一、吸热反应与放热反应

  1. 概念：
    1. 放热反应：放出热量的化学反应
    2. 吸热反应：吸收热量的化学反应
  2. 常见的放热反应与吸热反应
    1. 放热反应：（燃、中、金、化、氧、铝）
      1. 燃：所有的燃烧反应呢
      2. 中：所有的酸碱中和反应
      3. 金：活泼金属与水或酸的反应
      4. 化：绝大多数化合反应
      5. 氧：物质的缓慢氧化
      6. 铝：所有的铝热反应
    2. 吸热反应：（分、铵、碳）
      1. 分：绝大多数分解反应
      2. 铵：铵盐和碱的反应
      3. 碳：某些以\(\ce{C}\) 为还原剂的氧化还原反应，eg：\(\ce{C}\) 与 \(\ce{H2O(g)}\) 的反应; \(\ce{C}\) 与\(\ce{CO2}\) 的反应
  3. 易错点：
    1. 吸热/放热反应与反应条件没有绝对的关系，很多放热反应也需要加热才能发生，很多吸热反应常温下也可以发生 eg：\(\ce{Ba(OH)2·8H2O}\) 与 \(\ce{NH4Cl}\) 的反应
    2. 吸热/放热反应的判定，不是只要吸收或者放出热量即可，必须是吸收/放出热量的化学反应。物理变化过程无论吸收/放出热量都不能称之为吸热/放热反应
    3. 若某反应为吸热反应，则其逆反应为放热反应

二、化学反应存在能量变化的原因

2.1 化学键变化理解能量变化

  1. 化学反应的微观本质：旧键的断裂和新键的生成（两个过程都有，才是一个完整的化学反应）
  2. 其中的能量变化：旧键的断裂一定要吸收能量才能做到；而新键的生成的过程一定会放出能量。两个过程从环境中吸收及放出到环境中的能量的差值，就是化学反应热的来源。如果 吸收>放出（吸热反应）；吸收<放出（放热反应）

2.2 能量的描述

  1. 键能的量值：从数值上看，化学键键能=断裂该键需要吸收的能量=成为该键需要放出的能量
  2. 化学反应前后能量变化的量值的公式：
    1. \(\ce{\Delta H }\) = 吸收的能量-放出的能量
    2. \(\ce{\Delta H }\) = 破坏旧键吸收的能量-成为新键放出的能量
    3. \(\ce{\Delta H }\) = 反应物的总键能-生成物的总键能
    4. \(\ce{\Delta H}\) =生成物的总能量- 反应物的总能量
  3. 能量变化值与吸热/放热反应的关系： \(\ce{\Delta H> 0}\) 为吸热反应 ； \(\ce{\Delta H< 0}\) 为放热反应

三、化学能与电能

3.1 火力发电——化学能间接转化为电能

  1. 转化过程：\(\ce{化学能 ->[燃料燃烧] 热能 ->[蒸汽轮机] 机械能 ->[发电机] 电能}\)
  2. 转化的关键：燃烧（氧化还原反应）

3.2 原电池——化学能直接转化为电能

  1. 定义：把化学能转化为电能的装置叫原电池
  2. 原理示意图：
  3. 原理解释：
    1. 两反应 ：
      1. 负氧：负极是还原剂，失电子，发生氧化反应
      2. 正还：正极是氧化剂，得电子，发生还原反应
    2. 三方向 ：
      1. 电流方向：外电路中正极 \(\rightarrow\) 负极
      2. 电子流向：负极 \(\rightarrow\) 正极
      3. 阴阳离子流向：电解质溶液中，阴离子：正极 \(\rightarrow\) 负极；阳离子：负极 \(\rightarrow\) 正极
原电池原理解释.png
原电池原理解释
  1. 构成原电池得条件：
    1. 两极 ：两种活泼性不同的金属（或一种为能导电的非金属，燃料电池的电极一般为惰性电极），其中两级材料可能参加反应，也可能不参加反应
    2. 一液 ：电解质溶液
    3. 一线 ：形成闭合回路，两极插入电解质液之后，形成闭合回路，既可以用导线连接，也可以直接接触
    4. 一反应 ：必须能够发生可自发进行的氧化还原反应
  2. 原电池电极反应的写法：
    1. 列物质标得失：按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断电极反应产物，找出得失电子数目
    2. 看环境配守恒：看是否需要补充 \(\ce{H+}\) 、\(\ce{OH-}\) 、\(\ce{H2O}\) ,保证质量守恒、电荷守恒、得失电子守恒是否满足
    3. 两式相加验总式：两电极反应式相加，与总反应式对照验证

3.3 不同的化学电池

1. 一次电池——锌锰干电池

  1. 构造示意图
  2. 工作原理：
    1. 负极：锌筒。锌被氧化，逐渐消耗，反应为 \(\ce{Zn - 2e^{-} \xlongequal[]{} Zn^{2+}}\)
    2. 电解质溶液： \(\ce{NH4Cl}\) 糊
    3. 正极：石墨棒。二氧化锰被还原，反应为 \(\ce{2MnO2 + 2NH^{+}4 + 2e^{-} \xlongequal[]{} Mn2O3 + 2NH3 + H2O}\)
  3. 特点：放电后不能充电，便于携带，价格低

2. 二次电池——充电电池

  1. 常见类型：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池
  2. 特点：
    1. 放电时，化学能转化为电能
    2. 充电时：电能转化为化学能，即 \(\ce{电能 <=>[充电][放电] 化学能}\)
    3. 放电时发生的氧化还原反应，在充电时逆向进行，使电池恢复到放点前的水平

3. 燃料电池

  1. 概念：燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化反应和还原反应，将化学能直接转化为电能的装置
  2. 优点：燃料电池与火力发电相比，其燃料利用率高，能量转化率高。与干电池和蓄电池相比，反应不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂
  3. 燃料电池正、负极的判断：燃料电池中的电极一般为惰性材料（ \(\ce{Pt}\) 、石墨），电极不参与反应，仅传导电子。其中通入燃料的一极为负极，通入 \(\ce{O2}\) （或其他助燃性别的物质）的一极为正极

3.4 原电池原理的应用

  1. 加快氧化还原反应的速率：如，在实验室用 \(\ce{Zn}\) 和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成 \(\ce{Cu—Zn}\) 原电池，加快反应速率
  2. 比较金属活动性强弱：一般情况下，原电池中活泼金属作负极，不活泼金属作正极
  3. 金属的防护：在轮船外壳上镶嵌锌块，在海水中形成原电池，锌作负极失去电子，保护铁使其不被腐蚀
  4. 设计制作化学电源：
    • 拆分反应 \(\rightarrow\) 选择电极材料 \(\rightarrow\) 确定电解质溶液 \(\rightarrow\) 画出装置图