第一章 化学反应的热效反应 第一节 反应热 第1课时 反应热 焓变 教学设计（表格式）
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| 名称 | 第一章 化学反应的热效反应 第一节 反应热 第1课时 反应热 焓变 教学设计（表格式） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 337.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-06-16 10:08:19 | ||
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文档简介
优秀教案系列
第一章 化学反应的热效应
在初中和必修阶段,学生对于化学反应与能量变化已经有了一定的了解。本章是在初中和必修阶段的基础上进行的拓展和提高。通过本章的学习,学生能够在定性认识化学能与热能相互转化的基础上,从反应热的测定、表示、计算等定量角度,深入认识化学反应的热效应,从微观角度了解反应热的实质。同时,学生能够基于内能及内能的变化认识反应热,并进一步感受反应热在生活、生产和科学研究中的广泛应用,体会研究反应热的重要价值。
本章包括两节内容。第一节介绍了反应热的概念、中和反应反应热的测定、焓变、热化学方程式和燃烧热等,第二节介绍了盖斯定律和反应热的计算。从全章内容的逻辑关系来看,反应热的概念是引入焓变的基础,反应热的测定和焓变是介绍热化学方程式及其书写的基础,热化学方程式和盖斯定律是计算反应热的基础,因此,本章在内容编排上由浅入深,层层递进,环环相扣,逻辑性很强。此外,本章在正文、栏目、图画、例题和习题等素材的选择上,突出反应热在实际中的广泛应用,体现研究反应热的重要价值。
从宏观、微观角度理解化学反应的热效应;热化学方程式的书写;盖斯定律。
课题 课时安排
第一节 反应热 2课时
第二节 反应热的计算 2课时
章末复习 1课时
第一节 反应热
第1课时 反应热 焓变
教学目标
1.通过常见反应中的能量变化,进一步认识反应体系与环境,体验化学反应中的热效应。
2.通过中和反应反应热的测定实验,培养合作探究、分析解决问题的能力。
3.通过探讨化学反应的特征与本质,认识反应热与焓变的含义。
4.培养科学精神和创新意识,培养宏观辨识与微观探析的学科素养。
评价目标
1.通过认识常见的吸热与放热反应,提高学生对化学反应的认识水平。
2.通过中和反应反应热的测定实验的设计与分析,诊断学生对反应热的理解。
3.通过对宏观能量变化的认识和微观探析焓变的原因,诊断学生对化学反应本质的理解。
重点、难点
反应热、焓变的含义。
课时安排
1课时
教学准备
实验仪器、所需试剂、多媒体课件、学案。
教学设计主题 教学过程 设计意图 评价维度
教师活动 学生活动
课题引入 【引入】利用化学反应中热量的释放或吸收有利于改善我们的生活环境,提高我们的生产效率。目前市面上的“即热饭盒”,其原理是在饭盒底部有两层,一层存放水,另一层存放镁和铁的混合物(发热包)。使用时打开隔离层,即发生以下反应:Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑。 【设问】在这个过程中能量发生了怎样的转化 发热包是怎样加热食物的,其成分的含量是否需要控制,为什么 【观察、思考、回答】 Mg与水反应放热,化学能转化为热能,通过水进行能量传递,加热食物。 发热包中有效成分的含量过少,则放热不足;含量过多则占用空间,且产生H2,有安全隐患。 从现实生活中寻找素材,为本节课内容的展开提供铺垫。 学习准备 交流互动
自主学习 1.什么是反应体系和环境 2.体系与环境之间的热量转移与温度的关系是什么 【思考】 1.被研究的参与反应的物质系统看作反应体系,与体系相互影响的其他部分称为环境。 2.体系对环境释放热量,环境温度升高;体系从环境吸收热量,环境温度降低。 引导学生从体系与环境以及条件等角度看待反应中的能量变化问题。 积极思考
知识回顾 结合学习过的各种反应类型,试分析反应中伴随着怎样的能量变化,讨论以下问题: 1.哪些反应属于放热反应 反应物与生成物的能量高低是什么情况 2.哪些反应属于吸热反应 反应物与生成物的能量高低是什么情况 【讨论、交流】 1.放热反应:(1)金属与水或酸的反应;(2)酸碱中和反应;(3)燃烧反应;(4)铝热反应;(5)大多数化合反应;(6)缓慢的自发氧化还原反应。放热反应:反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量。 2.吸热反应:(1)大多数的分解反应;(2)氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应;(3)生成水煤气的反应;(4)碳与二氧化碳生成一氧化碳的反应。吸热反应:反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量。 通过学生熟悉的内容,提出有效的问题,看似复习,实际为本节课从宏观能量变化到微观分析的学习做好铺垫和引入。对本节课也有承上启下的作用。 分析入理 总结到位
一、反应热及其测定 【过渡】化学反应发生后,反应体系恢复到反应前的温度时,即在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境中吸收的热量,称之为化学反应的热效应,简称反应热。 许多反应热可以通过量热计直接测定。例如盐酸和NaOH溶液反应: 【问题1-1】在测定中和反应的反应热时最关键的问题是什么 【问题1-2】实验原理和数据处理的原理是什么 应该测量哪些数据 【问题1-3】为了提高测定的准确度,应该采取哪些措施 【聆听、记录】 【分析、讨论、交流】 【问题1-1】减少热量散失。 【问题1-2】酸和碱溶液的质量m、反应前的溶液温度t1、完全反应时的溶液温度(最高)t2。 中和反应释放的热量: Q=mcΔt=mc(t2-t1) 中和生成1 mol H2O的反应热= 【问题1-3】增强保温、隔热措施,操作要迅速,减少实验过程中热量的损失;不断搅动,使热量分散均匀;使用稀的强酸和强碱溶液,减少溶解或电离热效应的干扰;多次测量求平均值以减少误差。 通过问题的交流与讨论,分析如何规范操作,获得正确实验数据的措施,提高学生分析问题、解决问题的能力,培养创新意识。 积极思考 主动交流
一、反应热及其测定 【实验步骤】 (1)反应物温度的测量。 ①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸,打开杯盖,倒入量热计的内筒,盖上杯盖,插入温度计,测量并记录盐酸的温度(数据填入下表)。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。 ②用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,用温度计测量并记录NaOH溶液的温度(数据填入下表)。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。 (2)反应后体系温度的测量。 打开杯盖,将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒,立即盖上杯盖,插入温度计,用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化,将最高温度记为反应后体系的温度(t2)。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。 (3)重复上述步骤(1)至步骤(2)两次。 【数据处理】 (1)取盐酸温度和NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1)。计算温度差(t2-t1),将数据填入下表。 实验 次数反应物的温度/℃反应前体系的温度反应后体系的温度温 度 差盐酸NaOH 溶液t1/℃t2/℃(t2-t1)/℃123
(2)取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。 (3)根据温度差和比热容等计算反应热。 已知:盐酸和氢氧化钠溶液的密度都约为1 g·cm-3,又知中和反应后生成的溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。 【问题1-4】在25 ℃和101 kPa下,酸溶液与碱溶液发生中和反应生成1 mol H2O时,放出的热量都相同吗 试结合以下实例分析测定的反应热情况: (1)Ba(OH)2稀溶液与稀硫酸反应 (2)浓硫酸与稀NaOH溶液反应 (3)氨水与稀盐酸反应 【问题1-5】操作过程中哪些环节可能造成实验误差 【问题1-6】化学反应为什么会产生反应热 【过渡】化学反应前后体系的内能(符号为U)发生了变化。内能是体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响。为了描述等压条件下的反应热,科学上引入了一个与内能有关的物理量——焓,用符号H表示。研究表明,在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变,用ΔH来表示。当反应体系放热时其焓减小,ΔH为负值,即ΔH<0。当反应体系吸热时其焓增大,ΔH为正值,即ΔH>0。 【分组实验】分工合作,记录,处理数据。 实验 次数反应物的温度/℃反应前体系的温度反应后体系的温度温 度 差盐酸NaOH 溶液t1/℃t2/℃(t2-t1)/℃120.020.120.0523.23.15220.220.420.323.43.1320.520.620.5523.63.05
为了计算简便,可以近似地认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水的相同,并忽略量热计的比热容,则: ①50 mL 0.50 mol·L-1盐酸的质量m1=50 g,50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液的质量m2=50 g。 ②反应后生成的溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1,50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液发生中和反应时放出的热量: (m1+m2)·c·(t2-t1)=0.418(t2-t1) kJ。 ③生成1 mol H2O时放出的热量为 kJ= kJ=51.8 kJ。 【问题1-4】 【交流、讨论、回答】稀的强酸与稀的强碱只发生反应:H++OH-H2O,不含其他离子反应时,中和反应生成1 mol H2O放出的热量相等。 (1)Ba(OH)2稀溶液与稀硫酸的反应热,除了包含中和反应的反应热,还包含Ba2+与S的反应热。 (2)浓硫酸稀释放热,测定反应热的数值偏高。 (3)一水合氨电离吸热,测定反应热的数值偏低。 【问题1-5】仪器保温性差或操作缓慢造成热量散失;试剂溅出导致未完全反应,放热减少;温度计未洗净就立即继续测温,导致起始温度测量偏高;搅拌棒不能是金属材料,金属的导热性好,热量散失,或金属与溶液反应产生热效应;量取溶液体积大小造成误差。 【问题1-6】反应物的总能量与生成物的总能量不相等。 【聆听、记录】 通过实验,把学生所有的注意力和兴奋点都集中起来,锻炼了学生的动手能力、团队合作意识。通过获得准确数据的测定,体验成功的喜悦。通过对实验误差的分析和实验结论的探讨,培养学生分析、解决问题的能力和严谨的科学精神,体验科学的价值和魅力。 从宏观角度认识化学反应的反应热。 认识内能及其影响因素,理解反应热与焓变的含义。 积极思考 认真积极互动
二、反应热与焓变 【问题2-1】如何用能量变化图像来表示放热反应、吸热反应的ΔH 【思考1】从宏观物质能量的角度如何计算ΔH 【问题2-2】化学反应的本质是什么 以氢气和氯气的反应为例,从微观角度来讨论反应热的实质,请同学们进行计算。 【过渡】分析结果与实验测定的反应热非常接近,表明化学键断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因。 【思考2】从微观角度考虑,ΔH用公式如何表示 【问题2-3】任何一个化学反应都有反应热吗 【问题2-4】决定焓变(ΔH)正负及影响焓变大小的因素有哪些 【投影】反应热的研究价值。 反应条件选择与控制 【讲解】反应热的研究对能源的开发利用、工艺操作以及反应的可行性和条件选择等都具有重要的意义,后期我们再进一步深入学习探讨。 【思考】画图、展示。 【讨论、回答】 ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量。 【讨论、交流】 化学反应的本质:反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。 1 mol H2和1 mol Cl2分子中的化学键断裂吸收的总能量是 436 kJ+243 kJ=679 kJ;2 mol HCl分子中的化学键形成时释放的总能量为431 kJ×2=862 kJ,则反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)放出的能量为862 kJ-679 kJ=183 kJ,反应热ΔH=-183 kJ·mol-1。 【思考、回答】 ΔH=反应物分子的化学键断裂时吸收的总能量-生成物分子的化学键形成时释放的总能量=反应物的总键能-生成物的总键能。 【思考、回答】 任何化学反应都有反应热,化学反应的本质是化学键的断裂和形成,旧键断裂要吸收能量,新键形成要放出能量。一个化学反应中断裂化学键吸收的能量和生成化学键放出的能量不相等,因此化学反应都伴有能量变化。 【思考、回答】 (1)决定焓变正负的因素:反应物与生成物焓的相对大小。 (2)影响焓变大小的因素:①参加反应的物质的物质的量的多少;②反应体系中物质的聚集状态;③体系的温度和压强。 【聆听、联想】 通过数形结合的方式进一步理解焓变的含义。 从宏观角度总结概括表示和计算反应热的方法 通过从微观角度看待化学反应本质,利用化学键断裂与形成过程中能量的变化,寻找化学反应热的实质,多视角理解反应热,并概括计算反应热的方法,发散思维,培养学生的宏观辨识与微观探析的学科素养。 明确内能、焓、反应热、焓变、键能等概念之间的关系,及影响焓变的因素。培养学生用辩证的观点看待问题的学习态度。 激发学生学习的积极性。引导学生树立科学观念和责任意识。 严谨细致 表述准确 计算正确 条理清晰 概括准确 总结全面 概括到位
评价反馈 请大家完成评价反馈: 1.下列说法正确的是( ) A.凡是经过加热而发生的反应都是吸热反应 B.伴有能量变化的变化都是化学变化 C.化学反应都伴随着能量变化 D.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量总是高于生成物的总能量 2.已知断裂1 mol H—H键需吸收的能量为436 kJ,形成1 mol N—H键放出的能量为391 kJ,根据化学方程式:N2+3H2 2NH3,1 mol N2完全反应放出92.4 kJ能量。则断裂1 mol N≡N所需吸收的能量为( ) A.431 kJ B.945.6 kJ C.649 kJ D.896 kJ 完成练习并总结。 1.化学反应的特征:物质变化和能量变化;掌握常见的反应类型属于吸热反应还是放热反应,区别物理变化与化学变化。 2.检测对反应热(焓变)的理解和计算过程。 自我检测,认识物质变化与能量变化的关系,从宏观到微观认识反应热的实质。 自我评价
课堂小结 【反思回顾】化学反应的特征及反应热的实质和表示方法。 利用守恒的思想看待物质和能量的变化,掌握反应热的实质和表示方法。
1.完成学案中的“核心素养专练”。
2.整理常见实验制备和工业制备原理,分析反应热情况。
本节内容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。热化学概念和理论,学生学起来觉得抽象。为了适应学生的认知水平,在教学中要注意把握分寸,力求简明、通俗,回避对热化学理论深入的讨论和严格的数学推导。本教学设计从常见反应现象入手,认识反应体系与环境及其之间的能量交换与传递,引出反应热的概念,并通过以中和反应为典型实例,设计实验探讨反应热的测定,由定性分析到定量计算,通过实验操作、数据处理和分析总结,培养学生严谨的科学精神,提高学生分析、解决问题的能力。从宏观物质能量变化,结合化学反应的本质,联系化学反应的过程进行微观键能分析,即反应物分子中旧化学键的断裂所需要的能量和生成物分子中新化学键的形成所释放出的能量,定量讨论化学反应的能量变化,说明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,挖掘反应热的本质。以知识为载体,理论结合实验,有利于学生接纳、合作探究、交流互动,将被动的学习化为主动,在科学精神和价值的引领下,激发学习兴趣,促使学生形成正确的学习习惯,有利于培养学生的化学学科素养。
第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
第1课时 反应热 焓变
一、反应热及其测定:体系环境—能量变化
二、反应热与焓变
ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能
ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量
反应热是指当一个化学反应在恒压以及不做非膨胀功的情况下发生后,若使生成物的温度回到反应物的起始温度,这时体系所放出或吸收的热量称为反应热。也就是说,化学反应热通常是指体系在等温、等压过程中发生化学变化时所放出或吸收的热量。化学反应热有多种形式,如生成热、燃烧热、中和热等。化学反应热是重要的热力学数据,它是通过实验测定的,所用的主要仪器为量热计。
1.关于下列ΔH的判断正确的是( )
C(aq)+H+(aq)HC(aq) ΔH1
C(aq)+H2O(l)HC(aq)+OH-(aq) ΔH2
OH-(aq)+H+(aq)H2O(l) ΔH3
OH-(aq)+CH3COOH(aq)CH3COO-(aq)+H2O(l) ΔH4
A.ΔH1<0 ΔH2<0 B.ΔH1<ΔH2
C.ΔH3<0 ΔH4>0 D.ΔH3>ΔH4
答案 B
解析 C与H+的反应为放热反应,ΔH1<0,C与H2O(l)的反应为水解反应,反应吸热,ΔH2>0,则ΔH1<ΔH2,A项错误,B项正确;OH-(aq)与H+(aq)的反应会放出热量,ΔH3<0,CH3COOH是弱酸,与OH-(aq)发生中和反应,也是放热反应,ΔH4<0,但是ΔH3<ΔH4,C、D项错误。
2.氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0
B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023
D.反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和
答案 A
解析 氢气与氧气反应生成水是可自发进行的放热反应,ΔH<0,A项正确;氢氧燃料电池的负极反应为氧化反应,应是氢气在负极放电,B项错误;常温常压下,Vm大于22.4 L·mol-1,若常温常压下氢氧燃料电池消耗的氢气体积为11.2 L,则n(H2)<0.5 mol,转移电子数目小于6.02×1023,C项错误;反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的ΔH=反应中断裂旧共价键的键能之和-反应中形成新共价键的键能之和,D项错误。
3.我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C—C键
D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
答案 D
解析 A项,由示意图可知反应的化学方程式为CO2+CH4CH3COOH,反应中原子的利用率为100%,正确;B项,由示意图可知CH4在催化剂作用下发生C—H键断裂,正确;C项,①的总能量高于②,①→②转化过程放出热量,并形成了C—C键,正确;D项,催化剂不能改变平衡的移动方向,不能提高转化率,错误。
4.下列物质放入水中,会显著放热的是( )
A.食盐 B.蔗糖 C.酒精 D.生石灰
答案 D
解析 生石灰CaO溶于水,生成Ca(OH)2并会放出大量的热。
5.由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.由X→Y反应的ΔH=E5-E2
B.由X→Z反应的ΔH<0
C.降低压强有利于提高Y的产率
D.升高温度有利于提高Z的产率
答案 BC
解析 根据化学反应的实质,由X→Y反应的ΔH=E3-E2,A错误;由图像可知,X→Z反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应,即由X→Z反应的ΔH<0,B正确;根据化学反应2X(g)3Y(g),该反应是气体分子数增加的可逆反应,降低压强,平衡正向移动,有利于提高Y的产率,C正确;由B分析可知,该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,Z的产率降低,D错误。
第一章 化学反应的热效应
在初中和必修阶段,学生对于化学反应与能量变化已经有了一定的了解。本章是在初中和必修阶段的基础上进行的拓展和提高。通过本章的学习,学生能够在定性认识化学能与热能相互转化的基础上,从反应热的测定、表示、计算等定量角度,深入认识化学反应的热效应,从微观角度了解反应热的实质。同时,学生能够基于内能及内能的变化认识反应热,并进一步感受反应热在生活、生产和科学研究中的广泛应用,体会研究反应热的重要价值。
本章包括两节内容。第一节介绍了反应热的概念、中和反应反应热的测定、焓变、热化学方程式和燃烧热等,第二节介绍了盖斯定律和反应热的计算。从全章内容的逻辑关系来看,反应热的概念是引入焓变的基础,反应热的测定和焓变是介绍热化学方程式及其书写的基础,热化学方程式和盖斯定律是计算反应热的基础,因此,本章在内容编排上由浅入深,层层递进,环环相扣,逻辑性很强。此外,本章在正文、栏目、图画、例题和习题等素材的选择上,突出反应热在实际中的广泛应用,体现研究反应热的重要价值。
从宏观、微观角度理解化学反应的热效应;热化学方程式的书写;盖斯定律。
课题 课时安排
第一节 反应热 2课时
第二节 反应热的计算 2课时
章末复习 1课时
第一节 反应热
第1课时 反应热 焓变
教学目标
1.通过常见反应中的能量变化,进一步认识反应体系与环境,体验化学反应中的热效应。
2.通过中和反应反应热的测定实验,培养合作探究、分析解决问题的能力。
3.通过探讨化学反应的特征与本质,认识反应热与焓变的含义。
4.培养科学精神和创新意识,培养宏观辨识与微观探析的学科素养。
评价目标
1.通过认识常见的吸热与放热反应,提高学生对化学反应的认识水平。
2.通过中和反应反应热的测定实验的设计与分析,诊断学生对反应热的理解。
3.通过对宏观能量变化的认识和微观探析焓变的原因,诊断学生对化学反应本质的理解。
重点、难点
反应热、焓变的含义。
课时安排
1课时
教学准备
实验仪器、所需试剂、多媒体课件、学案。
教学设计主题 教学过程 设计意图 评价维度
教师活动 学生活动
课题引入 【引入】利用化学反应中热量的释放或吸收有利于改善我们的生活环境,提高我们的生产效率。目前市面上的“即热饭盒”,其原理是在饭盒底部有两层,一层存放水,另一层存放镁和铁的混合物(发热包)。使用时打开隔离层,即发生以下反应:Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑。 【设问】在这个过程中能量发生了怎样的转化 发热包是怎样加热食物的,其成分的含量是否需要控制,为什么 【观察、思考、回答】 Mg与水反应放热,化学能转化为热能,通过水进行能量传递,加热食物。 发热包中有效成分的含量过少,则放热不足;含量过多则占用空间,且产生H2,有安全隐患。 从现实生活中寻找素材,为本节课内容的展开提供铺垫。 学习准备 交流互动
自主学习 1.什么是反应体系和环境 2.体系与环境之间的热量转移与温度的关系是什么 【思考】 1.被研究的参与反应的物质系统看作反应体系,与体系相互影响的其他部分称为环境。 2.体系对环境释放热量,环境温度升高;体系从环境吸收热量,环境温度降低。 引导学生从体系与环境以及条件等角度看待反应中的能量变化问题。 积极思考
知识回顾 结合学习过的各种反应类型,试分析反应中伴随着怎样的能量变化,讨论以下问题: 1.哪些反应属于放热反应 反应物与生成物的能量高低是什么情况 2.哪些反应属于吸热反应 反应物与生成物的能量高低是什么情况 【讨论、交流】 1.放热反应:(1)金属与水或酸的反应;(2)酸碱中和反应;(3)燃烧反应;(4)铝热反应;(5)大多数化合反应;(6)缓慢的自发氧化还原反应。放热反应:反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量。 2.吸热反应:(1)大多数的分解反应;(2)氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应;(3)生成水煤气的反应;(4)碳与二氧化碳生成一氧化碳的反应。吸热反应:反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量。 通过学生熟悉的内容,提出有效的问题,看似复习,实际为本节课从宏观能量变化到微观分析的学习做好铺垫和引入。对本节课也有承上启下的作用。 分析入理 总结到位
一、反应热及其测定 【过渡】化学反应发生后,反应体系恢复到反应前的温度时,即在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境中吸收的热量,称之为化学反应的热效应,简称反应热。 许多反应热可以通过量热计直接测定。例如盐酸和NaOH溶液反应: 【问题1-1】在测定中和反应的反应热时最关键的问题是什么 【问题1-2】实验原理和数据处理的原理是什么 应该测量哪些数据 【问题1-3】为了提高测定的准确度,应该采取哪些措施 【聆听、记录】 【分析、讨论、交流】 【问题1-1】减少热量散失。 【问题1-2】酸和碱溶液的质量m、反应前的溶液温度t1、完全反应时的溶液温度(最高)t2。 中和反应释放的热量: Q=mcΔt=mc(t2-t1) 中和生成1 mol H2O的反应热= 【问题1-3】增强保温、隔热措施,操作要迅速,减少实验过程中热量的损失;不断搅动,使热量分散均匀;使用稀的强酸和强碱溶液,减少溶解或电离热效应的干扰;多次测量求平均值以减少误差。 通过问题的交流与讨论,分析如何规范操作,获得正确实验数据的措施,提高学生分析问题、解决问题的能力,培养创新意识。 积极思考 主动交流
一、反应热及其测定 【实验步骤】 (1)反应物温度的测量。 ①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸,打开杯盖,倒入量热计的内筒,盖上杯盖,插入温度计,测量并记录盐酸的温度(数据填入下表)。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。 ②用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,用温度计测量并记录NaOH溶液的温度(数据填入下表)。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。 (2)反应后体系温度的测量。 打开杯盖,将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒,立即盖上杯盖,插入温度计,用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化,将最高温度记为反应后体系的温度(t2)。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。 (3)重复上述步骤(1)至步骤(2)两次。 【数据处理】 (1)取盐酸温度和NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1)。计算温度差(t2-t1),将数据填入下表。 实验 次数反应物的温度/℃反应前体系的温度反应后体系的温度温 度 差盐酸NaOH 溶液t1/℃t2/℃(t2-t1)/℃123
(2)取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。 (3)根据温度差和比热容等计算反应热。 已知:盐酸和氢氧化钠溶液的密度都约为1 g·cm-3,又知中和反应后生成的溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。 【问题1-4】在25 ℃和101 kPa下,酸溶液与碱溶液发生中和反应生成1 mol H2O时,放出的热量都相同吗 试结合以下实例分析测定的反应热情况: (1)Ba(OH)2稀溶液与稀硫酸反应 (2)浓硫酸与稀NaOH溶液反应 (3)氨水与稀盐酸反应 【问题1-5】操作过程中哪些环节可能造成实验误差 【问题1-6】化学反应为什么会产生反应热 【过渡】化学反应前后体系的内能(符号为U)发生了变化。内能是体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响。为了描述等压条件下的反应热,科学上引入了一个与内能有关的物理量——焓,用符号H表示。研究表明,在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变,用ΔH来表示。当反应体系放热时其焓减小,ΔH为负值,即ΔH<0。当反应体系吸热时其焓增大,ΔH为正值,即ΔH>0。 【分组实验】分工合作,记录,处理数据。 实验 次数反应物的温度/℃反应前体系的温度反应后体系的温度温 度 差盐酸NaOH 溶液t1/℃t2/℃(t2-t1)/℃120.020.120.0523.23.15220.220.420.323.43.1320.520.620.5523.63.05
为了计算简便,可以近似地认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水的相同,并忽略量热计的比热容,则: ①50 mL 0.50 mol·L-1盐酸的质量m1=50 g,50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液的质量m2=50 g。 ②反应后生成的溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1,50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液发生中和反应时放出的热量: (m1+m2)·c·(t2-t1)=0.418(t2-t1) kJ。 ③生成1 mol H2O时放出的热量为 kJ= kJ=51.8 kJ。 【问题1-4】 【交流、讨论、回答】稀的强酸与稀的强碱只发生反应:H++OH-H2O,不含其他离子反应时,中和反应生成1 mol H2O放出的热量相等。 (1)Ba(OH)2稀溶液与稀硫酸的反应热,除了包含中和反应的反应热,还包含Ba2+与S的反应热。 (2)浓硫酸稀释放热,测定反应热的数值偏高。 (3)一水合氨电离吸热,测定反应热的数值偏低。 【问题1-5】仪器保温性差或操作缓慢造成热量散失;试剂溅出导致未完全反应,放热减少;温度计未洗净就立即继续测温,导致起始温度测量偏高;搅拌棒不能是金属材料,金属的导热性好,热量散失,或金属与溶液反应产生热效应;量取溶液体积大小造成误差。 【问题1-6】反应物的总能量与生成物的总能量不相等。 【聆听、记录】 通过实验,把学生所有的注意力和兴奋点都集中起来,锻炼了学生的动手能力、团队合作意识。通过获得准确数据的测定,体验成功的喜悦。通过对实验误差的分析和实验结论的探讨,培养学生分析、解决问题的能力和严谨的科学精神,体验科学的价值和魅力。 从宏观角度认识化学反应的反应热。 认识内能及其影响因素,理解反应热与焓变的含义。 积极思考 认真积极互动
二、反应热与焓变 【问题2-1】如何用能量变化图像来表示放热反应、吸热反应的ΔH 【思考1】从宏观物质能量的角度如何计算ΔH 【问题2-2】化学反应的本质是什么 以氢气和氯气的反应为例,从微观角度来讨论反应热的实质,请同学们进行计算。 【过渡】分析结果与实验测定的反应热非常接近,表明化学键断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因。 【思考2】从微观角度考虑,ΔH用公式如何表示 【问题2-3】任何一个化学反应都有反应热吗 【问题2-4】决定焓变(ΔH)正负及影响焓变大小的因素有哪些 【投影】反应热的研究价值。 反应条件选择与控制 【讲解】反应热的研究对能源的开发利用、工艺操作以及反应的可行性和条件选择等都具有重要的意义,后期我们再进一步深入学习探讨。 【思考】画图、展示。 【讨论、回答】 ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量。 【讨论、交流】 化学反应的本质:反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。 1 mol H2和1 mol Cl2分子中的化学键断裂吸收的总能量是 436 kJ+243 kJ=679 kJ;2 mol HCl分子中的化学键形成时释放的总能量为431 kJ×2=862 kJ,则反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)放出的能量为862 kJ-679 kJ=183 kJ,反应热ΔH=-183 kJ·mol-1。 【思考、回答】 ΔH=反应物分子的化学键断裂时吸收的总能量-生成物分子的化学键形成时释放的总能量=反应物的总键能-生成物的总键能。 【思考、回答】 任何化学反应都有反应热,化学反应的本质是化学键的断裂和形成,旧键断裂要吸收能量,新键形成要放出能量。一个化学反应中断裂化学键吸收的能量和生成化学键放出的能量不相等,因此化学反应都伴有能量变化。 【思考、回答】 (1)决定焓变正负的因素:反应物与生成物焓的相对大小。 (2)影响焓变大小的因素:①参加反应的物质的物质的量的多少;②反应体系中物质的聚集状态;③体系的温度和压强。 【聆听、联想】 通过数形结合的方式进一步理解焓变的含义。 从宏观角度总结概括表示和计算反应热的方法 通过从微观角度看待化学反应本质,利用化学键断裂与形成过程中能量的变化,寻找化学反应热的实质,多视角理解反应热,并概括计算反应热的方法,发散思维,培养学生的宏观辨识与微观探析的学科素养。 明确内能、焓、反应热、焓变、键能等概念之间的关系,及影响焓变的因素。培养学生用辩证的观点看待问题的学习态度。 激发学生学习的积极性。引导学生树立科学观念和责任意识。 严谨细致 表述准确 计算正确 条理清晰 概括准确 总结全面 概括到位
评价反馈 请大家完成评价反馈: 1.下列说法正确的是( ) A.凡是经过加热而发生的反应都是吸热反应 B.伴有能量变化的变化都是化学变化 C.化学反应都伴随着能量变化 D.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量总是高于生成物的总能量 2.已知断裂1 mol H—H键需吸收的能量为436 kJ,形成1 mol N—H键放出的能量为391 kJ,根据化学方程式:N2+3H2 2NH3,1 mol N2完全反应放出92.4 kJ能量。则断裂1 mol N≡N所需吸收的能量为( ) A.431 kJ B.945.6 kJ C.649 kJ D.896 kJ 完成练习并总结。 1.化学反应的特征:物质变化和能量变化;掌握常见的反应类型属于吸热反应还是放热反应,区别物理变化与化学变化。 2.检测对反应热(焓变)的理解和计算过程。 自我检测,认识物质变化与能量变化的关系,从宏观到微观认识反应热的实质。 自我评价
课堂小结 【反思回顾】化学反应的特征及反应热的实质和表示方法。 利用守恒的思想看待物质和能量的变化,掌握反应热的实质和表示方法。
1.完成学案中的“核心素养专练”。
2.整理常见实验制备和工业制备原理,分析反应热情况。
本节内容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。热化学概念和理论,学生学起来觉得抽象。为了适应学生的认知水平,在教学中要注意把握分寸,力求简明、通俗,回避对热化学理论深入的讨论和严格的数学推导。本教学设计从常见反应现象入手,认识反应体系与环境及其之间的能量交换与传递,引出反应热的概念,并通过以中和反应为典型实例,设计实验探讨反应热的测定,由定性分析到定量计算,通过实验操作、数据处理和分析总结,培养学生严谨的科学精神,提高学生分析、解决问题的能力。从宏观物质能量变化,结合化学反应的本质,联系化学反应的过程进行微观键能分析,即反应物分子中旧化学键的断裂所需要的能量和生成物分子中新化学键的形成所释放出的能量,定量讨论化学反应的能量变化,说明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,挖掘反应热的本质。以知识为载体,理论结合实验,有利于学生接纳、合作探究、交流互动,将被动的学习化为主动,在科学精神和价值的引领下,激发学习兴趣,促使学生形成正确的学习习惯,有利于培养学生的化学学科素养。
第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
第1课时 反应热 焓变
一、反应热及其测定:体系环境—能量变化
二、反应热与焓变
ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能
ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量
反应热是指当一个化学反应在恒压以及不做非膨胀功的情况下发生后,若使生成物的温度回到反应物的起始温度,这时体系所放出或吸收的热量称为反应热。也就是说,化学反应热通常是指体系在等温、等压过程中发生化学变化时所放出或吸收的热量。化学反应热有多种形式,如生成热、燃烧热、中和热等。化学反应热是重要的热力学数据,它是通过实验测定的,所用的主要仪器为量热计。
1.关于下列ΔH的判断正确的是( )
C(aq)+H+(aq)HC(aq) ΔH1
C(aq)+H2O(l)HC(aq)+OH-(aq) ΔH2
OH-(aq)+H+(aq)H2O(l) ΔH3
OH-(aq)+CH3COOH(aq)CH3COO-(aq)+H2O(l) ΔH4
A.ΔH1<0 ΔH2<0 B.ΔH1<ΔH2
C.ΔH3<0 ΔH4>0 D.ΔH3>ΔH4
答案 B
解析 C与H+的反应为放热反应,ΔH1<0,C与H2O(l)的反应为水解反应,反应吸热,ΔH2>0,则ΔH1<ΔH2,A项错误,B项正确;OH-(aq)与H+(aq)的反应会放出热量,ΔH3<0,CH3COOH是弱酸,与OH-(aq)发生中和反应,也是放热反应,ΔH4<0,但是ΔH3<ΔH4,C、D项错误。
2.氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0
B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023
D.反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和
答案 A
解析 氢气与氧气反应生成水是可自发进行的放热反应,ΔH<0,A项正确;氢氧燃料电池的负极反应为氧化反应,应是氢气在负极放电,B项错误;常温常压下,Vm大于22.4 L·mol-1,若常温常压下氢氧燃料电池消耗的氢气体积为11.2 L,则n(H2)<0.5 mol,转移电子数目小于6.02×1023,C项错误;反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的ΔH=反应中断裂旧共价键的键能之和-反应中形成新共价键的键能之和,D项错误。
3.我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C—C键
D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
答案 D
解析 A项,由示意图可知反应的化学方程式为CO2+CH4CH3COOH,反应中原子的利用率为100%,正确;B项,由示意图可知CH4在催化剂作用下发生C—H键断裂,正确;C项,①的总能量高于②,①→②转化过程放出热量,并形成了C—C键,正确;D项,催化剂不能改变平衡的移动方向,不能提高转化率,错误。
4.下列物质放入水中,会显著放热的是( )
A.食盐 B.蔗糖 C.酒精 D.生石灰
答案 D
解析 生石灰CaO溶于水,生成Ca(OH)2并会放出大量的热。
5.由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.由X→Y反应的ΔH=E5-E2
B.由X→Z反应的ΔH<0
C.降低压强有利于提高Y的产率
D.升高温度有利于提高Z的产率
答案 BC
解析 根据化学反应的实质,由X→Y反应的ΔH=E3-E2,A错误;由图像可知,X→Z反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应,即由X→Z反应的ΔH<0,B正确;根据化学反应2X(g)3Y(g),该反应是气体分子数增加的可逆反应,降低压强,平衡正向移动,有利于提高Y的产率,C正确;由B分析可知,该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,Z的产率降低,D错误。