關於化學反應與能量的知識點
一、 化學反應及能量變化
1、化學反應的實質、特徵和規律
實質：反應物化學鍵的斷裂和生成物化學鍵的形成
特徵：既有新物質生成又有能量的變化
遵循的規律：質量守恆和能量守恆
2、化學反應過程中的能量形式：常以熱能、電能、光能等形式表現出來
二、反應熱與焓變
1、反應熱定義：在化學反應過程中，當反應物和生成物具有相同温度時，所吸收或放出的熱量成為化學反應的反應熱。
2、焓變定義：在恆温、恆壓條件下的反應熱叫反應的焓變，符號是△H，單位常用KJ/mol。
3、產生原因：化學鍵斷裂—吸熱 化學鍵形成—放熱
4、計算方法：△H=生成物的總能量-反應物的總能量=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和
5、放熱反應和吸熱反應
化學反應都伴隨着能量的變化，通常表現為熱量變化。據此，可將化學反應分為放熱反應和吸熱反應。
(2)反應是否需要加熱，只是引發反應的條件，與反應是放熱還是吸熱並無直接關係。許多放熱反應也需要加熱引發反應，也有部分吸熱反應不需加熱，在常温時就可以進行。中和熱
(1)定義：稀溶液中，酸和鹼發生中和反應生成1mol水時的反應熱
三、化學電池：
化學電池，是一種能將化學能直接轉變成電能的裝置，它通過化學反應，消耗某種化學物質，輸出電能。它包括一次電池、二次電池和燃料電池等幾大類。
不同種類的電池：
(一)一次電池
一次電池的活性物質(發生氧化還原反應的物質)消耗到一定程度，就不能使用了。一次電池中電解質溶液製成膠狀，不流動，也叫乾電池。常用的'有普通的鋅錳乾電池、鹼性鋅錳電池、鋅汞電池、鎂錳乾電池等。
常見的一次電池：
(1)普通鋅錳乾電池
的周圍是細密的石墨和去極化劑MnO2的混合物，在混合物周圍再裝入以NH4Cl溶液浸潤ZnCl2，NH4Cl和澱粉或其他填充物(製成糊狀物)。為了避免水的蒸發，乾電池用蠟封好。乾電池在使用時的電極反應為
—負極： Zn —2e=Zn2+
—正極： 2NH4+ + 2e + 2MnO2 = 2NH3 +Mn2O3+ H2O
總反應： Zn + 2MnO2 + 2NH4+ = Mn2O3+ 2NH3 + Zn2++H2O
(2)鹼性鋅錳乾電池
——負極： Zn + 2OH—2e=Zn(OH)2
—— 正極：2MnO2 + 2H2O +2e=2MnOOH + 2OH
總反應：Zn +2MnO2 + 2H2O=2MnOOH +Zn(OH)2
(3)銀一鋅電池
電子手錶、液晶顯示的計算器或一個小型的助聽器等所需電流是微安或毫安級的，它們所用的電池體積很小，有“鈕釦”電池之稱。它們的電極材料是Ag2O和Zn，所以叫銀一鋅電池。電極反應和電池反應是：
-—負極： Zn+2OH—2e=Zn(OH)2
—- 正極：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH
總反應： Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag
利用上述化學反應也可以製作大電流的電池，它具有質量輕、體積小等優點。這類電池已用於宇航、火箭、潛艇等方面。
(4)鋰-二氧化錳非水電解質電池
以鋰為負極的非水電解質電池有幾十種，其中性能最好、最有發展前途的是鋰一二氧化錳非水電解質電池，這種電池以片狀金屬及為負極，電解活性MnO2作正極，高氯酸及溶於碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有機溶劑作為電解質溶液，以聚丙烯為隔膜，電極反應為：
-+負極反應：Li—e=Li
+-正極反應：MnO2+Li+e=LiMnO2
總反應：Li+MnO2=LiMnO2
該種電池的電動勢為2.69V，重量輕、體積小、電壓高、比能量大，充電1000次後仍能維持其能力的90%，貯存性能好，已廣泛用於電子計算機、手機、無線電設備等。
(5)鋁-空氣-海水電池
1991年，我國首例以鋁——空氣——海水為材料組成的新型電池用作航海標誌燈。該電池以取之不盡的海水為電解質，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產生電流。
工作原理：
3+-負極：4Al—12e==4Al
--正極：3O2+6H2O+12 e==12OH
總反應：4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3
特點：這種海水電池的能量比“乾電池”高20—50倍。(6)高能電池—鋰電池
該電池是20世紀70年代研製出的一種高能電池。由於鋰的相對原子質量很小，所以比
容量(單位質量電極材料所能轉換的電量)特別大，使用壽命長，適用於動物體內(如心臟起搏器)。因鋰的化學性質很活潑，所以其電解質溶液應為非水溶劑。
如作心臟起搏搏器的鋰—碘電池的電極反應式為：負極：2Li-2e- ==2Li+ 正極：I2+2e-==2 I- 總反應式為：2Li+I2==2LiI
鋰電池
(二)二次電池
二次電池又稱充電電池或蓄電池，放電後可以再充電使活性物質獲得再生。這類電池可以多次重複使用。
(1)鉛蓄電池是最常見的二次電池，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負極板上覆蓋有Pb，電介質是H2SO4 .
鉛蓄電池放電的電極反應如下：
-- 負極：Pb(s)+SO42(aq)-2e=PbSO4(s)(氧化反應)
+- 正極：PbO2(s)+SO42-(aq)十4H(aq)+2e=PbSO4(s)+2H2O (l)(還原反應)
總反應：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)十2H2O (l)
鉛蓄電池充電的反應是上述反應的逆過程：
-- 陰極：PbSO4(s)+2e=Pb(s)+SO42(aq)(還原反應)
--+ 陽極：PbSO4(s)+2H2O (l) -2e=PbO2(s)+SO42(aq)十4H(aq)(氧化反應)
總反應：2PbSO4(s)十2H2O (l) =Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
可以把上述反應寫成一個可逆反應方程式：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)十2H2O (l)
(2)鹼性鎳—鎘電池：該電池以Cd和NiO(OH)作電極材料，NaOH作電解質溶液。
負極：Cd+2OH--2e- = Cd(OH)2
正極：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-
總反應式為：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2
從上述兩種蓄電池的總反應式可看出，鉛蓄電池在放電時除消耗電極材料外，同時還消耗電解質硫酸，使溶液中的自由移動的離子濃度減小，內阻增大，導電能力降低。而鎳—鎘電池在放電時只消耗水，電解質溶液中自由移動的離子濃度不會有明顯變化，內阻幾乎不變，導電能力幾乎沒有變化。
(3)氫鎳可充電池：該電池是近年來開發出來的一種新型可充電池，可連續充、放電500次，可以取代會產生鎘污染的鎳—鎘電池。
負極：H2+2OH--2e-=2H2O
正極：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-
總反應式為：H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2
(三)燃料電池
又稱連續電池：一般以天然燃料或其它可燃物質如H2、CH4等作為負極反應物質，以O2作為正極反應物質而形成的。燃料電池體積小、質量輕、功率大，是正在研究的新型電池之一。
(1)氫氧燃料電池主要用於航天領域，是一種高效低污染的新型電池，一般用金屬鉑(是一種惰性電極，並具有催化活性)或活性炭作電極，用40%的KOH溶液作電解質溶液。其電極反應式為：負極：2H2+4OH--4e-=4H2O正極：O2+2H2O+4e-=4OH- 總反應式為：2H2+O2=2H2O
(2)甲烷燃料電池用金屬鉑作電極，用KOH溶液作電解質溶液。
負極：CH4+10OH--8e-= CO3 2- +7H2O
正極：2O2+4H2O+8e- = 8OH-
總反應式為：CH4+2O2+2KOH = K2CO3+3H2O
(3)甲醇燃料電池是最近摩托羅拉公司發明的一種由甲醇和氧氣以及強鹼作為電解質溶液的新型手機電池，電量是現有鎳氫電池或鋰電池的10倍。
負極：2CH4O+16OH--12e- = 2CO3 2- +12H2O
正極：3O2+6H2O+12e- =12OH-
總反應式為：2CH4O+3O2+4OH- =2CO3 2- +6H2O
(4)固體氧化物燃料電池該電池是美國西屋公司研製開發的，它以固體氧化鋯—氧化釔為電解質，這種固體電解質在高温下允許O2-在其間通過。
負極：2H2+2O2-4e- = 2H2O
正極：O2+4e- = 2O2-
總反應式為：2H2+O2 = 2H2O
(5)熔融鹽燃料電池：
該電池用Li2CO3和的Na2CO3熔融鹽混合物作電解質，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃氣，製得在6500C下工作的燃料電池。熔融鹽燃料電池具有高的發電效率。
負極：2CO+2CO3 2- -4e- = 4CO2
正極：O2+ 2CO2+4e- = 2CO3 2-
總反應式為：2CO+O2 = 2CO 2
