高中化学选修4化学反应原理 主题一化学反应与能量

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快乐课堂高中化学精讲

山东科技大学出版社（简称“鲁科版”）
选修4 化学反应原理

主题一 化学反应与能量  

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说明：课本和一般辅导书已有内容，一般不再重复。

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《普通高中化学课程标准》关于本主题内容的标准要求

1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。

2．通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义。

3．能举例说明化学能与热能的相互转化，了解反应热和焓变的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

4．体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

5．通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。

6．能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。

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本单元包括：化学变化中能量转化的规律，具体到化学能与热能、化学能与电能转化的规律，三块知识点；以及金属腐蚀和能源利用，两块拓展应用点。

本册教材名称《化学反应原理》，那么首先应明确“化学反应原理”到底是什么意思？

原理：具有普遍意义的基本规律。是在大量观察、实践的基础上，经过归纳、概括而得出的。既能指导实践，又必须经受实践的检验。

化学反应：

定义：在化学反应中，分子分成原子,离子重组，原子重组，原子重新排列组合构成新物质的过程,称为化学反应。

实质：是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。一切化学反应实质上就是原子最外层电子运动状态的改变。

所以

化学反应原理，可以说是：原子最外层电子运动状态改变的基本规律。

    因此，在化学学习中，要始终牢记这句话。只有抓住实质，才能真正学好化学，才会感觉到化学学习的乐趣，才可以到化学学习的快乐和轻松。

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化学反应与能量转化

在化学反应中吸收或者释放的能量就叫做化学能，化学能的来源是在化学反应中由于原子最外层电子运动状态的改变和原子能级发生变化的结果。

化学能是一种很隐蔽的能量，它不能直接用来做功，只有在发生化学变化的时候才释放出来，变成热能或者其他形式的能量。

能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。

化学能是能量的一种，化学能的转化，必然也遵守“能量守恒定律”。

化学在能源中的重要性

化学能具有易携带、易贮存能量、不能直接做功的特点。

化学能源在生产生活中使用的各种能源中，占有相当大的比例。石油、煤炭、天然气等，都属于化学能源。

如何提高能源的利用效率，如何能开发出环保、经济、方便的新能源，化学都发挥着巨大的作用。

这一拓展应用点，虽然在现行高考试题中不具有什么地位。但在高校自主招生时，一定是化学方面的重中之重。

有志于在科学道路上有更大发展的同学，一定要好好地思考研究这个方面。

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化学能与热能的相互转化

我们从初中开始接触化学，对化学反应现象的记忆中，是否放热，放热是否剧烈，是一个重要的不可缺少的方面。对化学反应条件的记忆中，是否加热，是否高温，是否点燃，也是非常重要不可缺少的方面。

这是因为在化学反应中，化学能必然存在着变化，而绝大多数的能量转化，是在化学能与热能之间进行的。

焓、焓变与熵

焓：物理学上指单位质量的物质所含的全部热能。由字母H（单位：焦耳,J）表示，H来自于英语 Heat Capacity（热容）一词。

“焓”这个汉字生动地表明了其意义。“含”表音，还表示”是物质内含的”，“火”表示“热能”。“H”则是拼音的首字母。

物质焓值的大小与物质的内能有关外，还与其压强、体积有关。

焓变：是生成物与反应物的焓值差。

在压强不变的情况下，即反应在开放环境下进行时，焓变=反应热。

熵：体系混乱度(或无序度)的量度（也可说成“聚集状态”）。S 表示熵。

熵的规律： 　　

(1) 同一物质，气态熵大于液态熵，液态熵大于固态熵；

(2) 相同原子组成的分子中，分子中原子数目越多，熵值越大；

(3) 相同元素的原子组成的分子中，分子量越大,熵值越大；

(4) 同一类物质，摩尔质量越大，结构越复杂，熵值越大；

(5) 固体或液体溶于水时，熵值增大，气体溶于水时，熵值减少；

熵在现行课程标准中，不做高中化学学习内容。多余老师在这补充介绍一下，是为了让学生明白：为什么在写明反应物和生成物的物态？

多余老师再补充一个反应条件与焓、熵的关系：

熵增焓减，反应自发； 　　

熵减焓增，反应逆向自发； 　　

熵增焓增，高温反应自发； 　　

熵减焓减，低温反应自发。

对化学有更深层次举的同学，可以好好理解一下这里面包含的能量问题。

反应热的符号

反应热或焓变的符号为“+”时，说明生成物的能量增加，吸热。

反应热或焓变的符号为“-”时，说明生成物的能量减少，放热。

可千万不要看“+”说是放，看“-”说是吸，呵呵

化学中有关计算问题，其实都是数学问题，所以多余老师在化学讲义中，一般不涉及化学计算。

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化学能转化为电能——原电池

电池是我们日常生活中经常使用的，携带方便，能量转化很好控制。但电池使用完毕后，所剩余物质仍是化学品，不能与一般垃圾一样处理。

产生电流是电子的定向移动。

但电子和移动方向与电流的规定方向相反。但只要牢记：

负极失电子，正极得电子。

而离子反应正是电子的移动。所以，利用离子反应来设计原电池。

所以

原电池的两极选择不同金属，其中正极可使用有良好导电性能的非金属。就是利用金属与电解质之间的离子反应。

特别强调

用不同金属做两极时，与金属活泼性没有本质关系。要看金属与电解质的离子反应，失电子的为负极。

而失电子，则金属必然由原子变成离子，质量减少。

补充一点：

离子并不是只有金属离子。所以利用非金属离子和离子团，也可以制作不使用金属的化学电池。

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电能转化为化学能——电解池

电解可以看作原电池的逆过程。也是利用离子反应进行的。

只不过，电解时，由电源提供电子。

由于电子是由电源提供的，即由电源负极提供电子，则电解阴极为得电子，相应地，电解阳极失电子。

同样，由于电子由电源提供，所以电解两极可以是：

一、两个导电良好的非金属。

电极无电子变化，用于将溶液电解。

二、用一个或两个金属电极，但溶液不含电极金属离子。

由于这种情况下，

阳极金属可以失电子变成离子，（放电）

溶液阳离子可以在阳极失去电子变成原子，（放电）

溶液阴离子可以在阴极得到电子变成原子，

所以这种情况下，电解情况最为复杂。

由于化学键的能量大小不同，而自然界所有的突破总是从最弱处进行。

所以根据这一点，记忆电子得失能力强弱，更为准确快捷。

1、金属原子按金属活动表，在前的失电子的能力强于在后的。

铂（白金）和金因，稳定性超强，电解不起作用。

正所谓：“真金不怕火炼”，还不怕电解呢，呵呵

2、金属离子，得电子的能力则与失电子能力相反。按金属活动表，在前的不容易得电子。

正所谓：越容易失去的就越不容易得到。现实不也这样吗？

特别注意：

因铁离子有二价和三价两种情况，二价铁仍在原位，三价铁跑到铜之后。

氢离子不是金属离子，但却是阳离子，所以情况更奇特，这

一要看氢离子是来源于水，还是来源于无氧酸，还是来源于有氧酸。产生氢离子的浓度不同，活动性也不同。

二要看锌铁锡铅离子的浓度，浓度很大时比氢离子易得电子。

3、非金属离子或离子团，也与非金属性的强弱有关。与金属原子合并，可统一按金属性强弱来记忆。

氟氯溴碘硫，氟的金属性最弱，氟离子最不容易失电子。

离子团也相对不容易失电子，酸根又要比氢氧根更不易失电子。

三、用两个金属电极，阳极金属和溶液阳离子是相同金属元素。

阳极金属会跑到阴极金属表面，此种情况，用于电镀。

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金属的腐蚀与防护

金属腐蚀的实质，是金属失电子而成离子。

根据已学知识，除了在刚学的电解和原电池，有金属变成离子的情况，这统称为电化学腐蚀；还有很多反应，金属从单质变成化合物，这些统称为化学腐蚀。

由于电解是外部提供能量，所以电解性腐蚀比电池性腐蚀快。

由于强电解质提供丰富的离子，所以强电解质引起的腐蚀比弱电解质引起的腐蚀快。

针对引起金属腐蚀的原因，就可以进行相应的防护。

对化学化学兴趣浓厚的同学，可以多查阅资料，并在生活中多观察，有关金属防护的问题，特别是在复杂或极端条件下，做好金属防护，是一个值得深层次研究的课题。

hhwya

这个还不错,好帖子，大家谈谈












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