1、责任编辑：郑淑娟曲丕丞李康群刘楠封面设计：魏然版权所有请勿擅自用本书制作各类出版物违者必究如对教材内容有意见、建议或发现印装质量问题，请与山东科学技术出版社联系电话：0531-82098030电子邮箱：欢迎同学们进入高中化学课程的学习！依据普通高中化学课程标准（2017 年版），化学课程分为必修课程、选择性必修课程和选修课程三大类。其中，必修课程是普通高中学生发展的共同基础，努力体现化学基本观念与发展趋势，促进同学们化学学科核心素养的发展，以适应未来社会发展需求，是全体同学必须修习的课程。选择性必修课程包括“化学反应原理”“物质结构与性质” “有机化学基础”三个模块，培养同学们深入学习与探索化
2、学的志向，引导同学们更加深入地认识化学科学、了解化学研究的内容与方法、提升化学学科核心素养的水平，是同学们根据个人需求与升学考试要求选择修习的课程。 选修课程包括 “实验化学” “化学与社会”“发展中的化学科学”三个系列，面向对化学学科有不同兴趣和不同需要的同学，拓展化学视野，深化对化学科学及其价值的认识，是同学们自主选择修习的课程。依据普通高中化学课程标准（2017 年版）的理念和要求，我们编写了本套教材，力求选取最具化学学科核心素养发展价值的素材，按照科学、合理、有效的学习进阶，安排学习内容，设计学习活动，引导同学们学习最为核心的基础知识和基本技能，掌握最有价值的科学方法和思想方法，形成正
3、确的思想观念和科学态度，达成“宏观辨识与微观探析” “变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知” “科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等方面化学学科核心素养的发展目标。本册为选择性必修 1化学反应原理教材。在学习本册教材的过程中，同学们将以必修课程为基础，遵照选择性必修课程标准，围绕 “化学反应与能量” “化学反应的方向、 限度与速率” “水溶液中的离子反应与平衡”三大主题，探索化学反应的规律并用以分析问题、解决问题，进一步认识化学变化所遵循的基本原理并形致同学们致同学们12成关于物质变化的科学观念，领略化学反应原理的应用对科学技术进步和人类社会文明所起的重要作用，进一步发展化学学科核
4、心素养。本册教材的呈现形式保持着整套教材的特色：每节开始设置“联想质疑”栏目，铺设情境，提出问题， 为同学们的探究学习做好铺垫；通过 “观察思考”“活动探究”“交流研讨”“迁移应用”等活动性栏目组织同学们进行自主探究和开展合作学习，并利用“方法导引”栏目对有关活动进行有效的指导；利用“资料在线”“拓展视野”“身边的化学” “化学与技术”等资料性栏目丰富同学们的知识、拓展同学们的思路；每节的“练习与活动”及每章的自我评价分为 “学习理解” “应用实践” “迁移创新”三个层次，提供精选习题和有关活动，以提升同学们理论联系实际的迁移应用能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力；每章在“本章自我评价
5、”中列出化学学科核心素养的发展重点和学业要求，以便于同学们据此检查自己的学习情况；每章设置一个微项目，开展项目式学习，引导同学们面对实际的化学问题，学以致用，实现所学知识向关键能力和核心素养的转化。本册教材共 3 章，每章各有 4 节和 1 个微项目，全面反映了选择性必修课程“化学反应原理”在发展同学们化学学科核心素养方面的要求和学业要求。相信本套教材能够成为同学们认识化学科学、学习化学学科的好帮手，为同学们在学校的组织和老师的指导下发展化学学科核心素养、提高学业水平，打下坚实的基础，开辟广阔的空间。第 1 章从物质结构的角度看，化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键生成，因此化学反应几乎都伴
6、随着能量的释放或吸收。从煤、石油、天然气燃烧产生的热能，到各种化学电源产生的电能，化学反应产生的各种形式的能量都是人类社会所需能量的重要来源；反过来，通过化学反应将其他形式的能转化为化学能，化学又为人类创造了一个五彩缤纷的物质世界。化石燃料是现代社会的主要能源，但这一能源目前已显现出一些严重的问题，影响到人类的可持续发展。一是，现在人们使用的煤、石油、天然气等化石燃料日渐枯竭；二是，这些化石燃料的大量使用带来严重的环境污染。提高现有的化石燃料等能源的利用率，不断开发新的清洁能源，已是摆在人类面前的重大课题。化学科学能为解决能源问题提供有效途径和科学方法，因此，研究化学，不仅要研究化学反应中的物
7、质变化，还要研究伴随着物质变化而发生的能量转化。第 1 节化学反应的热效应第 2 节化学能转化为电能电池 第 3 节电能转化为化学能电解 第 4 节金属的腐蚀与防护微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 化学反应中能量及物质的转化利用本章自我评价化学反应与 能量转化第 2 章为什么氢氧化钠与盐酸混合即可自动发生反应生成氯化钠和水，而氯化钠与水混合却不会自动发生反应生成氢氧化钠和盐酸？用氢气和氮气合成氨时，即使氢气和氮气的物质的量之比为 31，它们也不能全部反应，这是为什么？氢气与氧气的混合物一经点燃立即发生爆炸式反应，但在常温下氢气与氧气却能长期共存，这又是为什么？以上问题的解决分别涉及
8、化学反应的方向、限度与速率问题。如何判定一个化学反应在指定条件下能否发生，以及在什么条件下可能发生，涉及的是化学反应的方向问题。一个可能发生的反应进行的程度如何，在允许的情况下如何通过改变反应条件获得尽可能高的原料转化率，涉及的是化学反应的限度问题。对反应的方向和限度的分析完全是理论分析，它只能指出反应发生的可能性和趋势， 并不能说明该反应能否实际发生。一个反应的实际发生还涉及化学反应的速率问题。事实上，实现原料的高转化率和反应的高速率所需要的条件往往是相互矛盾的。在依据化学反应进行实际生产时，不应片面追求高转化率或高反应速率，而应该选择以较高的反应速率获取适当转化率的反应条件。化学反应的方向
9、、限度与速率第 1 节化学反应的方向 第 2 节化学反应的限度第 3 节化学反应的速率第 4 节化学反应条件的优化工业合成氨微项目探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 化学反应选择与反应条件优化 本章自我评价第章在地球演变与生物进化的过程中，水承担了重要角色，水溶液的作用也无可替代。无论是在自然界里，还是在工农业生产和科学研究中，许多重要的化学反应都需要在水溶液中进行。而谈到水溶液，人们往往会联想到许多问题。例如：物质溶于水后会发生什么变化？物质在水中是如何存在的？物质在水中会与水发生怎样的相互作用？物质在水中的反应有哪些规律？要弄清这些问题，首先需要了解作为溶剂的水自身具有什么性质，然后
10、需要探讨加入溶质后水与溶质之间会发生什么相互作用，进而研究水溶液中溶质之间会发生什么反应。事实上，溶质在水中既可能电离溶质是电解质，也可能不电离溶质是非电解质。本章讨论的对象只限于在水溶液中能够电离的溶质电解质。物质在水溶液中的行为第 1 节水与水溶液第 2 节弱电解质的电离 盐类的水解第 3 节沉淀溶解平衡第 4 节离子反应微项目揭秘索尔维制碱法和侯氏制 碱法 化学平衡思想的创造性应用 本章自我评价目 录CONTENTS第 1 章化学反应与能量转化第 1 节化学反应的热效应 /2第 2 节化学能转化为电能电池 /12第 3 节电能转化为化学能电解 /21第 4 节金属的腐蚀与防护 /30微项
11、目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 化学反应中能量及物质的转化利用 /36本章自我评价 /41第 2 章化学反应的方向、限度与速率第 1 节化学反应的方向 /46第 2 节 化学反应的限度 /52第 3 节化学反应的速率 /64第 4 节化学反应条件的优化工业合成氨 /76微项目探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 化学反应选择与反应条件优化 /82本章自我评价 /871第 3 章物质在水溶液中的行为第 1 节水与水溶液 /91第 2 节弱电解质的电离 盐类的水解 /97第 3 节沉淀溶解平衡 /108第 4 节离子反应 /115微项目揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法 化学平衡思想的创造
12、性应用 /126本章自我评价 /1321. 部分酸、碱在水中的电离常数 /1362. 部分难溶电解质的溶度积 /1373. 各章节的主要术语 /138元素周期表 /139附录2第 1 章从物质结构的角度看，化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键生成，因此化学反应几乎都伴随着能量的释放或吸收。从煤、石油、天然气燃烧产生的热能，到各种化学电源产生的电能，化学反应产生的各种形式的能量都是人类社会所需能量的重要来源；反过来，通过化学反应将其他形式的能转化为化学能，化学又为人类创造了一个五彩缤纷的物质世界。化石燃料是现代社会的主要能源，但这一能源目前已显现出一些严重的问题，影响到人类的可持续发展。一是，
13、现在人们使用的煤、石油、天然气等化石燃料日渐枯竭；二是，这些化石燃料的大量使用带来严重的环境污染。提高现有的化石燃料等能源的利用率，不断开发新的清洁能源，已是摆在人类面前的重大课题。化学科学能为解决能源问题提供有效途径和科学方法，因此，研究化学，不仅要研究化学反应中的物质变化，还要研究伴随着物质变化而发生的能量转化。第 1 节化学反应的热效应第 2 节化学能转化为电能电池 第 3 节电能转化为化学能电解 第 4 节金属的腐蚀与防护微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 化学反应中能量及物质的转化利用本章自我评价化学反应与 能量转化2第1节化学反应的热效应通常情况下，化学反应中能量的转化主
14、要是化学能与热能之间的转化。化学反应几乎都伴随着热能的释放或吸收，而且在一定条件下，一个反应释放或吸收的热量是一定的。那么，应如何定量地描述一个化学反应释放或吸收的热能呢？用什么方法可以准确地测量一个化学反应释放或吸收的热量呢？通过理论方法能够计算出化学反应释放或吸收的热量吗？在生产和生活中，人们广泛利用着化学反应释放的热能。为了有效地利用一些化学反应释放的热能或通过提供热能来维持有关化学反应的正常进行，人们必须定量地了解化学反应释放或吸收的热能。一、化学反应的反应热为了定量地描述化学反应释放或吸收的热能，化学上规定：当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的
15、热效应，简称反应热（heatofreaction），通常用符号Q表示，并且约定反应吸热时Q取正值、反应放热时Q取负值。反应热的数值可以通过实验测得，也可以通过理论计算求得。用实验方法和理论方法研究反应热的化学分支称为热化学。联想质疑铝粉与铁的氧化物的反应（放热）氯化铵与氢氧化钙的反应（吸热）图1-1-1 化学反应的放热与吸热变第1节化学反应的热效应等3资 料 在 线图1-1-2 简易量热计示意图温度计搅拌器反应物热容和比热在不发生化学反应和物质聚集状态不变的条件下，物质吸收热量，温度每升高 1 K 时所吸收的热量称为该物质的热容。热容用符号 C 表示，其单位为 JK-1。纯物质的热容与其质量成
16、正比。单位质量的物质的热容称为该物质的比热容， 简称比热。 比热的单位为kJK-1kg-1。 常温下，液态水的比热为 4.18 kJK-1kg-1。人为划定的研究对象（物质系统）称为体系，体系以外的其他部分称为环境。例如，当我们研究一个在密闭容器中进行的气体反应时，若将容器中的气体作为体系，则容器和容器以外的空气等物质就是环境。用于测定反应热的仪器称为量热计。图 1-1-2 所示的是一种简易量热计的结构。该量热计由内、外两个筒组成，内筒是反应容器，外筒起保温作用。将反应物加入内筒并搅拌使之迅速反应，测量反应前后溶液温度的变化值，根据溶液及量热计的热容，利用下式可计算出此反应过程吸收或放出的热量
17、：Q=-C（T2-T1）式中：C 表示溶液及量热计的热容；T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。 测定中和反应的反应热利用简易量热计按照以下步骤可测得室温下中和反应的反应热。1. 向量热计内筒中加入 1.0molL-1的盐酸 100mL，盖上杯盖，插入温度计，匀速搅拌后记录初始温度 T1。2. 向 250mL 的烧杯中加入 1.0molL-1的 NaOH 溶液 100mL，调节其温度，使之与量热计中盐酸的温度相同。3. 快速地将烧杯中的碱液倒入量热计中，盖好杯盖，匀速搅拌，记录体系达到的最高温度 T2。4. 近似认为溶液的比热等于水的比热，根据溶液温度升高的数值计算此中和反应的反应热。用
18、同样的方法分别测定 KOH 溶液与盐酸反应、NaOH 溶液与硝酸反应的反应热。所测得的上述三个中和反应的反应热相同吗？你能说出其中的原因吗？活动探究Chemistry 第 1 章 化学反应与能量转化 4二、化学反应的内能变化与焓变1. 化学反应的内能变化化学反应的能量变化是由反应前后物质所具有的内能不同而引起的。内能（internalenergy）是体系内物质所含各种微观粒子的能量总和。内能的大小除了与物质的种类、数量及聚集状态（即气态、液态或固态等）有关外，还与体系的温度、压强有关，因为上述因素都可以影响物质内部微观粒子的能量。内能的符号为 U。化学反应中内能的变化可以写作：U=U（反应产物
19、）-U（反应物）微观粒子的能量包括分子的平动、转动、振动，电子运动，原子核运动等各种形式运动的动能，以及微观粒子之间相互作用的势能。实验溶液温度 / K反应热 / JT1T2NaOH 溶液与盐酸反应KOH 溶液与盐酸反应NaOH 溶液与硝酸反应在上述实验中，参加反应的物质都是强酸或强碱，它们在水中是完全电离的，因此从本质上来说，它们之间所发生的都是溶液中的 H+和 OH-结合生成水的反应。H+OH-=H2O由于上述三个实验中所用溶液的体积是相同的， 溶液中H+和OH-的浓度也是相同的，反应又都在室温下进行，因此这三个反应的反应热也是相同的。随着科学技术的进步，无论是科学研究还是生产实践，对反应
20、热测定精度的要求越来越高。为此，人们设计了一系列精密的仪器来测定化学反应的反应热。例如，利用自动化微量热计，可以测出某些生物化学反应极少的反应热。变第1节化学反应的热效应等5式中：U(反应产物)和U（反应物）分别表示反应体系中反应产物的内能和反应物的内能。如果 U( 反应产物 )U（反应物）, 则反应吸收能量；反之，若 U ( 反应产物 )U（反应物），则Q0，反应吸热；反之，反应放热。体系与环境之间的能量交换体系和环境之间能量的交换有两种形式：热和功。由于体系和环境的温度不同而在体系和环境之间交换的能量称为热， 用符号Q表示；并且约定， 体系吸热时Q取正值， 体系放热时Q取负值。除热能外，体
21、系与环境之间交换的其他形式的能（如电能、光能、机械能等）都称为功，用符号W 表示；并且约定，环境对体系做功时 W 取正值，体系对环境做功时 W 取负值。在一定的环境压强下，当体系的体积发生变化时，环境对体系（或体系对环境）做的功称为体积功。知 识 支 持2. 化学反应的焓变在实验室里或在生产中，化学反应大多是在压强不变的条件下进行的，如在敞口容器中进行。由于大气压强通常变化很小，此时反应体系的压强可以近似看作不变。在反应前后压强不变的条件下发生的化学反应称为等压反应。在等压反应中，可能伴随着反应体系体积的改变而有体积功存在，因此反应热不一定等于反应体系内能的变化。经过长期研究，科学家定义了一个
22、称为“焓”的物理量，符号为 H，单位为 J 或 kJ，用它的变化来描述等压反应的反应热。焓与内能一样，其大小也取决于物质的种类、数量、聚集状态并受体系的温度、压强等因素的影响。研究表明，在等压反应中，如果反应中物质的能量变化没有与电能、光能等其他形式的能量发生转化，则该反应的反应热等于反应前后体系的焓的变化， 其数学表达式为：H=U+pV式中： U 为内能，p 为 压 强，V 为体积。Chemistry 第 1 章 化学反应与能量转化 6Qp=H式中：Qp代表等压条件下化学反应的反应热；H 为反应产物的焓与反应物的焓之差，称为反应焓变（enthalpychange）。H=H（反应产物）-H（反
23、应物）如图 1-1-3所示，如果H0，即反应产物的焓大于反应物的焓，反应为吸热反应；若 H0反应物反应产物反应吸热焓反应物反应产物H 0 时，反应释放能量B.U0 时，反应释放能量C.U=QD.U=H2. 一定温度下 H2(g)与I2(g) 反应生成 HI(g)，反应的能量变化如图所示。以下对该反应体系的描述中，正确的是（)。A. 反应物的总能量比反应产物的总能量高 13kJB. 反应物的总能量比反应产物的总能量低 13kJC. 破坏反应物中化学键所需的能量低于形成反应产物中化学键释放的能量D. 反应物化学键中储存的总能量比反应产物化学键中储存的总能量高3. 请解释以下热化学方程式的含义： 4
24、NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)H(298 K)=-905kJmol-1若将此热化学方程式中各物质化学式前的系数均乘以 2，应如何书写此情况下反应的热化学方程式？应用实践4. 回答下列问题。（1）在相同温度下，反应比反应释放的热量多，为什么？ CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)H2(g)+ I2(g)2 HI(g)能量第2题图13kJ要反应为：C(s)+H2O(g)高温CO(g)+H2(g)（1）你认为煤的气化对于提高能源利用效率有哪些价值？（2）已知 298K、101kPa 时，1molH
25、2O(l) 变为 H2O(g) 需要吸收 44.0kJ 的热量。则上述煤的气化反应的焓变是多少？变第1节化学反应的热效应等11（2）在相同条件下，反应和反应释放的热量相差不大，从化学键的角度分析，原因是什么？ C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g) C3H6(g)+H2(g)=C3H8(g)（注： C2H4的结构简式为 CH2= CH2，C2H6的结构简式为 CH3CH3，C3H6的结构简式为 CH3CH= CH2，C3H8的结构简式为 CH3CH2CH3）5. 写出 298K 时下列反应的热化学方程式。（1）3molNO2(g) 与 1molH2O(l)反应生成 HNO3(aq) 和 N
26、O(g)，放热 138.2kJ。（2）用 CO(g) 还原 1molFe2O3(s)，生成 CO2(g) 和 Fe(s)，放热 24.8kJ。（3）1molC(s) 与 1molH2O(g) 反应生成 CO(g) 和 H2(g)，吸热 131.5kJ。6.用 H2或 CO 可以催化还原 NO，以达到消除污染的目的。已知在一定温度下： N2(g)+O2(g)=2NO(g)H1=+180.5kJmol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H2=-571.6kJmol-1 2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l)H3（1）在该温度下反应属于_反应（填“吸热”或“放热” ） 。（
27、2）在该温度下反应消耗 28gN2(g) 时，H1 =_ 。（3）在该温度下反应生成 1molH2O(l) 时，H2 =_ 。（4）在该温度下反应的H3=_ 。7. 在 298K、100kPa 时，已知： C(s，石墨)+O2(g)=CO2(g) H1=-393.5kJmol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H2=-571.6kJmol-1 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) H3=-2599kJmol-1根据盖斯定律， 计算在298K时由C(s， 石墨)和H2(g)反应生成1molC2H2(g)的反应焓变。Chemistry 第 1 章 化学反应与能量
28、转化 12第2节化学能转化为电能电池汽车等机动车往往需要配备电池，人造卫星、宇宙飞船等必须携带电池，人们在日常生活中也经常要使用电池这些足以说明电池的重要作用。现在， 为满足人们生产和生活水平不断提高的需要，性能优异的新型电池相继出现，如锌银电池、锂电池、燃料电池等。那么，电池究竟是一种什么样的装置？它们在工作时，装置中发生了什么变化？探秘铜锌原电池预测你认为图 1-2-2 所示装置是否能够构成原电池将化学能转化成电能？请说明理由。活动探究图1-2-1 几种电池盐桥： 盐桥中通常装有琼脂凝胶，内含氯化钾或硝酸铵。盐桥中的离子能够定向移动。通过盐桥可将两个相互隔离的电解质溶液连接起来，传导电流。
29、图1-2-2铜锌原电池（a）（b）联想质疑一、原电池的工作原理CuSO4溶液ZnCuZnCu盐桥CuSO4溶液ZnSO4溶液变第2节化学能转化为电能电池等13实验用品铜片，锌片，1molL-1CuSO4溶液，1molL-1ZnSO4溶液；烧杯，导线，盐桥，检流计。实验方案实施按图 1-2-2 组装装置进行实验，观察并记录实验现象。实验装置编号实验现象讨论1. 分析图 1-2-2 所示（a） （b）两个原电池各部分的作用，确定其电极反应物、电极材料和离子导体。2. 分析图 1-2-2 所示（a） （b）两个原电池的工作原理，写出电极反应。3. 比较图 1-2-2 所示（a） （b）两个原电池，说
30、明各自的优缺点。分别采用图 1-2-2（a）、1-2-2（b）所示装置进行实验时，检流计的指针均发生了偏转，说明均有电流产生，即发生了化学能转化为电能的过程，（a） （b）都形成了原电池。进一步分析可知，图 1-2-2（a）、1-2-2（b）所示原电池中，负极反应物和负极材料均为锌片，正极反应物均为 CuSO4溶液，正极材料均为铜片；图 1-2-2（a）所示原电池的离子导体为 CuSO4溶液，而图 1-2-2（b）所示原电池则由 CuSO4溶液、ZnSO4溶液和盐桥共同做离子导体，构成离子移动的“通道”。根据电流的方向可知，图 1-2-2（b）所示原电池的电极上发生的反应与图 1-2-2（a）
31、所示原电池的相同：锌原子失去电子被氧化成 Zn2+进入溶液，锌片上的电子通过导线流向铜片；CuSO4溶液中的Cu2+在铜片上获得电子，被还原成铜沉积在铜片上。在图1-2-2（b）所示的原电池中，盐桥中的阴离子（如 Cl-）进入 ZnSO4溶液，阳离子（如 K+）进入CuSO4溶液。负极反应（氧化反应）：Zn-2e-=Zn2+正极反应（还原反应）：Cu2+2e-=Cu两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成闭合回路，使两个电极反应持续进行，发生有序的电子定向转移过程，产生电流。上述过程的总反应为：Zn+CuSO4=ZnSO4+CuChemistry 第 1 章 化学反应与能量转
32、化 14追 根 寻 源铜锌原电池的电流是怎样产生的铜锌原电池中，锌片上和 ZnSO4溶液中都存在 Zn2+。在锌片和溶液的接触面上，水分子与金属表面的 Zn2+相互吸引，发生水合作用，使部分 Zn2+离开锌片进入溶液：Zn-2e-=Zn2+溶液中的 Zn2+也可以沉积到锌片的表面：Zn2+2e-=Zn发生前一过程的趋势大于后一过程，并且锌片上的电子不能自由进入溶液，这就使锌片带有负电荷。锌片表面上的电子与溶液中的 Zn2+因异性电荷的吸引作用分别在金属-水界面的两侧聚积，最终在锌片和 ZnSO4溶液的界面处达到溶解与沉积的平衡状态：Zn-2e-Zn2+此时，由于锌片与溶液的界面两侧电荷不均等，
33、便产生了电势差。类似地，铜片和 CuSO4溶液的界面处也存在 Cu2+与 Cu 的溶解与沉积平衡状态。铜原子和锌原子失电子的能力不同，因此铜电极和锌电极的溶解-沉积平衡状态不一样，两个金属单质电极材料与其溶液之间的电势差不相等。锌原子比铜原子容易失电子，在锌电极的锌片表面上积累的电子比在铜电极的铜片表面上积累的电子多，因此将两极接通构成回路时电子由锌片流向铜片。电子的移动破坏了两极的溶解-沉积平衡，锌极的平衡由于电子移走而向 Zn2+溶解的方向移动，铜极的平衡由于电子移入而向 Cu 沉积的方向移动，结果使电子能够持续流动形成电流。在图 1-2-2（b）所示原电池中，两个电极反应是在彼此隔离的条
34、件下进行的，锌与Cu2+不直接接触，这样可以使我们更清楚地认识电池中发生的化学反应。在电池中，氧化反应和还原反应是在两个电极分别进行的。每个电极或是发生失去电子的变化氧化，或是发生获得电子的变化还原，分别相当于氧化还原反应的一半，这种反应常称为半反应。在电极上进行的半反应叫作电极反应（electrodereaction）。电极上物质的变化情况以及电子的转移情况可以用电极反应式表示。对于一个电池，电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。例如，在铜锌原电池的外电路中，电子由锌极流向铜极，锌极是负极，铜极是正极。在电池中，正极上得电子的数目和负极上失电子的数目相等。 电池的两个电极反应组成电池的
35、总反应， 这个总反应叫作电池反应。图1-2-3 Zn2+在锌片表面的溶解和沉积过程同时进行Zn2+Zn2+Zne-e-锌片溶液图1-2-4 锌片与溶液之间电荷分布示意图e-Zn2+锌片溶液变第2节化学能转化为电能电池等15二、化学电源化学电源是将化学能转化为电能的实用装置。一次电池、可充电电池和燃料电池等都属于化学电源。一次电池只能放电而不能充电，使用后即弃去，因此可能造成环境污染。可充电电池也称为二次电池，可以反复充电和放电，是电池发展的一个重要方向。一次电池中的锌锰干电池和氢氧燃料电池，二次电池中的铅蓄电池的用途都十分广泛。1. 锌锰干电池常见的锌锰干电池分为酸性和碱性两种。酸性锌锰干电池
36、是最早进入市场的实用电池， 因其电解质溶液 （氯化铵和氯化锌混合液）用淀粉糊固定化，所以称为干电池。这种电池的结构如图 1-2-5 所示，负极的电极反应为：Zn-2e-=Zn2+关于在正极材料（石墨）上发生的电极反应至今仍然存在争议，一种观点认为其电极反应为：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O酸性锌锰干电池制作简单、价格低廉，曾经在干电池市场上占有很大份额。但是，它的缺点也很明显，如新电池较易发生自放电而导致存放时间较短、放电后电压下降较快等。碱性锌锰干电池克服了酸性锌锰干电池的以上两个缺点，单位质量输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电，因此在我国正逐渐取代
37、酸性锌锰干电池。碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵做电解质，电池结构如图 1-2-6 所示，其电极反应可表示为：锌粉和氢氧化钾二氧化锰和石墨图1-2-6 碱性锌锰干电池结构示意图+-图1-2-5 酸性锌锰干电池及其结构示意图+-石墨电极二氧化锰和炭黑氯化铵和氯化锌锌筒Chemistry 第 1 章 化学反应与能量转化 16负极Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O正极2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-碱式氧化锰电池反应为：Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH2. 铅蓄电池铅蓄电池是一种二次电池，电动自行车、汽车、发电站等都要用到它。铅蓄电池的性能优良、造价低、可多次充
38、放电，其主要缺点是单位质量电池释放的电能少。铅蓄电池的结构比较复杂（图 1-2-7），通常由若干个单电池串联而成。它以平行排列的铅、铅锑合金或铅钙合金栅板为主架，栅格中交替填充着铅和二氧化铅，电解质溶液为 H2SO4溶液。放电时发生的电极反应通常表示为：负极Pb+SO42-2e-=PbSO4正极PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O充、放电时的电池反应为：Pb+PbO2+2H2SO4放电充电2PbSO4+2H2O图1-2-7 铅蓄电池及其结构示意图-H2SO4溶液铅二氧化铅+目前市场上还有镍镉电池、镍氢电池、银锌电池等充电电池，它们各有特点因而具有不同的用途。3.燃料电池燃料
39、电池不同于一般的电池，它的特点是电池的正、负极反应物分别是氧化剂和燃料。工作时， 将反应物分别不断地输入电池的两极， 通过燃料 （如氢气） 在负极发生氧化反应、氧化剂（如氧气）在正极发生还原反应，实现一个相当于燃烧反应的电池反应，将化学能转化为电能。变第2节化学能转化为电能电池等17制作一个简单的燃料电池实验目的利用所给试剂和仪器设计装置并进行实验，通过该装置将下列反应产生的化学能转化为电能。2H2+O2=2H2O活动探究实验用品KOH 溶液，稀硫酸，K2SO4溶液，石墨棒；长颈漏斗，U 形管，橡胶塞，导线，电流表，电源。实验方案设计及实施写出设计思路，绘制实验装置图，实施实验并记录实验现象。
40、在进行实验设计时，请思考：1. 设计电池的基本思路是什么？2.氢氧燃料电池中，正、负极反应物分别是什么？如何获得这些反应物？3. 哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃料电池的离子导体？讨论1. 尝试分析你设计的氢氧燃料电池的工作原理，写出电极反应式。2. 若选择不同的电解质溶液（离子导体），对于电极反应有哪些影响？3. 你认为还可以从哪些方面来改进所设计的电池？设计目标设计思路及依据实验装置实验现象选择实验用品选择实验用品的目的获得氢气和氧气制作氢氧燃料电池可以利用初中学习过的电解水装置获得氢气和氧气。Chemistry 第 1 章 化学反应与能量转化 18知 识 支
41、 持氢氧燃料电池中的电极反应氢氧燃料电池的负极上发生的是氢气被氧化为 H+的反应。如果该反应是在碱性条件下进行的，生成的 H+瞬间即与溶液中大量存在的 OH-结合生成水，因此实际发生的电极反应为：H2+2OH-2e-=2H2O如果反应是在酸性条件或中性条件下进行的，则电极反应为：H2-2e-=2H+类似地，在氢氧燃料电池的正极，氧气中的氧元素被还原为 -2 价。通常情况下，-2 价的氧元素只能存在于水分子和 OH-中，因此，如果是酸性条件，电极反应为：O2+4H+4e-=2H2O如果为中性或碱性条件，则电极反应为： O2+2H2O+4e-=4OH-由此可见，在书写电极反应式时，除了应该考虑反应
42、前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外，还必须考虑这些元素的原子得失电子后形成的产物在溶液中的主要存在形式。除了氢气外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料电池的负极反应物。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池， 它可以使用不同的电解质如KOH溶液、 H3PO4溶液、 熔融碳酸盐、固体电解质或质子交换膜等作为离子导体。例如，当以 KOH 溶液作为离子导体时，氢氧燃料电池的电极反应为：负极2H2+4OH-4e-=4H2O正极O2+2H2O+4e-=4OH-电池反应为：2H2+O2=2H2O氢氧燃料电池的反应产物只有水，不产生污染，因而备受青睐。氢氧燃料电池应用在宇宙飞船上，产生的水还可以供航天员饮用
43、。燃料电池具有能量利用效率高、可连续使用和污染轻等优点，已成为一种发展前景十分广阔的化学电源。变第2节化学能转化为电能电池等19学习理解1. 写出下列原电池装置中各部分的作用并分析其电极反应和离子移动方向。原电池装置各部分作用电极反应离子移动方向Zn：Cu：稀硫酸：负极：正极：Zn：Cu：ZnSO4溶液：CuSO4溶液：盐桥：负极：正极：应用实践2. 在如图所示装置中，一段时间后，银片质量会增加，请分析产生上述现象的原因：_。3. 纽扣电池的两极材料分别是锌和氧化银，离子导体是KOH 溶液。放电时两个电极的电极反应分别为：Zn+2OH-2e-= ZnO+H2OAg2O+H2O+2e-=2Ag+
44、2OH-下列说法中，正确的是 ( )。A. 锌是负极反应物，氧化银是正极反应物B. 锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应C. 溶液中 OH-向正极移动，K+、H+向负极移动D. 在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变练习与活动ZnCu稀硫酸AAZn盐桥（ 内含 KCl ）1 molL-1ZnSO4溶液1 molL-1CuSO4溶液Cu第2题图FeAgCuSO4溶液AChemistry 第 1 章 化学反应与能量转化 204. 热激活电池（又称热电池）可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水 LiCl-KCl 混合物一旦受热熔融，电池瞬间即可输出
45、电能。该电池总反应为：PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb关于该电池的下列说法中，正确的是 ( )。A. 负极的电极反应：Ca+2Cl-2e-=CaCl2B. 放电过程中，Li+向钙电极移动C. 正极反应物为 LiClD. 常温时，在正负极之间连上检流计，指针不偏转5. 利用 Fe3+与 I-发生的氧化还原反应设计一个能产生电流的装置，画出简单的装置示意图，标明使用的用品。供选择的实验用品：KCl 溶液，FeCl3溶液，FeCl2溶液，KI 溶液，铜片，锌片，铁片，石墨棒，烧杯，滤纸，导线，电流表。装置示意图6. 请通过上网搜索、查阅文献等方式，了解目前市场上有哪些新型
46、电池，指出它们的设计新意、优点以及存在的问题。第4题图硫酸铅电极无水 LiCl-KCl钙电极电池壳变第3节电能转化为化学能电解等21第3节电能转化为化学能电解金属钠与氯气在常温下就可以发生氧化还原反应生成氯化钠，同时放出大量的热：2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s）H=-822.3kJmol-1反之，若以氯化钠为原料制备金属钠，则需要从外界获得能量（如电能）。在生产实践中，人们是如何利用电能，以氯化钠为原料制得金属钠的呢？联想质疑电能与化学能之间的相互转化具有重要的实用价值。通过将电能转化为化学能，可以使许多在通常条件下不能发生的反应得以进行，这对于化工生产、金属冶炼、实验室研究以及人
47、们的日常生活都具有十分重要的意义。电解是将电能转化为化学能的过程。一、电解的原理图1-3-1 金属钠在氯气中燃烧图1-3-2 电解熔融氯化钠的装置示意图+-石墨电极铁电极熔融氯化钠交流研讨图1-3-2为工业上利用电解熔融氯化钠的方法生产金属钠所用装置的示意图。容器中盛有熔融氯化钠，两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料， 两个电极分别与电源的正极和负极相连。讨论1. 接通直流电源后，熔融氯化钠中的 Na+和 Cl-各向哪个方向移动？2.移动到两个电极表面的Na+和Cl-将分别发生什么变化？Chemistry 第 1 章 化学反应与能量转化 22在电场作用下，熔融氯化钠中的 Na+和 Cl-分别移
48、向与电源负极相连的铁电极和与电源正极相连的石墨电极。与电源负极相连的铁电极带有负电荷，Na+在这个电极上得到电子，被还原成钠原子：2Na+2e-=2Na而与直流电源正极相连的石墨电极带有正电荷，Cl-将电子转移给这个电极，自身被氧化为氯原子，最终生成氯气：2Cl-2e-=Cl2这样，就可得到电解氯化钠制备金属钠的总反应为：2NaCl=2Na+Cl2通电将直流电通过熔融电解质或电解质溶液，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫作电解（electrolysis）。电解时，电源向反应体系提供电能，电能转化为化学能而“储存”在反应产物中。这种将电能转化为化学能的装置叫作电解池。图 1-3-2
49、表示的是电解熔融氯化钠的电解池。 电解池由直流电源、 固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质组成。按照电化学的规定，发生氧化反应的电极叫作阳极（anode），发生还原反应的电极叫作阴极（cathode）。在由熔融氯化钠制备金属钠的电解池中，与电源正极相连的电极上发生的反应是氧化反应（Cl-失去电子最终生成氯气），该电极是阳极；与电源负极相连的电极上发生的反应是还原反应（Na+获得电子最终生成金属钠） ，该电极是阴极。电化学是以电能和化学能之间的相互转化及转化过程中的有关规律为主要研究内容的科学。交流研讨对比原电池和电解池，请分析：1. 原电池和电解池在工作原理上有何异同？2. 原电池和电解池在
50、装置构成上有何异同？原电池是通过氧化还原反应将化学能直接转化为电能的装置；电解池是在直流电作用下迫使反应物发生氧化还原反应，从而将电能转化为化学能的装置。在原电池和电解池的工作过程中，氧化反应和还原反应分别在两极进行。其中，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应。因此，从铜锌原电池的内电路看，锌极是阳极，铜极是阴极。在装置构成上，原电池和电解池都需要有电极反应物、电极材料、离子导体和电子导体，只是电解池还需要外接直流电源。变第3节电能转化为化学能电解等23电解饱和食盐水按图 1-3-3 所示组装电解装置，电极材料为石墨，离子导体为饱和食盐水。1. 请你分析饱和食盐水中可能存在哪些离子，在电场中它们
