第六章 化学反应与能量【知识清单】-2022-2023学年高一化学单元复习（人教版2019必修第二册）

第六章 化学反应与能量

考点1  化学反应与热能

一.化学反应与热能的转化

化石燃料燃烧会放出大量的热，除了燃烧，其它化学反应也伴随着放热或吸热现象。

1.两条基本规律

质量守恒定律：  化学反应前后物质的总质量保持不变。   

能量守恒定律：  一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途经和能量的形式不同，

  但是体系包含的总能量不变。     

2.化学反应 一定 伴随有能量的变化，化学反应中能量变化主要表现为  热量  的变化，吸热或放热。

3.化学能与热能的实验探究

4.放热反应和吸热反应

化学上把释放热量的化学反应称为放热反应，吸收热量的化学反应称为吸热反应。

(1)常见的放热反应：

①所有的燃烧反应； 

②大多数的化合反应；(CO2+C2CO为吸热反应)

③酸碱中和反应； 

④金属与酸或水反应置换出氢气；  

⑤缓慢的氧化反应。

(2)常见的吸热反应：

①大多数的分解反应；

②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；

③以C、CO、H2为还原剂一些高温反应：CO2+C2CO ；C+H2OCO+H2

④盐类的水解

【注意】

有热量放出未必是放热反应，放热反应和吸热反应必须是化学变化。

反应条件与热量变化没有必然的关系，既需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。

二.化学反应中能量变化的原因

1.化学键与化学反应中能量变化的关系 

（1）化学键与能量的关系

化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用，断开反应物中的化学键需要  吸收  能量，形成生成物中的化学键要   释放  能量。

（2）键能： 标况下，将1mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量，单位（KJ·mol-1）                                                        

氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下，氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开，氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。

         则：吸收总能量为：  436+243=679KJ         

         释放总能量为：  431×2=862KJ           

         反应中放出的热量：  862-679=183KJ      

这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。

（3）化学键与化学反应中能量变化的关系

断开化学键要 吸收  能量，形成化学键要 释放 能量；  化学键的变化  是化学反应中能量变化的主要原因。

能量是守恒的，化学反应中的能量变化通常表现为  热量 的变化。

2.从物质储存化学能的角度理解化学反应过程中能量变化的关系   

（1）一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量，决定于    反应物总能量   和

   生成物总能量    相对大小。

（2）化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，吸热或者放热。吸热反应和放热反应与反应物和生成物总能量的关系如下： 

     吸热反应：反应物的总能量 小于 生成物的总能量

     放热反应：反应物的总能量 大于 生成物的总能量

（3）以能量为纵坐标，画出放热反应和吸热反应的简单示意图

放热反应                        吸热反应

三．人类对能源的利用

1．利用的三个阶段：

—树枝杂草

   ↓

—煤、石油、天然气

   ↓

—太阳能、氢能、核能、风能、地热能等

2．化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题

(1)一是其短期内不可再生，储量有限；

(2)二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。

3．在燃料利用过程中，节能的主要环节：

(1)燃料燃烧阶段——可通过改进锅炉的炉型和燃料空气比、清理积灰等方法提高燃料的燃烧效率；

(2)能量利用阶段——可通过使用节能灯，改进电动机的材料和结构，以及发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等措施促进能源循环利用，有效提高能量利用率。

4．新能源

(1)特点：资源丰富、__可以再生，对环境无污染__。

(2)人们比较关注的新能源：__太阳__能、__风__能、地热能、海洋能和__氢__能等。

考点2  化学反应与电能

一.化学能与电能的相互转化

1.火力发电的能量转化关系

      化学能    热能  机械能  电能 

火力发电的缺点：

①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。

②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。

③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。

2.原电池

原电池是一种    将化学能转化为电能的   装置。

【实验探究】

(1)原电池的电极

       负极：   发生氧化反应，电子流出（流向正极）的一极   

       正极：   发生还原反应，电子流入（来自负极）的一极   

(2)原电池的原理：

 原电池中电子的流动方向是从  负  极到  正  极；电流方向是从 正  极到 负  极。

根据铜锌原电池，填写下表：

总反应：________Zn+2H+=Zn2++H2↑___________

(3)组成原电池的条件：

①    自发进行的氧化还原反应           

②     活泼性不同的两个电极            

③       闭合回路                      

④    电解质溶液（熔融电解质）           

(4)原电池正、负极的判断

(5)原电池原理的应用

①比较金属活动性强弱。一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。

②金属的防护。使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。

③设计制作化学电源。化学能转化为电能。

④加快化学反应速率。自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。

原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。

3.原电池电极反应式的书写

(1)一般电极反应式的书写，以离子方程式形式表示。

①书写步骤

A.列物质，标得失：按照负极氧化反应，正极还原反应，判断电极反应物、生成物，标出电子得失。

B.看环境，配守恒：电极产物在电解质溶液的环境中应能稳定存在，如酸性介质中，OH－不能存在，应生成水；碱性介质中，H＋不能存在，应生成水；电极反应式同样要遵循电荷守恒、原子守恒、得失电子守恒。

C.两式加，验总式：正负极反应式相加，与总反应离子方程式验证。

②常见介质

(2)利用总反应式书写电极反应式

①根据总反应式，找出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物。

②确定介质的酸碱性或者其它特性。

③按照负极反应：还原剂-ne-=氧化产物

正极反应：氧化剂+ne-=还原产物，书写电极反应式。

④书写技巧：若某电极反应式较难写出时，可先写出较易写的电极反应式，然后根据得失电子守恒，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。

二．化学电源

1.一次电池——锌锰干电池

2.二次电池（充电电池）

（1）常见类型：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等；

（2）特点

放电：化学能转化为电能；

充电：电能转化为化学能。

放电时发生的氧化还原反应，在充电时逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。

3.燃料电池

一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置

特点：清洁、安全、高效；能量转化率可以达到80%以上；反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。

三.电池回收

废旧电池中含汞、镉、铅等重金属，随意丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。

考点3  化学反应的速率

一.化学反应速率

1.通常用化学反应速率来衡量化学反应进行的   快慢   ，化学反应速率可用单位时间内 反应物浓度的

减少量   或  生成物浓度的增加量  来表示。

表达式 v＝，式中各符号的表示意义： 

v——反应速率。

Δc——某一时间段浓度的变化量，单位：  mol/L    。

Δt——反应时间，单位：  min（分）  、   s（秒）  、    h（小时）   。

速率单位（常用）：    mol·L－1·min－1     、    mol·L－1·s－1   。

【注意】

应用化学反应速率需注意以下问题：

(1) 化学反应速率是标量，只有    数值    而没有    方向   ；

(2) 一般计算出来的化学反应速率是一段时间内的 平均  速率，不同时刻的化学反应速率是不相同的；

(3) 对于纯液体或固体物质，反应在其表面进行，它们的“浓度”  是 不  变的，因此一般 不能 用固体、纯液体表示化学反应速率；

(4) 对于同一化学反应，用不同的物质表示其化学反应速率在数值上可能   不   同，但其意义相同，化学反应速率之比等于   化学计量系数   之比。

2．化学反应速率的计算

(1)定义式法

利用公式v＝计算化学反应速率，也可利用该公式计算浓度变化量或时间。

(2)关系式法

化学反应速率之比＝物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。

3．反应速率大小比较的两种方法

同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小，还要进行一定的换算。

(1)方法一：换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。

(2)方法二：比较化学反应速率与化学计量数的比值。

二..影响化学反应速率的因素

1.内因（主要因素） 

化学反应速率的大小主要是由  物质本身的性质  决定的，即反应物的分子结构或原子结构决定的。

2.外界条件的影响（次要因素）

①催化剂的影响：

②温度的影响：

③浓度的影响：

压强：对于有 气体  参加的反应，当其他条件不变时，增大气体的压强（  缩小容器体积  ），可以 加快 化学反应速率；减小气体压强（  增大容器体积   ），可以 减慢 化学反应速率 。

【总结】外界因素对速率的影响：

其他条件不变时，改变某一条件：

3.其他影响因素：

（1）如固体参加反应，增大  固体表面积   ，反应速率增大。

（2） 反应物状态：一般来说，配制成溶液或反应物是气体，都能增大反应物之间的接触面积，有利于增大反应速率。

（3）形成原电池，可以增大氧化还原反应的反应速率。

考点4  化学反应的限度

一.可逆反应：

1.概念：在相同条件下，既能向   正反应方向进行   ，同时又能   向逆反应方向进行   的反应。

2.特征：三同：  相同条件  ，  正、逆反应同时进行  ，  反应物、生成物同时存在  ；

反应不能进行完全，即任一反应物的转化率均  小于  100%。

3.表示：化学方程式中用  “⇌”  表示。

4.很多化学反应在进行时都有一定的可逆性，不同反应的可逆性不同，有些化学反应在同一条件下可逆程度很小，如 2 Na + 2 H2O === 2 NaOH + H2↑，视为“不可逆”反应。

典型的可逆反应有：

         H2+I2⇌2HI          ，       2SO2+O2⇌2SO3        ，

     SO2+H2O⇌H2SO3         ，   NH3+H2O⇌NH3﹒H2O     等。

二.化学反应的限度

1.化学反应平衡状态

（1）化学平衡的建立：

如在可逆反应2SO2+O22SO3中，反应进行之初SO2和O2的起始浓度分别为2mol·L－1、1mol·L－1，此时正反应速率v正　　最大　　，逆反应速率v逆　 为零  　。

反应过程中，反应物浓度　逐渐减小　，正反应速率　　逐渐减小　；生成物浓度　逐渐增大　，逆反应速率　　逐渐增大　　。最终在时刻t时反应物浓度不再　改变　，生成物浓度不再　改变　。正反应速率和逆反应速率　相等　。反应是否停止？　 反应并没有停止，动态平衡　。

（2）含义：可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率   相等   ，反应物和生产物的浓度   不在改变   ，此反应达到一种    表面静止   状态，我们称为   化学平衡状态    。

 2.化学平衡的特征：

（1）逆：即化学平衡的研究对象是　　可逆反应　　。

（2）动：即化学平衡是一种　动态平衡　，即　v正＝v逆≠0　，反应并未　停止　。

（3）等：即v正　＝　v逆，同一物质的消耗速率与生成速率　相等　。

（4）定：在达化学平衡的混合体系中，各组成成分的浓度　保持不变　，各组分的百分含量保持不变 。

（5）变：化学平衡是在　一定条件　下的平衡，当外界条件改变时，化学平衡可能会发生　变化　

【总结】

化学平衡状态时可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。

三．化学反应条件的控制

1．目的：

——促进有利反应———

2．化工生产中反应条件的调控：

(1)考虑因素：

化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的__成本__和__实际可能性__。

(2)实例——合成氨生产条件的选择：

——400～500 ℃——10～30 MPa—