新人教版2015高中化學選修（4）全冊教案整理版

新人教版 2015 高中化學 選修（ 4）全冊教案 緒言 一學習目標： 1 學習化學原理的目的 2：化學反應原理所研究的范圍 3：有效碰撞、活化分子、活化能、催化劑 二學習過程 1：學習化學反應原理的目的 1） 化學研究的核心問題是：化學反應 2） 化學中最具有創(chuàng)造性的工作是：設計和創(chuàng)造新的分子 3） 如何實現這個過程？ 通常是利用已發(fā)現的原理來進行設計并實現這個過程，所以我們必須對什么要清楚才能做到，對化學反應的原理的理解要清楚，我們才能知道化學反應是怎樣發(fā)生的，為什么有的反應快、有的反應慢，它遵循怎樣的規(guī)律，如何控制化學 反應才能為人所用！這就是學習化學反應原理的目的。 2：化學反應原理所研究的范圍是 1） 化學反應與能量的問題 2） 化學反應的速率、方向及限度的問題 3） 水溶液中的離子反應的問題 4）電化學的基礎知識 3：基本概念 1）什么是有效碰撞？ 引起分子間的化學反應的碰撞是有效碰撞，分子間的碰撞是發(fā)生化學反應的必要條件，有效碰撞是發(fā)生化學反應的充分條件，某一化學反應的速率大小與，單位時間內有效碰撞的次數有關 2）什么是活化分子？ 具有較高能量，能夠發(fā)生有效碰撞的分子是活化分子，發(fā)生有效碰撞的分子一定是活化分子，但活化 分子的碰撞不一定是有效碰撞。有效碰撞次數的多少與單位體積內反應物中活化分子的多少有關。 3）什么是活化能？ 活化分子高出反應物分 子平均能量的部分是活化能，如圖 活化分子的多少與該反應的活化能的大小有關， 活化能的大小是由 反應物分子的性質決定，（內因）活化能越小則一般分子成為活化分子越容易，則活化分子 越多，則單位時間內有效碰撞越多，則反應速率越快。 4） 什么是 催化劑？催化劑是能改變 化學反應的速率，但反應前后本身性質和質量都不改變的物質，催化劑作用 :可以降低化學反 應所需的活化能 ,也就等于提高了活化分子的百分數 ,從而提高了有效碰撞的頻率 .反應速率 大幅提高 . 5）歸納總結：一個反應要發(fā)生一般要經歷哪些過程？ 1、 為什么可燃物有氧氣參與，還必須達到著火點才能燃燒？ 2、催化劑在我們技術改造和生產中，起關鍵作用，它主要作用是提高化學反應速率，試想一下為什么催化劑能提高反應速率？ 第一節(jié)化學反應與能量的變化（第一課時） 一學習目標 : 反應熱 ,焓變 二學習過程 1:引 言 :我們知道：一個化學反應過程中，除了生成了新物質外，還有 思考 1、你所知道的化學反應中有哪些是放熱反應？能作一個簡單的 總結嗎？ 活潑金屬與水或酸的反應、酸堿中和反應、燃燒反應、多數化合反應 反應物具有的總能量 生成物具有的總能量 2、你所知道的化學反應中有哪些是吸熱反應？能作一個簡單的總結嗎？ 多數的分解反應、氯化銨固體與氫氧化鋇晶體的反應、水煤氣的生成反應、炭與二氧化碳生成一氧化碳 反應物具有的總能量 降低溫度 m+n V 變小 增大壓強 減小壓強 m+n=p+q 加入惰性氣體 V 不變 = V 變大 = V 變小 增大壓強 減小壓強 m+np+q 加入惰性氣體 V 不變 = V 變大 S（ l） S（ s） 6、熵變（ S）： S=反應物總熵 生成物總熵 7、反應進行方向的判斷方法： H TS0 反應不能自發(fā)進行 講解在溫度、壓強一定的條件下，焓因素和熵因素共同決定一個化學反應的方向。放熱反應的焓變小于零，熵增加反應的熵變大于零，都對 H TS10-7 c（ OH ） 10-14 酸性 氫氧化鈉 加 NaOH， c（ OH ）增大，平衡左移 10-7 c（ H+） c（ OH ）， c（ H+） 1 10-7mol/L 堿性溶液 c（ H+） 1mol/L 時， pH 值為負數，當 C(OH-)1mol/L 時， pH14。對于 C(H+)或 C(OH-)大于 1mol/L 的溶液，用 pH 值表示反而不方便，所以 pH 值僅適用于 C(H+)或 C(OH-)小于等于 1mol/L 的稀溶液。 也可用 pOH 來表示溶液的酸堿性， pOH=-lgC(OH-)，因為 C(H+) C(OH-)=10-14，若兩邊均取負對數，得 pH+pOH=14。 可用 pH 試紙來測定溶液的 pH 值。方法：用潔凈的干玻璃棒直接蘸取少許待測液，滴在 pH 試紙上（注意不能將 pH 試紙先用水沾濕或用濕的玻璃棒，因為這樣做，實際上已將溶液稀釋，導致所測定的 pH 不準確）將 pH 試紙顯示的顏色隨即（半分鐘內）與標準比色卡對照，確定溶液的 pH 值（因為時間長了，試紙所顯示的顏色會改變，致使測得的 pH 不準。） 第二課時 教學目的： 1、了解指示劑的變色范圍，學會用 pH 試紙測定溶液的 pH 值 2、初步學會計算酸堿的 pH 值以及氫離子濃度和 pH 值的互算 3、 掌握 pH 相同的強酸與弱酸的幾個規(guī)律 教學重點：有關 pH 的簡單計算 教學難點： 熟練掌握有關 pH 的計算 教學過程： 復習提問： 什么叫水的離子積？影響水的離子積因素？溶液的酸堿性與 c（ H+）、 c（ OH ）及 pH 的關系？溶液 pH 的計算？求 0.1mol/L 鹽酸溶液中的 OH-？（ 25）求 0.1mol/LnaOH 溶液 中 H+？ 關于 pH 相同的酸（含強酸和弱酸） （ 1）溶液中 c（ H+） 相等 （填“相等 ” 或 “ 不等 ” ）。 （ 2）溶液中溶質的物質的量的濃度：強酸 ” 或“ 7 c(H+) OH- 板書 ： 一、鹽類的水解： 講解 ： CH3COONa 溶于水之后，完全電離。（因為 CH3COONa 是強電解質。） 板書 ： CH3COONa CH3COO- + Na+ 引導： 把 CH3COONa 溶于水之后，溶液中存在哪些電離平衡？ 板書 ： H2O H+ + OH- 講解 ：我們知道， CH3COOH 是一種弱酸，在溶液中部分電離，溶液中既然存在 CH3COO-和 H+，根據，可逆反應，反應物和生成物同時共存，那么就一定有 CH3COOH。 板書 ： CH3COO- + H+ CH3COOH 講解 ：把式聯立，可得到 板書 ：水解方程式： CH3COONa + H2O CH3COOH + NaOH 講解 ：這說明 CH3COONa 溶于水后，反應有 NaOH 生成，所以溶液顯堿性。 學生活動 ：把上述化學方程式改寫成離子方程式。 板書 ： CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- 說明：鹽類水解方程式書寫注意點 1、鹽類水解是可逆反應，寫方程式要用“ ” 2、 一般鹽類水解程度很小，生成的弱酸或弱堿濃度很小，通常生成氣體或沉淀也不 發(fā)生水解，書寫時產物不用“ ”和“ ” 。 3、 多元弱酸生成的鹽水解時，生成弱酸過程應分步表示，以第一步為主。 講解 ：隨著 CH3COONa 的加入，對水的電離有什么影響呢？促進了水的電離，可以看作是使水分解了。 醋酸鈉與水反應的實質是：醋酸鈉電離出的醋酸根離子和水電離出的氫離子結合生成弱電解質醋酸的過程。 板書： 1、鹽類水解定義： 在溶液中鹽電離出來的離子跟水所電離出來的 H+ 或 OH-結合生成弱電解質的反應，叫做鹽類的水解。（ 在溶液中由鹽電離出的弱酸的陰離子或弱堿的陽離子跟水電離出的氫離子或氫氧根離子結合生成 弱電解質弱酸或弱堿，破壞了水的電離平衡，使其平衡向右移動，引起氫離子或氫氧根離子濃度的變化。） 酸 + 堿 鹽 + 水 板書： 2、鹽類水解的本質： 弱酸的陰離子和弱堿的陽離子和水電離出的 H+或 OH-離子結合生成弱電解質，促進了水的電離。 說明： 1、只有弱酸的陰離子或弱堿的陽離子才能與 H+ 或 OH-結合生成弱電解質。 2、鹽類水解使水的電離平衡發(fā)生了移動，并使溶液呈酸性或堿性。 3、鹽類水解反應是酸堿中和反應的逆反應。 練習： 試分析 NH4Cl 水解呈酸性的原因 講解 ： CH3COONa 可以看作是弱酸 CH3COOH 和強堿 NaOH 生成的鹽，這種鹽叫做強堿弱酸鹽。 板書 ： 二、鹽類水解的類型 1、強堿弱酸鹽水解（ CH3COONa） CO32-,PO43-,S2-,SO32-,ClO-,F- 講解 ：由強堿和弱酸反應生成的鹽，稱為強堿弱酸鹽，含有以上弱酸根的鹽，常會發(fā)生水解。 討論 ：分析 Na2CO3的水解過程，寫出有關反應的離子方程式。 板書 ： Na2CO3的水解 第一步： CO32-+H2O HCO3-+OH- （主要） 第二步 ： HCO3- +H2O H2CO3 +OH- （次要） 分析 ：對于多元弱酸來說，水解要分步寫。 提問 ：該水解反應能放出 CO2嗎？不能，因為這樣的水解程度都很小。 練習 ：寫出 K2S 水解的化學方程式和離子方程式。 過渡 ：下面請同學們討論一下第二個問題。為什么 NH4Cl 水溶液呈酸性？ 學生活動 ：找一名同學回答，并到黑板上寫出分析過程。 總結 ： NH4Cl 可以看作是強酸 HCl 和弱堿 NH3H 2O 反應生成的鹽，我們把這種鹽叫做強酸弱堿鹽。類似這樣的鹽還有 Al2(SO4)3、 FeCl3、 CuSO4等。 中和 水解 板書 ： 2、強酸弱堿鹽（ NH4Cl） Al3+,Fe3+,Cu2+ 練習： 寫出 Al2(SO4)3水解的離子方程式。 Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ Cu（ NO3） 2 Al2（ SO4） 3 （ NH4） 2SO4 AgNO3 討論 ：以 NaCl 為例，說明強堿強酸鹽能否水解。 小結： 由于 NaCl 電離出的 Na+和 Cl-都不能與水電離出來的 H+ 或 OH-結合生成弱電解質，所以強堿強酸鹽不能水解，不會破壞水的電離平衡，因此其溶液顯中性。 板書 ： 3、強酸強堿鹽、難溶于水的鹽不 水解 板書 ： 4、 弱酸弱堿鹽（ NH4Ac） 由于一水合氨和醋酸的電離度相近，因此銨離子、醋酸跟離子水解程度相近，從二溶液顯中性。 板書 ： 5、混合鹽溶液（酸式鹽溶液） 過渡 ：那么，我們在書寫水解離子方程式時，要注意哪些問題？ 討論 ：請大家根據我們剛才書寫水解方程式的方法，說說書寫時，要注意哪些問題？ 練習： FeCl3、 NaHCO3水解的離子方程式及化學方程式。 投影總結 ：各類鹽水解的比較。 鹽類 實例 能否水解 引起水解的離子 對水的電離平衡的影響 溶液的酸堿性 強堿弱酸鹽 CH3COONa 能 弱酸陰離子 促進水電離 堿性 強酸弱堿鹽 NH4Cl 能 弱堿陽離子 促進水電離 酸性 強堿強酸鹽 NaCl 不能 無 無 中性 板書：三、影響水解的因素： 內因 ：鹽類本身的性質 這是影響鹽類水解的內在因素。組成鹽的酸或堿越弱，鹽的水解程度越大，其鹽溶液的酸性或堿性就越強?！盁o弱不水解，有弱即水解，越弱越水解，誰強顯誰性” 外因： 1、溫度 由于鹽的水解作用是中和反應的逆反應，所以鹽的水解是吸熱反應，溫度升高，水解程度增大。 2、濃度 溶液濃度越小，實際上是增加了水的量，可使平衡相正反應方向移動，使鹽的水解 程度增大。（最好用勒沙特例原理中濃度同時減小的原理來解釋） 3、溶液的酸堿性 鹽類水解后，溶液會呈現不同的酸堿性。因此，控制溶液的酸堿性可以促進或抑制鹽的水解。如在配制 FeCl3 溶液時常加入少量鹽酸來抑制 FeCl3水解。 鹽的離子與水中的氫離子或氫氧根離子結合的能力的大小，組成鹽的酸或堿的越弱，鹽的水解程度越大。 過渡 ：水解反應有什么應用呢？ 引入 ：大家知道泡沫滅火器的滅火原理嗎？它就是利用 Al2(SO4)3和 NaHCO3溶液反應，產生二氧化碳來滅火的。那么 Al2(SO4)3和 NaHCO3是怎么反應？ 討論 ： Al3+ 和 HCO3-在水溶液中能大量共存嗎？ 分析 ： Al3+易結合水電離出的 OH-， HCO3-易結合水電離出的 H+，兩者在水溶液中會發(fā)生強烈的雙水解，反應進行得很徹底。 Al3+ 3HCO3- Al(OH)3 +3CO2 (反應前有水參加，反應后又有水生成 ) 講述 ：在我們的生活中，有時也會碰到一些問題或觀察到一些現象，你有沒有想過要去分析它，找出其中的原因呢？比如，有一次我在實驗室配制 FeCl3溶液時，放置一段時間后溶液竟然變渾濁，大家能解釋一下是什么原因？（ FeCl3發(fā)生了水解，生成了 Fe(OH)3,使溶液變渾濁了。） 設疑 ：那么怎么配制 FeCl3溶液？怎么防止它的水解？ （ Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 +3 H+ ,往配制的溶液中加入少量稀鹽酸 ,使平衡向逆進行，可以防止 FeCl3的水解） 思考： 怎么配制 FeCl2溶液？ K2CO3和 NH4Cl 這兩種肥料能混合使用？混合使用的效果好嗎？ 板書 ： 四、水解的應用 水解的應用 實例 原理 1、凈水 明礬凈水 Al3+3H2O Al(OH)3(膠體 )+3H+ 2、去油污 用熱堿水冼油污物品 CO32-+H2O HCO3-+OH- 3、藥品的保存 配制 FeCl3 溶液時常加入少量鹽酸 Fe3+3H2O Fe(OH)3+3H+ 配制 Na2CO3 溶液時常加入少量 NaOH CO32-+H2O HCO3-+OH- 4、制備無水鹽 由 MgCl2 6H2O 制無水 MgCl2 在 HCl 氣流中加熱 若不然，則： MgCl2 6H2O Mg(OH)2+2HCl+4H2O Mg(OH)2 MgO+H2O 5、泡沫滅火器 用 Al2(SO4)3 與 NaHCO3 溶液混合 Al3+3HCO3-=Al(OH)3 +3CO2 6、比較鹽溶液中離子濃度的大小 比較 NH4Cl 溶液中離子濃度的大小 NH4+H2O NH3 H2O+H+ c(Cl-)c(NH4+)c(H+)c(OH)- 1、離子共存： Al3+ 和 HCO3-說明雙水解反應能進行到底。 2、溶液配置： FeCl3的配制 3、化肥的使用 K2CO3和 NH4Cl 等 例： 判斷溶液的 pH 值： 1、強酸弱堿鹽、強堿弱酸鹽等。 2、如何對比 NaX、 NaY、 NaZ 的堿性。已知；酸性 HX HY HZ 3、如何對 比碳酸鈉、碳酸氫鈉的堿性。 4、氯化鋁、偏鋁酸鈉、氯化鐵分別蒸干灼燒后的產物是什么？ 與鹽類水解有關的應用： 1、明礬的凈水作用 2、熱碳酸鈉溶液的洗滌力強 3、制備氫氧化鐵膠體 4、氯化銨溶液中加入鎂粉產生氫氣 5、蒸發(fā)氯化鐵溶液，不能得到純綠化鐵 6、焊接時可用氯化鋅、氯化銨溶液除銹 7、配制氯化鐵溶液時需加少量鹽酸 8、泡沐滅火器的反應原理 9、比較鹽溶液的 PH 值大小 判斷溶液中離子濃度大小 例如：相同物質的量濃度、相同體積的醋酸和氫氧化鈉中和，所得溶液中離子濃度由大到小的順序是： 1、判斷離子是否共存 2、酸式鹽 溶液酸堿性的判斷 某些肥料不宜混合使用。（如：草木灰、碳酸銨、重鈣等） 練習： 第三節(jié) 沉淀溶解平衡 一、學習點撥 1目標要求 （ 1）了解難溶電解質在水中的溶解情況。 （ 2）理解難溶電解質在水中的沉淀溶解平衡特點，正確理解和掌握溶度積 KSP的概念。 （ 3）掌握運用濃度商和平衡常數來分析沉淀的溶解、生成和沉淀的轉化。 （ 4）掌握簡單的利用 KSP的表達式，計算溶液中相關離子的濃度。 2知識要點 （ 1）難溶電解質在水中的沉淀溶解平衡特點，運用溶度積 KSP簡單計算溶液中相關離子的濃度 （ 2）運用濃度商和 平衡常數來分析沉淀的溶解、生成和沉淀的轉化。 3學習方法 難溶電解質在水中也會建立一種動態(tài)平衡，這種動態(tài)平衡和化學平衡、電離平衡一樣合乎平衡的基本特征、滿足平衡的變化基本規(guī)律。難溶電解質溶解程度大小可以用沉淀溶解平衡常數 -溶度積 KSP來進行判斷，因此我們就可以運用溶度積 KSP計算溶液中相關離子的濃度。對難溶電解質的溶解平衡常數的正確的理解，一方面要運用前面的影響化學平衡、電離平衡的因素知識進行牽移和類比以達到強化和內化的目標；另一方面要用溶度積 KSP知識來分析沉淀的溶解、生成和沉淀的轉化。本節(jié)內容的核心 知識點就是溶度積 KSP 二、學習訓練材料 第一課時 知識技能 1 一些電解質如 BaSO4 在水中只能溶解很少、可以說是難以溶解，所以稱為 _。盡管這些電解質 難以溶解于水中，但在水中也會建立一種 _ _。 2 難溶電解質在水中的沉淀溶解平衡和化學平衡、電離平衡一樣，合乎平衡的基本特征、滿足平衡的變化基本規(guī)律，其基本特征為：（ 1）_ _（ 2） _ _ _ （ 3） _ _（ 4） _ _ 3難溶電解質在水中存在沉淀溶解平衡，其平衡常數稱為 _ _，簡稱 _ _。請寫出 PbI2 Cu(OH)2 BaSO4 CaCO3 Al(OH)3 CuS 的沉淀溶解平衡與溶度積 KSP表達式 4溶度積 KSP反映了難溶電解質在水中的 _ _ _， KSP的大小和溶質的溶解度不同，它只與 _ _ 有關，與 _ _ 無關。利用 溶度積 KSP可以判斷 _ _ _、 _ _ _以及 _ _ _ _。 5沉淀的轉化是 _ _ _ _的過程，其實質是 _ _ _ _。 當 Qc 大于 Ksp 時，情況為： _ _ _ _ 當 Qc 等于 Ksp 時，情況為： _ _ _ _ 當 Qc 小于 Ksp 時，情況為： _ _ _ _ 6將 AgNO3 溶液依次加入氯化鈉溶液、溴化鈉溶液、碘化鉀溶液中都會出現不同顏色的沉淀，沉淀的顏色變化是 _ _ _ _ _ _ _。出現這種顏色變化的原因是： _ _ _ 7將足量 BaCO3 分別加入： 30mL 水 10mL 0.2mol/LNa2CO3 溶液 50mL 0.01mol/L 氯化鋇溶液 100mL 0.01mol/L 鹽酸中溶解至溶液飽和。請確定各溶液中 Ba2+的濃度由大到小的順序為： _ 8已知在室溫時， Cu(OH)2 的溶度積 Ksp=2.2 10 20 mol3L 3，求室溫下 Cu(OH)2 飽和溶液中 Cu2+和 OH-的物質的量濃度。 能力方法 1鋁和鎵的性質相似，如 M(OH)3都是難溶的兩性氫氧化物。在自然界鎵常以極少量分散于鋁礦，如 Al2O3中。用 NaOH 溶液處理鋁礦（ Al2O3）時，生成 NaAlO2、 NaGaO2；而后通入適量 CO2，得 Al(OH)3 沉淀，而 NaGaO2 留在溶液中（循環(huán)多次后成為提取鎵的原料）。發(fā)生后一步反應是因為 A、鎵酸酸性強于鋁酸 B、鋁酸酸性強于鎵酸 C、鎵濃度小，所以不沉淀 D、 Al(OH)3 是難溶物 2 己知碳酸鈣和氫氧化鈣在水中存在下列溶解平衡 Ca(OH)2(固 ) Ca2+ 2OH ， CaCO3(固 ) Ca2+ CO32 。在火力發(fā)電廠燃燒煤的廢氣中往往含有 SO2、 O2、 N2， CO2 等，為了除去有害氣體 SO2 變廢為寶，常常見粉末狀的碳酸鈣或熟石灰的懸 濁液洗滌廢氣，反應產物為石膏。 （ 1）寫山上述兩個反應的化學方程式： S02與 CaCO3 懸濁液反應 S02與 Ca(OH)2 懸濁液反應 （ 2）試說明用熟石灰的懸濁液而不用澄清石灰水的理由 3以 BaS 為原料制備 Ba(OH)2 8H2O 的過程是： BaS 與 HCl 反應，所得溶液在 70 90C 時與過量 NaOH 溶液作用，除雜，冷卻后得到 Ba(OH)2 8H2O 晶體。據最新報道，生產效率高、成本低的 Ba(OH)2 8H2O 晶體的新方法是使 BaS 與 CuO 反應 1新方法的反應方程式為： 2該反應反應物 CuO 是不 溶物，為什么該反應還能進行： 3簡述新方法生產效率高、成本低的原因。 4牙齒表面由一層硬的、組成為 Ca5(PO4)3OH 的物質保護著，它在唾液中存在下列平衡： Ca5(PO4)3OH(固 ) 5Ca2+3PO43-+OH- 進食后，細菌和酶作用于食物，產生有機酸，這時牙齒就會受到腐蝕，其原因是 已知 Ca5(PO4)3F（固）的溶解度比上面的礦化產物更小，質地更堅固。主動脈用離子方程式表示，當牙膏中配有氟化物添加劑后能防止齲齒的原因： 根據以上原理，請你提出一種其它促進礦化的方法： 拓展體驗 一定溫度下，難溶電解質在飽和溶液中各離子濃度冪的乘積是 一個常數，這個常數稱為該難溶電解質的溶度積，用符號 Ksp 表示。 即： AmBn(s) mAn+(aq) nBm (aq) An+m Bm n Ksp 已知：某溫度時， Ksp(AgCl)=Ag+Cl 1.8 10 10 Ksp(Ag2CrO4)=Ag+2CrO2- 4 1.1 10 12 試求： （ 1）此溫度下 AgCl 飽和溶液和 Ag2CrO4 飽和溶液的物質的量濃度，并比較兩者的大小。 （ 2）此溫度下，在 0.010mo1 L-1 的 AgNO3 溶液中， AgCl 與 Ag2CrO4 分別能達到的最大物質的量濃度，并比較兩者的大小。 學習小結 參考答案 知識技能 1 難溶電解質 動態(tài)平衡 2可逆過程 沉積和溶解速率相等 各離子濃度不變 改變溫度、濃度等條件平衡移動 3溶度積常數 溶度積 （略） 4溶解能力 溫度 濃度 沉淀的生成 溶解情況 沉淀溶解平衡移動方向 5一種難溶電解質轉化為另一種難溶電解質 沉淀溶解平衡的移動 此時有沉淀析出 直至沉積與 溶解達到平衡 沉積與溶解處于平衡狀態(tài) 若溶液中存在難溶電解質，則難溶電解質會溶解，直至沉積與溶解達到平衡狀態(tài) 6 白淡黃黃色 AgCl AgBr AgI 的 Ksp 逐漸減小，白色 AgCl 沉淀 轉化成難溶的 淡黃 色的 AgBr， 然后 淡黃 色的 AgBr 再轉變成更難溶的 黃色 AgI 沉淀。 7 8 略 能力方法 1 A 2 (1) 2SO2+O2+2CaCO3+4H2O=2(CaSO4 H2O)+2CO2 或 2SO2+O2+2CaCO3+4H2O=2(CaSO4 H2O)+2CO2 2SO2+O2+2Ca(OH)2+2H2O=2(CaSO4 2H2O)或 2SO2+O2+2Ca(OH)2=2CaSO4+2H2O (2) Ca(OH)2 微溶于水 ， 石灰水中 Ca(OH)2 濃度小 ， 不利于吸收 SO2 3（ 1） BaS CuO 9H2O Ba(OH)2 8H2O CuS 也可寫 Ba(OH)2 （ 2） CuS 的溶 度積比 CuO 小得多（更難溶），有利于該反應正向進行。 （ 3） CuS 為難溶物（未反應的 CuO 也不溶），過濾后，將濾液濃縮、冷卻，就可在溶液中析出 Ba(OH)2 8H2O 晶體，故生產效率高； CuS 在空氣中焙燒氧化可得 CuO 與 SO2，故 CuO 可反復使用（ SO2 可用于制硫的化合物），因而成本低。 4 H+OH-=H2O，使平衡向脫礦方向移動 5Ca2+3PO 34 +F-=Ca5（ PO4） 3F 加 Ca2+（或加 PO34 等） 拓展體驗 AgCl(s) Ag (aq) Cl (aq) 1510sp Lm o l103.1108.1)A g C l(K)A g C l(c Ag2CrO4(s) 2Ag (aq) CrO42 (aq) 2x x (2x)2 x=Ksp 153 123 4242 105.64101.14 )()( Lm olC r OAgKC r OAgc sp c(AgCl) c(Ag2CrO4) 在 0.010 mol L-1 AgNO3 溶液中， c(Ag+)=0.010 mol L-1 AgCl(s) Ag (aq) Cl (aq) 溶解平衡時 ： 0.010 x x (0.010 x) x 1.8 10 10 x 很小 ， 0.010 x 0.010 x 1.8 10 8(mol L 1) c(AgCl)= 1.8 10 8(mol L 1) Ag2CrO4(s) 2Ag (aq) CrO24 (aq) 溶解平衡時 ： 0.010 x x (0.010 2x)2 x 1.1 10 12 x 很小 ， 0.010 2x 0.010 x 1.1 10 8(mol L 1) c(Ag2CrO4) 1.1 10-8 (mol L 1) c(AgCl) c(Ag2CrO4) 第四章 電化學基礎 4.1 原電池 一、探究目標 體驗化學能與電能相互轉化的探究過程 二、探究重點 初步認識原電池概念、原理、組成及應用。 三、探究難點 通過對原電池實驗的研究，引導學生從電子 轉移角度理解化學能向電能轉化的本質，以及這種轉化的綜合利用價值。 四、教學過程 【引入】 電能是現代社會中應用最廣泛，使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱電力。例如，日常生活中使用的手提電腦、手機、相機、攝像機這一切都依賴于電池的應用。那么，電池是怎樣把化學能轉變?yōu)殡娔艿哪?？我們這節(jié)課來一起復習一下有關原電池的相關內容。 【板書】 4.1 原電池 一、原電池實驗探究 講：銅片、鋅片、硫酸都是同學們很熟悉的物質，利用這三種物質我們再現了 1799 年意大利物理學家 -伏打留給我們的歷史閃光點！ Zn Cu 【實 驗探究】 (銅鋅原電池 ) 實 驗 步 驟 現 象 1、鋅片插入稀硫酸 2、銅片插入稀硫酸 3、鋅片和銅片上端連接在一起插入稀硫酸 【問題探究】 1、鋅片和銅片分別插入稀硫酸中有什么現象發(fā)生？ 2、鋅片和銅片用導線連接后插入稀硫酸中，現象又怎樣？為什么？ 3、鋅片的質量有無變化？溶液中 c (H+)如何變化？ 4、鋅片和銅片上變化的反應式怎樣書寫？ 5、電子流動的方向如何？ 講：我們發(fā)現檢流計指針偏轉，說明產生了電流，這樣的裝置架起了化學能轉化為電能的橋梁，這就是生 活中提供電能的所有電池的開山鼻祖 -原電池。 【板書】（ 1）原電池概念：學能轉化為電能的裝置叫做原電池。 問：在原電池裝置中只能發(fā)生怎樣的化學變化？ 學生： Zn+2H+=Zn2+H2 講：為什么會產生電流呢？ 答：其實鋅和稀硫酸反應是氧化還原反應，有電子的轉移，但氧化劑和還原劑熱運動相遇發(fā)生有效碰撞電子轉移時，由于分子熱運動無一定的方向，因此電子轉移不會形成電流，而通常以熱能的形式表現出來，激烈的時候還伴隨有光、聲等其他的形式的能量。顯然從理論上講，一個能自發(fā)進行的氧化還原 反應，若能設法使氧化與還原分開進行，讓電子的不規(guī)則轉移變成定向移動，便能形成電流。所以原電池的實質就是將氧化還原的電子轉移變成電子的定向移動形成電流。 （ 2）實質：將一定的氧化還原反應的電子轉移變成電子的定向移動。即將化學能轉化成電能的形式釋放。 問：那么這個過程是怎樣實現的呢？我們來看原電池原理的工作原理。 （ 3）原理：（負氧正還） 問：在鋅銅原電池中哪種物質失電子？哪種物質得到電子？ 學生：活潑金屬鋅失電子，氫離子得到電子 問：導線上有電流產生，即有電子的定向移動，那么電子從鋅流向銅，還是銅流向鋅？ 學生：鋅流向銅 講：當銅上有電子富集時，又是誰得到了電子？ 學生：溶液中的氫離子 講：整個放電過程是：鋅上的電子通過導線流向用電器，從銅流回原電池，形成電流，同時氫離子在正極上得到電子放出氫氣，這就解釋了為什么銅片上產生了氣泡的原因。 講：我們知道電流的方向和電子運動的方向正好相反，所以電流的方向是從銅到鋅，在電學上我們知道電流是從正極流向負極的，所以，鋅銅原電池中，正負極分別是什么？ 學生：負極（ Zn） 正極（ Cu） 實驗：我們用干電池驗證一下我們分析的正負極是否正確！ 講：我們一般 用離子反應方程式表示原電池正負極的工作原理，又叫電極方程式或電極反應。一般先寫負極，所以可表示為： 負極（ Zn）： Zn 2e Zn2 （氧化） 正極（ Cu）： 2H 2e H2（還原） 講：其中負極上發(fā)生的是氧化反應，正極上發(fā)生的是還原反應，即負氧正還。 注意：電極方程式要注明正負極和電極材料 滿足所有守衡 總反應是： Zn+2H+=Zn2+H2 講：原來一個自發(fā)的氧化還原反應通過一定的裝置讓氧化劑和還原劑不規(guī)則的電子 轉移變成電子的定向移動就形成了原電池。 轉折：可以看出一個完整的原電池包括正負兩個電極和電解質溶液，及導線。那么銅鋅原電池中的正負極和硫酸電解質能否換成其他的物質呢？ 學生：當然能，生活中有形形色色的電池。 過渡：也就是構成原電池要具備怎樣的條件？ 二、 原電池的構成條件 1、活潑性不同的兩電極 2、電解質溶液 3、形成閉合回路（導線連接或直接接觸且電極插入電解質溶液 4、自發(fā)的氧化還原反應 (本質條件 ) 思考：鋅銅原電池的正負極可換成哪些物質？保證鋅銅原電池原理不變，正負極可換成哪些物質？（ C、 Fe、 Sn、 Pb、 Ag、 Pt、 Au 等） 問：鋅銅原電池中硫酸能換成硫酸鈉嗎？ 判斷是否構成原電池，是的寫出原電池原理。 （ 1）鎂鋁 /硫酸；鋁碳 /氫氧化鈉；鋅碳 /硝酸銀 ；鐵銅在硫酸中短路；鋅銅 /水；鋅鐵 /乙醇；硅碳 /氫氧化鈉 （ 2） 鋅銅 /硫酸（無導線）；碳碳 /氫氧化鈉 若一個碳棒產生氣體 11.2 升，另一個產生氣體 5.6 升，判斷原電池正負極并求鋅片溶解了多少克？設原硫酸的濃度是 1mol/L，體積為 3L，求此時氫離子濃度。 （ 3）銀圈和鐵圈用細線連在一起懸在水中，滴入硫酸銅，問是否平衡？（銀圈下沉） （ 4） Zn/ZnSO4/Cu/CuSO4鹽橋（充滿用飽和氯化鈉浸泡的瓊脂） （ 5）鐵和銅一起用導線相連插入濃硝酸中 鎂和鋁一起用導線相連插入氫氧化鈉中 思考：如何根據氧化還原反應原理來設計原電池呢？ 請將氧化還原反應 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+設計成電池： 硫 s酸銅 硫酸銅 硫酸銅 硫酸銅 此電池的優(yōu)點：能產生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。 其中 ，用到了鹽橋 什么是鹽橋？ 鹽橋中裝有飽和的 KCl 溶液和瓊脂制成的膠凍，膠凍的作用是防止管中溶液流出。 鹽橋的作用是什么？ 可使由它連接的兩溶液保持電中性，否則鋅鹽溶液會由于鋅溶解成為 Zn2+而帶上正電，銅鹽溶液會由于銅的析出減少了 Cu2+而帶上了負電。 鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉移，使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進行。 導線的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內電路。 三、原電池的工作原理： 正極反應：得到電子 （還原反應） 負極反應：失去電子 （氧化反應） 總反 應：正極反應 +負極反應 想一想：如何書寫復雜反應的電極反應式？ 較繁電極反應式 =總反應式 -簡單電極反應式 例：熔融鹽燃料電池具有高的放電效率，因而受到重視，可用 Li2CO3和 Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質， CO 為負極燃氣，空氣與 CO2的混合氣為正極助燃氣，已制得在 6500C 下工作的燃料電池，試完成有關的電極反應式： 負極反應式為： 2CO+2CO32-4e-=4CO2 正極反應式為： 2CO2+O2+4e-=2CO32- 電池總反應式： 2CO+O2=2CO2 四、 原電池中的幾個判斷 1.正極負極的判斷： 正極：活潑的一極 負極：不活潑的一極 思考：這方法一定正確嗎？ 2.電流方向與電子流向的判斷 電流方向：正負 電子流向：負正 電解質溶液中離子運動方向的判斷 陽離子 :向正極區(qū)移動 陰離子 :向負極區(qū)移動 練習： 下列哪些裝置能構成原電池？ 練習： 第二節(jié) 化學電源 一、化學電池的種類 化學電池：借助于化學能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置?；瘜W電池的主要部分是電解質溶液，和浸在溶液中的正極和負極，使用時將兩極用導線接通，就有電流產生，因而獲得電能。 化學電池放電到一定程度，電能減弱，有的經充電復原又可使用，這樣的電池叫蓄電池，如鉛蓄電池、銀鋅電池等；有的不能充電復原，稱為原電池，如干電池、燃料電池等。 下面介紹化學電池的種類： 1干電池 ： 普通鋅錳干電池的簡稱，在一般手電筒中使用鋅錳干電池，是用鋅皮制成的鋅筒作負極兼做容器 ，中央插一根碳棒作正極，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調成糊狀作電解質溶液；電池頂端用蠟和火漆封口。在石墨周圍填充 ZnCl2、 NH4Cl 和淀粉糊作電解質，還填有 MnO2作去極化劑 吸收正極放出的 H2，防止產生極化現象，即作去極劑 ，淀粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩個電極的遷移速率。 電極反應為：負極 Zn 2 e Zn2+ 正極 2NH4+ 2 e 2NH3 H2 H2 2MnO2 Mn2O3 H2O 正極產生的 NH3又和 ZnCl2作用 ： Zn2+ 4NH3 ZnNH342+ 干電池的總反應式 ： Zn 2NH4Cl 2MnO2 ZnNH32Cl2 Mn2O3 H2O 或 2Zn 4NH4Cl 2MnO2 ZnNH32Cl2 ZnCl2 Mn2O3 H2O 正極生成的氨被電解質溶液吸收，生成的氫氣被二氧化錳氧 化成水。干電池的電壓 15 V 16 V。在使用中鋅皮腐蝕，電壓逐漸下降，不能重新充電復原，因而不宜長時間連續(xù)使用。這種電池的電量小，在放電過程中容易發(fā)生氣漲或漏液。而今體積小，性能好的堿性鋅 錳干電池是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導電性能更好的堿性，負極也由鋅片改為鋅粉，反應面積成倍增加，使放電電流大加幅度提高。堿性干電池的容量和放電時間比普通干電池增加幾倍。 2鉛蓄電池：鉛蓄電池可放電亦可充電，具有雙重功能。它是用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼，用含銻 5% 8%的鉛銻合金鑄成格板，在正極格板上附著一層 PbO2，負極格板上附著海綿狀金屬鉛，兩極均浸在一定濃度的硫酸溶液 密度為 125 128 g / cm3中，且兩極間用微孔橡膠或微孔塑料隔開。放電的電極反應為： 負極： Pb SO42- 2e PbSO4 正極 ： PbO2 4H+ SO42- 2e PbSO4 2H2O 鉛蓄電池的電壓正常情況下保持 20 V，當電壓下降到 185 V 時，即當放電進行到硫酸濃度降低，溶液密度達 118 g / cm3時即停止放電，而需要將 蓄電池進行充電，其電極反應為： 陽極： PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H+ SO42- 陰極： PbSO4 2e Pb SO42- 當密度增加至 128 g / cm3時，應停止充電。這種電池性能良好，價格低廉，缺點是比較笨重。 蓄電池放電和充電的總反應式： PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全、可靠 ，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應用于國防、科研、交通、生產和生活中。 3 銀鋅蓄電池 銀鋅電池是一種高能電池，它質量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉播站等的電源。目前，有一種類似干電池的充電電池，它實際是一種銀鋅蓄電池，電解液為 KOH 溶液。 常見的鈕扣電池也是銀鋅電池，它用不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內靠正極盒一端充由 Ag2O 和少量石墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質溶液為 KOH 濃溶液，溶液兩邊用羧甲基纖維素作隔膜，將電極與電解質溶液隔開。 負極： Zn 2OH 2e ZnOH2 正極： Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 銀鋅電池跟鉛蓄電池一樣，在使用 放電 一段時間后就要充電，充電過程表示如下： 陽極： 2Ag 2OH 2e Ag2O H2O 陰極： ZnOH2 2e Zn 2OH 總反應式： Zn Ag2O H2O ZnOH2 2Ag 一粒鈕扣電池的電壓達 159 V，安裝在電子表里可使用兩年之久。 4燃料電池：燃料電池是使燃料與氧化劑反應直接產生電流的一種原電池，所以燃料電池也是 化學電源。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質全部貯存在電池內，而是在工作時，不斷地從外界輸入，同時把電極反應產物不斷排出電池。因此，燃料電池是名符其實地把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉化為電能的“能量轉換器”。燃料電池的正極和負極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣。電解液可以用堿 如氫氧化鈉或氫氧化鉀等 把兩個電極隔開?；瘜W反應的最終產物和燃燒時的產物相同。燃料電池的特點是能量利用率高，設備輕便，減輕污染，能量轉換 率可放電 充電 放電 充電 達 70%以上。 當前廣泛應用于空間技術的一種典型燃料電池就是氫氧燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細分散的鉑等金屬作催化劑，如鉑電極、活性炭電極等，具有很強的催化活性。電解質溶液一般為40%的 KOH 溶液。 電極反應式為：負極 H2 2H 2H 2OH 2 e 2H2O 正極 2 2H2O 4 e 4OH 電池總 反應式為： 2H2 2 2H2O 另一種燃料電池是用金屬鉑片插入 KOH 溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷 燃料 和氧氣 氧化劑 。電極反應式為： 負極： CH4 10OH 8e CO32- 7H2O； 正極： 4H2O 2O2 8e 8OH。 電池總反應式為： CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 目前已研制成功的鋁 空氣燃料電池，它的優(yōu)點是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。這種電池可代替汽油作為汽車的動力，還能用于收音機、照明電源、野營炊具 、野外作業(yè)工具等。 5 鋰電池 ：鋰電池是金屬鋰作負極，石墨作正極，無機溶劑亞硫酰氯 SO2Cl2在炭極上發(fā)生還原反應。電解液是由四氯鋁化鋰 LiAlCl4溶解于亞硫酰氯中組成。它的總反應是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應，生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。 8Li 3SO2Cl2 6LiCl Li2SO3 2S 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質量的其它金屬作負極相比較，能在較小的體積和質量下能放出較多的電能，放電時電壓十分穩(wěn)定，貯存時間長，能在 2163 3441K 溫度范圍內工作，使用壽命大大延長。 鋰電