高一化学《化学反应与能量变化》

第4讲化学反应与能量变化4.1 化学能与热能知识点睛一、化学反应与能量变化1．物质中原子之间是通过化学键相结合的。

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，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正是化学反应中能量变化的主要原因。

2．不同物质的组成不同，结构不同，所含的化学键也不同。

在化学反应中，随着物质的变化，既有反应物中化学键的断裂，又有生成物中化学键的形成，化学能也随之而改变。

【注意】断开和形成1mol化学键吸收和放出的能量数值相等；物质发生化学反应与体系的能量变化是同时发生的，只要有化学反应就一定有能量变化。

3．两条基本的自然定律质量守恒定律：参加化学反应的反应物的总质量等于反应后生成物的总质量。

能量守恒定律：一种形式的能量转化为另一种形式的能量，体系包含的总能量不变。

二、化学能与热能的相互转化1．吸热反应、放热反应如果将反应物具有的总能量定为E反，生成物具有的总能量定为E生，则：若E反＞E生，则反应放出热量，通常称为放热反应；若E反＜E生，则反应吸收热量，通常称为吸热反应。

【注意】各种物质都存在化学能，不同物质所含的化学能不同。

2．常见的放热反应：①绝大多数化合反应是放热反应；②所有的燃烧反应都是放热反应；③酸碱中和反应是放热反应；④活泼金属与水或酸的反应；⑤铝热反应。

【备注】绝大多数自发的氧化还原反应都是放热反应。

3．常见的吸热反应：①大多数分解反应；②Ba(OH)2·8H2O固体与NH4Cl固体反应；③以C、H2、CO等为还原剂的反应，如C+CO2高温2CO。

【注意】一个化学反应是吸热反应还是放热反应与是否加热无关。

例如：氢氧化钡与氯化铵的反应是吸热反应但不需要加热，碳酸钙分解是吸热反应需要加热，白磷在空气中能自燃是放热反应，氢气在空气中燃烧需要点燃但是放热反应。

4．中和热（1）酸与碱发生中和反应，生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。

（2）一般情况下，中和热的数值是57.3kJ/mol。

可以通过实验测定（选修4中进行讲解）。

【注意】①中和热定义中的酸碱一般是稀的强酸和强碱溶液（浓H2SO4，NaOH固体遇水放热，弱酸或弱碱电离吸热）。

②反应中必须只是简单的中和，不能有别的物质产生（如沉淀等）。

③必须是生成1molH2O时放出的热量，才能称为中和热。

例题精讲考点1：化学反应与能量变化专题【例1】关于放热反应A＋B===C＋D，以下说法正确的是（）(E A、E B、E C、E D分别代表A、B、C、D所具有的能量)A．E A＞E B B．E A＞E C＋E DC．E A＋E B＞E C＋E D D．E A＋E B＜E C＋E D【答案】C【例2】下列对于化学键与化学反应中能量变化的关系叙述正确的是（）A．物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要放出能量B．物质发生化学反应时，形成生成物中的化学键要吸收能量C．断开1molC-H键要放出415kJ能量，那么断开1 molCH4中所有C-H键则要放出4mol×415kJ/mol=1660 kJD．化学键的断裂和形成是化学反应中的能量变化的主要原因【答案】D【例3】在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下图（1）若E1＞E2，反应体系的总能量（填“升高”、“降低”），为（填“吸热”、“放热”）反应，其原因是。

（2）若E1<E2，反应体系的总能量(填“升高”、“降低”)，为(填“吸热”、“放热”)反应，其原因是。

【答案】（1）降低；放热；反应物的部分能量转化为热能释放（2）升高；吸热；反应物从体系外(环境)吸收能量【例4】在相同温度和压强下，将32g硫分别在纯氧和空气中完全燃烧，设前者释放的能量为Q1，后者释放的能量为Q2，则关于Q1和Q2的相对大小正确的是（）A ．Q 1=Q 2B ．Q 1＞Q 2C ．Q 1＜Q 2D ．无法判断【答案】A【例5】在25℃，101kPa 下，1mol 的白磷（化学式为4P ）完全燃烧放出的热量比4mol 的红磷（化学式为P ）完全燃烧放出的热量多。

反应方程式分别为：()()()42410P s 5O g P O s +=；()()()24104P s +5O g =P O s ，由此判断，下列说法正确的是（ ） A ．由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷高 B ．由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷低 C ．由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷高 D ．由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷低【答案】D【例6】 下列反应既属于氧化还原反应，又是吸热反应的是（ ）A ．锌粒与稀硫酸的反应B ．灼热的木炭与CO 2反应C ．甲烷在氧气中的燃烧反应D ．Ba(OH)2·8H 2O 晶体与NH 4Cl 晶体的反应【答案】B【例7】下列说法中正确的是（ ）[多选]A ．1molH 2SO 4与1molBa(OH)2完全中和所放出的热量为中和热B ．中和反应都是放热反应C ．氢气燃烧放出大量的热，说明参加反应的氢气和氧气总能量比生成物水的总能量高D ．CO 燃烧是吸热反应【答案】BC化学能除了能转化为热能，还能转化为其他能量，如电能、光能等。

火力发电站就是将化学能通过一系列的能量转化，最终转化为电能。

燃烧蒸汽发电机化学能热能机械能电能−−−→−−−→−−−→上述能量的转化过程中，能量的利用率较低。

化学能能否直接转化为电能？是人们想要实现的问题。

通过科学家们的努力，这个想法终于实现了——发明了原电池。

一、 原电池1．原电池工作原理（以铜——锌原电池为例） （1）现象锌极逐渐溶解，铜电极上有气泡冒出，电流计的指针发生偏转。

（2）电子、电流的方向知识点睛4.2 化学能与电能电子从锌极流出，经过导线流向铜极； 电流从铜极经过导线流向锌极。

（3）原电池的电极负极：失去电子，电子流出（流向正极），发生氧化反应的一极。

正极：得到电子，电子流入（来自负极），发生还原反应的一极。

（4）电解质溶液内部离子的流向阳离子流向正极，阴离子流向负极。

（5）电极反应式负极： 2Zn 2e Zn -+-=正极： 22H 2e H +-+=↑电池总反应式： 22Zn 2H Zn H +++=+↑2．原电池的定义将化学能直接转变为电能的装置叫做原电池。

化学能−−−−−→氧化还原反应直接电能 化学电池反应的本质：氧化还原反应。

3．原电池的形成条件①活泼性不同的两个电极（金属或碳棒）；②电极需插在电解质溶液中，且必须形成闭合回路； ③必须发生氧化还原反应。

【总结】2+Zn 2e =Zn --氧化反应+22H +2e =H -⎧⎪⎨⎪⎩↑还原反应【注意】①电极：负极失电子，发生氧化反应，正极得电子，发生还原反应。

②电子：从负极经导线流向正极。

③电流：从正极流向负极。

④质量：一般负极质量减小，正极质量增加或不变。

⑤pH 值：根据具体原电池判断，以（Cu —Zn 、稀硫酸组成的原电池）为例，负极周围pH 值不变，正极周围pH 值升高，整个溶液的pH 值升高。

⑥电极反应式：电极反应式中若有气体生成，需要加“↑”；若有析出物，一般不加“↓”。

4．原电池电极判断依据（1）根据组成原电池的两极材料判断。

一般情况下是活泼性强的金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

（2）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（在导线上）。

（3）根据电解质溶液内离子的定向流动方向判断。

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的一极是正极，阴离子移向的一极是负极。

（4）根据原电池两极发生的反应类型来判断。

原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。

（5）根据原电池两极的现象判断。

一般情况下，溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。

（6）特殊情况的判断。

有些特殊情况要考虑电极与电解质溶液的反应。

例如，镁、铝与NaOH 溶液构成的原电池中铝作负极；铁、铜与浓硝酸构成的原电池中铜做负极。

5．电极反应式的书写（初步学会，在选修4中会详细讲解） （1）写出总的化学反应方程式；（2）根据总的化学反应方程式按照电子得失情况，分成氧化反应和还原反应； （3）失电子一极为负极，得电子一极为正极，注意电解质溶液参加的反应；（4）总的化学反应式是正、负极电极反应相加的结果，反过来也可以相减，得出电极反应式。

电极反应遵循质量守恒、电荷守恒及正、负极得失电子数相等的规律。

【归纳总结】原电池的应用① 可以判断金属的活泼性，一般较活泼的金属(负极)会逐渐溶解、较不活泼的金属(正极)会有气 泡冒出或者有金属析出；② 根据原电池反应可以利用某氧化还原反应来设计原电池； ③ 原电池会加快化学反应速率; ④ 对金属实行有效保护。

二、 其它电池1. 干电池(一次电池)干电池是用筒形锌外壳做负极，正极材料是碳棒，电解质是 MnO 2、NH 4Cl 、ZnCl 2组成的糊状物。

其电极反应式为：负极：2Zn 2e Zn -+-=正极： 4322NH 2e 2NH H +-+=↑+↑产生的NH 3和Zn 2+作用：Zn 2++4NH 3 = [ Zn(NH 3)4]2+ 产生的H 2和MnO 2作用：H 2+2MnO 2 = Mn 2O 3+H 2O 总反应式为：2Zn+4MnO 2+4NH 4Cl= [Zn(NH 3)4]Cl 2+ ZnCl 2+2Mn 2O 3+2H 2O电池中MnO 2的作用是将正极上NH 4+还原生成的H 2氧化成为水，以免产生H 2附在石墨表面而增加电池内阻。

由于反应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软。

为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质NH 4Cl 换成湿的KOH ，并在构造上做了改进，制成了碱性锌锰电池。

2. 充电电池（铅蓄电池）正极为PbO 2，负极为Pb ，电解质溶液是稀硫酸，目前汽 车上使用的大多仍是铅蓄电池。

负极：244Pb + SO 2e PbSO ---= (氧化反应) 正极：22442PbO 2e +4H + SO PbSO + 2H O -+-+=(还原反应) 总反应式：22442PbO Pb+2H SO 2PbSO +2H O +放电充电3. 燃料电池燃料电池主要有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池。

电解质溶液可以为酸性、中性或碱性。

（1）氢氧燃料电池氢氧燃料电池以氢气为燃料，产物为H 2O 。

例如：H 2-KOH-O 2构成氢氧燃料电池，其电极反应式为：负极：222H 4e 4OH 4H O ---+=正极：22O 4e +2H O 4OH --+=总反应式为：2222H O 2H O +=（2）甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH 溶液作电解质溶液。