高中化学第六章 化学反应与能量知识点总结

第六章化学反应与能量
第一讲化学能与热能
考点1焓变与反应热
一、焓变与反应热
1．焓变：在恒压条件下化学反应的热效应，其符号为ΔH，单位是kJ/mol。

2．反应热：化学反应中放出或吸收的热量。

二、吸热反应和放热反应
1．反应特点
(1)从能量高低的角度分析
对于吸热反应：反应物的总能量＝生成物的总能量－吸收的热量；
对于放热反应：反应物的总能量＝生成物的总能量＋放出的热量。

(2)从化学键的角度分析
2．常见的吸热反应和放热反应
(1)吸热反应：大多数分解反应、盐的水解反应、Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O(g)反应、C 与CO2反应。

(2)放热反应：大多数化合反应、中和反应、金属与酸的反应、所有的燃烧反应。

考点2热化学方程式
1．热化学方程式的概念
表示参加化学反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式。

2．热化学方程式的意义
表明了化学反应中的物质变化和能量变化，如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH＝－571.6 kJ·mol－1表示25 ℃、101 kPa时，2 mol氢气和1 mol氧气反应生成2 mol液态水时放出571.6 kJ的热量。

3．热化学方程式的书写
写-写出配平的化学方程式|
标-标出各物质的聚集状态和反应时的温度、压强|
注-注明ΔH的正负号、数值和单位
4．书写热化学方程式“六注意”
考点3燃烧热、中和热及能源
1．燃烧热和中和热的比较
“完全燃烧”是指物质中元素完全转变成对应的稳定氧化物，如C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)等。

2．中和热的测定
(1)装置(请在横线上填写仪器名称)
(2)计算公式
ΔH ＝－(m 1＋m 2)·c ·(t 2－t 1)n
×10－3kJ ·mol －
1
t 1为起始温度，t 2为终止温度，m 1、m 2为酸、碱溶液的质量(单位为g)，c 为中和后生成的溶液的比热容(4.18 J·g －
1·℃－
1)，n 为参加反应的酸或碱的物质的量(单位为mol)。

3．能源
考点4 有关反应热的计算
一、利用热化学方程式计算
反应热与反应物的物质的量成正比。

根据已知的热化学方程式和已知的反应物或生成物的物质的量，可以计算反应放出或吸收的热量；根据一定量的反应物或生成物的量计算出反应放出或吸收的热量，换算成1 mol 反应物或生成物的热效应，也可以书写热化学方程式。

二、利用旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算 ΔH ＝反应物的总键能之和－生成物的总键能之和。

若反应物旧化学键断裂吸收能量E 1，生成物新化学键形成放出能量E 2，则反应的ΔH ＝E 1－E 2。

三、利用盖斯定律计算
1．盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的，即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

2．在具体的应用过程中，采用以下五个步骤就能快速、准确地解决问题。

(1)写：写出目标方程式(题目中要求书写的热化学方程式)，配平。

(2)比：将已知方程式和目标方程式比较，分析物质类别、位置(在反应物中还是在生成物中)的区别。

(3)倒：为了将已知方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号要相反。

这样，可以避免减法运算中容易出现的错误。

(4)乘：为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个数(可以是分数)，反应热也要进行相应地运算。

(5)加：倒、乘两个方面做好了，只要将方程式相加即可得目标方程式，反应热也相加即可。

注意：ΔH 要带着“＋”“－”符号进行运算。

第二讲原电池新型化学电源
考点1原电池及其工作原理
一、原电池的概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

二、原电池的构成条件
1．一看反应
看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。

2．二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

3．三看是否形成闭合回路
形成闭合回路需三个条件：
(1)电解质溶液；
(2)两电极直接或间接接触；
(3)两电极插入电解质溶液中。

三、原电池的工作原理
如图是两种锌铜原电池示意图：
1．反应原理
2.
(1)电子流动方向：从负极流出沿导线流入正极；
(2)电流流动方向：从正极沿导线流向负极；
(3)离子迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

四、盐桥原电池的组成和作用
1．盐桥原电池中半电池的构成条件：电极金属和其对应的盐溶液。

一般不要任意替换成其他阳离子盐溶液，否则可能影响效果。

盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

2．盐桥的作用
(1)连接内电路，形成闭合回路；
(2)平衡电荷，使原电池不断产生电流。

考点2原电池原理的应用
1．设计制作化学电源
(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。

(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

2．比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

3．加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。

例如：在Zn与稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

4．用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。

例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

考点3化学电源及电极反应式的书写
一、一次电池——碱性锌锰干电池
负极材料：Zn，电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极材料：MnO2，电极反应式：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

二、二次电池(以铅蓄电池为例)
1．放电时的反应
(1)负极：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)；
(2)正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)；
(3)总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。

2．充电时的反应
(1)阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)(还原反应)；
(2)阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)(氧化反应)；
(3)总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。

三、燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。

首先明确电极反应式属于以离子反应表达的氧化还原半反应，要遵循离子方程式的拆分物质的规则。

1．先写出电极反应式的主要框架(待配平)
(1)酸性电解液
负极：还原剂－x e－→氧化产物＋H＋
正极：氧化剂＋x e－＋H＋→还原产物
(2)非酸性电解液(或质)(包括碱溶液、熔融碳酸盐及氧化物)
负极：还原剂－x e－＋阴离子→氧化产物
正极：氧化剂＋x e－→阴离子＋还原产物
2．依据化合价变化分别标出氧化剂与电子的比例、还原剂与电子的比例，也就是配平氧化剂、还原剂和电子的系数。

3．根据电荷守恒配平离子，注意要把得电子看作负电荷，失电子看作正电荷处理。

4．最后根据元素守恒配平其余物质。

第三讲 电解池 金属腐蚀与防护
考点1 电解原理
一、电解
使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

在此过程中，电能转化为化学能。

二、电解池
1．电极名称及电极反应式
以用惰性电极电解CuCl 2溶液为例：
总反应方程式：CuCl 2=====电解
Cu ＋Cl 2↑。

2．电解池中电子和离子的移动
注意：电子只在导线中移动，不可流经溶液。

三、阴、阳极的判断及电极反应式的书写 1．判断电解池的阴、阳极 (1)根据外接电源的正、负极判断 电源正极连接阳极；电源负极连接阴极。

(2)根据电极产物判断
电极溶解、逸出O 2(或电极区变酸性)或逸出Cl 2的为阳极；析出金属、逸出H 2(或电极区变碱性)的为阴极。

2．电极反应式的书写步骤
(1)分析电解质水溶液的组成：找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H ＋
和OH －
)。

(2)排出阴、阳两极的放电顺序 ①阳极
活性电极(Zn 、Fe 、Cu 等)：电极材料失电子；
惰性电极(Pt 、Au 、石墨等)：S 2－
>I －
>Br －
>Cl －
>OH －
>含氧酸根。

②阴极
Ag ＋
>Fe 3＋
>Cu 2＋
>H ＋
(酸中)>Fe 2＋
>Zn 2＋。

(3)写出两极电极反应式
①阳极：活性电极失去电子生成相应的金属阳离子；溶液中的阴离子失去电子生成相应的单质或高价态化合物。

②阴极：溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物。

(4)写出电解总反应式
在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应式相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。

考点2 电解原理的应用
一、电解饱和食盐水 1．电极反应
阳极：2Cl －
－2e －
===Cl 2↑(反应类型：氧化反应)。

阴极：2H ＋
＋2e －
===H 2↑(反应类型：还原反应)。

2．总反应化学方程式及离子方程式
化学方程式：2NaCl ＋2H 2O=====通电
2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑； 离子方程式：2Cl －
＋2H 2O=====通电
2OH －
＋H 2↑＋Cl 2↑。

3．应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。

二、电镀和电解精炼铜
利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na 、Ca 、Mg 、Al 等。

1．冶炼钠
2NaCl(熔融)=====电解
2Na ＋Cl 2↑ 电极反应：
阳极：2Cl －－2e －
===Cl 2↑； 阴极：2Na ＋＋2e －
===2Na 。

2．冶炼镁
MgCl 2(熔融)=====电解
Mg ＋Cl 2↑ 电极反应：
阳极：2Cl －－2e －
===Cl 2↑； 阴极：Mg 2＋＋2e －
===Mg 。

3．冶炼铝
2Al 2O 3(熔融)=========电解
Na 3
AlF
6
4Al ＋3O 2↑ 电极反应：
阳极：6O 2－
－12e －
===3O 2↑； 阴极：4Al 3＋
＋12e －
=== 4Al 。

考点3 有关电化学的计算
一、有关电化学的计算 1．计算类型
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。

2．方法技巧
(1)根据电子守恒计算
用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

(2)根据总反应式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
二、多池串联装置中电池类型的判断
将原电池和电解池结合在一起，或几个电解池串联在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考中电化学部分的重要题型。

解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电池工作时电子守恒是数据处理的法宝。

1．直接判断
非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。

如图：A为原电池，B为电解池。

2．根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两个不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。

原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。

如图：A为电解池，B为原电池。

3．根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。

如图：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。

B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。

4．原电池和电解池的组合装置的思维模型
三、综合装置中的有关计算
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：①串联电路中各支路电流相等；②并联电路中总电流等于各支路电流之和。

在此基础上分析处理其他各种数据。

图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2 mol电子转移，则Zn极溶解6.5 g，Cu极上析出H22.24L(标准状况)，Pt极上析出Cl20.1mol，C极上析出Cu6.4g。

甲池中H＋被还原，生成H2和ZnSO4，溶液pH变大；乙池中是电解CuCl2，由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。

考点4金属的腐蚀与防护
一、化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
1．电化学防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法——利用原电池原理
①负极(阳极)是作保护材料的金属；
②正极(阴极)是被保护的金属设备。

(2)外加电流的阴极保护法——利用电解原理
①阴极是被保护的金属设备；
②阳极是惰性电极。

2．其他方法
(1)改变金属内部结构，如制成合金；
(2)使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。