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1、精品_精品资料_化学选修 4 化学反应与原理专题 1 化学反应与能量变化第一单元 化学反应中的热效应一、化学反应的焓变1、反应热与焓变（1） ）反应热： 化学反应过程中,当反应物和生成物具有相同温度时,所吸取或放出的热量称为化学反应的反应热.（2） ）焓变 H：在恒温、恒压条件下,化学反应过程中吸取或放出的热量称为化学反应的焓变.符号： H,单位： kJ/mol 2、 放热反应和吸热反应：（1） ）放热反应： 在化学反应过程中,放出热量的反应称为放热反应（反应物的总能量大于生成物的总能量）（2） ） 吸热反应： 在化学反应过程中,吸取热量的反应称为吸热反应（ 反应物的总能量小于生成物的总能量）
2、化学反应过程中的能量变化如图：放热反应 H 为“或” H 0吸热反应 H 为“+或”H 0. H E（生成物的总能量）E（反应物的总能量）. H E（反应物的键能）E（生成物的键能）（3） 常见的放热反应 ：1） 全部的燃烧反应2） 酸碱中和反应3） 大多数的化合反应4） 金属与酸的反应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 BaOH28H2O 与 NH4Cl2） 大多数的分解反应3）以 H2、CO、C 为仍原剂的氧化仍原反应4 ）铵盐溶解等留意： 1）化学反应时放热反应仍是吸热反应只取决于反应物和生成物总能量的相对大小,与反应条件（如点燃、加热、
3、高温、光照等）和反应类型无关.2）物质的溶解过程也相伴着能量变化：NaOH 固体溶于水明显放热.硝酸铵晶体溶于水明显吸热, NaCl溶于水热量变化不明显.3、化学反应过程中能量变化的本质缘由：化学键断裂吸热化学键形成放热4、热化学方程式（1） ） 定义： 能够表示反应热的化学方程式叫做热化学方程式.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（2） ） 意义：既能表示化学反应过程中的物质变化, 又能表示化学反应的热量变化.（3） ） 书写化学方程式留意要点 : 1）热化学方程式必需标出能量变化.2） 热化学方程式中必需标明反应物和生成物的集合状态（g,l,s分别表示固态,液态,气态,水溶液
4、中溶质用aq 表示）3） 热化学反应方程式要指明反应时的温度和压强.4） 热化学方程式中的化学计量数可以是整数,也可以是分数,不表示分子个数,表示对应物质的物质的量.5） 各物质系数加倍, H加倍.反应逆向进行, H转变符号,数值不变.H的单位为 kJ/mol ,它并不是指 1mol 反应物或是生成物, 可以懂得为“每摩尔反应”.如：2H 2g+O 2g=2H 2OlH=-285.8KJ mol-1是指每摩尔反应“ 2molH2g 和 1molO2（g）完全反应生成 2molH2Ol ”的焓变.5、总结：热化学方程式与一般化学方程式的比较热化学方程式2H 2g+O 2g=2H 2Ol一般化学方
5、程式反应式H=-285.8KJ2H2+O2点燃2H 2Omol-1方程式意义化学计量数表示反应及反应的吸热放热表示物质的量,可以是整数或分数H反应条件右端有表示能量变化的 H物质的状态仅表示反应可以表示物质的量或微 粒个数,只能是整数,不能是分数没有此项不用标明反应条件、“”、“”需 标 明 各 种 反 应 条 件等如点燃,光照、高温等必需标明反应物、 生成物的集合状态, 不标明反应物、生成物的如 g,l,s集合状态二、反应热的测量与运算：1、中和热概述：（1） ）定义： 在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应,生成1moll 水时的反应热叫做中和热.（2） ）中和热的表示： H+aq+OH- aq=
6、H 2O l. H=-57.3kJ mol.（3） ）要点1） 条件： ”稀溶液 ”一般是指酸、碱的物质的量浓度均小于或等于1 mol/L 的溶液,由于如酸、碱浓度较大,混合时会产生溶解热,而影响中和热的测定.2） 反应物：（强）酸与（强）碱.中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所相伴的热效应.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3） 中和热是以生成 1mol 液态水所放出的热量来定义的, 因此在书写中和热的热化学方程式时,就以生产 1mol H2O为标准来配平其余物质的化学计量数.如表示稀 NaOH和稀硫酸的中和反应的热化学方程式：-1NaOHaq+ 1 H 2S
7、O4aq= 1 Na 2SO4aq +H 2OlH=-57.3KJ mol2224） 中和反应的实质是 H+和 OH- 化合生成 H 0,如反应过程中有其他物质 （如沉淀等）生成,这部分反应热也不在中和热内.5） 放出的热量： 57.3kJ/mol2、 中和热的测量：（1） ）仪器：量热计.量热计由内、外两个筒组成,外筒的外壁盖有保温层,盖上有温度计和搅拌器.或者：大烧杯（ 500 mL ）、小烧杯（ 100 mL ）、温度计、量筒（ 50 mL）两个、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板（中心有两个小孔）、环形玻璃搅拌棒.试剂： 0.50 mol/L盐酸、 0.55 mol/L NaOH 溶液
8、.（2） ） 试验原理： 测定含 x mol HCl 的稀盐酸与含 x mol NaOH的稀 NaOH溶液混可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_合后放出的热量为 Q kJ,就 H（3） ） 试验步骤：QkJ x-1mol可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1） 在大烧杯底部垫泡沫塑料（或纸条）,使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平.然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸条）,大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板,在板中间开两个小孔,正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过,如下图所示.2） 用一个量筒量取 50 mL 0.50 mol/L 盐酸,倒入小烧杯中,并用温度计测量
9、盐酸的温度,记入下表.然后把温度计上的酸用水冲洗洁净.3） 用另一个量筒量取 50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液,并用温度计测量 NaOH 溶液的温度,记入下表.4） 把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中,并把量筒中的NaOH 溶液一次倒入小烧杯（留意不要洒到外面）.用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,并准确读取混合溶液的最高温度,记为终止温度,记入下表.5） 重复试验两次,取测量所得数据的平均值作为运算依据.（4） ）常见问题：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1） 教材有注, “为了保证 0.50molL的盐酸完全被中和,采纳 0.55molLNaOH可编辑资料
10、- - - 欢迎下载精品_精品资料_溶液,使碱稍稍过量 ”,那可不行以用 0.50mol LNaOH 与 0.55mol LHCl,让酸稍稍过量了 .答案：不是 “可以与不行以 ”而是“不宜”.缘由是稀盐酸比较稳固,取 50mL 、0.50mol LHCl,它的物质的量就是 0.025mol ,而 NaOH 溶液极易吸取空气中的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_CO2,假如恰好取 50mL 、0.50mol反应去中和 0.025mol 的 HCl.LNaOH,就很难保证有 0.025molNaOH 参与可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2） 为了确保 NaOH 稍稍
11、过量,可不行以取体积稍稍过的 0.50mol LNaOH 溶液了.回答：可以的.比如“量取 51mL 或 52mL0.50molLNaOH 溶液”.只是m1+m2再不是 100g ,而是 101g 或 102g .3）强酸与弱碱,强碱与弱酸的中和反应热值如何估量.鉴于弱酸、弱碱在水溶液中只能部分电离,因此,当强酸与弱碱、强碱与弱酸发生中和反应时同时仍有弱碱和弱酸的不断电离吸取热量, 即电离热 .所以,总的热效应比强酸强碱中和时的热效应值57.3KJ/mol 要小一些.4）测定酸碱中和热为什么要用稀溶液？答：中和热是酸碱在稀溶液中发生中和反应生成lmol 水时所放出的热量, 为什么要指明在稀溶液
12、中了？由于假如在浓溶液中, 即使是强酸或强碱, 由于得不到足够的水分子, 因此也不能完全电离为自由移动的离子. 在中和反应过程中会相伴着酸或碱的电离及离子的水化, 电离要吸取热量, 离子的水化要放出热量, 不同浓度时这个热量就不同,所以中和热的值就不同,这样就没有一个统一标准了. 5）为什么强酸强碱的中和热是相同的？答：在稀溶液中,强酸和强碱完全电离,所以它们的反应就是 H+ 与 OH-结合成 H2O 的反应,每生成 lmol 水放出的热量（中和热）是相同的,均为 57 3 kJ mol .6） 为什么弱酸、弱碱参与的中和反应的中和热小于 57 3 kJ mol？答：弱酸、弱碱在水溶液中不能完
13、全电离,存在着电离平稳.弱酸或弱碱参与中和反应的同时,相伴着电离,电离过程要吸取热量,此热量就要由 H+ 与OH-结合成水分子放出的热量来抵偿,所以总的来说中和热小于57 3 kJ/mol .7） 是什么缘由使中和热测定结果往往偏低？答：依据课本中所示装置进行中和热测定, 往往所测结果偏低, 造成如此现象的主要缘由有：（1） 仪器保温性能差.课本中用大小烧杯间的碎纸片来隔热保温,其成效当然不好,免不了热量散失,所以结果偏低,这是主要缘由.（2） 试验中忽视了小烧杯、温度计所吸取的热量,因此也使结果偏低.（3） 运算中假定溶液比热容为 418 J（ g）,密度为 1g cm3 ,实际上这是水的比
14、热容和密度, 酸碱溶液的比热容、 密度均较此数大, 所以也使结果偏低.8） 为何说保温成效差是造成中和热测定值偏低的主要缘由？答：试验中温度上升得不多, 所以烧杯、玻璃棒吸取的热量甚小, 影响不大. 而酸、碱溶液是稀溶液,实际密度对比热容与水相差甚微.所以此影响更柔弱.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_因此说, 结果偏低的主要缘由是保温性能差, 如能改进装置, 比如用保温杯代替烧杯,使保温性能良好,就更能接近理论值.9） ）离子方程式 H+ OH-=H2O 代表了酸碱中和反应的实质, 能否用此代表全部中和反应的离子方程式？答：离子方程式书写要求 “将难电离或难溶的物质以及气体等用
15、化学式表示”,所以弱酸、弱碱参与中和反应时应以分子的形式保留.例如,醋酸和氢氧化钠的离子方程式就应当写为：HAC+OH-=Ac-+H2O只有可溶性强酸强碱的离子方程式才可能如此表示.10） 为什么中和热测定中要用稍过量的碱？能不能用过量的酸？答：这是为了保证碱（或酸）能够完全被中和.H+ 与 OH-相互接触碰撞才能发生反应,假如用等量的酸、碱,随着反应的进行,H+ 与 OH- 相互碰撞接触的机会越来越少,越来越困难,可能有一部分H+ 与 OH-就不能反应,而在一种微粒过量的情形下, 就大大增加了另一种微粒完全反应的机会. 不能用过量的酸, 由于碱中含有杂质碳酸钠,酸过量就会有酸与碳酸盐反应导致
16、中和热测定不准 11）为什么 要用环形玻璃棒搅拌？如用铁丝取代环行玻璃棒会不会有影响？答 为了使反应充分如用铁丝取代环行玻璃棒会使铁与酸反应放出热量而且铁丝传热快,使测量值偏低.3、盖斯定律 内容： 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,而与详细反应进行的途径无关, 假如一个反应可以分几步进行, 就各分步反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的.三、能源的充分利用1、标准燃烧热和热值（1） ）标准燃烧热概念 ：在 101 kPa 时, 1 mol 物质完全燃烧生成稳固的化合物时所放出的热量.燃烧热的单位用kJ/mol 表示.留意以下几点：讨论条件： 101
17、kPa反应程度：完全燃烧,产物是稳固的氧化物.燃烧物的物质的量： 1 mol讨论内容：放出的热量.（ HHg2+Fe3+Cu2+稀 HNO3 电离的 NO -H+（指酸电离的 Pb2+Sn2+ Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+如 Zn、Cu、稀 H2SO4 组成的原电池： 2H+ + 2e - =H2如 Zn、Cu、CuSO4 组成的原电池： Cu2+ + 2e - =Cu32如 Fe、Cu、稀 HNO3 组成的原电池： NO-+4H+3e-=NO+2H O 负极金属与电解质溶液不发生反应 ：在正极上被仍原的物质一般是溶解在电解质溶液中的 O2.如铁、铜、氢氧化钠溶液组成的原
18、电池：O2 + 4e - +2H2O =4OH-（3） ）原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得.（4） ）特殊情形：以下情形并不是较活泼金属做负极： Mg、Al 、稀 H2SO4 组成的原电池：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2负极（ Al ）反应： 2Al-6e - + 8OH- = 2AlO正极（ Mg）反应： 6H+ + 6e - =3H2 Fe （或 Al ）、Cu、浓 HNO3组成的原电池：负极（ Cu）反应： Cu 2e - = Cu 2+- + 4H 2O可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3正极（ Fe或 Al）反应： 2NO - + 4H
19、+ + 2e- =2NO2 + 2H2O Mg、Al 、NaOH溶液组成的原电池：由于 Mg与 NaOH溶液不反应,而 Al 能与 NaOH溶液反应,故 Al 为负极,Mg为正极.-负极（ Al）反应： 2Al 6e 8OH=2AlO2 4H2O+-正极（ Mg）反应： 6H 6e =3H2-总反应式： 2Al 2OH4H2O=2AlO2 3H2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_备注：类似的仍有 Zn 也与 NaOH会反应, Si 、S、P 等也会与 NaOH反应, 所以假如 Mg、Zn、NaOH组成的原电池, Zn 是负极. Si 、Fe、NaOH组成的原电池, Si 是负极.
20、例： 有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性次序, 两人均使用镁片和铝片作电极, 但甲同学将电极放入 6 mol/L 的 H2SO4溶液中,乙同学将电极放入 6 mol/L的 NaOH溶液中,如右图所示.以下关于电极的判定正确选项 A甲中镁作负极,乙中镁作负极 B甲中镁作负极,乙中铝作负极 C甲中铝作正极,乙中铝作正极 D甲中镁作正极,乙中铝作正极解析：选 B.甲中在酸性溶液中金属镁较金属铝简单失去电子,所以甲中金属镁作为原电池的负极. 而乙中在碱性溶液中金属铝较金属镁更简单失去电子,所以乙中金属铝作为原电池的负极.8、如何设计化学电池：例如：以 2FeCl3Cu=2FeCl2 C
21、uCl2 为依据,设计一个原电池.(1) 将氧化仍原反应拆成氧化反应和仍原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极的电极反应式：负极：Cu 2e =Cu2正极： 2Fe3 2e=2Fe2(2) 确定电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极.如为气体 如H2或溶液中的仍原性离子,可用惰性电极 如 Pt、碳棒 作负极.发生仍原反应的电极材料必需不如负极材料活泼.本例中可用铜棒作负极,用铂丝或碳棒作正极.(3) 确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可.如本例中可用FeCl3 溶液作电解液.(4) 构成闭合电路.特殊提示： 设计原电池时, 如氧化仍原方程式中无明确的电解质溶
22、液, 可用水作电解质,但为了增强其导电性,通常加入强碱或一般的强酸.如燃料电池,水中 一般要加入 KOH或 H2SO.49、常见原电池方程式：（ 1） CuH2SO4 Zn原电池正极：2H+ 2e- H2 负极：Zn- 2e- Zn2+总反应式：Zn+ 2H+=Zn2+ H2（ 2） CuFeCl3C 原电池正极：2Fe3+ 2e- 2Fe2+负极：Cu- 2e-Cu2+总反应式：2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+（ 3）钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀正极： O2+ 2H2O+ 4e- 4OH -负极： 2Fe- 4e- 2Fe2+可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_总反应式： 2
23、Fe+ O2+ 2H2O=2Fe （ OH2（ 4）氢氧燃料电池（中性介质）正极： O2+ 2H2O+ 4e- 4OH -负极： 2H2- 4e- 4H+总反应式： 2H2+O2=2H2O（ 5）氢氧燃料电池（酸性介质）正极： O2+ 4H+4e- 2H2O负极： 2H2- 4e- 4H+总反应式： 2H2+O2=2H2O（ 6）氢氧燃料电池（碱性介质）正极： O2 + 2H2O + 4e- 4OH - 负极： 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 总反应式： 2H2 + O2 = 2H2O（ 7）铅蓄电池（放电）正极 PbO2： PbO2+ 2e-+ SO42-+ 4H+ PbSO4+
24、2H2O负极 Pb： Pb-2e-+SO42- PbSO4总反应式： Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+ 2H2O（ 8） Al NaOHMg原电池正极： 6H2O+ 6e- 3H2 + 6OH -负极： 2Al- 6e-+ 8OH- 2AlO2 -+ 4H2O总反应式： 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2（ 9） CH4 燃料电池 碱性介质 正极： 2O2+ 4H2O+ 8e- 8OH -负极： CH4-8e-+ 10OH- CO32 - + 7H2O总反应式： CH4+ 2O2+ 2OH-=CO32-+ 3H2O（ 10 ）熔融碳酸盐燃料电池（ Li2CO3和
25、 Na2CO3熔融盐作电解液, CO 作燃料）：正极： O2+ 2CO2+ 4e- 2CO32 - 连续补充 CO2 气体 负极： 2CO+ 2CO32- 4e- 4CO2总反应式： 2CO+O2=2CO2（ 11 ）银锌纽扣电池 碱性介质 正极 Ag2O： Ag2O+ H2O+ 2e- 2Ag+ 2OH -负极 Zn： Zn+ 2OH-2e- ZnO+H2O总反应式： Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_三、电解池1、电解原理（1） ） 电解概念： 电流外加直流电 通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化仍原反应被动的不是自发的 的过程叫点解.
26、点解过程吧电脑转化为化学能.（2） ） 电解池：1） 定义： 把电能转化为化学能的装置,也叫电解槽2） 电解池的组成条件：A与电源相连的两个电极. B两个电极插入电解质溶液（或熔融的电解质）中. C形成闭合电路.3） 放电： 当离子到达电极时,失去或获得电子,发生氧化仍原反应的过程4） 电子流向：（电源）负极（电解池）阴极（离子定向运动）电解质溶液（电解池）阳极（电源）正极5） 电极名称及反应：阳极：与直流电源的正极 相连的电极,发生 氧化 反应阴极：与直流电源的负极 相连的电极,发生仍原 反应隋性电极只导电 , 不参与氧化仍原反应 C/Pt/Au活性电极既导电又参与氧化仍原反应Cu/Ag6）
27、 工作原理：点解的过程是（前提是阳极为惰性电极）电解质溶液（或熔融电解质）中的阴、阳离子在电流的作用下发生定向移动,在阳极和阴极分别被氧化和被仍原生成新物质的过程.7） 电解 CuCl2 溶液的电极反应： 阳极： 2C-l -2e-=Cl2 氧化阴极： Cu2+2e-=Cu仍原总反应式： CuC2l =Cu+C2l （3） ） 电解时电极产物的判定：1） 阳极产物的判定：A. 阳极是活性电极：阳极是金属活动次序表中 Ag或 Ag 前面的金属,就 电极本身失去电子 , 电极溶解.B. 阳极是惰性电极（ Pt、Au、石墨）：阳极是惰性电极,就是电解质溶液中的阴离子失去电子 ,阳极产物要根据阴离子放
28、电次序来判定：344S2-I-Br-Cl-OH-NO -SO2-等含氧酸根离子 F-SO32-/MnO -OH-2） 阴极产物的判定：阴极本身不参与电极反应,阴极是电解质溶液中的阳离子得到电子放电,阳离子放电次序为：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+ 稀 HNO3 电 离的 NO3-H+ （ 指 酸电 离 的 Pb2+Sn2+可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+（4） ） 电解中电极邻近溶液 pH 值的变化：21） 电极区域 A 阴极 H放电产生 H2 ,阴极区域 pH 变大. B阳极 OH- 放电产生 O,阳极区域 pH 变小.2）
29、电解质溶液中：A电解过程中 , 既产生 H2 , 又产生 O2 , 就原溶液呈酸性的 pH 变小, 原溶液呈碱性的 pH变大, 原溶液呈中性的 pH不变（浓度变大）.B 电解过程中 ,无 H2 和 O2 产生, pH 几乎不变.但象 CuCl2 变大 C电解过程中 , 只产生 H2 , pH 变大.D电解过程中 , 只产生 O2 , pH 变小.（5） ） 惰性电极电解电解质水溶液的规律电解质分类：1） 电解水型： 含氧酸（ H2SO4、HNO3 等）,强碱（ NaOH、KOH 等）,活泼金属含氧酸盐（ Na2SO4、KNO3 等）2） 电解电解质型： 无氧酸（ HCl、HBr 等,但 HF
30、除外）,不活泼金属的无氧酸盐（ CuC2l 等,氟化物除外）3） 放氢生碱型： 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl、KBr 等,但氟化物除外）质型总反应式： 2HCl电解电解H2 + Cl2CuCl2阴极： Cu +2e =Cu阳极 : 2Cl-2e-=Cl22+-不变加 CuCl2粉末总反应式： CuCl电解2Cu+ Cl 22碱型2NaCl+2H 2O电解2NaOH+H 2 + Cl2水放生型氧酸CuSO42+-阴极 : 2 Cu +4e =2Cu阳极 : 4OH- - 4e-=2H2O+O2电 解质 和水生成新电解质减小氧化铜总反应式：2CuSO4+2H2O电解2Cu+H2SO4+ O2电
31、解NaOH+-阴极 : 4H +4e =2H2水增大水型H SO24- 4e =2H O+O -22Na2SO4增大减小不变水阳极 : 4OH-总反应式：2H2O电解2H 2 + O24） 放氧生酸型： 不活泼金属的含氧酸盐（如 CuSO4、AgNO 等）类型实例电极反应电 解电解质pH电解质溶对象浓度液复原分电解解HCl+-阴极： 2H +2e =H2阳极 : 2Cl- - 2e-=Cl2电 解质减小增大通 HCl气体放H2NaCl阴极 : 2H+-=H2电+2e解生成新增大通 HCl气生成阳极 : 2Cl- -2e-=Cl总反应式：质 和电解质体可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2、电解原理的应用（1） ） 电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气（氯碱工业）电极反应见上表.（2） ） 电镀： 应用电解原理在某些