高中化学 第二章 化学反应与能量 第三节 化学反应的速率和限度教案 新人教版必修2

1、第三节 化学反应的速率和限度一、教学设计在前面两节中，教材着重探讨化学能向其他形式的能量（如热能和电能）的转化，并指出化学反应中的物质变化及伴随发生的能量变化是化学反应的两大基本特征。本节教材则是从另一个角度研究化学反应，探讨人类面对具体的化学反应要考虑的两个基本问题：外界条件对化学反应速率和反应限度的影响。人类要利用和控制化学反应，如提高燃料的利用率，必须了解这些问题。本节内容是对前两节内容的拓展和完善。通过学习使学生对化学反应特征的认识更深入、更全面，在头脑中建立起一个有关化学反应与能量的完整而又合理的知识体系。本节教学内容分为两部分：第一部分，从日常生活中学生熟悉的大量化学现象和化学实验

2、入手，引出反应速率的概念。在此基础上又通过实验探究，总结影响化学反应速率的因素。这部分内容是后面学习化学反应限度概念的基础。第二部分，在对影响化学反应速率的因素进行实验探究和总结后，教材又设置新的实验探究，让学生发现化学反应限度问题，经过对该问题的再认识，逐步形成了化学反应限度的概念，并以上述观点为指导去分析和解决实际问题。本节教学重点：化学反应速率和反应限度概念；了解影响化学反应速率和反应限度的因素。本节教学难点：化学反应限度的本质原因及外部特征。本节教学设计的指导思想，是由浅入深，从学生日常生活中的化学现象和实验中抽象出有关的概念和原理。形成一个由宏观到微观、由感性到理性、由简单到复杂的科

3、学探究过程。采用“指导发现与问题解决相结合”教学模式进行教学更能体现上述教学指导思想。其主要过程是：关于“化学反应速率”的具体教学程序设计为：关于“化学反应的限度”的具体教学程序设计为：本节可划分为两课时：第一课时是化学反应速率的概念、表示方法以及影响因素；第二课时是化学反应限度概念，化学平衡状态的本质、外部特征、影响反应限度的因素。燃料利用问题。教学评价。二、活动建议【实验2-5】【实验2-6】实验要点：1.实验使用的双氧水浓度不能过大，防止产生气体过多和过快。2.由于是对比实验，所以注意反应物的用量要尽可能的相同，试管规格也要相同。3.为增加实验的趣味性，可以进行实验改进，如：使用气球或盛

4、有红墨水的压力玻璃管等。1.反应原理探究 实验题目双氧水分解反应实验步骤在一支试管中加入23 mL约5%的H2O2，然后滴加12滴1mol/L的FeCl3溶液待试管中产生大量气泡时，用带火星的火柴梗检验产生的气体实验现象 用化学方程式解释实验现象 思考问题寻找答案1.通过观察什么现象来判断该反应进行得快慢？2.还有哪些其他办法观察该化学反应速率？列出你对问题的想 法 2.温度对化学反应速率影响的实验探究根据所给出的仪器和药品设计实验方案、步骤和装置。 按下列装置和实验步骤进行对比实验。 记录现象。 处理分析实验现象。 得出结论。操作方法：在三支相同的试管中分别加入23 ml约5%的H2O2，然

5、后在每一支试管中滴加2滴1 mol/L的FeCl3溶液后立即套上气球（大小相同）。等三支试管上的气球大小差不多相同时，同时置于三个烧杯中观察现象。3.催化剂对化学反应速率影响的实验探究根据所给出的仪器和药品设计实验方案、步骤和装置。 按下列装置和实验步骤进行对比实验。 记录现象。 处理分析实验现象。 得出结论。操作方法：在三个相同的带活塞的漏斗中分别加入23 mL约5%的H2O2，然后在一支试管中滴加2滴1 mol/L的FeCl3溶液，另一支试管中加入少量MnO2固体。同时向三支试管中放入漏斗中的全部溶液，观察红墨水上升情况。【实验2-7】活动过程设计 实验步骤向34 mL1 mol/L的Ca

6、Cl2溶液中滴入1 mol/L的Na2SO4溶液实验现象 化学方程式 离子方程式 小组讨论交 流向上述反应后的清液中滴入适量1 mol/L的Na2CO3溶液会出现什么现象对于实验现象提出的假设，说明理由假设： 理由： 实验证明你的假设现象： 化学方程式 离子方程式 解 释 三、问题交流【思考与交流】日常生活中的化学变化有快有慢。有的反应瞬间完成，如爆炸；有的化学反应要经历几万年以上，如化石燃料的形成和溶洞的形成；有的反应在高温条件下变化快，在低温的条件下变化慢，如食品的变质；还有的反应在干燥的环境中变化慢，在潮湿的环境下变化快，如钢铁的锈蚀。人们在实验室进行化学反应时，常常采用粉碎反应物以增大

7、其接触面积，或将固体反应物溶于水中以提高其接触机会，或加入催化剂等措施来提高化学反应速率。将这些学生熟知的化学现象和事例引入课堂学习之中，能提高学生学习化学的兴趣，会使学生深刻体会到化学知识与生活的密切联系，对培养学生正确的科学价值观十分有利。在生产、生活和科研中，常会遇到通过控制反应条件使化学反应按照人们的期望去完成，如对提高对人类有用的化学反应速率和反应程度，以提高原料的利用率或转化率。对这些问题的研究不仅能让学生认识到面对一个具体化学反应所必须考虑的基本问题，还能对人们将提高燃料的燃烧效率、提高能量的转化率，作为解决能源危机的有效途径有更深刻的理解。四、习题参考1.升高温度可以增大化学反

8、应速率，因为温度升高，反应物分子的能量增加，使有效碰撞次数增多因而化学反应速率增大。例如，在夏季食品更易变质。反应物的浓度增大可以增大化学反应速率，当增大反应物的浓度时，活化分子的数量增多，使有效碰撞次数增多因而化学反应速率增大。固体反应物的表面积越大，会使反应物的接触面积增大，使有效碰撞次数增多因而化学反应速率增大。催化剂能够增大化学反应速率，是由于催化剂能够降低反应所需要的能量，这样会使更多的反应物分子成为活化分子，从而增大化学反应速率。2.面粉属于表面积非常大的有机物，与空气的接触面积大，所以，非常容易剧烈燃烧而发生爆炸。3.（1）提高温度或使用催化剂都可以促进KClO3的分解。（2）2

9、KClO32KCl+3O2教 学 资 源1.反应热和键能的关系在化学反应中，从反应物分子转变为生成物分子，各原子内部并没有多少变化，但原子间的结合方式发生了改变。在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的新化学键形成。实验证明，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互吸引；在形成新化学键时，由于原子间的相互吸引而放出能量。化学反应的反应热就来源于旧化学键的破坏和新化学键的形成所发生的能量变化。化学键是分子中相邻原子间的强烈的相互作用，这种相互作用具有一定的能量，这一能量就是键能。键能常用E表示，单位是kJ/mol。下面用乙烷裂解为乙烯和氢气为例，根据化学反应中化学

10、键的改变和键能的变化来分析反应热和键能的关系。在乙烷分子中，原子间的结合力可归结为6个CH键和1个CC键：H H| |HCCH| |H H在乙烯分子中，原子间的结合力可归结为4个CH键和1个CC键：从键能数据估算反应热的具体方法和步骤如下：（1）写出反应的化学方程式，并突出反应物和生成物分子中的各个化学键。（2）归纳出化学键改变的情况。6CH+CC4CH+CC+HH即：2CH+CCCC+HH（3）从键能的表中，查出有关的数据。E（CH）=414.4 kJ/molE（CC）=615.3 kJ/molE（CC）=347.4 kJ/molE（HH）=435.3 kJ/mol（4）根据下列公式粗略地估

11、计反应热（H）。H=E(反应物)-E（生成物）上式表明，反应热等于反应物的键能总和跟生成物的键能总和之差。H =2E（CH）+E（CC）-E(CC)+E(HH) =（2414.4+347.4）kJ/mol-(615.3+435.3)kJ/mol =125.6 kJ/mol这表明，上述反应是吸热的，吸收的热量为125.6 kJ/mol。其他反应是吸热还是放热，数值是多少，可以用以上方法进行估计。2.原电池课文里所讲的原电池，是为了便于说明原电池化学原理的一种最简单的装置。如果用它作电源，不但效率低，而且时间稍长，电流就不断减弱，因此不适合于实际应用。这是什么原因呢？主要是由于在铜极上很快就聚集了

12、许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。为了避免发生这种现象，设计了如图2-4的原电池装置。在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液，将两个烧杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥（如充满KCl饱和溶液和琼脂制成的胶冻）连接起来，再用导线将锌片和铜片联接，并在导线中串联一个电流表，就可以观察到下面的现象：（1）电流表指针发生偏转，根据指针偏转方向，可以判断出锌片为负极、铜片为正极。（2）铜片上有铜析出，锌片则被溶解。（3）取出盐桥，指针回到零点，说明盐桥起了沟通电路的作用。发生上述现象的原因是由于锌比铜活泼，容易失去电子变成Zn

13、2+进入溶液，电子通过导线流向铜片，硫酸铜溶液中的Cu2+从铜片上获得电子变成铜原子沉积在铜片上。由于电子从锌片流到铜片，所以锌片上发生氧化反应，铜片上发生还原反应。Zn - 2e-=Zn2+Cu2+ + 2e-=Cu总反应式：Cu2+ + Zn=Cu+ + Zn2+一定时间后，溶液会因带电离子的积累（ZnSO4溶液中的Zn2+离子过多，CuSO4溶液中的SO42-离子过多）而阻碍电子的转移。但有盐桥存在，允许溶液中离子迁移，以中和过剩的电荷，起了沟通电路的作用，使传递电子的反应能继续进行。于是，锌和CuSO4的氧化还原反应的化学能转变成外电路上电子流动的电能。从分析铜-锌原电池的组成可以看出

14、，原电池是由两个半电池组成的。锌和锌盐溶液组成一个半电池，铜和铜盐溶液组成另一个半电池。组成半电池的导体叫电极，失去电子的电极为负极，得到电子的电极为正极。不参加电极反应的电极叫惰性电极，如铜电极。上述原电池的装置可用符号来表示：Zn|ZnSO4CuSO4|Cu 负极 盐桥正极每个半电池都由两类物质组成，一类是可作还原剂的物质，如锌和铜，称为还原型物质。另一类是可作氧化剂的物质， 如ZnSO4和CuSO4，称为氧化型物质。相对应的氧化型物质和还原型物质组成氧化还原电对，常用如下符号表示：Zn2+/Zn,Cu2+/Cu。不同氧化态的同一元素的离子或单质等也可构成氧化还原电对，如Fe3+/Fe2+

15、、Cl2/Cl-、O4/OH-等。3.课外实践活动案例【实验探究1】中和热的近似测定1.用量筒（最好使用移液管）量取50 mL1mol/L的盐酸，加入100 mL的烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度（tHCl），记录在下页表中。2.用另一支量筒量取50 mL1mol/L的NaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度(tNaOH)，也记录在下页表中，并计算起始温度的平均值（t1）。3.把试管中的氢氧化钠溶液一次倒入盛盐酸的烧杯里，跟盐酸混合，随即盖上泡沫塑料板。搅拌溶液，然后读出混合液的最高温度(t2)，记录在表内。4.根据上述测得的实验数据，按下式近似计算强酸强碱的中和热。中和热=（mCt10

16、-3）/n（H2O）（kJ/mol）式中m是混合液的质量（把盐酸和氢氧化钠溶液的密度近似看作水的密度为1g/cm3来计算），C是混合液的比热容（近似取4.18kJ/kgK），n（H2O）是中和反应生成水的物质的量（单位mol）。 实验序号物质起始温度t1/终止温度t2/温差t2-t1/中和热/kJ/molHCltHCl=t1=（tHCl+tNaOH）/2 =t2=t2-t1= NaOHtNaOH=HCltHCl=t1=（tHCl+tNaOH）/2 =t2=t2-t1= NaOHtNaOH=HCltHCl=t1=（tHCl+tNaOH）/2 =t2=t2-t1= NaOHtNaOH=5.重复上述

17、实验2次，将实验结果填入上表格中。取三次平行实验结果的平均值。【实验探究2】放热反应的观察1.利用空气的热胀冷缩原理观察氧化钙与水反应放热（1）按图2-6所示将实验装置连接好。（2）在U型管内加入少量品红溶液（或红墨水）。打开T型管螺旋夹，使U型管内两边的液面处于同一水平面，再夹紧螺旋夹。（3）在中间的试管里盛1g氧化钙，当滴入2 mL左右的蒸馏水后，可观察到U型玻管里的红墨水会沿开口端上升。也可以在小试管里盛浓盐酸，滴入氢氧化钠溶液，或在3%的过氧化氢溶液里加入少量的二氧化锰粉末，反应时都会放出热量，具支试管内的空气受热膨胀，反应放出的热量使U型管内侧的液面立即下降，外侧的液面上升。利用这个

18、装置还可以观察无水CuSO4水合时的放热现象。2.利用NO2平衡气体遇热颜色加深、遇冷颜色变浅来指示放热过程和吸热过程（1）按图2-7所示将实验装置连接好。（2）向其中一个烧杯的水中投入一定量的CaO固体，CaO与水反应放热，此烧杯中的NO2平衡混合气体的红棕色变深。查找资料：NO2平衡气体遇热颜色加深，遇冷颜色变浅的反应原理。【实验探究3】利用原电池装置探究金属活动性方法一：原理活泼性不同的金属跟碳棒一起构成原电池时，用活泼金属做电极的电池电势差大，经放电后使灵敏导电仪（可以自制）中较多的小灯泡发光。装置图 2-8 利用原电池探究金属的活动性（一）操作1.按上图装配好仪器，小烧杯里各加10

19、mL0.5 mol/L的稀盐酸。2.接通电源，碳棒作为原电池的正极，镁条、铝条和铜条作负极，依次跟导电仪的两根电极接通，并浸入电解质溶液中。3.导线接触镁条时，反应最激烈，小灯泡全亮；导线接触铝条时，小灯泡只亮一半；导线接触铜条时，只有一支小灯泡微亮。实验要点装置的输入端正极接金属，负极接碳棒。实验前必须调节导电仪的灵敏度，使两根电极短路接触时灯泡不亮。方法二：原理1.原电池的电动势是正极跟负极的电势差（=E+-E-）。在三个原电池中，正极都是铜电极，因此负极的电势愈低，原电池的电动势愈大。2.电极的电势高低跟金属的活泼性有关。在盐溶液浓度相同的情况下，金属愈活泼，构成电极的电势愈低。装置（二）操作1.如图2-9所示安装好装置。2.取4支5 mm80 mm的玻璃管，管的一端套上玻璃纸，并用线扎紧。3.取长100 mm的丝状或条状铜、铁、锌、镁各一段，分别插入上述四支玻璃管中，然后分别加入适量的0.5 mol/L相应的金属盐溶液。这样就构成铜、铁、锌和镁的四支电极。4.在150 mL的烧杯中加入100 mL、1 mol/L的KNO3溶液。在这溶液中任意插入两支电极，都能构成一个原电池。