化学反应速率方程-高三化学化学反应与能量要点（人教版）

一、 化学反应及能量变化
1、化学反应的实质、特征和规律
实质：反应物化学键的断裂和生成物化学键的形成
特征：既有新物质生成又有能量的变化
遵循的规律：质量守恒和能量守恒
2、化学反应过程中的能量形式：常以热能、电能、光能等形式表现出来
二、反应热与焓变
1、反应热定义：在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，所吸收或放出的热量成为化学反应的反应热。
2、焓变定义：在恒温、恒压条件下的反应热叫反应的焓变，符号是△H，单位常用KJ/mol。
3、产生原因：化学键断裂—吸热 化学键形成—放热
4、计算方法：△H=生成物的总能量-反应物的总能量
=反应物的键能总和-生成物的键能总和
5、放热反应和吸热反应
化学反应都伴随着能量的变化，通常表现为热量变化。据此，可将化学反应分为放热反应和吸
热反应。
(2)反应是否需要加热，只是引发反应的条件，与反应是放热还是吸热并无直接关系。许多放
热反应也需要加热引发反应，也有部分吸热反应不需加热，在常温时就可以进行。
中和热
(1)定义：稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成1mol水时的反应热
三、化学电池：
化学电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。
不同种类的电池：
(一)一次电池
一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度，就不能使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等。
常见的一次电池：
(1)普通锌锰干电池
的周围是细密的石墨和去极化剂MnO2的混合物，在混合物周围再装入以NH4Cl溶液浸润ZnCl2，NH4Cl和淀粉或其他填充物(制成糊状物)。为了避免水的蒸发，干电池用蜡封好。干电池在使用时的电极反应为
—负极： Zn —2e=Zn2+
—正极： 2NH4+ + 2e + 2MnO2 = 2NH3 +Mn2O3+ H2O
总反应： Zn + 2MnO2 + 2NH4+ = Mn2O3+ 2NH3 + Zn2++H2O
(2)碱性锌锰干电池
——负极： Zn + 2OH—2e=Zn(OH)2
—— 正极：2MnO2 + 2H2O +2e=2MnOOH + 2OH
总反应：Zn +2MnO2 + 2H2O=2MnOOH +Zn(OH)2
(3)银一锌电池
电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称。它们的电极材料是Ag2O和Zn，所以叫银一锌电池。电极反应和电池反应是：
-—负极： Zn+2OH—2e=Zn(OH)2
—- 正极：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH
总反应： Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag
利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点。这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面。
(4)锂-二氧化锰非水电解质电池
以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜，电极反应为：
-+负极反应：Li—e=Li
+-正极反应：MnO2+Li+e=LiMnO2
总反应：Li+MnO2=LiMnO2
该种电池的电动势为2.69V，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维持其能力的90%，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等。
(5)铝-空气-海水电池
1991年，我国首例以铝——空气——海水为材料组成的新型电池用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。
工作原理：
3+-负极：4Al—12e==4Al
--正极：3O2+6H2O+12 e==12OH
总反应：4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3
特点：这种海水电池的能量比“干电池”高20—50倍。(6)高能电池—锂电池
该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。由于锂的相对原子质量很小，所以比
容量(单位质量电极材料所能转换的电量)特别大，使用寿命长，适用于动物体内(如心脏起搏器)。因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。
如作心脏起搏器的锂—碘电池的电极反应式为：负极：2Li-2e- ==2Li+ 正极：I2+2e-==2 I- 总反应式为：2Li+I2==2LiI
锂电池
(二)二次电池
二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用。
(1)铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电介质是H2SO4 .
铅蓄电池放电的电极反应如下：
-- 负极：Pb(s)+SO42(aq)-2e=PbSO4(s)(氧化反应)
+- 正极：PbO2(s)+SO42-(aq)十4H(aq)+2e=PbSO4(s)+2H2O (l)(还原反应)
总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)十2H2O (l)
铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：
-- 阴极：PbSO4(s)+2e=Pb(s)+SO42(aq)(还原反应)
--+ 阳极：PbSO4(s)+2H2O (l) -2e=PbO2(s)+SO42(aq)十4H(aq)(氧化反应)
总反应：2PbSO4(s)十2H2O (l) =Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)十2H2O (l)
(2)碱性镍—镉电池：该电池以Cd和NiO(OH)作电极材料，NaOH作电解质溶液。
负极：Cd+2OH--2e- = Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-
总反应式为：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2
从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低。而镍—镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化。
(3)氢镍可充电池：该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电500次，可以取代会产生镉污染的镍—镉电池。
负极：H2+2OH--2e-=2H2O
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-
总反应式为：H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2
(三)燃料电池
又称连续电池：一般以天然燃料或其它可燃物质如H2、CH4等作为负极反应物质，以O2作为正极反应物质而形成的。燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一。
(1)氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂(是一种惰性电极，并具有催化活性)或活性炭作电极，用40%的KOH溶液作电解质溶液。其电极反应式为：负极：2H2+4OH--4e-=4H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应式为：2H2+O2=2H2O
(2)甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液。
负极：CH4+10OH--8e-= CO3 2- +7H2O
正极：2O2+4H2O+8e- = 8OH-
总反应式为：CH4+2O2+2KOH = K2CO3+3H2O
(3)甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍。
负极：2CH4O+16OH--12e- = 2CO3 2- +12H2O
正极：3O2+6H2O+12e- =12OH-
总反应式为：2CH4O+3O2+4OH- =2CO3 2- +6H2O
(4)固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2-在其间通过。
负极：2H2+2O2-4e- = 2H2O
正极：O2+4e- = 2O2-
总反应式为：2H2+O2 = 2H2O
(5)熔融盐燃料电池：
该电池用Li2CO3和的Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在6500C下工作的燃料电池。熔融盐燃料电池具有高的发电效率。
负极：2CO+2CO3 2- -4e- = 4CO2
正极：O2+ 2CO2+4e- = 2CO3 2-
总反应式为：2CO+O2 = 2CO 2

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