1、第六章 化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化一、化学反应与热能（一）常见的吸、放热反应1、放热反应：（1）定义：释放热量的化学反应称为放热反应（2）常见的放热反应：所有的燃烧反应和缓慢氧化反应、所有的酸碱中和反应、大多数化合反应、铝热反应、活泼金属与水或酸的反应2、吸热反应：（1）定义：吸收热量的化学反应成为吸热反应（2）常见的吸热反应：大多数的分解反应、C+CO22CO、C+H2O(g)CO+H2Ba(OH)28H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3H2O+8H2O、NaHCO3+HCl=H2O+CO2+NaCl注：吸热反应和放热反应均是化学反应。NaOH固体溶于水、浓硫酸的稀释，属
2、于放热过程，不属于放热反应；NH4NO3固体溶于水，升华、蒸发等属于吸热过程，不属于吸热反应。 需要加热的反应不一定是吸热反应在可逆反应中，如果正反应为吸热，则逆反应为放热（二）化学反应中能量变化的原因1、微观：化学键的断裂与形成反应物断键吸收能量 生成物成键释放能量 吸收能量吸热反应反应物断键吸收能量 生成物的总能量放热反应反应物的总能量生成物的总能量吸热反应3、吸热反应和放热反应的判断方法（1）根据反应物和生成物的总能量大小判断（2）根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断（3）根据经验判断常见的吸放热反应（4）根据生成物和反应物的相对稳定性判断由稳定的物质（能量低）生成不稳定的物质（能
3、量高）的反应为吸热反应，反之为放热反应（三）人类对能源的利用及能源现状1、人类对化学反应中热能的利用燃烧（1）发现：始于火的发现（2）早期：以树枝杂草为主要能源（3）现代：以煤、石油和天然气为主要能源2、利用最多的化石燃料面临的两个亟待解决的问题（1）能源短缺问题日益突出（2）燃烧排放的粉尘、SO2、NOX、CO等造成了大气污染。3、节能减排，寻找清洁的新能源（1）节能：主要是充分有效地利用资源。如在燃料利用的过程中，节能的主要环节有两个：一是燃料燃烧阶段，提高燃料的燃烧效率；二是能量利用阶段，提高能源利用率（2）理想新能源应具有资源丰富、可以再生、对环境无污染的特点。如太阳能、氢能、风能、地
4、热能、海洋能4、能源分类：标准分类定义举例按转换过程分一次能源从自然界直接取得的自然资源煤、石油、天然气等化石燃料，水能、风能、生物质能、太阳能等二次能源一次能源经过加工转换后获得的能源各种石油制品、煤气、蒸气、电力、氢能、沼气按性质分可再生能源可持续利用的一次能源风能、水能、生物质能、太阳能、潮汐能等不可再生能源经过亿万年形成的短期内无法恢复的能源石油、煤、天然气等化石燃料、核能等按利用历史分常规能源在一定历史时期和科学技术水平下，已被人们广泛利用的能源煤、石油、天然气、水能等新能源随着科技的不断发展，才开始被人类采用先进的方法加以利用的古老能源以及新发展的被人类利用先进技术所获得的能源地热
5、能、氢能、核能、风能、太阳能、海洋能和生物质能等二、化学反应与电能（一）化学能转化为电能的两种方式方式转化过程优、缺点火力发电化学能热能机械能电能过程长、低效、污染原电池化学能电能过程短、高效、清洁（二）原电池1、定义：将化学能转化能电能的装置注：原电池中的化学能并非全部转化为电能，有一部分转化成热能等其他形式的能量2、本质：氧化还原反应3、工作原理：以铜-锌，稀硫酸原电池为例 电极：Zn负极，Cu正极 工作原理：负极失电子发生氧化反应电子通过导线流向正极正极离子得电子发生还原反应溶液中：阴离子负极，阳离子正极外电路电子导电，内电路离子导电 图中电极反应： 总反应： Zn+2H+=Zn2+H2
6、注：电子只能在两极和外电路中流动，不可能进入溶液中。即“电子不下水，离子不上岸”溶液中是由电解质溶液中的阴阳离子定向移动形成闭合回路的4、构成条件：两极一液一连线，氧化还原是条件（1）两个能导电的电极正极和负极：两极的构成情况：活泼性不同的两种金属 金属和非金属 金属和化合物 惰性电极：Pt、C注：1、很活泼的金属单质一般不作原电池的负极，如：K、Ca、Na等2、有些原电池的两极活泼性相同，如燃料电池（2）要有电解质溶液或熔融的电解质电解质溶液的情况：电解质溶液一般要能够与负极发生反应电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如：O2）（3）形成闭合回路的情况：导线相连 电极直接接触（4）氧
7、化还原反应：氧化还原反应是自发进行的，但自发进行的氧化还原反应不一定都能设计成原电池5、能否构成原电池的判断四看（1）看电极两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）（2）看溶液两极插入电解质溶液中（3）看回路形成闭合回路或两极直接接触（4）看本质有无自发的氧化还原反应发生6、正负极的判断方法：（1）电极反应：负极氧化反应，正极还原反应（2）电子或电流的流向：电子：负正；电流：正负（3）离子流向：阳离子正极，阴离子负极；即“正向正，负向负”（4）电极材料：活泼金属作负极；不活泼金属、金属氧化物、非金属作正极注：不能简单的依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况（5）其他：质量
8、增加正极，质量减少负极，气体正极，pH正极7、电极反应式的书写（1）分析电极反应：负极氧化产物，正极还原产物（2）注意电解质溶液环境：电极产物在电解质溶液中应稳定存在碱性介质中，若生成H+，结合OH-H2O酸性介质中，若生成OH-,结合H+H2O碱性介质中，若生成CO2，结合OH-CO32-碱性介质中，若生成金属阳离子，则可能会结合OH-沉淀M(OH)n（3）遵守三大守恒：质量守恒、电荷守恒、转移电子守恒（4）两极反应式叠加得总反应式，总反应式减去其中一个电极反应式，可得另一个电极的反应式（5）规律：一般来说，金属作负极的原电池，根据不同的电解质，可以写出不同的电极反应：负极：酸性或中性介质中
9、：Mne-=Mn+ 碱性介质中：Mne-+nOH-=M(OH)n正极：酸性介质中：2H+2e-=H2 阳离子与金属反应的电解质中：NX+xe-=N 阳离子不与金属反应的电解质中：O2+4e-+2H2O=4OH-特殊：铝镁氢氧化钠电解质，铝铜或铁铜浓硝酸电解质注：电极反应式中若有气体生成，需加“”；若有固体生成，一般不标“”8、原电池的设计（1）先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应（2）根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应，找出正负极材料及电解质溶液（3）按要求画出原电池装置图9、原电池的应用（1）形成原电池，可以加快氧化还原反应的反应的速率 （2）通过原电池的电极，可以比较金属活泼性强弱
10、 （3）设计化学电源 （4）保护金属设备：被保护金属作正极（三）常见的化学电源1、分类：（1）一次电池：又叫干电池，活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了，即放电后不能充电（内部的氧化还原反应是不可逆）。（2）二次电池：又称充电电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。即它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（一般通过充电器将交流电转变为直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现将化学能转变为电能（放电），再由电能转变为化学能（充电）的循环。（3）燃料电池：是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。2、一次电池电池中电解质溶
11、液制成胶状，不流动，也叫干电池。常见的一次电池主要有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池和锂电池等举例：普通锌锰干电池（1）电极材料及电极反应：负极：锌筒 Zn-2e-=Zn2+ 正极：石墨 2NH4+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+2NH3+Mn2O3+H2O（2）电解质：MnO2、NH4Cl、ZnCl2、淀粉等调成糊状（3）缺点：新电池会自动放电，锌皮腐蚀逐渐变薄、放电后电压下降较快、电量小、易气胀或漏液、存放时间缩短不易长时间连续使用（4）优点：制作简单，价格便宜3、二次电池（可充电电池）举例：铅酸蓄电池（1）电极材料：
12、负极：Pb 正极：PbO2 电解质：H2SO4（2）电极反应式：负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极：PbO2+4H+2e-+SO42-=PbSO4+2H2O 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（3）工作特点：电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉；但比能量低，笨重，废弃电池污染环境4、燃料电池（1）工作原理连续将氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体燃料和氧化剂的化学能转换为电能。电极本身不包含活性物质，不参与氧化还原反应。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断被排除（2）特点：燃料电池中，燃料（还原性气体等）作负极，
13、发生氧化反应，氧化剂（通常为氧气）作正极发生还原反应燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料与氧化剂之间的直接燃烧，而是在两极之间发生了放电，将化学能转化为电能燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池则是平稳的氧化还原反应燃料直接燃烧时，大量的热能释放到空气中，利用率低；燃料电池工作时，能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置燃料电池的反应物并不储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂（3）燃料电池与一般化学电池的区别一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包含活
14、性物质，只是一个催化转化元件。它工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能（4）优点燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程（能量转化率仅30%多），可以持续使用，噪音低，不污染环境。既有利于节约能源，又绿色环保，具有广阔的发展前景（5）种类氢氧燃料电池电解质酸性中性碱性负极反应H2-2e-=2H+H2-2e-=2H+H2-2e-+2OH-=2H2O正极反应O2+4e-+4H+=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-O2+4e+2H2O=4OH-总反应2H2+O2=2H2O甲烷燃料电池电解质H2SO4KOH负极反应CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极反应O2+4e-+4H+=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-总反应CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O（6）燃料电池中常见正极反应式的书写在酸性溶液中：O2+4e-+4H+=2H2O在碱性或中性溶液中：O2+4e-+2H2O=4OH-注：燃料电池的总反应就是各种物质的燃烧反应，但不写反应条件
