第二章 化学反应与能量 第一节 化学能与热能
1、在任何的化学反应中总伴有能量的变化。
原因: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是化学反应中能量变化的主要原因。
一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
E反应物总能量>E生成物总能量,为放热反应。 E反应物总能量<E生成物总能量,为吸热反应。 2、常见的放热反应和吸热反应
①所有的燃烧与缓慢氧化。 ②酸碱中和反应。
常见的放热反③金属与酸反应制取氢气。
应:
④大多数化合反应(特殊:C+CO2
△ 2CO是吸热反应)。
① 多数分解反应,如KClO3、、CaCO3的分解等。 ②C+CO2
常见的吸热反应:
△ 2CO
③铵盐和碱的反应,Ba(OH)2·8H2O+NH4Cl=BaCl2+2NH3
↑+10H2O
[思考]放热反应都不需要加热,吸热反应都要加热,这种说法对吗
点拔:不对。如C+O2=CO2的反应是放热反应,但需要加热,只是反应开始后不再需要加热,反应放出的热量可以使反应继续下去。NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O的反应是吸热反应,但反应并不需要加热。 第二节 化学能与电能 1、
能源的分类:
一次能源:直接从自然界取得的能源称为一次能源,如流水、风
力、煤、石油、天然气等、
二次能源:一次能源经过加工、转化得到的能源称为二次能源,
如电力、蒸汽等。
2、原电池
(1)概念:把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。 (2)原电池的工作原理:发生氧化还原反应(有电子的转移)。 (3)构成原电池的条件:
①活泼性不同的两种金属做电极(或其中一种是非金属); ②电极材料均插入电解质溶液中; ③两级构成闭合回路。 (4)电极名称及发生的反应:
负极:较活泼的金属作负极,负极发生氧化反应,
电极反应式:较活泼金属-ne-=金属阳离子
【 Zn-2e-=Zn2+ 】
负极现象:负极溶解,负极质量减少。
正极:较不活泼的金属或石墨作正极,正极发生还原反应,
电极反应式:溶液中阳离子+ne【 2H++2e-=H2↑ 】
正极的现象:一般有气体放出或正极质量增加。
总反应方程式:把正极和负极反应式相加而得【Zn + 2 H+ = Zn2+ + H2↑】 (5)原电池正负极的判断方法: ①依据原电池两极的材料:
较活泼的金属作负极(K、Ca、Na太活泼,不能作电极); 较不活泼金属或可导电非金属(石墨)等作正极。
②根据电流方向或电子流向:(外电路)电子:负极→导线→正极。
(电流由正极流向负极);
③根据原电池中的反应类型:
负极:失电子,发生氧化反应,现象通常是电极本身消耗,质量减小。 正极:得电子,发生还原反应,现象是常伴随金属的析出或H2放出。
-
=单质
2、化学电源基本类型:
①干电池(一次电池):如:Cu-Zn原电池、锌锰电池(Zn做负极,碳棒做正极)、银锌纽扣电池
②充电电池(二次电池):两极都参加反应的原电池,可充电循环使用。如铅蓄电池(Pb为负极, PbO2为正极)、锂电池、镍镉电池等。 ③燃料电池:如H2、CH4燃料电池,电解质溶液常为碱性试剂(KOH等)。
第三节 化学反应的速率和限度 1、化学反应的速率
(1)概念:通常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(均取正值)来表示。 计算公式:v(B)=
?c(B)?n(B)= ?tV??t①单位:mol/(L·s)或mol/(L·min)
②B为溶液或气体,若B为固体或纯液体不计算速率。 ③以上所表示的是平均速率,而不是瞬时速率。 ④重要规律:速率比=变化量比=方程式系数比 (2)影响化学反应速率的因素:
内因:由参加反应的物质的结构和性质决定的(主要因素)。 外因:①温度:升高温度,增大速率
②催化剂:一般加快反应速率(正催化剂)
③浓度:增加C反应物的浓度,增大速率(溶液或气体才有浓度可言) ④压强:增大压强,增大速率(适用于有气体参加的反应) 2、化学反应的限度——化学平衡
(1)在一定条件下,当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时,反应物和生成物的浓度不再改变,达到表面上静止的一种“平衡状态”,就是这个反应所能达到的限度,即化学平衡状态。
在任何可逆反应中,正方应进行的同时,逆反应也在进行(同时发生,不分先后)。可逆反应不能进行到底,即可逆反应无论进行到何种程度,任何物质(反应物和生成物)的物质的量都不可能为0。 (2)化学平衡状态的特征:逆、等、动、定、变。 ①逆:化学平衡研究的对象是可逆反应。
②等:达平衡状态时,正反应速率相等逆反应速率。
③动:动态平衡,达到平衡状态时,正逆反应仍在不断进行,但不等于0。v正=v逆≠0。
④定:达到平衡状态时,各组分的浓度保持不变,各组成成分的含量保持一定。
⑤变:当条件变化时,原平衡被破坏,在新的条件下会重新建立新的平衡。
(3)判断化学平衡状态的标志: