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　　一、化學(xué)反應(yīng)及能量變化

　　1、化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)、特征和規(guī)律

　　實(shí)質(zhì)：反應(yīng)物化學(xué)鍵的斷裂和生成物化學(xué)鍵的形成

　　特征：既有新物質(zhì)生成又有能量的變化

　　遵循的規(guī)律：質(zhì)量守恒和能量守恒

　　2、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的能量形式：常以熱能、電能、光能等形式表現(xiàn)出來(lái)

　　二、反應(yīng)熱與焓變

　　1、反應(yīng)熱定義：在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，所吸收或放出的熱量成為化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。

　　2、焓變定義：在恒溫、恒壓條件下的反應(yīng)熱叫反應(yīng)的焓變，符號(hào)是△H，單位常用KJ/mol。

　　3、產(chǎn)生原因：化學(xué)鍵斷裂—吸熱化學(xué)鍵形成—放熱

　　4、計(jì)算方法：△H=生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量

　　=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和

　　5、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)

　　化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化，通常表現(xiàn)為熱量變化。據(jù)此，可將化學(xué)反應(yīng)分為放熱反應(yīng)和吸

　　熱反應(yīng)。

　　(2)反應(yīng)是否需要加熱，只是引發(fā)反應(yīng)的條件，與反應(yīng)是放熱還是吸熱并無(wú)直接關(guān)系。許多放

　　熱反應(yīng)也需要加熱引發(fā)反應(yīng)，也有部分吸熱反應(yīng)不需加熱，在常溫時(shí)就可以進(jìn)行。

　　中和熱

　　(1)定義：稀溶液中，酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol水時(shí)的反應(yīng)熱

　　三、化學(xué)電池：

　　化學(xué)電池，是一種能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置，它通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，消耗某種化學(xué)物質(zhì)，輸出電能。它包括一次電池、二次電池和燃料電池等幾大類(lèi)。

　　不同種類(lèi)的電池：

　　(一)一次電池

　　一次電池的活性物質(zhì)(發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì))消耗到一定程度，就不能使用了。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫干電池。常用的有普通的鋅錳干電池、堿性鋅錳電池、鋅汞電池、鎂錳干電池等。

　　常見(jiàn)的一次電池：

　　(1)普通鋅錳干電池

　　的周?chē)�是�?xì)密的石墨和去極化劑MnO2的混合物，在混合物周?chē)�再裝入以NH4Cl溶液浸潤(rùn)ZnCl2，NH4Cl和淀粉或其他填充物(制成糊狀物)。為了避免水的蒸發(fā)，干電池用蠟封好。干電池在使用時(shí)的電極反應(yīng)為

　　—負(fù)極：Zn—2e=Zn2+

　　—正極：2NH4++2e+2MnO2=2NH3+Mn2O3+H2O

　　總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4+=Mn2O3+2NH3+Zn2++H2O

　　(2)堿性鋅錳干電池

　　——負(fù)極：Zn+2OH—2e=Zn(OH)2

　　——正極：2MnO2+2H2O+2e=2MnOOH+2OH

　　總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

　　(3)銀一鋅電池

　　電子手表、液晶顯示的計(jì)算器或一個(gè)小型的助聽(tīng)器等所需電流是微安或毫安級(jí)的，它們所用的電池體積很小，有“紐扣”電池之稱(chēng)。它們的電極材料是Ag2O和Zn，所以叫銀一鋅電池。電極反應(yīng)和電池反應(yīng)是：

　　-—負(fù)極：Zn+2OH—2e=Zn(OH)2

　　—-正極：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH

　　總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

　　利用上述化學(xué)反應(yīng)也可以制作大電流的電池，它具有質(zhì)量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。這類(lèi)電池已用于宇航、火箭、潛艇等方面。

　　(4)鋰-二氧化錳非水電解質(zhì)電池

　　以鋰為負(fù)極的非水電解質(zhì)電池有幾十種，其中性能、最有發(fā)展前途的是鋰一二氧化錳非水電解質(zhì)電池，這種電池以片狀金屬及為負(fù)極，電解活性MnO2作正極，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)溶液，以聚丙烯為隔膜，電極反應(yīng)為：

　　-+負(fù)極反應(yīng)：Li—e=Li

　　+-正極反應(yīng)：MnO2+Li+e=LiMnO2

　　總反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2

　　該種電池的電動(dòng)勢(shì)為2.69V，重量輕、體積小、電壓高、比能量大，充電1000次后仍能維持其能力的90%，貯存性能好，已廣泛用于電子計(jì)算機(jī)、手機(jī)、無(wú)線電設(shè)備等。

　　(5)鋁-空氣-海水電池

　　1991年，我國(guó)首例以鋁——空氣——海水為材料組成的新型電池用作航海標(biāo)志燈。該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。

　　工作原理：

　　3+-負(fù)極：4Al—12e==4Al

　　--正極：3O2+6H2O+12e==12OH

　　總反應(yīng)：4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3

　　特點(diǎn)：這種海水電池的能量比“干電池”高20—50倍。

　　(6)高能電池—鋰電池

　　該電池是20世紀(jì)70年代研制出的一種高能電池。由于鋰的相對(duì)原子質(zhì)量很小，所以比

　　容量(單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的電量)特別大，使用壽命長(zhǎng)，適用于動(dòng)物體內(nèi)(如心臟起搏器)。因鋰的化學(xué)性質(zhì)很活潑，所以其電解質(zhì)溶液應(yīng)為非水溶劑。

　　如作心臟起搏器的鋰—碘電池的電極反應(yīng)式為：負(fù)極：2Li-2e-==2Li+正極：I2+2e-==2I-總反應(yīng)式為：2Li+I2==2LiI

　　鋰電池

　　(二)二次電池

　　二次電池又稱(chēng)充電電池或蓄電池，放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。這類(lèi)電池可以多次重復(fù)使用。

　　(1)鉛蓄電池是最常見(jiàn)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(fù)極板上覆蓋有Pb，電介質(zhì)是H2SO4.

　　鉛蓄電池放電的電極反應(yīng)如下：

　　--負(fù)極：Pb(s)+SO42(aq)-2e=PbSO4(s)(氧化反應(yīng))

　　+-正極：PbO2(s)+SO42-(aq)十4H(aq)+2e=PbSO4(s)+2H2O(l)(還原反應(yīng))

　　總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)十2H2O(l)

　　鉛蓄電池充電的反應(yīng)是上述反應(yīng)的逆過(guò)程：

　　--陰極：PbSO4(s)+2e=Pb(s)+SO42(aq)(還原反應(yīng))

　　--+陽(yáng)極：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e=PbO2(s)+SO42(aq)十4H(aq)(氧化反應(yīng))

　　總反應(yīng)：2PbSO4(s)十2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)

　　可以把上述反應(yīng)寫(xiě)成一個(gè)可逆反應(yīng)方程式：

　　Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)十2H2O(l)

　　(2)堿性鎳—鎘電池：該電池以Cd和NiO(OH)作電極材料，NaOH作電解質(zhì)溶液。

　　負(fù)極：Cd+2OH--2e-=Cd(OH)2

　　正極：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-

　　總反應(yīng)式為：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2

　　從上述兩種蓄電池的總反應(yīng)式可看出，鉛蓄電池在放電時(shí)除消耗電極材料外，同時(shí)還消耗電解質(zhì)硫酸，使溶液中的自由移動(dòng)的離子濃度減小，內(nèi)阻增大，導(dǎo)電能力降低。而鎳—鎘電池在放電時(shí)只消耗水，電解質(zhì)溶液中自由移動(dòng)的離子濃度不會(huì)有明顯變化，內(nèi)阻幾乎不變，導(dǎo)電能力幾乎沒(méi)有變化。

　　(3)氫鎳可充電池：該電池是近年來(lái)開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新型可充電池，可連續(xù)充、放電500次，可以取代會(huì)產(chǎn)生鎘污染的鎳—鎘電池。

　　負(fù)極：H2+2OH--2e-=2H2O

　　正極：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-

　　總反應(yīng)式為：H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2

　　(三)燃料電池

　　又稱(chēng)連續(xù)電池：一般以天然燃料或其它可燃物質(zhì)如H2、CH4等作為負(fù)極反應(yīng)物質(zhì)，以O(shè)2作為正極反應(yīng)物質(zhì)而形成的。燃料電池體積小、質(zhì)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于航天領(lǐng)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，并具有催化活性)或活性炭作電極，用40%的KOH溶液作電解質(zhì)溶液。其電極反應(yīng)式為：負(fù)極：2H2+4OH--4e-=4H2O正極：O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng)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(zhì)溶液。

　　負(fù)極：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O

　　正極：2O2+4H2O+8e-=8OH-

　　總反應(yīng)式為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

　　(3)甲醇燃料電池是最近摩托羅拉公司發(fā)明的一種由甲醇和氧氣以及強(qiáng)堿作為電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池，電量是現(xiàn)有鎳氫電池或鋰電池的10倍。

　　負(fù)極：2CH4O+16OH--12e-=2CO32-+12H2O

　　正極：3O2+6H2O+12e-=12OH-

　　總反應(yīng)式為：2CH4O+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O

　　(4)固體氧化物燃料電池該電池是美國(guó)西屋公司研制開(kāi)發(fā)的，它以固體氧化鋯—氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許O2-在其間通過(guò)。

　　負(fù)極：2H2+2O2-4e-=2H2O

　　正極：O2+4e-=2O2-

　　總反應(yīng)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(zhì)，CO為陽(yáng)極燃?xì)�，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)猓�制得�?500C下工作的燃料電池。熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率。

　　負(fù)極：2CO+2CO32--4e-=4CO2

　　正極：O2+2CO2+4e-=2CO32-

　　總反應(yīng)式為：2CO+O2=2CO2