普通高中教科书·化学选择性必修1 化学反应原理.pdf

责任编辑：郑淑娟曲丕丞李康群刘楠封面设计：魏然版权所有请勿擅自用本书制作各类出版物违者必究如对教材内容有意见、建议或发现印装质量问题，请与山东科学技术出版社联系电话：0531-82098030电子邮箱：欢迎同学们进入高中化学课程的学习！依据普通高中化学课程标准（2017 年版），化学课程分为必修课程、选择性必修课程和选修课程三大类。其中，必修课程是普通高中学生发展的共同基础，努力体现化学基本观念与发展趋势，促进同学们化学学科核心素养的发展，以适应未来社会发展需求，是全体同学必须修习的课程。选择性必修课程包括“化学反应原理”“物质结构与性质”“有机化学基础”三个模块，培养同学们深入学习与探索化学的志向，引导同学们更加深入地认识化学科学、了解化学研究的内容与方法、提升化学学科核心素养的水平，是同学们根据个人需求与升学考试要求选择修习的课程。选修课程包括“实验化学”“化学与社会”“发展中的化学科学”三个系列，面向对化学学科有不同兴趣和不同需要的同学，拓展化学视野，深化对化学科学及其价值的认识，是同学们自主选择修习的课程。依据普通高中化学课程标准（2017 年版）的理念和要求，我们编写了本套教材，力求选取最具化学学科核心素养发展价值的素材，按照科学、合理、有效的学习进阶，安排学习内容，设计学习活动，引导同学们学习最为核心的基础知识和基本技能，掌握最有价值的科学方法和思想方法，形成正确的思想观念和科学态度，达成“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等方面化学学科核心素养的发展目标。本册为选择性必修 1化学反应原理教材。在学习本册教材的过程中，同学们将以必修课程为基础，遵照选择性必修课程标准，围绕“化学反应与能量”“化学反应的方向、限度与速率”“水溶液中的离子反应与平衡”三大主题，探索化学反应的规律并用以分析问题、解决问题，进一步认识化学变化所遵循的基本原理并形致同学们致同学们12成关于物质变化的科学观念，领略化学反应原理的应用对科学技术进步和人类社会文明所起的重要作用，进一步发展化学学科核心素养。本册教材的呈现形式保持着整套教材的特色：每节开始设置“联想质疑”栏目，铺设情境，提出问题，为同学们的探究学习做好铺垫；通过“观察思考”“活动探究”“交流研讨”“迁移应用”等活动性栏目组织同学们进行自主探究和开展合作学习，并利用“方法导引”栏目对有关活动进行有效的指导；利用“资料在线”“拓展视野”“身边的化学”“化学与技术”等资料性栏目丰富同学们的知识、拓展同学们的思路；每节的“练习与活动”及每章的自我评价分为“学习理解”“应用实践”“迁移创新”三个层次，提供精选习题和有关活动，以提升同学们理论联系实际的迁移应用能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力；每章在“本章自我评价”中列出化学学科核心素养的发展重点和学业要求，以便于同学们据此检查自己的学习情况；每章设置一个微项目，开展项目式学习，引导同学们面对实际的化学问题，学以致用，实现所学知识向关键能力和核心素养的转化。本册教材共 3 章，每章各有 4 节和 1 个微项目，全面反映了选择性必修课程“化学反应原理”在发展同学们化学学科核心素养方面的要求和学业要求。相信本套教材能够成为同学们认识化学科学、学习化学学科的好帮手，为同学们在学校的组织和老师的指导下发展化学学科核心素养、提高学业水平，打下坚实的基础，开辟广阔的空间。第 1 章从物质结构的角度看，化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键生成，因此化学反应几乎都伴随着能量的释放或吸收。从煤、石油、天然气燃烧产生的热能，到各种化学电源产生的电能，化学反应产生的各种形式的能量都是人类社会所需能量的重要来源；反过来，通过化学反应将其他形式的能转化为化学能，化学又为人类创造了一个五彩缤纷的物质世界。化石燃料是现代社会的主要能源，但这一能源目前已显现出一些严重的问题，影响到人类的可持续发展。一是，现在人们使用的煤、石油、天然气等化石燃料日渐枯竭；二是，这些化石燃料的大量使用带来严重的环境污染。提高现有的化石燃料等能源的利用率，不断开发新的清洁能源，已是摆在人类面前的重大课题。化学科学能为解决能源问题提供有效途径和科学方法，因此，研究化学，不仅要研究化学反应中的物质变化，还要研究伴随着物质变化而发生的能量转化。第 1 节化学反应的热效应第 2 节化学能转化为电能电池 第 3 节电能转化为化学能电解 第 4 节金属的腐蚀与防护微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 化学反应中能量及物质的转化利用本章自我评价化学反应与 能量转化第 2 章为什么氢氧化钠与盐酸混合即可自动发生反应生成氯化钠和水，而氯化钠与水混合却不会自动发生反应生成氢氧化钠和盐酸？用氢气和氮气合成氨时，即使氢气和氮气的物质的量之比为 31，它们也不能全部反应，这是为什么？氢气与氧气的混合物一经点燃立即发生爆炸式反应，但在常温下氢气与氧气却能长期共存，这又是为什么？以上问题的解决分别涉及化学反应的方向、限度与速率问题。如何判定一个化学反应在指定条件下能否发生，以及在什么条件下可能发生，涉及的是化学反应的方向问题。一个可能发生的反应进行的程度如何，在允许的情况下如何通过改变反应条件获得尽可能高的原料转化率，涉及的是化学反应的限度问题。对反应的方向和限度的分析完全是理论分析，它只能指出反应发生的可能性和趋势，并不能说明该反应能否实际发生。一个反应的实际发生还涉及化学反应的速率问题。事实上，实现原料的高转化率和反应的高速率所需要的条件往往是相互矛盾的。在依据化学反应进行实际生产时，不应片面追求高转化率或高反应速率，而应该选择以较高的反应速率获取适当转化率的反应条件。化学反应的方向、限度与速率第 1 节化学反应的方向 第 2 节化学反应的限度第 3 节化学反应的速率第 4 节化学反应条件的优化工业合成氨微项目探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 化学反应选择与反应条件优化 本章自我评价第章在地球演变与生物进化的过程中，水承担了重要角色，水溶液的作用也无可替代。无论是在自然界里，还是在工农业生产和科学研究中，许多重要的化学反应都需要在水溶液中进行。而谈到水溶液，人们往往会联想到许多问题。例如：物质溶于水后会发生什么变化？物质在水中是如何存在的？物质在水中会与水发生怎样的相互作用？物质在水中的反应有哪些规律？要弄清这些问题，首先需要了解作为溶剂的水自身具有什么性质，然后需要探讨加入溶质后水与溶质之间会发生什么相互作用，进而研究水溶液中溶质之间会发生什么反应。事实上，溶质在水中既可能电离溶质是电解质，也可能不电离溶质是非电解质。本章讨论的对象只限于在水溶液中能够电离的溶质电解质。物质在水溶液中的行为第 1 节水与水溶液第 2 节弱电解质的电离 盐类的水解第 3 节沉淀溶解平衡第 4 节离子反应微项目揭秘索尔维制碱法和侯氏制 碱法 化学平衡思想的创造性应用 本章自我评价目 录CONTENTS第 1 章化学反应与能量转化第 1 节化学反应的热效应 /2第 2 节化学能转化为电能电池 /12第 3 节电能转化为化学能电解 /21第 4 节金属的腐蚀与防护 /30微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 化学反应中能量及物质的转化利用 /36本章自我评价 /41第 2 章化学反应的方向、限度与速率第 1 节化学反应的方向 /46第 2 节 化学反应的限度 /52第 3 节化学反应的速率 /64第 4 节化学反应条件的优化工业合成氨 /76微项目探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 化学反应选择与反应条件优化 /82本章自我评价 /871第 3 章物质在水溶液中的行为第 1 节水与水溶液 /91第 2 节弱电解质的电离 盐类的水解 /97第 3 节沉淀溶解平衡 /108第 4 节离子反应 /115微项目揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法 化学平衡思想的创造性应用 /126本章自我评价 /1321.部分酸、碱在水中的电离常数 /1362.部分难溶电解质的溶度积 /1373.各章节的主要术语 /138元素周期表/139附录2第 1 章从物质结构的角度看，化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键生成，因此化学反应几乎都伴随着能量的释放或吸收。从煤、石油、天然气燃烧产生的热能，到各种化学电源产生的电能，化学反应产生的各种形式的能量都是人类社会所需能量的重要来源；反过来，通过化学反应将其他形式的能转化为化学能，化学又为人类创造了一个五彩缤纷的物质世界。化石燃料是现代社会的主要能源，但这一能源目前已显现出一些严重的问题，影响到人类的可持续发展。一是，现在人们使用的煤、石油、天然气等化石燃料日渐枯竭；二是，这些化石燃料的大量使用带来严重的环境污染。提高现有的化石燃料等能源的利用率，不断开发新的清洁能源，已是摆在人类面前的重大课题。化学科学能为解决能源问题提供有效途径和科学方法，因此，研究化学，不仅要研究化学反应中的物质变化，还要研究伴随着物质变化而发生的能量转化。第 1 节化学反应的热效应第 2 节化学能转化为电能电池 第 3 节电能转化为化学能电解 第 4 节金属的腐蚀与防护微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 化学反应中能量及物质的转化利用本章自我评价化学反应与 能量转化2第1节化学反应的热效应通常情况下，化学反应中能量的转化主要是化学能与热能之间的转化。化学反应几乎都伴随着热能的释放或吸收，而且在一定条件下，一个反应释放或吸收的热量是一定的。那么，应如何定量地描述一个化学反应释放或吸收的热能呢？用什么方法可以准确地测量一个化学反应释放或吸收的热量呢？通过理论方法能够计算出化学反应释放或吸收的热量吗？在生产和生活中，人们广泛利用着化学反应释放的热能。为了有效地利用一些化学反应释放的热能或通过提供热能来维持有关化学反应的正常进行，人们必须定量地了解化学反应释放或吸收的热能。一、化学反应的反应热为了定量地描述化学反应释放或吸收的热能，化学上规定：当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热（heatofreaction），通常用符号Q表示，并且约定反应吸热时Q取正值、反应放热时Q取负值。反应热的数值可以通过实验测得，也可以通过理论计算求得。用实验方法和理论方法研究反应热的化学分支称为热化学。联想质疑铝粉与铁的氧化物的反应（放热）氯化铵与氢氧化钙的反应（吸热）图1-1-1 化学反应的放热与吸热变第1节化学反应的热效应等3资 料 在 线图1-1-2 简易量热计示意图温度计搅拌器反应物热容和比热在不发生化学反应和物质聚集状态不变的条件下，物质吸收热量，温度每升高 1 K 时所吸收的热量称为该物质的热容。热容用符号 C 表示，其单位为 JK-1。纯物质的热容与其质量成正比。单位质量的物质的热容称为该物质的比热容，简称比热。比热的单位为kJK-1kg-1。常温下，液态水的比热为 4.18 kJK-1kg-1。人为划定的研究对象（物质系统）称为体系，体系以外的其他部分称为环境。例如，当我们研究一个在密闭容器中进行的气体反应时，若将容器中的气体作为体系，则容器和容器以外的空气等物质就是环境。用于测定反应热的仪器称为量热计。图 1-1-2 所示的是一种简易量热计的结构。该量热计由内、外两个筒组成，内筒是反应容器，外筒起保温作用。将反应物加入内筒并搅拌使之迅速反应，测量反应前后溶液温度的变化值，根据溶液及量热计的热容，利用下式可计算出此反应过程吸收或放出的热量：Q=-C（T2-T1）式中：C 表示溶液及量热计的热容；T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。测定中和反应的反应热利用简易量热计按照以下步骤可测得室温下中和反应的反应热。1.向量热计内筒中加入 1.0molL-1的盐酸 100mL，盖上杯盖，插入温度计，匀速搅拌后记录初始温度 T1。2.向 250mL 的烧杯中加入 1.0molL-1的 NaOH 溶液 100mL，调节其温度，使之与量热计中盐酸的温度相同。3.快速地将烧杯中的碱液倒入量