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)部并沒有多少變化，但原子間的結(jié)合方式發(fā)生了改變。在這個過程中，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。實驗證明，在破壞舊化學(xué)鍵時，需要能量來克服原子間的相互吸引；在形成新化學(xué)鍵時，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CH鍵和1個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CH鍵和1個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(xué)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(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(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，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(xiàn)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(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(zhuǎn)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(yīng)能繼續(xù)進行。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(dǎo)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(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來表示：Zn|ZnSO4CuSO4|Cu  負極   鹽橋  正極每個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)。相對應(yīng)的氧化型物質(zhì)和還原型物質(zhì)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(zhì)等也可構(gòu)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(nèi)。4.根據(jù)上述測得的實驗數(shù)據(jù)，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(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(yīng)生成水的物質(zhì)的量（單位mol）。   實驗序號物質(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)上述實驗2次，將實驗結(jié)果填入上表格中。取三次平行實驗結(jié)果的平均值。【實驗探究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所示將實驗裝置連接好。（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(yīng)時都會放出熱量，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。利用這個裝置還可以觀察無水CuSO4水合時的放熱現(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(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。【實驗探究3】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(gòu)成原電池時，用活潑金屬做電極的電池電勢差大，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(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，反應(yīng)最激烈，小燈泡全亮；導(dǎo)線接觸鋁條時，小燈泡只亮一半；導(dǎo)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(diào)節(jié)導(dǎo)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(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(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)成一個原電池。5.把銅電極分別跟另外三個電極構(gòu)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(xué)生動手制作的能力。2.鞏固學(xué)生已有的原電池知識。3.調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維?；顒有问綄W(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。【實驗探究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)物表面積對反應(yīng)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(nèi)的鹽酸迅速注入錐形瓶中?！狙芯啃詫W(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(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)過去的做法嗎？還是已經(jīng)改用電、微波、太陽能等作能源了。2.研