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第二章化学反应与能量

第二节化学能与电能

【教学过程】【引入新课】

能源的分类

1、按取得方式：

①一次能源----流水、风力、太阳能、煤、石油、天然气等；②二次能源：

电力、蒸汽等。

2、按能源结构：

①常规能源----石油、煤、天然气、水力等；②新能源----太阳能、风能、海洋能、生物能等。

物质发生化学反应时，常常伴随有发光、发热等能量的变化，这是化学能转化为光能、热能。

那么，化学能是否可以转化为电能呢？

如果能，又是怎样转化为电能的呢？

§2-2化学能与电能（第1课时）

一、火电（间接转变）

1、我国目前发电总量构成：

火电----81.2%水电----17.6%其他----1.2%（今后水电和其他发电量会逐步增加）

2、火力发电原理：

通过化石燃料燃烧，使化学能转变为热能，加热使水汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。

3、火力发电流程：

（学生回答）化学能--------→热能-------→机械能-------→电能

4、火力发电缺点：

①转换环节多；②发电效率低；③能源浪费多；④环境污染严重等。

5、燃烧的氧化还原反应本质：

（学生回答）氧化剂与还原剂之间发生电子转移，引起化学键重新组合，伴随有能量变化。

能否将化学能直接转化为电能呢？

二、原电池（直接转化）

1、

实验操作

实验装置图

实验现象

结论

①把锌片插入稀硫酸

锌片上有气泡产生

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

②把铜片插入稀硫酸

铜片无变化

铜片与稀硫酸不反应

③把锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸

铜片上有气泡产生，锌片不断溶解

----------

④把锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸并在锌片和铜片之间连接电流计（或发光二极管）

铜片上有气泡产生，锌片不断溶解

电流计指针发生偏转

外电路中有电流通过

⑤用干电池判断电流方向及正、负极

-------

电流方向是从铜片流向锌片（即电子从锌片流向铜片），铜片是正极，锌片是负极

2、根据以上实验④现象，提出以下问题，师生共同探讨。

问题

结论及解释（写化学方程式）

铜片上为什么有气泡产生？

氢离子从铜片获得电子，被还原成氢气

锌片质量有无变化？

锌被氧化成锌离子进入溶液，故质量减少

溶液内氢离子浓度有无变化？

氢离子浓度减小

锌片和铜片各为什么电极，为什么？

铜片是正极，锌片是负极

两极各发生什么反应？

负极（Zn）：

Zn―2e-=Zn2+（氧化反应）

正极（Cu）：

2H++2e-=H2↑（还原反应）

总的反应方程式及离子方程式怎么写？

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

Zn+2H+=Zn2++H2↑

从能量变化的观点分析是什么装置？

把化学能直接转变为电能的装置

3、【对比实验探究】原电池构成条件的对比探究

实验操作

实验装置图

实验现象

结论

①把锌片和碳棒用导线连接后插入稀硫酸并在中间连接电流计（或发光二极管）

碳棒上有气泡，电流表指针发生偏转。

Zn―C（稀H2SO4）可组成原电池

②把铜片和碳棒用导线连接后插入稀硫酸并在中间连接电流计

无现象

Cu―C（稀H2SO4）不可组成原电池

③把锌片和铁片用导线连接后插入稀硫酸并在中间连接电流计

铁片上有气泡，电流表指针发生偏转。

Zn―Fe（稀H2SO4）可组成原电池

④把锌片和铁片用导线连接后插入乙醇并在中间连接电流计（或发光二极管）

无现象

Zn―Fe（乙醇）不可组成原电池

⑤把锌片和锌片用导线连接后插入稀硫酸并在中间连接电流计

锌片上均有气泡，电流表指针不发生偏转。

Zn―Zn（稀H2SO4）不可组成原电池

⑥把锌片和铜片用导线连接后插入一个西红柿并在中间连接电流计

电流表指针发生偏转。

Zn―Cu（西红柿）可组成原电池

⑦把锌片和铜片用导线连接后插入两个西红柿并在中间连接电流计

无现象

Zn-Cu（两个西红柿没形成闭合回路），不可组成原电池

通过以上实验探究、诱思探究、对比实验探究，得出以下结论：

一、原电池定义——把化学能直接转变为电能的装置。

二、原电池构成条件——“一液两极三连”

1、两种活动性不同的材料（金属—金属、金属—非金属导体、金属—金属氧化物）作电极，

负极——较活泼金属，正极——较不活泼金属（非金属导体、金属氧化物）；

2、两个电极均插入电解质溶液中；

3、两极相连形成闭合电路。

三、原电池反应原理——较活泼金属（负极）失电子，发生氧化

反应，电子从负极流出，通过外电路电子流向正极，

正极上发生还原反应得电子。

（电极判断）

电极反应：

负极（Zn）：

Zn―2e-=Zn2+（氧化反应）

正极（Cu）：

2H++2e-=H2↑（还原反应）

电池反应：

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

Zn+2H+=Zn2++H2↑

一般来说，凡能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池。

（加深印象，促进智能发展）

1、下列装置中能产生电流的有___1、3、5、8、______

2、铜片与锌片用导线连接后插入硫酸中，锌片（A、D）

A、发生氧化反应B、发生还原反应C、为正极D、为负极

3、某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，该金属为（B）

Ａ、ＭｇＢ、ＦｅＣ、ＡｌＤ、Ｃｕ

4、将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸，另一组插入氢氧化钠溶液中，分别形成原电池。

则在这两个原电池中，正极分别为（A）

Ａ、铝片、铜片Ｂ、铜片、铝片Ｃ、铝片、铝片Ｄ、铜片、铜片

【科学探究】原电池构成条件的探究

学生分组实验

对比实验

使学生学会控制实验条件的方法

锌片、铜片、碳棒、铁片、稀硫酸、乙醇、硫酸铜溶液、硫酸锌溶液、导线、西红柿、电流计

1、组织学生自己设计对比实验；

2、指导学生设计表格，整理实验信息并解释；

3、活动总结、汇报。

表一

实验现象

解释或写化学方程式

稀硫酸

锌片（Zn）

碳棒（C）

稀硫酸

铜片（Cu）

碳棒（C）

电流计

表二

实验现象

解释或写化学方程式

稀硫酸

锌片（Zn）

铁片（Fe）

乙醇

锌片（Zn）

铁片（Fe）

电流计

表三

实验现象

解释或写化学方程式

稀硫酸

锌片（Zn）

锌片（Zn）

稀硫酸

锌片（Zn）

铁片（Fe）

电流计

表四

实验现象

解释或写化学方程式

插在一个西红柿中

锌片（Zn）

铜片（Cu）

插在两个西红柿中

锌片（Zn）

铜片（Cu）

电流计

第二章化学反应与能量

第三节　化学反应的速率和限度

第一课时

教学过程

导入新课

播放投影片：

云龙陛石

北京的故宫是世界著名的古建筑群，是祖国珍贵的文化遗产。

在保和殿后，有一块巨大的“云龙陛石”，上面雕有精美的蟠龙图案（如右图）。

但是，近些年浮雕已开始受损，一些细小的花纹已变得模糊不清。

在太和殿周围的玉石护栏的蟠龙柱以及吐水龙头上的花纹也不同程度地受到腐蚀。

据统计，世界上的古建筑在本世纪所遭受的腐蚀比过去几百年甚至几千年所遭受的腐蚀还要严重，有的已面目全非。

这真是一场大的灾难。

造成这场灾难的元凶是什么呢？

它就是我们在前面介绍过的酸雨。

为什么以前几百年腐蚀很慢，而近几十年腐蚀却变快了呢？

这就会涉及化学反应速率的问题。

师同学们回忆在初中化学学习中有关化学反应速率的例子（或日常生活中有关的例子）。

生1化石燃料的形成。

生2钢铁生锈。

生3煤窑的瓦斯爆炸。

生4冰箱中的食物变质。

生5森林火灾、岩石风化。

……

师很好。

不同的化学反应进行的快慢不一样，有的反应进行得很快，瞬间就能完成，例如，氢气和氧气混合气体遇火发生爆炸，酸、碱溶液的中和反应等；有的反应则进行得很慢，例如，有些塑料的分解要几百年，而石油的形成要经过亿万年等。

这些都说明了不同的化学反应具有不同的反应速率。

板　书：

第三节　化学反应的速率和限度

推进新课

师在初中物理课本上是怎样定义宏观物体的运动速度的呢？

同学们想一想化学反应速率应该怎样衡量呢？

板　书：

一、化学反应速率

［学生自学］

阅读课本P43~P44

板　书：

1.化学反应速率是用来衡量化学反应进行的快慢程度的，通常用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。

浓度的单位常用mol·L-1表示，化学反应速率的单位常用mol·（L·min）-1或mol·（L·s）-1表示。

师请举例说明化学反应速率的意义。

生某反应物的浓度在1min内减少了1mol·L-1，则其化学反应速率为1mol·（L·min）-1。

又如，在某化学反应中，某一反应物B的初始浓度是2.0mol·L-1。

经过2min后，B的浓度变成了1.6mol·L-1，则在这2min内B的化学反应速率为0.2mol·（L·min）-1。

师很好。

【演示实验25】

生观察并完成下表

师正确引导学生完成实验探究

投影：

（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2～3mL约5%的H2O2，然后滴加1～2滴1mol·L-1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的快慢？

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。

如下图

温度对H2O2分解反应的影响

实验题目

比较不同温度下双氧水分解反应的化学反应速率大小

实验步骤

在三支相同的试管中分别加入2～3mL约5%的H2O2，然后在每一支试管中滴加2滴1mol·L-1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

反应条件

热水

常温

冷水

实验现象

反应速率大小

得出结论

生观察并完成上表格。

师正确引导学生完成实验探究。

【演示实验26】

（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。

投影：

催化剂对H2O2分解反应的影响

实验题目

比较不同条件下双氧水分解反应的化学反应速率大小

实验步骤

在三个相同的带活塞的漏斗中分别加入2～3mL约5%的H2O2，然后在一支试管中滴加2滴1mol·L-1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

反应条件

少量MnO2

无催化剂

2滴FeCl3溶液

实验现象

反应速率大小

得出结论

（4）补充实验

实验题目

比较铝片与不同浓度的盐酸反应的化学反应速率大小

实验步骤

在两支放有相同铝片的试管里，分别加入10mL1mol·L-1盐酸和10mL0.1mol·L-1盐酸。

观察反应现象

反应条件

1mol·L-1盐酸

0.1mol·L-1盐酸

实验现象

反应速率大小

得出结论

板　书：

2.对于同一化学反应，化学反应速率与下列因素有关：

（1）温度：

在其他条件不变情况下，温度高化学反应速率快；反之，温度降低，化学反应的速率降低。

（2）催化剂：

催化剂（正）加快化学反应的速率。

（3）浓度：

在其他条件不变情况下，浓度大化学反应速率增快。

浓度减小化学反应速率减慢。

课堂小结

本节课我们学习了化学反应速率的概念，并通过实验探究，了解了外界条件对化学反应速率的影响。

布置作业

教材P50　1、3

板书设计

第三节　化学反应的速率和限度

一、化学反应速率

1.化学反应速率是用来衡量化学反应进行的快慢程度的，通常用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。

浓度的单位常用mol·L-1表示，化学反应速率的单位常用mol·（L·min）-1或mol·（L·s）-1表示。

2.对于同一化学反应，化学反应速率与下列因素有关：

（1）温度：

在其他条件不变情况下，温度高化学反应速率快；温度降低，化学反应的速率降低。

（2）催化剂：

催化剂（正）加快化学反应的速率。

（3）浓度：

在其他条件不变情况下，浓度大化学反应速率增快。

浓度减小化学反应速率减慢。

活动与探究

1995年诺贝尔化学奖授予致力于研究臭氧层被破坏问题的三位环境化学家。

大气中的臭氧层可滤除大量的紫外光，保护地球上的生物。

近来由于大气中污染物（如冰箱制冷剂氟利昂CF2Cl2和汽车尾气中的氮氧化物等）不断增加使得臭氧层遭到破坏，从而造成对环境和生物的严重影响。

产生Cl原子，Cl原子会对臭氧层产生长久的破坏作用（臭氧的分子式为O3）。

有关反应为

CF2Cl2

CF2Cl+Cl

NO2

NO+O

因此Cl原子或NO2分子能消耗大量的O3

Cl＋O3

ClO+O2

NO+O3

NO2+O2

ClO＋O

Cl＋O2

NO2+O

NO+O2

总反应O3+O====2O2

总反应O3+O====2O2

在上述臭氧变成氧气的反应过程中，Cl和NO2起什么作用？

应如何保护臭氧层？

第二课时

教学过程

根据化学方程式进行计算时，你是否考虑过这样的问题：

一个化学反应在实际进行时，所有反应物能否完全（按照方程式中相应物质的量关系）转变成生成物，如果能，反应条件是什么？

如果不能，原因是什么？

解决这些问题的重要性是不言而喻的。

例如在预知理论产率极低的情况下，就不必再耗费人力、物力和时间去进行探索性实验等。

　　　　第三节　　化学反应的速率和限度

师：

请同学阅读课本P44实验2-7,回答有关问题。

生：

探究实验2-7：

把1mol/l的Na2SO4溶液逐滴加到3ml-4ml的CaCl2溶液中，直到不再有沉淀产生为止。

反应现象是：

白色沉淀产生。

离子反应方程式：

　　　　　　　　Ca2＋+SO42＋=CaSO4↓

生2：

继续演示实验2-7：

过滤，取澄清溶液与小试管中，加入适量的1mol/l的Na2CO3溶液，可能的现象是：

有白色的沉淀

CaCO3产生，或者没有沉淀产生。

［板书］二、化学反应限度

［学生自学］阅读课本P45页

可逆反应：

在同一条件下，既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应称可逆反应。

化学平衡

不同的平衡体系到达平衡状态时，反应限度不同。

例如　平衡体系1，Ca2＋+SO42－=＝＝＝CaSO4↓

平衡体系2，Ca2＋+CO32－=＝＝＝CaCO3↓

［合作探究］炼铁高炉尾气之谜

三、化学反应的条件控制

在生产生活中，促进有利的化学反应发生，抑制有害的化学反应发生，这就要讨反应条件的控制。

阅读课本P46页

师：

带领学生探究

A.建筑物定向爆破问题；

B煤的燃烧条件问题。

●原煤含S量：

要求＜2%，否则SO2排放浓度会偏高；

●原煤粒度：

要求≤40mm，且越均匀越好，但不能使用粉煤；

●炉膛　：

耐高温；

●烟囱抽力要求有大于20%的富余能力，氧气要适当充足，等。

必要时查阅资料。

通过实验探究，同学们了解：

可逆反应、化学平衡、化学平衡状态、化学反应限度。

.控制反应条件可以使化学反应向有益的方向尽可能多、快地进行。

1．教材P48　T5、T6.

活动与探究

1.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。

第二章化学反应与能量

第三节化学反应的速率和限度

本节教材分析

三维目标

1．知识与技能：

（1）使学生了解化学反应速率的概念，知道浓度、温度和催化剂等外部条件对化学反应速率的影响。

（2）了解化学反应限度的概念，知道达到化学反应限度的特征。

（3）通过“认识化学反应的快慢”、“催化剂对化学反应速率的影响”等探究活动，培养学生设计半定量实验方案的能力，以及分析和处理实验数据的能力。

2．过程与方法：

（1）通过实验形成化学反应速率的概念，以及形成影响化学反应速率的因素。

（2）通过“联想·质疑”、“活动·探究”、“交流·研讨”、“观察·思考”等活动，提高学生分析、联想、类比、迁移以及概括的能力。

3．情感态度价值观：

（1）通过学习过程，使学生初步学会从化学视角去观察生活生产和社会中关于化学反应速率的问题。

培养学生严谨认真的科学态度和精神。

（2）通过对化工生产资料的学习，培养学生理论联系实际、勤奋好学的学习热情。

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的因素。

教学难点

化学反应速率和反应限度的概念。

教学建议

本节教学过程中要注意以下几个方面：

（1）联系实际生活，从日常生活中学生熟悉的大量化学现象和化学实验入手，让学生感受化学反应存在速率和限度问题。

（2）做好探究实验，教材中对温度、催化剂对化学反应速率的影响及规律是通过实验探究和总结出来的，教学过程中要做好实验。

（3）把握教学内容深浅度，严格按照课程标准进行教学。

例如进行化学反应的限度教学时，只要求学生掌握化学平衡的概念和特征，不要拓展到影像化学平衡的因素及化学平衡的移动。

新课导入设计

导入一

演示幻灯片：

美丽的焰火，锈蚀的青铜大钟，被腐蚀的大理石古建筑，食物的腐烂、火药的爆炸随处可见的塑料垃圾，美丽的熔岩、钟乳石。

提问：

观看了演示幻灯片之后，从化学反应的角度，你想到了什么？

（1、你了解化学变化过程进行的快慢吗？

2、反应的快慢与我们有什么关系。

）

从同学们以前所学的化学反应知道，不同的反应有快慢之分，而有些反应需要加热或使用催化剂，这是为什么呢？

这就是我们这节要学习的从一个全新的角度去认识化学反应－化学反应的速率和限度。

导入二

物体的运动有快有慢，化学反应同样有快有慢。

你能列举一些进行的非常快或者非常慢的反应的例子吗？

学生讨论，比较快的反应：

爆炸反应、溶液中进行的离子反应、活泼金属与酸的反应……比较慢的反应：

化石燃料的形成、溶洞的形成、缓慢氧化……

【投影图片】常见的速率差别比较明显的反应

【设问】物理中用速度来表示物体运动的快慢，那如何描述化学反应速率的快慢呢？

导入三

伦敦奥运会在2012年7月28日正式开幕，开幕式五彩缤纷的焰火给世界人民留下了深刻的印象。

在焰火点燃的一刹那，焰火就会腾空而起，相应的化学反应在瞬间完成。

相对而言有的反应进行的较慢，如塑料的自行分解等，你知道是什么影响了化学反应的速率吗？

下面我们来研究化学反应的速率及影响化学反应速率的因素。