鲁科版化学反应原理 第一章 化学反应与能量转化 知识点总结

第1页第一章化学反应与能量转化知识点总结§1.1化学反应的热效应1．焓变反应热（1）反应热：一定温度下，一定物质的量的反应物之间完全反应所释放或吸收的热量。（2）焓：表示物质所具有的能量的一个物理量。符号：H。单位：KJ·mol—1。①焓变：△H＝H(反应产物)－H(反应物)；△H＞0，吸热反应，△H＜0，放热反应。②焓变(ΔH)的意义：在恒压条件下进行的化学反应的热效应。③焓变产生原因：化学键断裂——吸热化学键形成——放热放出热量的化学反应。(放热吸热)△H为“-”或△H0吸收热量的化学反应。（吸热放热）△H为“+”或△H0☆常见的放热反应：①所有的燃烧反应②酸碱中和反应③活泼金属与水或酸的反应④大多数的化合反应⑤生石灰和水反应⑥浓硫酸稀释、氢氧化钠固体溶解等☆常见的吸热反应：①晶体Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl②大多数的分解反应③以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应④铵盐溶解等2．热化学方程式书写热化学方程式注意要点：状态明，符号清，量对应，标温压。①状态明：g,l,s分别表示固态，液态，气态，水溶液中溶质用aq表示；②符号清：注明焓变（要写单位、注意正、负号）。各物质系数加倍，△H加倍；正逆反应焓变数值不变，符号相反。③量对应：△H具体数值与方程式系数成比例。④标温压：热化学反应方程式要指明反应时的温度和压强，298K和101.325KPa可以不标明。3．燃烧热：25℃，101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所释放的热量。ΔH0，单位kJ/mol。4．中和热：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1mol液态水时所释放的热量叫做中和热．①中和反应实质：H+和OH-反应。其热化学方程式：H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)ΔH=－57.3kJ/mol②弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。③中和热的测定实验目的：测定强酸、强碱反应的中和热。仪器及试剂：量热计（温度计、环形玻璃搅拌棒）、盐酸、NaOH溶液。原理：Q=-C（T2-T1）=-mc（T2-T1）C：溶液及量热计的热容；c：该物质的比热容；m：该物质的质量；T1：反应前体系的温度；T2：反应后体系的温度。5．盖斯定律定义：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是一样的，盖斯定律揭示的是反应中的能量守恒。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。如果一个化学方程式可以通过其他几个化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变为相关反应的焓变的代数和。§1.2电能转化为化学能——电解1．电解定义：让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。第2页电解池：将电能转化为化学能的装置。电解池由直流电源、固体电极材料、电解质溶液或熔融电解质组成。电子流向：电源负极→阴极→（离子定向运动）电解质溶液→阳极→电源正极。2．解答电解题应遵循什么样的思路？（1）首先，确定两个电极谁是阳极、谁是阴极？与电源正极相连的为阳极，发生氧化反应，活泼金属电极或阴离子在该电极失去电子；与电源负极相连的为阴极，发生还原反应，金属阳离子在该极得到电子。（2）其次，注意两个电极的电极材料：如果是金属电极（金铂除外），活泼金属电极失电子，电极溶解、质量减小；如果是惰性电极，按离子的放电顺序进行电解。（3）分析通电前电解质电离出的阴、阳离子分别有哪些？除了电解质电离出的离子之外，溶液还要考虑水电离出的H＋和OH—。（4）通电后离子定向移动到哪个电极？阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。（5）在电极上的放电顺序如何？①阳极放电顺序：活泼金属电极（金属活动性顺序，Au、Pt除外）S2—I—Br—Cl—OH—含氧酸根（如SO42—、NO3—等）②阴极放电顺序：与金属活动性顺序相反：K＋＜Ca2＋＜Na＋＞Mg2＋＜Al3＋＜Zn2＋＜Fe2＋＜Sn2＋＜Pb2＋＜H＋＜Cu2＋＜Hg2＋＜Ag＋3．按照电解思路，写出用惰性电极电解下列熔融电解质的相关反应熔融电解质电极反应电解总反应NaCl阴极：2Na＋＋2e－=2Na2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑阳极：2Cl－-2e－=Cl2↑MgCl2阴极：Mg2＋＋2e－=MgMgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑阳极：2Cl－-2e－=Cl2↑Al2O3阴极：Al3＋＋3e－=Al2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑阳极：2O2－-4e－=O2↑4．写出用惰性电极电解下列溶液的相关反应：溶液电极反应电解总反应1NaCl阴极：2H＋＋2e－=H2↑2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑电解饱和食盐水阳极：2Cl－-2e－=Cl2↑CuSO4阴极：2Cu2＋＋4e－=2Cu2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4补充CuO可还原到原电解质溶液阳极：4OH－-4e－=2H2O＋O2↑AgNO3阴极：4Ag＋＋4e－=4Ag4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3阳极：4OH－-4e－=2H2O＋O2↑2H2SO4、NaOH、Na2SO4阴极：4H＋＋4e－=2H2↑2H2O2H2↑＋O2↑阳极：4OH－-4e－=2H2O＋O2↑第3页3CuCl2阴极：Cu2＋＋2e－=CuCuCl2Cu＋Cl2↑阳极：2Cl－-2e－=Cl2↑盐酸阴极：2H＋＋2e－=H2↑2HClH2↑＋Cl2↑阳极：2Cl－-2e－=Cl2↑5．铜的电解精炼：粗铜作阳极，接电源正极；精铜作为阴极，接电源负极；硫酸酸化的CuSO4溶液作为电解质溶液。阳极反应：Cu-2e—=Cu2＋阴极反应：Cu2＋＋2e—=Cu阳极泥含有Ag、Pt、Au（银、铂、金）6．电镀：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的过程称为电镀。目的：增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。规律：镀层金属做阳极，镀件做阴极，含有镀层金属阳离子的盐溶液作为电镀液。例如：在铁钉上镀铜：铜做阳极，接电源正极；铁钉做阴极，接电源负极；电镀液采用含Cu2＋的盐溶液。阳极反应：Cu-2e—=Cu2＋；阴极反应：Cu2＋＋2e—=Cu（在镀件上析出）。§1.3化学能转化为电能——电池1．原电池：利用氧化还原反应把化学能转化成电能的装置。注意：只有氧化还原反应才能设计成原电池。2．原电池中，电子流出的电极是负极，发生氧化反应；电子流入的电极是正极，发生还原反应。在原电池的外电路，电子由负极流向正极(与电流流动方向相反)。原电池的两个电极反应组成电池的总反应叫做电池反应。3．构成原电池的三要素：两个导电的电极、电解质溶液、形成闭合回路。4．作为化学电源的电池有一次电池、二次电池（可充电电池）和燃料电池。可充电电池：放电时是原电池，将化学能转化为电能；充电时是电解池，将电能转化为化学能。5．金属的腐蚀：金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。腐蚀速率：电解池腐蚀原电池腐蚀化学腐蚀。钢铁(铁碳合金)的电化学腐蚀因外界条件不同又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。分别写出下列条件钢铁腐蚀时的电极反应及电池反应：反应水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性负极Fe-2e－=Fe2＋Fe-2e－=Fe2＋正极2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－电池反应及铁生锈的反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)32Fe(OH)3＝Fe2O3＋3H2O6．铅蓄电池，又称可充电电池。负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是：30%的H2SO4。蓄电池放电时是原电池装置，充电时是电解池装置。PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O放电充电第4页放电时电极反应为：负极:Pb＋SO42—-2e—=PbSO4；正极：PbO2＋4H＋＋SO42—＋2e—=PbSO4＋2H2O。放电时电池反应为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO42—=2PbSO4＋2H2O.充电时电极反应为：阴极PbSO4＋2e—=Pb＋SO42—（与放电的负极反应相反）；阳极：PbSO4＋2H2O-2e—=PbO2＋4H＋＋SO42—（与放电的正极反应相反）。充电时总化学反应为：2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO42—.7．氢氧燃料电池：分别写出碱性(或中性)、酸性条件下氢氧燃料电池的电极反应：反应酸性条件下碱性条件下负极H2-2e－=2H＋H2＋2OH－-2e－=2H2O正极O2＋4H＋＋4e－=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－电池反应2H2＋O2＝2H2O提示：燃料电池的总反应即燃料燃烧的方程式。通常燃料做负极，氧气做正极，电极反应还要考虑电解质溶液及周围环境。复杂的负极反应可以通过总反应减正极反应。燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低8．金属腐蚀的防护：金属腐蚀的本质是金属在一定条件下发生氧化反应，所以金属防护就是采取措施避免金属发生氧化反应，除采取外加涂层防护、金属表面电镀外，还有牺牲阳极保护法、外加电流阴极保护法等。外加电流阴极保护法优于牺牲阳极保护法优于一般防护。9．原电池与电解池的比较电解池与原电池有哪些异同?①直流电源②两个电极③电解质溶液或熔融电解质④形成闭合回路①活泼性不同的两电极②电解质溶液③形成闭合回路④自发的氧化还原反应形成条件将电能转变成化学能将化学能转变成电能能量转化方式装置实例电解池原电池装置电解池与原电池有哪些异同?(续)电源负极→电解池阴极电解池阳极→电源正极电子流向阳极：氧化反应阴极：还原反应负极：氧化反应正极：还原反应电极反应阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连负极：较活泼金属正极：较不活泼金属（或能导电的非金属）电极名称电解池原电池装置负极正极导线离子定向移动方向阳离子移向正极，阴离子移向负极阳离子移向阴极，阴离子移向阳极