化学反应与能量变化知识点(高一同步)
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化学反应与能量变化
一、化学反应与热能
1、化学能与热能转化的实验探究
（1）盐酸与镁反应的能量变化——【实验6-1】
实验操作 在一支试管中加入2mL 2mol/L盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，观察现象，并测量溶液温度的变化。
实验现象 镁条表面产生大量气泡，温度计示数变大，用手触摸反应后的试管壁，有温热感。
反应原理 Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑
能量转化 化学能转化为热能
（2）Ba(OH)2∙8H2O与NH4Cl反应的能量变化——【实验6-2】
实验操作 将20g Ba(OH)2∙8H2O晶体研细后与10g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸杯壁下部，试着用手拿起烧杯。观察现象。
实验现象 有刺激性气味的气体产生，烧杯内物质呈糊状，木片与烧杯粘在一起，杯壁下部变凉。
反应原理 Ba(OH)2∙8H2O + 2NH4Cl = BaCl2 + 2NH3↑ + 10H2O
能量转化 热能转化为化学能 2、放热反应与吸热反应
化学反应中的能量变化有多种形式，但通常主要表现为热量的变化。化学反应根据热量变化分为两类：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；把吸收热量的化学反应称为吸热反应。
注意：
放热反应和吸热反应都是指化学反应。有些物质的变化过程虽然也有热量变化，但并不是放热反应或吸热反应。例如：NaOH、浓硫酸溶于水，虽然放出热量，但不是放热反应；NH4NO3溶于水时吸收热量，但不是吸热反应。因为上述过程只有旧化学键断裂，没有新化学键形成，不是化学反应。
3、常见的放热反应和吸热反应
（1）常见的放热反应
① 所有的燃烧反应，如木炭、CH4等在空气或氧气中燃烧
② 所有的酸碱中和反应
③ 大多数化合反应
④ 金属与酸或水的反应，如钠与水反应，铝与盐酸反应
（2）常见的吸热反应
① 大多数分解反应，如CaCO3 == CaO + CO2↑
② 某些以C、CO、H2为还原剂的氧化还原反应，如 C + H2O(g) == CO + H2，
C + CO2
== 2CO
③ 某些晶体间的反应，如Ba(OH)2∙8H2O + 2NH4Cl = BaCl2 + 2NH3↑ + 10H2O
4、化学键与化学反应中能量变化的关系 高温
高温
高温 （1）化学反应的实质和特征
（2）化学反应中能量变化的主要原因和决定因素
① 主要因素（微观角度）——化学键的断裂与形成
② 决定因素
① 一个化学反应是吸收能量还是放出能量，决定于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。图示如下：
反应物总能量 > 生成物总能量 反应物总能量 < 生成物总能量 化学反应 实质：旧化学键断裂和新化学键形成
特征 物质变化：生成新物质
能量变化：释放能量或吸收能量 遵循质量守恒定律
遵循能量守恒定律
物质的化学反应与体系的能量变化同时发生
反应物
生成物 旧化学键断裂，吸收能量
新化学键形成，释放能量 不相等 能量变化
反应物的总能量高
反应物的总能量低 生成物的总能量低 生成物的总能量高
化学反应 化学反应 释放能量 吸收能量 ② 旧键断裂所吸收的能量与新键形成所释放的能量的相对大小决定了一个化学反应是吸收能量还是放出能量。图示如下：
在25℃和101kPa条件下以氢气和氯气化合生成氯化氢的反应为例：
H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g)
断开1mol H2和1mol Cl2中的化学键吸收的总能量为436kJ +243kJ = 679kJ；形成2mol HCl中的化学键放出的总能量为431kJ✖️2= 862kJ；反应放出的能量比吸收的多：862kJ - 679kJ = 183kJ
5、人类对能源的利用
（1）人类对化学反应中热能的利用——燃烧
反应物 生成物 旧键断裂，吸收能量E1
新键形成，放出能量E2 E1 < E2 放出能量
E1 > E2 吸收能量
吸收436kJ/mol能量
吸收243kJ/mol能量
放出431kJ/mol能量 放出431kJ/mol能量
发现 始于火的发现
（2）利用最多的化石燃料面临的两个亟待解决的问题
① 能源短缺问题日益突出
②
燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等造成了大气污染
（3）节能减排，寻找清洁的新能源
① 节能：主要是充分有效的利用能源。如在燃料利用的过程中，节能的主要环节有两个：一是燃料燃烧阶段，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；二是能源利用阶段，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，有效提高能源利用率。
② 理想的新能源应具有资源丰富、可以再生、对环境无污染等特点。如太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。
二、化学反应与电能
1、火力发电——化学能间接转化为电能
（1）火力发电原理
通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。
（2）能量转化过程
早期
现代 以树枝杂草为主要能源
以煤、石油、天然气为主要能源
化学能 热能 机械能 电能 燃料燃烧 蒸汽轮机 发电机 关键 （3）火力发电的弊端
① 资源浪费：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 利用率低：火力发电的过程中，能量经过多次转化，能量损失大，利用率低。
③ 污染环境：化石燃料燃烧过程中会产生大量的有害物质（如SO2、CO、NOx、粉尘等），污染环境。
2、原电池——化学能直接转化为电能
（1）原电池原理实验探究——【实验6-3】
实验操作 ① 将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。
② 用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。
③ 如图所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。
实验现象 当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生，铜片上无气泡产生；当用导线将锌片和铜片相连后，铜片上有气泡产生；串联电流表后，电流表指针发生偏转，说明导线中有电流通过。
（2）原电池的定义
把化学能转化为电能的装置叫做原电池。
（3）原电池的工作原理
① 原电池反应原理示意图（以铜锌原电池为例）
锌和铜的活动性不同，锌容易失去电子，被氧化成Zn2+而进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H+从铜片处获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上逸出，原电池总反应式为 Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
② 能量转化过程
原电池工作时，负极上发生失去电子的氧化反应，电子通过导线流向正极，溶液中的氧化性物质得到电子，发生还原反应，氧化反应和还原反应不断发生，负极不断失去电子，失去的电子不断通过导线流向正极，被氧化性物质得到，闭合回路中不断有电子和离子的定向移动，就形成了电流，即化学能转变为电能。
特别提醒：
i. 在原电池的外电路中，电子在导线中定向移动（由负极流出，流入正极），内电路中，离子在溶液中定向移动，即“电子不下水，离子不上岸”。
ii. 阳离子移向正极，阴离子移向负极。
（4）原电池的构成条件
理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池，具体条件是：
① 能自发发生氧化还原反应；
② 两个电极（两电极材料可能参与反应，也可能不参与反应） 电极名称：负极
电极反应类型：
氧化反应
电极反应式：
Zn – 2e- = Zn2+ 电极名称：正极
电极反应类型：
还原反应
电极反应式：
2H+ + 2e- = H2↑ 电子流出 电子流入 ③
有电解质溶液（或熔融电解质）；
④ 构成闭合回路。
3、化学电池
（1）干电池（一次电池）
① 普通锌锰电池
锌锰电池是常见的干电池，它是以锌筒为负极，石墨棒为正极，电解质溶液为NH4Cl糊的电池。
装置图 电极反应式
负极：Zn – 2e- = Zn2+
正极：2MnO2 + 2𝑁𝐻4+ + 2e- = Mn2O3 + 2NH3 + H2O
总反应：
Zn + 2MnO2 + 2𝑁𝐻4+ = Zn2+ + Mn2O3 + 2NH3 + H2O
特点：锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行）。
② 碱性锌锰电池
用湿的KOH代替NH4Cl作电解质，电池的能量和放电电流都得到显著提高。
电池构成 锌（负极）——湿KOH——C棒（正极）
负极反应 Zn + 2OH- – 2e- = Zn(OH)2
正极反应 2MnO2 + 2H2O + 2e- = 2MnO(OH) + 2OH-
电池反应式 Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2
（2）充电电池（二次电池）
有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到
