人教版高中化学选修4选修5选修1教材和教学中的几个问题.ppt

人教版高中化学选修4选修5选修1教材和教学中的几个问题,一、热化学方程式 二、化学平衡常数的单位 三、化学反应进行的方向 四、沉淀的转化 五、电化学基础,一、热化学方程式,1.焓和焓变, h=u（体系内能）+pv h是一个状态函数（焓的值只与体系所处状态有关，而与其过去的历史无关。状态不变，值不变；状态改变，值改变。改变多少，只与始态和终态有关，而与变化时所经历的途径无关。） 焓的绝对值是不能确定的，只能测定其变化值（ h ）。 焓具有能量的量纲，但没有确切的物理意义。定义焓，只是为了处理热力学问题时更方便。 在体系只作体积功的等压过程中，从状态1到状态2时，体系的焓变等于该过程中的热效应(qp= h)。而体系只作体积功的等容过程中，其热效应等于内能的变化(qv= u)。,2. 反应热(h) 在中等化学所研究的反应范围之内：qp= h (焓变) h0 放热反应；h0 吸热反应,反应体系,热,环境,反应体系,热,环境,以环境为参照系 环境增加了热，视为正值,以反应体系为参照系 反应体系失去了热，视为负值, h0(放热反应)的大小比较问题：强调化学意义,例：已知 (1) h2(g)+1/2o2(g)=h2o(g) h1=a kj/mol (a= -241.8) (2) 2h2(g)+o2(g)=2h2o(g) h2=b kj/mol (b= -483.6) (3) h2(g)+1/2o2(g)=h2o(l) h3=c kj/mol (c= -285.8) (4) 2h2(g)+o2(g)=2h2o(l) h4=d kj/mol (d= -571.6) 下列关系式中正确的是 （ c ） a. ad0 c. 2a=b0 建议: 避开,热化学方程式的书写,h2(g)+1/2o2(g)=h2o(g)； h=-241.8 kj/mol 2h2(g)+o2(g)=2h2o(g)； h=-483.6 kj/mol 应该明确，h的单位“kj/mol”中的“mol”是指定反应的反应进度(，读音：ksi)的国际单位制单位，而不是物质的量的单位。 反应进度是描述化学反应进展程度的物理量。 国标中，反应进度的定义为： 对于化学反应 0=bbb nb() = nb(0) +b 式中nb(0)和nb() 分别代表反应进度=0(反应未开始)和=时b的物质的量。,热化学方程式的书写,由于nb(0) (为反应未开始时b的物质的量)为常数，因此有 d=b-1dnb 对于有限的变化 =b-1nb 上面所定义的反应进度，它只与化学反应方程式的写法有关，而与选择反应系统中何种物质b无关。反应进度与物质的量具有相同的量纲，si单位为mol。由于的定义与b（化学计量数，对于反应物其为负，对于产物其为正）有关，因此在使用时必须指明化学反应方程式。,热化学方程式的书写,对于化学反应 0=bbb 反应的摩尔焓变rhm(单位：kj/mol)，一般可由测量反应进度12时的焓变h (单位：kj)，除以反应进度变 (单位：mol)而得，即：rhm=h/ 由于反应进度的定义与化学反应方程式的写法有关，因此rhm也与化学反应方程式的写法有关。所以在使用rhm(即我们用的h,教材中省略了下角标r、m)时，必须指明对应的化学反应方程式。 用不同的化学计量数表示的相同物质的反应，每摩尔反应进度所表示的意义是不同的，当然相对应的h也是不同的。（4页“资料”）,对热化学方程式中压强的理解 在25 、101 kpa时： h2(g)+1/2o2(g)=h2o(g)； h=-241.8 kj/mol 对于101 kpa的理解有以下4种。哪种正确？ h2(g)和o2(g)各自以纯态存在（单独存在），压强均 为101 kpa b. h2(g)和o2(g)混合在一起，各自的分压为1/2101 kpa，两者的总压强为100 kpa c. h2(g)和o2(g)混合在一起，各自的分压为101 kpa d. h2(g)和o2(g)各自以纯态存在，压强均为1/2101 kpa，两者的总压强为101 kpa 热力学规定：气体的标准态是纯态，标准态的压强是101 kpa（a正确）,3.燃烧热 101 kpa(不限定温度，常用的是25 时的数据)； 1 mol纯物质完全燃烧； 生成稳定的氧化物； （定义：化合物、氧化物，h2在cl2中燃烧） 热力学规定：cco2(g)； hh2o(l) nn2(g)；sso2(g)； clhcl(aq) 目的是汇集各种数据时有一个统一的标准。,4. 能源意识和资源意识 (地大物博 人口众多),我国生产一次性筷子年消耗林木资源500万立方米，约占年林木消耗总量的18%。 日本的森林覆盖率为65%，是我国的5倍，却明令禁止用本国的林木生产一次性筷子。其用量的97%依靠进口，每年从中国进口200多亿双，占其进口总量的99%。 我国仅为向日本出口一次性筷子每年需砍掉250万棵大树。 2006年两会代表提出要限制生产、使用和出口一次性筷子。,二、化学平衡常数的单位,1.实验平衡常数 中学的化学平衡常数是实验平衡常数，常常用浓度商(kc)或压力商(kp)来表示，是通过实验数据得到的。当反应物计量数之和等于生成物计量数之和时，其单位为一；当反应物计量数之和不等于生成物计量数之和时，其单位不为一。,2.标准平衡常数 对于理想气体之间的反应： 定义式：kp=bp (b)/pb 在上式中，p (b)表示物质b的平衡分压，p表示标准压力，国家标准规定p=1 bar(巴) =100 kpa (过去曾规定为1 atm，即101.325 kpa)。由于kp的定义式中采用的是相对压力p /p，所以kp的量纲为一。kp的数值决定于反应的本性、温度，而与压力或组成无关。对于给定的反应，kp只是温度的函数。 kp可以从标准热力学函数求得： rgm(t) = -rt lnkp rgm(298.15 k)可以查热力学数据表进行计算，任意温度t的rgm(t)也可以根据方程g=hts进行计算。 不必通过实验，可以利用标准热力学函数从理论上计算任意温度的标准平衡常数。,对于溶液之间的反应（含量用浓度c表示，规定c=1 moll-1）： kc=bc (b)/cb rgm(t) = -rt lnkc 注意： rgm(t)必须用溶液态(aq)的rgm进行计算。,需要说明的是，气相反应的kc不能由rgm直接计算得到，而可由kp进行换算,实验平衡常数kc表达式中的c可以看成是相对浓度c/c，由于c=1 moll-1，所以c/c与c（c以moll-1为单位）在数值上相等，kc的单位可以看成一。同理，实验平衡常数kp表达式中的p可以看成是相对压力p/p，由于p=1 bar，所以p/p与p（p以bar为单位 ）在数值上相等，kp的单位也可以看成一。,在实际应用中，常常将实验平衡常数作为单位为一的物理量来处理。,三、化学反应进行的方向,1.化学反应自发性的判据 等温、等压下(不做非体积功 )可用自由能的变化判断化学反应的自发性： g= h-ts g0， 自发， g0，不自发， g=0，平衡状态,用焓变、温度和熵变 综合判断反应的方向,2.化学反应自发性的理解 反应自发并不意味着反应迅速。 反应不自发并不意味着反应不可能发生。 改变给定条件可以改变反应的自发性。,例子： 通常情况下，氢气和氧气可以自发地起反应生成水：h2(g)+1/2o2(g)=h2o(l)，g=-237.1 kj/mol 0。即在通常情况下，氢气和氧气混合在一起，有生成水的可能性，而实际上将氢气和氧气混合在一起却观察不到水的生成。即热力学的判断只是给我们一种启示，提供一种可能性。至于如何把可能性变为现实性，使反应按我们所要求的最恰当的方式进行，要具体问题具体分析，既要考虑平衡问题，也要考虑速率问题；既要考虑可能性，也要考虑如何实现这种可能性。,上述反应的逆反应: h2o(l)=h2(g)+1/2o2(g) g =237.1 kj/mol 0，反应不能自动发生，即水不能自动生成氢气和氧气。但是如果加入电能，则可使水电解生成氢气和氧气。即在外界的帮助下可以使g 0的反应发生。,在100 kpa、298.15 k时: caco3(s)= cao(s)+co2(g) g =130.2 kj/mol，非自发 在100 kpa、1 273 k时: g =-26.1 kj/mol，自发,如果化学反应在恒温、恒压条件下，除体积功外还做非体积功，则不能利用g大于0或小于0讨论反应的自发性。 手册中热力学数据大多是标准状态（p=100 kpa或c=1 moll-1）时的数据（表示为g、h、s，温度一般为298.15 k）。,四、沉淀的转化,（实验3-4、3-5 沉淀转化）,教学镜头：某老师受过去“生成更难溶”的影响，带领学生得出了“沉淀只能从溶解度小的转化为溶解度更小的”结论。 一般说来，溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。,在298.15 k时，baso4的溶度积ksp=1.0710-10，baco3的溶度积ksp=2.5810-9，即baso4比baco3更难溶。,中学化学2007年第5期,分析化学中为了使baso4中的ba2+进入溶液，在实际操作中是用饱和na2co3溶液处理baso4沉淀，到达平衡后，取出上层清液；然后再加入新鲜饱和的na2co3溶液，重复处理多次， baso4沉淀基本上可全部转化为baco3。最后加入盐酸， ba2+即转入溶液中。,铝离子的检验 中学化学中铝离子的检验，严格地说，不能算作铝离子的检验，实际上是铝离子的性质，即利用的是氢氧化铝的两性。在分析化学中，离子的检验（鉴定）应该使用特效试剂。 什么是特效试剂？所谓特效试剂只有这种试剂遇到这种离子才会出现这种反应现象。,例如， kscn 溶液遇到fe3+就变成红色，kscn 溶液就是fe3+的特效试剂； k3fe(cn)6（铁氰化钾）溶液遇到fe2+会产生蓝色沉淀，k3fe(cn)6（铁氰化钾）溶液就是fe2+的特效试剂。 铝离子的特效试剂是茜素（有机染料）的氨溶液（铝试剂）。在铝离子溶液中加入茜素的氨溶液，生成红色沉淀。分析化学中利用这个反应来鉴定铝离子。 al3+ +3nh3h2oal(oh)3+3nh4+ al(oh)3+3c14h6o2(oh)2 al(c14h7o4) 3 +3h2o 茜素 红色 mg2+：镁试剂 （有机染料） 选修6中有介绍,co2在水中的溶解度和溶解速度都不是很大，因此，只要不是精密实验，co2既可以用向上排空气法收集，也可以用排水法收集（ co2的损失很少） 。实践证明，用排水法收集co2，既可以观察集气的快慢，又可以提高纯度。在精密实验中，为了克服co2在水中的溶解性，可以采取排稀酸或排温热水的方法收集co2。, 键和键的键能大小,酸、碱概念的发展（“全部”的含义） 公元8世纪左右，人们认为凡是具有酸味的物质都是酸(acidus)。 18世纪后期，法国的拉瓦锡认为氧是造成酸具有酸性的原因，这种观点曾流行二十几年。 19世纪初，英国的戴维提出了“氢才是组成酸所不可缺少的元素”的观点。 19世纪后期，阿伦尼乌斯从电离的角度提出了水离子论:凡能在水溶液中电离出氢离子的物质叫做酸，能电离出氢氧根离子的物质叫做碱。,1905年，富兰克林提出了溶剂理论：凡能电离产生溶剂阳离子的物质为酸，产生溶剂阴离子的物质为碱。 1923年，丹麦的布朗斯台特和英国的劳瑞各自独立地提出了新的酸碱理论质子论。认为凡能放出质子（氢离子）的任何含氢原子的分子或离子都是酸，凡能与质子（氢离子）结合的分子或离子都是碱。 例如，hcl、nh4+都是酸;cl-、nh3都是碱。 路易斯酸碱的电子理论(广义酸碱理论):凡是能接受一对电子的原子、分子、离子等称为酸；凡是能供给一对电子的原子、原子团或离子等称为碱。例如: a + ：b a：b 酸 碱 化合物 皮尔逊软硬酸碱理论，等等。,五、电化学基础,必修2中所讲的原电池，如果用作电源，不但效率低，而且时间稍长，电流就不断减弱，因此不适合于实际应用。原因主要是由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。,1.电池的极化作用,盐桥：通常是kcl饱和溶液和琼脂制成的胶冻。 电极反应： zn - 2e-=zn2+ cu2+ + 2e-=cu 总反应式：cu2+ + zn=cu+ zn2+ 反应进行一定时间后，溶液会因带电离子的积累（znso4溶液中的zn2+过多而带正电，cuso4溶液中的so42-过多而带负电）而阻碍电子的转移。但有盐桥存在时，盐桥中的cl-会移向znso4溶液，k+移向cuso4溶液，使 znso4溶液和cuso4溶液继续保持电中性。于是，锌和cuso4的氧化还原反应继续进行，从而不断产生电流。同时能使两个烧杯中的溶液形成一个通路。,实验4-1,上述原电池的装置可用符号来表示： zn|znso4|cuso4|cu 负极 盐桥 正极 每个半电池都由两类物质组成，一类是可作还原剂的物质，如锌和铜，称为还原型物质。另一类是可作氧化剂的物质， 如znso4和cuso4，称为氧化型物质。 相对应的氧化型物质和还原型物质组成氧化还原电对，常用如下符号表示：zn2+/zn，cu2+/cu。不同氧化态的同一元素的离子或单质等也可构成氧化还原电对，如fe3+/fe2+、cl2/cl-、o2/oh-等。 li+/li：e= -3.045 v ； f2/f-： e= +2.87 v,2.废弃电池的污染 电池中加入汞的目的：在以锌作负极的一次电池产品中, 由于锌的电化学性质活泼, 电池存放过程会产生自放电, 释放出氢气, 使电池容量下降, 产生变形或漏液, 从而导致电池过早失效, 使用寿命缩短。为防止电池自放电, 一般采用汞或汞化合物作为缓腐蚀剂, 即在锌粉中加入汞或汞化合物（氯化汞），形成锌汞齐,提高超电压，以延长电池的使用寿命。如果不加金属汞，金属在电池放电过程中，很快就会用尽。 汞被广泛应用于一次电池的生产中, 是迄今为止应用较广泛的电池缓腐蚀剂，含锌电极的一次电池产品都需用汞。 低汞：电池中hg的含量小于电池质量的0.025%；无汞：小于0.000 1%。,废弃电池的污染 “一粒纽扣电池可污染60万升水，等于一个人一生的饮水量。一节电池烂在地里，能够使一平方米的土地失去利用价值” 真正的废旧电池处理厂现在国内可能还没有。 发达国家基本上都能达到低汞和无汞标准，他们的做法是：鼓励回收，回收以后集中掩埋。,关于实践活动,1可往超市、电器商店、汽车修配厂调查： （1）电池的种类、型号、用途； （2）选购电池的注意事项（质量、产地、厂家、价格等）； 2可到图书馆或上网查阅有关资料： （1）电池的发明及电池工业的发展史； （2）目前几种主要类型的电池供电原理（同时要注意将物理中电学知识与化学中的电化学知识相联系）； （3）电池的应用范围以及生产和销售的市场走向； （4）电池的生产和使用与环境问题； （5）电池回收的价值以及目前在相关管理和技术操作中有待解决的问题。 3可组织到生产电池的企业参观考察。,开放性活动 协调能力，搜集、筛选信息的能力，语言表达能力，逻辑思维能力，尊重、倾听他人的意识，等等 花费时间较多,陕西长安县1985年文科状元陆步轩北大中文 系毕业后在家卖猪肉，大连普兰店市2000年理 科状元武小锋北大医学部毕业后在家卖糖葫芦,香港大学的面试题 中国的腐败问题 应试教育问题 未婚同居问题 股票热问题 建“鸟巢”是不是太浪费材料？ 赌博是否应该在中国推广？ 星巴克该不该进故宫？ 谈谈对油价上涨的看法。 该不该在活的动物身上做实验？ 急诊室收费能不能解决滥用急诊服务的问题。,3. 金属性和金属活动性的区别和联系 金属性：金属元素的原子在化学反应中，通常表现出失去电子成为阳离子的倾向。金属性的强弱通常用金属元素原子的最外层电子的电离能大小（气态原子失去电子成为气态阳离子时所需要的能量）来衡量。 金属的活动性：金属的活动性是反映金属在水溶液里形成水合离子倾向的大小，即反映金属在水溶液中发生氧化反应的难易，是以金属的标准电极电势为依据的。,从能量角度来看，金属的标准电极电势除了与金属元素原子的电离能有关外，同时还与金属的升华能(固态单质变为气态原子时所需的能量)、水合能(金属阳离子与水化合时所放出的能量)等多种因素有关。,一般来说，金属性强的元素，它的活动性也强，但也有不一致的情况。 钠的第一电离能比钙的第一电离能要小: na na+ i1= 495.8 kjmol-1 ca ca+ i1 = 589.7 kjmol-1 因此，钠比钙容易失去最外层的一个电子，钠的金属性比钙强。 钙在水溶液中形成水合离子的倾向比钠大，即钙的标准电极电势比钠要负(标准电极电势越负，金属的活动性越强)，钙的金属活动性比钠强。 ca2+/ca: ca2+(aq)+2e- ca(s) e= -2.86 v na+/na: na+(aq) +e- na(s) e= -2.71 v (k ca na mg),银的第一电离能比铜的第一电离能要小: ag ag+ i1 = 730.9 kjmol-1 cu cu+ i1 = 745.4 kjmol-1 因此，银比铜容易失去最外层的一个电子，银的金属性比铜强。 铜在水溶液中形成水合离子的倾向比银 大，即铜的标准电极电势比银要小(标准电 极电势越小，金属的活动性越强)，铜的 金属活动性比银强。 cu2+/cu: cu2+(aq)+2e- cu(s) e= +0.337 v ag+/ag: ag+(aq) +e- ag(s) e= +0.799 v (cu hg ag pt),4.炼丹（丹砂，硫化汞 ）术和炼金术 发明了许多化学实验器具； 发明了合成和分离物质的有效方法，如过滤、蒸馏等； 积累了大量的化学知识，如化学反应的利用等（唐朝末年出现的火药就是炼丹术实践的产物 ）。 中国的炼丹术 阿拉伯的炼金术(alkimiya) 欧洲，欧洲词语（alchemy） 德文chemie，英文 chemistry,晋朝著名的炼丹术家葛洪所著中的“金丹”卷,阿拉伯的炼金术家,1乙烯、乙炔的加成反应机理 溴水改为溴的四氯化碳溶液，从科学性角度考虑 ch2=ch2+br2 (ccl4溶液) brch2ch2br ch2=ch2+br2 (h2o) brch2ch2br + brch2ch2oh 乙烯与溴的加成是分步进行的，是亲电加成反应机理。首先是br+（亲电子试剂）进攻，形成中间体正碳离子， 然后溶液中存在的负离子如br-，或是带有未成对电子的h2o，都可以作为提供电子的亲核试剂与中间体正碳离子结合，分别生成1，2-二溴乙烷和溴乙醇。, ch2=ch2+br2 (nacl水溶液) brch2ch2br+ brch2ch2cl + brch2ch2oh ch2=ch2+br2 (ch3oh ) brch2ch2br + brch2ch2och3（2-溴代甲乙醚） 可用溴水代替溴的四氯化碳溶液来检验烯 烃和炔烃。,2.少量浓硫酸沾到皮肤上的处理方法 以前：不能先用水冲洗，而是先用干布拭去，再用大量的水冲冼(灼伤) 现在：立即用大量水冲冼，再涂上3%5%的nahco3溶液,强化“合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节”这一基本观念。 例子： 钢和生铁（含碳量不同）； 不锈钢(cr 17%19%，ni 8%13%); 资料卡片:钢中合金元素的主要作用（如cr、mn、ni等）。,1.合金的教学价值,2.大气污染(正确地看待环境问题) 如何判断大气是否发生了污染？ (干洁空气的组成是固定的) 大气本身有自净作用 自然因素、人为因素 海洋每年向大气中排放co 0.6 亿吨,图 4-2 大气污染物的来源,火山爆发时会喷出大量的so2气体和固体颗粒物,森林着火时会产生大量的co等气体,汽车尾气,工厂烟囱排出的滚滚浓烟,3. 培养学生的基本观念，全面提高学生的科学素养。,身心健康全面发展(适度锻炼、合理选择饮食、正确使用药物、良好的生活习惯、心理健康等) 组成和条件对物质的性质有很大的影响(合金、温度对化学腐蚀的影响、光学玻璃和安全玻璃等) 量的观念(室内污染物hcho和氡的最高允许含量、垃圾焚烧的烟气中二恶英的最高允许含量等 ) 辩证地、一分为二的观念(药物的毒副作用、使用食品添加剂的利与弊、汽油抗爆震剂的发展、使用塑料的利与弊) 合理使用化学品的意识(氟氯代烷、ddt、液氯用于饮用水消毒等） 树立人与环境和谐相处、可持续发展的观念,1.化学腐蚀 以图3-14为例强调温度（反应条件）对化学腐蚀的影响比较明显。,图 3-14 左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的食品罐头 放在南极已差不多90年了，却很少生锈，你知道为什么吗,组成和条件对物质的性能和用途的影响,2.玻璃 组成： 提高sio2的含量或加入b2o3，可用于制造高级的反应容器； 加入pbo，可制得光学玻璃； 加入某些金属氧化物，可制得彩色玻璃。 反应条件：钢化玻璃,3. 陶瓷 【学与问2】在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时空气用量不同，都会影响彩釉的颜色。这对你有什么启示？ 在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时生成不同的金属氧化物（组成不同） ，不同的金属氧化物颜色不同； 烧制时空气用量不同（反应条件不同），得到金属离子的氧化态不同，因此颜色也不同。,4. 【科学视野】导电聚合物的发现 反应条件：偶然加入了过量的催化剂 诺贝尔化学奖,在介绍各种材料的时候，始终