《选修4化学反应原理》知识点总结整理超全.docx

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《选修4化学反应原理》知识点总结整理超全

高三化学《化学反应原理》知识清单

第一章化学反应与能量变化

一、焓变、反应热

要点一：

反应热（焓变）的概念及表示方法

化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以用热量来描述，叫做反应热，又称焓变，符号为ΔH，单位为kJ/mol，规定放热反应的ΔH为“—”，吸热反应的ΔH为“+”。

特别提醒：

（1）描述此概念时，无论是用“反应热”、“焓变”或“ΔH”表示，其后所用的数值必须带“+”或“—”。

（2）单位是kJ/mol，而不是kJ，热量的单位是kJ。

（3）在比较大小时，所带“+”“—”符号均参入比较。

要点二：

放热反应和吸热反应

1．放热反应的ΔH为“—”或ΔH＜0；吸热反应的ΔH为“+”或ΔH＞0

∆H＝E（生成物的总能量）－E（反应物的总能量）

∆H＝E（反应物的键能）－E（生成物的键能）

2．常见的放热反应和吸热反应

①放热反应：

活泼金属与水或酸的反应、酸碱中和反应、燃烧反应、多数化合反应。

②吸热反应：

多数的分解反应、氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应、水煤气的生成反应、炭与二氧化碳生成一氧化碳的反应

3．需要加热的反应，不一定是吸热反应；不需要加热的反应，不一定是放热反应

4．通过反应是放热还是吸热，可用来比较反应物和生成物的相对稳定性。

如C（石墨，s）C（金刚石，s）△H3=+1.9kJ/mol，该反应为吸热反应，金刚石的能量高，石墨比金属石稳定。

二、热化学方程式的书写

书写热化学方程式时，除了遵循化学方程式的书写要求外，还要注意以下几点：

1．反应物和生成物的聚集状态不同，反应热的数值和符号可能不同，因此必须注明反应物和生成物的聚集状态，用s、l、g分别表示固体、液体和气体，而不标“↓、↑”。

2．△H只能写在热化学方程式的右边，用空格隔开，△H值“—”表示放热反应，△H值“+”表示吸热反应；单位为“kJ/mol”。

3．△H的值

要与热化学方程式中化学式前面的化学计量数相对应，如果化学计量数加倍，△H也要加倍。

4．正反应若为放热反应，则其逆反应必为吸热反应，二者△H的数值相等而符号相反。

三、燃烧热、中和热、能源

要点一：

燃烧热、中和热及其异同

1．燃烧热指的是1mol可燃物燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，注意：

稳定的化合物，如H2→H2O（l）而不是H2O（g）、C→CO2（g）而不是CO、S→SO2（g）而不是SO3。

2．中和热是指酸、碱的稀溶液发生中和反应生成1mol水所放出的热量。

注意：

弱酸、弱碱电离出H+、OH－需要吸收热量，故所测定中和热的数值偏小；浓硫酸与碱测定中和热时，因浓硫酸释稀要放热，故测定的中和热的数值偏大。

3．因燃烧热、中和热是确定的放热反应，具有明确的含义，故在表述时不用带负号，如CH4的燃烧热为890KJ/mol。

4．注意表示燃烧热的热化学方程式和燃烧的热化学方程式；表示中和热的热化学方程式和表示中和反应的热化学方程式的不同。

燃烧热以可燃物1mol为标准，且燃烧生成稳定的化合物；中和热以生成1mol水为标准。

要点二：

能源

新能源的开发与利用,日益成为社会关注的焦点,因此,以新型能源开发与利用为背景材料

考查热化学方程式的书写及求算反应热，已成为高考命题的热点。

关于能源问题，应了解下面的几个问题：

（1）能源的分类：

常规能源（可再生能源，如水等，非再生能源，如煤、石油、天然气等）；新能源（可再生能源，如太阳能、风能、生物能；非再生能源，如核聚变燃料）

（2）能源的开发；①太阳能：

每年辐射到地球表面的能量为5×1019kJ，相当于目前全世界能量消耗的1.3万倍。

②生物能：

将生物转化为可燃性的液态或气态化合物，再利用燃烧放热。

③风能：

利用风力进行发电、提水、扬帆助航等技术，风能是一种可再生的干净能源。

④地球能、海洋能。

四、反应热的求算

1．由盖斯定律：

化学反应不管是一步完成还是分步完成，其反应热总是相同的。

也就是说，化学反应热只与反应的始态和终态有关，而与具体反应的途径无关。

2．反应热的数值等于E（形成新键释放的总能量）与E（断键所吸收的总能量）之差，放热反应△H的符号为“—”，吸热反应△H的符号为“+”。

五、原电池的工作原理

1．将化学能转变为电能的装置叫做原电池，它的原理是将氧化还原反应中还原剂失去的电子经过导线传给氧化剂，使氧化还原反应分别在两极上进行。

2．原电池的形成条件：

（如下图所示）

（1）活泼性不同的电极材料

（2）电解质溶液

（3）构成闭合电路（用导线连接或直接接触）（4）自发进行的氧化还原反应

特别提醒：

构成原电池的四个条件是相互联系的，电极不一定参加反应，电极材料不一定都是金属，但应为导体，

电解质溶液应合理的选取。

3．判断原电池正负极常用的方法

负极：

一般为较活泼金属，发生氧化反应；是电子流出的一极，电流流入的一极；或阴离子定向移动极；往往表现溶解。

正极：

一般为较不活泼金属，能导电的非金属；发生还原反应；电子流入一极，电流流出一极；或阳离子定向移向极；往往表现为有气泡冒出或固体析出。

4．原电池电极反应式书写技巧

（1）根据给出的化学方程式或题意，确定原电池的正、负极，弄清正、负极上发生反应的具体物质

（2）弱电解质、气体、难溶物均用化学式表示，其余以离子符号表示，写电极反应式时，要遵循质量守恒、元素守恒定律及正负极得失电子数相等的规律，一般用“=”而不用“→”

（3）注意电解质溶液对正、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或化学方程式加以确定

（4）正负电极反应式相加得到原电池的总反应式，通常用总反应式减去较易写的电极反应式，从而得到较难写的电极反应式。

5.原电池原理的应用

（1）设计原电池（这是近几年高考的命题热点）

（2）加快了化学反应速率：

形成原电池后，氧化还原反应分别在两极进行，使反应速率增大，例如：

实验室用粗锌与稀硫酸反应制取氢气；在锌与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快

（3）进行金属活动性强弱的比较

（4）电化学保护法：

即金属作为原电池的正极而受到保护，如在铁器表面镀锌

六、化学电源

1.各类电池

（1）干电池（属于一次电池）

①结构：

锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。

②电极反应负极：

Zn-2e-=Zn2+正极：

2NH4++2e-=2NH3+H2

（2）铅蓄电池（属于二次电池、可充电电池）

1结构：

铅板、填满PbO2的铅板、稀H2SO4。

②A.放电反应负极：

Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极：

PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

B.充电反应阴极：

PbSO4+2e-=Pb+SO42-阳极：

PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-

总式：

Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O

（3）锂电池

1结构：

锂、石墨、固态碘作电解质。

②电极反应负极：

2Li-2e-=2Li+正极：

I2+2e-=2I-总式：

2Li+I2=2LiI

（4）.铝、空气燃料电池以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功。

这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断产生电流。

电极反应：

铝是负极4Al-12e-==4Al3+；石墨是正极3O2+6H2O+12e-==12OH-

2.燃料电池正极反应式的书写

因为燃料电池，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，现将与电解质有关的五种情况归纳如下。

⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O。

⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）

正极反应式为O2＋2H2O+4e-=4OH-。

⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物）

在熔融的碳酸盐环境中，正极反应式为O2＋2CO2+4e-=2CO32-。

⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）

该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O2＋4e-=2O2-。

综上所述，在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。

3.常见燃料电池电极反应式的书写

（1）氢氧燃料电池

氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，总反应为：

2H2+O2===2H2O电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：

a.电解质是KOH溶液（碱性电解质）

负极：

H2–2e-+2OH—===2H2O正极：

O2+H2O+4e-===OH—

b.电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）

负极：

H2–2e-===2H+正极：

O2+4H++4e-===2H2O

c.电解质是NaCl溶液（中性电解质） 

负极：

H2–2e-===2H+（氧化反应）正极：

O2+H2O+4e-===4OH—

说明:

1、碱性溶液反应物、生成物中均无H+2、.水溶液中不能出现O2-

3、中性溶液反应物中无H+和OH-—4、酸性溶液反应物、生成物中均无OH-

（2）甲醇燃料电池 

a.碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：

3O2+12e-+6H20===12OH-

负极：

2CH3OH–12e-+16OH— ===2CO32-+12H2O

总反应方程式2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O

 b.酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极：

3O2+12e--+12H+==6H2O（注：

乙醇燃料电池与甲醇

负极：

2CH3OH–12e-+2H2O==12H++2CO2燃料电池原理基本相同）

总反应式2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O

（3）CO燃料电池（总反应方程式均为：

2CO＋O2＝2CO2）

a.熔融盐（铂为两极、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气）

正极：

O2＋4e-＋2CO2＝2CO32--负极：

2CO＋2CO32-–4e-==4CO2

b.酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极：

O2+4e--+4H+==2H2O负极：

2CO–4e-+2H2O==2CO2+4H+

（4）肼燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：

O2+2H2O+4e-==4OH—负极：

N2H4+4OH—--4e-==N2+4H2O

总反应方程式N2H4+O2===N2+2H2O

（5）甲烷燃料电池

a．碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：

2O2+2H2O+8e-==8OH—负极：

CH4+10OH—--8e-==CO32-+7H2O

总反应方程式CH4+2KOH+2O2===K2CO3+3H2O

b.酸性电解质（铂为两极、电解液H2SO4溶液）

正极：

2O2+8e-+8H+==4H2O负极：

CH4--8e-+2H2O==8H++CO2

总反应方程式CH4+2O2===CO2+2H2O

（6）丙烷燃料电池（铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入丙烷、电解液有三种）

a.电解质是熔融碳酸盐（K2CO3或Na2CO3）总反应方程式C3H8+5O2===3CO2+4H2O

正极：

5O2+20e-+10CO2==10CO32-负极：

C3H8--20e-+10CO32-==3CO2+4H2O

b.酸性电解质（电解液H2SO4溶液）总反应方程式C3H8+5O2===3CO2+4H2O

正极：

5O2+20e-+26H+==10H2O负极：

C3H8--20e-+6H2O==3CO2+20H+

c.碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：

5O2+20e-+10H2O==20OH—负极：

C3H8--20e-+26OH— ==3CO32-+17H2O

总反应方程式C3H8+5O2+6KOH===3K2CO3+7H2O

（7）乙烷燃料电池（铂为两极、电解液KOH溶液）

正极：

7O2+28e-+14H2O==28OH—负极：

2C2H6--28e-+36OH—  ==4CO32-+24H2O

总反应方程式2C2H6+7O2+8KOH===4K2CO3+10H2O

七、电解原理及规律

⒈电极的判断与电极上的反应。

（1）阳极：

与电源正极相连的电极，是发生氧化反应；若惰性材料（石墨、Pt、Au）作阳极，失电子的是溶液中的阴离子；若为活性金属电极（Pt、Au除外），失电子的是电极本身，表现为金属溶解。

（2）阴极：

是与电源负极相连的电极，电极本身不参与反应；溶液

中的阳离子在阴极上得电子，发生还原反应。

⒉电流或电子的流向：

电解池中电子由电源负极流向阴极，被向阴极移动的某种阳离子获得，而向阳极移动的某种阴离子或阳极本身在阳极上失电子，电子流向电源正极。

⒊离子的放电顺序：

主要取决于离子本身的性质，也与溶液浓度、温度、电极材料等有关。

（1）阴极（得电子能力）：

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>（H+）Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>

K+，但应注意，电镀时通过控制条件（如离子浓度等），Fe2+和Zn2+可先于H+放电。

（2）阳极（失电子能力）：

若阳极材料为活性电极（Pt、Au除外），则电极本身失去电子，而溶液中的阴离子不参与电极反应；若阳极材料为惰性电极，则有S2－>I－>Br－>Cl－>

OH－>含氧酸根离子及F－等。

4．酸、碱、盐溶液电解规律（惰性电极）

5．原电池、电解池、电镀池的判断

（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判断

（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同，则为电镀池

（3）若无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。

（4）可充电电池的判断：

放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为阴极，与外电源负极相连。

八、电解原理的应用

1．电解饱和食盐水（氯碱工业）

⑴反应原理

阳极：

2Cl--2e-==Cl2↑阴极：

2H++2e-==H2↑

总反应：

2NaCl+2H2O

H2↑+Cl2↑+2NaOH

⑵设备（阳离子交换膜电解槽）①组成：

阳极—Ti、阴极—Fe

②阳离子交换膜的作用：

它只允许阳离子通过而阻止阴离子和

气体通过。

⑶制烧碱生产过程（离子交换膜法）

①食盐水的精制：

粗盐（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等）→加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→过滤→加入盐酸→加入离子交换剂（NaR）

②电解生产主要过程（见图20-1）：

NaCl从阳极区加入，H2O从阴极区加入。

阴极H+放电，破坏了水的电离平衡，使OH-浓度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。

2．电解冶炼铝

⑴原料：

（A）、冰晶石：

Na3AlF6=3Na++AlF63-

⑵原理阳极2O2－－4e-=O2↑阴极Al3＋+3e-=Al反应：

4Al3++6O2ˉ

4Al+3O2↑

⑶设备：

电解槽（阳极C、阴极Fe）因为阳极材料不断地与生成的氧气反应：

C+O2→CO+CO2故需定时补充。

3.电镀：

用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。

⑴镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子。

电镀锌原理：

阳极Zn－2eˉ=Zn2+

阴极Zn2++2eˉ=Zn

⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。

⑶在电镀控制的条件下，水电离出来的H+和OHˉ一般不起反应。

九、电化学计算的基本方法

1．根据电子守恒法计算：

用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。

2．根据总反应式计算：

先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

十、钢铁的腐蚀与防护（以钢铁铁腐蚀为例）

1．钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀：

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜呈酸性。

水膜呈中性或酸性很弱。

电

极

反

应

负极Fe（－）：

Fe－2e－=Fe2+

正极C（+）：

2H++2e－=H2↑

总电极反应式：

Fe+2H+=Fe2+H2↑

2Fe－4e－=2Fe2+

O2+2H2O+4e－=4OH－

2Fe+2H2O+O2=2Fe（OH）2

4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3

Fe（OH）3→Fe2O3·nH2O

通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍。

特别提醒：

金属腐蚀的快慢：

在相同的电解质溶液中，金属腐蚀的快慢一般为：

电解池的阳极>原电池负极>化学腐蚀>电解池阴极、原电池正极。

第二章化学反应的方向、限度与速率

一、化学反应速率及其简单计算

1．化学反应速率：

通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来

表示，其数学表达式可表示为单位一般为mol/（L·min）或mol.·L－1·min－1

2．结论：

对于一般反应aA+bB=cC+dD来说有：

VA：

VB：

VC：

VD=△CA：

△CB：

△CC：

△CD=△nA：

△nB：

△nC：

△nD=a：

b：

c：

d

特别提醒：

1．化学反应速率指的是平均速率而不是瞬时速率

2．无论浓度的变化是增加还是减少，化学反应速率均取正值。

3．同一化学反应速率用不同物质表示时可能不同，但是比较反应速率快慢时，要根据反应速率与化学方程式的计量系数的关系换算成同一种物质来表示，看其数值的大小。

注意比较时单位要统一。

二、影响化学反应速率的因素

1．内因（主要因素）：

反应物本身的性质（分子结构或原子结构）所决定的。

2．外因（次要因素）

（1）浓度：

当其他条件不变时，增大反应物的浓度，V正急剧增大，V逆也逐渐增大。

若减小反应物浓度，V逆急剧减小，V正逐渐减小。

（固体或纯液体的浓度可视为常数，故反应速率与其加入量多少无关）。

（2）温度：

当其他条件不变时，升温时，V正、V逆都加快；降温时，V正、V逆都减小

（3）压强：

其他条件不变时，对于有气体参加的反应，通过缩小反应容器，增大压强，V正、V逆都增大；通过扩大反应容器，压强减小，浓度变小，V正、V逆均减小。

（4）催化剂：

使用催化剂，成百上千的同等倍数地增加了正、逆反应速率。

特别提醒：

1．改变压强的实质是改变浓度，若反应体系中无气体参加，故对该类的反应速率无影响。

2．恒容时，气体反应体系中充入稀有气体（或无关气体）时，气体总压增大，物质的浓度不变，反应速率不变。

3．恒压时，充入稀有气体，反应体系体积增大，浓度减小，反应速率减慢。

4．温度每升高10℃，化学反应速率通常要增大为原来的2～4倍。

5．从活化分子角度解释外界条件对化学反应速率的影响：

三、化学平衡状态的标志和判断

1．化学平衡的标志：

（1）V正=V逆，它是化学平衡的本质特征

（2）各组分的浓度不再改变，各组分的物质的量、质量、体积分数、反应物的转化率等均不再改变，这是外部特点。

2．化学平衡的状态的判断：

特别提醒：

1．当从正逆反应速率关系方面描述时，若按化学计量数比例同向说时，则不能说明达到平衡状态；若按化学计量数比例异向说明，则可以说明达到平衡状态。

2．恒温、恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不变时，不能说明达到平衡状态。

如H2（g）+I2（g）

2HI（g）。

3．全部是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不变，不能说明达到平衡状态。

如2HI（g）

H2（g）+I2（g）

4．全部是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度不变，不能说明达到平衡状态。

四、影响化学平衡的因素及勒夏特例原理

要点一：

反应条件对化学平衡的影响：

（1）浓度：

在其他条件不变时，增大反应物的浓度或减少生成物的浓度，都可使平衡向正反应方向移动，反之，平衡向逆反应方向移动。

（2）温度：

在其他条件不变时，升高温度，平衡向吸热方向移动；降低温度，平衡向放热方向移动；温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常数实现的。

（3）压强：

其他条件不变时，在有气体参加的可逆反应里，增大压强，平衡向气体总体积缩小的方向移动；反之，平衡向气体总体积增大的方向移动。

在这里，压强改变是通过反应器容积的改变来完成的（即压缩或扩大）。

（4）催化剂：

使用催化剂能同等倍数地增大正逆反应速率，平衡不移动，缩短了达到平衡所需的时间，但不会改变化学平衡常数，不会改变反应物的转化率，不会改变各组分的百分含量。

特别

提醒：

1．恒容时充入与该反应无关的气体（如稀有气体），正逆反应速率不变，平衡不移动

2．使用催化剂或对气体体积不变的反应改变压强，同等倍数的改变正逆反应速率，平衡不移动。

3．若改变浓度、压强、温度，不同倍数的改变了正逆反应速率时，化学平衡一定移动。

4.固体量的改变既不会影响速率也不会引起平衡的移动。

要点二：

勒夏特例原理

如果改变影响化学平衡的一个条件（如浓度、温度、压强），平衡就向能够减弱这种方向移动。

对该原理中的“减弱”不能理解为消除、抵消，即平衡移动的变化总是小于外界条件变化对反应的改变。

如给已达到平衡状态的可逆体系，增加5个大气压，由于化学反应向体积缩小的方向移动，使体系的最终压强大于其初始压强P0而小于P0+5。

另外，工业上反应条件的优化，实质上是勒夏特例原理和化学反应速率两方面综合应用的结果。

五、化学速率和化学平衡图象

1．速率v——时间t的图象：

（1）由速率的变化判断外界条件的改变：

①若反应速率与原平衡速率断层，则是由改变温度或压强所致，具体改变的条件，则要结合V逆、V正大小关系及平衡移动的方向进行判断。

②若反应速率与原平衡连续，则是由改变某一种物质的浓度所致，具体是增大或减小反应物还是生成物的浓度，则要结合V逆、V正大小关系及平衡移动的方向进行判断

2．组分量——时间t、温度T、压强P的图象

①“先拐先平”：

“先拐”的先达到平衡状态，即对应的温度高或压强大，从而判断出曲线对应的温度或压强的大小关系。

②“定一议二”：

即固定其中的一个因素（温度或压强等），然后讨论另外一个因素与化学平衡中的参量（浓度、质量分数、体积分数、平均相对分子质量）的变化关系，从而判断出该反应为放热反应或吸热反应、反应前后气体体积的大小等。

六、化学平衡常数

1．对于一般的可逆反应：

mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g），其中m、n、p、q分别表示化学方程式中反应物和生成物的化学计量数。

当在一定温度下达到化学平衡