資源簡介

一、化學(xué)反應(yīng)的能量變化
1.體系與環(huán)境
人為劃定的研究對象(物質(zhì)系統(tǒng))稱為體系，體系以外的其他部分稱為環(huán)境。
2.定性認識化學(xué)反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化
(1)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)
通常情況下，化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化主要是化學(xué)能與熱能之間的轉(zhuǎn)化，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化對化學(xué)反應(yīng)分類：
化學(xué)反應(yīng)
(2)常見的吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)
放熱反應(yīng)：①大多數(shù)化合反應(yīng)；②所有的燃燒反應(yīng)；③酸堿中和反應(yīng)；④較活潑金屬與酸的反應(yīng)；⑤活潑金屬與H2O的反應(yīng)；⑥鋁熱反應(yīng)；⑦緩慢氧化反應(yīng)。
吸熱反應(yīng)：①大多數(shù)分解反應(yīng)；②Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)；③C和CO2或H2O(g)的反應(yīng)；④少數(shù)化合反應(yīng)。
3.定量認識化學(xué)反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化——反應(yīng)熱
(1)反應(yīng)熱的概念
當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進行時，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)，簡稱反應(yīng)熱。
(2)表示方法：用符號Q表示：Q＞0，反應(yīng)吸熱；Q＜0，反應(yīng)放熱。
4.從“斷鍵”和“成鍵”的角度理解反應(yīng)熱
化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是反應(yīng)物中舊化學(xué)鍵斷裂和反應(yīng)產(chǎn)物中新化學(xué)鍵形成的過程。
以氫氣與氯氣反應(yīng)生成氯化氫為例說明用化學(xué)鍵的變化計算反應(yīng)熱的方法：
(1)物質(zhì)變化
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)
(2)能量變化
(3)1 mol H2與1 mol Cl2反應(yīng)生成HCl的反應(yīng)熱Q＝－(862－679) kJ＝－183 kJ。
由于Q＜0，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
反應(yīng)熱與化學(xué)鍵的關(guān)系
Q＝ΔE1－ΔE2
Q＝Σ反應(yīng)物鍵能－Σ反應(yīng)產(chǎn)物鍵能
注：鍵能是斷裂1 mol化學(xué)鍵吸收的能量或形成1 mol化學(xué)鍵釋放的能量。
二、反應(yīng)熱的測定
1.反應(yīng)熱數(shù)值的獲得方法
(1)反應(yīng)熱的數(shù)值可以通過實驗測得，也可以通過理論計算求得。
(2)熱化學(xué)：用實驗方法和理論方法研究反應(yīng)熱的化學(xué)分支。
2.反應(yīng)熱測定的方法和裝置
(1)測定反應(yīng)熱的儀器——量熱計
下圖是一種簡易量熱計示意圖。
(2)測定方法：將反應(yīng)物加入到內(nèi)筒并攪拌使之迅速反應(yīng)，測量反應(yīng)前后溶液溫度的變化值。
(3)計算公式：Q＝－C(T2－T1)。其中C表示溶液及量熱計的熱容；T1、T2分別表示反應(yīng)前和反應(yīng)后體系的溫度。
3.實驗探究——中和反應(yīng)的反應(yīng)熱的測定
(1)實驗?zāi)康模簻y定室溫下強酸和強堿反應(yīng)的反應(yīng)熱，體驗化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。
(2)實驗原理
酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，利用一定質(zhì)量的酸和堿發(fā)生反應(yīng)，測出反應(yīng)前后溶液溫度差，再根據(jù)參加反應(yīng)的酸溶液和堿溶液的體積求出混合溶液的質(zhì)量，根據(jù)公式計算：Q＝－c·m·ΔT，其中：c為比熱容，m為酸堿溶液的質(zhì)量和，ΔT＝T2－T1。然后換算成生成1 mol H2O放出的能量即可。
(3)實驗步驟
①向量熱計內(nèi)筒中加入1.0 mol·L－1的鹽酸100 mL，蓋上杯蓋，插入溫度計，勻速攪拌后記錄初始溫度T1。
②向250 mL燒杯中加入1.0 mol·L－1 NaOH溶液100 mL，調(diào)節(jié)溫度為T1。
③快速將燒杯中的堿液倒入量熱計中，蓋好杯蓋，勻速攪拌，記錄體系達到的最高溫度T2。
④重復(fù)實驗操作，記錄每次的實驗數(shù)據(jù)，取其平均值作為計算依據(jù)。
(4)實驗數(shù)據(jù)的處理
鹽酸、氫氧化鈉溶液為稀溶液，其密度近似地認為都是1 g·cm－3，反應(yīng)前后溶液的比熱容為4.18 kJ·K－1·kg－1。該實驗中鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)的反應(yīng)熱Q＝－0.836(T2－T1) kJ。
換算為強酸與強堿中和反應(yīng)生成1 mol H2O的反應(yīng)熱：
Q＝－8.36(T2－T1)或 kJ。
三、化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)能變化
1.內(nèi)能
2.用內(nèi)能理解化學(xué)反應(yīng)的能量變化
(1)若U(反應(yīng)產(chǎn)物)＞U(反應(yīng)物)，反應(yīng)吸收能量；若U(反應(yīng)產(chǎn)物)＜U(反應(yīng)物)，反應(yīng)釋放能量。
(2)內(nèi)能變化與反應(yīng)熱的關(guān)系
化學(xué)反應(yīng)體系與環(huán)境進行能量交換的兩種形式是熱和功。根據(jù)能量守恒定律，化學(xué)反應(yīng)中內(nèi)能的變化等于反應(yīng)熱和功的加和，即：ΔU＝Q＋W。
如反應(yīng)前后體系體積不變且沒有做電功等其他功，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱等于化學(xué)反應(yīng)前后體系內(nèi)能的變化，用公式表示：ΔU＝Q。
(3)內(nèi)能變化與放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的關(guān)系
如果反應(yīng)后體系的內(nèi)能是增加的，則Q＞0，反應(yīng)吸熱。
如果反應(yīng)后體系的內(nèi)能是減少的，則Q＜0，反應(yīng)放熱。
四、化學(xué)反應(yīng)的焓變
1.焓與反應(yīng)焓變
(1)焓
(2)反應(yīng)焓變
2.反應(yīng)焓變與反應(yīng)熱的關(guān)系
(1)對于等壓條件下進行的化學(xué)反應(yīng)，如果反應(yīng)中物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化為熱能，則反應(yīng)焓變等于反應(yīng)的反應(yīng)熱，表達式：ΔH＝Qp。
(2)反應(yīng)焓變與吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的關(guān)系
圖示
體系能量變化 反應(yīng)產(chǎn)物的焓小于反應(yīng)物的焓，說明反應(yīng)向環(huán)境釋放能量 反應(yīng)產(chǎn)物的焓大于反應(yīng)物的焓，說明反應(yīng)從環(huán)境吸收能量
反應(yīng)類型 放熱反應(yīng) 吸熱反應(yīng)
五、熱化學(xué)方程式
1.熱化學(xué)方程式的概念及意義
(1)概念
把一個化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的變化和反應(yīng)的焓變同時表示出來的化學(xué)方程式。
(2)意義
熱化學(xué)方程式不僅表明了物質(zhì)的變化，還表明了焓變(能量變化)。
(3)實例：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1表示的意義是：在298 K、101 kPa下，1 mol氣態(tài)H2與 mol氣態(tài)O2反應(yīng)生成1 mol液態(tài)水時，放出的熱量是285.8 kJ。
(4)熱化學(xué)方程式括號中英文字母的含義
s表示固態(tài)、l表示液態(tài)、g表示氣態(tài)、aq表示溶液。
2.熱化學(xué)方程式的書寫方法
書寫熱化學(xué)方程式的注意事項
(1)在反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)式后面用括號注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)，因為反應(yīng)的焓變與各反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的聚集狀態(tài)有關(guān)。
(2)ΔH的單位是J·mol－1或kJ·mol－1。
(3)根據(jù)焓的性質(zhì)，若化學(xué)方程式中各物質(zhì)化學(xué)式前的系數(shù)加倍，則ΔH數(shù)值的絕對值也加倍；若反應(yīng)逆向進行，則ΔH改變符號，但數(shù)值的絕對值不變。
(4)指明反應(yīng)的溫度和壓強。若不特別說明，反應(yīng)溫度為298 K，壓強為101 kPa。
六、蓋斯定律
1.蓋斯定律的內(nèi)容
一個化學(xué)反應(yīng)無論是一步完成還是分幾步完成，反應(yīng)熱都是一樣的。
2.蓋斯定律的理解
(1)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)焓變只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。
(2)某反應(yīng)始態(tài)和終態(tài)相同，反應(yīng)的途徑有如下三種：
則ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。
3.應(yīng)用蓋斯定律計算反應(yīng)熱的常用方法
根據(jù)如下兩個反應(yīng)：
Ⅰ.C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1
選用兩種方法，計算C(s)＋O2(g)===CO(g)的反應(yīng)熱ΔH。
(1)虛擬路徑法
反應(yīng)C(s)＋O2(g)===CO2(g)的途徑可設(shè)計如下：
根據(jù)蓋斯定律得：ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1－(－283.0 kJ·mol－1)＝－110.5 kJ·mol－1。
(2)加合法
①寫出目標反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，確定各物質(zhì)在各反應(yīng)中的位置，C(s)＋O2(g)===CO(g)；
②將已知熱化學(xué)方程式Ⅱ變形，得反應(yīng)Ⅲ：
CO2(g)===CO(g)＋O2(g)　ΔH3＝＋283.0 kJ·mol－1；
③將熱化學(xué)方程式相加，ΔH也相加。反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅲ得：
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH3，
則ΔH＝－110.5 kJ·mol－1。
總結(jié)方法　若一個化學(xué)方程式可由另外幾個化學(xué)方程式相加減而得到，則該化學(xué)反應(yīng)的焓變即為這幾個化學(xué)反應(yīng)焓變的代數(shù)和。
4.蓋斯定律的意義

四步分析法應(yīng)用于蓋斯定律的計算(思維模型)
(1)分析目標反應(yīng)和已知反應(yīng)的差異，明確①目標反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物；②需要約掉的中間產(chǎn)物。
(2)將每個已知的熱化學(xué)方程式兩邊同乘以某個合適的數(shù)，使已知熱化學(xué)方程式中某種反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)計量數(shù)與目標熱化學(xué)方程式中的該物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)一致，熱化學(xué)方程式的焓變也進行相應(yīng)的計算。
(3) 將已知熱化學(xué)方程式相加減消掉目標反應(yīng)熱化學(xué)方程式中沒有的物質(zhì)(同側(cè)相減，異側(cè)相加消去中間產(chǎn)物)。
(4)得出目標熱化學(xué)方程式(目標熱化學(xué)方程式系數(shù)不能存在公約數(shù)，應(yīng)為最簡形式)。
以上步驟可以概括為找目標、看來源、調(diào)系數(shù)、相加減、得答案。
七、能源　摩爾燃燒焓
1.能源及能源的綜合利用
(1)能源的概念
能為人類提供能量的物質(zhì)或物質(zhì)運動統(tǒng)稱能源，包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽堋⒑四堋⒒剂系取?br/>(2)能源開發(fā)的重要意義
能源是國民經(jīng)濟的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源的開發(fā)和有效利用程度以及人均消費量，是一個國家生產(chǎn)技術(shù)水平和生活水平的重要標志。
(3)我國的能源現(xiàn)狀
我國的能源總量較豐富，約占世界能源總量的十分之一，但人均能源可采儲量遠低于世界平均水平。目前，我國能源消費結(jié)構(gòu)以煤為主，以石油、天然氣為輔，以水能、核能、風(fēng)能、太陽能為補充。
(4)能源危機的解決方法
一方面必須“開源”，即開發(fā)核能、風(fēng)能、太陽能等新能源；另一方面需要“節(jié)流”，加大節(jié)能減排的力度，提高能源的利用效率。
2.煤的綜合利用
(1)直接燃煤的危害：不僅利用效率低，而且會產(chǎn)生大量固體垃圾和多種有害氣體。
(2)煤的綜合利用方法：工業(yè)上通過煤的干餾、氣化和液化等方法來實現(xiàn)煤的綜合利用。
(3)煤的干餾：是以煤為原料，在隔絕空氣條件下，加熱到950 ℃左右，經(jīng)高溫分解生產(chǎn)焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油并回收其他化工產(chǎn)品的一種煤轉(zhuǎn)化工藝。
(4)煤的氣化：將煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程。
(5)煤的液化：就是在一定條件下(溫度、壓力、催化劑、溶劑、氫氣等)將固體煤炭轉(zhuǎn)化為烴類液體燃料和化工原料的過程。
3.摩爾燃燒焓
(1)摩爾燃燒焓的定義
在一定反應(yīng)溫度和壓強條件下，1 mol純物質(zhì)完全氧化為同溫下的指定產(chǎn)物時的焓變，并指定物質(zhì)中含有的氮元素氧化為N2(g)、氫元素氧化為H2O(l)、碳元素氧化為CO2(g)。
(2)摩爾燃燒焓的意義
甲烷的摩爾燃燒焓為－890.3 kJ·mol－1，或ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，它表示298 K、101 kPa時，1 mol甲烷完全燃燒生成CO2和液態(tài)H2O時放出890.3 kJ的熱量。
(3)摩爾燃燒焓的計算
由摩爾燃燒焓的定義可知：298 K、101 kPa時，可燃物完全燃燒產(chǎn)生的熱量＝可燃物的物質(zhì)的量×其摩爾燃燒焓，即Q放＝n(可燃物)×|ΔH|；或變換一下求物質(zhì)的摩爾燃燒焓：ΔH＝－。此公式中的ΔH是指物質(zhì)的摩爾燃燒焓，而不是指一般反應(yīng)的反應(yīng)熱。
1.能源
(1)沼氣和天然氣的主要成分都是甲烷，沼氣是可再生能源，天然氣是不可再生能源。
(2)未來最理想的新能源是氫能。
2.書寫表示摩爾燃燒焓的熱化學(xué)方程式的注意事項
(1)注意摩爾燃燒焓的符號，ΔH一定為負值，單位為kJ·mol－1。
(2)指定物質(zhì)中含有的氮元素氧化為N2(g)、氫元素氧化為H2O(l)、碳元素氧化為CO2(g)。
(3)可燃物的化學(xué)計量數(shù)必須為1，然后配平其他物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)。
八、原電池的工作原理
1.實驗探究：銅鋅原電池的構(gòu)造與工作原理
裝置示意圖如圖所示
實驗現(xiàn)象 鋅片逐漸溶解，銅片上紅色固體質(zhì)量增加， 溶液顏色變淺，檢流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 取出右側(cè)裝置中的鹽橋，檢流計指針回到原點
能量轉(zhuǎn)化 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
原因解釋 鋅極為負極，鋅原子失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，形成Zn2＋進入溶液， 電極反應(yīng)式是Zn－2e－===Zn2＋； 銅極為正極，溶液中的Cu2＋從銅片上得電子，被還原成Cu，沉積在銅片上， 電極反應(yīng)式是Cu2＋＋2e－===Cu； 鹽橋的作用：平衡電荷，形成閉合回路， 電池總反應(yīng)是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
電子或離子的移動方向 (1)導(dǎo)線(電子導(dǎo)體)中，電子從Zn片(負極)移向Cu片(正極)。 (2)電解質(zhì)溶液及鹽橋(離子導(dǎo)體)中陽離子向銅片(正極)移動，陰離子向鋅片(負極)移動
優(yōu)缺點 左側(cè)裝置缺點：鋅能與電解質(zhì)溶液中的Cu2＋直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)，電能利用效率較低 右側(cè)裝置優(yōu)點：鋅與Cu2＋彼此隔離，鋅發(fā)生氧化反應(yīng)失去的電子都通過導(dǎo)線，能充分將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
2.原電池
(1)定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
(2)裝置構(gòu)成的條件：電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體、自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。
(3)電極
負極——電子流出(還原劑發(fā)生氧化反應(yīng))的電極。
正極——電子流入(氧化劑發(fā)生還原反應(yīng))的電極。
(4)半反應(yīng)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)是在兩個電極分別進行的。每個電極或是發(fā)生失去電子的變化——氧化，或是發(fā)生獲得電子的變化——還原，分別相當(dāng)于氧化還原反應(yīng)的一半，這種反應(yīng)常稱為半反應(yīng)。
(5)電極反應(yīng)：在電極上進行的半反應(yīng)。
3.原電池工作原理示意圖
1.原電池中鹽橋的作用
(1)構(gòu)成閉合回路，形成原電池。
(2)避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，有利于最大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
(3)鹽橋中的陰、陽離子定向遷移，使溶液保持電中性，反應(yīng)持續(xù)進行，能長時間穩(wěn)定放電。
2.一般電極反應(yīng)式的書寫方法
(1)判斷原電池的正、負極，即找出氧化劑和還原劑。
(2)結(jié)合介質(zhì)的酸堿性確定還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。
(3)寫出電極反應(yīng)式，將兩式相加得總反應(yīng)式。
九、原電池原理的應(yīng)用
1.制作干電池、蓄電池、燃料電池。
2.比較金屬活動性強弱
對于酸性電解質(zhì)，一般是負極金屬的活動性較強，正極金屬的活動性較弱。
例如：a和b兩種金屬，用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生，則a極為負極，b極為正極，金屬活動性：a>b。
3.加快氧化還原反應(yīng)的速率
構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。
例如：實驗室制取氫氣時，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應(yīng)速率快；或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，產(chǎn)生氫氣的速率加快。
4.設(shè)計化學(xué)電池
(1)理論上，任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。
(2)外電路：還原性較強的物質(zhì)在負極上失去電子，氧化性較強的物質(zhì)在正極上得到電子。
(3)內(nèi)電路：將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰、陽離子做定向移動。
設(shè)計原電池的方法思路
(1)根據(jù)原電池總反應(yīng)式確定正、負極反應(yīng)式。
(2)根據(jù)正、負極反應(yīng)式選擇電極材料和電解質(zhì)溶液。
(3)要形成閉合回路(可畫出裝置圖)。
十、化學(xué)電源及其分類
1.化學(xué)電源的分類
(1)化學(xué)電源按其使用性質(zhì)常分為如下三類：
①一次電池：又叫干電池，活性物質(zhì)消耗到一定程度就不能再使用。
②二次電池：又稱可充電電池，放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。
③燃料電池：一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。
(2)化學(xué)電源按其電解質(zhì)性質(zhì)可分為中性電池、酸性電池、堿性電池。
2.化學(xué)電池的回收利用
使用后的廢棄電池中含有大量的重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，隨處丟棄會給土壤、水源等造成嚴重的污染。廢棄電池要進行回收利用。
十一、常見的化學(xué)電源
1.一次電池
電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動的一次電池，也叫干電池。常見的一次電池主要有酸性鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、鋅銀電池和鋰電池等。
鋅錳干電池
酸性鋅錳干電池 堿性鋅錳干電池
示意圖
電極 負極：鋅，正極：石墨棒 負極反應(yīng)物：鋅粉，正極反應(yīng)物：二氧化錳
電解質(zhì) 溶液 氯化銨和氯化鋅混合液 氫氧化鉀溶液
電極反應(yīng) 堿性鋅錳干電池總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋H2O===2MnOOH＋ZnO ①負極：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O ②正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
2.二次電池
二次電池的特點是發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)(電極材料、電解質(zhì)溶液)大部分被消耗后，又可以通過充電而恢復(fù)其供電能力。
鉛蓄電池是最常見的二次電池。
放電過程 充電過程
負極：Pb－2e－＋SO===PbSO4(氧化反應(yīng)) 陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SO(還原反應(yīng))
正極：PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋H2O (還原反應(yīng)) 陽極：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋SO (氧化反應(yīng))
充、放電時的電池反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
十二、燃料電池
1.制作一個簡單的燃料電池
設(shè)計思路
將水電解器電解得到的氫氣和氧氣，通入兩個石墨電極把氫氣和氧氣反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
設(shè)計目標 選擇實驗用品及目的 實驗裝置 實驗現(xiàn)象
獲得氫氣和氧氣 電解水發(fā)生器：獲取氫氣和氧氣的裝置。 蒸餾水：制取氫氣和氧氣。 KOH溶液：增強導(dǎo)電性 a、b兩管均產(chǎn)生無色氣體，且體積比為1∶2
制作氫氧燃料電池 KOH溶液：離子導(dǎo)體 石墨棒：作電極 U形管：發(fā)生裝置 電流表、導(dǎo)線：檢測產(chǎn)生的電流 電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
2.燃料電池
(1)工作原理：將反應(yīng)物分別不斷地輸入電池的兩極，通過燃料(如氫氣)在負極發(fā)生氧化反應(yīng)、氧化劑(如氧氣)在正極發(fā)生還原反應(yīng)，實現(xiàn)一個相當(dāng)于燃燒反應(yīng)的電池反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
(2)特點：電池的正、負極反應(yīng)物分別是氧化劑和燃料。
(3)常見類型：除了氫氣外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料電池的負極反應(yīng)物。氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，它可以使用不同的電解質(zhì)如KOH溶液、H3PO4溶液、熔融碳酸鹽、固體電解質(zhì)作為離子導(dǎo)體。
(1)燃料電池的總反應(yīng)相當(dāng)于燃料的燃燒，書寫總反應(yīng)化學(xué)方程式時，要注意產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液是否發(fā)生反應(yīng)，若能反應(yīng)，電解質(zhì)溶液要寫在總反應(yīng)化學(xué)方程式中。
(2)大多數(shù)燃料電池正極反應(yīng)的本質(zhì)是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，即O2＋4e－===2O2－，產(chǎn)生的O2－存在形式與電解質(zhì)溶液的酸堿性和電解質(zhì)的狀態(tài)有著密切的關(guān)系。
(3)書寫燃料電池的電極反應(yīng)式，一定要注意電解質(zhì)的酸堿性。堿性溶液電極反應(yīng)式不能出現(xiàn)H＋；酸性溶液電極反應(yīng)式不能出現(xiàn)OH－。
(4)負極燃料CxHy或CxHyOz氧化后，在酸溶液中生成CO2，在堿溶液中生成CO。
十三、新型化學(xué)電源及電極反應(yīng)式書寫
1.根據(jù)裝置書寫電極反應(yīng)式
(1)確定原電池的正、負極及放電的物質(zhì)
首先根據(jù)題目給定的圖示裝置特點，結(jié)合原電池正、負極的判斷方法，確定原電池的正、負極及放電的物質(zhì)。
(2)電極反應(yīng)式書寫的一般步驟
2.給出總反應(yīng)式，寫電極反應(yīng)式
如果給定的是總反應(yīng)式，可分析此反應(yīng)中的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)(即分析有關(guān)元素的化合價變化情況)，再選擇一個簡單變化情況去寫電極反應(yīng)式，另一極的電極反應(yīng)式可直接書寫或用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式，即得結(jié)果。
3.新型可充電電池電極反應(yīng)式的書寫
(1)充電時陰極的電極反應(yīng)式是該電池放電時的負極反應(yīng)式的“逆反應(yīng)”。
(2)充電時陽極的電極反應(yīng)式是該電池放電時的正極反應(yīng)式的“逆反應(yīng)”。
十四、電解的原理
1.電解熔融氯化鈉實驗
(1)實驗裝置如圖
(2)實驗現(xiàn)象：通電后，石墨片周圍有氣泡產(chǎn)生，鐵片上生成銀白色金屬。
(3)實驗分析
①通電前：熔融NaCl中存在的微粒有Na＋、Cl－，這些微粒做無規(guī)則(或自由)運動。
②通電后：
離子移動方向：Na＋移向鐵電極，Cl－移向石墨電極。
電極上發(fā)生的反應(yīng)：鐵電極：2Na＋＋2e－===2Na，發(fā)生還原反應(yīng)；
石墨電極：2Cl－－2e－===Cl2↑，發(fā)生氧化反應(yīng)。
(4)實驗結(jié)論：熔融的NaCl在直流電作用下發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，分解生成了Na和Cl2。
2.基本概念
(1)電解：將直流電通過熔融電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液，在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。
(2)電解池
①定義：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。
②構(gòu)成條件：直流電源、電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體。
(3)電極
陽極——發(fā)生氧化反應(yīng)的電極(與電源正極相連)
陰極——發(fā)生還原反應(yīng)的電極(與電源負極相連)
(4)電極反應(yīng)
在電極上進行的半反應(yīng)，可以用電極反應(yīng)式表示。
3.原電池和電解池的比較
比較 原電池 電解池
定義 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置 將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置
能量轉(zhuǎn)化 化學(xué)能→電能 電能→化學(xué)能
裝置特征 無電源 有電源，兩極材料可同可不同
形成條件 ①自發(fā)的氧化還原反應(yīng) ②電極和電極反應(yīng)物 ③離子導(dǎo)體 ④形成閉合回路 ①兩電極連接直流電源 ②電極插入離子導(dǎo)體 ③形成閉合回路
電極名稱 負極：電子流出的電極 正極：電子流入的電極 陽極：與電源正極相連的電極 陰極：與電源負極相連的電極
電極反應(yīng)類型 負極：氧化反應(yīng) 正極：還原反應(yīng) 陽極：氧化反應(yīng) 陰極：還原反應(yīng)
電子流向 負極→正極 電源負極→陰極 陽極→電源正極
離子的移動方向 陽離子向正極移動 陰離子向負極移動 陽離子向陰極移動 陰離子向陽極移動
電池反應(yīng) 都是氧化還原反應(yīng)
電解池的工作原理
十五、酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律
1.電極反應(yīng)規(guī)律
(1)陰極：無論是惰性電極還是活潑電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子。
陽離子放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋(水溶液中Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋不放電)。
(2)陽極：溶液中還原性強的陰離子失去電子被氧化，或者電極材料本身失去電子被氧化而溶入溶液中。其放電順序：活潑電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子(水溶液中含氧酸根離子不放電)。
2.酸、堿、鹽溶液電解規(guī)律(惰性電極)
用惰性電極電解下列酸、堿、鹽溶液，請?zhí)顚懴卤恚?br/>(1)電解水型
電解質(zhì) H2SO4 Na2SO4 NaOH
陽極反應(yīng)式 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
陰極反應(yīng)式 4H＋＋4e－===2H2↑ 4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
pH變化 減小 不變 增大
復(fù)原加入物質(zhì) 加入H2O
(2)電解電解質(zhì)型
電解質(zhì) HCl CuCl2
陽極反應(yīng)式 2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極反應(yīng)式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu
pH變化 增大
復(fù)原加入物質(zhì) 加入HCl 加入CuCl2
(3)電解質(zhì)和水都發(fā)生電解型
電解質(zhì) NaCl CuSO4
陽極反應(yīng)式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
陰極反應(yīng)式 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cu2＋＋4e－===2Cu
pH變化 增大 減小
復(fù)原加入物質(zhì) 加入HCl 加入CuO或CuCO3
分析電解問題的基本方法思路
(1)確定電解池的陰、陽兩極，判斷陽極是惰性電極還是活潑電極。
(2)分析通電前溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的H＋和OH－)。
(3)通電后陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，判斷兩極上的放電順序。
(4)確定電極產(chǎn)物，書寫電極反應(yīng)式(注意遵循原子守恒和電荷守恒)。
(5)分析電解時的相關(guān)變化，如兩極現(xiàn)象、離子濃度的變化、pH變化等。
十六、電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣
1.電解飽和食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣
(1)實驗裝置
(2)實驗現(xiàn)象
①陽極上有帶刺激性氣味的黃綠色氣體產(chǎn)生，并能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{色。
②陰極上有無色氣體產(chǎn)生，陰極附近溶液變紅色。
(3)原理分析
①通電前，氯化鈉溶液中含有的離子：Na＋、Cl－、H＋、OH－。
②通電后，Na＋、H＋移向陰極，Cl－、OH－移向陽極。
陽極：離子放電順序為Cl－>OH－，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑；
陰極：離子放電順序為H＋>Na＋，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑。
因H＋放電，故陰極區(qū)生成NaOH。
(4)電解的總反應(yīng)式
化學(xué)方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；
離子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。
2.氯堿工業(yè)
工業(yè)上，用隔膜阻止OH－移向陽極，則Na＋和OH－可以在陰極附近的溶液中富集，這就是電解食鹽水制備燒堿的原理，也稱作氯堿工業(yè)。
工業(yè)電解飽和食鹽水制取燒堿
在氯堿工業(yè)中，采用了陽離子交換膜，陽離子交換膜將電解槽隔成陰極室和陽極室，它只允許陽離子(Na＋、H＋)通過，而阻止陰離子(Cl－、OH－)和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。
十七、銅的電解精煉、電鍍
1.銅的電解精煉
(1)裝置
(2)粗銅成分
①主要成分：Cu。
②雜質(zhì)金屬：比銅活潑的有Zn、Fe、Ni等。
比銅不活潑的有Ag、Pt、Au等。
(3)電極反應(yīng)
(4)電解精煉的結(jié)果
粗銅中比銅活潑的金屬Zn、Fe、Ni等失去電子形成的陽離子進入溶液中；比銅不活潑的金屬Ag、Au、Pt等以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解池的底部，與其他不溶性雜質(zhì)混在一起形成陽極泥，陰極上得到純銅。
2.電鍍
(1)設(shè)計思路及依據(jù)
確定陰極 陰極材料：鐵釘(鍍件) 電極反應(yīng)式：Cu2＋＋2e－===Cu
陰極反應(yīng)物：Cu2＋
確定陽極 陽極材料：銅片(鍍層金屬) 電極反應(yīng)式：Cu－2e－===Cu2＋
陽極反應(yīng)物：銅片
(2)實驗裝置及現(xiàn)象
①實驗裝置如圖
②實驗現(xiàn)象：
銅片逐漸溶解，鐵釘表面有紅色物質(zhì)析出。
(3)電鍍池
①原理：利用電解原理，在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金。
②構(gòu)成：一般都是用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液；把鍍層金屬浸入電鍍液中與直流電源的正極相連，作為陽極；待鍍金屬制品與直流電源的負極相連，作為陰極。
(1)電解精煉過程中的“兩不等”：電解質(zhì)溶液濃度在電解前后不相等；陰極增加的質(zhì)量和陽極減少的質(zhì)量不相等。
(2)電鍍過程中的“一多，一少，一不變”：“一多”指陰極上有鍍層金屬沉積；“一少”指陽極上有鍍層金屬溶解；“一不變”指電鍍液(電解質(zhì)溶液)的濃度不變。
十八、電解的相關(guān)計算
1.計算的原則
(1)陽極失去的電子數(shù)等于陰極得到的電子數(shù)。
(2)串聯(lián)電路中通過各電解池的電子總數(shù)相等。
(3)電源輸出的電子總數(shù)和電解池中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)相等。
2.計算的方法
(1)得失電子守恒法計算：用于串聯(lián)電路、通過陰陽兩極的電量相同等類型的計算，其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)相等。
(2)總反應(yīng)式計算：先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計算。
(3)關(guān)系式計算：借得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關(guān)系式。如電路中通過4 mol e－可構(gòu)建如下關(guān)系式：
4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～4H＋～4OH－～2H2～2Cu～4Ag
　　 　 陽極產(chǎn)物　　　　　　　 陰極產(chǎn)物
十九、金屬電化學(xué)腐蝕的原理
1.金屬腐蝕的定義和分類
2.化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕
金屬腐蝕 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕
定義 金屬與接觸到的物質(zhì)直接反應(yīng) 不純的金屬在潮濕的空氣或電解質(zhì)溶液中發(fā)生原電池反應(yīng)
現(xiàn)象 金屬被腐蝕 較活潑金屬被腐蝕
區(qū)別 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生
實質(zhì)與聯(lián)系 ①實質(zhì)：都是金屬原子失去電子被氧化的過程； ②化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍
3.鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕
類別 吸氧腐蝕 析氫腐蝕
條件 水膜酸性不強 水膜酸度較高
正極反應(yīng) O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H＋＋2e－===H2↑
負極反應(yīng) Fe－2e－===Fe2＋
生成鐵銹的反應(yīng) Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3、 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
4.金屬腐蝕的快慢比較
(1)在同一種電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕由快到慢的順序是電解池的陽極＞原電池的負極＞化學(xué)腐蝕＞原電池的正極＞電解池的陰極。
(2)在不同溶液中，金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕＞金屬在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕；在相同濃度的電解質(zhì)溶液中，金屬在強電解質(zhì)溶液中的腐蝕＞金屬在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。
(3)對同一種電解質(zhì)溶液來說，一般電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕速率越快。
(1)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍，危害更大。
(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性，實際情況中以吸氧腐蝕為主。
(3)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時，負極都是鐵失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋。
二十、金屬腐蝕的防護
1.在金屬表面覆蓋保護層
(1)涂耐腐蝕物質(zhì)，如涂油漆等。
(2)鍍抗腐蝕金屬，如電鍍等。
(3)鍍膜，如烤藍等。
2.改變金屬內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)等，如制成不銹鋼。
3.電化學(xué)防護方法
電化學(xué)防護 犧牲陽極保護法 外加電流陰極保護法
原理 原電池原理 電解池原理
措施 被保護的金屬作正極(陰極)，以一種活動性較強的金屬作負極(陽極) 被保護的金屬作陰極，惰性電極作輔助陽極，連接直流電源
應(yīng)用 如鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼、鐵塔、鐵管道裝上若干鋅塊，可保護鋼鐵設(shè)備 如鋼閘門、輸送酸性溶液的鐵管道等
示意圖
金屬防護的方法
二十一、電化學(xué)腐蝕原理的應(yīng)用
1.一次性保暖貼工作原理
鐵與氧氣的反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，這個反應(yīng)在自然條件下進行得很慢，當(dāng)它以電池反應(yīng)的形式發(fā)生時則會變得很快，并且放出大量的熱。
負極 正極
電極材料 鐵粉 活性炭
電極反應(yīng) Fe－2e－===Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－(堿性或中性)
離子導(dǎo)體 食鹽水
使用后固體主要成分 炭粉、氯化鈉固體、三氧化二鐵固體以及含鎂和鋁的鹽
2.微電解技術(shù)處理工業(yè)廢水
負極 正極
電極材料 鐵屑中的鐵 鐵屑中的碳
電極反應(yīng) Fe－2e－===Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－(堿性或中性條件) 2H＋＋2e－===H2↑(酸性條件)
離子導(dǎo)體 工業(yè)廢水
原理 新生成的電極反應(yīng)產(chǎn)物具有很高的反應(yīng)活性，能與廢水中的某些污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而達到去除污染物的目的
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