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2019-2020年人教版高中化學(xué)選修四 1-1 化學(xué)反應(yīng)與能量變化第1、2課時(shí) 教案 課題：第一章 化學(xué)反應(yīng)與能量 授課班級(jí) 課 時(shí) 2 教 學(xué) 目 的 知識(shí) 與 技能 1、了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因和常見的能量轉(zhuǎn)化形式； 2、認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)過程中同時(shí)存在著物質(zhì)和能量的關(guān)系 3、了解反應(yīng)熱和焓變的含義 4、認(rèn)識(shí)熱化學(xué)方程式的意義并能正確書寫熱化學(xué)方程式 過程 與 方法 1、通過化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)的回顧，逐步探究引起反應(yīng)熱內(nèi)在原因的方法，引起學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)探索化學(xué)原理的學(xué)習(xí)方法， 2、通過討論、分析、對(duì)比的方法，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和主動(dòng)探究能力 情感 態(tài)度 價(jià)值觀 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度理解化學(xué)反應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)、勤于思考的態(tài)度，樹立透過現(xiàn)象看本質(zhì)的唯物主義觀點(diǎn) 重 點(diǎn) 化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，熱化學(xué)方程式的書寫 難 點(diǎn) 焓變，△H的“+”與“-”，熱化學(xué)方程式的書寫 知 識(shí) 結(jié) 構(gòu) 與 板 書 設(shè) 計(jì) 第一章 化學(xué)反應(yīng)與能量第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 一、反應(yīng)熱 焓變 1、定義：恒壓條件下，反應(yīng)的熱效應(yīng)等于焓變 2、符號(hào)：△H 3、單位：kJ/mol或kJmol-1 4、反應(yīng)熱表示方法：△H為“＋”或△H＞0時(shí)為吸熱反應(yīng)；△H為“一”或△H＜0時(shí)為放熱反應(yīng)。 5、△H計(jì)算的三種表達(dá)式： (1) △H == 化學(xué)鍵斷裂所吸收的總能量—化學(xué)鍵生成所釋放的總能量 (2) △H == 生成的總能量 –反應(yīng)物的總能量 (3) △H == 反應(yīng)物的鍵能之和– 生成物的鍵能之和 二、熱化學(xué)方程式(thermochemical equation) 1．定義：表明反應(yīng)所放出或吸收的熱量的化學(xué)方程式，叫做熱化學(xué)方程式。 例：H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)；△H=－14.9 kJ/mol 2．書寫熱化學(xué)方程式的注意事項(xiàng)： (1)需注明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)。因反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)不同時(shí)，其△H不同。 (2)要注明反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)。物質(zhì)的聚集狀態(tài)，與它們所具有的能量有關(guān)。 (3)熱化學(xué)方程式各物質(zhì)前的化學(xué)計(jì)量數(shù)不表示分子個(gè)數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)。對(duì)于相同物質(zhì)的反應(yīng)，當(dāng)化學(xué)計(jì)量數(shù)不同時(shí)，其△H也不同。 4．熱化學(xué)方程式的應(yīng)用 教學(xué)過程 教學(xué)步驟、內(nèi)容 教學(xué)方法、手段、師生活動(dòng) [引入]相信大家都聽過這句名言：“給我一個(gè)支點(diǎn)和足夠長的杠桿，我可以撬動(dòng)地球?！敝恢朗钦l說的呢？ 阿基米德 [問]推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步的這個(gè)支點(diǎn)和杠桿是什么呢？ [講]對(duì)，能量就是推動(dòng)人類進(jìn)步的“杠桿”！能量使人類脫離了“茹毛飲血”的野蠻，進(jìn)入繁華多姿的文明。化學(xué)反應(yīng)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(jìn)行能量交換）。所以，研究化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，就顯得極為重要。下面讓我們一同進(jìn)入選修4 化學(xué)反應(yīng)原理的學(xué)習(xí) ［板書］第一章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 [回憶]化學(xué)鍵在形成和斷裂的過程中能量的變化 ［講］化學(xué)鍵形成的時(shí)候放出能量，斷裂的時(shí)候吸收能量； [問]當(dāng)水從液態(tài)變成氣態(tài)的時(shí)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(dāng)水從液態(tài)變成氣態(tài)時(shí)，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(zhì)都一樣，就是形成作用力時(shí)要放出能量；破壞作用力時(shí)要吸收能量，即物質(zhì)的變化常常伴隨能量的變化 ［投影］ ［問］為什么化學(xué)反應(yīng)過程中會(huì)有能量的變化？從兩個(gè)角度來考慮：1、從化學(xué)鍵的角度看化學(xué)反應(yīng)是怎樣發(fā)生的？與能量有什么關(guān)系？2、反應(yīng)物和生成物的相對(duì)能量的大小 ［圖像分析］1molH2 和1molCl2 反應(yīng)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(xué)鍵的角度看化學(xué)反應(yīng)包含兩個(gè)過程：舊的化學(xué)鍵斷裂和新的化學(xué)鍵形成。斷裂化學(xué)鍵需要吸收能量，形成化學(xué)鍵要釋放出能量，斷開化學(xué)鍵吸收的能量和形成化學(xué)鍵釋放的能量通常不相等；2、反應(yīng)物和生成物的總能量通常不相等，當(dāng)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量釋放出來，當(dāng)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量時(shí)，化學(xué)反應(yīng)將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，所以化學(xué)反應(yīng)過程中總會(huì)伴隨著能量的變化。 ［過］斷開化學(xué)鍵和形成化學(xué)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(jì)算到反應(yīng)中的能量的具體數(shù)值了，在以上的例子中我們對(duì)反應(yīng)的討論和研究中，我們的研究對(duì)象是什么？ 反應(yīng)物和生成物 ［講］我們對(duì)反應(yīng)研究的對(duì)象是反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物，我們把它們稱為反應(yīng)體系，而把除它們之外的物質(zhì)稱為環(huán)境，我們把反應(yīng)體系在化學(xué)反應(yīng)過程中所釋放或吸收的能量，用熱量（或換算成相應(yīng)的熱量）來表述，叫做反應(yīng)熱，又稱作為“焓變”，用符號(hào)“△H”表示，單位常采用kJ/mol或kJmol－1 ［板書］一、反應(yīng)熱 焓變 1、定義：恒壓條件下，反應(yīng)的熱效應(yīng)等于焓變 2、符號(hào)：△H 3、單位：kJ/mol或kJmol-1 ［思考］我們看看△H的單位是kJ/mol，這個(gè)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(jì)算△H的數(shù)值？ ［講］化學(xué)反應(yīng)的過程同時(shí)存在著物質(zhì)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(zhì)為基礎(chǔ)的，能量的多少與發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)量及物質(zhì)的量成正比。焓變的單位中的“mol”的基本單元不是某一反應(yīng)物或生成物分子或原子，而是按熱化學(xué)方程式所表示的那些粒子的特定組合。反應(yīng)熱就是“每摩爾”該特定組合完全反應(yīng)的熱效應(yīng) [講]化學(xué)反應(yīng)都伴隨能量的變化，所以可以將化學(xué)反應(yīng)分為兩類。分析反應(yīng)熱之前，先弄清楚兩個(gè)概念：環(huán)境和體系 [投影] 放熱反應(yīng)：體系 環(huán)境 H △H < 0 為“-” Q > 0 吸熱反應(yīng) 體系 環(huán)境 H △H>0為“+” Q< 0 [結(jié)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(dāng)生成物釋放的總能量大于反應(yīng)物吸收的總能量時(shí)，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，使反應(yīng)本身能量降低，規(guī)定放熱反應(yīng)△H為“一”，所以△H為“一”或△H＜0時(shí)為放熱反應(yīng)。 上述反應(yīng) H2(g)＋Cl2(g) = 2HCl(g)，反應(yīng)熱測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為 184.6 kJ/mol，與計(jì)算數(shù)據(jù) 183kJ/mol很接近，一般用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表示，所以△H =-184.6 kJ/mol。 當(dāng)生成物釋放的總能量小于反應(yīng)物吸收的總能量時(shí)，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，通過加熱、光照等方法吸收能量，使反應(yīng)本身能量升高，規(guī)定△H為“＋”，所以△H為“＋”或△H＞0時(shí)為吸熱反應(yīng)。 ［投影］ [板書]4、反應(yīng)熱表示方法：△H為“＋”或△H＞0時(shí)為吸熱反應(yīng)；△H為“一”或△H＜0時(shí)為放熱反應(yīng)。 ［講］如果反應(yīng)物所具有的總能量高于生物成具有的總能量，反應(yīng)時(shí)就會(huì)以熱能的形式放出，反之，則吸熱。 [板書]5、△H計(jì)算的三種表達(dá)式： (1) △H == 化學(xué)鍵斷裂所吸收的總能量—化學(xué)鍵生成所釋放的總能量 (2) △H == 生成的總能量 –反應(yīng)物的總能量 ［講］化學(xué)鍵斷裂或生成所吸收或放出的能量叫做化學(xué)鍵的鍵能。反應(yīng)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(qiáng)，能量就越低，釋放的能量就越大，故需要放出能量，△H為負(fù)，反應(yīng)之為正 [板書] (3) △H == 反應(yīng)物的鍵能之和– 生成物的鍵能之和 ［講］△H有正負(fù)之分，因此比較△H大小時(shí)，要連同“+”、“-”包含在內(nèi)，類似于數(shù)學(xué)上的正負(fù)數(shù)比較，如果只比較反應(yīng)放出熱量變化，則只比較數(shù)值大小。 [過渡]什么是化學(xué)反應(yīng)熱？如何表示？如何準(zhǔn)確地描述物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)及其能量變化？下面我們來學(xué)習(xí)熱化學(xué)方程式。 [板書]二、熱化學(xué)方程式(thermochemical equation) 1．定義：表明反應(yīng)所放出或吸收的熱量的化學(xué)方程式，叫做熱化學(xué)方程式。 例：H2(g)＋I(xiàn)2(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(yīng)生成 lmol水蒸氣，放出 241.8kJ的熱量。(在 101kPa和 25℃時(shí)) 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(yīng)在101 kPa和 25℃時(shí)，生成lmol液態(tài)水，放出285.8kJ的熱量。 [小結(jié)]描述在一定條件下，一定量某狀態(tài)下的物質(zhì)，充分反應(yīng)后所吸收或放出熱量的多少。 ［講］熱化學(xué)方程式不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。那么熱化學(xué)方程式的書寫有什么要求或者需要注意哪些事項(xiàng)呢？ [板書]2．書寫熱化學(xué)方程式的注意事項(xiàng)： ［講］與普通化學(xué)方程式相比，書寫熱化學(xué)方程式除了要遵循書寫化學(xué)方程式的要求外還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ［學(xué)生活動(dòng)］閱讀教材歸納、總結(jié) [板書] (1)需注明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)。因反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)不同時(shí)，其△H不同。 [講]但中學(xué)化學(xué)中所用的△H的數(shù)據(jù)，一般都是在101 kPa和 25℃時(shí)的數(shù)據(jù)，因此可不特別注明。但需注明△H的“＋”與“－”。熱化學(xué)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(gè)熱化學(xué)方程式可看出，lmol H2反應(yīng)生成H2O(l)比生成H2O(g)多放出44kJ/mol的熱量。產(chǎn)生的熱量為什么不同？ [板書](2)要注明反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)。物質(zhì)的聚集狀態(tài)，與它們所具有的能量有關(guān)。 ［講］通常氣體用“g”、液體用”l”、固體用“s”、溶液用“aq”，且熱化學(xué)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(xué)方程式各物質(zhì)前的化學(xué)計(jì)量數(shù)不表示分子個(gè)數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)。對(duì)于相同物質(zhì)的反應(yīng)，當(dāng)化學(xué)計(jì)量數(shù)不同時(shí)，其△H也不同。 ［講］我們還需要注意的是，熱化學(xué)方程式是表示反應(yīng)已完成的量，而不管反應(yīng)是否真正完成。△H與反應(yīng)完成的物質(zhì)的量有關(guān)，而方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示物質(zhì)的量的多少，并不表示物質(zhì)的分子數(shù)或原子數(shù)，所以化學(xué)計(jì)量數(shù)必須與△H相對(duì)應(yīng)，如果化學(xué)計(jì)量數(shù)加倍，則△H也要加倍。當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)，其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號(hào)相反。 [板書]4．熱化學(xué)方程式的應(yīng)用 [點(diǎn)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(shí)放出48.40kJ熱量．表示上述反應(yīng)的熱化學(xué)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(shí)踐活動(dòng)］中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定 ［投影］一、實(shí)驗(yàn)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(yīng)而生成 1 mol H2O 時(shí)的反應(yīng)熱叫中和熱。在中學(xué)階段，只討論強(qiáng)酸和強(qiáng)堿反應(yīng)的中和熱。 ［回顧］必修2第二章30頁關(guān)于“中和熱”的內(nèi)容： 酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol H2O時(shí)所釋放的熱量稱為中和熱。 實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yīng)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(zhì)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(zhì)的量。 ［投影］二、實(shí)驗(yàn)操作 ［討論］上述實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)2-3相比，作了哪些改進(jìn)？改進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟，強(qiáng)調(diào)下列問題 ［投影］注意事項(xiàng)： 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?yàn)檫^量的堿并不參加中和反應(yīng)。 2、實(shí)驗(yàn)中若用弱酸代替強(qiáng)酸，或用弱堿代替強(qiáng)堿，因中和過程中電離吸熱，會(huì)使測得中和熱的數(shù)值偏低。 3、要使用同一支溫度計(jì)。分別先后測量酸、堿及混合液的溫度時(shí)，測定一種溶液后必須用水沖洗干凈并用濾紙擦干。溫度計(jì)的水銀球部分要完全浸入溶液中，且要穩(wěn)定一段時(shí)間再記下讀數(shù)。 4、實(shí)驗(yàn)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(shí)動(dòng)作要快，盡量減少熱量的散失。 6、實(shí)驗(yàn)時(shí)亦可選用濃度體積都不相同的酸堿溶液進(jìn)行中和熱的測定，但在計(jì)算時(shí)，應(yīng)取二者中量小的一種，因?yàn)檫^量的酸堿并不參加中和反應(yīng)。 操作：學(xué)生按課本步驟做實(shí)驗(yàn)，記錄相應(yīng)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(jì)算依據(jù) (t2－t1)＝ 思考：如果某一次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)與另外兩次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)差異明顯，怎么辦？ 2、計(jì)算反應(yīng)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?！鱄＝ ［總結(jié)］化學(xué)反應(yīng)伴隨能量變化是化學(xué)反應(yīng)的一大特征。我們可以利用化學(xué)能與熱能及其能量的相互轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟惖纳a(chǎn)、生活及科學(xué)研究服務(wù)?；瘜W(xué)在能源的開發(fā)、利用及解決日益嚴(yán)重的全球能源危機(jī)中必將起帶越來越重要的作用，同學(xué)們平時(shí)可以通過各種渠道來關(guān)心、了解這方面的進(jìn)展，從而深切體會(huì)化學(xué)的實(shí)用性和創(chuàng)造性。 ［隨堂練習(xí)］ 1、下列說法不正確的是( A ) A、放熱反應(yīng)不需加熱即可發(fā)生 B、化學(xué)反應(yīng)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(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng) D、化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)數(shù)值與參加反應(yīng)的物質(zhì)多少有關(guān) 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(guān)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(shí)，放出445 kJ的熱量。則下列熱化學(xué)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(xué)鍵斷裂時(shí)需要吸收436 kJ的能量； 1mol Cl2分子中化學(xué)鍵斷裂時(shí)需要吸收243 kJ 由H原子和Cl原子形成1 mol HCl 分子時(shí)釋放431 kJ的能量。下列敘述正確的是( ) A、氫氣和氯氣反應(yīng)生成氯化氫氣體的熱化學(xué)方程式是 H2 (g) + Cl2(g) == 2HCl (g) B、氫氣和氯氣反應(yīng)生成2 mol氯化氫氣體，反應(yīng)的ΔH==183 kJ/mol C、氫氣和氯氣反應(yīng)生成2 mol氯化氫氣體，反應(yīng)的ΔH==--183 kJ/mol D、氫氣和氯氣反應(yīng)生成1mol氯化氫氣體，反應(yīng)的ΔH==--183 kJ/mol 吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的考查 反應(yīng)熱大小的比較 熱化學(xué)方程式的書寫 教學(xué)回顧：