第六章化學(xué)反應(yīng)與能量

單元知識清單

【知識導(dǎo)引】

一、化學(xué)反應(yīng)與能量變化

二、化學(xué)反應(yīng)的速率與限度

【知識清單】

一、化學(xué)反應(yīng)與能量變化

知識點1、化學(xué)反應(yīng)與熱能的轉(zhuǎn)化

1、化學(xué)反應(yīng)與能量：化學(xué)反應(yīng)一定伴隨有能量的變化，化學(xué)反應(yīng)中能量變化主要表現(xiàn)為熱量的變化，吸熱

或放熱。

2、化學(xué)能與熱能的實驗探究

1

試管中加入2mL2mol-L鹽酸，并用溫將20gBa(OH)2-8H2O晶體研細(xì)后與10gNH4cl晶體

實驗

度計測量其溫度,再向試管中放入打磨過一起放入燒杯中，并將燒杯放在滴有幾滴水的木片

操作

的鎂條上。用玻璃棒快速攪拌，玻璃片蓋上燒杯

實驗鎂條逐漸溶解，有氣泡產(chǎn)生，溫度計的示有刺激性氣味氣體產(chǎn)生，用手觸摸杯壁下部，燒杯壁

現(xiàn)象數(shù)升高變涼，試著用手拿起燒杯，木片黏在燒杯上

實驗該反應(yīng)放出熱量該反應(yīng)吸收熱量

結(jié)論化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時伴有—熱量的釋放和吸收

3、化學(xué)反應(yīng)兩條基本規(guī)律：

①質(zhì)量守恒定律：化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量保持不變。

②能量守恒定律：一種形式的能量可以轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量，轉(zhuǎn)化的途經(jīng)和能量的形式不同，但是

體系包含的總能量不變。

知識點2、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)

1、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)比較

放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)

定義釋放熱量的化學(xué)反應(yīng)吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)

金屬與水或酸的反應(yīng)、金屬氧化物與水或酸氫氧化鋼晶體與氯化鏤的反應(yīng)、鹽酸與碳酸

常見反應(yīng)

的反應(yīng)、燃燒反應(yīng)及緩慢氧化、大多數(shù)化合

氫鈉的反應(yīng)、C+CO2=2CO>C+H2O(g)

(1)微觀一化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系

①化學(xué)鍵與能量的關(guān)系

a.化學(xué)鍵是物質(zhì)內(nèi)部微粒之間強烈的相互作用。斷開化學(xué)鍵要吸收能量，形成化學(xué)鍵要釋放能量；

b.化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是反應(yīng)物中化學(xué)鍵的斷裂和生成物中化學(xué)鍵的形成。

c.化學(xué)鍵的變化是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因，且能量是守恒的，化學(xué)反應(yīng)中的能量變化通常表現(xiàn)為

熱量的變化。

②鍵能概念：標(biāo)況下，將Imol氣態(tài)分子AB斷裂成理想氣態(tài)原子所吸收的能量，單位(kJ.moU);

③實例分析：氫氣和氯氣反應(yīng)的本質(zhì)是在一定的條件下，氫氣分子和氯氣分子中的HH鍵和C1C1鍵斷開，

氫原子和氯原子通過形成HC1鍵而結(jié)合成HC1分子。

則：吸收總能量為：436+243=679KJ

釋放總能量為：431x2=862KJ

反應(yīng)中放出的熱量：862679=183KJ

這樣，由于破壞舊鍵吸收的能量少于形成新鍵放出的能量，根據(jù)“能量守恒定律”，多余的能量就會以熱量的

形式釋放出來。

(2)宏觀一物質(zhì)儲存化學(xué)能與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系

①一個確定的化學(xué)反應(yīng)完成后的結(jié)果是吸收能量還是放出能量，決定于反應(yīng)物總能量和生成物總能量相

對大小。

②化學(xué)反應(yīng)中的能量變化通常表現(xiàn)為熱量的變化，即吸熱或者放熱。吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)與反應(yīng)物和生成

物總能量的關(guān)系如下：

吸熱反應(yīng)：反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量

放熱反應(yīng)：反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量

③放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的能量示意圖:

注意：①有的放熱反應(yīng)需要加熱才能發(fā)生，例如煤的燃燒就是放熱反應(yīng)，但需要加熱或點燃引發(fā)反應(yīng)；有

的放熱反應(yīng)不需要加熱，如磷的自燃。

②吸熱反應(yīng)大都需要加熱，也有不需加熱就能反應(yīng)的，例如Ba(OH)2-8H2O晶體與NH4cl晶體的反應(yīng)。吸熱

反應(yīng)與放熱反應(yīng)與反應(yīng)是否需要加熱沒有關(guān)系。

③吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)均是化學(xué)反應(yīng)。某些吸熱過程和放熱過程不屬于化學(xué)反應(yīng)。如：NaOH固體溶于水,

濃硫酸稀釋屬于放熱過程；NH4NO3固體溶于水屬于吸熱過程，三者都不是化學(xué)反應(yīng)，也就不屬于吸熱反應(yīng)

或放熱反應(yīng)。

知識點3、人類能源的利用

1、人類利用能源的三個階段：樹枝雜草時期、化石能源和多能源結(jié)構(gòu)時期，從柴草時期到化石能源時

期人類獲取熱能的主要途徑都是通過物質(zhì)的燃料。

2.能源的分類

分類依據(jù)種類舉例

來自太陽輻射的能量太陽能、煤、石油、天然氣、生物質(zhì)能、風(fēng)能

來源來自地球內(nèi)部的能量地?zé)崮?、核能、水?/p>

來自天體的引力能量潮汐能

一次能源太陽能、煤、石油、天然氣、生物質(zhì)能、風(fēng)能

轉(zhuǎn)換過程

二次能源石油制品、煤氣、電能

化石燃料煤、石油、天然氣

利用歷史

新能源太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、氫能、生物質(zhì)能

性質(zhì)可再生能源太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能

不可再生能源煤、石油、天然氣、核能

3、人類利用化石燃料過程中亟待解決的問題

(1)短期內(nèi)不可再生，且儲量有限，能源消費量與儲量之間的矛盾日益突顯。

(2)煤和石油產(chǎn)品燃燒排放的粉塵、SO2、NOx、CO等是大氣污染物的主要來源。

(3)為了改善人類的生存環(huán)境，促進社會可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能和尋找清潔的新能源成為人類的必然選擇。

注意：新能源的優(yōu)點是資源豐富、可以再生、對環(huán)境無污染等。

知識點4、原電池

1、工作原理及構(gòu)成

概念化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

組合②③④

兩個電極負(fù)極較活潑金屬金屬金屬石墨或Pt

形成

正極較不活潑金屬金屬氧化物石墨或Pt石墨或Pt

條件

電解質(zhì)溶液或熔融液可能與電極的負(fù)極反應(yīng)，也可能不與電極反應(yīng)

電極上有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)發(fā)生

微粒外電路電子從負(fù)極流向正極

流向內(nèi)電路溶液中陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極

2、原電池的正、負(fù)極的判斷方法

較不活潑金屬或非金屬電極材料較活潑金屬

還原反應(yīng)電極反應(yīng)類型氧化反應(yīng)

電子流入電子流向電子流出

正極電流流出電流流向電流流入負(fù)極

陽離子遷移的電極離子流向陰離子遷移的電極

質(zhì)量增大或不變電極質(zhì)量質(zhì)量減少或不變

電極有氣泡產(chǎn)生電極現(xiàn)象電極變細(xì)

注意：①構(gòu)成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，正極材料可以為導(dǎo)電的非金屬，例如石墨。兩極材料

可能參與反應(yīng)，也可能不參與反應(yīng)。

②兩個活潑性不同的金屬電極用導(dǎo)線連接，共同插入電解質(zhì)溶液中不一定構(gòu)成原電池，必須有一個能自發(fā)

進行的氧化還原反應(yīng)。

③在判斷原電池正負(fù)極時，既要考慮金屬活潑性的強弱也要考慮電解質(zhì)溶液性質(zhì)。如Mg—Al—HC1溶液構(gòu)

成的原電池中，負(fù)極為Mg；但是Mg—A1-NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為A1,正極為Mg。

3、原電池原理的應(yīng)用

加快化學(xué)反實驗室用鋅和稀硫酸反應(yīng)制備氫氣時，常用粗鋅，產(chǎn)生氫氣的速率更快。原因是粗鋅

應(yīng)速率中的雜質(zhì)和鋅、稀硫酸構(gòu)成原電池，電子定向移動，加快了鋅與硫酸反應(yīng)的速率。

比較金屬的一般情況下，在原電池中，負(fù)極金屬的活潑性比正極金屬的活潑性強。

活潑性

首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)。

設(shè)計原電池

根據(jù)原電池的反應(yīng)特點，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。

4、原電池設(shè)計實例：以Fe+CuSO4=FeSO4+Cu為例

步驟實例

將反應(yīng)拆分負(fù)極反應(yīng)Fe-2e-=Fe2+

為電極反應(yīng)正極反應(yīng)Cu2++2e=Cu

負(fù)極：較活潑金屬，一般為發(fā)生氧化反應(yīng)的

選擇電極Fe

金屬

材料

正極：活潑性弱于負(fù)極材料的金屬或石墨Cu或C

選擇電解質(zhì)一般為與負(fù)極反應(yīng)的電解質(zhì)CuSCU溶液

"e

cur

畫出裝置圖

CuSO4

/溶液

知識點5、化學(xué)電池

1、化學(xué)電池的分類

干電池充電電池

名稱燃料電池

（一次電池）（二次電池）

①活性物質(zhì)（發(fā)生氧化還原①電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一

①放電后可再充電使活

反應(yīng)的物質(zhì)）消耗到一定程個催化轉(zhuǎn)換元件

性物質(zhì)獲得再生

特點度后，不能再使用（放電之②工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外

②可以多次充電，重復(fù)

后不能充電）部供給（反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)

使用

②電解質(zhì)溶液為膠狀，不流部），在電極上不斷地進行反應(yīng)，生成

動物不斷地被排出

普通的鋅鎰電池、堿性鋅鉛蓄電池、鋰電池、銀氫氧燃料電池、CH4燃料電池、

舉例

鎰電池、銀鋅電池等鎘電池等CH30H燃料電池等

2、原電池電極反應(yīng)式的書寫

（1）書寫步驟：①列物質(zhì)，標(biāo)得失：按照負(fù)極氧化反應(yīng)，正極還原反應(yīng)，判斷電極反應(yīng)物、生成物，標(biāo)出

電子得失。

②看環(huán)境，配守恒：電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中應(yīng)能穩(wěn)定存在，如酸性介質(zhì)中，OJT不能存在，應(yīng)生

成水；堿性介質(zhì)中，才不能存在，應(yīng)生成水；電極反應(yīng)式同樣要遵循電荷守恒、原子守恒、得失電子守恒。

③兩式加，驗總式：正負(fù)極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)離子方程式驗證。

（2）書寫方法：

①活潑金屬作負(fù)極時，電極本身被氧化：a.若生成的陽離子不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，其產(chǎn)物

可直接寫為金屬陽離子，如：Zn—2e-=Zn2+,Cu—2e-=Cu2+o

b.若生成的金屬陽離子與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為兩反應(yīng)合并后的反應(yīng)式。

如Mg-Al（KOH）原電池，負(fù)極反應(yīng)式為Ar-3e-+4OH-=AlOz+2H2O；

負(fù)極

-

鉛蓄電池負(fù)極反應(yīng)式：Pb-2e+SOF=PbSO4o

②負(fù)極本身不反應(yīng)時，常見書寫方法為：

氫氧（酸性）燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為H2—2b=2H+。

氫氧（堿性）燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為H2-2e+2OH=2H2OO

①首先根據(jù)化合價變化或氧化性強弱判斷得電子的微粒

②其次確定該微粒得電子后變成哪種形式。

+

正極如氫氧（酸性）燃料電池，正極反應(yīng)式為O2+4H+4e^=2H2O;

-

氫氧（堿性）燃料電池，正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e=40H；

+

鉛蓄電池正極反應(yīng)式：PbO2+2e-+4H+SOf=PbSO4+2H2O

（3）書寫技巧：若某電極反應(yīng)式較難寫出時，可先寫出較易寫的電極反應(yīng)式，然后根據(jù)得失電子守恒，用

總反應(yīng)式減去較易寫的電極反應(yīng)式，即可得出較難寫的電極反應(yīng)式。

二、化學(xué)反應(yīng)的速率與限度

知識點1、化學(xué)反應(yīng)的速率

概念單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的增加或生成物濃度的減少

AC(A)

表達式v(A)—A?

單位mol-Lk1mol-L'min1

計算表達式法n（A）=WF

比值法根據(jù)同一化學(xué)反應(yīng)不同物質(zhì)的速率之比等于化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)之比計算

設(shè)“mol1-1、Z?mol1-1分別為A、B兩物質(zhì)的起始濃度，mxmol］一1為反應(yīng)物A

的轉(zhuǎn)化濃度，加molL-i為反應(yīng)物B的轉(zhuǎn)化濃度，貝！J：

mA(g)+nB(g)--pC(g)+qD(g)

三段式

起始濃度。b00

轉(zhuǎn)化濃度nvcnxpxqx

終態(tài)濃度a~nvcb-nxpxqx

換算法換算成同一物質(zhì)、同一單位表示，再比較數(shù)值大小

比較化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)的比值。

大小比

如反應(yīng)〃A+Z?Bk^cC,要比較v(A)與v(B)的相對大小，即比較與呼^的相對

較比較法

大小，若*＞甯，則用v(A)表示的反應(yīng)速率比用v(B)表示的反應(yīng)速率大

注意：①用不同物質(zhì)的濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率之比等于反應(yīng)方程式中相應(yīng)的物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比。

計量數(shù)不同，速率不同，因而定量表示一個化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率時，必須指明是用哪一種物質(zhì)來表示。

②不論是用反應(yīng)物表示還是用生成物表示，其化學(xué)反應(yīng)速率都取正值，而且是某一段時間內(nèi)的平均速率。

③固體或純液體的濃度視為常數(shù)，因此不用固體或純液體表示化學(xué)反應(yīng)速率。

知識點2、影響化學(xué)反應(yīng)的速率的因素

影響因素結(jié)果

反應(yīng)物本身的性質(zhì)(主要因素)反應(yīng)物越活潑，反應(yīng)速率越快。

溫度升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快；降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減慢。

反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度，加快反應(yīng)速率；減小反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率

(不包括固體、純液體)減慢

催化劑改變反應(yīng)速率

反應(yīng)物的接觸面積的大小、固體增大反應(yīng)物的表面積，化學(xué)反應(yīng)速率加快；固體反應(yīng)物顆粒越

反應(yīng)物的顆粒大小小，反應(yīng)速率越快。

對于有氣體參與的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)其他條件相同時，增大反應(yīng)體

壓強

系壓強，化學(xué)反應(yīng)速率增大。

形成原電池形成原電池通?？梢约涌旆磻?yīng)速率。

溶劑的性質(zhì)、光、超聲波、磁場、固體反應(yīng)物表面積等也會對化學(xué)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。

注意：①濃度只適用于氣體參加或在溶液中進行的化學(xué)反應(yīng)，在一定溫度下，固體或純液態(tài)物質(zhì)的濃度是

一個常數(shù)，改變其用量，對化學(xué)反應(yīng)速率無影響。

②溫度對任何化學(xué)反應(yīng)都適用，且不受反應(yīng)物狀態(tài)的影響，不論是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，升高溫度都能

增大化學(xué)反應(yīng)速率，降低溫度都能減小化學(xué)反應(yīng)速率。

③壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響實質(zhì)是通過改變濃度，對化學(xué)反應(yīng)速率的影響實現(xiàn)的。由于固體或液體的體

積受壓強的影響很小，所以壓強只影響有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率

④催化劑能同等程度地改變正、逆反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率

知識點3、化學(xué)反應(yīng)的限度（化學(xué)平衡）

1、可逆反應(yīng)

在同一條件下正反應(yīng)方向和逆反應(yīng)方向均能進行的化學(xué)反應(yīng)（正向反應(yīng)：由反應(yīng)物得到

定義

生成物的化學(xué)反應(yīng)；逆向反應(yīng)：由生成物得到反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)）

雙向性

反應(yīng)物生成物

逆&向督反應(yīng)

特點

兩同性相同條件正、逆反應(yīng)同時進行

共存性反應(yīng)物、生成物同時存在，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率小于100%

2、化學(xué)平衡狀態(tài)

物質(zhì)濃度反應(yīng)過程反應(yīng)速率

反應(yīng)物濃度最大

。（正）最大，逆）為零

生成物濃度為零

反應(yīng)物濃度逐漸減小，u（正）逐漸減小,

生成物濃度逐漸增大”（逆）逐漸增大

;北；業(yè)一

反應(yīng)體系中各組

正）二”（逆）

分濃度不再改變

（1）建立過程:

”（正）

/（正）=/（逆）

（化學(xué)平衡狀態(tài)）

（逆）

（2）圖像描述：°

（3）化學(xué)反應(yīng)的限度：化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)在一定條件下所能達到或完成的最大程度，也就是反應(yīng)所

能進行的最大限度，在該條件下反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大。

2、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征

研究對象（逆）適用于可逆反應(yīng)

建立平衡后，正、逆反應(yīng)仍在進行，屬于動態(tài)平衡，可用同位素示蹤原子

動態(tài)特征（動）

法證明

平衡實質(zhì)（等）。（正）=v（逆并0（正、逆反應(yīng)速率相等，但不等于零。）

達平衡后，反應(yīng)混合物中各組分的百分含量或濃度保持不變（不可理解為

平衡結(jié)果（定）

相等）

化學(xué)平衡其存在是有條件的、暫時的，濃度、溫度、壓強條件變化時平衡

平衡移動（變）

會發(fā)生改變

外界條件同，同一可逆反應(yīng)從不同方向（正向、逆向、雙向）達到的平衡

等效平衡（同）

狀態(tài)相同

4、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

（1）基本判據(jù)：等W（正）=v（逆）］、定（各組分含量、濃度保持不變）-任何條件下的可逆反應(yīng)均達到平

衡。

（2）判斷三標(biāo)志

①達到化學(xué)平衡的本質(zhì)標(biāo)志

項目mA(g)+?B(g)--pC(g)+qD(g)是否平衡

在單位時間內(nèi)消耗了mmolA的同時生成了mmolA平衡

在單位時間內(nèi)消耗了“molB的同時消耗了pmolC平衡

V正—V逆

在單位時間內(nèi)生成了pmolC的同時消耗了qmolD平衡

v正(A):v逆(B)=m:n平衡

②達到化學(xué)平衡的等價標(biāo)志

項目mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)［假設(shè)只有A為有色氣體］是否平衡

各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)一定平衡

混合體系

各物質(zhì)的質(zhì)量或質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定平衡

中各

各氣體的體積或體積分?jǐn)?shù)一定平衡

組分的含

A物質(zhì)斷裂的化學(xué)鍵與A物質(zhì)形成的化學(xué)鍵的物質(zhì)的量相等平衡

里

氣體的顏色不變平衡

溫度在其他條件不變時，體系溫度一定時平衡

體系顏色

有色氣體的顏色不再改變平衡

變化

③達到