化学反应与能量转化知识点汇总.doc

专题二化学反应与能量转化化学反应的速率和限度一、化学反应速率:是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。1、化学反应速率的概念（1）定义：化学反应速率是用 单位时间 内 反应物浓度的减少 或 生成物浓度的增加 来表示。 （ 注：无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，其化学反 应速率都取正值，且是某一段时间内的平均速率。）（2）表达式： （3）常用单位：浓度常用：，时间常用：s，min化学反应速率：或 或 （4）有关化学反应速率的几点说明 化学反应速率实际上是指某一段时间内化学反应的平均速率，而不是某一时刻的瞬时速率。 对于同一化学反应，在相同的反应时间内，用不同的物质来表示的化学反应速率的数值可能是不同的。因此表示化学反应速率时，必须说明用哪种物质为基准。 同一化学反应，用不同的物质表示的化学反应速率之比等于化学反应方程式中相应物质的化学计量数之比。 即：对于反应 aAbB=cCdD 有V(A)V(B)V(C)V(D)abcd 固体或纯液体，其浓度可视为常数。因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。 2、外界条件对化学反应速率的影响决定化学反应速率的因素，内因（决定作用）：反应物本身的性质；外因：外界条件 实验方案 实验现象 结论 实验一：取2只试管，各加入5 mL 4%的过氧化氢溶液，分别滴入几滴洗涤剂，用水浴加热其中1支试管 水浴加热产生气泡快加热能加快反应速率实验二：取2只试管，各加入5 mL 4%的过氧化氢溶液，分别滴入几滴洗涤剂，往其中1支试管中加入少量二氧化锰粉末 加入二氧化锰粉末产生气泡快使用催化剂能加快反应速率实验三：取2只试管，各加入5 mL 2%、6%、12%的过氧化氢溶液，分别滴入几滴0.2 molL1氯化铁溶液 浓度大的产生气泡快增大反应物的浓度能加快反应速率（1）浓度对化学反应速率的影响：增大反应物的浓度可以增大化学反应速率（2）压强对化学反应速率的影响：对于有气体参加的反应：增大压强，可以增大化学反应速率。减小压强，可以减小化学反应速率。如果反应物是固体、液体、溶液时，改变压强对反应速率没有影响。（3）温度对化学反应速率的影响：升高温度，可以增大化学反应速率降低温度，可以减小化学反应速率每升高10 ，化学反应速率通常增大到原来的24倍。（4）催化剂对化学反应速率的影响：使用催化剂，能显著地增大反应速率。正催化剂和负催化剂(5)、其它条件对化学反应速率的影响： 固体反应物颗粒的大小、反应物接触面积等因素对化学反应速率也有影响。某些反应也会受光、超声波、磁场等影响而改变反应速率。 固体药品研得越细，其表面积越大，混合均匀后反应物之间接触得面积也越大，反应也迅速、充分。 固体物质溶于水后，发生了电解质的电离，离子在溶液里受水分子作用而运动，增大了离子之间接触反应的机会，从而提高了化学反应速率。 Zn H2SO4ZnSO4H2，离子方程式为：Zn2HZn2 H2，C(H+)的大小影响着该反应的反应速率，气泡变稀少了，是因为C(H+)减小了，反应速率减慢，如果添加适当浓度的硫酸溶液时，由于溶液中C(H+)又迅速增大，因而反应速率加快，产生气泡的速率又加快了。从上面的事例可知，温度、固体的表面积、反应物的状态、溶液的浓度、催化剂、压强等都是影响化学反应速率的因素。二.化学反应的限度1、可逆反应 （1）定义：在同一反应条件下，既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的反应。（2）可逆反应的普遍性：大部分化学反应都是可逆反应。 （3）可逆反应的特点： 正反应和逆反应既对立又统一； 正反应和逆反应发生的性质相同； 正反应和逆反应发生的条件相同； 反应物、生成物共同存在； 能量转化互逆； 可逆反应有一定的限度。 2、化学平衡: 当一个可逆反应进行到正反应速率与逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度不再改变，达到表面上静止的一种“平衡状态”，这就是这个反应所能达到的限度。（1）化学平衡状态的建立:可逆反应在一定条件下进行到一定程度时,正反应和逆反应的速率相等，反应物和生成物的浓度保持不再发生变化，反应达到化学平衡状态，简称为化学平衡。（2）化学平衡的特征：“逆”、“动”、“等”、“定”、“变”“逆”：化学平衡只存在于可逆反应中；“动”：化学平衡是一个动态平衡；正、逆反应还在不断进行“等”：平衡时正反应和逆反应的速率相等且大于0；（是化学平衡状态的本质）“定”：平衡时反应物和生成物的浓度保持不变；（是化学平衡状态的外观特征）。“变”：改变外界条件时，平衡会发生移动,各组分的浓度就会随之发生变化，在新的一定条 件下又会建立新的平衡状态。（旧的平衡将被破坏，并在新的条件下建立新的平衡。） ( 3 )、任何化学反应的进程都有一定的限度 ，只是不同反应的限度不同罢了。( 4 )、在可逆反应中，反应物不能按化学计量数之比完全转化为生成物,因此,反应物的转化率小于100。( 5 )、有些反应的可逆性很小，如Ag+Cl- = AgCl 一般可视为不可逆反应。( 6 )、化学反应的限度可以通过改变条件而改变3、化学反应条件的控制 （1）、在生产和生活中，人们希望促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应，这就要通过控制反应条件来达到目的。（2）、提高燃料的燃烧效率的措施： 适当过量的空气，燃料与空气充分接触； 充分利用燃烧放出的热能，提高热能的利用率。（3）、意义：可以通过控制反应条件，使化学反应符合或接近人们的期望化学反应中的热量一化学反应中的热量变化1物质发生化学变化的实质： 物质发生化学变化的过程，实质上就是旧的化学键断裂和新的化学键形成过程。 断开化学键：吸收能量 形成化学键：放出能量 2化学反应中的能量变化：通常表现为热量的变化3放热反应和吸热反应化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应 。吸收能量放出能量反应物的总能量高生成物的总能量低 E反应物 = E生成物 +能量反应物的总能量低生成物的总能量高 E反应物 +能量=E生成物 化学反应的过程,可以看成是能量的“贮存”或“释放”的过程4反应热：化学反应过程中放出或吸收的热量用H表示，单位：kJmol1 H0时，为放热反应；H0时，为吸热反应。 5热化学方程式：表示化学反应中放出或吸收的热量的化学方程式。 书写热化学方程式注意事项:（1）写符合质量守恒的化学方程式（2）反应物和生成物要标明其聚集状态，用g、l、s分别代表气态、液态、固态。 （3）方程式右端用H 标明恒压条件下反应放出或吸收的热量，放热为负，吸热为正。 （4）热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数，只表示物质的量，因此可以是整数或分数。 （5）对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其H 也不同，即H 的值与计量数成正比。（6）物质的状态不同，其H 也不同6. 常见的放(吸)热反应放热反应: (1). 金属与酸的反应(2). 所有的燃烧反应（包括爆炸反应）(3). 酸碱中和反应(4). 大多数化合反应吸热反应: (1). 氢氧化钙(钡)与氯化铵晶体的反应(2). (3). (4). 大多数分解反应* 思考: 热化学方程式与普通化学方程式有何区别?(1)标明各物质的聚集状态（s,l,g）(2)系数只表示物质的量,可以为分数(3)注明反应热H二、燃烧中的热量变化1、燃烧中的能量变化化学反应 2、燃烧中能量变化的实质反应物 生成物三、燃料的燃烧、燃烧：可燃物与氧气发生的发光、 发热的剧烈的化学反应。 实例：煤、石油、天然气的燃烧。2、燃烧的条件：A、与氧气接触 B、达到着火点质量相同的不同燃料，完全燃烧后放出的热量不相等。燃烧值或热值来表示物质天然气石油煤炭氢气甲醇热值/kJg-1约56约48约33143233、常见的燃料 煤、石油、天然气-化石燃料4、如何提高燃料的使用效率A、防止环境污染、发展洁净煤技术B、提高热效率C、开发高能清洁能源D、开发综合利用煤的新技术化学能转化为电能一、 化学能通过燃烧转化为电能：燃烧的本质氧化还原反应原理：化学能 热能 机械能 电能缺点：转换环节多、效率低、能源浪费、环境污染严重。 产生烟尘和废气，造成空气污染 SO2形成酸雨 CO2加强温室效应 储量有限二、化学能通过原电池转化为电能1、定义：将化学能转变成电能的装置，叫做原电池。2、反应本质：氧化还原反应-较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）通过外电路流向较不活泼的金属（正极）3、原电池基本组成：两极一液一连线电极电极材料反应类型得失电子电子流动方向负极还原性较强的金属，较活泼金属氧化反应失去电子电子流出（流向正极）的一极正极还原性较弱的金属，较不活泼金属或非金属还原反应得到电子电子流入（来自负极）的一极4、原电池反应能够发生的条件： 电极：两种活泼性不同的金属（或其中一种为能导电的非金属，如“碳棒”）作电极，其中较活泼金属为负极。较不活泼金属（或非金属）为正极（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。 溶液：电极材料均插入电解质溶液中（做原电池的内电路，并参与反应） 导线：两电极用导线相连，形成闭合回路。 较活泼金属能自发地发生氧化还原反应（通常为原电池负极与电解质溶液之间的氧化还原反应） 5、电子流动方向(与电流方向相反)负极 外电路(用电设备)正极负极6、判断原电池正、负极的方法由组成原电池的两极材料判断：一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极根据电流方向或电子流动方向判断：电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。根据原电池两极发生的变化来判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。7、原电池原理的应用制作化学电源加快反应速率： 例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。判断金属活动性的强弱揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。 钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀钢铁析氢腐蚀：负极：Fe 2e- = Fe2+ 正极：2H+ + 2e- = H2钢铁的吸氧腐蚀：负极：2Fe 4e- = 2Fe2+ 正极：2H2O + O2 + 4e- = 4OH-防止钢铁腐蚀：在钢铁的表面焊接比Fe更活泼的金属（如Zn），组成原电池后，使Fe成为原电池的正极而得到保护。化学电源一、化学电源的发展：二、干电池1、最早使用的化学电池是锌锰电池，也是最普通的干电池。2、是一种一次性电池，放完电以后不能再使用，也就是内部发生的氧化还原反应是不可逆反应。3、缺点：电池在使用的过程中，锌会逐渐融解，最后内部糊状电解质会泄漏出来，使得电器被腐蚀。为了防止泄漏电解质，外壳用金属筒或者塑料筒。锌锰干电池：负极：(Zn) Zn 2e- = Zn2+正极：(MnO2和C) 2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH- 总反应方程式：Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)电解液为，MnO2的作用除去产生的碱性锌锰电池：电解液由NH4Cl换为KOH银锌纽扣电池：负极：Zn +2OH-2e- =ZnO+H2O正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH总反应： Zn+Ag2O=ZnO+2Ag三、充电电池：充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。 1、 铅蓄电池：最早使用的充电电池，它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中。优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境负极（Pb） 正极（PbO2） 电解质溶液（稀H2SO4）负极：Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正极：PbO2 + 4H+SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 铅蓄电池的充电过程即为放电过程的逆过程。充电过程总反应： 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程：Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4+2H2O2、镍镉充电电池：它是一种体积少，具有残留性记忆的充电电池，可重复使用500次以上。它以Cd为负极，NiO(OH)为正极，KOH为电解液。广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等，但有毒。3、镍氢充电电池:无污染4、锂离子电池：它是新一代可充电的绿色电池，现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流。四、燃料电池：是一种高效、环境友好的发电装置。燃料电池的特点：不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内,而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。 1.氢氧燃料电池(1)碱性介质：正负两极都是铂电极或活性炭电极，有催化性能电解液一般为40%的KOH溶液负极： 正极：电池总反应式： 有水生成.电解质溶液的PH将变小（2）酸性介质：正负两极仍是铂电极或活性炭电极，有催化性能电解液为H2SO4等时,负极： 2H2-4e-=4 正极： O2+4H+4e-=2H2O总反应：2H2+O2=2H2O 有水生成.电解质溶液的PH将增大2、其他燃料电池：甲烷燃料电池:该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。负极：正极：总反应： 电解液的PH将变小五、小结：书写电极反应式的注意点：1将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；2负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32形式存在）；3溶液中不存在O2：在酸性溶液中它与H结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH。电能转化为化学能一、电解原理1.电解定义: 在外加直流电源的作用下，电解质的阴阳离子在阴阳两极发生氧化还原反应的过程.2.电解池:借助于电流引起氧化还原反应的装置,也就是把电能转化为化学能的装置.3.电解池形成条件:(1)电源 (2)电极 (3)电解质4.电解池的两电极:(1)两电极 阳极:与直流电源的正极相连的电极.失去电子,发生氧化反应.阴极:与直流电源的负极相连的电极,得到电子,发生还原反应.(2)电极的分类:a 惰性电极:惰性电极本身不参与电极上的氧化还原反应,只起导电作用.Pt、Au、石墨等. 溶液中阴离子失去电子b 活泼电极:做阳极时,电极材料本身首先失去电子而发生氧化反应，金属电极失电子（除金和铂)；它做阴极时,则只起导电作用.5.电解电极方程式与总方程式的书写注意(1) 阴极上反应,阴离子在阳极上反应.因此写电极方程式一定要清楚溶液中有哪些阴阳离子.并清楚离子的放电顺序,而且应注意阳极电极材料. 总的方程式的书写则要清楚离子从何种物质中来。(2) 阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。放电的顺序取决于离子的本性，也与离子浓度和电极材料有关。 阳离子的放电顺序: K+Na+Mg+Al3+H+Zn2+Fe2+H+Cu2+Fe3+Ag+阴离子的放电顺序: F-含氧酸根离子OH-Cl-Br-I- 原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阳极五、电解原理的应用1.铜的电解精炼、粗铜所含的杂质Zn、Fe、Ni、Ag、Au等、粗铜的精炼：以粗铜为阳极，以纯铜为阴极， 以CuSO4溶液为电解液进行电解阳极： Zn 2e Fe2e Ni 2e Cu2e阴极： +2eCu 长时间电解后必须补充电解液2、氯碱工业电解饱和食盐水总反应： 3、活泼金属的冶炼（1）钠的制取 （2）镁的制取 （3）铝的制取 电解池原电池能量转换电能转化为化学能化学能转化为电能电极名称阳极 阴极正极 负极电极确定接电源正极为阳极,接电源负极为阴极由电极材料决定,较活泼的是负极,较不活泼的是正极电极反应性 质阳极-氧化反应阴极-还原反应负极-氧化反应正极-还原反应离子的迁移方向阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移电子流向负极阴极阳极正极由电源负极流入阴极,再由阳极流回正极负极外电路正极负极流出经导线流入正极构成条件形成完整的闭合回路与直流电源相连两个电极电解质溶液或熔融电解质形成完整的闭合回路两个活性不同的电极电解质溶液或熔融电解质装置特点有外接直流电源无外接电源相似之处均能发生氧化还原反应,且同一装置中两个电极上的电子得失总数相等太阳能的利用一、太阳能的资源特点:1、太阳能的优点：1）、资源丰富总量最大2）、分布最广无需运输3）、最洁净2、太阳能的缺点：1）、能源品位低能流密度低2）、有不稳定因素 受各种因素（季节、地点、气候等）的影响二、太阳能的利用方式1、光热能转换 原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能应用：太阳能热水器、 反射式太阳灶、 高温太阳炉、 地膜、大棚、温室2、光电转换 原理：根据光电效应，利用太阳能直接转化为电能应用：为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能日用电子产品并网发电3、光化学能转化运用：选择芒硝晶体(十水合硫酸钠晶体)白天吸收热量溶解,晚上放出热量结晶.4、光生物质能转换原理：通过地球上众多植物的光合作用，将太阳辐射转化为生物质能化学方程式： 生 物 质 能生物质能来源于植物及其加工产品贮存的能量生物质能源是一种理想的可再生能