2019-2020学年高中化学鲁科版必修二教案：2.3 化学反应的利用教案 Word版含解析

《化学反应的利用》教案
化学反应有新物质生成，人们可以利用化学反应来制备所需要的物质。

而且一种物质可用多种方法制备，实验室制取物质时考虑简便、快速的原则，工业生产上考虑经济效益，实验室和工业生产上可能采用不同的方法制备同种物质。

化学家利用化学反应不但可以制造出自然界中存在的物质，还可以设计、合成出自然界中不存在但可被人们利用的新物质。

化学反应伴随着能量变化，人们可以充分利用化学能。

根据吸热反应和放热反应可进行化学能与热能的转化，原电池和电解池是化学能与电能转化的直接应用，化学能和光能之间的转化也颇具前景。

化学反应与人类文明和社会发展有着十分密切的关系。

【重点难点】
重点：利用化学反应制备物质，化学反应伴随着能量变化以及能量的利用。

难点：比较不同物质的制备方法，化学能与电能、热能、光能的转化。

【知识讲解】
我们已学过了多种多样的化学反应，为了研究方便，可以从不同角度对它们进行分类：从反应物和生成物的物质类别可分为化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应；根据反应进行的程度可分为完全反应和可逆反应；根据反应中是否有电子得失或偏移分为氧化还原反应和非氧化还原反应；根据反应中能量的变化分为吸热反应和放热反应。

面对这些类型不同的繁杂的反应，人们逐渐从盲目的探索反应转向理性分析反应，并且逐步能科学地创造适宜条件来调控化学反应，为生产服务，工业生产中利用化学反应主要有两个大的方面：一是制备新物质，二是利用化学反应伴随的能量变化为人类提供能源。

一、利用化学反应制备新物质
1、实验室和工业生产制取物质的异同点
【活动·探究】Cl2的制取
（1）Cl2的实验室制法
试剂：软锰矿石（MnO2）、浓盐酸、饱和食盐水、NaOH溶液
仪器：烧瓶、分液漏斗、铁架台（带铁圈、石棉网）、酒精灯、双孔橡皮塞、导气管、集气瓶、洗气瓶、烧杯等。

操作：①连接装置：根据酒精灯外焰的高度固定铁圈，放上石棉网，然后固定烧瓶。

双孔橡皮塞分别插入分液漏斗和导气管，然后连接集气瓶和烧杯（分别用于收集和尾气处理）。

②检验装置气密性。

③在烧瓶中放入软锰矿（或MnO2），分液漏斗中注入浓盐酸，从分液漏斗中向烧瓶中注入浓盐酸后加热烧瓶，反应发生。

④收集气体：集气瓶收集到黄绿色气体。

⑤检验气体：可用湿润的淀粉KI试纸检验Cl2。

以上是实验室制取Cl2的方法，其原理方程式为：
MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
该反应中必须用浓盐酸，稀盐酸中的Cl-很难被氧化，MnO2为氧化剂，可以用KMnO4、KClO3、NaClO等氧化剂代替，反应分别为：
2KMnO4＋16HCl（浓）＝2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
KClO3＋6HCl（浓）＝KCl＋3Cl2↑＋3H2O
NaClO＋2HCl（浓）＝NaCl＋Cl2↑＋H2O
（2）Cl2的工业制法
实验室制Cl2的这些方法快速、简便，但药品成本高。

工业生产中制取大量Cl2，讲究的是经济性。

目前工业生产中是用价格低廉的NaCl为原料制取的，采用的是电解饱和食盐水法。

电解食盐水的原理可用下图表示，其中a极为阳极（与电源正极相连的电极），b 极为阴极（与电源负极相连的电极）。

电极反应分别为：
阳极：2Cl-―2e-＝Cl2↑，阳极产生的气体能够使湿润的淀粉KI试纸变蓝。

阴极：2H+＋2e-＝H2↑，滴加酚酞后，阴极附近溶液变红。

总反应为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
利用电解食盐水的方法，可生产出大量Cl2，同时得到H2和NaOH，故该法也是工业生产烧碱的方法，若电解熔融的NaCl，可生产Cl2和Na。

对比Cl2的实验室制法和工业制法，可知反应原理都是－1价Cl被氧化为0价，由于出发点不同，采用了不同的方法，这是科学家经过长时间的探索，确定出来的比较好的方法。

2、常见物质制备的原理方程式
（1）常见气体的制备
H2：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
2H2O2H2↑＋O2↑
O2：2KClO32KCl＋3O2↑
2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑
2H2O22H2O＋O2↑
N2：NaNO2＋NH4Cl NaCl＋N2↑＋2H2O（实验室制法）
O2、N2的工业制法都是分离液态空气。

HCl：2NaCl＋H2SO4（浓）Na2SO4＋2HCl↑H2＋Cl22HCl
H2S：FeS＋H2SO4＝FeSO4＋H2S↑
NH3：N2＋3H22NH3
SO2：Na2SO3＋H2SO4＝Na2SO4＋SO2↑＋H2O
CO2：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑
CaCO3CaO＋CO2↑
CH4：CH3COONa＋NaOH Na2CO3＋CH4↑
C2H4：CH3CH2OH CH2＝CH2↑＋H2O
C2H2：CaC2＋2H2O→Ca（OH）2＋C2H2↑
（2）常见金属的冶炼
Na：2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑
Mg：MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑
Al：2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑
Fe：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
Cu：Fe＋CuSO4＝Cu＋FeSO4
（3）常见化合物的制备
NaOH：2NaCl＋2H2O2NaOH ＋H2↑＋Cl2↑
Na2CO3：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3＋NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑
H2SO4：4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2
2SO2＋O22SO3
SO3＋H2O＝H2SO4
HNO3：4NH3＋5O24NO＋6H2O
2NO＋O2＝2NO2
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
3、利用化学反应设计、合成新物质
随着科学技术的不断进步，科学家们已经能够合成出许多自然界里不存在的物质，如研制艾滋病病毒蛋白酶抑制剂、抗击“非典”药物、治疗“禽流感”药物等。

化学科学中最有创造性的工作就是设计和制备新物质，为人类造福。

现代理论化学方法和计算机技术的发展，使分子设计成为现实，就是从需要的性能出发，设计出具有某种性能的结构，设法合成所需要的产物。

尤其是有机化学中分子设计运用的范围较广，具有较明显的成效。

二、化学反应为人类提供能源
1、化学能与热能
常见的化学反应为吸热反应和放热反应两大类。

把放热反应放出的热量利用起来，就可以使化学能成为能量的主要来源。

石油、煤和天然气是主要的化石燃料。

但由于这些燃料具有不可再生性，且贮量有限，能源危机已成为全球性的问题。

如何有效利用能源及开发新能源，是能源领域研究的重要内容之一，其中核能和太阳能是最具潜力的能源。

2、化学能与电能
（1）化学能转变为电能的装置：原电池
【实验·探究】原电池的工作原理
实验：如下图所示，将Cu片、Zn片插入稀H2SO4中，然后用导线将Cu片、Zn 片连接，并接入电流表。

现象：Zn片逐渐溶解，Cu片上有气泡冒出，电流表指针发生偏转。

分析：Zn片溶解，说明Zn失电子生成Zn2+，Cu片上有气泡产生，是酸中电离出的H+得电子生成H2。

电流表指针发生偏转，说明形成了电流。

也就是说，Zn失电子，H+得电子，发生了电子的得失，整套装置构成了闭合回路，电子定向移动，形成了电流。

结论：以上装置是通过氧化还原反应将化学能转变成了电能，该装置就是原电池。

由以上可知，原电池的构成要素为：两个电极（其中失电子的电极为负极，得电子的电极为正极）、电解质溶液和导线（构成闭合回路）。

上述原电池发生的电极反应为：
负极：Zn－2e-=Zn2+
正极：2H+＋2e-＝H2↑
总反应为：Zn＋2H+＝Zn2+＋H2↑
根据原电池的工作原理和构成要素，科学家们制成了多种电池。

有普通的锌锰干电池、蓄电池、燃料电池等。

其中蓄电池有铅蓄电池、锂电池、镍氢电池等，可以放电和充电，应用较广。

燃料电池是目前效果较好的电池，常见的有氢氧燃料电池、甲烷氧燃料电池等，它们具有能量转换效率高、能长时间提供电能等优点而应用于航天和军事领域，如“神舟六号”飞船中就用的是燃料电池。

（2）电能转变为化学能的装置：电解池
利用电池放出的能量可进行电解质的电解，生成所需要的物质。

如工业生产中是用电解饱和食盐水的方法生产H2、Cl2、NaOH。

利用电解的方法，可把一些不能自发进行的反应，通过通电的方式，让反应能够发生。

3、化学能与光能、转化
可燃物燃烧时除放出能量外，往往伴随着发光现象，这就是化学能转变为热能和光能。

植物的光合作用是光能转变为化学能的典型例子。

化学能与光能的转化应用目前还处于初级阶段，还没有化学能与热能、电能转化应用的广泛。

但化学能与光能的转化具有广阔的发展前景。

如果能够把太阳能的光能充分利用起来，能源危机问题就可迎刃而解。

化学反应与人类文明和社会发展有着十分密切的关系。

人们利用化学反应，制造出了丰富多彩的物质，提供了人们赖以生存的能量。

同时在运用化学反应的过程中，摸索出了
更多的化学反应规律，使化学知识更加系统化，有助于指导人们更加科学地设计、合成未知物。

【例题分析】
例1、实验室是用二氧化锰与浓盐酸反应制备干燥纯净的氯气。

下图是一个学生设计的实验装置图，试指出错误并改正。

解析：本题是一道关于实验室用二氧化锰与浓盐酸共热制取干燥纯净的氯气，再处理尾气的综合题。

解题的关键是要弄清二氧化锰与浓盐酸共热时，除了产生氯气外，还会有一些氯化氢、水蒸气与氯气一同出来。

根据本题实验装置，水蒸气可以用浓硫酸吸收，且干燥装置应在收集氯气的前一步；氯化氢极易溶于水，可以用水来吸收，吸收装置应放在干燥装置之前；多余的氯气用氢氧化钠溶液吸收，一般不用氢氧化钙溶液吸收，因为氢氧化钙在水中的溶解度很小，可能导致氯气吸收不全。

仔细观察装置图还会发现，盛浓硫酸和水的两个广口瓶中的导气管所伸的位置也有错误，应该是广口瓶中的进气管要伸到瓶底附近，出气管伸到刚露出胶塞一点即可。

答案：本题中错误有以下几点：
①盛装浓硫酸和水的两个广口瓶中的导气管的位置放错，应使广口瓶中进气管伸到瓶底附近，出气管伸到出胶塞一点。

②浓硫酸和水的位置放错，应是水放在浓硫酸之前。

③一般不用Ca（OH）2溶液吸收氯气，应改用NaOH溶液吸收多余氯气。

例2、请用下图所示仪器装置设计一个包括：电解饱和食盐水并测定电解时产生的氢气的体积和检验氯气的氧化性的实验装置。