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高中化學(xué)選修4第一章第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量變化教案課題:第一章 化學(xué)反應(yīng)與能量第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量變化授課班級課 時2教學(xué)目的知識與技能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)識化學(xué)反應(yīng)過程中同時存在著物質(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)過程中主動探索化學(xué)原理的學(xué)習(xí)方法,2、通過討論、分析、對比的方法,培養(yǎng)學(xué)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(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)的唯物主義觀點重 點化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,熱化學(xué)方程式的書寫難 點焓變,H的“+”與“-”,熱化學(xué)方程式的書寫知識結(jié)構(gòu)與板書設(shè)計第一章 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:H3、單位:kJ/mol或kJmol-14、反應(yīng)熱表示方法:H為“”或H0時為吸熱反應(yīng);H為“一”或H0時為放熱反應(yīng)。5、H計算的三種表達(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)I2(g) =2HI(g);H=14.9 kJ/mol2書寫熱化學(xué)方程式的注意事項:(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,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)計量數(shù)不表示分子個數(shù),它可以是整數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)。對于相同物質(zhì)的反應(yīng),當(dāng)化學(xué)計量數(shù)不同時,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【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?【回答】阿基米德【提問】推動人類社會進(jìn)步的這個支點和杠桿是什么呢?【講解】對,能量就是推動人類進(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?;瘜W(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【回憶】通過必修二的學(xué)習(xí),我們知道化學(xué)反應(yīng)過程中不僅有物質(zhì)的變化,還有能量的變化。那么常見的能量變化形式有哪些?【學(xué)生】閱讀本章引言回答:熱能、電能、光能等【過渡】當(dāng)能量以熱的形式表現(xiàn)時,我們把化學(xué)反應(yīng)分為放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng),你能列舉常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)嗎?【回答】放熱反應(yīng)如燃燒反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)、大多數(shù)化合反應(yīng)等;吸熱反應(yīng)如大多數(shù)分解反應(yīng)、金屬氧化物的還原反應(yīng)等【質(zhì)疑】為什么化學(xué)反應(yīng)過程中有的放熱、有的吸熱?為什么說“化學(xué)反應(yīng)過程中能量的變化是以物質(zhì)的變化為基礎(chǔ)的”?【回憶】我們知道化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)就是舊的化學(xué)鍵斷裂和新的化學(xué)鍵形成的過程,那么化學(xué)鍵斷裂的過程中能量是如何變化的?【提問】當(dāng)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?【回答】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,分子間距離增大,所以要吸收能量【分析】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變化【探究】給出具體實例,圖例,請學(xué)生分析圖中包含的信息【引導(dǎo)】在化學(xué)反應(yīng)H2 +Cl2 =2HCl的過程中能量變化如何?【投影】【提問】為什么化學(xué)反應(yīng)過程中會有能量的變化?從兩個角度來考慮: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;【講解】1、從化學(xué)鍵的角度看化學(xué)反應(yīng)包含兩個過程: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,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,化學(xué)反應(yīng)將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來,所以化學(xué)反應(yīng)過程中總會伴隨著能量的變化?!具^渡】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,這樣我們就可以計算到反應(yīng)中的能量的具體數(shù)值了?!咎釂枴?如何表示反應(yīng)過程是放熱還是吸熱呢?【講解】我們對反應(yīng)研究的對象是反應(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“H”表示,單位常采用kJ/mol或kJmol1【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:H3、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?【講解】當(dāng)生成物釋放的總能量大于反應(yīng)物吸收的總能量時,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H0時為放熱反應(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(dāng)生成物釋放的總能量小于反應(yīng)物吸收的總能量時,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H0時為吸熱反應(yīng)?!就队啊俊景鍟?、反應(yīng)熱表示方法:H為“”或H0 時為吸熱反應(yīng);H為“一”或H0 時為放熱反應(yīng)?!局v解】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)時就會以熱能的形式放出,反之,則吸熱?!景鍟?、H計算的三種表達(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【講解】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【講解】H有正負(fù)之分,因此比較H大小時,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?!具^渡】通過上一節(jié)的學(xué)習(xí)我們知道化學(xué)反應(yīng)過程中的反應(yīng)熱與斷裂反應(yīng)物中化學(xué)鍵吸收的能量和形成生成物中化學(xué)鍵放出的能量有關(guān),即能量的變化時以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎(chǔ)的,那么如何更準(zhǔn)確的表示一個化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)?如如何準(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)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(yīng)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(yīng)在101 kPa和 25時,生成lmol液態(tài)水,放出285.8kJ的熱量?!拘〗Y(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。【講解】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呢?【板書】2書寫熱化學(xué)方程式的注意事項:【講解】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:【學(xué)生活動】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,其H不同?!局v解】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【講解】從上述兩個熱化學(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)。【講解】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“”、“”?!就队啊坷纾篐2(g)+C12(g) = 2HCl(g);H=-184.6 kJ/mol H2(g)+Cl2(g) = HCl(g);H92.3 kJ/mol【板書】(3)熱化學(xué)方程式各物質(zhì)前的化學(xué)計量數(shù)不表示分子個數(shù),它可以是整數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)。對于相同物質(zhì)的反應(yīng),當(dāng)化學(xué)計量數(shù)不同時,其H也不同?!局v解】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)計量數(shù)必須與H相對應(yīng),如果化學(xué)計量數(shù)加倍,則H也要加倍。當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時,其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等,符號相反?!景鍟?熱化學(xué)方程式的應(yīng)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(yīng)的熱化學(xué)方程式正確的是A;H48.40kJ/molB;H5518kJ/molC;H+5518kJ/molD;H11036kJ/mol答案 BD【實踐活動】中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定【投影】一、實驗原理【講解】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?!净仡櫋勘匦?第二章30頁關(guān)于“中和熱”的內(nèi)容:【回答】酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol H2O時所釋放的熱量稱為中和熱?!緦嶒灐繉嶒?-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:HQ/ncmt/n 其中:c4.18J/(g),m為酸堿溶液的質(zhì)量和,tt2t1,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?!就队啊慷?、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】【提問】課本第5頁圖1-3與實驗2-3相比,作了哪些改進(jìn)?改進(jìn)的目的是什么?【回答】 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?!舅伎寂c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?【回答】為了保證0.50mol/L的鹽酸完全被NaOH中和,采用堿稍過量?!局v解】閱讀課本第5頁實驗步驟,強(qiáng)調(diào)下列問題【投影】注意事項:1、為了保證0.50mol L1的鹽酸完全被NaOH中和,采用0.55molL1NaOH溶液,使堿稍稍過量,因為過量的堿并不參加中和反應(yīng)。2、實驗中若用弱酸代替強(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(jìn)行中和熱的測定,但在計算時,應(yīng)取二者中量小的一種,因為過量的酸堿并不參加中和反應(yīng)。操作:學(xué)生按課本步驟做實驗,記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)?!就队啊咳?、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) (t2t1)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(yīng)熱:HQ/ncmt/n。其中:c4.18J/(g),mm1m2100g,t(t2t1) ,n0.50mol L10.50mL0.025mol。H【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)。化學(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,從而深切體會化學(xué)的實用性和創(chuàng)造性?!倦S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 ) H1 = a kJ/mol(2)2H2( g )O2 ( g ) 2H2O ( g ) H2 = b kJ/mol(3) H2 ( g )1/2 O2 ( g ) H2O ( l ) H3 = c kJ/mol(4
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