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第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化
章末復(fù)習(xí)
化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)：
舊鍵的斷裂（吸收能量）和新鍵的形成（釋放能量）
斷裂舊化學(xué)鍵吸收的總能量＜形成新化學(xué)鍵釋放的總能量
斷裂舊化學(xué)鍵吸收的總能量＞形成新化學(xué)鍵釋放的總能量
放熱反應(yīng)
吸熱反應(yīng)
一、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
Q > 0，表示吸熱；Q < 0，表示放熱
Q＝Σ反應(yīng)物鍵能－Σ反應(yīng)產(chǎn)物鍵能
注意：
①強酸與強堿的中和熱數(shù)值：57.3kJ/mol
（注意：弱電解質(zhì)電離吸熱）
②稀溶液（注意：濃硫酸稀釋放熱）
③生成1mol水（無其他難溶物生成）
（中和反應(yīng)的實質(zhì)是H+和OH—化合生成 H2O，若反應(yīng)過程中有難溶物生成，這部分沉淀生成熱會影響反應(yīng)熱的數(shù)值。）
大量實驗測得，25 ℃和101 kPa下，強酸和強堿稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol水時，放出57.3 kJ的熱量。
中和熱
二、化學(xué)反應(yīng)的焓變
等壓條件下，反應(yīng)熱等于焓變。
Δ H ＝H（反應(yīng)產(chǎn)物）－ H（反應(yīng)物）
放熱反應(yīng)
ΔH＜0（負(fù)值）
焓(H)
反應(yīng)物
生成物
吸熱反應(yīng)
ΔH＞0（正值）
焓(H)
生成物
反應(yīng)物
反應(yīng)體系對環(huán)境放熱，其焓減小
反應(yīng)體系從環(huán)境吸熱，其焓增加
三、熱化學(xué)方程式
既表示物質(zhì)變化又能表示反應(yīng)的焓變
書寫要求
1. 在反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)式后面用括號注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)
2. ΔH的單位是J·mol－1或kJ·mol－1。
3. 根據(jù)焓的性質(zhì)，若化學(xué)方程式中各物質(zhì)化學(xué)式前的系數(shù)加倍，則ΔH數(shù)值的絕對值也加倍；若反應(yīng)逆向進(jìn)行，則ΔH改變符號，但數(shù)值的絕對值不變
4. 指明反應(yīng)的溫度和壓強。若不特別說明，反應(yīng)溫度為298 K，壓強為101 kPa。
5.注意熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)式前面的化學(xué)計量數(shù)僅表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量，并不表示物質(zhì)的分子數(shù)或原子數(shù)，因此化學(xué)計量數(shù)可以是整數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)。
6.熱化學(xué)方程式一般不寫點燃、加熱、高溫等反應(yīng)條件。由于已經(jīng)注明了物質(zhì)的聚集狀態(tài)，所以在熱化學(xué)方程式中不再用“↑”“↓”來標(biāo)記氣體反應(yīng)產(chǎn)物和難溶反應(yīng)產(chǎn)物。
四、蓋斯定律
化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。
(1)定：確定待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。
(2)找：找出待求熱化學(xué)方程式中只在已知化學(xué)方程式中出現(xiàn)一次的物質(zhì)。
(3)調(diào)：依據(jù)該物質(zhì)調(diào)整已知化學(xué)方程式的方向(同側(cè)相加，異側(cè)相減)和化學(xué)計量數(shù)，每個已知化學(xué)方程式只能調(diào)整一次。
(4)算：ΔH與化學(xué)方程式一一對應(yīng)調(diào)整和運算。
①熱化學(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)同乘以某一數(shù)時，反應(yīng)熱數(shù)值也必須乘以該數(shù)；
②熱化學(xué)方程式相加減時，同種物質(zhì)之間可相加減，反應(yīng)熱也隨之相加減；
③將一個熱化學(xué)方程式顛倒時， H的數(shù)值不變，但“+”、“-”號必須隨之改變；
④若熱化學(xué)方程式相減，最好能先把被減方程式進(jìn)行顛倒，然后相加，更不易出錯。
應(yīng)用蓋斯定律計算反應(yīng)熱應(yīng)注意：
五、摩爾燃燒焓
1. 定義：在101kPa時，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的物質(zhì)時的焓變。
①N → N2(g) ② C→CO2(g)
③ S →SO2(g) ④H→H2O(l)
可燃物完全燃燒產(chǎn)生的熱量為Q放=n(可燃物)× ΔH，
這里的ΔH是可燃物的摩爾燃燒焓
六、原電池的工作原理
陰離子移向
負(fù)極
正極
e-
電解質(zhì)溶液
陽離子移向
I
1.電子流向：原電池中電子由負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極；兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等。
3.離子移動方向：溶液中的陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。
2.電流方向：電流方向與電子流向恰好相反，即由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極。
鹽橋在原電池裝置中的作用是
形成閉合回路，平衡電荷，產(chǎn)生穩(wěn)定電流
原電池中正、負(fù)極的判斷
判斷依據(jù) 負(fù)極 正極
電子流動方向 電子流出 電子流入
離子導(dǎo)體中陰、陽離子定向移動的方向 陰離子移向的電極 陽離子移向的電極
電流方向 電流流入極 電流流出極
兩極發(fā)生的反應(yīng) 失電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 得電子，發(fā)生還原反應(yīng)
電極材料 活動性較強的金屬 活動性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬
七、原電池工作原理的應(yīng)用
1.加快化學(xué)反應(yīng)速率
2.比較金屬的活動性強弱
3.設(shè)計原電池
設(shè)計原電池的一般思路
首先將氧化還原反應(yīng)拆分成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)。
其次確定正、負(fù)極選擇電極材料，還原劑(一般為比較活潑的金屬)為負(fù)極，比較不活潑的金屬或惰性電極為正極。
最后用導(dǎo)線連接兩個電極并插入電解質(zhì)溶液形成閉合回路，如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進(jìn)行，中間應(yīng)用鹽橋連接。
八、化學(xué)電源
1.概念：化學(xué)電源是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實用裝置。
2.化學(xué)電源的分類
一次電池
可充電電池(二次電池)
燃料電池
化學(xué)電源
可反復(fù)充電和放電，充電時是一個電解池；放電時是一個原電池
能量利用率高，可連續(xù)使用，污染輕
只能放電，不能充電
化學(xué)電源也可按其電解質(zhì)性質(zhì)分為中性電池、酸性電池、堿性電池。
（1）鋅錳干電池
電池反應(yīng)：
負(fù)極：
正極：
Zn－2e－===Zn2＋
電池反應(yīng)：
負(fù)極：
正極：
Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
Zn＋2＋2MnO2===Mn2O3＋2NH3＋Zn2＋＋H2O
2MnO2＋2＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
二氧化錳和石墨
鋅粉和
氫氧化鉀
（2）鉛蓄電池
鉛酸蓄電池是最常見的二次電池,其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個過程。
①放電過程的電極反應(yīng)、總反應(yīng):
負(fù)極:　 ;
正極:　 ;
總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。
②充電過程的電極反應(yīng)、總反應(yīng):
陰極:　　　　　　　　　　　 　(還原反應(yīng));
陽極:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(氧化反應(yīng));
總反應(yīng):2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4。
放電過程中，負(fù)極的質(zhì)量增大，稀H2SO4的濃度減小。
充電時，陽極與直流電源正極相連，陰極與直流電源負(fù)極相連
同一電極
同一電極
外接電源正極
外接電源負(fù)極
還原反應(yīng)：陰極
氧化反應(yīng)：陽極
充電
可充電電池
放電
負(fù)極：氧化反應(yīng)
正極：還原反應(yīng)
（3）燃料電池
燃料電池負(fù)極一般通入燃料（如H2、CH4、CH3OH、CH3CH2OH等），正極一般通入氧化劑（如O2）。實現(xiàn)一個相當(dāng)于燃燒反應(yīng)的電池反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
燃料電池電極反應(yīng)式書寫的方法
第一步：寫出燃料電池的總反應(yīng)式
燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)，則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。
第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式
正極反應(yīng)物一般為氧氣得電子，介質(zhì)不同時其電極反應(yīng)式有所不同，如：
酸性電解質(zhì)溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
堿性電解質(zhì)溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)：O2＋4e－===2O2－；
熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－=== 。
第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式，寫出負(fù)極反應(yīng)式。電池反應(yīng)的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負(fù)極反應(yīng)式。因為O2不是負(fù)極反應(yīng)物，因此兩個反應(yīng)式相減時要徹底消除O2。
九、電解原理
電解:讓直流電通過電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)，在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)（陽極）和還原反應(yīng)（陰極）的過程。
1、定義
2.電解池
(1)定義：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。
(2)組成：
與電源相連的兩個電極
電解質(zhì)溶液或熔化的電解質(zhì)
形成閉合回路
外加直流電源
A
(3)電極名稱與電極反應(yīng)：
陽極：與電源____相連，溶液中______移向此極，____電子，發(fā)生______反應(yīng)。
陰極：與電源____相連，溶液中______移向此極，____電子，發(fā)生_____反應(yīng)。
正極
陰離子
失去
氧化
負(fù)極
陽離子
得到
還原
(4)電子流向：
電源____極→導(dǎo)線→電解池的___極；電解池的___極→導(dǎo)線→電源的___極。
負(fù)
陰
正
陽
2.電解池
原電池 電解池
能量轉(zhuǎn)換
構(gòu)成條件
電極材料
電極反應(yīng)
電子導(dǎo)體
離子導(dǎo)體
電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體
無電源
有直流電源
負(fù)極→正極
電源負(fù)極→陰極；
陽極→電源正極。
陽離子向正極遷移，
陰離子向負(fù)極遷移。
陽離子向陰極遷移，
陰離子向陽極遷移。
化學(xué)能→電能
電能→化學(xué)能
發(fā)生氧化還原反應(yīng)
正極
負(fù)極
陽極
陰極
[原電池和電解池的比較]
十、離子放電順序
離子在電極表面得到或失去電子的過程也叫作“放電”。當(dāng)電解質(zhì)溶液中存在多種陽離子或陰離子時，離子在電極上放電的順序是存在某種規(guī)律的。
（1）陰極放電順序（氧化性）
Ag+>Hg2+> Fe3+> Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ >H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+ >Ca2+>K+
濃度大
濃度小
（2）陽極放電順序
活性金屬電極
>S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞非還原性含氧酸根>F-
（還原性）
十一、電解類型
總反應(yīng)：CuCl2===Cu + Cl2↑
電解
陽極：2Cl－-2e－===Cl2↑
陰極：Cu2++2e－===Cu
CuCl2
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞其它
S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞ OH－ ＞非還原性含氧酸根
1.電解電解質(zhì)型：
電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電。
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞其它
S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞ OH－ ＞非還原性含氧酸根
2.電解水型：
水電離出的H+、OH－分別在兩極放電。
陰極：2H2O+2e－===H2↑+2OH－
陽極：H2O－2e－=== O2↑+2H+
總反應(yīng)：2H2O===2H2↑+ O2↑
電解
NaOH
NaCl
陰極：2H2O+2e－===H2↑+2OH－
陽極：2Cl－-2e－===Cl2↑
總反應(yīng)：2NaCl+2H2O===Cl2↑+H2↑+2NaOH
電解
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞其它
S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞ OH－ ＞非還原性含氧酸根
①放氫生堿型：電解質(zhì)電離的陰離子在陽極放電，水電離的陽離子在陰極放電。
2.電解電解質(zhì)+水型：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞其它
S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞ OH－ ＞非還原性含氧酸根
②放氧生酸型：
電解質(zhì)電離的陽離子在陰極放電，水電離的陰離子在陽極放電。
CuSO4
陽極：H2O－2e－=== O2↑+2H+
陰極：
總反應(yīng)：2CuSO4 +2H2O===2Cu+2H2SO4+O2↑
電解
Cu2++2e－===Cu
十二、電解池電極反應(yīng)式的書寫
判斷陰、陽極
分析電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)的組成
確定陰極、陽極上的放電物質(zhì)及放電順序
分析電極反應(yīng)，判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式
最后寫出總反應(yīng)方程式
原子守恒
電荷守恒
十三、電解原理的應(yīng)用
1.電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣
2NaCl＋2H2O ==== 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
通電
2.銅的電解精煉
十三、電解原理的應(yīng)用
Cu(粗銅) －2e－===Cu2＋
Cu2＋ +2e－=== Cu(精銅)
Ag、Pt 、Au等金屬沉積在池底形成陽極泥
陰極：
陽極：
Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
Ni－2e－===Ni2＋
十三、電解原理的應(yīng)用
3.電鍍
電鍍池
電鍍液：
含有鍍層金屬離子的鹽溶液
陽 極：
鍍層金屬
(與直流電源正極相連)
陰 極：
鍍件
(與直流電源負(fù)極相連)
十三、電解原理的應(yīng)用
4.冶煉活潑金屬
2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑
十四、金屬的腐蝕
金屬腐蝕的本質(zhì)：金屬原子失去電子，被氧化。
M - ne- = Mn+
化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕
條件
現(xiàn)象
本質(zhì)
影響 因素
聯(lián)系
金屬跟干燥氣體或非電解質(zhì)液體直接接觸
不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸
無電流產(chǎn)生
有微弱電流產(chǎn)生
金屬被氧化
較活潑金屬被氧化
與接觸物質(zhì)的氧化性及溫度有關(guān)
與電解質(zhì)溶液的酸堿性及金屬活性有關(guān)
兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍
條件 水膜呈弱酸性、中性或堿性
負(fù)極反應(yīng)
正極反應(yīng)
總反應(yīng)式
生成鐵銹的反應(yīng)
Fe - 2e- === Fe2+
O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-
2Fe + O2 + 2H2O === 2Fe(OH)2
2 Fe(OH)3 =Fe2O3 · xH2O+（3-x）H2O
4Fe(OH)2+2H2O+O2 = 4Fe(OH)3
吸氧腐蝕
析氫腐蝕
條件 水膜呈較強酸性
負(fù)極反應(yīng)
正極反應(yīng)
總反應(yīng)式
Fe - 2e- === Fe2+
2H+ + 2e- === H2↑
Fe + 2H+ === Fe2+ + H2↑
通常兩種腐蝕同時存在，但吸氧腐蝕更普遍
1.兩極材料：活潑性差別越大，活潑金屬被腐蝕的速度越快。
2.電解質(zhì)溶液相同時，金屬腐蝕由快到慢：電解池陽極腐蝕>原電池負(fù)極腐蝕>化學(xué)腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極
3.相同濃度的不同介質(zhì)：在強電解質(zhì)中>弱電解質(zhì)中>非電解質(zhì)中
4.金屬防腐措施由好到壞：外加電流的陰極保護法>犧牲陽極的陰極保護法>有一般防腐措施保護>無防腐措施保護
5.同一種電解質(zhì)溶液，濃度越大，腐蝕速率越快。
注意：在鋼鐵的腐蝕過程中，其電化學(xué)腐蝕更嚴(yán)重，在電化學(xué)腐蝕中，吸氧腐蝕更普遍。
金屬腐蝕快慢的規(guī)律
十五、金屬的防護
①改變金屬材料的組成
②在金屬表面覆蓋保護層
③電化學(xué)保護法
1.犧牲陽極保護法——原電池
2.外加電流陰極保護法——電解池

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