《选修4-化学反应原理》知识点总结整理(超全)

第1页高三化学《化学反应原理》知识清单第一章化学反应与能量变化一、焓变、反应热要点一：反应热（焓变）的概念及表示方法化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以用热量来描述，叫做反应热，又称焓变，符号为ΔH，单位为kJ/mol，规定放热反应的ΔH为“—”，吸热反应的ΔH为“+”。特别提醒：（1）描述此概念时，无论是用“反应热”、“焓变”或“ΔH”表示，其后所用的数值必须带“+”或“—”。（2）单位是kJ/mol，而不是kJ，热量的单位是kJ。（3）在比较大小时，所带“+”“—”符号均参入比较。要点二：放热反应和吸热反应1．放热反应的ΔH为“—”或ΔH＜0；吸热反应的ΔH为“+”或ΔH＞0∆H＝E（生成物的总能量）－E（反应物的总能量）∆H＝E（反应物的键能）－E（生成物的键能）2．常见的放热反应和吸热反应①放热反应：活泼金属与水或酸的反应、酸碱中和反应、燃烧反应、多数化合反应。②吸热反应：多数的分解反应、氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应、水煤气的生成反应、炭与二氧化碳生成一氧化碳的反应3．需要加热的反应，不一定是吸热反应；不需要加热的反应，不一定是放热反应4．通过反应是放热还是吸热，可用来比较反应物和生成物的相对稳定性。如C（石墨，s）C（金刚石，s）△H3=+1.9kJ/mol，该反应为吸热反应，金刚石的能量高，石墨比金属石稳定。二、热化学方程式的书写书写热化学方程式时，除了遵循化学方程式的书写要求外，还要注意以下几点：1．反应物和生成物的聚集状态不同，反应热的数值和符号可能不同，因此必须注明反应物和生成物的聚集状态，用s、l、g分别表示固体、液体和气体，而不标“↓、↑”。2．△H只能写在热化学方程式的右边，用空格隔开，△H值“—”表示放热反应，△H值“+”表示吸热反应；单位为“kJ/mol”。3．△H的值要与热化学方程式中化学式前面的化学计量数相对应，如果化学计量数加倍，△H也要加倍。4．正反应若为放热反应，则其逆反应必为吸热反应，二者△H的数值相等而符号相反。三、燃烧热、中和热、能源要点一：燃烧热、中和热及其异同1．燃烧热指的是1mol可燃物燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，注意：稳定的化合物，如H2→H2O(l)而不是H2O(g)、C→CO2(g)而不是CO、S→SO2(g)而不是SO3。2．中和热是指酸、碱的稀溶液发生中和反应生成1mol水所放出的热量。注意：弱酸、弱碱电离出H+、OH－需要吸收热量，故所测定中和热的数值偏小；浓硫酸与碱测定中和热时，因浓硫酸释稀要放热，故测定的中和热的数值偏大。3．因燃烧热、中和热是确定的放热反应，具有明确的含义，故在表述时不用带负号，如CH4的燃烧热为890KJ/mol。4．注意表示燃烧热的热化学方程式和燃烧的热化学方程式；表示中和热的热化学方程式和表示中和反应的热化学方程式的不同。燃烧热以可燃物1mol为标准，且燃烧生成稳定的化合物；中和热以生成1mol水为标准。要点二：能源第2页新能源的开发与利用,日益成为社会关注的焦点,因此,以新型能源开发与利用为背景材料考查热化学方程式的书写及求算反应热，已成为高考命题的热点。关于能源问题，应了解下面的几个问题：（1）能源的分类：常规能源（可再生能源，如水等，非再生能源，如煤、石油、天然气等）；新能源（可再生能源，如太阳能、风能、生物能；非再生能源，如核聚变燃料）（2）能源的开发；①太阳能：每年辐射到地球表面的能量为5×1019kJ，相当于目前全世界能量消耗的1.3万倍。②生物能：将生物转化为可燃性的液态或气态化合物，再利用燃烧放热。③风能：利用风力进行发电、提水、扬帆助航等技术，风能是一种可再生的干净能源。④地球能、海洋能。四、反应热的求算1．由盖斯定律：化学反应不管是一步完成还是分步完成，其反应热总是相同的。也就是说，化学反应热只与反应的始态和终态有关，而与具体反应的途径无关。2．反应热的数值等于E（形成新键释放的总能量）与E（断键所吸收的总能量）之差，放热反应△H的符号为“—”，吸热反应△H的符号为“+”。五、原电池的工作原理1．将化学能转变为电能的装置叫做原电池，它的原理是将氧化还原反应中还原剂失去的电子经过导线传给氧化剂，使氧化还原反应分别在两极上进行。2．原电池的形成条件：（如下图所示）（1）活泼性不同的电极材料（2）电解质溶液（3）构成闭合电路（用导线连接或直接接触）（4）自发进行的氧化还原反应特别提醒：构成原电池的四个条件是相互联系的，电极不一定参加反应，电极材料不一定都是金属，但应为导体，电解质溶液应合理的选取。3．判断原电池正负极常用的方法负极：一般为较活泼金属，发生氧化反应；是电子流出的一极，电流流入的一极；或阴离子定向移动极；往往表现溶解。正极：一般为较不活泼金属，能导电的非金属；发生还原反应；电子流入一极，电流流出一极；或阳离子定向移向极；往往表现为有气泡冒出或固体析出。4．原电池电极反应式书写技巧（1）根据给出的化学方程式或题意，确定原电池的正、负极，弄清正、负极上发生反应的具体物质（2）弱电解质、气体、难溶物均用化学式表示，其余以离子符号表示，写电极反应式时，要遵循质量守恒、元素守恒定律及正负极得失电子数相等的规律，一般用“=”而不用“→”（3）注意电解质溶液对正、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或化学方程式加以确定第3页（4）正负电极反应式相加得到原电池的总反应式，通常用总反应式减去较易写的电极反应式，从而得到较难写的电极反应式。5.原电池原理的应用（1）设计原电池（这是近几年高考的命题热点）（2）加快了化学反应速率：形成原电池后，氧化还原反应分别在两极进行，使反应速率增大，例如：实验室用粗锌与稀硫酸反应制取氢气；在锌与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快（3）进行金属活动性强弱的比较（4）电化学保护法：即金属作为原电池的正极而受到保护，如在铁器表面镀锌六、化学电源1.各类电池（1）干电池（属于一次电池）①结构：锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。②电极反应负极：Zn-2e-=Zn2+正极：2NH4++2e-=2NH3+H2（2）铅蓄电池（属于二次电池、可充电电池）①结构：铅板、填满PbO2的铅板、稀H2SO4。②A.放电反应负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2OB.充电反应阴极：PbSO4+2e-=Pb+SO42-阳极：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-总式：Pb+PbO2+2H2SO4放电===充电2PbSO4+2H2O（3）锂电池①结构：锂、石墨、固态碘作电解质。②电极反应负极：2Li-2e-=2Li+正极：I2+2e-=2I-总式：2Li+I2=2LiI（4）铝、空气燃料电池以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功。这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断产生电流。电极反应：铝是负极4Al-12e-==4Al3+；石墨是正极3O2+6H2O+12e-==12OH-2.燃料电池正极反应式的书写因为燃料电池，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，现将与电解质有关的五种情况归纳如下。⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O。⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）正极反应式为O2＋2H2O+4e-=4OH-。⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物）在熔融的碳酸盐环境中，正极反应式为O2＋2CO2+4e-=2CO32-。⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O2＋4e-=2O2-。综上所述，在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。3.常见燃料电池电极反应式的书写（1）氢氧燃料电池氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，总反应为：2H2+O2===2H2O电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：a.电解质是KOH溶液（碱性电解质）负极：H2–2e-+2OH—===2H2O正极：O2+H2O+4e-===OH—第4页b.电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）负极：H2–2e-===2H+正极：O2+4H++4e-===2H2Oc.电解质是NaCl溶液（中性电解质）负极：H2–2e-===2H+(氧化反应)正极：O2+H2O+4e-===4OH—说明:1、碱性溶液反应物、生成物中均无H+2、.水溶液中不能出现O2-3、中性溶液反应物中无H+和OH-—4、酸性溶液反应物、生成物中均无OH-(2)甲醇燃料电池a.碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）正极：3O2+12e-+6H20===12OH-负极：2CH3OH–12e-+16OH—===2CO32-+12H2O总反应方程式2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2Ob.酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）正极：3O2+12e--+12H+==6H2O（注：乙醇燃料电池与甲醇负极：2CH3OH–12e-+2H2O==12H++2CO2燃料电池原理基本相同）总反应式2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O（3）CO燃料电池（总反应方程式均为：2CO＋O2＝2CO2）a.熔融盐（铂为两极、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气）正极：O2＋4e-＋2CO2＝2CO32--负极：2CO＋2CO32-–4e-==4CO2b.酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）正极：O2+4e--+4H+==2H2O负极：2CO–4e-+2H2O==2CO2+4H+(4)肼燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）正极：O2+2H2O+4e-==4OH—负极：N2H4+4OH—--4e-==N2+4H2O总反应方程式N2H4+O2===N2+2H2O(5)甲烷燃料电池a．碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）正极：2O2+2H2O+8e-==8OH—负极：CH4+10OH—--8e-==CO32-+7H2O总反应方程式CH4+2KOH+2O2===K2CO3+3H2Ob.酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）正极：2O2+8e-+8H+==4H2O负极：CH4--8e-+2H2O==8H++CO2总反应方程式CH4+2O2===CO2+2H2O(6)丙烷燃料电池（铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入丙烷、电解液有三种）a.电解质是熔融碳酸盐（K2CO3或Na2CO3）总反应方程式C3H8+5O2===3CO2+4H2O正极：5O2+20e-+10CO2==10CO32-负极：C3H8--20e-+10CO32-==3CO2+4H2Ob.酸性电解质（电解液H2SO4溶液）总反应方程式C3H8+5O2===3CO2+4H2O正极：5O2+20e-+26H+==10H2O负极：C3H8--20e-+6H2O==3CO2+20H+c.碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）正极：5O2+20e-+10H2O==20OH—负极：C3H8--20e-+26OH—==3CO32-+17H2O总反应方程式C3H8+5O2+6KOH===3K2CO3+7H2O（7）乙烷燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）正极：7O2+28e-+14H2O==28OH—负极：2C2H6--28e-+36OH—==4CO32-+24H2O总反应方程式2C2H6+7O2+8KOH===4K2CO3+10H2O七、电解原理及规律第5页⒈电极的判断与电极上的反应。（1）阳极：与电源正极相连的电极，是发生氧化反应；若惰性材料（石墨、Pt、Au）作阳极，失电子的是溶液中的阴离子；若为活性金属电极（Pt、Au除外），失电子的是电极本身，表现为金属溶解。（2）阴极：是与电源负极相连的电极，电极本身不参与反应；溶液中的阳离子在阴极