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2019-2020年高中化學 《化學反應與能量變化》教案3 新人教選修4 課題：第一章 化學反應與能量 第一節(jié) 化學反應與能量變化 授課班級 課 時 2 教 學 目 的 知識 與 技能 1、了解化學反應中能量轉化的原因和常見的能量轉化形式； 2、認識化學反應過程中同時存在著物質和能量的關系 3、了解反應熱和焓變的含義 4、認識熱化學方程式的意義并能正確書寫熱化學方程式 過程 與 方法 1、通過化學反應的實質的回顧，逐步探究引起反應熱內在原因的方法，引起學生在學習過程中主動探索化學原理的學習方法， 2、通過討論、分析、對比的方法，培養(yǎng)學生的分析能力和主動探究能力 情感 態(tài)度 價值觀 激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生從微觀的角度理解化學反應，培養(yǎng)學生尊重科學、嚴謹求學、勤于思考的態(tài)度，樹立透過現(xiàn)象看本質的唯物主義觀點 重 點 化學反應中的能量變化，熱化學方程式的書寫 難 點 焓變，△H的“+”與“-”，熱化學方程式的書寫 知 識 結 構 與 板 書 設 計 第一章 化學反應與能量第一節(jié) 化學反應與能量變化 一、反應熱 焓變 1、定義：恒壓條件下，反應的熱效應等于焓變 2、符號：△H 3、單位：kJ/mol或kJmol-1 4、反應熱表示方法：△H為“＋”或△H＞0時為吸熱反應；△H為“一”或△H＜0時為放熱反應。 5、△H計算的三種表達式： (1) △H == 化學鍵斷裂所吸收的總能量—化學鍵生成所釋放的總能量 (2) △H == 生成的總能量 –反應物的總能量 (3) △H == 反應物的鍵能之和– 生成物的鍵能之和 二、熱化學方程式(thermochemical equation) 1．定義：表明反應所放出或吸收的熱量的化學方程式，叫做熱化學方程式。 例：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)；△H=－14.9 kJ/mol 2．書寫熱化學方程式的注意事項： (1)需注明反應的溫度和壓強。因反應的溫度和壓強不同時，其△H不同。 (2)要注明反應物和生成物的狀態(tài)。物質的聚集狀態(tài)，與它們所具有的能量有關。 (3)熱化學方程式各物質前的化學計量數(shù)不表示分子個數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分數(shù)。對于相同物質的反應，當化學計量數(shù)不同時，其△H也不同。 4．熱化學方程式的應用 教學過程 教學步驟、內容 教學方法、手段、師生活動 [引入]相信大家都聽過這句名言：“給我一個支點和足夠長的杠桿，我可以撬動地球?！敝恢朗钦l說的呢？ 阿基米德 [問]推動人類社會進步的這個支點和杠桿是什么呢？ [講]對，能量就是推動人類進步的“杠桿”！能量使人類脫離了“茹毛飲血”的野蠻，進入繁華多姿的文明。化學反應所釋放的能量是現(xiàn)代能量的主要來源之一（一般以熱和功的形式與外界環(huán)境進行能量交換）。所以，研究化學反應中的能量變化，就顯得極為重要。下面讓我們一同進入選修4 化學反應原理的學習 ［板書］第一章 化學反應與能量 第一節(jié) 化學反應與能量變化 [回憶]化學鍵在形成和斷裂的過程中能量的變化 ［講］化學鍵形成的時候放出能量，斷裂的時候吸收能量； [問]當水從液態(tài)變成氣態(tài)的時候能量是如何變化的？能否從微觀的角度解釋能量變化的原因？ 水分子之間存在分子間作用力，當水從液態(tài)變成氣態(tài)時，分子間距離增大，所以要吸收能量 [講]雖然力的種類和大小不同，但是本質都一樣，就是形成作用力時要放出能量；破壞作用力時要吸收能量，即物質的變化常常伴隨能量的變化 ［投影］ ［問］為什么化學反應過程中會有能量的變化？從兩個角度來考慮：1、從化學鍵的角度看化學反應是怎樣發(fā)生的？與能量有什么關系？2、反應物和生成物的相對能量的大小 ［圖像分析］1molH2 和1molCl2 反應得到2molHCl要放出183kJ的能量；斷開1molH-H鍵需要吸收436kJ的能量；斷開1molCl-Cl鍵需要吸收243kJ的能量；形成1molH-Cl鍵能放出431kJ的能量； ［講］從化學鍵的角度看化學反應包含兩個過程：舊的化學鍵斷裂和新的化學鍵形成。斷裂化學鍵需要吸收能量，形成化學鍵要釋放出能量，斷開化學鍵吸收的能量和形成化學鍵釋放的能量通常不相等；2、反應物和生成物的總能量通常不相等，當反應物的總能量大于生成物的總能量時，化學能轉化為其他形式的能量釋放出來，當反應物的總能量小于生成物的總能量時，化學反應將其他形式的能量轉化為化學能儲存起來，所以化學反應過程中總會伴隨著能量的變化。 ［過］斷開化學鍵和形成化學鍵所吸收和放出的能量的數(shù)值是可以定量測定出來的，可以在工具書上查到，這樣我們就可以計算到反應中的能量的具體數(shù)值了，在以上的例子中我們對反應的討論和研究中，我們的研究對象是什么？ 反應物和生成物 ［講］我們對反應研究的對象是反應的反應物和生成物，我們把它們稱為反應體系，而把除它們之外的物質稱為環(huán)境，我們把反應體系在化學反應過程中所釋放或吸收的能量，用熱量（或換算成相應的熱量）來表述，叫做反應熱，又稱作為“焓變”，用符號“△H”表示，單位常采用kJ/mol或kJmol－1 ［板書］一、反應熱 焓變 1、定義：恒壓條件下，反應的熱效應等于焓變 2、符號：△H 3、單位：kJ/mol或kJmol-1 ［思考］我們看看△H的單位是kJ/mol，這個單位的分子和分母分別代表的是什么物理量？我們可以怎樣計算△H的數(shù)值？ ［講］化學反應的過程同時存在著物質和能量的變化，而且能量的釋放和吸收是以發(fā)生變化的物質為基礎的，能量的多少與發(fā)生反應的反應物質量及物質的量成正比。焓變的單位中的“mol”的基本單元不是某一反應物或生成物分子或原子，而是按熱化學方程式所表示的那些粒子的特定組合。反應熱就是“每摩爾”該特定組合完全反應的熱效應 [講]化學反應都伴隨能量的變化，所以可以將化學反應分為兩類。分析反應熱之前，先弄清楚兩個概念：環(huán)境和體系 [投影] 放熱反應：體系 環(huán)境 H △H < 0 為“-” Q > 0 吸熱反應 體系 環(huán)境 H △H>0為“+” Q< 0 [結論]△H 和Q的角度不同，△H從體系的角度，Q從環(huán)境的角度 ［講］當生成物釋放的總能量大于反應物吸收的總能量時，反應為放熱反應，使反應本身能量降低，規(guī)定放熱反應△H為“一”，所以△H為“一”或△H＜0時為放熱反應。 上述反應 H2(g)＋Cl2(g) = 2HCl(g)，反應熱測量的實驗數(shù)據(jù)為 184.6 kJ/mol，與計算數(shù)據(jù) 183kJ/mol很接近，一般用實驗數(shù)據(jù)表示，所以△H =-184.6 kJ/mol。 當生成物釋放的總能量小于反應物吸收的總能量時，反應是吸熱反應，通過加熱、光照等方法吸收能量，使反應本身能量升高，規(guī)定△H為“＋”，所以△H為“＋”或△H＞0時為吸熱反應。 ［投影］ [板書]4、反應熱表示方法：△H為“＋”或△H＞0時為吸熱反應；△H為“一”或△H＜0時為放熱反應。 ［講］如果反應物所具有的總能量高于生物成具有的總能量，反應時就會以熱能的形式放出，反之，則吸熱。 [板書]5、△H計算的三種表達式： (1) △H == 化學鍵斷裂所吸收的總能量—化學鍵生成所釋放的總能量 (2) △H == 生成的總能量 –反應物的總能量 ［講］化學鍵斷裂或生成所吸收或放出的能量叫做化學鍵的鍵能。反應鍵能越小，穩(wěn)定性越弱，能量就越高破壞它需要的能量就越??；生成物的鍵能越大，穩(wěn)定性越強，能量就越低，釋放的能量就越大，故需要放出能量，△H為負，反應之為正 [板書] (3) △H == 反應物的鍵能之和– 生成物的鍵能之和 ［講］△H有正負之分，因此比較△H大小時，要連同“+”、“-”包含在內，類似于數(shù)學上的正負數(shù)比較，如果只比較反應放出熱量變化，則只比較數(shù)值大小。 [過渡]什么是化學反應熱？如何表示？如何準確地描述物質間的化學反應及其能量變化？下面我們來學習熱化學方程式。 [板書]二、熱化學方程式(thermochemical equation) 1．定義：表明反應所放出或吸收的熱量的化學方程式，叫做熱化學方程式。 例：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)；△H=－14.9 kJ/mol [投影]例：H2(g)＋O2(g) = H2O(g)；△H=-241.8 kJ/mol，表示 lmol氣態(tài) H2和mol氣態(tài) O2反應生成 lmol水蒸氣，放出 241.8kJ的熱量。(在 101kPa和 25℃時) H2(g)十O2 (g)＝H2O(l)；△H=-285.8kJ/mol，表示lmol氣態(tài)H2與mo氣態(tài)O2反應在101 kPa和 25℃時，生成lmol液態(tài)水，放出285.8kJ的熱量。 [小結]描述在一定條件下，一定量某狀態(tài)下的物質，充分反應后所吸收或放出熱量的多少。 ［講］熱化學方程式不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化。那么熱化學方程式的書寫有什么要求或者需要注意哪些事項呢？ [板書]2．書寫熱化學方程式的注意事項： ［講］與普通化學方程式相比，書寫熱化學方程式除了要遵循書寫化學方程式的要求外還應注意以下幾點： ［學生活動］閱讀教材歸納、總結 [板書] (1)需注明反應的溫度和壓強。因反應的溫度和壓強不同時，其△H不同。 [講]但中學化學中所用的△H的數(shù)據(jù)，一般都是在101 kPa和 25℃時的數(shù)據(jù)，因此可不特別注明。但需注明△H的“＋”與“－”。熱化學方程式一般不要求寫條件 [投影]例如：H2(g)＋O2(g) = H2O(g)；△H=-241.8 kJ/mol H2(g)十O2 (g)＝H2O(l)；△H=-285.8kJ/mol ［講］從上述兩個熱化學方程式可看出，lmol H2反應生成H2O(l)比生成H2O(g)多放出44kJ/mol的熱量。產生的熱量為什么不同？ [板書](2)要注明反應物和生成物的狀態(tài)。物質的聚集狀態(tài)，與它們所具有的能量有關。 ［講］通常氣體用“g”、液體用”l”、固體用“s”、溶液用“aq”，且熱化學方程式通常不用“↑”、“↓”。 [投影]例如：H2(g)+C12(g) = 2HCl(g)；△H=-184.6 kJ/mol H2(g)+ Cl2(g) = HCl(g)；△H＝－92.3 kJ/mol [板書](3)熱化學方程式各物質前的化學計量數(shù)不表示分子個數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分數(shù)。對于相同物質的反應，當化學計量數(shù)不同時，其△H也不同。 ［講］我們還需要注意的是，熱化學方程式是表示反應已完成的量，而不管反應是否真正完成。△H與反應完成的物質的量有關，而方程式中化學計量數(shù)只表示物質的量的多少，并不表示物質的分子數(shù)或原子數(shù)，所以化學計量數(shù)必須與△H相對應，如果化學計量數(shù)加倍，則△H也要加倍。當反應逆向進行時，其反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等，符號相反。 [板書]4．熱化學方程式的應用 [點擊試題]已知在25℃，101kPa下，1g (辛烷)燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水時放出48.40kJ熱量．表示上述反應的熱化學方程式正確的是 A．；△H＝－48.40kJ/mol B．；△H＝－5518kJ/mol C．；△H＝+5518kJ/mol D．；△H＝－11036kJ/mol 答案 BD ［實踐活動］中和反應反應熱的測定 ［投影］一、實驗原理 ［講］中和熱的定義是在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應而生成 1 mol H2O 時的反應熱叫中和熱。在中學階段，只討論強酸和強堿反應的中和熱。 ［回顧］必修2第二章30頁關于“中和熱”的內容： 酸與堿發(fā)生中和反應生成1mol H2O時所釋放的熱量稱為中和熱。 實驗2-3：在50mL燒杯中加入20mL 2mol/L的鹽酸，測其溫度。另用量筒量取20mL 2mol/L NaOH溶液，測其溫度，并緩緩地傾入燒杯中，邊加邊用玻璃棒攪拌。觀察反應中溶液溫度的變化過程，并作好記錄。 鹽酸溫度/℃ NaOH溶液溫度/℃ 中和反應后溫度/℃ t(HCl) t(NaOH) t2 數(shù)據(jù)處理：△H＝Q/n＝cm△t/n 其中：c＝4.18J/(g℃)，m為酸堿溶液的質量和，△t＝t2－t1，t1是鹽酸溫度與NaOH溶液溫度的平均值，n為生成水的物質的量。 ［投影］二、實驗操作 ［討論］上述實驗裝置和操作存在哪些問題？——熱量的散失 ［投影］ ［問］課本第5頁圖1-3與實驗2-3相比，作了哪些改進？改進的目的是什么？ 1——雙層燒杯、2——碎泡沫塑料、3——蓋板、都是為了減少熱量的散失。 ［思考與交流］課本第5頁實驗用品，想一想，每件用品的用途， NaOH溶液為什么不用0.50mol/L而用0.55mol/L？ 為了保證0.50mol/L的鹽酸完全被NaOH中和，采用堿稍過量。 ［講］閱讀課本第5頁實驗步驟，強調下列問題 ［投影］注意事項： 1、為了保證0.50mol L－1的鹽酸完全被NaOH中和，采用0.55molL－1NaOH溶液，使堿稍稍過量，因為過量的堿并不參加中和反應。 2、實驗中若用弱酸代替強酸，或用弱堿代替強堿，因中和過程中電離吸熱，會使測得中和熱的數(shù)值偏低。 3、要使用同一支溫度計。分別先后測量酸、堿及混合液的溫度時，測定一種溶液后必須用水沖洗干凈并用濾紙擦干。溫度計的水銀球部分要完全浸入溶液中，且要穩(wěn)定一段時間再記下讀數(shù)。 4、實驗中所用的鹽酸和氫氧化鈉溶液配好后要充分冷卻至室溫，才能使用。 5、操作時動作要快，盡量減少熱量的散失。 6、實驗時亦可選用濃度體積都不相同的酸堿溶液進行中和熱的測定，但在計算時，應取二者中量小的一種，因為過量的酸堿并不參加中和反應。 操作：學生按課本步驟做實驗，記錄相應數(shù)據(jù)。 ［投影］三、數(shù)據(jù)處理 1、取三次測量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計算依據(jù) (t2－t1)＝ 思考：如果某一次實驗的數(shù)據(jù)與另外兩次實驗的數(shù)據(jù)差異明顯，怎么辦？ 2、計算反應熱：△H＝Q/n＝cm△t/n。 其中：c＝4.18J/(g℃)，m＝m1＋m2＝100g，△t＝(t2－t1) ＝ ， n＝0.50mol L－10.50mL＝0.025mol。△H＝ ［總結］化學反應伴隨能量變化是化學反應的一大特征。我們可以利用化學能與熱能及其能量的相互轉變?yōu)槿祟惖纳a、生活及科學研究服務?；瘜W在能源的開發(fā)、利用及解決日益嚴重的全球能源危機中必將起帶越來越重要的作用，同學們平時可以通過各種渠道來關心、了解這方面的進展，從而深切體會化學的實用性和創(chuàng)造性。 ［隨堂練習］ 1、下列說法不正確的是( A ) A、放熱反應不需加熱即可發(fā)生 B、化學反應過程中的能量變化除了熱能外，也可以是光能、電能等 C、需要加熱才能進行的化學反應不一定是吸熱反應 D、化學反應熱效應數(shù)值與參加反應的物質多少有關 2、已知 （1）H2( g )＋1/2O2 ( g ) ＝ H2O ( g ) ΔH1 = a kJ/mol （2）2H2( g )＋O2 ( g ) ＝2H2O ( g ) ΔH2 = b kJ/mol （3） H2 ( g )＋1/2 O2 ( g ) ＝ H2O ( l ) ΔH3 = c kJ/mol （4） 2H2 ( g )＋O2 ( g ) ＝2H2O ( l ) ΔH4 = d kJ/mol 則a、b、c、d的關系正確的是 。 A、ad>0 C、2a=b< 0 D、2c=d>0 3、沼氣是一種能源，它的主要成分是CH4。0.5 mol CH4 完全燃燒生成CO2和H2O時，放出445 kJ的熱量。則下列熱化學方程式中正確的是 A、2CH4( g )＋4O2( g )＝2CO2( g )＋4H2O ( l ) ΔH = +890 kJ/mol B、CH4＋2O2＝CO2＋H2O ΔH = －890 kJ/mol C、 CH4 ( g )＋2 O2 ( g ) ＝ CO2 ( g ) ＋ 2 H2O ( l ) ΔH = －890 kJ/mol D、 1/2CH4 ( g )＋O2 ( g ) ＝ 1/2CO2 ( g ) ＋ H2O ( l ) ΔH = -890 kJ/mol 4、已知 1mol H2分子中化學鍵斷裂時需要吸收436 kJ的能量； 1mol Cl2分子中化學鍵斷裂時需要吸收243 kJ 由H原子和Cl原子形成1 mol HCl 分子時釋放431 kJ的能量。下列敘述正確的是( ) A、氫氣和氯氣反應生成氯化氫氣體的熱化學方程式是 H2 (g) + Cl2(g) == 2HCl (g) B、氫氣和氯氣反應生成2 mol氯化氫氣體，反應的ΔH==183 kJ/mol C、氫氣和氯氣反應生成2 mol氯化氫氣體，反應的ΔH==--183 kJ/mol D、氫氣和氯氣反應生成1mol氯化氫氣體，反應的ΔH==--183 kJ/mol 吸熱反應與放熱反應的考查 反應熱大小的比較 熱化學方程式的書寫 教學回顧：