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1、第二章 化学反应与能量 第一节 化学能与热能 一化学键与能量变化关系 关系：在任何的化学反应中总伴有能量的变化。 原因 ： 当物质发生化学反应时，从微观微观来看，断开反应物中的化学键要吸收能量，而形成生 成物中的化学键要放出能量。化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。一 个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量， 决定于反应物的总能量与生成物 的总能量的相对大小。 反应热（宏观） 含义化学反应中吸收或放出的热量 符号Q 单位kJmol-1 与能量变 化的关系 Q0，反应吸收热量（E 反应物总能量E 生成物总能量，为吸热吸热反
2、应） Q0，反应放出热量（E 反应物总能量E 生成物总能量，为放热放热反应） 2、常见的放热反应和吸热反应 （1）常见的放热反应： 所有的燃烧与缓慢氧化；酸碱中和反应（中和热中和热）；金属与酸、水反应制氢气； 大多数化合反应（特殊：CCO2=2CO 是吸热反应）；铝热反应 注：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成 1 mol 液态水时的反应热叫做中和热中和热 . 必须是酸和碱的稀稀溶液，因为浓酸溶液和浓碱溶液在相互稀释时会放热 . 强酸和强碱的稀溶液反应才能保证 H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)中和热均为 57.3 kJmol-1， 而弱酸或弱碱在中和反应中由于电离吸收热量， 其反应热
3、小于 57.3 kJmol-1 ； . 以生成 1 mol 水为基准 （2）常见的吸热反应： C、H2、CO 为还原剂的氧化还原反应如：C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)。 盐和碱的反应如 Ba(OH)28H2O2NH4ClBaCl22NH310H2O 多数分解反应如 KClO3、KMnO4、CaCO3 的分解等。（但过氧化氢的分解是放热反应过氧化氢的分解是放热反应） 水解，弱电解质的电离 注：反应条件与吸放热无关。反应条件与吸放热无关。 （3）放热反应与吸热反应的比较 类型 比较 放热反应 吸热反应 定义 放出热量的化学反应吸收热量的化学反应 形成原因反应物具有的总能量大于生 成物具
4、有的总能量 反应物具有的总能量小于生 成物具有的总能量 与化学键变化的关系生成物分子成键时释放出的 总能量大于反应物分子断裂 时吸收的总能量 生成物分子成键时释放出的 总能量小于反应物分子断裂 时吸收的总能量 注：= Q，中学阶段二者通用 第二节 化学能与电能 （1）概念：把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。 （2）原电池的工作原理：通过氧化还原反应氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能。 （3）构成原电池的条件：有活泼性不同活泼性不同的两个电极 “两极”“两极”； 电解质溶液 “一液” ；电解质溶液 “一液” ；自发的氧化还原反应“一反 应”； 自发的氧化还原反应“一反 应”；
5、闭合回路“成回路”闭合回路“成回路” （4）电极名称及发生的反应：“离子不上岸，电子不下水”“离子不上岸，电子不下水” 外电路：负极导线正极 内电路：盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。 负极负极：较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应负极发生氧化反应， 电极反应式：较活泼金属ne金属阳离子 负极现象：负极溶解，负极质量减少。 正极正极：较不活泼的金属或非金属作正极，正极发生还原反应正极发生还原反应， 电极反应式：溶液中阳离子ne单质 正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加。 （5）原电池正负极的判断方法：（5）原电池正负极的判断方法： 依据原电池两极的材料：
6、较活泼的金属作负极（K、Ca、Na 太活泼，不能作电极K、Ca、Na 太活泼，不能作电极）； 较不活泼金属或可导电非金属（石墨）、氧化物（MnO2）等作正极。 根据电流方向或电子流向：（外电路）的电流由正极流向负极；电子则由负极经外 电路流向原电池的正极。 根据电流方向或电子流向：（外电路）的电流由正极流向负极；电子则由负极经外 电路流向原电池的正极。 据内电路离子的迁移方向：阳离子流向原电池正极，阴离子流向原电池负极。 “正正负负”“正正负负” 据原电池中的反应类型：“负氧化，正还原”“负氧化，正还原” 负极：失电子，电子流出，发生氧化反应，现象通常是电极本身消耗，质量减小。 正极：得电子，
7、电子流入，发生还原反应，现象是常伴随金属的析出或 H2 的放出。 （6）原电池电极反应的书写方法： （i）原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极反应是氧化反应，正极 反应是还原反应。因此书写电极反应的方法归纳如下： 写出总反应方程式。 把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应。 氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，反应物和生成物对号入座，注意酸碱 介质和水等参与反应。 注意酸碱 介质和水等参与反应。 （ii）原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。 总结：“找剂产配电子配电荷配水”总结：“找剂产配电子配电荷配水” （7）原电池的应用原电池的应用：加快化学反应速率
8、加快化学反应速率，如粗锌制氢气速率比纯锌制氢气快。比比 较金属活动性强弱较金属活动性强弱。设计原电池设计原电池。金属的防腐。 总结：经典原电池的电极方程式（已附纸） 2.一次电池 （1）常见一次电池：普通（酸性）锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池 锌锰电池是最早使用的干电池。锌锰电池的电极分别是锌（负极）和碳棒（正极），内部 填充的是糊状的 MnO2 和 NH4Cl。电池的两极发生的反应是： 正极：2NH4正极：2NH4+ +2MnO+2MnO2 2+2e+2e 2NH 2NH3 3+Mn+Mn2 2O O3 3+H+H2 2O 负极：Zn2eO 负极：Zn2e Zn Zn2+ 2+ 总
9、反应：Zn+2MnO总反应：Zn+2MnO2 2+2NH+2NH4+ 4+Zn Zn2+ 2+Mn +Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O 碱性锌锰电池。 用 KOH 电解质溶液代替 NH4Cl 作电解质时， 无论是电解质还是结构上都有 较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。它的电极反应如下： 负极： Zn+2OH负极： Zn+2OH- -2e-2e- -=Zn(OH)=Zn(OH)2 2 正极： 2MnO 正极： 2MnO2 2+H+H2 2O+2eO+2e- -=Mn=Mn2 2O O3 3+2OH+2OH- - 总反应： Zn+2MnO总反应：
10、Zn+2MnO2 2+H+H2 2O=Zn(OH)O=Zn(OH)2 2+Mn+Mn2 2O O3 3 银锌电池纽扣电池。该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分 别为 Ag2O 和 Zn，电解质为 KOH 溶液。其电极反应式为： 高能电池锂电池。 该电池是 20 世纪 70 年代研制出的一种高能电池。 由于锂的相对原 子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长。如作 心脏起搏器的锂碘电池的电极反应式为： 锌空电池锌空气电池是一类结构特殊的品种。负极采用了锌合金。而正极材料，则是空气 中的氧。在储存时一般保持密封，所以基本上没有自放电 阴极： Z
11、n + 2OH ZnO + H2O + 2e 阳极： O2 + 2H2O + 4e4OH 综合： 2Zn + O2 + 2e 2ZnO （2）二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电 池或蓄电池。 铅蓄电池 放电：负极（铅）： Pb2ePbSO4 SO4 2- 正极（氧化铅）： PbO24H+ 2ePbSO42H2O 充电：阴极： PbSO42H2O2ePbO24H+ 阳极： PbSO42ePb SO4 2- SO4 2- 两式可以写成一个可逆反应： PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O 放电 充电 镍铬电池。优势是 ： 放电时电压变化不大，内阻小，
12、对轻度的过充过放相对镍氢电池和锂 电池来说容忍度较大。（易造成污染）镍镉电池最致命的缺点是，在充放电过程中如果处 理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短。 （易造成污染）镍镉电池最致命的缺点是，在充放电过程中如果处 理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短。 负极反应：Cd+2OH-Cd(OH)2+2e- 正极反应：2e-+NiO2+2H2ONi(OH)2+2OH- 总反应：Cd+NiO2+2H2OCd(OH)2+Ni(OH)2 3.燃料电池 氢气与氧气混合，总反应方程式：2H222H2O 当电解质溶液呈酸性时： 负极：2H24e 4H+ 正极：24 e +4H+
13、2H2O 当电解质溶液呈碱性时： 负极：2H24OH4e4H2O 正极：22H2O4 e4OH 另一种燃料电池是用金属铂片插入 KOH（碱性）溶液作电极，又在两极上分别通甲烷（燃 料）和氧气（氧化剂） 。电池总反应式为：CHCH4 42O2O2 22KOHK2KOHK2 2COCO3 33H3H2 2O O 电极反应式为： 负极：CH410OH8eCO327H2O 正极：4H2O2O28e8OH 性质 类别 原电池原电池 电解池 电镀池 定义 （装置特点） 将化学能转变成电能 的装置 将化学能转变成电能 的装置 将电能转变成化学能的 装置 应用电解原理在某些金属表 面镀上一侧层其他金属 反应特
14、征 自发反应自发反应 非自发反应 非自发反应 装置特征无电源，两级材料不同无电源，两级材料不同有电源，两级材料可同 可不同 有电源 形成条件活动性不同的两极活动性不同的两极 电解质溶液电解质溶液 形成闭合回路形成闭合回路 两电极连接直流电源 两电极插入电解质溶液 形成闭合回路 1 镀层金属接电源正极， 待镀 金属接负极；2 电镀液必须含 有镀层金属的离子 电极名称负极：较活泼金属负极：较活泼金属 正极：较不活泼金属 （能导电非金属） 正极：较不活泼金属 （能导电非金属） 阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连 名称同电解，但有限制条件 阳极：必须是镀层金属 阴极：镀件 电极反应负极：氧化反
15、应，金属 失去电子正极：还原反 应，溶液中的阳离子的 电子或者氧气得电子 （吸氧腐蚀） 负极：氧化反应，金属 失去电子正极：还原反 应，溶液中的阳离子的 电子或者氧气得电子 （吸氧腐蚀） 阳极：氧化反应，溶液 中的阴离子失去电子， 或电极金属失电子 阴极：还原反应，溶液 中的阳离子得到电子 阳极：金属电极失去电子 阴极 ： 电镀液中阳离子得到电 子 电子流向负极正极负极正极 电源负极阴极 电源正极阳极 同电解池 溶液中带电粒子 的移动 阳离子向正极移动阳离子向正极移动 阴离子向负极移动阴离子向负极移动 阳离子向阴极移动 阴离子向阳极移动 同电解池 联系 在两极上都发生氧化反应和还原反应 注：析
16、氢腐蚀腐蚀过程中不断有氢气放出 条件：潮湿空气中形成的水膜,酸性较强（水膜中溶解有 CO2、SO2、H2S 等气体） 电极反应：负极: Fe2e-= Fe2+ 正极: 2H+2e-=H2 总式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 吸氧腐蚀反应过程吸收氧气 条件：中性或弱酸性溶液 电极反应：负极: 2Fe 4e- = 2Fe2+正极: O2+4e- +2H2O = 4OH- 总式：2Fe + O2 +2H2O =2 Fe(OH)2 离子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 生成的 Fe(OH)2被空气中的 O2氧化，生成 Fe(OH)3 ， Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 Fe(OH)3脱去一部分水就生成 Fe2O3
