笔记百科高中化学反应原理
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一、放热反应和吸热反应的比较与判断
化学反应根据能量的变化(反应过程中是放出热量，还是吸收热量)分为放热反应和吸热反应。
类型
比较
放热反应
吸热反应
定义
放出热量的化学反应
吸收热量的化学反应
宏观原因
反应物具有的总能量大于反应产物具有的总能量
反应物具有的总能量小于反应产物具有的总能量
微观解释
?
与键能
的关系
反应物的键能总和>反应产物的键能总和，吸收热量
反应物的键能总和<反应产物的键能总和，放出热量
焓变
ΔH<0
ΔH>0
图示
能量变化
体系的能量降低
体系的能量升高
实例
H2(g)＋Cl2(g)
===2HCl(g)ΔH＝
－184.6 kJ·mol－1
C(s)＋H2O(g)===
CO(g)＋H2(g)ΔH＝
131．5 kJ·mol－1
常见反
应类型
①所有的燃烧反应
②酸碱中和反应
③大多数化合反应
④金属跟酸(或水)的置换反应
⑤金属单质间的置换反应
①大多数分解反应
②盐的水解和弱电解质的电离
③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
④C与H2O(g)，C与CO2反应
[特别提示](1)任何化学反应在发生物质变化的同时都伴随着能量变化。
(2)化学反应是吸热反应还是放热反应，与反应条件和反应类型没有直接的因果关系。常温下能进行的反应可能是吸热反应，高温条件下进行的反应也可能是放热反应。
(3)熟悉一些常见的放热反应、吸热反应，是快速准确判断反应类型的基础。
【典例1】 下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是()
A．镁条在空气中燃烧?????????B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
C．铝片与稀盐酸的反应???????D．灼热的炭与CO2的反应
解析 化学反应是放热反应还是吸热反应，取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。具体判断的依据是要熟悉常见的放热反应和吸热反应的类型及其实例。本题中，A、C、D都是氧化还原反应，其中只有D是吸热反应，B反应为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，是吸热反应，但却是非氧化还原反应，故正确答案为D。
答案 D
【典例2】 已知：H2(g)＋F2(g)===2HF(g)ΔH＝－270 kJ·mol－1，下列说法正确的是(? ? ? )
A．氟化氢气体分解生成氢气和氟气的反应是放热反应
B．1 mol H2与1 mol F2反应生成2 mol液态HF放出的热量小于270 kJ
C．在相同条件下，1 mol H2与1 mol F2的能量总和小于2 mol HF气体的能量
D．该反应中的能量变化可用下图来表示
解析 由热化学方程式可知ΔH<0，H2和F2反应生成HF是放热反应，则HF分解生成H2和F2为吸热反应，A错误；HF(g)转变为HF(l)放热，则1 mol H2与1 mol F2反应生成2 mol液态HF，放出的热量大于270 kJ，B错误；该反应为放热反应，则反应物的总能量高于生成物的总能量，C错误；该反应为放热反应，D正确。
答案 D
二、热化学方程式的书写方法与正误判断
热化学方程式是表明反应所放出或吸收热量的化学方程式。它不仅能表明化学反应中的物质变化，而且也能表明化学反应中的能量变化。
1．书写方法要求
(1)必须在化学方程式的右边标明反应热ΔH的符号、数值和单位(ΔH与最后一种生成物之间留一空格)：
ΔH＝________ ________ ________。
?↑? ? ? ? ? ? ?↑? ? ? ? ? ?↑
符号 数值 单位
(2)ΔH与测定条件(温度、压强等)有关、因此应注明ΔH的测定条件。绝大多数ΔH是在25 ℃、100 kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。
(3)反应热与物质的聚集状态有关，因此必须注明物质的聚集状态(s，l，g)，溶液中的溶质标明“aq”。化学式相同的同素异形体除标明状态外还需标明其名称[如C(金刚石，s)]。热化学方程式中不标“↑”和“↓”，不在等号或箭头上写“点燃、△、高温、催化剂”等条件。
(4)热化学方程式中的系数只表示物质的量而不表示分子数或原子数。因此系数可以是整数，也可以是分数。
[特别提示](1)ΔH是一个宏观量，它与反应物的物质的量成正比，所以方程式中的ΔH必须与系数相对应，如果系数加倍，则ΔH也随之加倍，当反应方向变化时，ΔH的值也随之变号。
(2)根据燃烧热、中和热书写的热化学方程式，要符合燃烧热、中和热的定义。
2．常见错误要回避
(1)漏写物质的聚集状态(漏一种就全错)；
(2)ΔH的符号标示错误；
(3)ΔH的值与各物质系数不对应；
(4)ΔH后不带单位或单位写错(写成kJ、kJ·mol等)。
3．正误判断方法
判断热化学方程式的正误时要从以下几个方面进行检查：
(1)热化学方程式是否已配平，是否符合客观事实；
(2)各物质的聚集状态是否标明；
(3)反应热ΔH的数值与该热化学方程式的系数是否对应；
(4)反应热ΔH的符号是否正确，放热反应时ΔH为“－”，吸热反应时ΔH为“＋”(常省略“＋”)。
【典例3】 燃烧1 g乙炔生成二氧化碳和液态水放出热量50 kJ，则下列热化学方程式书写正确的是()
A．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)?????ΔH＝50 kJ·mol－1
B．C2H2(g)＋25O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)?????ΔH＝－1 300 kJ
C．2C2H2＋5O2===4CO2＋2H2O?????ΔH＝－2 600 kJ
D．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)????ΔH＝－2 600 kJ·mol－1
解析 本题可结合热化学方程式的书写规则来具体分析。书写热化学方程式时，ΔH只能写在化学方程式的右边，若为放热反应，则ΔH为“－”；若为吸热反应，则ΔH为“＋”(常省略“＋”)，其单位一般为kJ·mol－1，故A、B、C项错误；并且反应物和生成物的聚集状态不同，反应热的数值可能不同，因此必须在反应方程式中用括号注明反应物和生成物在反应时的聚集状态(s、l、g)，ΔH必须与反应方程式中化学式前面的系数相对应，如果系数加倍，则ΔH也要加倍。
答案D
【典例4】 已知充分燃烧a?g乙炔气体时生成 1 mol 二氧化碳气体和液态水，并放出热量b?kJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是()
A．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)????ΔH＝－2b?kJ·mol－1
B．C2H2(g)＋25O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)?????ΔH＝2b?kJ·mol－1
C．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)???ΔH＝－4b?kJ·mol－1
D．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)???ΔH＝b?kJ·mol－1
解析 放热反应中ΔH＜0，所以B、D错误；生成1 mol CO2时放出b?kJ 的热量，所以，生成 4 mol CO2时放出的热量为4b?kJ，所以C正确。
答案 C
三、图解原电池正、负极的判断方法
原电池中电极的判断角度可如下所示：
[特别提示] 判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高发生氧化反应的一极为负极，化合价降低发生还原反应的一极为正极。
【典例5】 将镁条、铝条平行插入盛有一定浓度的NaOH溶液的烧杯中，用导线和检流计连接成原电池，装置如图所示。此电池工作时，下列叙述正确的是(? ? ?)
A．Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2＋
B．铝条表面虽有氧化膜，但可不必处理
C．该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的
D．Al是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出
解析 本题是新情境下原电池的相关试题，解题的关键仍然是要明确原电池工作时所对应的自发氧化还原反应，在碱性条件下，金属镁不能发生反应，而单质Al则能与NaOH反应生成Na[Al(OH)4]和H2，则Al为还原剂，作原电池负极。A项，电解质溶液为NaOH溶液，Al失电子，为负极，错误；B项，铝条表面的氧化膜为Al2O3，Al2O3能与NaOH反应，故不必处理，正确；C项，在内电路中电流是由阴、阳离子定向移动形成的，错误；D项，电池工作时铝元素的反应为Al→[Al(OH)4]－，所以无沉淀产生，错误。
答案B
四、原电池电极反应式的书写规律和方法
1．根据装置书写电极反应式
(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。
(2)负极反应式的书写
常见电池
负极反应特点
负极反应式书写方法
锌锰干电池(Zn－C－NH4Cl)
①负极(Zn)本身失去电子生成阳离子(Zn2＋)?
②生成的阳离子不与电解质溶液成分反应
直接写出负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋
铅蓄电池(Pb—PbO2—H2SO4)
①负极(Pb)本身失去电子生成阳离子(Pb2＋)?②生成的阳离子(Pb2＋)与电解质溶液成分(SO42－)反应
将①和②进行叠加：Pb－2e－＋SO42－===?PbSO4↓
甲烷燃料电池(Pt—Pt—KOH)
①负极本身不反应，燃料失去电子被氧化
将①和②进行叠加：CH4－8e－＋10OH－===CO32－＋7H2O②燃料反应产物与电解质溶液成分有些能反应
(3)正极反应式的书写
①首先判断在正极发生反应的物质：当负极材料与电解质溶液能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发地发生化学反应时，在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。
②然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。
③燃料电池的正极反应式
电解质是碱性或中性溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，
电解质是酸性溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(4)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。
2．根据总反应式写电极反应式
如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写出或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式即得结果。
以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：
(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H2失掉4 mol电子，初步确定负极反应式为2H2－4e－===4H＋。
(2)根据电解质溶液为碱性，与H＋不能共存，反应生成水，推出OH－应写入负极反应式中，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。
(3)用总反应式2H2＋O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
3．可充电电池电极反应式的书写
在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。
(1)原电池的负极发生氧化反应，对应元素化合价升高。
(2)原电池的正极发生还原反应，对应元素化合价降低。
【典例6】 氢氧燃料电池的工作原理如下图所示。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：
(1)酸式电池的电极反应：
负极：___________________________，
正极：___________________________；
电池总反应：__________________________________；
电解质溶液pH的变化________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)碱式电池的电极反应：
负极：_______________________________________，
正极：_______________________________________；
电池总反应：_______________________________________；
电解质溶液pH的变化________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
解析 燃料电池所用的介质(电解质溶液或相当于电解质溶液)不同，相应的电极反应就不同；但无论如何书写，两电极反应相叠加始终等于燃料的燃烧反应。这也是验证电极反应是否正确的一种方法。
(1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合生成H2O；负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。电池总反应为H2在O2中燃烧的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH增大。
(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结合生成OH－；负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合生成水。电池总反应也是H2在O2中的燃烧反应。同样，由于有水生成，c(OH－)变小，pH变小。
答案(1)2H2－4e－===4H＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2＋O2===2H2O 变大
(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2＋O2===2H2O 变小
【典例7】 镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此镁电池越来越成为人们研制绿色电池的焦点。其中一种镁电池的反应：
xMg＋Mo3S4MgxMo3S4；在镁电池放电时，下列说法错误的是(? ? ? )
A．Mg2＋向正极迁移
B．正极反应：Mo3S4＋2xe－===Mo3S42x－
C．Mo3S4发生氧化反应
D．负极反应：xMg－2xe－===xMg2＋
解析 可充电电池放电时为原电池，从电池反应分析可知，Mg作电池的负极，放电时被氧化，负极反应：xMg－2xe－===xMg2＋；Mo3S4作电池的正极，放电时将被还原，正极反应：Mo3S4＋2xe－===Mo3S42x－；外电路中电子由负极流向正极，在电池内部负极产生阳离子，并向正极迁移；所以A、B、D项正确，C项错误。
答案C
五、电解池和原电池的比较与判断
1．电解池和原电池的原理比较
装置类别
原电池
电解池
原理
使氧化还原反应中电子的转移做定向移动，从而形成电流
使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程
装置特点
将化学能转变成电能
将电能转变成化学能
实例
电极名称
负极
正极
阴极
阳极
反应类型
氧化反应
还原反应
还原反应
氧化反应
反应特征
自发的氧化还原反应(主动)
借助电流(被动)
电极判断
由电极本身决定
正极：流入电子
负极：流出电子
由外电源决定
阳极：连电源正极
阴极：连电源负极
电子流向
负极→外电路→正极
电解池阳极→电源正极→电源负极→电解池阴极
离子移动
阳离子向正极移动
阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动阴离子向阳极移动
2.电解池和原电池的判断
(1)先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池，然后用原电池的构成条件判断确定。
(2)有外接电源的为电解池。其中，当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同时，则为电镀池；其余情况为电解池。
[特别提示] 原电池、电解池都有两个电极。原电池两个电极的名称是正极和负极，为活动性不同的金属或金属与能导电的非金属，此时负极与电解质溶液发生氧化还原反应，燃料电池中为惰性电极，两极反应的物质为可燃性气体和氧气；电解池两个电极的名称是阴极和阳极，可以是惰性电极也可以是活泼性电极，电极本身和电解质溶液没有反应关系。
【典例8】 如图所示，下列叙述正确的是()
A．Y为阴极，发生还原反应? ? ??B．X为正极，发生氧化反应
C．Y与滤纸接触处有氧气生成? ? ?D．X与滤纸接触处变红色
解析 分析题给图示可知，Zn片作负极，Cu片作正极，故右侧装置为电解池，X为阳极，发生氧化反应，选项B错误；阴极为H2O电离出的H＋放电，生成H2，选项C错误；X为活性电极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，选项D错误。
答案A
【典例9】 为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：
电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
电解池：2Al＋3H2O通电,Al2O3＋3H2↑
电解过程中，以下判断正确的是()
选项
电池
电解池
A
H＋移向Pb电极
H＋移向Pb电极
B
每消耗3 mol Pb
生成2 mol Al2O3
C
正极：PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O
阳极：3Al＋3H2O－6e－==Al2O3＋6H＋
D
解析 原电池中，Pb为负极：Pb－2e－＋SO42－===PbSO4，PbO2为正极：PbO2＋2e－＋SO42－＋4H＋===PbSO4＋2H2O，所以H＋向PbO2极移动。电解池中，Pb为阴极：2H＋＋2e－===H2↑，Al为阳极：3H2O＋2Al－6e－===Al2O3＋6H＋，所以H＋向Pb电极移动，A错；每消耗3 mol Pb时转移6 mol e－，每生成2 mol Al2O3时，转移12 mol e－，B错；根据A项分析，可知电池的正极反应式书写错误，C错；原电池中随时间增长，Pb变为PbSO4，质量增加，电解池中Pb极产生H2，Pb电极质量不变，D正确。
答案 D
【典例10】 如图为用酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图。下列说法中正确的是()
A．燃料电池工作时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．a极是铁、b极是铜时，b极逐渐溶解，a极上有铜析出
C．a极是含锌、铁的粗铜，b极是纯铜，a极溶解铜的质量与b极析出铜的质量相等
D．a、b两极均是石墨时，在相同条件下，a极产生的气体与电池中消耗的H2体积相等
解析 该燃料电池电解质呈酸性，故正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，A项正确；a极连接燃料电池的正极，为阳极，则b极为阴极，b极发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，有铜析出，B项错误；若a极是含锌、铁的粗铜，b极是纯铜，a极比铜活泼的金属锌、铁先失电子溶解，因而溶解铜的质量小于b极析出铜的质量，C项错误；a、b两极均是石墨时，a极产生O2，体积为电池中消耗的H2体积的21，D项错误。
答案A
?
?? ?
专业、有“铍”气的化学公众号? ??
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