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2019-2020年高中化學《化學反應的速率和限度》教案10 新人教版必修2 一、教學設(shè)計 在前面兩節(jié)中，教材著重探討化學能向其他形式的能量（如熱能和電能）的轉(zhuǎn)化，并指出化學反應中的物質(zhì)變化及伴隨發(fā)生的能量變化是化學反應的兩大基本特征。本節(jié)教材則是從另一個角度研究化學反應，探討人類面對具體的化學反應要考慮的兩個基本問題：外界條件對化學反應速率和反應限度的影響。人類要利用和控制化學反應，如提高燃料的利用率，必須了解這些問題。 本節(jié)內(nèi)容是對前兩節(jié)內(nèi)容的拓展和完善。通過學習使學生對化學反應特征的認識更深入、更全面，在頭腦中建立起一個有關(guān)化學反應與能量的完整而又合理的知識體系。本節(jié)教學內(nèi)容分為兩部分： 第一部分，從日常生活中學生熟悉的大量化學現(xiàn)象和化學實驗入手，引出反應速率的概念。在此基礎(chǔ)上又通過實驗探究，總結(jié)影響化學反應速率的因素。這部分內(nèi)容是后面學習化學反應限度概念的基礎(chǔ)。 第二部分，在對影響化學反應速率的因素進行實驗探究和總結(jié)后，教材又設(shè)置新的實驗探究，讓學生發(fā)現(xiàn)化學反應限度問題，經(jīng)過對該問題的再認識，逐步形成了化學反應限度的概念，并以上述觀點為指導去分析和解決實際問題。 本節(jié)教學重點：化學反應速率和反應限度概念；了解影響化學反應速率和反應限度的因素。 本節(jié)教學難點：化學反應限度的本質(zhì)原因及外部特征。 本節(jié)教學設(shè)計的指導思想，是由淺入深，從學生日常生活中的化學現(xiàn)象和實驗中抽象出有關(guān)的概念和原理。形成一個由宏觀到微觀、由感性到理性、由簡單到復雜的科學探究過程。 采用“指導發(fā)現(xiàn)與問題解決相結(jié)合”教學模式進行教學更能體現(xiàn)上述教學指導思想。其主要過程是： 關(guān)于“化學反應速率”的具體教學程序設(shè)計為： 關(guān)于“化學反應的限度”的具體教學程序設(shè)計為： 本節(jié)可劃分為兩課時：第一課時是化學反應速率的概念、表示方法以及影響因素；第二課時是化學反應限度概念，化學平衡狀態(tài)的本質(zhì)、外部特征、影響反應限度的因素。燃料利用問題。教學評價。 二、活動建議 【實驗2-5】【實驗2-6】 實驗要點：1.實驗使用的雙氧水濃度不能過大，防止產(chǎn)生氣體過多和過快。2.由于是對比實驗，所以注意反應物的用量要盡可能的相同，試管規(guī)格也要相同。3.為增加實驗的趣味性，可以進行實驗改進，如：使用氣球或盛有紅墨水的壓力玻璃管等。 1.反應原理探究 實驗題目 雙氧水分解反應 實驗步驟 在一支試管中加入2～3 mL約5%的H2O2，然后滴加1～2滴1mol/L的FeCl3溶液 待試管中產(chǎn)生大量氣泡時，用帶火星的火柴梗檢驗產(chǎn)生的氣體 實驗現(xiàn)象 用化學方程式解釋實驗現(xiàn)象 　　　　 思考問題 尋找答案 1.通過觀察什么現(xiàn)象來判斷該反應進行得快慢？ 2.還有哪些其他辦法觀察該化學反應速率？ 列出你對 問題的 想 法 2.溫度對化學反應速率影響的實驗探究 根據(jù)所給出的儀器和藥品設(shè)計實驗方案、步驟和裝置。 ① 按下列裝置和實驗步驟進行對比實驗。 ② 記錄現(xiàn)象。 ③ 處理分析實驗現(xiàn)象。 ④ 得出結(jié)論。 操作方法：在三支相同的試管中分別加入2～3 ml約5%的H2O2，然后在每一支試管中滴加2滴1 mol/L的FeCl3溶液后立即套上氣球（大小相同）。等三支試管上的氣球大小差不多相同時，同時置于三個燒杯中觀察現(xiàn)象。 3.催化劑對化學反應速率影響的實驗探究 根據(jù)所給出的儀器和藥品設(shè)計實驗方案、步驟和裝置。 ① 按下列裝置和實驗步驟進行對比實驗。 ② 記錄現(xiàn)象。 ③ 處理分析實驗現(xiàn)象。 ④ 得出結(jié)論。 操作方法：在三個相同的帶活塞的漏斗中分別加入2～3 mL約5%的H2O2，然后在一支試管中滴加2滴1 mol/L的FeCl3溶液，另一支試管中加入少量MnO2固體。同時向三支試管中放入漏斗中的全部溶液，觀察紅墨水上升情況。 【實驗2-7】 活動過程設(shè)計 實驗步驟 向3～4 mL1 mol/L的CaCl2溶液中滴入1 mol/L的Na2SO4溶液 實驗現(xiàn)象 化學方程式 離子方程式 小組討論 交 流 向上述反應后的清液中滴入適量1 mol/L的Na2CO3溶液會出現(xiàn)什么現(xiàn)象 對于實驗現(xiàn)象 提出的假設(shè)， 說明理由 假設(shè)： 理由： 實驗證明 你的假設(shè) 現(xiàn)象： 化學方程式 離子方程式 解 釋 三、問題交流 【思考與交流】 日常生活中的化學變化有快有慢。有的反應瞬間完成，如爆炸；有的化學反應要經(jīng)歷幾萬年以上，如化石燃料的形成和溶洞的形成；有的反應在高溫條件下變化快，在低溫的條件下變化慢，如食品的變質(zhì)；還有的反應在干燥的環(huán)境中變化慢，在潮濕的環(huán)境下變化快，如鋼鐵的銹蝕。人們在實驗室進行化學反應時，常常采用粉碎反應物以增大其接觸面積，或?qū)⒐腆w反應物溶于水中以提高其接觸機會，或加入催化劑等措施來提高化學反應速率。將這些學生熟知的化學現(xiàn)象和事例引入課堂學習之中，能提高學生學習化學的興趣，會使學生深刻體會到化學知識與生活的密切聯(lián)系，對培養(yǎng)學生正確的科學價值觀十分有利。 在生產(chǎn)、生活和科研中，常會遇到通過控制反應條件使化學反應按照人們的期望去完成，如對提高對人類有用的化學反應速率和反應程度，以提高原料的利用率或轉(zhuǎn)化率。對這些問題的研究不僅能讓學生認識到面對一個具體化學反應所必須考慮的基本問題，還能對人們將提高燃料的燃燒效率、提高能量的轉(zhuǎn)化率，作為解決能源危機的有效途徑有更深刻的理解。 四、習題參考 1.升高溫度可以增大化學反應速率，因為溫度升高，反應物分子的能量增加，使有效碰撞次數(shù)增多因而化學反應速率增大。例如，在夏季食品更易變質(zhì)。反應物的濃度增大可以增大化學反應速率，當增大反應物的濃度時，活化分子的數(shù)量增多，使有效碰撞次數(shù)增多因而化學反應速率增大。固體反應物的表面積越大，會使反應物的接觸面積增大，使有效碰撞次數(shù)增多因而化學反應速率增大。催化劑能夠增大化學反應速率，是由于催化劑能夠降低反應所需要的能量，這樣會使更多的反應物分子成為活化分子，從而增大化學反應速率。 2.面粉屬于表面積非常大的有機物，與空氣的接觸面積大，所以，非常容易劇烈燃燒而發(fā)生爆炸。 3.（1）提高溫度或使用催化劑都可以促進KClO3的分解。 （2）2KClO32KCl+3O2↑ 教 學 資 源 1.反應熱和鍵能的關(guān)系 在化學反應中，從反應物分子轉(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，反應物分子中的化學鍵部分或全部遭到破壞，生成物分子中的新化學鍵形成。實驗證明，在破壞舊化學鍵時，需要能量來克服原子間的相互吸引；在形成新化學鍵時，由于原子間的相互吸引而放出能量。化學反應的反應熱就來源于舊化學鍵的破壞和新化學鍵的形成所發(fā)生的能量變化。 化學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。 下面用乙烷裂解為乙烯和氫氣為例，根據(jù)化學反應中化學鍵的改變和鍵能的變化來分析反應熱和鍵能的關(guān)系。 在乙烷分子中，原子間的結(jié)合力可歸結(jié)為6個C—H鍵和1個C—C鍵： H H | | H—C—C—H | | H H 在乙烯分子中，原子間的結(jié)合力可歸結(jié)為4個C—H鍵和1個CC鍵： 從鍵能數(shù)據(jù)估算反應熱的具體方法和步驟如下： （1）寫出反應的化學方程式，并突出反應物和生成物分子中的各個化學鍵。 （2）歸納出化學鍵改變的情況。 6C—H+C—C→4C—H+CC+H—H 即：2C—H+C—C→CC+H—H （3）從鍵能的表中，查出有關(guān)的數(shù)據(jù)。 E（C—H）=414.4 kJ/mol E（CC）=615.3 kJ/mol E（C—C）=347.4 kJ/mol E（H—H）=435.3 kJ/mol （4）根據(jù)下列公式粗略地估計反應熱（ΔH）。 ΔH=∑E(反應物)-∑E（生成物） 上式表明，反應熱等于反應物的鍵能總和跟生成物的鍵能總和之差。 ΔH =〔2E（C—H）+E（C—C）〕-〔E(CC)+E(H—H)〕 =（2414.4+347.4）kJ/mol-(615.3+435.3)kJ/mol =125.6 kJ/mol 這表明，上述反應是吸熱的，吸收的熱量為125.6 kJ/mol。 其他反應是吸熱還是放熱，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，是為了便于說明原電池化學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，再用導線將鋅片和銅片聯(lián)接，并在導線中串聯(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，銅片上發(fā)生還原反應。 Zn - 2e-=Zn2+ Cu2+ + 2e-=Cu 總反應式：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，以中和過剩的電荷，起了溝通電路的作用，使傳遞電子的反應能繼續(xù)進行。于是，鋅和CuSO4的氧化還原反應的化學能轉(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|ZnSO4‖CuSO4|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)。另一類是可作氧化劑的物質(zhì)， 如ZnSO4和CuSO4，稱為氧化型物質(zhì)。 相對應的氧化型物質(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=（mC△t10-3）/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/kgK），n（H2O）是中和反應生成水的物質(zhì)的量（單位mol）。 實驗 序號 物質(zhì) 起始溫度t1/℃ 終止溫度 t2/℃ 溫差 t2-t1/℃ 中和熱 /kJ/mol ① HCl tHCl= t1=（tHCl+tNaOH）/2 = t2= t2-t1= NaOH tNaOH= ② HCl tHCl= t1=（tHCl+tNaOH）/2 = t2= t2-t1= NaOH tNaOH= ③ HCl tHCl= t1=（tHCl+tNaOH）/2 = t2= t2-t1= NaOH tNaOH= 5.重復上述實驗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】放熱反應的觀察 1.利用空氣的熱脹冷縮原理觀察氧化鈣與水反應放熱 （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?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，反應時都會放出熱量，具支試管內(nèi)的空氣受熱膨脹，反應放出的熱量使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)放電后使靈敏導電儀（可以自制）中較多的小燈泡發(fā)光。 ［裝置］ 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，依次跟導電儀的兩根電極接通，并浸入電解質(zhì)溶液中。 3.導線接觸鎂條時，反應最激烈，小燈泡全亮；導線接觸鋁條時，小燈泡只亮一半；導線接觸銅條時，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（ε=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.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 mm80 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］選用量程為2V的伏特計。 【實驗探究4】水果、蔬菜、果汁原電池的制作 ［活動目的］ 1.培養(yǎng)學生動手制作的能力。 2.鞏固學生已有的原電池知識。 3.調(diào)動學生的學習興趣，訓練學生的創(chuàng)新思維。 ［活動形式］學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】固體反應物表面積跟反應速率的關(guān)系 ［裝置］ 圖 2-10 反應物表面積對反應速率的影響 ［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。 【研究性學習】當?shù)鼗瘜W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。現(xiàn)在，你所生活的地區(qū)化學能轉(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.研究過程 （1）通過社區(qū)調(diào)查、人物專訪，了解當?shù)貙⒒瘜W能轉(zhuǎn)化成熱能（燃料來源、主要用途、使用方式等）情況，存在的問題及可能的解決辦法。 （2）去圖書館和書店或上網(wǎng)查閱資料，記錄書刊、期刊的名稱、網(wǎng)址。收錄文章的題目、作者的姓名、文章的主要觀點等。 （3）參觀工廠，收集或攝制錄像、照片等。 3.總結(jié)和匯報 （1）處理所獲得的數(shù)據(jù)、信息、資料，寫成調(diào)查報告，與同學交流。 （2）寫出小論文交與老師審閱或互相交流。 （3）制作展板交流。 （4）提出合理化建議與用戶交流。