专题一化学反应原理

专题一1.1化学反应中的热效应(苏教版选修4）疏导引导[来源:Zxxk.Com]知识点1：化学反应的焓变1.反应热为了定量描述化学反应释放或吸收的热量，化学上规定，当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称为反应热（heatofreaction）。有热量放出的化学反应叫放热反应，需要吸收热量的化学反应叫吸热反应。常见的放热反应有：（1）活泼金属与H2O或酸的反应；如[来源:学。科。网]Fe+2HCl====FeCl2+H2↑（2）酸碱中和反应。如2KOH+H2SO4====K2SO4+2H2O（3）燃烧反应，如2H2+O2点燃2H2O（4）多数化合反应，如SO3+H2O====H2SO4CaO+H2O====Ca(OH)2常见的吸热反应有：（1）多数的分解反应，如CaCO3高温CaO+CO2↑FeSO4·7H2O△FeSO4+7H2O（2）部分特殊反应2NH4Cl（s）+Ba(OH)2·8H2O（s）====BaCl2+2NH3↑+10H2OC(s)+H2O(g)高温CO+H2CO2+C△2CO2.反应条件与吸放热的关系不同化学反应发生的条件不同，有的常温下就可以发生，有的则需要加热。实验证明，常温下进行的反应可能是放热反应，如中和反应；也可能是吸热反应，如NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O的反应。加热条件下进行的反应，可能是吸热反应，如C+CO2△2CO，也可能是放热反应，如2H2+O2点燃2H2O，两者的区别是放热反应撤去热源后仍能继续进行，吸热反应必须持续加热才能继续进行。由上可见，反应吸热还是放热与反应条件无关，而是由反应物总能量与生成物总能量的高低决定的。3.化学反应中能量变化的原因有的化学反应会放出热量，有的化学反应要吸收热量，其原因是：（1）化学反应必有新物质生成，新物质的总能量与反应物的总能量不同；（2）能量是不能再生也不能消灭的，只能从一种形式转化为另一种形式，如电能转化为光能或热能等，或从一种物质中传递到另一种物质中去，即化学反应中能量守恒；（3）反应物与生成物的能量差若以热能形式表现，即为放热或吸热。如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，反应为放热反应；如果反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，反应为吸热反应；（4）物质所具有的能量可通过“焓”来描述。放热反应吸热反应4.热化学方程式（1）在化学中，常用热化学方程式（thermochemicalequation）把一个化学反应中物质的变化和反应的焓同时表示出来。例如，温度为298K时，2molH2(g)和1molO2(g)反应生成2molH2O(l)时，放热571.6kJ，此反应的热化学方程式可写为：2H2(g)+O2(g)====2H2O(l)ΔH（298K）=-285.8kJ·mol-1注：ΔH单位中mol-1的含义反应焓变单位中的“mol-1”表明参加反应的各物质的物质的量与化学方程式中各物质的化学式的化学计量数相同。例如，21H2(g)+21Cl2(g)====HCl(g)ΔH=-92.3kJ·mol-1,表示21molH2(g)与21molCl2(g)反应生成了1molHCl(g)，放热92.3kJ。若将化学方程式写成H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)ΔH=-184.6kJ·mol-1，则表示1molH2(g)与1molCl2(g)反应生成了2molHCl(g)放热184.6kJ。（2）书写热化学方程式时，要注意以下几点：①要在物质的化学式后面用括号注明参加反应的物质的聚集状态。一般用英文字母g、l和s分别表示物质的气态、液态和固态，水溶液中溶质则用aq表示。②在ΔH后要注明反应温度，因为在不同温度下进行同一反应，其反应焓变是不同的。③ΔH的单位是kJ·mol-1。若为放热反应，ΔH为“-”；若为吸热反应，ΔH为“+”。④注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子或原子数，因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。⑤根据焓的性质，若化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则ΔH的数值也加倍；若反应逆向进行，则ΔH改变符号，但绝对值不变。⑥热化学方程式中不用“↑”和“↓”，一般不写反应条件。知识点2：反应热的测量与计算1.反应热的测量用于测定反应热的仪器称为量热计。如下图所示是一种简易量热计的示意图。量热计由内、外两个筒组成，外筒的外壁覆盖有保温层。将两种反应物加入筒并使之迅速混合，测量反应前后溶液温度的变化值，即可根据溶液及量热计的比热容c，利用下式计算反应释放或吸收的热量Q。Q=-c（T2-T1）式中：c表示体系的比热容；T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。[来源:Zxxk.Com]简易量热计2.盖斯定律及反应焓变的计算盖斯定律是计算反应焓变的重要依据，在生产和科学研究中有重要意义。其内容为化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。也就是说，化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与具体反应进行的途径无关。如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热相同，如下图所示：ΔH=ΔH1+ΔH2或ΔH1=ΔH-ΔH2知识点3：能源的充分利用燃料燃烧过程中放出的热能，是人类生活和生产所需能量的主要来源。我们所说的物质完全燃烧是指物质中含有的氮元素转化为N2(g)，氢元素转化为H2O（l），碳元素转化为CO2（g）。疏导引导知识点1：原电池的工作原理1.原电池的判定（1）先分析有无外接电源，无外接电源才有可能为原电源；然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：看电极——两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）；看溶液——两极插入电解质溶液中；看回路——形成闭合回路或两极直接接触；看本质——有无氧化还原反应发生。（2）多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看作电解池。2.原电池正、负极的判定（1）由两极的相对活泼性确定：相对活泼性较强的金属为负极（一般地，负极材料与电解质溶液要发生反应），相对活泼性较差的金属或导电的非金属为正极。如MgAlHCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但MgAlNaOH溶液构成的原电池中，负极为Al。（思考：AlCuHCl，AlCu浓HNO3溶液构成的原电池中的负极分别是什么？）（2）由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，则此电极为负极；若某一电极上有气体产生，电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，则此电极为正极，燃料电池除外。如：ZnCCuSO4溶液构成的原电池中，C电极上会析出紫红色固体物质，则C为此原电池的正极。（3）根据某些显色现象确定：一般可以根据电极附近指示剂（石蕊、酚酞、湿润的淀粉等）的显色情况来分析推断该电极发生的反应情况，是氧化反应还是还原反应，是H+还是OH-或I-等放电，从而确定正、负极。3.电极反应式的书写（1）负极：负极电极是还原材料失去电子被氧化发生氧化反应。（2）正极：正极电极反应要分析电极材料的性质；若电极材料是强氧化性材料，则是电极材料得电子被还原，发生还原反应；若电极材料是惰性的，再考虑电解质溶液中的阳离子是否能与负极材料反应，能则是溶液中的阳离子得电子，发生还原反应；若不能与负极材料反应，则考虑空气中的氧气，由氧气得电子，发生还原反应。（3）原电池反应：电解质溶液中，正负极上发生的两极反应的电子得失要相等，或直接写电极材料与电解质溶液间发生的氧化还原反应。综上所述：负极氧化反应失去电子的反应正极还原反应得到电子的反应4.原电池的设计方法以氧化还原反应为基础，确定原电池的正负极、电解质溶液及电极反应，参考ZnCuH2SO4原电池模型处理问题。如根据反应Cu+2FeCl3====CuCl2+2FeCl2设计一个原电池。即Cu作负极，C（或Pt）作正极，FeCl3作电解质溶液，负极反应Cu-2e-Cu2+，正极反应为2Fe3++2e-2Fe2+。知识点2：化学电源1.一次电池与二次电池有何不同一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了；如普通的锌锰电池，碱性锌锰电池等都是一次电池。二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电池等。2.一次电池（1）锌银电池锌银电池的负极是锌，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应为：负极：Zn+2OH--2e-====ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH-总反应方程式：Zn+Ag2O====2Ag+ZnO在使用过程中，电池负极区溶液pH减小。特点：此种电池能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。（2）锂电池锂电池用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酰氯（SOCl2）中组成。[来源:学科网ZXXK]锂电池的主要反应为：[来源:Zxxk.Com]负极：8Li-8e-8Li+正极：3SOCl2+8e-23SO+2S+6Cl-总反应式为：8Li+3SOCl2====6LiCl+Li2SO3+2S特点：锂电池是一种高能电池，具有质量轻，电压稳定，工作效率高和贮存寿命长的优点。3.二次电池铅蓄电池的特点是：电压稳定使用方便、安全、可靠，又可以循环使用。规律小结：电化学上把发生氧化反应的电极叫做阳极，发生还原反应的电极叫做阴极。4.燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能转换成电能的化学电池。燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应，只是一个催化转化元件。它工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。CH4燃料电池用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH4、O2。负极：CH4+10OH--8e-23CO+7H2O正极：2O2+4H2O+8e-8OH-总离子方程式：CH4+2O2+2OH-====23CO+3H2O特点：能量转化高，可持续使用，无噪音，不污染环境。规律小结：负极氧化反应还原剂正极还原反应氧化剂知识点3：电解池的工作原理及应用1.电解池的工作原理（1）电解的原理我们已知道，离子在电场中的定向移动是电解质溶液和熔融电解质导电的原因。在电场作用下，熔融氯化钠中的Na+和Cl-分别移向与电源负极和正极相连的电极。与电源负极相连的电极带有负电荷，Na+在这个电极上得到电子，被还原成钠原子：Na++e-Na而与电源正极相连的电极带有正电荷，Cl-将电子转移给这个电极，自身被氧化为氯原子，最终生成氯气：2Cl-Cl2↑+2e-将两个电极上所发生的反应组合起来，就是电解氯化钠制备金属钠的化学反应：2NaCl通电2Na+Cl2↑这种在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。在电解过程中，电源向反应体系提供电能，电能转化成化学能而“储存”在反应物中。这种将电能转化为化学能的装置叫做电解池。电解池由直流电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质组成。（2）电解质导电的实质对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融状态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融态电解质），所以电解质溶液（或熔融态电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。（3）电解时电极产物的判断①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极（除Au、Pt、石墨以外的材料作电极），则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极（Pt、Au、石墨），则要再看溶液中阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加