2022年高中化學(xué) 《化學(xué)反應(yīng)與能量變化》教案2 新人教選修4

2022年高中化學(xué) 化學(xué)反應(yīng)與能量變化教案2 新人教選修4教學(xué)目標(biāo)：1.能舉例說明化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化，了解反應(yīng)熱的概念。2.知道化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)與反應(yīng)的焓變之間的關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)與反應(yīng)的焓變之間的關(guān)系。探究建議：查閱資料、交流探究。課時(shí)劃分：一課時(shí)。教學(xué)過程：討論在我們學(xué)過的化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中，有哪些反應(yīng)伴隨著能量（熱量）變化？ 引言通過討論知道，在化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中，常件有能量變化，現(xiàn)在我們來學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。板書 第一章 化學(xué)反應(yīng)與能量第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量的變化一、反應(yīng)熱 焓變：在化學(xué)反應(yīng)過程中放出或吸收的熱量、通常叫做反應(yīng)熱。又稱焓變。 （1）符號：用H表示。 （2）單位：一般采用kJ/mol。 （3）可直接測量，測量儀器叫量熱計(jì)。 （4）研究對象：一定壓強(qiáng)下，在敞口容器中發(fā)生的反應(yīng)所放出或吸收的熱量。（5）反應(yīng)熱產(chǎn)生的原因： 設(shè)疑例如：H2(g)Cl2(g) = 2HCl(g)實(shí)驗(yàn)測得 lmol H2與 lmol Cl2反應(yīng)生成 2 mol HCl時(shí)放出184.6 kJ的熱量，從微觀角度應(yīng)如何解釋？電腦投影 析疑 化學(xué)鍵斷裂時(shí)需要吸收能量。吸收總能量為：436kJ243kJ679 kJ， 化學(xué)鍵形成時(shí)需要釋放能量。釋放總能量為：431kJ431kJ862 kJ， 反應(yīng)熱的計(jì)算：862kJ679kJ=183kJ 講述任何化學(xué)反應(yīng)都有反應(yīng)熱，這是由于反應(yīng)物中舊化學(xué)鍵斷裂時(shí)，需要克服原子間的相互作用而吸收能量；當(dāng)原子重新組成生成物、新化學(xué)鍵形成時(shí)，又要釋放能量。新化學(xué)鍵形成時(shí)所釋放的總能量與反應(yīng)物中舊化學(xué)鍵斷裂時(shí)所吸收的總能量的差就是此反應(yīng)的反應(yīng)熱。板書 （6）反應(yīng)熱表示方法：學(xué)生閱讀教材小結(jié)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H0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H0時(shí)為吸熱反應(yīng)。板書 H為“”或H0時(shí)為吸熱反應(yīng)；H為“一”或H0時(shí)為放熱反應(yīng)。投影 講解 （1）如果反應(yīng)物所具有的總能量大于生成物所具有的總能量，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物時(shí)放出熱量。反應(yīng)為放熱反應(yīng)。規(guī)定放熱反應(yīng)H為“一”。 （2）如果反應(yīng)物所具有的總能量小于生成物所具有的總能量，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物時(shí)吸收熱量。反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。規(guī)定H為“”。投影 例 1：1molC與1molH2O(g)反應(yīng)失成lmol CO(g)和1mol H2(g)，需要吸收131.5kJ的熱量，該反應(yīng)的反應(yīng)熱為H=kJ/mol。(131.5) 例 2：拆開 lmol HH鍵、lmol NH鍵、lmolNN鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946N，則1mol N2生成NH3的反應(yīng)熱為，1mol H2生成NH3的反應(yīng)熱為。 分析：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，因拆開 lmol NH鍵和生成 lmol NH鍵吸收和釋放出的能量相等，所以此反應(yīng)的反應(yīng)熱計(jì)算如下： 2×3×391kJ/mol-946kJ/mol-3×436kJ/mol=92kJ/mol 而 lmol H2只與mol N2反應(yīng)，所以反應(yīng)熱H=，則此題lmolN2生成NH3的反應(yīng)熱H = -92kJ/mol。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 學(xué)生分析熱化學(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。 板書2書寫熱化學(xué)方程式的注意事項(xiàng)：(讓學(xué)生閱讀教材歸納、總結(jié)) (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。 講述但中學(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“”。 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)。 討論例如：H2(g)O2(g) = H2O(g)；H=-241.8 kJ/mol H2(g)十O2 (g)H2O(l)；H=-285.8kJ/mol 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(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。 投影例如：H2(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)方程式的含義投影例：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。 學(xué)生歸納描述在一定條件下，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。 板書4熱化學(xué)方程式的應(yīng)用 投影例1 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；H48.40kJ/molB；H5518kJ/molC；H+5518kJ/molD；H11036kJ/mol分析與解答1 mol 燃燒放出熱量48.40kJ/g×114g5518kJ。答案 BD例2 0.3mol的氣態(tài)高能燃料乙硼烷()在氧氣中燃燒，生成固態(tài)三氧化二硼和液態(tài)水，放出649.5kJ熱量，其熱化學(xué)方程式為_又已知：；H44kJ則11.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)乙硼烷完全燃燒生成氣態(tài)水時(shí)放出的熱量是_kJ分析與解答1 mol 燃燒放出熱量，0.5mol 燃燒生成液態(tài)水(1.5mol)放出熱量為，1.5mol 變?yōu)?.5mol 需吸收熱量為66kJ，所以，0.5mol 燃燒生成氣態(tài)水時(shí)放出熱量為：答案 ；H2165kJ/mol 1016.5小結(jié)略作業(yè)P5 1、2、3、4板書計(jì)劃 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量的變化一、反應(yīng)熱 焓變：在化學(xué)反應(yīng)過程中放出或吸收的熱量、通常叫做反應(yīng)熱。又稱焓變。 （1）符號：用H表示。 （2）單位：一般采用kJ/mol。 （3）可直接測量，測量儀器叫量熱計(jì)。 （4）研究對象：一定壓強(qiáng)下，在敞口容器中發(fā)生的反應(yīng)所放出或吸收的熱量。（5）反應(yīng)熱產(chǎn)生的原因：（6）反應(yīng)熱表示方法： 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)，H為“一”或H0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)，H為“十”或H0二、熱化學(xué)方程式 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。 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)。 (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。 3熱化學(xué)方程式的舍義 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。4熱化學(xué)方程式的應(yīng)用備課參考資料剖析中學(xué)化學(xué)教材中熱化學(xué)方程式的表示方法按照國家指令性規(guī)定，在使用“量和單位”的名稱、符號、書寫規(guī)則時(shí)都應(yīng)符合中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB31003102-93“量和單位”(以下簡稱國標(biāo))的規(guī)定。全日制普通高級中學(xué)教科書(試驗(yàn)本)化學(xué)(以下簡稱“新教材”)遵循國家的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合中學(xué)化學(xué)教學(xué)特點(diǎn)，在物理量的引用上，積極貫徹“量和單位”國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了教材中相關(guān)物理量的表述。本文就新教材里“化學(xué)反應(yīng)中的能量變化”中引入熱力學(xué)函數(shù)“H”及其由此引發(fā)的熱化學(xué)方程式的表示方法問題作一些探討。一、新教材引入H 的必要性和依據(jù) 在化學(xué)反應(yīng)中，物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的同時(shí)，還伴隨有能量的變化，通常以熱能的形式表現(xiàn)出來，稱為反應(yīng)熱。這種化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)（反應(yīng)中吸收或放出的熱量）可用熱化學(xué)方程式來表示。在舊教材中熱化學(xué)方程式是這樣表示的：C(固) + O2(氣) = CO2(氣) + 393.5 kJ上式表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(即反應(yīng)體系在壓強(qiáng)為101kPa和溫度為25時(shí)的狀態(tài))下，1mol固態(tài)碳和1mol氧氣反應(yīng)生成1mol二氧化碳?xì)怏w時(shí)放出393.5kJ的熱量。這種表示方法的優(yōu)點(diǎn)是寫法直觀，容易為學(xué)生所理解。但由于物質(zhì)的化學(xué)式具有表示物種及其質(zhì)量之意義，化學(xué)方程式揭示的又是物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系，而熱化學(xué)方程式的這種表示方法把反應(yīng)中物質(zhì)的變化和熱量的變化用加號連在一起是欠妥的。因此，國標(biāo)規(guī)定，熱量(Q)應(yīng)當(dāng)用適當(dāng)?shù)臒崃W(xué)函數(shù)的變化來表示，例如用“T·S”或“H”表示(S 是熵的變化，H 是焓的變化)。在中等化學(xué)中，一般僅研究在一定壓強(qiáng)(即恒壓條件)下，在敞開容器中發(fā)生的反應(yīng)所放出或吸收的熱量。因此根據(jù)熱力學(xué)第一定律：系統(tǒng)在過程中的熱力學(xué)能(舊稱內(nèi)能)變化“U”等于傳給系統(tǒng)的熱量“Q”與外界對系統(tǒng)所作功“W”之和，即：U = Q + W 。當(dāng)系統(tǒng)處于恒壓過程時(shí)，則有：U = QP + W若系統(tǒng)在反應(yīng)過程中只有體積功，即：W =P(V2V1) =(P2V2P1V1)，則有：U = QP (P2V2P1V1)依據(jù)焓(H )的定義：H = U + PV ，顯然：QP = (U2U1)+(P2V2P1V1)= (U2+P2V2)(U1+P1V1) = H2H1 =H即有：                 QP = H式中“QP”叫恒壓熱，是指封閉系統(tǒng)不做除體積功以外的其他功時(shí)，在恒壓過程中吸收或放出的熱量。上式表明，恒壓熱等于系統(tǒng)焓的變化。所以，在中等化學(xué)所研究的反應(yīng)范圍之內(nèi)，Q = QP =H，這就是新教材中引入H的依據(jù)。但需注意的是，限于中等化學(xué)學(xué)生的知識水平和接受能力，教材不便引入焓的概念，而仍稱“H”為反應(yīng)熱，教學(xué)中也不必引深。二、引入H 后的熱化學(xué)方程式表示方法 新教材引入H 這個(gè)物理量后，熱化學(xué)方程式的表示方法同舊教材相比發(fā)生了如下變化。1根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，在熱力學(xué)中將內(nèi)能 U 改稱為熱力學(xué)能。其定義為：對于熱力學(xué)封閉系統(tǒng)，U = Q + W式中“Q”是傳給系統(tǒng)的能量，“W”是對系統(tǒng)所作的功。Q、W都是以“系統(tǒng)”的能量增加為“+”來定義的。而舊教材中，Q是以“環(huán)境”的能量增加(或以“系統(tǒng)”的能量減少)為“+”來定義的，這樣，舊教材中熱化學(xué)方程式中反應(yīng)熱的“+”、“”所表示的意義正好與國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定相反。因此，引入H以后，當(dāng)反應(yīng)為放熱反應(yīng)時(shí)，H為“”或H 0 (表明系統(tǒng)能量減少)；當(dāng)反應(yīng)為吸熱反應(yīng)時(shí)，H 為“+” 或 H 0 (表明系統(tǒng)能量增加)。2在舊教材里，熱化學(xué)方程式中物質(zhì)的聚集狀態(tài)用中文表示，如固、液、氣等。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)用英文字母(取英文詞頭)表示，如“ s”代表固體(solid)、“l(fā)”代表液體(liquid)、“g”代表氣體(gas)、“aq”表示水溶液(Aqueous solution)等。  3熱化學(xué)方程式中反應(yīng)熱的單位不同。舊教材中反應(yīng)熱的單位是J或kJ，而H的單位為J/mol或 kJ/mol。根據(jù)引入H以后的這些變化，類似以下熱化學(xué)方程式的表示方法已經(jīng)廢除：C(固) + O2(氣) = CO2(氣) + 393.5 kJC(固) + H2O(氣) = CO(氣) + H2(氣) 131.5 kJ正確的表示方法為：在化學(xué)方程式中用規(guī)定的英文字母注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。然后寫出該反應(yīng)的摩爾焓變r(jià)Hm(下標(biāo)“r”表示反應(yīng)，“m”表示摩爾)。實(shí)際上通常給出的是反應(yīng)體系處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(指溫度為298.15K，壓強(qiáng)為101kPa時(shí)的狀態(tài))時(shí)的摩爾焓變，即反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，以“rHm” 表示(上標(biāo)“”表示標(biāo)準(zhǔn))。方程式與摩爾焓變間用逗號或分號隔開。例如：C(s)+O2(g) = CO2(g)； rHm(298.15 K) =393.5 kJ/molC(s)+H2O(g) = CO(g)+H2(g)； rHm(298.15 K) =+131.5 kJ/mol由于rHm與反應(yīng)體系的溫度和壓強(qiáng)有關(guān)，對于非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的反應(yīng)體系，書寫熱化學(xué)方程式時(shí)還應(yīng)注明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)。但中等化學(xué)所用的rHm的數(shù)據(jù)，一般都是反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，因此可不特別注明?？紤]到這一點(diǎn)和中等化學(xué)學(xué)生的知識水平和接受能力，新教材中將“rHm(298.15K)”簡寫為H 來表示。例如：C(s)+O2(g) = CO2(g)； H =393.5 kJ/molC(s)+H2O(g) = CO(g)+H2(g)； H = +131.5 kJ/mol三、H 的單位與反應(yīng)進(jìn)度 基于對中等化學(xué)知識的要求深度，新教材中沒有引入“反應(yīng)進(jìn)度(代號為)”這個(gè)物理量。但應(yīng)明確，rHm的單位“kJ/mol”中的“mol”是指定反應(yīng)體系的反應(yīng)進(jìn)度的國際單位制(簡稱SI)單位，而不是物質(zhì)的量的單位。反應(yīng)進(jìn)度的定義為：對于化學(xué)反應(yīng) 0 = BB ，nB() = nB(0) +B式中“nB(0)”和“nB()”分別為反應(yīng)進(jìn)度=0(反應(yīng)未開始)和=時(shí)B的物質(zhì)的量，“B”為反應(yīng)中B物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)(對于反應(yīng)物其為負(fù)，對于產(chǎn)物其為正)。因“nB(0)”為常數(shù)，則對于反應(yīng)系統(tǒng)發(fā)生微小變化時(shí)有：d=B1dnB對于反應(yīng)系統(tǒng)發(fā)生有限的變化，則有：=B1nB在此所定義的反應(yīng)進(jìn)度，顯然只與指定反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)方程式的寫法有關(guān)，而與選擇系統(tǒng)中何種物質(zhì)B無關(guān)。反應(yīng)進(jìn)度與物質(zhì)的量具有相同的量綱，SI單位為mol。由于的定義與B有關(guān)，因此在使用及其與此相關(guān)的其它物理量時(shí)必須指明化學(xué)方程式，否則是無意義的。例如，說“氫氣跟氧氣反應(yīng)生成水蒸氣的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變?yōu)椋簉Hm(298.15 K) =483.6 kJ/mol”是不明確的。反應(yīng)進(jìn)度是研究化學(xué)反應(yīng)過程狀態(tài)變化的最基礎(chǔ)的物理量。由于化學(xué)中引入了此量，使涉及化學(xué)反應(yīng)的量綱和單位的標(biāo)準(zhǔn)化大大前進(jìn)了一步，也很好地解決了一系列物理量在量綱上出現(xiàn)的困難和矛盾。對于化學(xué)反應(yīng)“0 =BB”，反應(yīng)的摩爾焓變r(jià)Hm，一般可由測量反應(yīng)進(jìn)度12時(shí)的焓變H，除以反應(yīng)進(jìn)度變而得，即：rHm = H由于反應(yīng)進(jìn)度()的定義與化學(xué)方程式的寫法(即與反應(yīng)方程式中物質(zhì)B的B)有關(guān)，因此反應(yīng)的摩爾焓變r(jià)Hm也與化學(xué)方程式的寫法有關(guān)，即對同一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由于計(jì)算所依據(jù)的化學(xué)方程式不同，使得rHm也不同。所以在使用rHm時(shí)，必須指明對應(yīng)的化學(xué)方程式。例如：2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g)；rHm(298.15 K) =483.6 kJ/mol     H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(g)；rHm(298.15 K) =241.8 kJ/mol    對于反應(yīng)來說，2molH2(g)和1molO2(g)完全反應(yīng)生成2molH2O(g)表示反應(yīng)進(jìn)度“=1mol”的反應(yīng)，對于反應(yīng)來說，1molH2(g)和0.5molO2(g)完全反應(yīng)生成1molH2O(g)也表示反應(yīng)進(jìn)度“=1mol”的反應(yīng)，前者放熱483.6kJ，后者放熱241.8kJ。因此，兩個(gè)反應(yīng)的rHm不同，反應(yīng)的rHm是反應(yīng)的兩倍。由上可見：(1)反應(yīng)的摩爾焓變r(jià)Hm，實(shí)際上是單位反應(yīng)進(jìn)度的焓變。rHm的單位“J/mol”或“kJ/mol”中的“mol”是“指定反應(yīng)”的反應(yīng)進(jìn)度的SI單位，mol1是每單位反應(yīng)進(jìn)度的SI單位。(2)對于某個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)，當(dāng)其指定反應(yīng)的化學(xué)方程式的寫法不同時(shí)，每單位反應(yīng)進(jìn)度的反應(yīng)所表示的意義是不同的，當(dāng)然相對應(yīng)的rHm也是不同的?？傊際后，熱化學(xué)方程式的表示方法同舊教材相比有了較大的變動(dòng)，其表達(dá)方式以熱力學(xué)理論為根據(jù)，以國家標(biāo)準(zhǔn)為規(guī)范，因此，具有了更強(qiáng)的科學(xué)性和規(guī)范性。教學(xué)中應(yīng)做到心中有數(shù)，但不要過分引深，以避免不必要的深究。