第一章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化教案.docx

第一章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化教案第一章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 一、教材分析： 本章包括“化学反应与能量的变化”“燃烧热 能源”和“化学反应热的计算”三节，属于热化学基础知识。热化学是研究化学反应热现象的科学，曾为建立热力学第一定律提供了实验依据，反过来，它又是热力学第一定律在化学反应中的具体应用。它主要解决各种热效应的测量和计算问题。在必修2中，学生初步学习了化学能与热能的知识，对于化学键与化学反应中能量变化的关系、化学能与热能的相互转化有了一定的认识，本章是在此基础上的扩展与提高。 1molH2与1molCl2反应的反应热的推导是本节教学的关键。可以采用电化教学手段，利用多媒体软件进行形象化教学，也可以利用教材中的图示分析化学反应前后反应物与生成物中化学键的断裂和生成情况，并与反应物的总能量、生成物的总能量及能量差联系起来，以使学生理解H的涵义及与放热反应、吸热反应的关系。 探讨化学反应放热、吸热本质时，要强调三点：化学反应的特点是有新物质生成，新物质和反应物总能量不同；反应中能量守恒；反应物与生成物的能量差若以热能形式表现即为放热和吸热，如果两者能量比较接近，则放热和吸热不明显。 二、教学目的 知识与技能 1、了解化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式； 2、认识化学反应过程中同时存在着物质和能量的关系 3、了解反应热和焓变的含义 4、认识热化学方程式的意义并能正确书写热化学方程式 过程与方法 1、通过化学反应的实质的回顾，逐步探究引起反应热内在原因的方法，引起学生在学习过程中主动探索化学原理的学习方法； 2、通过讨论、分析、对比的方法，培养学生的分析能力和主动探究能力。 情感态度与价值观 激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度，树立透过现象看本质的唯物主义观点 三、教学重点难点： 重 点：化学反应中的能量变化，热化学方程式的书写 难 点：焓变，H的“+”与“-”，热化学方程式的书写 四、学情分析： 本章介绍的是热化学的一些初步知识，以启发学生从能量角度考虑化学反应问题，有利于学生较全面地认识化学反应的本质。授课时可以通过回忆高一有关放热反应和吸热反应的实验入手，引出反应热的概念、符号和一般采用的单位等。再联系化学反应的本质，即反应物分子的旧化学键的断裂所需要的能量和生成物分子新化学键的形成所放出的能量，定量讨论反应的能量变化，说明了宏观的反应热和微观的化学键断裂和形成所吸收和放出的总能量之间的关系，最后总结出化学反应过程中能量变化示意图。 五、教学方法、手段 探究式，归纳、总结等方法 六、教学过程 预习检查，总结疑惑来源:学科网 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，是教学具有针对性。 新教学过程 引入相信大家都听过这句名言：“给我一个支点和足够长的杠杆，我可以撬动地球。”知不知道是谁说的呢？ 阿基米德 问推动人类社会进步的这个支点和杠杆是什么呢？ 讲对，能量就是推动人类进步的“杠杆”！能量使人类脱离了“茹毛饮血”的野蛮，进入繁华多姿的文明。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一。所以，研究化学反应中的能量变化，就显得极为重要。下面让我们一同进入选修4 化学反应原理的学习 板书第一章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 回忆化学键在形成和断裂的过程中能量的变化 讲化学键形成的时候放出能量，断裂的时候吸收能量； 问当水从液态变成气态的时候能量是如何变化的？能否从微观的角度解释能量变化的原因？ 水分子之间存在分子间作用力，当水从液态变成气态时，分子间距离增大，所以要吸收能量 讲虽然力的种类和大小不同，但是本质都一样，就是形成作用力时要放出能量；破坏作用力时要吸收能量，即物质的变化常常伴随能量的变化 投影 问为什么化学反应过程中会有能量的变化？从两个角度来考虑：1、从化学键的角度看化学反应是怎样发生的？与能量有什么关系？2、反应物和生成物的相对能量的大小 图像分析1molH2 和1molCl2 反应得到2molHCl要放出183kJ的能量；断开1molH-H键需要吸收436kJ的能量；断开1molCl-Cl键需要吸收243kJ的能量；形成1molH-Cl键能放出431kJ的能量； 讲从化学键的角度看化学反应包含两个过程：旧的化学键断裂和新的化学键形成。断裂化学键需要吸收能量，形成化学键要释放出能量，断开化学键吸收的能量和形成化学键释放的能量通常不相等；2、反应物和生成物的总能量通常不相等，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，化学能转化为其他形式的能量释放出来，当反应物的总能量小于生成物的总能量时，化学反应将其他形式的能量转化为化学能储存起来，所以化学反应过程中总会伴随着能量的变化。 过断开化学键和形成化学键所吸收和放出的能量的数值是可以定量测定出来的，可以在工具书上查到，这样我们就可以计算到反应中的能量的具体数值了，在以上的例子中我们对反应的讨论和研究中，我们的研究对象是什么？ 反应物和生成物 讲我们对反应研究的对象是反应的反应物和生成物，我们把它们称为反应体系，而把除它们之外的物质称为环境，我们把反应体系在化学反应过程中所释放或吸收的能量，用热量来表述，叫做反应热，又称作为“焓变”，用符号“H”表示，单位常采用kJ/mol或kJmol 板书一、反应热 焓变 1、定义：恒压条件下，反应的热效应等于焓变 2、符号：H 3、单位：kJ/mol或kJmol-1 思考我们看看H的单位是kJ/mol，这个单位的分子和分母分别代表的是什么物理量？我们可以怎样计算H的数值？ 1讲化学反应的过程同时存在着物质和能量的变化，而且能量的释放和吸收是以发生变化的物质为基础的，能量的多少与发生反应的反应物质量及物质的量成正比。焓变的单位中的“mol”的基本单元不是某一反应物或生成物分子或原子，而是按热化学方程式所表示的那些粒子的特定组合。反应热就是“每摩尔”该特定组合完全反应的热效应 讲化学反应都伴随能量的变化，所以可以将化学反应分为两类。分析反应热之前，先弄清楚两个概念：环境和体系 投影 放热反应：体系 环境 H H < 0 为“-” Q > 0 吸热反应 体系 环境 H H>0为“+” Q< 0 结论H 和Q的角度不同，H从体系的角度，Q从环境的角度 讲当生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量时，反应为放热反应，使反应本身能量降低，规定放热反应H为“一”，所以H为“一”或H0时为放热反应。 上述反应 H2(g)Cl2(g) = 2HCl(g)，反应热测量的实验数据为 184.6 kJ/mol，与计算数据 183kJ/mol很接近，一般用实验数据表示，所以H =-184.6 kJ/mol。 当生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量时，反应是吸热反应，通过加热、光照等方法吸收能量，使反应本身能量升高，规定H为“”，所以H为“”或H0时为吸热反应。 投影 板书4、反应热表示方法：H为“”或H0时为吸热反应；H为“一”或H0时为放热反应。 讲如果反应物所具有的总能量高于生物成具有的总能量，反应时就会以热能的形式放出，反之，则吸热。 板书5、H计算的三种表达式： (1) H = 化学键断裂所吸收的总能量化学键生成所释放的总能量 (2) H = 生成的总能量 反应物的总能量 讲化学键断裂或生成所吸收或放出的能量叫做化学键的键能。反应键能越小，稳定性越弱，能量就越高破坏它需要的能量就越小；生成物的键能越大，稳定性越强，能量就越低，释放的能量就越大，故需要放出能量，H为负，反应之为正 板书 (3) H = 反应物的键能之和 生成物的键能之和 讲H有正负之分，因此比较H大小时，要连同“+”、“-”包含在内，类似于数学上的正负数比较，如果只比较反应放出热量变化，则只比较数值大小。 过渡什么是化学反应热？如何表示？如何准确地描述物质间的化学反应及其能量变化？下面我们来学习热化学方程式。 板书二、热化学方程式(thermochemical equation) 1定义：表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。 例：H2(g)I2(g) 2HI(g)；H=14.9 kJ/mol 投影例：H2(g)11O2(g) = H2O(g)；H=-241.8 kJ/mol，表示 lmol气态 H2和mol22气态 O2反应生成 lmol水蒸气，放出 241.8kJ的热量。(在 101kPa和 25时) H2(g)十11O2 (g)H2O(l)；H=-285.8kJ/mol，表示lmol气态H2与mo气态O2反应在101 kPa和 2225时，生成lmol液态水，放出285.8kJ的热量。 小结描述在一定条件下，一定量某状态下的物质，充分反应后所吸收或放出热量的多少。 讲热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。那么热化学方程式的书写有什么要求或者需要注意哪些事项呢？ 板书2书写热化学方程式的注意事项： 讲与普通化学方程式相比，书写热化学方程式除了要遵循书写化学方程式的要求外还应注意以下几点： 学生活动阅读教材归纳、总结 板书 (1)需注明反应的温度和压强。因反应的温度和压强不同时，其H不同。 讲但中学化学中所用的H的数据，一般都是在101 kPa和 25时的数据，因此可不特别注明。但需注明H的“”与“”。热化学方程式一般不要求写条件 投影例如：H2(g)H=-285.8kJ/mol 讲从上述两个热化学方程式可看出，lmol H2反应生成H2O(l)比生成H2O(g)多放出44kJ/mol的热量。产生的热量为什么不同？ 11O2(g) = H2O(g)；H=-241.8 kJ/mol H2(g)十O2 (g)H2O(l)；22 板书(2)要注明反应物和生成物的状态。物质的聚集状态，与它们所具有的能量有关。 讲通常气体用“g”、液体用”l”、固体用“s”、溶液用“aq”，且热化学方程式通常不用“”、“”。 投影例如：H2(g)+C12(g) = 2HCl(g)；H=-184.6 kJ/mol 11H2(g)+ Cl2(g) = HCl(g)；H92.3 kJ/mol 22板书(3)热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，它可以是整数也可以是分数。对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其H也不同。 讲我们还需要注意的是，热化学方程式是表示反应已完成的量，而不管反应是否真正完成。H与反应完成的物质的量有关，而方程式中化学计量数只表示物质的量的多少，并不表示物质的分子数或原子数，所以化学计量数必须与H相对应，如果化学计量数加倍，则H也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。 板书4热化学方程式的应用 点击试题已知在25，101kPa下，1g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量表示上述反应的热化学方程式正确的是 25O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g)；H48.40kJ/mol 225CH(1)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1)；H5518kJ/mol B818225CH(1)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1)；H+5518kJ/mol C8182 AC8H18(1)+D2C8H18(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(1)；H11036kJ/mol 答案 BD 实践活动中和反应反应热的测定 投影一、实验原理 讲中和热的定义是在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成 1 mol H2O 时的反应热叫中和热。在中学阶段，只讨论强酸和强碱反应的中和热。 回顾必修2第二章30页关于“中和热”的内容： 酸与碱发生中和反应生成1mol H2O时所释放的热量称为中和热。 实验2-3：在50mL烧杯中加入20mL 2mol/L的盐酸，测其温度。另用量筒量取20mL 2mol/L NaOH溶液，测其温度，并缓缓地倾入烧杯中，边加边用玻璃棒搅拌。观察反应中溶液温度的变化过程，并作好记录。 盐酸温度/ t(HCl) NaOH溶液温度/ t(NaOH) 中和反应后温度/ t2 数据处理：HQ/ncmt/n 其中：c4.18J/(g·)，m为酸碱溶液的质量和，tt2t1，t1是盐酸温度与NaOH溶液温度的平均值，n为生成水的物质的量。 投影二、实验操作 讨论上述实验装置和操作存在哪些问题？热量的散失 投影 问课本第5页图1-3与实验2-3相比，作了哪进的目的是什么？ 1双层烧杯、2碎泡沫塑料、3盖减少热量的散失。 思考与交流课本第5页实验用品，想一想，每途， NaOH溶液为什么不用0.50mol/L而用0.55mol/L？ 为了保证0.50mol/L的盐酸完全被NaOH中和，采用碱稍过量。 讲阅读课本第5页实验步骤，强调下列问题 投影注意事项： 1、为了保证0.50mol· L1的盐酸完全被NaOH中和，采用0.55mol·L1NaOH溶液，使碱稍稍过量，因为过量的碱并不参加中和反应。 2、实验中若用弱酸代替强酸，或用弱碱代替强碱，因中和过程中电离吸热，会使测得中和热的数值偏低。 3、要使用同一支温度计。分别先后测量酸、碱及混合液的温度时，测定一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。温度计的水银球部分要完全浸入溶液中，且要稳定一段时间再记下读数。 4、实验中所用的盐酸和氢氧化钠溶液配好后要充分冷却至室温，才能使用。 5、操作时动作要快，尽量减少热量的散失。 6、实验时亦可选用浓度体积都不相同的酸碱溶液进行中和热的测定，但在计算时，应取二者中量小的一种，因为过量的酸碱并不参加中和反应。 操作：学生按课本步骤做实验，记录相应数据。 投影三、数据处理 1、取三次测量所得数据的平均值作为计算依据 (t2t1) 思考：如果某一次实验的数据与另外两次实验的数据差异明显，怎么办？ 2、计算反应热：HQ/ncmt/n。 其中：c4.18J/(g·)，mm1m2100g，t(t2t1) ， n0.50mol· L1×0.50mL0.025mol。H 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件用品的用板、都是为了些改进？改道来关心、了解这方面的进展，从而深切体会化学的实用性和创造性。 随堂练习 1、下列说法不正确的是( A ) A、放热反应不需加热即可发生 B、化学反应过程中的能量变化除了热能外，也可以是光能、电能等 C、需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应 D、化学反应热效应数值与参加反应的物质多少有关 2、已知 H2( g )1/2O2 ( g ) H2O ( g ) H1 = a kJ/mol 2H2( g )O2 ( g ) 2H2O ( g ) H2 = b kJ/mol H2 ( g )1/2 O2 ( g ) H2O ( l ) H3 = c kJ/mol 2H2 ( g )O2 ( g ) 2H2O ( l ) H4 = d kJ/mol 则a、b、c、d的关系正确的是 。 A、a<c<0 B、b>d>0 C、2a=b< 0 D、2c=d>0 3、沼气是一种能源，它的主要成分是CH4。0.5 mol CH4 完全燃烧生成CO2和H2O时，放出445 kJ的热量。则下列热化学方程式中正确的是 A、2CH4( g )4O2( g )2CO2( g )4H2O ( l ) H = +890 kJ/mol B、CH42O2CO2H2O H = 890 kJ/mol C、 CH4 ( g )2 O2 ( g ) CO2 ( g ) 2 H2O ( l ) H = 890 kJ/mol D、 1/2CH4 ( g )O2 ( g ) 1/2CO2 ( g ) H2O ( l ) H = -890 kJ/mol 1 1mol H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量；2 1mol Cl2分子中化4、已知3由H原子和Cl原子形成1 mol HCl 分子时释放431 kJ学键断裂时需要吸收243 kJ 的能量。下列叙述正确的是( ) A、氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式是 H2 (g) + Cl2(g) = 2HCl (g) B、氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的H=183 kJ/mol C、氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的H=-183 kJ/mol D、氢气和氯气反应生成1mol氯化氢气体，反应的H=-183 kJ/mol 七、知识结构与板书设计 第一章 化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化 一、反应热 焓变 1、定义：恒压条件下，反应的热效应等于焓变 2、符号：H 3、单位：kJ/mol或kJmol-1 4、反应热表示方法：H为“”或H0时为吸热反应；H为“一”或H0时为放热反应。 5、H计算的三种表达式： (1) H = 化学键断裂所吸收的总能量化学键生成所释放的总能量 (2) H = 生成的总能量 反应物的总能量 (3) H = 反应物的键能之和 生成物的键能之和 二、热化学方程式(thermochemical equation) 1定义：表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。 例：H2(g)I2(g) 2HI(g)；H=14.9 kJ/mol 2书写热化学方程式的注意事项： (1)需注明反应的温度和压强。因反应的温度和压强不同时，其H不同。 (2)要注明反应物和生成物的状态。物质的聚集状态，与它们所具有的能量有关。 (3)热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，它可以是整数也可以是分数。对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其H也不同。 4热化学方程式的应用 八、教学反思 本节课的教学对于学生较全面地认识化学反应具有重要意义，尤其是反应热的教学，涉及到化学反应的本质旧化学键的断裂和新化学键的形成，即涉及到化学反应中的物质变化和能量变化，对培养学生全面地分析问题很有帮助。来源:Zxxk.Com 注意新、旧知识的衔接。在学习本节知识前要指导学生复习必修课程中学习的“化学键与化学反应中能量变化的关系”和“热能与化学能的相互转化”中的相关知识。