2022年高中化學 《化學反應與能量變化》教案3 新人教選修4

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1、2022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(zhuǎn)化的原因和常見的能量轉(zhuǎn)化形式; 2、認識化學反應過程中同時存在著物質(zhì)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(zhì)的回顧,逐步探究引起反應熱內(nèi)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

2、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(zhì)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“

3、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

4、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。 (3)熱化學方程式各物質(zhì)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(zhì)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(nèi)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。”知不知道是誰說的呢? 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?;瘜W反應所釋放的能量是現(xiàn)代能量的主要來源之一(一般

5、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(zhì)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(zhì)的變化常常伴隨能量的

6、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、

7、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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)稱為環(huán)境,我們把反應體系在化學反應過程

8、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(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)為基礎的,能量的多少與發(fā)生反應的反應物質(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物或生

9、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

10、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

11、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?。簧晌锏逆I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

12、較△H大小時,要連同“+”、“-”包含在內(nèi),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(zhì)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 l

13、mol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(zhì),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(zhì)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

14、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(chǎn)生的

15、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(zhì)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(zhì)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(zhì)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

16、量,而不管反應是否真正完成。△H與反應完成的物質(zhì)的量有關,而方程式中化學計量數(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

17、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(nèi)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

18、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(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

19、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(diào)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0.55mol·L-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

20、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=(

21、t2-t1) = , n=0.50mol· L-1×0.50mL=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(zhuǎn)變?yōu)槿祟惖纳a(chǎn)、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

22、熱反應 D、化學反應熱效應數(shù)值與參加反應的物質(zhì)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

23、、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

24、 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

25、 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:

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