第3节 化学反应的利用
第1课时 利用化学反应制备新物质
学习目标:
了解实验室制备氯气的原理。
2．了解氯气的收集、净化及尾气处理方法。
3．知道可以利用化学反应制取许多物质，体验化学科学对个人生活和社会发展的贡献。
引入：到目前为止，你已经学习过哪些化学反应？你对化学反应的实质、规律有了哪些了解？
学生发言，展示各种图片（可由网上下载）。 ( http: / / www.21cnjy.com )指出化学反应中物质的变化被应用在新物质的合成、新材料的研制上。我们将利用两节课的时间来认识人们是怎样利用化学反应制备新物质以及能量的转化。本节课先来探究有关新物质的制备。
利用化学反应制取物质
【小组探讨】
分类依据 反应类型
基本反应类型
有无离子参加的反应
有无化合价变化反应
能量的变化
反应的限度
【归纳总结】1.氯气的实验室制法
（1）选用试剂：
（2）反应的原理:________________________________________
（3）发生装置：_______________________________
（4）收集装置：______________或_________________
（5）净化装置：用_______________除去______，再用_____干燥。
（6）尾气处理装置：用_________吸收多余的Cl2，防止污染空气。
（7）实验装置图：
( http: / / www.21cnjy.com )
【特别提醒】①稀盐酸与MnO2难以发生反应。
②反应中浓盐酸的作用是 。
③工业制Cl2原理：电解饱和食盐水 。
【交流研讨】你知道在实验室或工厂里是利用哪些化学反应制备以下物质的吗？
物质 化学方程式
H2
O2
生铁
H2SO4（以S为原料）
NH3
硝酸
【拓展视野】
2、实验室制备气体综述（制气→净化→收集→尾气处理）
(1)气体发生装置的类型_________、__________、___________。
(2)常见气体干燥剂的选择实例：
干燥剂 适合于干燥的气体 备注
P2O5 不适于NH3
浓硫酸 不适于H2S、NH3、HBr
CaCl2 不适用于NH3
碱石灰 不适用于酸性气体
(3)收集装置
装置类型 排水（液）法 向上排空气法 向下排空气法
装置示意图 ( http: / / www.21cnjy.com )
适用范围
典型气体
（4）尾气处理
对于有毒、有害的气体必须用适当的溶液加以吸 ( http: / / www.21cnjy.com )收（或点燃），使它们变为无毒、无害、无污染的物质。如尾气Cl2、SO2、Br2（蒸气）、H2S等可用_________吸收；尾气CO气体可用__________将它转化为_______气体;HCl、NH3可用____吸收，吸收装置应该注意___________________。
【例1】可用如图所示装置制取(必要时可加热)、净化、收集的气体是( )
A．用NH4Cl与NaOH反应制NH3
B．大理石和稀盐酸反应制备CO2
C．锌和稀硫酸制氢气
D．硫化亚铁与稀硫酸制硫化氢
【例2】下列反应适用于实验室制备氧气的是( )
①高锰酸钾热分解：2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑
②硝酸铵分解：2NH4NO34H2O＋2N2↑＋O2↑
③过氧化氢催化分解：2H2O22H2O＋O2↑
④二氧化氮分解：2NO22NO↑＋O2↑
A．只有① B．①和② C．①和③ D．①③④
【例3】下图是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停” 的是( )
选项 选用的药品 制取的气体
固体M 液体N
A 大理石 稀硫酸 二氧化碳
B 锌 粒 浓硫酸 氢 气
C 大理石 稀盐酸 二氧化碳
D 碳酸钠 稀硫酸 二氧化碳
【当堂检测】
1．请将实验室制备Cl2的各步装置与盛放的相应试剂连线。
(1)发生装置 A．饱和NaCl溶液
(2)干燥装置 B．NaOH溶液
(3)净化装置 C．MnO2和浓盐酸
(4)尾气处理装置 D．浓H2SO4
2．二氧化锰与浓盐酸作用制氯气的反应中，作为还原剂的HCl和参加反应的HCl物质的量之比是（ ）
A．1∶1 B．2∶1 C．1∶2 D．任意比
3．在实验室中制取纯净、干燥的氯气，常使生成的氯气依次通过两个洗气瓶，这两个瓶内盛放的试剂依次是（ ）
①盐酸 ②饱和食盐水 ③浓硫酸 ④石灰水 ⑤烧碱溶液
A．①② B．②③ C．③⑤ D．②④
4．下列装置或操作能达到实验目的的是( )
5．如下图所示，若关闭Ⅰ阀，打开Ⅱ阀，让一 ( http: / / www.21cnjy.com )种含氯气的气体经过甲瓶后，通入乙瓶，布条不退色；若关闭Ⅱ阀打开Ⅰ阀，再通入这种气体，布条退色。甲瓶中所盛的试剂可能是 ( )
①浓H2SO4 ②NaOH溶液 ③H2O ④ 饱和NaCl溶液
A．①②③ B．②③④ C．①②④ D．①②
6. 按下述实验制备气体，合理而又实用的是( )
A．锌粒与稀硝酸反应制备氢气
B．大理石与浓硫酸反应制备二氧化碳
C．二氧化锰与稀盐酸反应制备氯气
D．二氧化锰与双氧水混合制备氧气
7.如下图所示是一套实验室制气装置，用于发生、干燥和收集气体。下列各组物质中能利用这套装置进行实验的是( )
A．铜屑和浓硝酸 B．二氧化锰和浓盐酸
C．氯酸钾和MnO2 D．碳酸钙和稀盐酸
8、下列实验装置图有那些错误？
9、讨论:实验室通常用二氧化锰和浓盐酸反应制取Cl2。
（1）该反应的离子方程式为 。
（2）甲、乙两同学用下列两种方法制取Cl2：
甲：用含HCl 146 g的浓盐酸与足量二氧化锰反应
乙：用87 g二氧化锰与足量浓盐酸反应
则二者制得的Cl2（填序号） 。
①甲比乙多 ②乙比甲多 ③一样多 ④无法比较
Ⅱ．已知下列反应也可以生成氯气。
① 2KMnO4＋16HCl＝2 KCl＋2MnCl2＋5 Cl2↑＋8H2O
②
③ 2 NaCl＋2 H2O=== NaOH＋Cl2↑＋H2↑
其中，适宜于实验室制取Cl2的反应是 （填序号，下同），适宜于工业生产Cl2的反应是 。第2课时 化学反应为人类提供能量
1．下列关于原电池的说法，正确的是( )
A．在正极上发生氧化反应
B．一般化学性质较活泼的电极为负极
C．在外电路电子流出的一极为正极
D．原电池是把电能转化为化学能的装置
2．下列关于能量转化的认识不正确的是( )
A．绿色植物的光合作用是将光能转变为化学能
B．煤燃烧时化学能转变为热能和光能
C．原电池工作时，化学能转变为电能
D．白炽灯工作时，电能全部转变成光能
3．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是( )
4．如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，记录如下：
①Zn为正极，Cu为负极。
②H＋向负极移动。
③电子流动方向，从Zn经外电路流向Cu。
④Cu极上有H2产生。
⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H2为0.5 mol
⑥正极的电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋
描述合理的是( )
A．①②③ B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．②③④
5．如图，a在金属活动性顺序表中排在氢之前，b为碳棒，下列说法中不正确的是( )
A．a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应
B．碳棒上有气体逸出
C．导线上有电流，电子流动方向从a→b
D．反应后a极质量减小
6．由A、B两种金属和稀硫酸组成的原电池，A是正极，则下列推断正确的是( )
A．A的金属性强于B
B．A电极上发生的电极反应是还原反应
C．电子不断由A电极经外电路流向B电极
D．A在金属性活动顺序表中一定排在氢前面
7．[双选题]一个化学电池的总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该化学电池的组成可能为( )
选项 A B C D
正极 Cu Cu Zn Fe
负极 Zn Zn Cu Zn
电解质溶液 H2SO4 CuSO4 ZnCl2 CuCl2
8．根据下列事实：
①X、Y作电极构成原电池，电子由X流向Y；②Z2＋氧化性比X2＋弱；③由Y、W电极组成的电池，电极反应为W2＋＋2e－===W、Y－2e－===Y2＋，可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序为( )
A．X>Z>Y>W B．Z>W>X>Y C．Z>Y>X>W D．Z>X>Y>W
9．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是 ( )
①两烧杯中铜片表面均无气泡产生
②甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
③两烧杯中溶液的c(H＋)均减小
④产生气泡的速率甲比乙慢
⑤甲中SO向Zn片移动，H＋向Cu片移动
⑥乙中电流从Cu片流向Zn片
⑦甲乙两烧杯中Cu片的质量均不变
A．①②③ B．③⑤⑦
C．④⑤⑥ D．②③④⑤⑦
10．如图所示，在银锌原电池中，以硫酸铜为电 ( http: / / www.21cnjy.com )解质溶液，锌为______极，该电极上发生的是________反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为________________，锌片上观察到的现象为________________，银为________极，电极上发生的是________反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式是________________；银片上观察到的现象是________________。
11．现有如下两个反应：(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋。
(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池________。
(2)如果不能，说明其原因___________________________________。
(3)如果可以，则写出正、负极材料，其电极反应式及反应类型(“氧化”或“还原”)，电解质溶液名称：
负极：________，________________，________。
正极：________，________________，________。
电解质溶液：_____________________________________________。
若导线上转移电子1 mol，则正极质量增加________ g。
12．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测 ( http: / / www.21cnjy.com )金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，甲同学将电极放入6 mol/L的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 mol/L的NaOH溶液中。如图所示：
(1)写出甲中正极的电极反应式____________________________。
(2)乙中负极为________，总反应的离子方程式：_________________。
(3)如果甲与乙同学均认为“ ( http: / / www.21cnjy.com )构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出______活动性更强，而乙会判断出______活动性更强(填写元素符号)。
(4)由此实验得出的下列结论中，正确的有________。
A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动性顺序已过时，没有实用价值了
D．该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析
答案：1．B2．D3．A4．B5．A6．B7．BD8．D9．B
10．负 氧化 Zn－2e－===Zn2＋ Zn片逐渐溶解 正 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 银片上有红色物质析出
11．(1)(A)不能，(B)可 ( http: / / www.21cnjy.com )以 (2)(A)的反应是非氧化还原反应，没有电子转移 (3)Cu Cu－2e－===Cu2＋ 氧化 石墨棒、Ag、铂、金(任选一种) 2Ag＋＋2e－===2Ag 还原 AgNO3溶液 108
12．(1)2H＋＋2e－===H2↑
(2)Al 2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
(3)Mg Al (4)AD第1课时 利用化学反应制备物质
1．下列物质可用来干燥Cl2的是 ( )。
①碱石灰；②浓硫酸；③无水CaCl2；④P2O5
A．①② B．①③④
C．②③④ D．①②③④
2．已知KMnO4与浓HCl在常温下反 ( http: / / www.21cnjy.com )应能产生Cl2。若用如图所示的实验装置制备纯净、干燥的Cl2，并观察它与金属的反应。每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是 ( )。
A．只有①和②处 B．只有②处
C．只有②和③处 D．只有②③④处
3．如图所示是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是 ( )。
A．大理石和稀硫酸制取二氧化碳
B．锌粒和稀硫酸制氢气
C．浓盐酸和二氧化锰制氯气
D．电石和水制取乙炔
4．按下述实验方法制备气体，合理又实用的是 ( )。
A．锌粒与稀H2SO4反应制备H2
B．用稀HCl溶液和MnO2制备Cl2
C．亚硫酸钠与HNO3反应制备SO2
D．大理石与浓H2SO4反应制备CO2
5．如图所示是一套实验室制气装置，用于发生、干燥和收集气体。下列各组物
质中能利用这套装置进行实验的是 ( )。
A．铜屑和浓硝酸 B．MnO2和浓盐酸
C．氯酸钾和MnO2 D．碳酸钙和稀盐酸
6．实验室里可按图所示的装置来干燥、收集气体R，多余的气体R可用水吸
收，则R是 ( )。
A．HCl B．Cl2
C．CO D．NH3
7．下列各组气体在常温下能共存且能用向上排空气法收集的是 ( )。
A．NO和O2 B．HCl和NH3
C．H2和CO D．SO2和CO2
8．工业上以空气、煤等为原料制取硝酸铵 ( http: / / www.21cnjy.com )，其生产过程有6个阶段：①合成氨；②空气液化分离；③氨氧化；④制取水煤气；⑤生成硝酸；⑥生成硝酸铵。制取硝酸铵最合理的生产流程是 ( )。
( http: / / www.21cnjy.com )
9．舍勒发现氯气的方法至今是实验室制取氯气的方法之一。其反应原理如下：
MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑
请你分析：
(1)该反应的氧化剂为________，还原剂为________，两者的物质的量之比为________。
(2)该反应是否可以写成离子方程式 ( http: / / www.21cnjy.com )？________。若是，离子方程式为_______________________________________________________________。
10．某化学小组在学习Cl2的实验室制法后，在实验时发现用加热浓盐酸与MnO2
混合物的方法制Cl2既浪费能源又不易控制温度，他们现欲对该实验进行改进并验证Cl2的部分性质，进行了如下的探究活动：
查阅资料：KMnO4和KClO3的氧化性 ( http: / / www.21cnjy.com )都比MnO2强，在不加热的条件下即可与浓盐酸反应，将其中的Cl－氧化成为Cl2，从而实现制取Cl2的目的。
设计实验：
(1)确定反应原理：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
(2)选择装置：在实验中，有如图所示的装置，他可以选择其中的________(填字母序号)。
(3)他们的正确连接装置为________(用小写字母顺序连接)。
(4)①进行实验：在实验时C洗气瓶中所装液体是________；
②在制氯气前，必须进行的一项操作步骤 ( http: / / www.21cnjy.com )是_______________________________________________________________；
③某同学在实验中发现量筒中未收集到液体 ( http: / / www.21cnjy.com )，则失败的原因可能是_______________________________________________________________。
11．实验室常用下列装置制取气体，请你根据所学知识回答下列问题：
(1)写出编号所指仪器的名称：
①______________；②______________。
(2)以上装置图中共有两处明显的错误，请你找出错误的地方并把改正的结果填在下列横线上：
①___________________________________________________________；
②___________________________________________________________。
上述装置改进后，请继续回答下列问题。
(3)小李在实验室中用氯酸钾和 ( http: / / www.21cnjy.com )另一种固体制取氧气，他选择上述装置中的A和________(填字母)进行组装。小红在实验室中选用C装置作为氧气的发生装置。在他们的实验中都用到了一种相同的固体药品是________(填化学式)，在两个反应中它起________作用。请你写出小红制取氧气的化学反应方程式：_____________________________________________________。
(4)实验室选用C和E装置还可以制取的 ( http: / / www.21cnjy.com )气体是________(填化学式)，写出实验室制取该气体的化学方程式：________________________________
______________________________________________________________。
(5)装置B也可以用来制取(4)中的气体， ( http: / / www.21cnjy.com )指出B装置的一个突出优点_____________________________________________________________。
(6)有一名同学欲用G装置收集H2，则H2应从导管口________通入。
12．在实验室用锌粒跟稀硫酸起反应而制得的氢气，含有水蒸气等杂质；被干
燥后，经催化剂的催化作用，再跟干燥的氮气起反应，生成氨气。
(1)根据上述要求，小强同学尝试安装了以下装置。
试填空：
①请指出上述装置中的错误之处：
___________________________________________________________；
_________________________________________________________。
②装置Ⅲ的作用是___________________________________________。
③写出图中所标试剂的名称：
a________，b________，c________，d________。
(2)为什么不能用浓硫酸跟锌反应来制取氢气？
_____________________________________________________________。
(3)为什么不能用铜跟稀硫酸反应来制取氢气？
_____________________________________________________________。
(4)怎样检验生成的氨气？
___________________________________________________________。
答案：
1．C2．D3．B 4．A5．D 6．D7．D 8。D
9．(1)MnO2 HCl 1∶2
(2)是 4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
10．(2)ABCDEG ( ( http: / / www.21cnjy.com )3)a→d→e→b→c→g→h→i→j→e→d→f(b、c可颠倒) (4)①饱和食盐水 ②检查装置的气密性③装置漏气(或盐酸过稀或e与f连接)
11．(1)①分液漏斗 ②集气瓶
(2)①A图中，给试管中的固体物质加热 ( http: / / www.21cnjy.com )时，试管口向上倾斜了，应该略向下倾斜②E图中，用向上排空气法收集气体时，导气管伸入过短，应伸到集气瓶的底部
(3)E或F或G MnO2 催化 2H2O22H2O＋O2↑
(4)CO2 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
(5)可以随时控制反应的进行，随开随停(6)b
12．(1)①装置Ⅰ的长颈漏斗下端未插入酸液中
装置Ⅱ洗气瓶长、短导管反向连接
②在催化剂存在下，将H2、N2混合加热制备NH3
③浓硫酸 氮气 铁粉 氨气、氢气和氮气的混合气体
(2)因为浓硫酸具有强氧化性，跟锌反应生成SO2，不生成H2
(3)因为铜不活泼，不能从稀硫酸中置换出氢
(4)用湿润的红色石蕊试纸检验或闻气味或用蘸浓盐酸的玻璃棒靠近气体检验第3节 化学反应的利用
第2课时 化学反应为人类提供能量
学习目标:
1．了解化学反应中能量转化的方式。
2．了解原电池的构成及工作原理。
3．了解原电池原理的应用。
4．通过化学反应中能量变化的学习，了解不同形式的能量的转化对人类生产和生活的影响。
引入：从神舟一号的横空出世，到天宫一号的 ( http: / / www.21cnjy.com ) 顺利升空，实现了中华民族的千年飞天梦想。多少年来，火箭发射的壮丽场面和火箭穿云拓雾直上九天的英姿，一直是激励我们勇攀人类科技高峰的动力和象征。在火箭上升的过程中，存在哪些形式的能量变化？可见利用化学反应不仅可以制备新物质，还可以为人类提供能量。
【联想质疑】
①铁路工人用铝热剂焊接钢轨，你能解释其中原因吗？
②“即热饭盒”是怎样使饭菜变热的？
【实验探究】原电池的工作原理
实验内容 实验现象 离子方程式或结论
锌片插入稀硫酸中
铜片插入稀硫酸中
锌片和锌片同时插入稀硫酸中（不接触）
锌片和锌片同时插入稀硫酸中，并用导线连接（或接触）
【归纳总结】
1、原电池的定义：__________________________________________________________。
2、铜锌原电池工作原理：
电极 电极材料 电极反应 反应类型 得失电子的粒子 电子流动方向
负极
正极
3、原电池的原理：
电极 电极材料 反应类型 电子流动方向
负极
正极
4、构成原电池的（一般）条件：
（1）__________________________________________________________
（2）__________________________________________________________
（3）__________________________________________________________
（4）__________________________________________________________
【知识拓展】原电池原理的应用
（1）加快氧化还原反应的速率
①实验室用粗锌和稀盐酸或稀硫酸反应制H2，加快反应速率；
②如果用纯锌和和稀盐酸或稀硫酸反应制H2，可加入少量的CuSO4溶液加快反应速率。
（2）比较金属的活动性强弱]
原电池中，负极的金属活动性 〉正极的金属活动性。
（3）制造化学电池
理论上说，所有的氧化还原反应都可设计成原电池，目前市场上的电池分为 、
和 。
【例1】如下图所示的装置能够组成原电池产生电流的是( )
【例2】某原电池的离子方程式是 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是( )
正极 负极 电解质溶液
A. Cu Zn HCl
B. Zn Cu CuSO4
C. Cu Zn CuSO4
D. Cu Zn ZnCl2
【例3】下列叙述是小明做完铜、锌原电池后的实验后得出的结论和认识，你认为正确的是( )
A．构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属
B．由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极
C．电子沿外导线由锌流向铜，通过硫酸溶液被氢离子得到而放出氢气
D．铜锌原电池工作时，若有13 g锌被溶解，电路中就有0.4 mol电子通过
【例4】下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用导线连接锌片、铜片，一起浸在硫酸铜溶液中，铜片表面析出单质铜
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
【当堂测试】
1．下列说法中正确的是( )
A．原电池是把电能转化为化学能的装置
B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应
C．原电池中电流从负极流出，从正极流入
D．原电池中的阳离子向正极移动
2．下面四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的是( )
A．2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
B．2H2＋O22H2O
C．Mg3N2＋6H2O3Mg(OH)2＋2NH3↑
D．CH4＋2O2CO2＋2H2O
3．某活动小组设计原电池装置，你认为设计合理的是( )
4.X、Y、Z都是金属，把X浸入Z ( http: / / www.21cnjy.com )的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（ ）
A．X＞Y＞Z B．X＞Z＞Y C．Y＞X＞Z D．Y＞Z＞X
5.某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是( )
A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出
B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋＋2e－===Cu
C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b用导线连接时，铁片做正极
6．如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是( )
A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为稀硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为稀硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
7.请利用反应“ Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋” 设计一个化学电池，并回答下列问题：
(1)该电池的负极材料是_____，正极材料是______，电解质溶液是 。
(2)在外电路中，电流方向是从________极到________极。
(3)正极的产物为____________，正极上出现的现象是________________；负极的产物为________，负极上出现的现象是________________。
