化學反應速率和限度

1、第二章  化學反應與能量 教 學 資 源 素 材【拓展閱讀】1.反應熱和鍵能的關系是怎樣的？在化學反應中，從反應物分子轉變?yōu)樯晌锓肿?，各原子內部并沒有多少變化，但原子間的結合方式發(fā)生了改變。在這個過程中，反應物分子中的化學鍵部分或全部遭到破壞，生成物分子中的新化學鍵形成。實驗證明，在破壞舊化學鍵時，需要能量來克服原子間的相互吸引；在形成新化學鍵時，由于原子間的相互吸引而放出能量?；瘜W反應的反應熱就來源于舊化學鍵的破壞和新化學鍵的形成所發(fā)生的能量變化?；瘜W鍵是分子中相鄰原子間的強烈的相互作用，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，根據化學反應中化學鍵的改變和鍵能的變化來分析反應熱和鍵能的關系。在乙烷分子中，原子間的結合力可歸結為6個CH鍵和1個CC鍵：H  H|  |HCCH|  |H  H在乙烯分子中，原子間的結合力可歸結為4個CH鍵和1個CC鍵：從鍵能數據估算反應熱的具體方法和步驟如下：（1）寫出反應的化學方程式，并突出反應物和生成物分子中的各個化學鍵。（2）歸納出化學鍵改變的情況。6CH+CC4CH+CC+HH即：2CH+CCCC+HH（3）從鍵能的表中，查出有關的數據。E（CH）=414.4 kJ/molE（CC）=615.3 kJ/molE（CC）

3、=347.4 kJ/molE（HH）=435.3 kJ/mol（4）根據下列公式粗略地估計反應熱（H）。H=E(反應物)-E（生成物）上式表明，反應熱等于反應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，上述反應是吸熱的，吸收的熱量為125.6 kJ/mol。其他反應是吸熱還是放熱，數值是多少，可以用以上方法進行估計。2.原電池課文里所講的原電池，是

4、為了便于說明原電池化學原理的一種最簡單的裝置。如果用它作電源，不但效率低，而且時間稍長，電流就不斷減弱，因此不適合于實際應用。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)生這種現象，設計了如圖2-4的原電池裝置。在兩個燒杯中分別放入鋅片和鋅鹽溶液、銅片和銅鹽溶液，將兩個燒杯中的溶液用一個裝滿電解質溶液的鹽橋（如充滿KCl飽和溶液和瓊脂制成的膠凍）連接起來，再用導線將鋅片和銅片聯接，并在導線中串聯一個電流表，就可以觀察到下面的現象：（1）電流表指針發(fā)生偏轉，根據指針偏轉方向，可以判斷出鋅

5、片為負極、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，說明鹽橋起了溝通電路的作用。發(fā)生上述現象的原因是由于鋅比銅活潑，容易失去電子變成Zn2+進入溶液，電子通過導線流向銅片，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，銅片上發(fā)生還原反應。Zn - 2e-=Zn2+Cu2+ + 2e-=Cu總反應式：Cu2+ + Zn=Cu+ + Zn2+一定時間后，溶液會因帶電離子的積累（ZnSO4溶液中的Zn2+離子過多，CuSO4溶液中的SO42-離子過多）而阻礙電子的轉移。但有鹽橋存在，允許溶液中離子遷移

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

7、氧化劑的物質， 如ZnSO4和CuSO4，稱為氧化型物質。相對應的氧化型物質和還原型物質組成氧化還原電對，常用如下符號表示：Zn2+/Zn,Cu2+/Cu。不同氧化態(tài)的同一元素的離子或單質等也可構成氧化還原電對，如Fe3+/Fe2+、Cl2/Cl-、O4/OH-等。3.課外實踐活動案例【實驗探究1】中和熱的近似測定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，并用溫度計測量鹽酸的溫度（tHCl），記錄在下頁表中。2.用另一支量筒量取50 mL1mol/L的NaOH溶液，并用溫度計測量NaOH溶液的溫度(tNaOH)，也記錄在下頁表中，并計算起始溫度的平

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。4.根據上述測得的實驗數據，按下式近似計算強酸強堿的中和熱。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來計算），C是混合液的比熱容（近似取4.18kJ/kg·K），n（H2O）是中和反應生成水的物質的量（單位mol）。   實驗序號物質起始溫度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.重復上述實驗2次，將實驗結果填入上表格中。取三次平行實驗結果的平均值。【實驗探究2】放熱反應的觀察1.利用空氣的熱脹冷縮原理觀察氧化鈣與水反應放熱（1）按圖2-6所示將實驗裝置連接好。（2）在U型管內加入少量品紅溶液（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，當滴入2 mL左右的蒸餾水后，可觀察到U型玻管里的紅墨水會沿開口端上升。也可以在小試管里盛濃鹽酸，滴入氫氧化鈉溶液，或在3%的過氧化氫溶液里加入少量的二氧化錳粉末，反應時都會放出熱量，具

11、支試管內的空氣受熱膨脹，反應放出的熱量使U型管內側的液面立即下降，外側的液面上升。利用這個裝置還可以觀察無水CuSO4水合時的放熱現象。2.利用NO2平衡氣體遇熱顏色加深、遇冷顏色變淺來指示放熱過程和吸熱過程（1）按圖2-7所示將實驗裝置連接好。（2）向其中一個燒杯的水中投入一定量的CaO固體，CaO與水反應放熱，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原理?！緦嶒炋骄?】利用原電池裝置探究金屬活動性方法一：原理活潑性不同的金屬跟碳棒一起構成原電池時，用活潑金屬做電極的電池電勢差大，經放電后使靈敏導電儀（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、鋁條和銅條作負極，依次跟導電儀的兩根電極接通，并浸入電解質溶液中。3.導線接觸鎂條時，反應最激烈，小燈泡全亮；導線接觸鋁條時，小燈泡只亮一半；導線接觸銅條時，只有一支小燈泡微亮。實驗要點裝置的輸入端正極接金屬，負極接碳棒。實驗前必須調節(jié)導電儀的靈敏度，使兩根電極短路接觸時燈泡不亮。方法二：原理1.原電池的電動勢是正極跟負極的電勢差（=E+-E-）。在三個原電池中，正極都是銅電極，因此負極的電勢愈低，原電池的電動勢愈大。2

13、.電極的電勢高低跟金屬的活潑性有關。在鹽溶液濃度相同的情況下，金屬愈活潑，構成電極的電勢愈低。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相應的金屬鹽溶液。這樣就構成銅、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，都能構成一個原電池。5.把銅電極分別跟另外三個電極構成原電池，用伏特計測量三個原電池的電動勢。實驗要點選用量

14、程為2V的伏特計?！緦嶒炋骄?】水果、蔬菜、果汁原電池的制作活動目的1.培養(yǎng)學生動手制作的能力。2.鞏固學生已有的原電池知識。3.調動學生的學習興趣，訓練學生的創(chuàng)新思維?；顒有问綄W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。【實驗探究5】固體反應物表面積跟反應速率的關系裝置圖 2-10  反應物表面積對反應速率的影響實驗要點1.錐形瓶中的碳酸鈣過量，所以鹽酸的體積必須盡量控制得準確一些，以使對比實驗更有說服力。2.量筒里盛滿水，倒置在水槽中。3.同時把注射器內的鹽酸迅速注入錐形瓶中?！狙芯啃詫W習】當地化學能轉化為熱能的現狀調查1.問題的提出中國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在，你所生活的地區(qū)化學能轉化為熱能的現狀如何？家庭生活、生產和事業(yè)部門還在延續(xù)過去的做法嗎？還是已經改用電、微波、太陽能等作能源了。2.研