鲁科版高中化学选修4第二章同步导学案含答案全套

第 1 章 化学反应与能量转化第 1 节 化学反应的热效应第 1 课时 化学反应的反应热【课前学案导学】精准定位学习目标导航1.了解化学反应中的能量转化的原因，知道化学能与热能的转化是化学反应中能量转化的主要形式。2.理解反应热、焓变的含义及其表示方法。3.了解焓变与反应吸热或放热的关系。4.掌握热化学方程式的书写和意义。自主梳理基础知识导航一、化学反应的反应热1.反应热是指_称为该反应在此温度下的热效应。通常用_表示。反应吸热时，表示为_；反应放热时，则表示为_。2.反应热通常用_来测量，其计算公式 Q= C(T1 T2)中，C 表示_，T 1.T2分别表示反应_。二、中和热1._叫做中和热。理解要点：条件：稀溶液，稀溶液是指溶于大量水的离子。反应物：（强）酸与（强）碱。中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。生成 1mol 水，中和反应的实质是 H+和 OH化合生成 H2O，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热内。放出的热量：57.3kJ/mol2.中和热的表示：_3.各取 1.0 molL-1的盐酸 100mL,并分别加入 100mL1.0molL-1的 NaOH 溶液、KOH 溶液，测得的反应热_(填“相同”或“不同”)，原因是_。在实际操作中往往让酸或碱略过量，这样做的目的是_。问题思考 1 ？常见的放热反应和吸热反应有哪些类型？问题思考 2：浓硫酸与氢氧化钠反应生生 1molH2O 放出的热量是 57.3kJ 吗？ 自主梳理参考答案一、1、在一定的温度下反应所释放或吸收的热量 Q Q0 Q0 反应放热Q0 H0,反应吸收热量Q0，反应吸收热量H0 （4）式13.2 13.2 【变式训练 2】答案：D解析：焓变是从能量角度描述化学反应的变化的，并没有限定反应物的物质的量；就如同从物质变化角度描述化学反应没有限定物质的多少一样；反应热是生成物的总焓与反应物的总焓的差，所以放热焓减少，H0。对于很多的放热反应往往是需要加热的，但反应一旦开始就不需要再加热了。【变式训练 3】答案：C解析：H=E（反应物的键能总和）E（生成物的键能总和）=436 kJ/mol+243 kJ/mol2431 kJ/mol= 183 kJ/mol备选例题1. 在相同条件下，一定量的氢气在氧气中充分燃烧并放出热量。若生成液态水放出的热量为 Q1；若生成气态水放出的热量为 Q2。那么 Q1与 Q2之间的大小关系是（ ）A.Q1Q 2 B.Q1Q 2 C.Q1Q 2 D.不能确定答案：A解析：由于完全燃烧的氢气是在相同条件下的定值，且燃烧后都生成水，若都是生成气态水，则Q1Q 2。但氢气燃烧分别生成液态水和气态水，由气态水转化为液态水还要放出热量，故 Q1Q 22已知葡萄糖的燃烧热是 2804kJ/mol，当它氧化生成 1g 水时放出的热量是 （ ）A260kJ B51.9 kJ C155.8 kJ D467.3kJ答案：A解析：在 101kPa 时 C6H12O6(s)+6O2(g)6CO 2(g)+6H2O(l) ； H=-2804kJ/mol618 28041 x=2804/108=26.0 3平衡(A)C 2H4(g) C2H2(g)+H2(g),(B)2CH4(g) C2H4(g)+2H2(g),当升高温度时（A）和（B）平衡皆向右移动。(1)C(s)+2H2(g)=CH4(g) H 1;(2)2C(s)+H2(g)=C2H2(g) H 2;(3)2C(s)+2H2(g)=C2H4(g) H 3;判断（1）、（2）和（3）中 H 1.H 2.H 3的大小顺序排列正确的是（ ）A.H 1H 2H 3 B.H 2H 3H 1C.H 2H 1H 3 D.H 3H 2H 1答案：B解析：(1)2-(3)得 C2H4(g)+2H2(g) 2CH4(g) H=2H 1-H 3,(3)-(2)得 C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) H=H 3-H 2，由升温时平衡均向右移动知 2H 1-H 30,H 3-H 20,故 H 1H 3H 2常用教学素材研究反应热的意义化学反应常常伴随着吸热或放热现象，从热力学第一定律的观点也不难理解，因为不同物质有着不同的内能，反映产的总内能通常与反应物的总内能是不同的，所以发生一反应，总是伴随着能量变化，这种能量变化以热的形式与外界交换就是反应的热效应。我们知道不同反应，反应热量是不同的。同一个化学反应究竟能放出多少热量跟条件有关，不同的温度不同的条件热效应的值都不一样。为了把各种化学反应所放出或吸收的热量进行比较，计算和应用，需要规定一个相同的条件，所以热力学规定：当体系发生变化之后，使反应产物的温度回到反应前始态的温度，体系放出或吸收的热量称为该反应的热效应，也就是说反应在等温过程中放出或吸收的热量。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一。化学反应一般是以热和功的形式跟外界环境进行能量交换，但大多是以热的形式进行能量交换。因此，研究化学反应中的能量变化，主要集中在热量问题上。化学反应中的热量问题，对于化工生产有重要的意义。例如，合成氨反应是放热的。如果不设法将这些热量移走，反应器内的温度就会过高。这样，不仅会烧毁催化剂，使产量降低，还可能发生爆炸事故。在制造原料气的水煤气反应中，是要吸收大量热的。如果不及时供应所需要的热量，反应就不能顺利进行，甚至停止。因此，在进行化工设计时，为了保证生产的正常进行，就必须事先获得准确的反应热的数据，作为制造热交换设备和规定工艺操作条件的依据。在化工生产中，热能的综合利用问题，不但直接关系到产品成本的高低，而且影响产率的大小。化工设备中的热交换器、余热锅炉、热风炉等的设计和使用，都是为了综合利用热能，以便提高产品产率，降低成本。综上所述，研究反应热，对于化工生产适宜条件的选择和设备的设计、使用，对于热能的综合利用，都有很大意义。因此，以研究反应热为主要内容之一的化学热力学，是化学科学的一门重要分支。第 1 节 化学反应的热效应第 3 课时 反应焓变的计算 盖斯定律【课前学案导学】 精准定位学习目标导航1.理解盖斯定律的含义。2.能运用盖斯定律计算化学反应中的焓变。3.通过盖斯定律的应用，体会其在科学研究中的意义。自主梳理基础知识导航一、盖斯定律1.内容无论化学反应是一步完成还或是_完成，其反应热是_。或者说，化学反应的反应热只与体系的_和_有关，而与反应的_无关。2.在科学研究中的意义有些反应进行的很慢，有些反应不容易直接发生，有些反应的产品不纯（有副反应发生），这给测定反应热造成了困难。此时如果应用盖斯定律，就可以_。3.盖斯定律的应用利用盖斯定律可以二、反应热的计算反应热计算的主要依据是_的数据。问题思考 ？为什么化学反应中的焓变与化学反应过程无关？【课堂探究导学】 合作探究-名师保驾护航探究一：计算焓变的常见方法1.根据热化学方程式计算其计算方法与根据一般方程式计算相似，可以把 H 看成方程式内的一项进行处理，反应的焓变与参加的各物质的物质的量成正比。2.根据盖斯定律进行计算计算步骤是：（1）确定待求的反应方程式（2）找出待求方程式中各物质出现在已知方程式的什么位置（3）根据未知方程式中各物质的化学计量数和位置的需要对已知方程式进行处理，或调整化学计量数，或调整反应方向（4）叠加并检验上述分析的正确与否。特别提醒运用盖斯定律求反应焓变，必要时可先根据题意虚拟转化过程，然后再根据盖斯定律列式求解，同时注意正、逆反应的焓变数值相等，符号相反。探究二：反应热大小的比较方法依据 比较方法 实例反应物 的本质等物质的量的不同物质与同一种物质反应时，性质不同其反应热不同如等物质的量的不同金属或非金属与同一物质反应，金属、非金属越活泼反应越容易发生，放出的热量就越多，H 越小 反应进行的程度对于多步反应的放热反应，反应越完全，则放热越多。对于可逆反应，若正反应是放热反应，反应程度越大，反应放出的热量越多，H 越小；反之亦然。（1）碳完全燃烧生成 CO2放出的热量比不完全燃烧放出生成的 CO 放出的热量多（2）对于合成氨的反应，当 N2转化 60%时比转化 50%放出的热量多，H 小自主梳理参考答案一、1、几步 相等的 始态 终态 过程2、间接地把反应热计算出来3、计算某些不能直接测定出来的反应热二、热化学方程式、盖斯定律和燃烧热问题思考参考答案 化学反应遵循质量守恒和能量守恒。在指定的状态下，各种物质的焓值都是确定且唯一的，因此反应不论是一步完成，还是分几步完成，最初的反应物和最终的产物都是一样的。反应物和产物的焓的差值都是一样的。反应规律和影响 H 大小的因素（1）吸热反应的 H 肯定比放热反应的大（2）2molH2 完全燃烧放出的热量肯定比 1molH2 完全燃烧放出的热量多（3）等量的碳完全燃烧生成 CO2放出的热量肯定比不完全燃烧生成的 CO 放出的热量多（4）生成同一种液态产物比气态产物放出的热量多盖斯定律 依据盖斯定律，对热化学方程式进行相加减，即得 H 相加减的计算式，依据相加减得到的化学反应的特点判断相加减的 H 计算式与零的关系，即判断 H 的大小特别提醒H 的符号、数值和单位属于一个整体，不能随意分割，在比较两个热化学方程式中的 H 的大小时，比的是其代数和，要带正、负号进行比较；在比较两个反应热效应的大小时，应取 H 的绝对值进行比较。典例剖析-名师释疑助航【例 1】试利用 298K 时下述反应的实验数据，计算此温度下C（s，石墨）+ O2（g）=CO（g）的反应焓变。12C（s，石墨）+ O 2（g）= CO 2（g） H1 = 393.5kJmol1CO （g） + O2（g）= CO 2（g） H2 = 283.0kJmol112答：298KC（s，石墨）+ O2（g）=CO（g）的 H 为110.5kJmol 1。12解题思路设此反应分两步进行：第一步：C（s，石墨）+ O 2（g）= CO 2（g） H1 = 393.5kJmol1第二步：CO 2（g）= CO （g） + O2（g） H2 = H2 = 283.0kJmol112将上述两步反应相加得总反应为：C（s，石墨）+ O2（g）=CO（g） H3 = ？12根据盖斯定律， H3 = H1 + H2 =393.5kJmol1 + 283.0kJmol1=110.5kJmol1【变式训练 1】下列各组热化学方程式中，化学反应的 H 前者大于后者的是 （ ） C(s)+O2(g)=CO2(g) ；H 1 C(s)+ O2(g)=CO(g) ；H 2 1 S(s)+O2(g)=SO2(g) ；H 3 S(g)+ O2(g)=SO2(g) ；H 4 H2(g)+ O2(g)=H2O(l) ；H 5 2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) ；H 6 1 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(s)；H 7 CaO(s)+ H2O(l)= Ca(OH)2(s) ；H 8 A B C D【例 2】已知 1 g 氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量 121 kJ，且氧气中 1 mol O= O 键完全断裂时吸收热量 496 kJ，水蒸气中 1 mol HO 键形成时放出热量 463 kJ，则氢气中 1 mol HH 键断裂时吸收热量为A920 kJ B557 kJ C436 kJ D188kJ答案C解析1 g 氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量 121 kJ ,转换成热化学方程式为：H2(g)+ O2(g)= H2O(g) H= 121 kJmol -1进一步变换为： 141H2(g)+ O2(g)= H2O(g) H= 242 kJmol -1氢气中 1 mol HH 键断裂时吸收热量为 xH=E（反应物的键能总和）E（生成物的键能总和）=（x+ ）2463= 242 ，x= +4362496【变式训练 2】在氢气与氯气反应生成氯化氢气体的反应中，若断裂 1mol H - H 键要吸收 436KJ的能量，断裂 1mol Cl- Cl 键要吸收 243KJ 的能量，断裂 1molHCl 键要吸收 432KJ 的能量，则在氯气中充分燃烧 1mol H2 的能量变化是 。【例 3】已知 H2(g)、C 2H4(g)和 C2H5OH(1)的燃烧热分别是-285.8 kJmol -1、-1411.0 kJmol -1和-1366.8 kJ mol-1，则由 C2H4(g)和 H2O(l)反应生成 C2H5OH(l)的 H 为 （ ）A-44.2 kJmol -1 B+44.2 kJmol -1 C-330 kJmol -1 D+330 kJmol -1答案A解析根据题意得出 C2H4(g)的燃烧热方程式：C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) H=-1411.0 kJmol -1 -（1）式C2H5OH(1)的燃烧热方程式：C2H5OH(1) +3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) H= -1366.8 kJ mol -1-（2）式（2）式变换为：2CO 2(g)+3H2O(l) = C2H5OH(1) +3O2(g) H= +1366.8 kJ mol -1 -（3）式（1）式和（3）式叠加，得到：C2H4(g)+H2O(l)C 2H5OH(l) H= -1411.0 kJmol-1 +1366.8 kJ mol-1 = -44.2 kJmol-1【变式训练 3】下列关于热化学反应的描述中正确的是AHCl 和 NaOH 反应的中和热 H57.3 kJmol1 ，则 H2SO4和 Ca(OH)2反应的中和热 H2(57.3)kJmol 1BCO(g)的燃烧热是 283.0 kJmol1 ，则 2CO2(g) 2CO(g)O 2(g)反应的 H2283.0 kJmol1C需要加热才能发生的反应一定是吸热反应D1 mol 甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷燃烧热变式训练解析及答案【变式训练 1】答案：C解析：碳的燃烧反应是放热反应，H0；氧化钙溶于水是放热反应，HABC解析：甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中 A 不断溶解，则 A 为负极、B 为正极，活泼性 AB；乙中 C 极增重，即析出 Cu，则 B 为负极，活泼性 BC；丙中 A 上有气体即 H2 产生，则 A 为正极，活泼性 DA，随着 H的消耗，pH 变大。常用教学素材世界第一艘燃料电池潜艇 U-312003 年 4 月 7 日，德国基尔港升起了一颗世界级的明星。它是一艘奇特的潜艇，名字叫 U31。国际主要媒体都往它这儿聚焦，庆贺世界第一艘燃料电池潜艇下水及首次试航。全德国的人都为U31 自豪，因为它闯开了常规潜艇的一条发展新路，成为世界潜艇发展史上的一个新里程碑；到2004 年春服役后，它就是“世界范围内最先进的常规动力潜艇”。 传统的柴-电动力潜艇在水下潜航 23 天，就会耗尽电池能量，必须浮上水面给蓄电池充电。显然，这增加了潜艇暴露的危险性。而 U31 就没有这种烦恼，因为它在水下就能自行充电，取得了“不依赖空气”的技术突破。突破出在动力舱。它采用性能优越的混合动力系统，即燃料电池动力系统和柴-电动力系统混合使用。但奇迹主要出在燃料电池动力系统。这个系统由 9 组聚四氟乙烯燃料电池、14 吨液氧贮存柜和 1.7吨气态氢贮存柜等 3 部分组成。它的燃料电池尺寸小，无腐蚀，功率密度大，使用寿命长。热交换器、排出泵、冷却水泵、催化剂罐、燃料电池电子设备、斩波器和逆变器等是燃料电池的主要部分。它不用空气，而是将氢燃料和氧化物放到特殊燃烧室内进行电化学反应，直接转换成电能，输出的直流电直接驱动电动机，电动机带动桨轴，推进潜艇航行。每组燃料电池的输出功率为 34 千瓦，9 组总功率 306 千瓦。用燃料电池提供的动力驱动，U31 可在水下连续潜行 3 周。第三节 化学能转化为电能电池第 2 课时 金属的腐蚀与防护【课前学案导学】 精准定位学习目标导航1.了解金属腐蚀的原因，能辨别金属发生腐蚀的类型。2.理解金属电化学腐蚀的原理及类型。3.掌握金属防护的方法及金属的电化学防护的原理。装置现象 二价金属 A不断溶解 C 的质量增加 A 上有气体产生自主梳理基础知识导航一、金属的腐蚀1.金属腐蚀是指_。2化学腐蚀与电化学腐蚀的比较金属腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀条件有无电流3钢铁的腐蚀：_腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。（1）析氢腐蚀(酸性环境)负极：_；正极：_(2)吸氧腐蚀负极：_；正极：_二、金属的防护方法（1）在金属表面覆盖_,如_。（2）牺牲阳极保护法：即将_的金属作为保护极，与被保护金属相连构成_,_的金属将作为负极发生_反应而消耗，被保护金属作为正极就可以避免腐蚀。（3）阴极电保护法：即将被保护金属与外加直流电源的_极相连让其成为阴极，而将外加直流电源的_极接到一些废铁上，使废铁成为阳极。【课堂探究导学】 合作探究-名师保驾护航探究一：钢铁的电化学腐蚀的比较析氢腐蚀 吸氧腐蚀相同点 被腐蚀金属为原电池的负极，其原子失去电子边长=变成金属问题思考 1 ？金属腐蚀的本质是什么？自主梳理参考答案一、1、金属表面与周围的物质发生氧化还原反应或因电化学作用而遭到破2、金属跟氧化剂直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 无电流产生 有微弱电流产生3、吸氧（1）FeFe 2+2e 2H+2eH 2（2）FeFe 2+2e O2+2H2O+2e4OH 二、（1）保护层 喷漆、涂油、电镀（2）被保护 电解池 废旧 氧化（3）负 正问题思考参考答案 问题思考 1：金属失去电子被氧化的过程 腐蚀的本质 阳离子，腐蚀氧化反应电极反应式 负极：FeFe 2+2e条件 酸性较强 弱酸性、中性或碱性电解质溶液 溶有CO2.SO2等的说溶液溶有 O2的水溶液氧化剂 H+ O2电极反应式 正极：2H+2eH 2正极：O 2+2H2O+2e4OH 不同点产物 H2 Fe（OH）2普遍性 吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍特别提醒金属的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，按照金属活动性顺序，“H”前金属既可以腐蚀吸氧腐蚀，“H”后金属只能发生吸氧腐蚀。探究二：判断金属腐蚀快慢的规律不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关： 与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，电动势越大（活动性相差越大），氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。 与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非金属溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般说来可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐蚀措施的腐蚀特别提醒比较金属腐蚀的快慢时，要从以下几个方面分析：（1）首先分析金属的活动性；（2）分析是电化学腐蚀还是化学腐蚀；（3）分析金属的环境，即电解质溶液；（4）分析是否构成原电池或电解池。典例剖析-名师释疑助航例 1.下列变化中属于原电池反应的是( ) A.白铁(镀 Zn 铁)表面有划损时，也能阻止铁被氧化B.在空气中金属铝表面迅速被氧化形成保护膜C.红热的铁丝与水接触表面形成蓝色保护层D.在铁与稀 反应时，加几滴 溶液，可加快 的产生42SOH4CuSO2H答案AD解析空气中金属铝表面迅速被氧化形成保护膜，是金属铝与氧气发生反应生成氧化物的原因，B 错；红热的铁丝与水反应生成致密四氧化三铁，在电焊里有一道工序叫“烤蓝”，就是为了产生这样一层保护膜防止铁器生锈，C 错。【变式训练 1】为了防止轮船的船体的腐蚀，应该在船壳下水线位置嵌入一定数量的（ ）A.铜片 B.锌片 C.碳棒 D.银片【例 2】铁棒与石墨棒用导线连接后浸入 0.01molL-1的食盐溶液中，可能出现的现象是（ ）A. 铁棒附近产生 OH- B. 铁棒逐渐被腐蚀 C. 石墨棒上放出 Cl2 D. 石墨棒上放出 O2答案B解析这是钢铁的吸氧腐蚀。铁棒做负极，电极反应为 Fe2e=Fe2+，碳棒做正极，电极反应为 2H2O+O2+4e=4OH。【变式训练 2】铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如下图所示，下列有关说法错误的是( )A.正极电极反应式为： 22HeB.此过程中还涉及到反应： 3244OHFeOFC.此过程中 Cu 并不被腐蚀D.此过程中电子从 Fe 移向 Cu【例 3】金属的防腐常用方法有 A覆盖油漆 B覆盖塑料 C电镀金属 D电化学保护法 E制成不锈钢请为以下钢铁制品选择一种适当的防止生锈的方法(填写序号)：(1) 邮筒_ _ _ (2) 手术刀_ _ (3) 海水中的钢闸门_ (4) 电线_ _ (5) 自行车的钢圈_。答案（1）A （2）E （3）D （4）B （5）C解析本题考查的是金属的防护方法。变式训练解析及答案【变式训练 1】答案：B解析：这是利用原电池原理来防止轮船的船体的腐蚀，应该在船壳下水线位置嵌入金属活泼性比铁活泼的金属才能保护船体。【变式训练 2】答案：A解析：正极电极反应式为： ，A 错。24OHeO备选例题1. 埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，被腐蚀过程速率最慢的是( )A在含铁元素较多的酸性土壤中 B在潮湿疏松的碱性土壤中C在干燥致密不透气的土壤中 D在含碳粒较多，潮湿透气的中性土壤中【答案】C【解析】在含铁元素较多的酸性土壤中，发生析氢腐蚀，A 错；在潮湿疏松的碱性土壤中或在含碳粒较多，潮湿透气的中性土壤中，发生吸氧腐蚀，B、D 错。2下列叙述中，正确的是A在船舶的外壳装上铜块可防止其发生电化学腐蚀BMnO 2.FeCl3和 CuSO4都可加快 H2O2的分解速率CFeCl 3溶液和 Fe2(SO4)3溶液加热蒸干、灼烧都得到 Fe2O3D用惰性电极分别电解 CuCl2溶液和 MgCl2溶液分别得到单质 Cu 和 Mg【答案】B【解析】在船舶的外壳装上铜块，加快了铁的腐蚀，A 错；MnO 2.FeCl3和 CuSO4都可以做 H2O2的分解的催化剂，B 正确；Fe 2(SO4)3溶液加热蒸干、灼烧得到 Fe2(SO4)3，C 错；用惰性电极电解 MgCl2溶液，得不到 Mg 单质，D 错。3（1）金属腐蚀一般可分为电化学腐蚀和 腐蚀。（2）炒过菜的铁锅未及时洗净容易发生腐蚀。若铁锅内残液呈弱酸性，则腐蚀属于 （填“吸氧”或“析氢”，下同）腐蚀；若残液中主要含有 NaCl，腐蚀应属于 腐蚀。吸氧腐蚀中，负极的电极反应式为 。铁锈的主要成分为 。答案：（1）化学 （2）析氢 吸氧 Fe 2e- Fe2+ Fe2O3xH2O 解析：本题考查的是金属的的析氢腐蚀和吸氧腐蚀。析氢腐蚀的条件是酸性较强的环境，吸氧腐蚀的条件是弱酸性、中性或是碱性。常用教学素材铝的冶炼史传说拿破仑三世的刀叉具是用铝制造的。筵席上，他为多数客人提供金餐具，而只让少数客人使用铝餐具，是为了让用铝餐具的客人留下更深刻印象。1885 年，在美国首都华盛顿特区落成的华盛顿纪念碑上的顶帽也是用金属铝制造的。因为在19 世纪，铝是一种珍贵的金属。人们最初得到的铝粒如同珍宝，它的价格同黄金相当。因为从铝矿石中把铝提炼出来，是极其困难的。1825 年，丹麦的奥斯特分离出少量的纯铝。1827 年，德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。但是钾太昂贵了，所以不允许大规模地生产。又过了 27 年，法国化学家德维尔用金属钠与无水氯化铝一起加热而获得闪耀金属光泽的小铝球。改用金属钠虽然极大地降低了铝的生产费用，但显然没有达到能使人们普遍应用铝的程度。1884 年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做查尔斯马丁霍尔的青年学生。当时他只有二十一岁。一次，他听一位教授（这位教授正是维勒的学生）说：“不管谁能发明一种低成本的炼铝法，都会出人头地。”这使霍尔意识到只有探索廉价的炼铝方法，才能使铝被普遍应用。霍尔决定在自己家里的柴房中办一个家庭实验室。他打算应用戴维早期的一项发明：把电流通到熔融的金属盐中，可以使金属的离子在阴极上沉积下来，从而使金属离子分离出来。因为氧化铝的熔点很高(2050)，他必须物色一种能够溶解氧化铝而又能降低其熔点的材料，偶然发现了冰晶石(Na3AlF6)。冰晶石一氧化铝熔盐的熔点仅在 9301000之间，冰晶石在电解温度下不被分解，并有足够的流动性。这样就有利于电解的进行。霍尔采用瓷坩埚，碳棒（阳极）和自制电池，对氧化铝，即精制的氧化铝矿进行电解。把氧化铝溶在 10%15%的熔融的冰晶石里，再通以电流，结果观察到有气泡出现，然而却没有金属铝析出。他推测，电流使坩埚中的二氧化硅分解了，因此游离出硅。于是他对电池进行改装，用碳作坩埚衬里，又将碳作为阴极，从而解决了这一难题。1886 年2 月的一天，他终于看到小球状的铝聚集在阴极上。霍尔此时异常激动，带着他第一次获得的一把金属铝球去见他的教授。后来，这些铝球竟成为“王冠宝石”，至今仍珍存在美国制铝公司的陈列厅中。廉价炼铝方法的发明，使铝这种在地壳中含量占 8%的元素，从此成了为人类提供多方面重要用途的材料。而发明家霍尔，当时还不满 23 周岁，这年 12 月 6 日才是他的 23 岁生日。还有一件值得提及的事，非常巧合，一位与霍尔同龄的年轻的法国化学家埃鲁也在这年稍晚些时候发明了相同的炼铝法。霍尔与埃鲁在遥远的两大洲，同年来到人世（1863 年）又同年发明了电解炼铝法（1886 年）。虽然他们之间曾一度发生了专利权的纠纷，但后来却成为莫逆之交。1911 年，当美国化学工业协会授予霍尔著名的佩琴奖章时，埃鲁还特意远涉重洋到美国参加了授奖仪式，亲自向霍尔表示祝贺。或许是上天的旨意，1914 年，这两位科学家又都相继去世。难怪当后人们一提起电解炼铝法的时候，便总把霍尔和埃鲁的名字联在一起。第 2 节 化学反应的限度第 1 课时 化学平衡常数 平衡转化率【课前学案导学】精准定位学习目标导航1.了解化学平衡常数的含义、表达式及影响因素；2.了解平衡转化率的含义；3.能够利用化学平衡常数进行简单计算；4.能够利用化学平衡常数判断化学反应进行的方向。自主梳理基础知识导航一、化学反应的限度与可逆反应1.可逆反应概念：在_下，_向正、逆两个方向进行的化学反应。特征：“三同”：a、相同条件 b、正逆反应同时进行 c、反应不能进行到底，反应体系中反应物与生成物同时存在。2.化学反应的限度化学平衡概念：在一定条件下的可逆反应中，正反应速率和逆反应速率_，反应混合物中各组分的浓度保持_的状态。特征：a.逆：能建立化学平衡的反应一定是可逆反应。b.动：化学平衡是一种动态平衡，v（正）=v（逆） 0。c.定：条件不变时，各组分的浓度保持不变。d.等：处于化学平衡状态时，v（正）=v（逆）。e.变：条件改变时，化学平衡发生移动。二、化学平衡常数1.概念：对于化学反应：aA（g）+bB（g） cC（g）+ dD（g），K = _在温度一定时，K 为常数，称为化学平衡常数。无论起始浓度如何改变，反应达到平衡状态后各生成物物质的量浓度的系数次方的乘积与各反应物物质的量浓度的系数次方的乘积的比值。2.影响因素：内因：_。外因：只与_有关，与各物质的浓度和分压无关。3.应用判断化学反应可能的程度（即限度），K 数值越大说明反应进行的越彻底。 判断可逆反应进行的方向。求反应物的平衡转化率和各物质的平衡浓度。三、平衡转化率对于化学反应：aA（g）+bB（g） cC（g）+ dD（g），反应物 A 的平衡转化率可表示为：（A）=_= 0C-10%（ ）（ ）同样也可以表示出反应物 B 的平衡转化率。【课堂探究导学】合作探究-名师保驾护航探究一：化学平衡常数表达式与化学方程式的书写关系同一化学反应，可以用不同的化学反应方程式来表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数关系式问题思考 2 ？平衡转化率和平衡常数有什么关系？自主梳理参考答案一、1、相同条件 同时2、相等 不变二、1、 2、化学反应的特点和反应物本身的性质 温度CcDdAaBb三、 问题思考参考答案 -10%的 初 始 浓 度 的 平 衡 浓 度的 初 始 浓 度问题思考 1：由平衡常数的表达式可以判断：正反应和逆反应的平衡常数之间互为倒数关系。由平衡常数的表达式知：其单位决定于可逆反应中反应物和生成物的种类及化学方程式中对应系数的大小，故化学平衡常数没有统一的固定单位。问题思考 2 ：平衡常数和平衡转化率都可以表示可逆反应进行的程度，但是平衡转化率随着反应物初始浓度的不同而变化，而平衡常数却不受浓度影响，因此平衡常数与转化率之间是可以相互求算的。问题思考 1 ？对于一个给定的可逆反应，其正反应和逆反应的平衡常数之间有什么关系？化学平衡常数的单位有何特点？及其相应的平衡常数，如：H2（g）+I 2（g） 2HI（g）A2HIK=H2（g）+ I2（g） HI（g）1A2I=H特别提醒（1）平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关（2）对于给定的化学方程式，正逆反应的平衡常数互为倒数（3）平衡常数的单位与化学方程式的表示形式一一对应（4）固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中（因其浓度为常数，可认为为“1”，带入表达式中，可消去。）探究二：K 的意义（1）K 的大小反应了化学反应进行的限度（2）判断反应是否达到平衡或反应进行的方向 现定义一个反应体系 aA（g）+bB（g） cC（g）+ dD（g）中，任意时刻（状态）时，各生成物物质的量浓度的系数次方的乘积与各反应物物质的量浓度的系数次方的乘积的比值为浓度商 Q，即：Q = ，我们可以结合 Q 和 K 的大小来判断反应是否达到平衡或反应进行的方向 cc(C)cd(D)ca(A)cb(B)Q V 逆 Q = K