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化学反应与能量归纳与整理

了解化学反应中的能量变化，理解化学反应吸热或放热的原因

了解化学能与热能的相互转化，理解中和热的概念。

了解人类对能源利用的历史和前景，提高节能意识。

能举例说明化学能转化成电能的实例并了解其应用。

理解原电池工作原理及构成条件。

了解常用的化学电池。

理解燃料电池的工作原理。

掌握原电池的应用

明确化学反应速率的意义及表示方法。

了解影响化学反应速率的因素。

了解可逆反应以及化学反应的限度。

知道控制反应条件的意义及相应的措施。

第一节化学能与热能

一、化学键与化学反应中能量变化的关系

1.化学反应中能量变化的主要原因：

反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。当物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要（吸收能量）；形成生成物中的化学键要（放出能量），两者不等，才有化学反应中的能量变化。

E断键吸

> E成键放，反应吸热；

E断键吸

< E成键放，反应放热。

物质的化学反应与体系的能量变化、物质变化同时发生。

2.键能

H－H436kJ/mol 含义:断开1mol H－H键要吸收436kJ的能量或者形成1mol H－H键要放出436kJ的能量。

键能与反应放热、吸热的计算：

例如：H2+Cl2

=

2HCl （点燃或光照）

H-H 键436KJ/mol, Cl-Cl 键243KJ/mol, H-Cl 键431KJ/mol。断键吸收的总能量为：436+243=679KJ，成键放出的总能量为：2X431=862KJ，故反应放热（862-679）=183KJ。

3.化学反应中能量的变化（反应吸热还是放热）决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。与反应是否需要加热等反应条件无关。

E反应物总

> E生成物总，反应放热；E反应物总

< E生成物总，反应吸热。

二、化学能与热能的相互转化

1. 化学反应中的能量变化，主要表现为热量的变化（吸热或放热）。还可以通过光能、电能等形式表现出来。化学反应中质量守恒，能量守恒。

2.物质都有化学能，能量越低越稳定。金刚石转化为石墨放热，说明石墨稳定。

3.化学能与热能的相互转化

（1）化学能转化为热能

①放热反应：放出热量的化学反应

放热反应有：金属与水或酸；金属氧化物与水或酸；可燃物的燃烧；缓慢氧化；

钢铁的腐蚀；食物的腐败；酸碱中和；铝热反应；大部分的化合反应。

②吸热反应：吸收热量的化学反应。

吸热反应有：大部分分解反应；C，CO，H2为还原剂的氧化还原反应；

铵盐与碱的反应；盐类的水解；可逆反应正反应放热，则逆反应吸热。

（2）

热能转化为化学能

：高温冶炼金属，分解化合物等。

3.化学能与热能相互转化的应用

：

（1）化学能转化为热能：提供了人类生存和发展需要的能量和动力，利用热能进行生活生产和科研。化学家们利用热能促使很多化学反应得以发生，从而探索物质的组成，性质或制备所需的物质。

（2）热能转化为化学能：是人们进行化工生产，研制新物质不可或缺的条件和途径。

4.人类利用能源的三个阶段：（1）柴草时期

火的发现至18世纪产业革命，以树枝杂草为主要能源。（2）化石能源时期，18世纪中期至现代，以煤、石油、天燃气为主要能源，主要利用燃烧放出的热。目前全球仍主要处于化石能源时期。

（3）多能源结构时期：这是将会出现的能源利用的新时期。可再生能源和清洁能源（绿色能源）将成为新能源的主力军。太阳能、氢能、核能、生物质能、地壳地表能（地热等地下能、潮汐等海洋能、风能等地面能）也将成为能源家族的重要成员。

三、中和热：酸与碱发生中和反应生成1mol H2O时所放出的热量称为中和热。

思考与交流(若要准确测定中和热）在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？（1）用隔热装置，尽量减少热量散失；（2）酸碱的量要准确：n＝C×V a，浓度要越精确越好

b，量体积的容器越精确越好，可用移液管

（3）温度计越精确越好（4）注意控制反应时间（5）多做几次，取平均值。

第二节

化学能与电能

一次能源：直接从自然界取得的能源。流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。二次能源：一次能源经过加工、转换得到的能源。例如：电力、蒸汽。

一、化学能转化为电能1.火力发电过程

化学能→热能→内能→机械能→电能、

2.原电池

（1）定义:把化学能转变为电能的装置。

（2）原电池的构成条件

①有两个电极。两种活泼性不同的金属（或一种金属和一种能导电的非金属）。

②两个电极插入电解质溶液。③有自发的氧化还原反应

④连成闭合回路。

(3)原电池化学反应本质：

氧化还原反应

(4)正负极的判断方法：

负极：活泼的一极，电子流出，化合价升高，发生氧化反应，质量减轻（或溶解），电解液中的阴离子移向的一极。

正极：不活泼的一极，电子流入，化合价降低，发生还原反应，质量增加或冒气泡，电解液中阳离子移向的一极。

（5）原电池原理的应用

①做负极，能加快化学反应速率。两个电极金属活动性差距越大反应越快。

Zn与稀H2SO4反应制取H2比Zn、Cu与稀H2SO4组成原电池制取H2反应速率慢。后者比Zn、Ag与稀H2SO4组成原电池制取H2反应速率慢。

②做正极，能保护和金属，防止被腐蚀。例如：轮船船体焊接一些锌Zn块，能防止船体被腐蚀。

③制作化学电源，设计原电池

④判断金属的活泼性，一般负极比正极活泼。

A、B金属稀盐酸组成原电池，A极溶解，B极产生气体，A比B活泼。

二、发展中的化学电源

1.干电池

（1）锌锰电池干电池:使用最早的化学电池

负极：锌筒

Zn--2e-=Zn2+

正极：石墨棒

电解液：NH4Cl溶液

特点：a：一次性电池，使用时锌筒会变薄。

b：用KOH代替NH4Cl能提高性能，延长寿命.放置过久会失效。

锌锰干电池即使不用，放置过久也会失效，为了充分有效利用锌锰干电池，在购买、保存和使用方面你有何经验与建议？买合格产品，看生产日期、保质期、保存时放在干燥处，使用时常检查，更换要及时。

（2）碱性锌锰电池干电池

负极：锌筒

正极：石墨棒

电解液：KOH溶液，寿命比锌锰干电池长，性能好。

2.充电电池(又称二次电池)

（1）铅蓄电池

负极:

Pb +SO42- -2e- =PbSO4

正极:PbO2+4H++SO42- +2e- =PbSO4+2H2O 电池总反应式：Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- = 2PbSO4 + 2H2O 特点：放电时所进行的氧化还原反应，在充电时逆向进行，使电池恢复到放电前

状态，可多次充电使用。

（2）镍镉电池：寿命比铅蓄电池长负极：Cd 正极：NiO(OH) 电解液：KOH溶液

用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。

（3）锂离子电池

新一代可充电电池，用于笔记本、电脑、移动电话、数码相机、摄像机。

思考：充电电池与一次电池相比有何优点？如何科学合理地使用充电电池？

优点：比一次电池更经久耐用，方便实惠，可以节约资源，减少废电池的处理量。

使用：要购买合格产品，使用时合理充电，不用时要从用电器中取出，密封贮存于干燥处。

3．燃料电池

负极通入燃料（还原剂）

正极通入O2（氧化剂）。

氢氧燃料电池，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液. 正极：通入O2

O2+ 4e- + 2H2O =4OH-

负极：通入

H2

2H2–4e- + 4OH-= 4H2O 总反应式：

2H2+O2=2H2O 特点：高效，理论上能量转化率85-90％，实际40-60％,对环境友好,反应物不是储存在电池内部，外设装备提供燃料和氧化剂，将燃料和氧化剂反应放出的化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池，电解质溶液为稀硫酸溶液. 负极：2H2–4e- = 4H+

正极：O2+ 4e- + 4H+ =2H2O

总反应式：

2H2+O2=2H2O 第三节

化学反应的速率与限度

一、化学反应速率

1.它是表示化学反应进行快慢程度的物理量。

2.定义：通常用单位时间（每秒、每分、每小时）内反应物浓度的减小量或生成物浓度的增加量(物质的量浓度)来表示。

3.计算式: VC反应前－C反应后ΔCtt

=Δn / V / Δt 单位：mol/(L.s) 或

mol/(L.min) 或

mol/(L.h) 4意义：①同一化学反应用不同的物质浓度变化表示的化学反应速率，数值可能不同，但表示的化学反应速率大小相同，即意义相同。故表示反应速率时，必须指明用那种物质作标准。只取正值。

②化学反应速率是某物质在一段时间内化学反应的平均速率，不是瞬时速率。

③固体、纯液体浓度视为常数ΔC=0，不用固体、纯液体来表示化学反应速率。

④同一反应，用不同物质表示化学反应速率时：

V1：V2=ΔC1：ΔC2=Δn1 : Δn2=对应的化学计量数之比

5.化学反应速率的计算：三段式法

催化剂

催化剂

N2+3H2高温高压

2NH3

2SO2+O2加热

2SO3

开始（mol/L）

4

5

0

开始（mol）

6

14

0 转化（mol/L）

1

3

2

转化（mol）

4

2

4 2S末（mol/L）

3

2

2

2S末（mol）

2

12

4 二、影响化学反应速率的因素

1.内因:是主要因素,是决定因素。由反应物本身的性质决定。

2.外因：次要因素

（1）温度

规律：其它条件不变，升温，化学反应速率增大；降温，化学反应速率减小。

温度每升高10℃，化学反应速率通常增

大到原来的2～4倍。

温度对反应速率的影响不受反应物状态的限制。

（2）催化剂

规律：催化剂能改变化学反应的速率。正催化剂能加快化学反应的速率；负催化剂能减慢化学反应速率。没有特殊说明，催化剂指正催化剂。

催化剂中毒：催化剂的催化性能因接触少量的杂质而明显下降甚至消失的现象。

一定温度下催化剂才能最大限度发挥催化作用，不同催化剂对温度的要求不同。

（3）浓度

规律：其它条件不变，增大反应物的浓度，化学反应速率增大；减小反应物的浓度，化学反应速率减小。

（4）压强

规律：对于有气体参加的反应，改变压强引起浓度改变时，化学反应速率才改变。

一定量的H2与Cl2反应，容器体积不变，再通入H2，总压强增大，H2的浓度也增大了，反应速率加快。

若容器体积不变，通入N2，虽然总压强增大，但与反应有关物质的浓度没有改变，故反应速率不变。

（5）固体反应物的表面积

规律：其它条件不变，固体的表面积越大，化学反应速率越快；固体表面积越小，化学反应速率越慢。

（6）其它因素：光照、电磁波、微波等。H2与Cl2光照反应。

三、化学反应的限度

1.可逆反应：同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应.典型的可逆反应：

Cl2＋H2OHCl＋HClO

SO2+H2OH2SO3

催化剂

催化剂

2SO2+O2加热

2SO3

N2+3H2高温高压

2NH3

NH3+H2ONH3•

H2O

2NO2N2O4

H2+I22HI

可逆反应的特点：

（1）同一条件，正逆反应同时进行，反应物、生成物共存。（2）用

表示

（3）可逆反应，反应物不可能全部转化为生成物，反应物的转化率小于100% 2.化学平衡

（1）化学平衡状态的建立：

①开始时c(N2) 、c(H2)均最大，

c(NH3) =0 ，v(正)最大，v(逆)=0；

②瞬间后c(N2) 、c(H2 )变小

,

c(NH3)≠0，v(正)减小，v(逆)≠0；

③一段时间后，c(N2) 、c(H2)继续变小，c(NH3)逐渐增大，当v(正)=v(逆)时，各组分的浓度保持不变（定值）。达到化学反应的最大限度。

（2）化学平衡状态：在一定条件下的可逆反应，当正、逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。前提（适用范围）：可逆反应；内在本质：v(正)= v(逆) ≠0；外在标志：反应混合物中各组分的浓度保持不变。

3.化学平衡状态的特征

（1）逆：可逆反应才存在化学平衡

（2）等：v(正)= v(逆) ≠0 （3）动：动态平衡（v(正)= v(逆) ≠0）平衡时正逆反应仍在继续，没有停止。

（4）定：反应混合物中各组分的浓度保持一定，各组分的含量保持不变。

（5）变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。

4.化学平衡状态的判定

可逆反应mA(g)nB(g) + pC(g) 在一定条件下达到平衡状态的标志：

（1）A的生成速率和分解速率相等，

A的生成速率与B的生成速率之比: m/n。

（2）单位时间生成nmol B和pmol C的同时，生成mmol A。

（3）各物质的n、m、C、V、m%、n%、V%不再改变

①H2(g)+I2(g)紫色2HI(g) ②2NO2(g)红棕N2O4(g) （4）断裂1mol H-H的同时，断裂2molH-I。

（5）有颜色变化的反应，颜色保持不变。