魯科版必修二 2.3 化學反應的利用 教案.doc

化學反應的利用教案化學反應有新物質(zhì)生成，人們可以利用化學反應來制備所需要的物質(zhì)。而且一種物質(zhì)可用多種方法制備，實驗室制取物質(zhì)時考慮簡便、快速的原則，工業(yè)生產(chǎn)上考慮經(jīng)濟效益，實驗室和工業(yè)生產(chǎn)上可能采用不同的方法制備同種物質(zhì)?；瘜W家利用化學反應不但可以制造出自然界中存在的物質(zhì)，還可以設計、合成出自然界中不存在但可被人們利用的新物質(zhì)?；瘜W反應伴隨著能量變化，人們可以充分利用化學能。根據(jù)吸熱反應和放熱反應可進行化學能與熱能的轉化，原電池和電解池是化學能與電能轉化的直接應用，化學能和光能之間的轉化也頗具前景?；瘜W反應與人類文明和社會發(fā)展有著十分密切的關系?！局攸c難點】重點：利用化學反應制備物質(zhì)，化學反應伴隨著能量變化以及能量的利用。難點：比較不同物質(zhì)的制備方法，化學能與電能、熱能、光能的轉化?！局R講解】我們已學過了多種多樣的化學反應，為了研究方便，可以從不同角度對它們進行分類：從反應物和生成物的物質(zhì)類別可分為化合反應、分解反應、置換反應和復分解反應；根據(jù)反應進行的程度可分為完全反應和可逆反應；根據(jù)反應中是否有電子得失或偏移分為氧化還原反應和非氧化還原反應；根據(jù)反應中能量的變化分為吸熱反應和放熱反應。面對這些類型不同的繁雜的反應，人們逐漸從盲目的探索反應轉向理性分析反應，并且逐步能科學地創(chuàng)造適宜條件來調(diào)控化學反應，為生產(chǎn)服務，工業(yè)生產(chǎn)中利用化學反應主要有兩個大的方面：一是制備新物質(zhì)，二是利用化學反應伴隨的能量變化為人類提供能源。一、利用化學反應制備新物質(zhì)1、實驗室和工業(yè)生產(chǎn)制取物質(zhì)的異同點【活動探究】cl2的制?。?）cl2的實驗室制法試劑：軟錳礦石（mno2）、濃鹽酸、飽和食鹽水、naoh溶液儀器：燒瓶、分液漏斗、鐵架臺（帶鐵圈、石棉網(wǎng)）、酒精燈、雙孔橡皮塞、導氣管、集氣瓶、洗氣瓶、燒杯等。操作：連接裝置：根據(jù)酒精燈外焰的高度固定鐵圈，放上石棉網(wǎng)，然后固定燒瓶。雙孔橡皮塞分別插入分液漏斗和導氣管，然后連接集氣瓶和燒杯（分別用于收集和尾氣處理）。檢驗裝置氣密性。在燒瓶中放入軟錳礦（或mno2），分液漏斗中注入濃鹽酸，從分液漏斗中向燒瓶中注入濃鹽酸后加熱燒瓶，反應發(fā)生。收集氣體：集氣瓶收集到黃綠色氣體。檢驗氣體：可用濕潤的淀粉ki試紙檢驗cl2。以上是實驗室制取cl2的方法，其原理方程式為： mno24hcl（濃）mncl2cl22h2o該反應中必須用濃鹽酸，稀鹽酸中的cl-很難被氧化，mno2為氧化劑，可以用kmno4、kclo3、naclo等氧化劑代替，反應分別為：2kmno416hcl（濃）2kcl2mncl25cl28h2okclo36hcl（濃）kcl3cl23h2onaclo2hcl（濃）naclcl2h2o（2）cl2的工業(yè)制法實驗室制cl2的這些方法快速、簡便，但藥品成本高。工業(yè)生產(chǎn)中制取大量cl2，講究的是經(jīng)濟性。目前工業(yè)生產(chǎn)中是用價格低廉的nacl為原料制取的，采用的是電解飽和食鹽水法。電解食鹽水的原理可用下圖表示，其中a極為陽極（與電源正極相連的電極），b極為陰極（與電源負極相連的電極）。電極反應分別為：陽極：2cl-2e-cl2，陽極產(chǎn)生的氣體能夠使?jié)駶櫟牡矸踜i試紙變藍。陰極：2h+2e-h2，滴加酚酞后，陰極附近溶液變紅。總反應為：2nacl2h2o2naohh2cl2利用電解食鹽水的方法，可生產(chǎn)出大量cl2，同時得到h2和naoh，故該法也是工業(yè)生產(chǎn)燒堿的方法，若電解熔融的nacl，可生產(chǎn)cl2和na。對比cl2的實驗室制法和工業(yè)制法，可知反應原理都是1價cl被氧化為0價，由于出發(fā)點不同，采用了不同的方法，這是科學家經(jīng)過長時間的探索，確定出來的比較好的方法。2、常見物質(zhì)制備的原理方程式（1）常見氣體的制備h2：znh2so4znso4h2 2h2o2h2o2o2：2kclo32kcl3o22kmno4k2mno4mno2o22h2o22h2oo2n2：nano2nh4clnacln22h2o（實驗室制法）o2、n2的工業(yè)制法都是分離液態(tài)空氣。hcl：2naclh2so4（濃）na2so42hcl h2cl22hclh2s：fesh2so4feso4h2snh3：n23h22nh3so2：na2so3h2so4na2so4so2h2oco2：caco32hclcacl2h2oco2 caco3caoco2ch4：ch3coonanaohna2co3ch4c2h4：ch3ch2ohch2ch2h2oc2h2：cac22h2oca（oh）2c2h2（2）常見金屬的冶煉na：2nacl（熔融）2nacl2mg：mgcl2（熔融）mgcl2al：2al2o3（熔融）4al3o2fe：fe2o33co2fe3co2cu：fecuso4cufeso4（3）常見化合物的制備naoh：2nacl2h2o2naoh h2cl2na2co3：naclnh3h2oco2nahco3nh4cl 2nahco3na2co3h2oco2h2so4：4fes211o22fe2o38so2 2so2o22so3 so3h2oh2so4hno3：4nh35o24no6h2o2noo22no23no2h2o2hno3no3、利用化學反應設計、合成新物質(zhì)隨著科學技術的不斷進步，科學家們已經(jīng)能夠合成出許多自然界里不存在的物質(zhì)，如研制艾滋病病毒蛋白酶抑制劑、抗擊“非典”藥物、治療“禽流感”藥物等?；瘜W科學中最有創(chuàng)造性的工作就是設計和制備新物質(zhì)，為人類造福?，F(xiàn)代理論化學方法和計算機技術的發(fā)展，使分子設計成為現(xiàn)實，就是從需要的性能出發(fā)，設計出具有某種性能的結構，設法合成所需要的產(chǎn)物。尤其是有機化學中分子設計運用的范圍較廣，具有較明顯的成效。二、化學反應為人類提供能源1、化學能與熱能常見的化學反應為吸熱反應和放熱反應兩大類。把放熱反應放出的熱量利用起來，就可以使化學能成為能量的主要來源。石油、煤和天然氣是主要的化石燃料。但由于這些燃料具有不可再生性，且貯量有限，能源危機已成為全球性的問題。如何有效利用能源及開發(fā)新能源，是能源領域研究的重要內(nèi)容之一，其中核能和太陽能是最具潛力的能源。2、化學能與電能（1）化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置：原電池【實驗探究】原電池的工作原理實驗：如下圖所示，將cu片、zn片插入稀h2so4中，然后用導線將cu片、zn片連接，并接入電流表。現(xiàn)象：zn片逐漸溶解，cu片上有氣泡冒出，電流表指針發(fā)生偏轉。分析：zn片溶解，說明zn失電子生成zn2+，cu片上有氣泡產(chǎn)生，是酸中電離出的h+得電子生成h2。電流表指針發(fā)生偏轉，說明形成了電流。也就是說，zn失電子，h+得電子，發(fā)生了電子的得失，整套裝置構成了閉合回路，電子定向移動，形成了電流。結論：以上裝置是通過氧化還原反應將化學能轉變成了電能，該裝置就是原電池。由以上可知，原電池的構成要素為：兩個電極（其中失電子的電極為負極，得電子的電極為正極）、電解質(zhì)溶液和導線 （構成閉合回路）。上述原電池發(fā)生的電極反應為：負極：zn2e-=zn2+正極：2h+2e-h2總反應為：zn2h+zn2+h2根據(jù)原電池的工作原理和構成要素，科學家們制成了多種電池。有普通的鋅錳干電池、蓄電池、燃料電池等。其中蓄電池有鉛蓄電池、鋰電池、鎳氫電池等，可以放電和充電，應用較廣。燃料電池是目前效果較好的電池，常見的有氫氧燃料電池、甲烷氧燃料電池等，它們具有能量轉換效率高、能長時間提供電能等優(yōu)點而應用于航天和軍事領域，如“神舟六號”飛船中就用的是燃料電池。（2）電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置：電解池利用電池放出的能量可進行電解質(zhì)的電解，生成所需要的物質(zhì)。如工業(yè)生產(chǎn)中是用電解飽和食鹽水的方法生產(chǎn)h2、cl2、naoh。利用電解的方法，可把一些不能自發(fā)進行的反應，通過通電的方式，讓反應能夠發(fā)生。3、化學能與光能、轉化可燃物燃燒時除放出能量外，往往伴隨著發(fā)光現(xiàn)象，這就是化學能轉變?yōu)闊崮芎凸饽?。植物的光合作用是光能轉變?yōu)榛瘜W能的典型例子?；瘜W能與光能的轉化應用目前還處于初級階段，還沒有化學能與熱能、電能轉化應用的廣泛。但化學能與光能的轉化具有廣闊的發(fā)展前景。如果能夠把太陽能的光能充分利用起來，能源危機問題就可迎刃而解?；瘜W反應與人類文明和社會發(fā)展有著十分密切的關系。人們利用化學反應，制造出了豐富多彩的物質(zhì)，提供了人們賴以生存的能量。同時在運用化學反應的過程中，摸索出了更多的化學反應規(guī)律，使化學知識更加系統(tǒng)化，有助于指導人們更加科學地設計、合成未知物。【例題分析】例1、實驗室是用二氧化錳與濃鹽酸反應制備干燥純凈的氯氣。下圖是一個學生設計的實驗裝置圖，試指出錯誤并改正。解析：本題是一道關于實驗室用二氧化錳與濃鹽酸共熱制取干燥純凈的氯氣，再處理尾氣的綜合題。解題的關鍵是要弄清二氧化錳與濃鹽酸共熱時，除了產(chǎn)生氯氣外，還會有一些氯化氫、水蒸氣與氯氣一同出來。根據(jù)本題實驗裝置，水蒸氣可以用濃硫酸吸收，且干燥裝置應在收集氯氣的前一步；氯化氫極易溶于水，可以用水來吸收，吸收裝置應放在干燥裝置之前； 多余的氯氣用氫氧化鈉溶液吸收，一般不用氫氧化鈣溶液吸收，因為氫氧化鈣在水中的溶解度很小，可能導致氯氣吸收不全。仔細觀察裝置圖還會發(fā)現(xiàn)，盛濃硫酸和水的兩個廣口瓶中的導氣管所伸的位置也有錯誤，應該是廣口瓶中的進氣管要伸到瓶底附近，出氣管伸到剛露出膠塞一點即可。答案：本題中錯誤有以下幾點：盛裝濃硫酸和水的兩個廣口瓶中的導氣管的位置放錯，應使廣口瓶中進氣管伸到瓶底附近，出氣管伸到出膠塞一點。濃硫酸和水的位置放錯，應是水放在濃硫酸之前。一般不用ca（oh）2溶液吸收氯氣，應改用naoh溶液吸收多余氯氣。例2、請用下圖所示儀器裝置設計一個包括：電解飽和食鹽水并測定電解時產(chǎn)生的氫氣的體積和檢驗氯氣的氧化性的實驗裝置。 （1）所選儀器連接時，各接口的順序是（填各接口的代號字母）：a接、接；b接、接。 （2）實驗時，裝置中的石墨電極接電源的極，所發(fā)生的反應式為；鐵電極接電源的極，所發(fā)生的反應式為；此電解總反應方程式為。 （3）實驗測得產(chǎn)生的氫氣體積（已折算成標準狀況）為560ml，電解后溶液的體積恰好為500ml，則溶液的ph值為。 解析：根據(jù)電解飽和食鹽水陽極所發(fā)生的反應式：2cl-2ecl2，為防止電極被腐蝕，實驗中一般選用石墨作陽極。陰極發(fā)生的是水電離出的h+離子被還原，2h+2eh2，從而破壞水的電離平衡，在陰極區(qū)域里形成氫氧化鈉，顯堿性，陰極通常使用鐵電極。電解的總反應方程式為： 2nacl2h2o2naohh2cl2 原題u型管反應器中的兩個電極未限定哪個是陽極或陰極，可任意選用。而反應器兩邊連接哪些儀器及其連接順序，取決于a、b兩端分別為哪種電極、電極產(chǎn)物和實驗要求。 設a端電極為鐵質(zhì)陰極，b端電極為為石墨正極，則反應器兩邊所選用的各儀器接口連接順序為a接貯氣瓶的gf，把水擠入量筒中的h導管，用量筒測量出排出的水量，以測定h2產(chǎn)生的體積。b接洗氣瓶的de，生成的cl2在洗氣瓶里氧化淀粉ki溶液，以證明其氧化性，多余的cl2通入燒杯里的c導管，借助氫氧化鈉溶液吸收cl2，防止污染大氣。 已知電解產(chǎn)生h2560ml，相當于2naoh2h2o2naohh2cl2 2mol1mol x 000025mol x2000025mol00005moloh-poh2 ph14212 答案：（1）a接g、f接h；b接e、d接c （2）正極，2cl-2ecl2； 負極：2h+2eh2， 2nacl2h2o2naohh2cl2 （3）ph12【達標練習】1、按下列實驗方法制備氣體，合理又實用的是（ ）a、鋅粒與稀硝酸反應制備氫氣b、向飽和氯化鈉溶液中滴加濃硫酸制備hclc、亞硫酸鈉與濃硫酸反應制備so2d、大理石與濃硫酸反應制備co22、下列反應中，調(diào)節(jié)反應物用量或濃度不會改變反應產(chǎn)物的是（ ）a、乙烯在氧氣中燃燒b、鐵在硫蒸氣中燃燒c、銅加入硝酸中d、溴化亞鐵溶液中通入氯氣3、使用化學手段，可以消除某些環(huán)境污染，下列主要依靠化學手段消除環(huán)境無污染的是（ ）a、在燃燒煤中添加氧化鈣b、將某些廢舊塑料熔化后重新成型c、用多孔吸附劑清除水面油污d、把放射性核廢料深埋于地下巖層4、某制藥廠尾氣中含少量so2氣體，一般用naoh溶液或氨水吸收，以防污染環(huán)境，分別為01moll-1的naoh溶液或同濃度的氨水處理相同量的尾氣，兩種方法所需吸收液的體積關系是（ ）a、naoh溶液的體積大于氨水b、naoh溶液的體積等于氨水c、naoh溶液的體積小于氨水d、無法判斷5、氮氣與其他單質(zhì)化合一般需高溫，有時還需高壓等條件，但金屬鋰在常溫、常壓下就能與氮氣化合生成氮化鋰，這是因為（ ）此反應可能是吸熱反應；此反應可能是放熱反應；此反應可能是氮分子不必先分解為原子；此反應前可能氮分子先分解成原子。a、b、c、d、6、石灰石是許多工業(yè)的原料，但制取下列物質(zhì)不需用石灰石的是（ ）a、制漂白粉b、制水泥c、制玻璃d、制燒堿7、在一定條件下co和ch4燃燒的熱化學方程式分別如下：co（氣）o2（氣）2co2（氣）； h566kjmol-1ch4（氣）2o2（氣）co2（氣）2h2o（液）； h890kjmol-1由1molco和3molch4組成的混合氣體，在該條件下完全燃燒時釋放的熱量為（ ）a、2953kjb、3236kjc、3867kjd、2912kj8、下列物質(zhì)加入水中顯著放熱的是（ ）a、固體naohb、熟石灰c、無水乙醇d、固體nh4no39、1993年的世界10大科技新聞稱，中國學者徐志傅和美國科學家穆爾共同合成了世界上最大的碳氫分子，其中一個分子由1134個碳原子和1146個氫原子構成。關于此物質(zhì)，下列說法錯誤的是（ ） a、屬于烴類化合物b、具有類似金剛石的硬度c、在常溫下呈固狀 d、能在空氣中燃燒10、根據(jù)金屬活動性順序