必修2_第二章_化学反应与能量

1、第二章 化学反应与能量,第一节 化学能与热能 第二节 化学能与电能 第三节 化学反应的速率与限度,第一节 化学能与热能,一、化学反应的微观描述,H,H2 + Cl2 = 2HCl,HH,Cl Cl,HCl,断裂,断裂,形成,一个化学反应的的过程，本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程,断开化学键,吸收能量,形成化学键,放出能量,二、化学反应的能量变化,思考,一个化学反应吸收能量还是放出能量是由什么决定的呢,放出能量,如果E反高于E生,那么在发生化学反应时,就有部分能量以热的形式释放出来,吸收能量,如果E反低于E生,那么在发生化学反应时,反应物就需要吸收能量,才能转化为生成物,思考,如何确定

2、化学反应的热效应,取决于所有断键吸收的总能量与所有 形成新键放出的总能量的相对大小， 即取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小,反应物的能量之和 E反,生成物的能量之和 E生,若E反 E生,若E反 E生,放出能量,吸收能量,放热反应,吸热反应,例：断开1mol H-H键所需能量是436KJ，断开1mol Cl-Cl键需要能量是247KJ,生成1mol H-Cl键所放出的能量为431KJ.求算氢气与氯气化合反应的热效应,在101.3kPa，298K条件下，断开1molA-B键所需要的能量，称为AB键的键能,键能愈大，键愈牢固，该键构成的分子愈稳定,例：断开1mol H-H键所需能量是43

3、6KJ，断开1mol Cl-Cl键需要能量是247KJ,生成1mol H-Cl键所放出的能量为431KJ.求算氢气与氯气化合反应的热效应? 解： H2 + Cl2 = 2HCl 436KJ 247KJ 2X431KJ 氢气与氯气化合反应的热效应 = 2X431KJ (436KJ + 247KJ) =179 KJ,课堂练习,1.已知反应ABCD为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是（ ） A. A的能量一定高于C B. B的能量一定高于D C. A和B的总能量一定高于C和D的总能量 D. 该反应为放热反应，故不必加热就一定 能发生,C,2.氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，在反应中， 破坏1mol

4、HH键消耗的能量为Q1kJ， 破坏1molO = O键消耗的能量为Q2kJ， 形成1molHO键释放的能量为Q3kJ。 下列关系式中正确的是（ ） 2Q1 + Q2 4Q3 2Q1 + Q2 4Q3 C.Q1 + Q2 Q3 D.Q1 + Q2 = Q3,B,反应物的总能量=生成物的总能量+放出的热量,生成物的总能量=反应物的总能量+吸收的热量,课堂小结,三、化学能与热能的转化,实验探究21 铝片与盐酸的反应,向试管中加入2-3ml 6mol/L HCl,用温度计测量其温度.然后插入打磨过的铝条,观察温度计指数的变化,实验21,铝与盐酸反应，放出大量气泡， 温度升高,该反应是放热 反应,实验2

5、2探究 ：Ba(OH)28H2O与NH4Cl的反应 实验步骤： 实验现象： 实验结论： 反应方程式,实验23探究 ：HCl与NaOH的中和反应,向烧杯中加入20ml 2mol/L HCl,测量其温度;然后用另一个烧杯量取20ml 2mol/L NaOH,也测量其温度.然后将二种溶液缓慢混合,边混合边搅拌,观察反应溶液的温度变化,实验23,结论：中和反应是放热反应,实质：H+ + OH H2O,反应后温度升高,室温,室温,中和热：酸与碱发生中和反应生成1molH2O时 所释放的热量称为中和热,四、常见反应的热效应,放热反应,物质与氧气的反应 燃料的燃烧 中和反应 金属与酸 活泼金属与水的反应 生

6、石灰和水反应 大部分化合反应,吸热反应,C+CO2 C+H2O H2+CuO Ba(OH)28H2O+NH4Cl Fe+H2O（g） Na2CO310H2O+NH4NO3 大部分分解反应,课堂练习,1. 下列说法正确的是 ( ) A. 大多数的化合反应是释放能量的反应 B. 大多数分解反应是吸收能量的反应 C. 释放能量的反应都不需要加热 D. 吸收能量的反应都需要加热,AB,2. 下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是 (,A.铝片与稀盐酸的反应 B.Ba(OH)28H2O和NH4Cl的反应 C.灼热的炭与CO2的反应 D.甲烷在氧气中的燃烧反应,C,3、 如右图所示，把试管放入盛有

7、25时饱 和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管滴入5mL盐酸于试管中.试回答下列问题： (1)实验中观察到的现象是 (2)产生上述现象的原因是 (3)写出有关反应的离子方程式 (4)由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量 (填“大于”、“小于”、“等于”)镁片和盐酸的总能量,1)镁片上有大量气泡产生；镁片逐渐溶解；烧杯中析出晶体. (2)镁与盐酸反应产生氢气，该反应为放热反应，Ca(OH)2在水中的溶解度随温度升高而减小，故析出Ca(OH)2晶体. (3)Mg+2H+=Mg2+H2 (4)小于,第二节 化学能与电能,生活中我们常使用各种各样的电池,究竟电池是如何放电的呢,实验

8、探究：两种金属之间如何产生电流,锌片上有气泡 铜片上无气泡,铜片上有气泡,思考,1、锌片上产生了什么气体,2、铜片上产生了什么气体,3、氢元素还原需要电子，那么电子是从哪来的,实验3：锌片和铜片用导线连接电流表后插入稀硫酸,现象：铜片上有气泡，电流表指针偏转,锌片：Zn -2e-= Zn2+ (氧化反应,铜片：2H+2e-= H2(还原反应,总反应： Zn + 2H+= Zn2+ + H2,一、原电池,概念：把化学能转化为电能的装置叫做原电池,思考4、Cu-Zn原电池的正负极各是什么？你是如何判断的,稀硫酸,_,试判断下列原电池的正负极,思考与交流,_,_,_,二.原电池正、负极的判断,1.由

9、组成原电池的两极材料判断,一般是活泼的金属为负极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极,2.根据电流方向或电子流动方向判断,电流是由正极流向负极； 电子流动方向是由负极流向正极,3.根据原电池两极发生的变化来判断,原电池的负极上总是失电子发生氧化反应， 正极上总是得电子发生还原反应,1、下列四个装置中，导线中的电子由左边一极流向右边一极的是（,C,课堂练习,2.X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y是电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（ ）,C,因为X置换出Z,所以金属性,负极的金属较活泼,所以,3.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫

10、酸中，用 导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为 负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时， c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气 泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为： ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,4.如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（,A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4 B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸 C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液 D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液,D,三.原电池的构成条件,实验探究 原电池

11、的构成条件,根据原电池的工作原理以及电学知识,利用所提供的实验用品,自主设计若干套原电池,并在实验中探究原电池的构成条件,实验用品,铜板、锌板、铁板、导线、安培表、自备果汁、电池盒,请将你的设计内容及时记录在课本P41页的表格内,小结：构成原电池的条件,1、活泼性不同的两种电极,2、有电解质溶液并形成闭合回路,3、通常至少有一极能与电解质溶液发生氧化还原反应,5.下列装置中能构成原电池的是(,C,A,Zn,Cu,酒精,A B,C D,没有形成闭合回路,酒精不是电解质,没有形成闭合回路,课堂练习,四.发展中的化学电源,化学电源,一次电池,二次电池,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池,

12、锂离子电池,银锌蓄电池,普通锌锰干电池,锌银纽扣电池,1、普通干电池,负极,正极,电池反应,Zn）：Zn 2e- = Zn2,C,优点：制作简单、价格便宜。 缺点:放电时间短，电压下降快,2NH4+ + 2e- = Zn2+ + 2NH3 + H2,Zn + 2NH4+ = Zn2+ + 2NH3 + H2,2、铅蓄电池,放电过程总反应,Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,Pb + SO42- -2e- =PbSO4,正极,PbO2 + 4H+SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O,氧化反应,还原反应,负极,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程,充电过程,

13、PbSO4 +2e- =Pb + SO42,还原反应,阴极,阳极,PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ SO42,氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应,2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4,铅蓄电池的充放电过程,Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,3、燃料电池,氢氧燃料电池,酸性电解质,碱性电解质 负极: 2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极: O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应: 2H2+O2=2H2O,负极： 2H2-4e-=4H,正极： O2+4H+4e-=2H2O,总反应：2H2+O2=2H2O,甲烷氧气燃料

14、电池,CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,负极,正极,2O2 +4H2O +8e-=8OH,总反应,第三节 化学反应速率与限度,有些塑料的分解需要几百年的时间。现在的生物降解材料的分解也需要几周的时间,而有些反应，例如核反应。在很短的时间内就可以完成反应，巨大的能量在一瞬间放出，所以无控制的核反应是很危险的,一.化学反应速率,1、定义,单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示某反应的速率,2、数学表达式,V,t,c,3、使用注意,v表示平均反应速率,c表示指定物质的反应前后的变化浓度,t表示反应时间,浓度单位常用mo

15、l.L-1，时间单位常用s，min。 所以化学反应的速率单位为：molL-1 s-1 或 molL-1 min-1,课堂练习,1.在某反应中，反应物A的浓度在10s内从4.0molL-1变成1.0molL-1，在这10s内A的化学反应速率为多少,0.3molL-1 s-1,0.004molL-1 min-1,3.在一定条件下2升的反应容器中充入1molN2 和3molH2 发生下反应，N2+3H2=2NH3，5分钟后测得体系内N2 为0.75mol，H2 为2.25mol，NH3 为0.5mol，则NH3 的反应速率为_,思考:如果用H2 浓度的变化表示反应速率应为多少？如果用N2 呢？三个速

16、率的关系如何,4、同一反应中各物质速率关系,一定条件下，用不同的物质来表同一个反应的速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。且它们的数值之比等于反应方程式中系数比,如 N2+3H2=2NH3 1 3 2,课堂练习,3.2mol,5.在某反应中，经过10s后，各物质的浓度变化为： A减少a molL-1 ;B减少a/2 molL-1 ;C增加a molL-1 ;求该反应的化学方程式,2A +B 2C,6.对于反应A2+3B2 2AB3以下表示的反应速率中，速率最大的是 A、v(A2)=0.4 molL-1 min-1 B、v(B2)=0.8 molL-1 min-1 C、v(AB3)=0.6 m

17、olL-1 min-1 D、v(A2)=0.01 molL-1 s-1,二.影响化学反应速率的因素,1、浓度对速率的影响,实验探究 浓度对速率的影响,用量筒向一支试管中加入4mlNa2S2O3溶液,向另一支试管中加入2mlNa2S2O3和2mlH2O,然后向两支试管中分别加入1滴管H2SO4,观察现象,根本原因:物质本身的化学性质,客观原因,结论：增大某反应物的浓度可以加快反应速率；减小某反应物的浓度会减慢反应速率,2、温度对速率的影响,实验探究 温度对速率的影响,向两支试管中分别加入2mlH2O2溶液和1-2滴FeCl3溶液.将一支试管放在盛有热水的烧杯中,对比观察现象,分别用带火星的木条检

18、验生成的气体,结论：升高温度可以加快反应速度。一般每升高10反应速率可增加24倍。反之,降低温度会减慢反应速率,3、催化剂对速率的影响,实验探究 催化剂对速率的影响,向三支试管中分别加入2mlH2O2溶液,再向其中一支试管加入1-2滴FeCl3溶液,另一支试管中加入少量MnO2粉末.对比观察,催化剂有加快反应速率的催化剂，也有减慢反应速率的催化剂，一般在没特殊指明的情况下都是指加快反应速率的催化剂,结论：适当的催化剂可以有效的改变化学反应速率,4、压强对速率的影响,压强对化学反应速率的影响实质上是通过改变气体反应物的浓度来实现的,结论：加压可提高有气体参加的反应速率。压强对固相、液相反应的反应

19、速率无影响,思考：压强的改变对哪类物质影响最明显,压强改变对气体物质的影响最大，而固体和液体受压强的影响很小。所以，讨论压强因素时，必须指的是有气体参加的化学反应,思考：压强改变对有气体参与的反应如何影响,5、固体表面积对速率的影响,化学反应时，与固体的接触面积越大，化学反应速率就越快。反之，就越慢。如：把固体粉碎,6、原电池效应对速率的影响,小结：对于同一个化学反应来说，条件不同，反应速率会发生变化。一般来讲，增大反应物浓度、升高温度、对于有气体参与的反应增大压强、使用催化剂等，均可以增大化学反应速率,第三节 化学反应限度化学平衡,在工业生产中，只考虑化学反应的速率问题是不够的。为了更好的控

20、制生产成本，还需要同时考虑化学反应所能达到的最大限度。这就涉及到化学反应进行的程度问题了。化学平衡就是研究可逆反应进行程度规律的,一、可逆反应,1、定义,在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应,2、可逆反应的特征,同一条件下,无论哪个方向都不能进行彻底,二、化学平衡的建立,如果外界条件不变，反应无论进行多长时间，反应混合物中各种物质的浓度都不再发生变化,三、化学平衡的特征,动，化学平衡为动态平衡，化学反应仍在进行，没有停止。 等，达到化学平衡时，正反应速率等于逆反应速率。 定，达到化学平衡时，平衡混合物中各组分含量保持一定,变，当外界条件发生改变时，原有平衡就会被破坏，并在新的条件下建立新的平衡，这一过程叫做平衡的移动,四、达到化学平衡的标志,正反应速率等于逆反应速率 反应混合物中各组分的含量保持一定,课堂练习,1.可逆反应达到平衡的重要特征是： A 反应停止了 B 正、逆反应的速率都为零 C