化學(xué)反應(yīng)的利用

1、化學(xué)反應(yīng)有新物質(zhì)生成，人們可以利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)制備所需要的物質(zhì)。而且一種物質(zhì)可用多種方法制備，實(shí)驗(yàn)室制取物質(zhì)時(shí)考慮簡(jiǎn)便、快速的原則，工業(yè)生產(chǎn)上考慮經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)上可能采用不同的方法制備同種物質(zhì)。化學(xué)家利用化學(xué)反應(yīng)不但可以制造出自然界中存在的物質(zhì)，還可以設(shè)計(jì)、合成出自然界中不存在但可被人們利用的新物質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)伴隨著能量變化，人們可以充分利用化學(xué)能。根據(jù)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)可進(jìn)行化學(xué)能與熱能的轉(zhuǎn)化，原電池和電解池是化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化的直接應(yīng)用，化學(xué)能和光能之間的轉(zhuǎn)化也頗具前景。化學(xué)反應(yīng)與人類文明和社會(huì)發(fā)展有著十分密切的關(guān)系?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)：利用化學(xué)反應(yīng)制備物質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)伴隨著能量變化以及

2、能量的利用。難點(diǎn)：比較不同物質(zhì)的制備方法，化學(xué)能與電能、熱能、光能的轉(zhuǎn)化。【知識(shí)講解】我們已學(xué)過(guò)了多種多樣的化學(xué)反應(yīng)，為了研究方便，可以從不同角度對(duì)它們進(jìn)行分類：從反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)類別可分為化合反應(yīng)、分解反應(yīng)、置換反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)；根據(jù)反應(yīng)進(jìn)行的程度可分為完全反應(yīng)和可逆反應(yīng)；根據(jù)反應(yīng)中是否有電子得失或偏移分為氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)；根據(jù)反應(yīng)中能量的變化分為吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)。面對(duì)這些類型不同的繁雜的反應(yīng)，人們逐漸從盲目的探索反應(yīng)轉(zhuǎn)向理性分析反應(yīng)，并且逐步能科學(xué)地創(chuàng)造適宜條件來(lái)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)，為生產(chǎn)服務(wù)，工業(yè)生產(chǎn)中利用化學(xué)反應(yīng)主要有兩個(gè)大的方面：一是制備新物質(zhì)，二是利用化學(xué)反應(yīng)伴隨的能量

3、變化為人類提供能源。一、利用化學(xué)反應(yīng)制備新物質(zhì)1、實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)制取物質(zhì)的異同點(diǎn)【活動(dòng)·探究】Cl2的制取(1)Cl2的實(shí)驗(yàn)室制法試劑：軟錳礦石(MnO2)、濃鹽酸、飽和食鹽水、NaOH溶液儀器：燒瓶、分液漏斗、鐵架臺(tái)(帶鐵圈、石棉網(wǎng))、酒精燈、雙孔橡皮塞、導(dǎo)氣管、集氣瓶、洗氣瓶、燒杯等。操作：連接裝置：根據(jù)酒精燈外焰的高度固定鐵圈，放上石棉網(wǎng)，然后固定燒瓶。雙孔橡皮塞分別插入分液漏斗和導(dǎo)氣管，然后連接集氣瓶和燒杯(分別用于收集和尾氣處理)。檢驗(yàn)裝置氣密性。在燒瓶中放入軟錳礦(或MnO2)，分液漏斗中注入濃鹽酸，從分液漏斗中向燒瓶中注入濃鹽酸后加熱燒瓶，反應(yīng)發(fā)生。收集氣體：集氣瓶收

4、集到黃綠色氣體。檢驗(yàn)氣體：可用濕潤(rùn)的淀粉KI試紙檢驗(yàn)Cl2。以上是實(shí)驗(yàn)室制取Cl2的方法，其原理方程式為： MnO24HCl(濃)MnCl2Cl22H2O該反應(yīng)中必須用濃鹽酸，稀鹽酸中的Cl-很難被氧化，MnO2為氧化劑，可以用KMnO4、KClO3、NaClO等氧化劑代替，反應(yīng)分別為：2KMnO416HCl(濃)2KCl2MnCl25Cl28H2OKClO36HCl(濃)KCl3Cl23H2ONaClO2HCl(濃)NaClCl2H2O(2)Cl2的工業(yè)制法實(shí)驗(yàn)室制Cl2的這些方法快速、簡(jiǎn)便，但藥品成本高。工業(yè)生產(chǎn)中制取大量Cl2，講究的是經(jīng)濟(jì)性。目前工業(yè)生產(chǎn)中是用價(jià)格低廉的NaCl為原料制

5、取的，采用的是電解飽和食鹽水法。電解食鹽水的原理可用下圖表示，其中a極為陽(yáng)極(與電源正極相連的電極)，b極為陰極(與電源負(fù)極相連的電極)。電極反應(yīng)分別為：陽(yáng)極：2Cl-2e-Cl2，陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體能夠使?jié)駶?rùn)的淀粉KI試紙變藍(lán)。陰極：2H+2e-H2，滴加酚酞后，陰極附近溶液變紅。總反應(yīng)為：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2利用電解食鹽水的方法，可生產(chǎn)出大量Cl2，同時(shí)得到H2和NaOH，故該法也是工業(yè)生產(chǎn)燒堿的方法，若電解熔融的NaCl，可生產(chǎn)Cl2和Na。對(duì)比Cl2的實(shí)驗(yàn)室制法和工業(yè)制法，可知反應(yīng)原理都是1價(jià)Cl被氧化為0價(jià)，由于出發(fā)點(diǎn)不同，采用了不同的方法，這是科學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索，

6、確定出來(lái)的比較好的方法。2、常見(jiàn)物質(zhì)制備的原理方程式(1)常見(jiàn)氣體的制備H2：ZnH2SO4ZnSO4H2 2H2O2H2O2O2：2KClO32KCl3O22KMnO4K2MnO4MnO2O22H2O22H2OO2N2：NaNO2NH4ClNaClN22H2O(實(shí)驗(yàn)室制法)O2、N2的工業(yè)制法都是分離液態(tài)空氣。HCl：2NaClH2SO4(濃)Na2SO42HCl H2Cl22HClH2S：FeSH2SO4FeSO4H2SNH3：N23H22NH3SO2：Na2SO3H2SO4Na2SO4SO2H2OCO2：CaCO32HClCaCl2H2OCO2 CaCO3CaOCO2CH4：CH3COO

7、NaNaOHNa2CO3CH4C2H4：CH3CH2OHCH2CH2H2OC2H2：CaC22H2OCa(OH)2C2H2(2)常見(jiàn)金屬的冶煉Na：2NaCl(熔融)2NaCl2Mg：MgCl2(熔融)MgCl2Al：2Al2O3(熔融)4Al3O2Fe：Fe2O33CO2Fe3CO2Cu：FeCuSO4CuFeSO4(3)常見(jiàn)化合物的制備NaOH：2NaCl2H2O2NaOH H2Cl2Na2CO3：NaClNH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3H2OCO2H2SO4：4FeS211O22Fe2O38SO2 2SO2O22SO3 SO3H2OH2SO4HNO3：

8、4NH35O24NO6H2O2NOO22NO23NO2H2O2HNO3NO3、利用化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)、合成新物質(zhì)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，科學(xué)家們已經(jīng)能夠合成出許多自然界里不存在的物質(zhì)，如研制艾滋病病毒蛋白酶抑制劑、抗擊“非典”藥物、治療“禽流感”藥物等?；瘜W(xué)科學(xué)中最有創(chuàng)造性的工作就是設(shè)計(jì)和制備新物質(zhì)，為人類造?！，F(xiàn)代理論化學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使分子設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)，就是從需要的性能出發(fā)，設(shè)計(jì)出具有某種性能的結(jié)構(gòu)，設(shè)法合成所需要的產(chǎn)物。尤其是有機(jī)化學(xué)中分子設(shè)計(jì)運(yùn)用的范圍較廣，具有較明顯的成效。二、化學(xué)反應(yīng)為人類提供能源1、化學(xué)能與熱能常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)為吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)兩大類。把放熱反應(yīng)放出的熱量利用

9、起來(lái)，就可以使化學(xué)能成為能量的主要來(lái)源。石油、煤和天然氣是主要的化石燃料。但由于這些燃料具有不可再生性，且貯量有限，能源危機(jī)已成為全球性的問(wèn)題。如何有效利用能源及開(kāi)發(fā)新能源，是能源領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容之一，其中核能和太陽(yáng)能是最具潛力的能源。2、化學(xué)能與電能(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置：原電池【實(shí)驗(yàn)·探究】原電池的工作原理實(shí)驗(yàn)：如下圖所示，將Cu片、Zn片插入稀H2SO4中，然后用導(dǎo)線將Cu片、Zn片連接，并接入電流表?，F(xiàn)象：Zn片逐漸溶解，Cu片上有氣泡冒出，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。分析：Zn片溶解，說(shuō)明Zn失電子生成Zn2+，Cu片上有氣泡產(chǎn)生，是酸中電離出的H+得電子生成H2。電流表指

10、針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明形成了電流。也就是說(shuō)，Zn失電子，H+得電子，發(fā)生了電子的得失，整套裝置構(gòu)成了閉合回路，電子定向移動(dòng)，形成了電流。結(jié)論：以上裝置是通過(guò)氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能，該裝置就是原電池。由以上可知，原電池的構(gòu)成要素為：兩個(gè)電極(其中失電子的電極為負(fù)極，得電子的電極為正極)、電解質(zhì)溶液和導(dǎo)線 (構(gòu)成閉合回路)。上述原電池發(fā)生的電極反應(yīng)為：負(fù)極：Zn2e-=Zn2+正極：2H+2e-H2總反應(yīng)為：Zn2H+Zn2+H2根據(jù)原電池的工作原理和構(gòu)成要素，科學(xué)家們制成了多種電池。有普通的鋅錳干電池、蓄電池、燃料電池等。其中蓄電池有鉛蓄電池、鋰電池、鎳氫電池等，可以放電和充電，應(yīng)用較廣。燃

11、料電池是目前效果較好的電池，常見(jiàn)的有氫氧燃料電池、甲烷氧燃料電池等，它們具有能量轉(zhuǎn)換效率高、能長(zhǎng)時(shí)間提供電能等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用于航天和軍事領(lǐng)域，如“神舟六號(hào)”飛船中就用的是燃料電池。(2)電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置：電解池利用電池放出的能量可進(jìn)行電解質(zhì)的電解，生成所需要的物質(zhì)。如工業(yè)生產(chǎn)中是用電解飽和食鹽水的方法生產(chǎn)H2、Cl2、NaOH。利用電解的方法，可把一些不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，通過(guò)通電的方式，讓反應(yīng)能夠發(fā)生。3、化學(xué)能與光能、轉(zhuǎn)化可燃物燃燒時(shí)除放出能量外，往往伴隨著發(fā)光現(xiàn)象，這就是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎凸饽堋Ｖ参锏墓夂献饔檬枪饽苻D(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的典型例子。化學(xué)能與光能的轉(zhuǎn)化應(yīng)用目前還處于初級(jí)階段，還沒(méi)有化

12、學(xué)能與熱能、電能轉(zhuǎn)化應(yīng)用的廣泛。但化學(xué)能與光能的轉(zhuǎn)化具有廣闊的發(fā)展前景。如果能夠把太陽(yáng)能的光能充分利用起來(lái)，能源危機(jī)問(wèn)題就可迎刃而解?；瘜W(xué)反應(yīng)與人類文明和社會(huì)發(fā)展有著十分密切的關(guān)系。人們利用化學(xué)反應(yīng)，制造出了豐富多彩的物質(zhì)，提供了人們賴以生存的能量。同時(shí)在運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，摸索出了更多的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，使化學(xué)知識(shí)更加系統(tǒng)化，有助于指導(dǎo)人們更加科學(xué)地設(shè)計(jì)、合成未知物?！纠}分析】例1、實(shí)驗(yàn)室是用二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)制備干燥純凈的氯氣。下圖是一個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，試指出錯(cuò)誤并改正。解析：本題是一道關(guān)于實(shí)驗(yàn)室用二氧化錳與濃鹽酸共熱制取干燥純凈的氯氣，再處理尾氣的綜合題。解題的關(guān)鍵是要弄清二氧化

13、錳與濃鹽酸共熱時(shí)，除了產(chǎn)生氯氣外，還會(huì)有一些氯化氫、水蒸氣與氯氣一同出來(lái)。根據(jù)本題實(shí)驗(yàn)裝置，水蒸氣可以用濃硫酸吸收，且干燥裝置應(yīng)在收集氯氣的前一步；氯化氫極易溶于水，可以用水來(lái)吸收，吸收裝置應(yīng)放在干燥裝置之前； 多余的氯氣用氫氧化鈉溶液吸收，一般不用氫氧化鈣溶液吸收，因?yàn)闅溲趸}在水中的溶解度很小，可能導(dǎo)致氯氣吸收不全。仔細(xì)觀察裝置圖還會(huì)發(fā)現(xiàn)，盛濃硫酸和水的兩個(gè)廣口瓶中的導(dǎo)氣管所伸的位置也有錯(cuò)誤，應(yīng)該是廣口瓶中的進(jìn)氣管要伸到瓶底附近，出氣管伸到剛露出膠塞一點(diǎn)即可。答案：本題中錯(cuò)誤有以下幾點(diǎn)：盛裝濃硫酸和水的兩個(gè)廣口瓶中的導(dǎo)氣管的位置放錯(cuò)，應(yīng)使廣口瓶中進(jìn)氣管伸到瓶底附近，出氣管伸到出膠塞一點(diǎn)。濃

14、硫酸和水的位置放錯(cuò)，應(yīng)是水放在濃硫酸之前。一般不用Ca(OH)2溶液吸收氯氣，應(yīng)改用NaOH溶液吸收多余氯氣。例2、請(qǐng)用下圖所示儀器裝置設(shè)計(jì)一個(gè)包括：電解飽和食鹽水并測(cè)定電解時(shí)產(chǎn)生的氫氣的體積和檢驗(yàn)氯氣的氧化性的實(shí)驗(yàn)裝置。 (1)所選儀器連接時(shí)，各接口的順序是(填各接口的代號(hào)字母)：A接、接；B接、接。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，裝置中的石墨電極接電源的極，所發(fā)生的反應(yīng)式為；鐵電極接電源的極，所發(fā)生的反應(yīng)式為；此電解總反應(yīng)方程式為。 (3)實(shí)驗(yàn)測(cè)得產(chǎn)生的氫氣體積(已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)為5.60mL，電解后溶液的體積恰好為50.0mL，則溶液的pH值為。 解析：根據(jù)電解飽和食鹽水陽(yáng)極所發(fā)生的反應(yīng)式：2Cl-2

15、eCl2，為防止電極被腐蝕，實(shí)驗(yàn)中一般選用石墨作陽(yáng)極。陰極發(fā)生的是水電離出的H+離子被還原，2H+2eH2，從而破壞水的電離平衡，在陰極區(qū)域里形成氫氧化鈉，顯堿性，陰極通常使用鐵電極。電解的總反應(yīng)方程式為： 2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2 原題U型管反應(yīng)器中的兩個(gè)電極未限定哪個(gè)是陽(yáng)極或陰極，可任意選用。而反應(yīng)器兩邊連接哪些儀器及其連接順序，取決于A、B兩端分別為哪種電極、電極產(chǎn)物和實(shí)驗(yàn)要求。 設(shè)A端電極為鐵質(zhì)陰極，B端電極為為石墨正極，則反應(yīng)器兩邊所選用的各儀器接口連接順序?yàn)锳接貯氣瓶的GF，把水?dāng)D入量筒中的H導(dǎo)管，用量筒測(cè)量出排出的水量，以測(cè)定H2產(chǎn)生的體積。B接洗氣瓶的DE，生成的

16、Cl2在洗氣瓶里氧化淀粉KI溶液，以證明其氧化性，多余的Cl2通入燒杯里的C導(dǎo)管，借助氫氧化鈉溶液吸收Cl2，防止污染大氣。 已知電解產(chǎn)生H25.60mL，相當(dāng)于2NaOH2H2O2NaOHH2Cl2 2mol1mol x 0.00025mol x2×0.00025mol0.0005molOH-pOH2 pH14212 答案：(1)A接G、F接H；B接E、D接C (2)正極，2Cl-2eCl2； 負(fù)極：2H+2eH2， 2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2 (3)pH12【達(dá)標(biāo)練習(xí)】1、按下列實(shí)驗(yàn)方法制備氣體，合理又實(shí)用的是( )A、鋅粒與稀硝酸反應(yīng)制備氫氣B、向飽和氯化鈉溶液中滴

17、加濃硫酸制備HClC、亞硫酸鈉與濃硫酸反應(yīng)制備SO2D、大理石與濃硫酸反應(yīng)制備CO22、下列反應(yīng)中，調(diào)節(jié)反應(yīng)物用量或濃度不會(huì)改變反應(yīng)產(chǎn)物的是( )A、乙烯在氧氣中燃燒B、鐵在硫蒸氣中燃燒C、銅加入硝酸中D、溴化亞鐵溶液中通入氯氣3、使用化學(xué)手段，可以消除某些環(huán)境污染，下列主要依靠化學(xué)手段消除環(huán)境無(wú)污染的是( )A、在燃燒煤中添加氧化鈣B、將某些廢舊塑料熔化后重新成型C、用多孔吸附劑清除水面油污D、把放射性核廢料深埋于地下巖層4、某制藥廠尾氣中含少量SO2氣體，一般用NaOH溶液或氨水吸收，以防污染環(huán)境，分別為0.1mol·L-1的NaOH溶液或同濃度的氨水處理相同量的尾氣，兩種方法所

18、需吸收液的體積關(guān)系是( )A、NaOH溶液的體積大于氨水B、NaOH溶液的體積等于氨水C、NaOH溶液的體積小于氨水D、無(wú)法判斷5、氮?dú)馀c其他單質(zhì)化合一般需高溫，有時(shí)還需高壓等條件，但金屬鋰在常溫、常壓下就能與氮?dú)饣仙傻?，這是因?yàn)? )此反應(yīng)可能是吸熱反應(yīng)；此反應(yīng)可能是放熱反應(yīng)；此反應(yīng)可能是氮分子不必先分解為原子；此反應(yīng)前可能氮分子先分解成原子。A、B、C、D、6、石灰石是許多工業(yè)的原料，但制取下列物質(zhì)不需用石灰石的是( )A、制漂白粉B、制水泥C、制玻璃D、制燒堿7、在一定條件下CO和CH4燃燒的熱化學(xué)方程式分別如下：CO(氣)O2(氣)2CO2(氣)； H566kJ·mo

19、l-1CH4(氣)2O2(氣)CO2(氣)2H2O(液)； H890kJ·mol-1由1molCO和3molCH4組成的混合氣體，在該條件下完全燃燒時(shí)釋放的熱量為( )A、2953kJB、3236kJC、3867kJD、2912kJ8、下列物質(zhì)加入水中顯著放熱的是( )A、固體NaOHB、熟石灰C、無(wú)水乙醇D、固體NH4NO39、1993年的世界10大科技新聞稱，中國(guó)學(xué)者徐志傅和美國(guó)科學(xué)家穆?tīng)柟餐铣闪耸澜缟献畲蟮奶細(xì)浞肿?，其中一個(gè)分子由1134個(gè)碳原子和1146個(gè)氫原子構(gòu)成。關(guān)于此物質(zhì)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ) A、屬于烴類化合物B、具有類似金剛石的硬度C、在常溫下呈固狀 D、能在空氣中燃燒