前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇化学反应范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
搞定糖醋排骨的色香味
糖醋排骨是一道在餐桌上经常出现的菜。川菜、浙菜和沪菜三个菜系中,糖醋排骨的做法略有不同,但都少不了糖、醋和料酒这几种配料。糖醋排骨棕红的色泽、浓郁的肉香、酸甜的味道跟这几种配料与排骨发生的化学反应有着密切关系。
焦糖化反应
糖醋排骨里的糖在油中发生了“焦糖化反应”。糖类尤其是单糖在没有氨基化合物存在的情况下,加热到熔点以上的高温(一般是140~170℃)以上时,因糖发生脱水与降解,会发生褐变反应,这种反应称为焦糖化反应,又称卡拉密尔作用。
糖在强热的情况下生成两类物质:一类是糖的脱水产物,即酱色的焦糖;另一类是裂解产物,即一些挥发性的醛、酮类物质,它们进一步缩合、聚合,最终形成深色物质。焦糖化反应所产生的挥发味的醛、酮就是香味的来源之一,而产生的深色物质对糖醋排骨呈现出油亮的棕红色起关键作用。
美拉德反应
另一种使糖醋排骨生色增香的反应叫作美拉德反应。糖醋排骨的制作正符合美拉德反应的条件:糖、氨基化合物和水的存在。美拉德反应又称为“非酶棕色化反应”,是法国化学家美拉德在1912年提出的。美拉德反应是广泛存在于食品工业的一种非酶褐变反应,是羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸和蛋白质)间的反应,所以又称羰氨反应,它们经过复杂的化学变化过程,最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精,或称拟黑素。糖醋排骨的褐色及浓郁的香味,以及面包外皮的金黄色、油炸食品的红褐色等,很大程度上都是美拉德反应的结果。
酯化反应
那么糖醋排骨的诱人香味仅仅是这两种反应的结果吗?答案是:no!还有第三种重要的反应。它是料酒中的乙醇和食醋当中的醋酸之间发生的反应,也称“生香反应”。醇跟羧酸或含氧无机酸生成酯和水,这种反应叫酯化反应。
酯化反应分两种情况:羧酸跟醇反应、无机含氧酸跟醇反应。料酒和醋发生的反应就是第一种情况。羧酸跟醇的反应过程一般是:羧酸分子中的羧基与醇分子中羟基的氢原子结合成水,其余部分互相结合成酯。这又是糖醋排骨香味四溢的一个重要原因。酯化反应生成的各种酯都具有各自特殊的香气,如白葡萄酒中的乙醇与柠檬汁中的柠檬酸发生酯化反应产生柠檬酸乙酯,具有新鲜水果的清香气,此外还有乙酸丁酯、乙酸异戊酯、乙酸乙酯等,这些酯都具有各自特殊的香气。
掌握糊化反应,
炒出爽脆土豆丝
炒相信土豆丝这道菜大家一定都很熟悉,不管是醋溜还是酸辣土豆丝,制作关键是要把土豆丝炒脆,而土豆含有大量淀粉,土豆丝能否炒得脆,跟淀粉的糊化反应有很大关系。糊化反应指的是淀粉在常温下不溶于水,但当水温升高到53℃以上时,物理性能发生明显变化――在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的状态。炒土豆丝时既要避免土豆中淀粉的糊化,这样土豆丝才能获得清脆的口感;也不能完全不让淀粉进行糊化,这样土豆丝会过硬,不利于淀粉在体内的消化吸收。
让学生知道在一定条件下可逆反应的进行有一定的限度,不能进行到底;
初步了解什么是化学平衡状态,能从正逆反应速率的变化来理解化学平衡状态的建立,认识化学平衡状态的建立要有一定的条件,有一个过程。
在对影响化学反应速率的因素进行实验探究和总结后,教材又设置新的实验探究,让学生发现化学反应限度问题,经过对该问题的再认识,逐步形成了化学反应限度的概念,并以上述观点为指导去分析和解决实际问题。
【学习目标】
1、认识可逆反应、化学反应限度的涵义;
2、初步学会根据反应速率判断化学反应所能达到的限度,初步了解影响化学反应限度的因素。
【重点】
化学反应限度的涵义和影响因素
【难点】
化学反应限度的本质原因及外部特征
【课时安排】
第2课时
【教学过程】
〖情景创设〗通过前面的学习,我们知道化学反应中,反应物之间是按照方程式中的系数比进行反应的,那么,在实际反应中,反应物能否按相应的计量关系完全转化为生成物呢?
〖提出问题〗怎样来认识化学反应的限度呢?
〖指导阅读〗课本29-30页
〖演示实验〗课本30页
〖板书〗一、化学反应限度
1、概念:化学反应限度就是研究可逆反应所能达到的最大程度。
2、可逆反应:在同一反应条件下,既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的化学反应。
3、说明:
(1)绝大多数反应都有一定的可逆性。一个反应是可逆反应的必需条件:在同一反应条件下进行。
(2)可逆反应不能进行到底,只能进行到一定程度后达到所谓的平衡状态,平衡时各物质的物质的量都大于零。
〖板书〗二、化学平衡
1、化学平衡的研究对象:可逆反应的规律,如反应进行的程度以及外界条件对反应进行情况的影响等。
2、化学平衡状态的建立:
(1)可借助速率-时间图像来理解化学平衡状态的建立与化学反应速率之间的关系。
〖指导阅读〗课本31页图2-2
(2)可借助浓度-时间图像来理解化学平衡状态的建立与化学反应速率之间的关系。
3、化学平衡状态:
(1)概念:化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反应速率和逆反应速率相等,反应物不再减少,生成物不再增加,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
(2)特征:逆、等、动、定、变、同
①逆:化学平衡研究的是可逆反应;
②等:平衡时v正=v逆〉0(本质);
③动:平衡时,反应仍在不断进行是动态的平衡;
④定:平衡时,反应混合物各组分的浓度保持一定,百分含量保持一定(表象);⑤变:外界条件一旦改变,平衡就会被破坏,并在新的条件下建立新的化学平衡;⑥同:同一个可逆反应,化学平衡状态既可以从正反应方向建立,又可以从逆反应方向建立。最后都可以建立同一个平衡状态。平衡状态只与条件有关与反应途径无关。
〖总结〗可逆反应;化学平衡;化学平衡状态。
〖作业〗课课练完成课时13
【教后感】
①化学反应速率和限度,都属于化学反应原理范畴,是化学学科最重要的原理性知识之一,是深入认识和理解化学反应特点和进程的入门性知识,是进一步学习化学的基础性知识。
羟汞化-脱汞是由烯烃合成醇的有效途径之一[1]。羟汞化反应主要分为两个阶段:①烯烃在含水的四氢呋喃溶液中与乙酸汞发生羟汞化;②羟汞化产物不经分离,直接加入NaBH4进行还原脱汞。该反应具有条件温和(一般在室温进行)、速度快(一般第一阶段只需要几分钟,第二阶段需要1小时)、中间产物不需分离、区域选择性好(Markovnikov取向)、无重排产物等优点。因此,尽管汞是公认最毒的金属元素,但由于羟汞化反应的诸多优点,该反应仍被广泛用于有机合成[2-3]。
以丙烯加乙酸汞为例,目前比较公认的羟汞化反应机理[4-5]见图1。其中第二步和第三步最为关键,但是目前国内外多数有机化学教材都没有明确指出反应的速控步是哪一步[6-10],部分教材甚至把羟汞化过程归类为亲电加成反应[8-10]。我们对此产生疑问,整个反应的速控步究竟是汞离子亲电加成的第二步,还是水亲核进攻的第三步?下面根据软硬酸碱理论、元素电负性等有机化学基础知识以及量子化学计算结果对各步反应分析如下:(1)第一步,乙酸汞发生电离产生乙酰氧基汞正离子。我们认为该带有正电荷的汞离子的生成是必要的。最新的研究证明氯化汞能够催化芳基烯基醚的羟汞化反应。加入氯化钠等含有氯离子的无机盐能够抑制上述反应,而加入硝酸银可以促进上述反应。因为氯离子是软碱,额外增加的氯离子能够和汞离子络合生成[HgCl4]2-,抑制了+HgCl的生成,进而抑制了羟汞化。而加入硝酸银,使银离子和氯离子结合,则可以促进+HgCl的生成,进而促进羟汞化反应。对于不同的汞盐,根据软硬酸碱理论可以判断其电离的难易。越容易电离的汞盐,活性越高。不同汞化合物应该具有如下的活性顺序:Hg(OOCCF3)2>Hg(OOCCH3)2>HgCl2>HgBr2>HgI2。因为Hg2+是软酸,CF3COO-是最硬的碱,I-是最软的碱。所以Hg(OOCCF3)2最容易电离,HgI2则是“软亲软”,不易电离,活性最低。实验结果表明Hg(OOCCF3)2对4-己烯-1-醇分子内氧汞化速度比Hg(OOCCH3)2快,而且产物不同[12]。(2)第二步,乙酰氧基汞正离子与烯烃的碳碳双键发生亲电加成生成汞鎓离子。从软硬酸碱理论分析,烯键的π电子为软碱,汞离子为软酸,“软亲软”,该基元反应应该属于快反应。从电负性考虑,汞的电负性为1.9,略小于碳的2.55[13],这使正电荷主要集中在汞上而不是碳上。这一点与溴鎓离子截然不同,后者正电荷主要集中在碳原子上。所以,相比溴鎓离子,汞鎓离子不易受到水的亲核进攻。我们用量子化学手段计算得出乙烯、丙烯、异丁烯与乙酰氧基汞正离子加成生成的汞鎓离子中间体以及乙烯的溴鎓离子的结构与APT电荷(atomicpolartensor-basedcharges)[14]分布(图2)(本文量化计算均采用Gaussian03软件包,分子构型在RB3LYP水平下进行优化,其中C、O使用6-31G*基组,H使用6-31G**基组,Hg和Br使用赝势基组(Lanl2DZ,其中对Br加上极化函数(极化参数为0.389);
对所有优化的结构进行频率计算,以确认所有结构均是稳定结构(驻点是极小值,没有虚频))。从以上计算结果可得出结论:①上述汞鎓离子中,乙酰氧基与汞原子是双齿配位的,两个O—Hg键长几乎等长,都在2.30左右。②汞原子上总是带有最多的正电荷。③在丙烯等不对称烯烃的汞鎓离子中,由于甲基的供电诱导效应,C2上正电荷多于C1,在异丁烯的汞鎓离子中这一差异更加明显。从乙烯到丙烯到异丁烯,Hg—C1键逐渐变短,从2.602变为2.478,再到2.419。而Hg—C2键逐渐变长,在异丁烯的汞鎓离子中,Hg—C2键最长,达到2.876。这都预示着第三步水亲核进攻的位置在C2上,即Markovnikov取向。④在异丁烯的汞鎓离子中,C2上带有最多的正电荷,可以预期其与水的亲核加成速度要比丙烯或乙烯的汞鎓离子更快,这一结论与实验结果一致[15]:2-甲基-2-丁烯的羟汞化在10s内完成,而环己烯需要55s。⑤与电负性分析结果一致,与乙烯的乙酸汞鎓离子不同,在乙烯的溴鎓离子中,正电荷主要集中在碳原子上,溴原子上正电荷很少,这表明汞鎓离子与溴鎓离子有着本质的不同。众所周知,羟汞化反应通常不会发生重排,这正是由于汞鎓离子中间体的正电荷主要集中在汞上而不是碳上的具体体现。因为涉及鎓离子的碳上正电荷较少,临近α位的烃基或氢原子不易发生迁移。
我们分别计算了叔丁基乙烯的汞鎓离子和溴鎓离子甲基重排前后的能量变化,结果如图3所示。从量子化学计算的结果也可以看出,在叔丁基乙烯汞鎓离子中,C2上的正电荷仅为0.4858e,而且甲基重排后所得到的叔碳正离子中间体的吉布斯自由能比重排前升高了77.78kJ/mol;而叔丁基乙烯的溴鎓离子中C2上正电荷高达0.8574e,非常有利于甲基迁移,而且发生类似重排后产物的吉布斯自由能比重排前降低了45.19kJ/mol。因此叔丁基乙烯的汞鎓离子的重排在热力学上是极其不利的,不易重排。而叔丁基乙烯与溴的亲电加成生成的溴鎓离子容易重排。事实上,许多烯烃,如:莰烯[16]、降冰片烯[17]和苯并二环[2.2.2]-2,5-辛二烯[18]与溴的亲电加成都发生了重排。(3)第三步,水作为亲核试剂进攻汞鎓离子。在该步中,水分子中的氧原子是硬碱,而带有部分正电荷的碳原子是软酸。由于碳上的正电荷较少,水的亲核性又弱,此类弱亲核试剂的亲核进攻就变得更加困难。由此推断,该步基元反应才应该是整个反应的慢步骤,即整个羟汞化反应的速控步。通过查阅文献[19],这一结论得到了有力支持。例如:2-甲基-1-己烯的羟汞化反应速度比1-己烯快10倍,比四甲基乙烯的羟汞化速度快833倍。上述实验结果与相应汞鎓离子中C2上的正电荷多少有关(图4)。2-甲基-1-己烯的汞鎓离子中C2上的正电荷最大(0.6632e),羟汞化最快;而四甲基乙烯的类似物相应碳原子上的正电荷最少,羟汞化最慢。如果汞鎓离子生成的一步是速控步,含有4个供电甲基的四甲基乙烯与乙酸汞离子形成汞鎓离子进而得到羟汞化中间体应该是上述3个烯烃中最快的,然而实验 事实正好相反。这反过来证明汞鎓离子生成的一步不是整个羟汞化反应的速控步。另外,对于含多个双键的烯烃,羟汞化优先发生在最不对称的双键上,即1,1-二取代优于1,1,2-三取代,单取代优于1,2-二取代[20],反应速度与汞鎓离子中取代最多的碳原子上的正电荷密度成正比,也进一步说明水亲核进攻的一步是整个反应的速控步。(4)第四步是中间产物Ⅱ快速失去质子的过程,不再赘述。(5)关于烯烃和炔烃羟汞化产物的脱汞问题。在烯烃的羟汞化产物中,由于碳与汞的电负性差别太小,使得碳汞键的电荷分布比较均匀,碳汞键的极性较小。量子化学计算得出乙烯羟汞化产物中与汞原子相连的碳原子上负电荷密度均为-0.1300e,同样说明碳汞键的极性很小,所以乙烯羟汞化产物HOCH2CH2HgOAc不像其他金属有机试剂(例如Grignard试剂)那样容易水解,而必须使用还原剂NaBH4进行还原。
相反,乙炔在汞催化下的水合产物是互变异构体(图5):HOCHCHHg+和OHCCH2Hg+,前者与汞相连的碳原子是sp2杂化,比sp3杂化碳原子具有更大的电负性[21]和更强的吸引电子能力,会使碳汞键极性增大;后者甲酰基是强吸电基,而且在稀硫酸中,氧原子会发生质子化,使碳汞键极性进一步增大。因此,乙炔羟汞化产物中的碳汞键更像一般金属-碳键,在稀硫酸中容易水解。所以在炔烃羟汞化反应中,汞离子是催化量的。为了便于比较,我们在乙炔羟汞化中间体的汞原子上螯合了一个乙酸根,量子化学计算结果见图6。从图6能够明显地看出,乙炔羟汞化产物中的碳汞键正负电荷差别明显大于乙烯羟汞化产物中的碳汞键电荷差,键的极性也明显比后者强,即乙炔羟汞化产物中碳汞键容易直接水解变为碳氢键。本文从有机化学基本概念、基本理论出发,结合量子化学计算结果,对烯烃的羟汞化机理进行了分析,得出该反应的速控步是水分子亲核进攻汞鎓离子的一步,整个反应属亲核加成。同时指出,烯烃羟汞化产物中的碳汞键极性小,不能直接水解为碳氢键,故需要硼氢化钠还原;而炔烃羟汞化产物中的碳汞键极性较大,在反应过程中可以直接水解转化为碳氢键。
认识化学反应中能量变化并不等同于化学反应中热量的释放与吸收。化学反应中的能量变化,可以以不同的能量形式呈现,如热、光的释放和吸收,电能、电磁波的释放和吸收等。许多化学反应伴随有热量的放出和吸收,在这些反应中,能量的变化也不一定全都以热量的形式呈现。注意帮助学生区分吸热反应与需要加热引发的化学反应。认识可逆反应的正反应和逆反应在能量变化上的区别。不要求学习热效应、燃烧热、中和热、焓变等概念。利用热化学方程式进行有关化学反应中热量的计算时,不涉及盖斯定律的内容。教材通过“你知道吗”栏目,让学生交流和讨论,利用日常生活中观察到的现象认识物质能量转化四处可见、形式多样。在探讨化学反应放热、吸热本质时,要使学生明确三点:1.热量变化是化学反应中能量变化的主要表现形式;2.化学反应过程中的能量守恒;3.化学反应在发生过程中是吸热还是放热,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。引导学生从能量变化的高度来学习节内容。
【学习目标】
1、认识化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因;
2、了解化学反应中热量变化的实质;
3、通过生产生活中的实例,了解化学能和热能的相互转化;
【重点】
化学能与热能之间的内在联系以及化学能与热能的相互转化。
【难点】
从本质上(微观结构角度)理解化学反应中能量的变化,从而建立起科学的能量变化观。
【教学方法】学生自学阅读、教师归纳
【课时安排】
第1课时
【教学过程】
〖导入〗1、化学反应按反应物和生成物的种类分可分为:化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应
2、化学反应按是否有电子转移可分为:氧化还原反应、非氧化还原反应
3、化学反应按是否有离子参加可分为:离子反应、非离子反应
4、化学反应按是否有热量的放出和吸收可分为:放热反应、吸热反应
〖引导阅读〗课本32页
〖提问〗“你知道吗?”
〖板书并讲解〗一、化学反应中的热量变化
1、化学反应的基本特征
(1)都有新物质生成,常伴随能量变化及发光、变色、放出气体、生成沉淀等现象发生。
(2)能量的变化通常表现为热量的变化。
2、化学反应的本质(实质)
旧化学键的断裂和新化学键的形成
〖指导阅读〗课本33页活动与探究
3、化学反应按热量的变化分类
(1)概念
放热反应:有热量放出的化学反应;
吸热反应:吸收热量的化学反应;
(2)分类
放热反应:放出热量的反应〔∑E(反应物)>∑E(生成物)〕
化学反应
吸热反应:吸收热量的反应〔∑E(反应物)<∑E(生成物)〕
〖补充讲解〗化学反应遵循着能量守恒定律:反应物的总能量+断键时吸收的总能量=生成物的总能量+成键时放出的能量
〖练习一〗判断下列反应是放热反应还是吸热反应
C(s)+CO2(g)2CO(g)
Ba(OH)28H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H2O(l)
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
〖板书〗4、常见的放热、吸热反应
(1)放热反应:a、所有燃烧反应;b、酸碱中和反应;c、金属与酸生成气体的反应;d、大多数的化合反应
(2)吸热反应:
a、C(s)+CO2(g)2CO(g);
b、Ba(OH)28H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H2O(l)
c、C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
d、大多数的分解反应
〖练习〗关于吸热反应和放热反应,下列说法中错误的是(A)
A、需要加热才能进行的化学反应一定是吸热反应
B、化学反应中能量变化,除了热量外,还可以是光能、电能等
C、化学反应过程中的能量变化,也服从能量守恒定律
D、反应物的总能量高于生成物的总能量时,发生放热反应
〖指导练习〗课本33页“问题解决”
〖总结〗化学反应伴随能量变化是化学反应的一大特征。我们可以利用化学能与热能及其能量的相互转变为人类的生产、生活及科学研究服务。化学在能源的开发、利用及解决日益严重的全球能源危机中必将起带越来越重要的作用,同学们平时可以通过各种渠道来关心、了解这方面的进展,从而深切体会化学的实用性和创造性。
〖作业〗预习热化学方程式的书写要求;完成巩固练习
【教后感】
①教师如何引导学生学会利用图表和设计实验探究化学反应中的热量变化;
一、根据热化学方程式的加减乘除计算反应热
例1 已知:①
②
③
(l)反应①属于_____(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)反应①消耗8gCH4(g)时,
(3)反应②生成2 mol H2(g)时,
(4)反应③的
解析:(I),说明反应①属于吸热反应。
(2)由可知,;由可知,
(3)由可知
(4)观察可知,反应①+②=③,则反应③的H3=反应①的H1+②的 H2=
答案:(l)吸热 (2)+103.2 (3) -82.0(4)+165.4
技巧点拨:(1)反应热与各物质的物质的量成正比,各物质的系数减半,则焓变随之减半,系数加倍时,焓变随之加倍。
(2)两个热化学方程式相加减时,焓变也随之相加减。
二、根据盖斯定律推断反应热的计算表达式
例2 在298K、lOlkPa时,已知:
②
③
则H3与H1和H2间的关系正确的是
解析:为了约去2H2(g),观察可知,反应①;由盖斯定律可知,反应①的故选A。
答案:A
技巧点拨:2~4个热化学方程式之间加减乘除时,可以约去某些反应物或产物,得到指定反应物和产物的热化学方程式,它们的焓变也可以进行相应的加减乘除,这样就可以推断焓变的计算表达式。
三、根据已知焓变的热化学方程式计算反应热的结果
例3 用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知:
①
②
③
在H2SO4溶液中,Cu与H2O2反应生成和的反应热H等于()。
解析:为了约去,观察可知,由热化学方程式①+1/2×②+③可知,的故选A。
答案:A
技巧点拨:利用盖斯定律计算反应热或书写热化学方程式的思路如下:
四、根据共价键的断裂与形成计算反应热
例4 根据下图所示的N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化情况,判断下列说法正确的是()。
A.N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)是放热反应
B.2 molO原子结合生成02(g)时需要吸收498kJ能量
C.1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时需要吸收632kJ能量
D.N2(g)+02(g)――2NO(g)的反应热
解析:946+498=1444>632×2=1264,即断键吸收的总能量大于成键放出的总能量,因此N2(g)和O2(g)化合生成NO(g)的反应是吸热反应,故/\错。形成化学键时放出能量,断开化学键时吸收能量,同种化学键形成时所放出的能量与断开时所吸收的能量相等,故B错,C正确。1444-1264=180,则N2(g)+02(g)=2NO(g)的反应热H=,故D错。