo)線，能充分將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

2.原電池

（1）定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

（2）裝置構(gòu)成的條件：電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體、自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。

⑶電極

負(fù)極一電子流出（還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)）的電極。

正極——電子流入（氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)）的電極。

（4）半反應(yīng)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是在兩個電極分別進(jìn)行的。每個電極或是發(fā)生失去電子的變化一氧化，或是

發(fā)生獲得電子的變化一還原，分別相當(dāng)于氧化還原反應(yīng)的一半，這種反應(yīng)常稱為半反應(yīng)。

（5）電極反應(yīng)：在電極上進(jìn)行的半反應(yīng)。

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3.原電池工作原理示意圖

電子沿導(dǎo)線由負(fù)極向正極移動

發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)

負(fù)極正極

陰

陽

離

為活潑金屬為不活潑金屬離

子

且不斷溶解或?qū)щ姺墙饘僮?/p>

移

V移

向

向

離子導(dǎo)體(電解質(zhì)溶液)

■歸納總結(jié)

1.原電池中鹽橋的作用

(1)構(gòu)成閉合回路，形成原電池。

(2)避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，有利于最大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

(3)鹽橋中的陰、陽離子定向遷移，使溶液保持電中性，反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，能長時間穩(wěn)定放電。

2.一般電極反應(yīng)式的書寫方法

(1)判斷原電池的正、負(fù)極，即找出氧化劑和還原劑。

(2)結(jié)合介質(zhì)的酸堿性確定還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。

(3)寫出電極反應(yīng)式，將兩式相加得總反應(yīng)式。

九、原電池原理的應(yīng)用

1.制作干電池、蓄電池、燃料電池。

2.比較金屬活動性強弱

對于酸性電解質(zhì)，一般是負(fù)極金屬的活動性較強,正極金屬的活動性較弱。

例如：a和b兩種金屬，用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生，則a極為魚極，b

極為正極，金屬活動性：a>b?

3.加快氧化還原反應(yīng)的速率

構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。

例如：實驗室制取氫氣時，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應(yīng)速率快；或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，產(chǎn)生氫氣的速率

加快。

4.設(shè)計化學(xué)電池

⑴理論上，任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。

(2)外電路：還原性較強的物質(zhì)在負(fù)極上失去電子，氧化性較強的物質(zhì)在正極上得到電子。

(3)內(nèi)電路：將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰、陽離子做定向移動。

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-歸納總結(jié)

設(shè)計原電池的方法思路

(1)根據(jù)原電池總反應(yīng)式確定正、負(fù)極反應(yīng)式。

(2)根據(jù)正、負(fù)極反應(yīng)式選擇電極材料和電解質(zhì)溶液。

(3)要形成閉合回路(可畫出裝置圖)。

十,化學(xué)電源及其分類

1.化學(xué)電源的分類

(1)化學(xué)電源按其使用性質(zhì)常分為如下三類：

①一次電池：又叫干電池，活性物質(zhì)消耗到一定程度就不能再使用。

②二次電池：又稱可充電電池，放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。

③燃料電池：一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。

(2)化學(xué)電源按其電解質(zhì)性質(zhì)可分為中性電池、酸隹電池、堿性電池。

2.化學(xué)電池的回收利用

使用后的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、水遮等造成嚴(yán)重的污染。廢棄電

池要進(jìn)行回收利用。

十一、常見的化學(xué)電源

1.一次電池

電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動的一次電池，也叫干電池。常見的一次電池主要有酸性鋅錦干電池、堿性鋅銃干電

池、鋅銀電池和鋰電池等。

鋅鋪干電池

酸性鋅錦干電池堿性鋅鎰干電池

+

一金屬夕境

---鋅粉和氫

石墨電極氧化鉀

示意圖二氧化鎰、炭黑—二氧化鎰

和石墨

氯化銹、氯化鋅

一金屬棒

鋅筒

電極負(fù)極：鋅，正極：石墨棒負(fù)極反應(yīng)物：鎂粉，正極反應(yīng)物：二氧化鎰

電解質(zhì)

氯化鏤和氯化鋅混合液氫氧化鉀溶液

溶液

堿性鋅鎰干電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+H2O=2MnOOH+ZnO

電極反應(yīng)①負(fù)極：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O

②正極：2MnO2+2H2O+2e—=2MnOOH+2OH—

第11頁

2.二次電池

二次電池的特點是發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)（電極材料、電解質(zhì)溶液）大部分被消耗后，又可以通過充電而恢復(fù)其

供電能力。

鉛蓄電池是最常見的二次電池。

放電過程充電過程

負(fù)極：Pb—2e-+SO?--PbSC）4（氧化反應(yīng)）陰極：PbSO4+2e--Pb+SOr（還原反應(yīng)）

_+-+

正極：PbO2+2e+SOr+4H=PbSO4+H2O陽極：PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4HSOF

（還原反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）

放電、

充、放電時的電池反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO4^W2PbSO4+2H2O

十二'燃料電池

1.制作一個簡單的燃料電池

設(shè)計思路

將水電解器電解得到的氫氣和氧氣，通入兩個石墨電極把氫氣和氧氣反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

設(shè)

計

目

標(biāo)選擇實驗用品及目的實驗裝置實驗現(xiàn)象

9

獲得

電解水發(fā)生器：獲取氫氣和氧氣的裝置。活塞一《o-活塞

氫氣a--ba、b兩管均產(chǎn)生無色氣體，

蒸儲水：制取氫氣和氧氣。

和氧且體積比為1：2

K0H溶液：增強導(dǎo)電性

氣&

電源

丫導(dǎo)線

作K0H溶液：離子導(dǎo)體

氫氧石墨棒：作電極

-氧氣電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)

燃料U形管：發(fā)生裝置-石墨

電極

電池電流表、導(dǎo)線：檢測產(chǎn)生的電流gL電極

KOHJ溶液

2.燃料電池

（1）工作原理：將反應(yīng)物分別不斷地輸入電池的兩極，通過燃料（如氫氣）在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)、氧化劑（如氧氣）在

正極發(fā)生還原反應(yīng)，實現(xiàn)一個相當(dāng)于燃燒反應(yīng)的電池反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

⑵特點：電池的正、負(fù)極反應(yīng)物分別是氧化劑和燃料。

（3）常見類型：除了氫氣外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料電池的負(fù)極反應(yīng)物。氫氧燃料電池是目前最成熟

的燃料電池，它可以使用不同的電解質(zhì)如KOH溶液、H3P。4溶液、熔融碳酸鹽、固體電解質(zhì)作為離子導(dǎo)體。

-方法點撥

（1）燃料電池的總反應(yīng)相當(dāng)于燃料的燃燒，書寫總反應(yīng)化學(xué)方程式時，要注意產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液是否發(fā)生反應(yīng)，

若能反應(yīng)，電解質(zhì)溶液要寫在總反應(yīng)化學(xué)方程式中。

（2）大多數(shù)燃料電池正極反應(yīng)的本質(zhì)是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，即02+41-202一,產(chǎn)生的。2-存在形式與電

解質(zhì)溶液的酸堿性和電解質(zhì)的狀態(tài)有著密切的關(guān)系。

第12頁

(3)書寫燃料電池的電極反應(yīng)式，一定要注意電解質(zhì)的酸堿性。堿性溶液電極反應(yīng)式不能出現(xiàn)H+；酸性溶液電極

反應(yīng)式不能出現(xiàn)0H，

(4)負(fù)極燃料CxHy或CxHyOz氧化后，在酸溶液中生成CO2,在堿溶液中生成COFo

十三、新型化學(xué)電源及電極反應(yīng)式書寫

1.根據(jù)裝置書寫電極反應(yīng)式

(1)確定原電池的正、負(fù)極及放電的物質(zhì)

首先根據(jù)題目給定的圖示裝置特點，結(jié)合原電池正、負(fù)極的判斷方法，確定原電池的正、負(fù)極及放電的物質(zhì)。

(2)電極反應(yīng)式書寫的一般步驟

2.給出總反應(yīng)式，寫電極反應(yīng)式

如果給定的是總反應(yīng)式，可分析此反應(yīng)中的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)(即分析有關(guān)元素的化合價變化情況)，再選擇一

個簡單變化情況去寫電極反應(yīng)式，另一極的電極反應(yīng)式可直接書寫或用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式，即得

結(jié)果。

3.新型可充電電池電極反應(yīng)式的書寫

⑴充電時陰極的電極反應(yīng)式是該電池放電時的負(fù)極反應(yīng)式的'‘逆反應(yīng)"。

⑵充電時陽極的電極反應(yīng)式是該電池放電時的正極反應(yīng)式的“逆反應(yīng)”。

十四、電解的原理

L電解熔融氯化鈉實驗

⑴實驗裝置如圖

(2)實驗現(xiàn)象：通電后，石墨片周圍有氣泡產(chǎn)生，鐵片上生成銀白色金屬。

(3)實驗分析

①通電前：熔融NaCl中存在的微粒有Na+、C廠,這些微粒做無規(guī)則(或自由)運動。

②通電后：

離子移動方向：Na+移向鐵電極，CF移向石墨電極。

電極上發(fā)生的反應(yīng)：鐵電極：2Na++21=2Na,發(fā)生還原反應(yīng);

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石墨電極：2c「-21=Chf,發(fā)生氧化反應(yīng)。

(4)實驗結(jié)論：熔融的NaCl在直流電作用下發(fā)生了氧化還原反應(yīng),分解生成了Na和Cb。

2.基本概念

(1)電解：將直遜通過熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液，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

①定義：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。

②構(gòu)成條件：直通電源、電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體。

(3)電極

陽極——發(fā)生氧化反應(yīng)的電極(與電源正極相連)

陰極——發(fā)生還原反應(yīng)的電極(與電源負(fù)極相連)

(4)電極反應(yīng)

在電極上進(jìn)行的半反應(yīng),可以用電極反應(yīng)式表示。

3.原電池和電解池的比較

比較原電池電解池

定義將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置

能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能f電能里能一化學(xué)能

裝置特征無電源有電源，兩極材料可同可不同

①自發(fā)的氧化還原反應(yīng)

①兩電極連接直流電源

②電極和電極反應(yīng)物

形成條件②電極插入離子導(dǎo)體

③離子導(dǎo)體

③形成閉合回路

④形成閉合回路

負(fù)極：電子流出的電極陽極：與電源正極相連的電極

電極名稱

正極：電子流入的電極陰極：與電源負(fù)極相連的電極

負(fù)極：氧化反應(yīng)陽極：氧化反應(yīng)

電極反應(yīng)類型

正極：還原反應(yīng)陰極：還原反應(yīng)

電源負(fù)極一陰極

電子流向負(fù)極f正極

陽極一電源正極

陽離子向正極移動陽離子向陰極移動

離子的移動方向

陰離子向負(fù)極移動陰離子向陽極移動

電池反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)

■歸納總結(jié)

電解池的工作原理

一+

電手匡凰一子

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十五、酸、堿'鹽溶液的電解規(guī)律

1.電極反應(yīng)規(guī)律

(1)陰極：無論是惰性電極還是活潑電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子。

陽離子放電順序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>AF+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+(水溶液中Al3+>

Mg2+、Na+、Ca2+>K+不放電)。

(2)陽極：溶液中還原性強的陰離子失去電子被氧化，或者電極材料本身失去電子被氧化而溶入溶液中。其放電

順序：活潑電極>52一>「>：81>Cr>OH->含氧酸根離子(水溶液中含氧酸根離子不放電)?

2.酸、堿、鹽溶液電解規(guī)律(惰性電極)

用惰性電極電解下列酸、堿、鹽溶液，請?zhí)顚懴卤恚?/p>

(1)電解水型

電解質(zhì))

H2SO4Na2SC4NaOH

陽極反應(yīng)式+

2H2O-4e=02t+4H40H-4e=02t+2H2O

+

陰極反應(yīng)式4H+4e-=2H2t4H2<D+4e-=2H2t+4OH"

pH變化減小不變增大

復(fù)原加入物質(zhì)加入H2O

(2)電解電解質(zhì)型

電解質(zhì)HC1CuCb

陽極反應(yīng)式屋

2CF—2=C12t

+2+

陰極反應(yīng)式2H+2e~=H2tCu+2e=Cu

pH變化增大———_

復(fù)原加入物質(zhì)加入HC1加入CuCb

(3)電解質(zhì)和水都發(fā)生電解型

電解質(zhì)NaClCuSO4

陽極反應(yīng)式-

2Cr-2e=Cbf4OH-4e=O2t+2H2O

+2+

陰極反應(yīng)式2H+2e-=H2t2CU+4e=2Cu

pH變化增大減小

復(fù)原加入物質(zhì)加入HC1加入CuO或CuCC)3

■歸納總結(jié)

分析電解問題的基本方法思路

(1)確定電解池的陰、陽兩極，判斷陽極是惰性電極還是活潑電極。

(2)分析通電前溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的H+和OH)?

(3)通電后陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，判斷兩極上的放電順序。

(4)確定電極產(chǎn)物，書寫電極反應(yīng)式(注意遵循原子守恒和電荷守恒)。

(5)分析電解時的相關(guān)變化，如兩極現(xiàn)象、離子濃度的變化、pH變化等。

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十六、電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣

1.電解飽和食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣

⑴實驗裝置

陰極阻極

鐵棒石墨

滴有酚猷溶液

的NaCl溶液

(2)實驗現(xiàn)象

①陽極上有帶刺激性氣味的黃綠色氣體產(chǎn)生，并能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{(lán)色。

②陰極上有無色氣體產(chǎn)生，陰極附近溶液變紅色。

(3)原理分析

①通電前，氯化鈉溶液中含有的離子：Na+、C「、H+、OH，

②通電后，Na+、H+移向陰極,C「、OH」移向陽極。

陽極：離子放電順序為C廠>OH-,電極反應(yīng)式為2c「-21=Cbt;

陰極：離子放電順序為H+>Na+,電極反應(yīng)式為2H++21=以1。

因旦1放電，故陰極區(qū)生成NaOH。

(4)電解的總反應(yīng)式

［甬由

化學(xué)方程式：2NaCl+2H2O^=H2t+C12f+2NaOH；

離子方程式：2cl+2H2O叟LH2f+C12t+2OH，

2.氯堿工業(yè)

工業(yè)上，用隔膜阻止OH一移向陽極，則Na+和OH」可以在陰極附近的溶液中富集，這就是電解食鹽水制備燒堿

的原理，也稱作氯堿工業(yè)。

■歸納總結(jié)

工業(yè)電解飽和食鹽水制取燒堿

在氯堿工業(yè)中，采用了陽離子交換膜，陽離子交換膜將電解槽隔成陰極室和陽極室，它只允許陽離子(Na+、H+)

通過，而阻止陰離子(C「、OIF)和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cb混合而引起爆炸，

又能避免Cb和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。

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十七'銅的電解精煉、電鍍

1.銅的電解精煉

⑴裝置

(2)粗銅成分

①主要成分：Cuo

②雜質(zhì)金屬：比銅活潑的有Zn、Fe、Ni等。

比銅不活潑的有Ag、Pt、Au等。

(3)電極反應(yīng)

一主要反應(yīng)：Cu(粗銅)-2e-=Cu'+

-其他反應(yīng)：Zn-2e-=Zn2+

Fe-2e~=Fe2+

Ni-2e-=Ni2+

L維支但等金屬沉積在槽底形成陽極泥

——Cu2++2e-^Cu(精銅)

(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(jìn)入溶液中；比銅不活潑的金屬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，陰極上得到純銅。

2.電鍍

(1)設(shè)計思路及依據(jù)

陰極材料：鐵釘(鍍件)

確定陰極電極反應(yīng)式：。12++2屋=Cu

陰極反應(yīng)物：Cu^l

陽極材料：銅片(鍍層金屬)

確定陽極電極反應(yīng)式：Cu—2e-^=Cu2+

陽極反應(yīng)物：銅片

(2)實驗裝置及現(xiàn)象

①實驗裝置如圖

待