选修4的教学思考与实践.ppt
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1、化学反应原理的教学思考与实践,大连二十高中化学组 夏凯,X,一、清晰模块要求,认识化学变化所遵循的基本原理,初步形成关于物质变化的正确观念。了解化学反应中能量转化所遵循的规律,知道化学反应原理在生产、生活和科学研究中的应用。赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类社会文明所起的重要作用,能对生产、生活和自然界中的有关化学变化现象进行合理的解释。增强探索化学反应原理的兴趣,对立学习和研究化学的志向。,知识结构,化学反应原理,化学热力学,化学动力学,化学反应的方向、能量及限度,化学反应速率,化学热力学,化学动力学,化学反应,反应类型,方式,焓变、盖斯定律,能量,原电池、电解池,限度,反应速率
2、,溶液中的离子平衡,弱电解质,弱酸根弱碱阳离子,难溶电解质,化学反应原理,化学平衡,快慢,自发性,反应方向,对化学反应的认识,初中课程,必修课程,选修课程,化学反应过程中会发生能量变化和物质变化,其变化的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成、化学反应的快慢和限度(感性认识)、化学能与热能的转化(定性分析)、化学能与电能的转化(感性认识),化学反应过程中会发生物质变化、物质变化的实质是原子的重新组合,化学反应的方向、化学反应的快慢和限度(理性分析)、化学与热能的转化(定量计算)、化学能与电能的相互转化(理性分析),化学反应,反应方向反应限度反应速率必修2选修4,无机反应(必修1),有机反应(必修
3、2+选修5),四种基本类型,氧化还原类型,离子反应类型,电离平衡水解平衡沉淀溶解平衡选修4,化学反应与能量必修2选修4,电化学选修4,特点:从感性到理性从定性到定量,能量,进程,类型,认识化学反应应用化学反应,本章知识结构,引言,化学反应中能量变化的形式热能、电能、光能等,本章基 能量释放、吸收以变化的物质为基础本思想 能量的多少以反应物、产物的质量为基础,悬念至今没有观察到能量直接转化为物质的事例,以熟悉的事例重点说明,1,3,2,认识焓与焓变。物质俱有一定的能量。可以用焓H(H=U(体系内能)+PV)这一物理量来衡量物质所含有的能量;焓的大小决定于物质的本性、物质的量、状态和所处环境条件。
4、焓可理解为焓是与反应热有关的那部分能量。焓变H-衡量物质在变化前后所含能量的改变。了解反应热Qp与焓变H的关系。反应热是在一定条件下化学反应放出或吸收的热量。反应热与反应条件有关:在恒容条件下,QV=U.在等压条件下进行的反应,不做非体积功,则Qp=H(单位kJmol-1)。该条件下,封闭系统从环境所吸收的热等于系统焓的增加。化学反应的焓变仅与反应的始总终态有关与反应路径无关。,本章知识结构,活化分子、活化能,G=HTS G0 自发,G0 不自发,G=0,平衡状态,从金刚石的密度(3.514gcm-3)大于石墨(2.266gcm-3),可以预言,加压可使体积缩小,从而使石墨转化为金刚石。,在温
5、度和压强一定条件下,不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程称自发过程。,例:C(石墨)C(金刚石)H1.9kJmol-1 S=3.33 Jmol-1K-1,本章重点内容,实验条件的控制 影响反应速率的因素 信息加工处理能力化学平衡的有关计算(弱化等效平衡)注意考查的角度,从定量角度认识浓度、温度对化学反应速率的影响。,化学反应限度:一个可逆反应在一定条件(温度)下只有一个平衡常数,但平衡转化率可以有多种。反应物A的转化率未必等于反应物B的转化率。条件一定,反应物按化学计量数比进料,平衡转化率最高。平衡常数不变反应限度就不变,但是表征这个反应限度的某种物质的转化率是可变的。一个具体反应,平衡常
6、数与反应限度是一一对应的,而平衡转化率是针对某个具体反应物来说明反应限度的。,平衡常数是对反应限度最本质的表述 平衡转化率是反应限度的形象的直观的表述,平衡常数是从反应整体来定量表征化学反应平衡的 平衡转化率是以反应物的视角来表征化学反应平衡的 平衡产率是以产物的视角来表征化学反应平衡的 未达化学平衡前也有转化率和产率,但以平衡转化率和平衡产率为最高。,平衡常数与化学平衡移动方向的判断:,1.平衡常数改变的平衡移动 温度对平衡移动的影响是通过改变平衡常数实现的。2.平衡常数不变的平衡移动一个平衡常数对应千千万万个平衡状态。平衡常数不变的平衡移动,就是这千千万万个平衡状态之间移动。,本章知识结构
7、,化学平衡理论,1 弱电解质的电离电解质有强弱弱电解质电离为可逆电离平衡电离常数,4 难溶电解质的溶解平衡 难溶不溶溶解平衡应用生成溶解转移溶度积,2 水的电离和溶液的酸碱性水是极弱电解质水(稀溶液)离子积为常数稀溶液酸碱性及表示方法pHpH应用,3 盐类的水解 水的电离平衡 弱电解质的生成盐类水解水 解的应用(平衡移动),实践活动:测定酸碱反应曲线滴定实验操作图示反应曲线,红色字为新知识点,楷体字为选学内容,深入,综合运用,本章重点内容,弱电解质的电离平衡 弱酸弱碱的电离平衡 Ka、Kb 水的电离平衡 Kw 弱酸弱碱盐的水解平衡 Kh难溶电解质的溶解平衡 Ksp,离子平衡的限度及有关计算。影
8、响平衡的因素(温度、浓度)。,对溶液中离子平衡限度的认识,H2O H+OH-AgCl Ag+Cl-AC-+H2O HAC+OH-Mg(OH)2+2NH4+Mg2+2NH3H2O BaSO4+CO32-BaCO3+SO42-,本章重点内容,原电池原理:(内电路)电极反应 应用:化学电源 金属腐蚀的原因及防护电解池原理:(外电路)电极反应 应用:电镀、精炼、电冶金、金属腐蚀的防护,氧化还原反应,氧化还原反应,电池发展史1600年Gilbert(美国)建立对电池的研究基础。1791年Gavani(意大利)提出“动物电”学说。1800年Volta(意大利)制成了闻名当且沿袭至今的“伏打电堆”并介绍锌银
9、电池堆。1831年Farate(英国)宣布法拉第定律。1836年Danide(英国)发明丹尼尔电池。1840年Armstrong(英国)发明水力发电机。1842年W.R.grove创制了氢氧燃料电池。1859年Plante(英国)发明铅酸电池 1870年采用西门子发电机将铅酸电池改为二次电池。1866年Siemen(德国)对发电机进行改革。1868年Leclanche(法国)研制成功 Z-MnO2 电池并于1876年用树脂作粘结剂改进原电池。1888年Gassner(美国)发明糊式勒克谢电池,其结构形式沿用至今。1889年Jungner(瑞典)二次Z-Ag电池。1898年Jungner(瑞典)
10、发明Cd-Ni碱性蓄电池。1900年Jungner(瑞典)碱性Z-MnO2电池研制成功。1901年Jungner(瑞典)与Edison(美国)合作发明Fe-Ni碱性蓄电池。1901年Michaelowski(俄罗斯)发明Z-Ni电池。1930年Drumm(爱尔兰)首先制备出实用的Z-Ni电池。1932年Ackermann(德国)发明了烧结式电极板。1939年1941年前苏联科学院院士A.H.PYMKUH研制成第一只实用型“氢氧燃料电池”。1947年Neumann(法国)成功研制成密封式Cd-Ni电池。1950年前苏联、法、德 烧结式开口Cd-Ni电池开始生产、碱性MnO2电池商品化。1960S
11、美、前苏联 研制成氢-镍电池。1970S(美国)Li-SOCL2、Li-SO2在美国军事及宇宙飞船上应用。1984年(荷兰)飞立浦公司解决了LaNi5合金在充放电过程中的容量衰减问题,拉开了MH-Ni电池开发热潮。1990年(日本)日本索尼公司宣布制成了锂离子蓄电池并于1992年商品化。1994年(美国)美国Bellcore公司宣布研制成功聚合物锂离子电池。,盐桥的作用,原电池装置:盐桥作用:盐桥起到了使整个装置构成通路的作用(1)Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液中,使ZnSO4溶液中Zn2+过多,带正电荷。Cu2+获得电子沉积为Cu,溶液中Cu 2+过少,SO4 2-过多,溶液带负电荷。当
12、溶液不能保持电中性,将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在,其中Cl-向ZnSO4 溶液迁移,K+向CuSO4 溶液迁移,分别中和过剩的电荷,使溶液保持电中性,反应可以继续进行。盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路,盐桥既可沟通两方溶液,又能阻止反应物的直接接触。(2)在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触,消除液接电势(当组成或活度不同的两种电解质接触时,在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷分离而形成双电层,这样产生的电位差称为液体接界扩散电位,简称液接电位),使液接电位减至最小以致接近消除.盐桥的制法(1)琼酯饱和KCl盐桥:烧杯中加入琼酯3克和97
13、ml蒸馏水,在水浴上加热至完全溶解。然后加入30克KCl充分搅拌,KCl完全溶解后趁热用滴管或虹吸将此溶液加入已事先弯好的玻璃管中,静置待琼酯凝结后便可使用。琼酯饱和KCl盐桥不能用于含Ag、Hg22等与Cl作用的例子或含有ClO4等与K+作用的物质的溶液。(2)简易法 用滴管将饱和KCl溶液注入型管中,加满后用捻紧的滤纸(或棉花)塞紧型管两端即可,管中不能存有气泡。使化学能转变为电能的装置称为原电池。上述原电池为铜锌原电池,也称为丹尼尔电池。,该模型冲击学生已有概念,引发学生提出新问题“原电池中电流是怎样产生的”,从而对原电池原理有更深刻的认识。该模型可以把氧化还原看做是两个“半反应”连接而
14、成,即从半反应认识氧化还原反应,认识物质的氧化性、还原性的强弱,从而对氧化还原反应有更深刻的认识。,教材引入带盐桥电池的目的,第四章 电化学基础,第一节 原电池,教学案例,必修回顾,请将 Zn+Cu2+=Zn2+Cu 设计成原电池。并写出相应的电极反应。,必修回顾,从微观分析,这两个体系有什么不同?,必修回顾,溶液中存在哪些离子?这些离子存在怎样的运动趋势?,外电路,内电路,(-),(+),必修回顾,这个装置能否构成原电池?为什么?,盐桥电池,请写出对应的电极反应。,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,你认为利用盐桥能否解决问题?,双液电池,该体系能否构成原电池?如果能,请写出电极反
15、应;如果不能请解释原因?,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,思考交流,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,通过对比你认为双液电池有哪些优点?原电池的电流产生的原因是什么?,现象:随着时间的延续,电流计指针偏转的角度逐渐减小,直至无电流通过。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。,电流是怎样产生的?,深入思考,你认为该装置能否产生电流?,外电路,内电路,二、把握高考动向,近几年高考高频知识点,应用盖斯定律计算反应焓变化学速率的计算化学平衡常数及化学平衡的有关计算难溶物的KSP的有关计算电池的电极反应式,例1:高考对反应热的考查视角,1、
16、热化学方程式 意义(可逆反应)书写(非常态要标条件)计算(列比例 列方程组 十字交叉)2、燃烧热、中和热的概念3、H的计算 物质的状态比较 键能估算 能量变化图示分析 盖斯定律加合处理,气态基态原子形成1mol化学键所释放的最低能量。,1、已知常温常压下,N2(g)3H2(g)2NH3(g)HQ kJ/mol。在相同条件下向密闭容器中通入1molN2(g)和3molH2(g),达到平衡时放出热量为Q1kJ;向另一体积相同的容器中通2mol NH3(g),相同条件下达到平衡吸收热量为Q2kJ;下列关系一定正确的是A、Q1Q2 Q B、Q2Q1 Q C、Q1Q2 Q D、Q1Q2 Q,原电池 化学
17、反应(一)电极反应(+)反应物和产物 得失电子数 介质 最终产物 配平(电子守恒、电荷守恒、质量守恒),例2:高考对原电池的考查视角,电池的电极反应式的书写训练,Mg H2SO4溶液 AlMg KOH溶液 AlCu KOH溶液 AlCu 浓HNO 3 AlCH4 KOH溶液 O2CH4 H2SO4溶液 O2CH4 K2CO3熔盐 O2CH4 固体电解质(O2-)O2,案例:化学平衡计算的思想和方法,N2O4(g)的平衡常数K。,化学平衡计算的思想和方法,可逆反应,限度,化学平衡,极限思想,等效思想,三量法,差量法,一定条件,转化率,K,方法明确,概念清晰,运算无误,平衡常数,题组1:CO(g)
18、+H2O(g)CO2(g)+H2(g),H0,11在T1下,反应物的起始浓度分别为:(CO)=1.0 molL-1,c(H2O)=3.0 molL-1;达到平衡后,CO的转化率为75%,c(CO2)=;12若反应温度不变,将1.0molCO和4.0mol H2O(g充入体积为1.0L的密闭器中,达到平衡后,c(CO2)的范围;13若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:c(CO)=2.0 molL-1,c(H2O)=6.0molL-1;达到平衡后,c(CO2)=molL-1;,题组1:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),H0,14若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:c(CO)
19、=b molL-1,c(H2O)=bmolL-1;达到平衡后,CO的转化率为;15若反应温度不变,若将1.2molCO、2.4mol H2O(g)、2.0mol H2、1.8molCO2充入体积为2.0L的密闭器中,反应向方向进行。16在T2温度2.0L的密闭容器中,将一定量的CO和0.2 molH2O混合,反应达到平衡后,将反应后的气体通过浓硫酸,气体体积减少1.12L(己折成标况),再通过灼热的氧化铜,通入澄清石灰水,得到沉淀30g。通过计算能否确定T2与T1的大小关系?,题组1:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),H0,17在T2温度下,某反应的平衡常数K 则K。18某温度
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