化學(xué)反應(yīng)速率和限度

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