化學(xué)反應(yīng)速率和限度_第1頁(yè)
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1、第二章  化學(xué)反應(yīng)與能量 教 學(xué) 資 源 素 材【拓展閱讀】1.反應(yīng)熱和鍵能的關(guān)系是怎樣的?在化學(xué)反應(yīng)中,從反應(yīng)物分子轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锓肿?,各原子?nèi)部并沒(méi)有多少變化,但原子間的結(jié)合方式發(fā)生了改變。在這個(gè)過(guò)程中,反應(yīng)物分子中的化學(xué)鍵部分或全部遭到破壞,生成物分子中的新化學(xué)鍵形成。實(shí)驗(yàn)證明,在破壞舊化學(xué)鍵時(shí),需要能量來(lái)克服原子間的相互吸引;在形成新化學(xué)鍵時(shí),由于原子間的相互吸引而放出能量?;瘜W(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱就來(lái)源于舊化學(xué)鍵的破壞和新化學(xué)鍵的形成所發(fā)生的能量變化?;瘜W(xué)鍵是分子中相鄰原子間的強(qiáng)烈的相互作用,這種相互作用具有一定的能量,這一能量就是鍵能。鍵能常用E表示,單位是kJ/mol。下面用乙烷

2、裂解為乙烯和氫氣為例,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵的改變和鍵能的變化來(lái)分析反應(yīng)熱和鍵能的關(guān)系。在乙烷分子中,原子間的結(jié)合力可歸結(jié)為6個(gè)CH鍵和1個(gè)CC鍵:H  H|  |HCCH|  |H  H在乙烯分子中,原子間的結(jié)合力可歸結(jié)為4個(gè)CH鍵和1個(gè)CC鍵:從鍵能數(shù)據(jù)估算反應(yīng)熱的具體方法和步驟如下:(1)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式,并突出反應(yīng)物和生成物分子中的各個(gè)化學(xué)鍵。(2)歸納出化學(xué)鍵改變的情況。6CH+CC4CH+CC+HH即:2CH+CCCC+HH(3)從鍵能的表中,查出有關(guān)的數(shù)據(jù)。E(CH)=414.4 kJ/molE(CC)=615.3 kJ/molE(CC)

3、=347.4 kJ/molE(HH)=435.3 kJ/mol(4)根據(jù)下列公式粗略地估計(jì)反應(yīng)熱(H)。H=E(反應(yīng)物)-E(生成物)上式表明,反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的鍵能總和跟生成物的鍵能總和之差。H =2E(CH)+E(CC)-E(CC)+E(HH)    =(2×414.4+347.4)kJ/mol-(615.3+435.3)kJ/mol    =125.6 kJ/mol這表明,上述反應(yīng)是吸熱的,吸收的熱量為125.6 kJ/mol。其他反應(yīng)是吸熱還是放熱,數(shù)值是多少,可以用以上方法進(jìn)行估計(jì)。2.原電池課文里所講的原電池,是

4、為了便于說(shuō)明原電池化學(xué)原理的一種最簡(jiǎn)單的裝置。如果用它作電源,不但效率低,而且時(shí)間稍長(zhǎng),電流就不斷減弱,因此不適合于實(shí)際應(yīng)用。這是什么原因呢?主要是由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡,把銅極跟稀硫酸逐漸隔開,這樣就增加了電池的內(nèi)阻,使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了如圖2-4的原電池裝置。在兩個(gè)燒杯中分別放入鋅片和鋅鹽溶液、銅片和銅鹽溶液,將兩個(gè)燒杯中的溶液用一個(gè)裝滿電解質(zhì)溶液的鹽橋(如充滿KCl飽和溶液和瓊脂制成的膠凍)連接起來(lái),再用導(dǎo)線將鋅片和銅片聯(lián)接,并在導(dǎo)線中串聯(lián)一個(gè)電流表,就可以觀察到下面的現(xiàn)象:(1)電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向,可以判斷出鋅

5、片為負(fù)極、銅片為正極。(2)銅片上有銅析出,鋅片則被溶解。(3)取出鹽橋,指針回到零點(diǎn),說(shuō)明鹽橋起了溝通電路的作用。發(fā)生上述現(xiàn)象的原因是由于鋅比銅活潑,容易失去電子變成Zn2+進(jìn)入溶液,電子通過(guò)導(dǎo)線流向銅片,硫酸銅溶液中的Cu2+從銅片上獲得電子變成銅原子沉積在銅片上。由于電子從鋅片流到銅片,所以鋅片上發(fā)生氧化反應(yīng),銅片上發(fā)生還原反應(yīng)。Zn - 2e-=Zn2+Cu2+ + 2e-=Cu總反應(yīng)式:Cu2+ + Zn=Cu+ + Zn2+一定時(shí)間后,溶液會(huì)因帶電離子的積累(ZnSO4溶液中的Zn2+離子過(guò)多,CuSO4溶液中的SO42-離子過(guò)多)而阻礙電子的轉(zhuǎn)移。但有鹽橋存在,允許溶液中離子遷移

6、,以中和過(guò)剩的電荷,起了溝通電路的作用,使傳遞電子的反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行。于是,鋅和CuSO4的氧化還原反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成外電路上電子流動(dòng)的電能。從分析銅-鋅原電池的組成可以看出,原電池是由兩個(gè)半電池組成的。鋅和鋅鹽溶液組成一個(gè)半電池,銅和銅鹽溶液組成另一個(gè)半電池。組成半電池的導(dǎo)體叫電極,失去電子的電極為負(fù)極,得到電子的電極為正極。不參加電極反應(yīng)的電極叫惰性電極,如銅電極。上述原電池的裝置可用符號(hào)來(lái)表示:Zn|ZnSO4CuSO4|Cu  負(fù)極   鹽橋  正極每個(gè)半電池都由兩類物質(zhì)組成,一類是可作還原劑的物質(zhì),如鋅和銅,稱為還原型物質(zhì)。另一類是可作

7、氧化劑的物質(zhì), 如ZnSO4和CuSO4,稱為氧化型物質(zhì)。相對(duì)應(yīng)的氧化型物質(zhì)和還原型物質(zhì)組成氧化還原電對(duì),常用如下符號(hào)表示:Zn2+/Zn,Cu2+/Cu。不同氧化態(tài)的同一元素的離子或單質(zhì)等也可構(gòu)成氧化還原電對(duì),如Fe3+/Fe2+、Cl2/Cl-、O4/OH-等。3.課外實(shí)踐活動(dòng)案例【實(shí)驗(yàn)探究1】中和熱的近似測(cè)定1.用量筒(最好使用移液管)量取50 mL1mol/L的鹽酸,加入100 mL的燒杯中,并用溫度計(jì)測(cè)量鹽酸的溫度(tHCl),記錄在下頁(yè)表中。2.用另一支量筒量取50 mL1mol/L的NaOH溶液,并用溫度計(jì)測(cè)量NaOH溶液的溫度(tNaOH),也記錄在下頁(yè)表中,并計(jì)算起始溫度的平

8、均值(t1)。3.把試管中的氫氧化鈉溶液一次倒入盛鹽酸的燒杯里,跟鹽酸混合,隨即蓋上泡沫塑料板。攪拌溶液,然后讀出混合液的最高溫度(t2),記錄在表內(nèi)。4.根據(jù)上述測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),按下式近似計(jì)算強(qiáng)酸強(qiáng)堿的中和熱。中和熱=(m×C×t×10-3)/n(H2O)(kJ/mol)式中m是混合液的質(zhì)量(把鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度近似看作水的密度為1g/cm3來(lái)計(jì)算),C是混合液的比熱容(近似取4.18kJ/kg·K),n(H2O)是中和反應(yīng)生成水的物質(zhì)的量(單位mol)。   實(shí)驗(yàn)序號(hào)物質(zhì)起始溫度t1/終止溫度t2/  溫

9、差t2-t1/ 中和熱/kJ/mol  HCltHCl=t1=(tHCl+tNaOH)/2  =t2=t2-t1=     NaOH tNaOH=  HCl tHCl= t1=(tHCl+tNaOH)/2  =t2=t2-t1=   NaOH tNaOH=  HCl tHCl= t1=(tHCl+tNaOH)/2  =t2=t2-t1=    &#

10、160;   NaOH tNaOH= 5.重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)2次,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入上表格中。取三次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值。【實(shí)驗(yàn)探究2】放熱反應(yīng)的觀察1.利用空氣的熱脹冷縮原理觀察氧化鈣與水反應(yīng)放熱(1)按圖2-6所示將實(shí)驗(yàn)裝置連接好。(2)在U型管內(nèi)加入少量品紅溶液(或紅墨水)。打開T型管螺旋夾,使U型管內(nèi)兩邊的液面處于同一水平面,再夾緊螺旋夾。(3)在中間的試管里盛1g氧化鈣,當(dāng)?shù)稳? mL左右的蒸餾水后,可觀察到U型玻管里的紅墨水會(huì)沿開口端上升。也可以在小試管里盛濃鹽酸,滴入氫氧化鈉溶液,或在3%的過(guò)氧化氫溶液里加入少量的二氧化錳粉末,反應(yīng)時(shí)都會(huì)放出熱量,具

11、支試管內(nèi)的空氣受熱膨脹,反應(yīng)放出的熱量使U型管內(nèi)側(cè)的液面立即下降,外側(cè)的液面上升。利用這個(gè)裝置還可以觀察無(wú)水CuSO4水合時(shí)的放熱現(xiàn)象。2.利用NO2平衡氣體遇熱顏色加深、遇冷顏色變淺來(lái)指示放熱過(guò)程和吸熱過(guò)程(1)按圖2-7所示將實(shí)驗(yàn)裝置連接好。(2)向其中一個(gè)燒杯的水中投入一定量的CaO固體,CaO與水反應(yīng)放熱,此燒杯中的NO2平衡混合氣體的紅棕色變深。查找資料:NO2平衡氣體遇熱顏色加深,遇冷顏色變淺的反應(yīng)原理。【實(shí)驗(yàn)探究3】利用原電池裝置探究金屬活動(dòng)性方法一:原理活潑性不同的金屬跟碳棒一起構(gòu)成原電池時(shí),用活潑金屬做電極的電池電勢(shì)差大,經(jīng)放電后使靈敏導(dǎo)電儀(可以自制)中較多的小燈泡發(fā)光。裝

12、置圖 2-8  利用原電池探究金屬的活動(dòng)性(一)操作1.按上圖裝配好儀器,小燒杯里各加10 mL0.5 mol/L的稀鹽酸。2.接通電源,碳棒作為原電池的正極,鎂條、鋁條和銅條作負(fù)極,依次跟導(dǎo)電儀的兩根電極接通,并浸入電解質(zhì)溶液中。3.導(dǎo)線接觸鎂條時(shí),反應(yīng)最激烈,小燈泡全亮;導(dǎo)線接觸鋁條時(shí),小燈泡只亮一半;導(dǎo)線接觸銅條時(shí),只有一支小燈泡微亮。實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)裝置的輸入端正極接金屬,負(fù)極接碳棒。實(shí)驗(yàn)前必須調(diào)節(jié)導(dǎo)電儀的靈敏度,使兩根電極短路接觸時(shí)燈泡不亮。方法二:原理1.原電池的電動(dòng)勢(shì)是正極跟負(fù)極的電勢(shì)差(=E+-E-)。在三個(gè)原電池中,正極都是銅電極,因此負(fù)極的電勢(shì)愈低,原電池的電動(dòng)勢(shì)愈大。2

13、.電極的電勢(shì)高低跟金屬的活潑性有關(guān)。在鹽溶液濃度相同的情況下,金屬愈活潑,構(gòu)成電極的電勢(shì)愈低。裝置(二)操作1.如圖2-9所示安裝好裝置。2.取4支5 mm×80 mm的玻璃管,管的一端套上玻璃紙,并用線扎緊。3.取長(zhǎng)100 mm的絲狀或條狀銅、鐵、鋅、鎂各一段,分別插入上述四支玻璃管中,然后分別加入適量的0.5 mol/L相應(yīng)的金屬鹽溶液。這樣就構(gòu)成銅、鐵、鋅和鎂的四支電極。4.在150 mL的燒杯中加入100 mL、1 mol/L的KNO3溶液。在這溶液中任意插入兩支電極,都能構(gòu)成一個(gè)原電池。5.把銅電極分別跟另外三個(gè)電極構(gòu)成原電池,用伏特計(jì)測(cè)量三個(gè)原電池的電動(dòng)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)選用量

14、程為2V的伏特計(jì)。【實(shí)驗(yàn)探究4】水果、蔬菜、果汁原電池的制作活動(dòng)目的1.培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手制作的能力。2.鞏固學(xué)生已有的原電池知識(shí)。3.調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維?;顒?dòng)形式學(xué)生分組在課外自己選材制作。成果展示將自己的制作成果在課堂上交流?!緦?shí)驗(yàn)探究5】固體反應(yīng)物表面積跟反應(yīng)速率的關(guān)系裝置圖 2-10  反應(yīng)物表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)1.錐形瓶中的碳酸鈣過(guò)量,所以鹽酸的體積必須盡量控制得準(zhǔn)確一些,以使對(duì)比實(shí)驗(yàn)更有說(shuō)服力。2.量筒里盛滿水,倒置在水槽中。3.同時(shí)把注射器內(nèi)的鹽酸迅速注入錐形瓶中。【研究性學(xué)習(xí)】當(dāng)?shù)鼗瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的現(xiàn)狀調(diào)查1.問(wèn)題的提出中國(guó)人在一千多年前就用煤作燃料,石油和天然氣的利用也有幾百年的歷史了?,F(xiàn)在,你所生活的地區(qū)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的現(xiàn)狀如何?家庭生活、生產(chǎn)和事業(yè)部門還在延續(xù)過(guò)去的做法嗎?還是已經(jīng)改用電、微波、太陽(yáng)能等作能源了。2.研

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