第1章化学反应与能量转化.docx
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第1章化学反应与能量转化
课题：
第1章化学反应与能量转化
第1节化学反应的热效应
课本：
化学反应原理山东科学技术出版社
知识与技能：
通过反应热定义的学习，了解反应热效应的定量描述与反应条件有关；通过中和热的实验，了解反应热效应的定量测定原理和方法；通过反应焓变定义的学习，了解反应热和反应焓变的关系；通过热化学方程式的学习，了解热化学方程式的意义，了解燃烧热的概念，体会热力学的严谨性；通过盖斯定律求算反应焓变，了解反应焓变与变化途径无关，仅仅与状态有关；通过键能的变化求算反应焓变，了解物质的结构与其能量变化的关系。
过程与方法：
通过反应热定义的学习，理解实验研究和理论研究在科学探究方面的意义；在学习过程中，学会运用观察、对比、分析、思考等方法对所获得的信息进行处理；通过反应焓变概念的学习，了解实验研究和理论研究在科学探究方面的意义；在学习过程中，学会运用观察、分析、迁移等思维方法来建构新的概念；通过盖斯定律求算反应焓变的过程，体会数学、物理在学习化学中的重要性，注意理科之间的相互渗透和影响。
情感态度与价值观：
体会实验成功的喜悦，感悟科学探究的乐趣；养成良好的实事求是的科学态度；体会思考带给人的愉快情感体验，感悟化学学科学习的乐趣；养成良好的实事求是的科学态度。
教学重点：
反应热概念的含义；热化学方程式的正确书写；热化学方程式的正确书写以及反应焓变的计算。
教学难点：
反应焓变的计算
课时安排：
共五课时（新课3课时复习练习2课时）
教学过程：
第一课时
【引入新课】从物质结构的角度看，化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的
生成，因此几乎所有的化学反应都伴随着能量的释放或吸收。
通过过去对化学的学习，我们知道在化学反应中，化学能可以与多种形式的能量发生转化，其中最普遍的能量转化是化学能与热能之间的转化。
因此可以将化学反应分为放热反应和吸热反应。
【板书】第1章化学反应与能量转化
第1节化学反应的热效应
【投影】
类型比较
放热反应
吸热反应
定义
有热量放出的化学反应
吸收热量的化学反应
形成原因
反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量
反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
与化学键强弱关系
生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断裂旧键时吸收的总能量
生成物分子成键时释放出的总能量小于反应物分子断裂旧键时吸收的总能量
【提问】常见的放热反应和吸热反应有哪些类型？
【学生】常见的放热反应：
①活泼金属与水或酸的反应②酸碱中和反应
③燃烧反应④多数化合反应
常见的吸热反应：
①多数分解反应，如CaCO3
CaO+CO2↑
②2NH4Cl（s）+Ba（OH）2·8H2O（s）＝BaCl2+2NH3↑+10H2O
③C（s）+H2O（g）
CO+H2④CO2+C
2CO
生成物
反应物
能量
反应过程
放热反应
【讲解】注意：
化学反应是放热还是吸热，与反应条件（加热或不加热）没有关系。
放热反应和吸热反应我们还可以借助下面的图像来理解。
生成物
反应物
能量
反应过程
吸热反应
【投影】
【练习】下列对化学反应热现象的说法不正确的是（AC）
A.放热反应时不必加热B.化学反应一定有能量变化
C.一般地说，吸热反应加热后才能发生
D.化学反应的热效应的数值与参加反应的物质的多少有关
【讲解】为了定量描述化学反应中释放或吸收的热能，化学上把化学反应在一定温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称之为该温度下的热效应，简称反应热。
【板书】一、化学反应的反应热
（一）反应热
1、定义：
当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。
2、反应热的意义：
描述化学反应释放或吸收热量的物理量.
3、符号：
Q>0反应放热
Q
Q<0反应吸热
4、获得Q值的方法：
（1）实验测量法
（2）理论计算法
【讲解】反应热可以根据反应的类型分为多种，比如中和反应放出的热量叫中和热，燃烧反应放出的热量为燃烧热等等。
【板书】①中和热
5、反应热的分类：
②燃烧热
③生成热……
【讲解】下面我们来看看什么是中和热和如何进行中和热的测定。
【板书】
（二）中和热
1、定义：
在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应，生成1mol水时的反应热叫做中和热。
【投影】理解要点：
①条件：
稀溶液。
稀溶液是指溶于大量水的离子。
②反应物：
（强）酸与（强）碱。
中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。
③生成1mol水，中和反应的实质是H+和OH—化合生成H20，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热内。
④放出的热量：
57.3kJ/mol
【板书】2、中和热的表示：
H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）；Q=-57.3kJ
【练习】1、已知H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）；△H=-57.3kJ/mol，求下列中和反应中放出的热量。
（1）用20gNaOH配稀溶液跟足量稀盐酸反应放出____________kJ的热量。
（2）用2molH2SO4配稀溶液跟足量稀NaOH反应，放出____________kJ的热量。
【练习】2、为了减小误差，某同学在实验中两次测定中和热。
第一次用50mL0.5mol•L—1的盐酸和50mL0.5mol•L—1NaOH溶液，第二次是用100mL0.5mol•L—1的盐酸和100mL0.5mol•L—1的NaOH溶液。
请你预测该同学两次测得的中和热结果（相等或者不相等）。
【讲解】我们来看看中和热的测量及有关问题。
【阅读】指导学生阅读课本P3页，完成：
1、测定中和热的仪器；
2、测定中和热的原理；
3、测定中和热中应该要注意哪些问题？
【视频】中和热的测定。
【板书】3、中和热的测量
（1）仪器：
量热计（环形玻璃搅拌棒、温度计、烧杯）
【投影】
【板书】
（2）原理：
Q=—C（T2—T1）（C为热容）或Q=—Cm（T2—T1）（C为比热容）
中和热：
Q=
=
与酸、碱的用量无关。
【讲解】根据单位判断到底是热容还是比热容。
【板书】（3）步骤：
【投影】步骤：
1）组装量热器
在大烧杯底部垫泡沫塑料（或纸条），使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平（防止热量扩散到周围的空气中，造成误差）。
然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸条），大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，如上图所示。
2）药品取用
用一个量筒最取50mL1.0mol/L盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入下表。
然后把温度计上的酸用水冲洗干净。
用另一个量筒量取50mL1.0mol/LNaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记入下表。
3）酸碱混合
把量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计（注意不要洒到外面）。
立即盖上盖板,用环形玻璃搅拌棒上下轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记为终止温度，记入下表。
4）数据处理
5）重复以上实验两次
【提问】我们测得中和热为52.5kJ，小于57.3kJ，你们认为造成误差的原因可能有哪些？
【交流与讨论】学生汇报讨论的结果。
【投影】产生误差的原因有：
（1）量取溶液的体积有误差
（2）药品的选用不当引起的误差
（3）实验过程中有液体洒在外面
（4）混合酸、碱溶液时，动作缓慢
（5）隔热操作不到位，致使实验过程中热量损失而导致误差
（6）测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱的温度，致使热量损失而引起误差。
【提问】
（1）大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？
填碎纸条的作用是什么？
（2）酸、碱混合时，为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？
（3）实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒？
为什么？
（4）有人建议用50mL1.1mol/LNaOH进行上述实验，测得的中和热数值会更加准确。
为什么？
【答案】
（1）减少热量损失
（2）减少热量损失
（3）不能。
因为铜丝易导热，使热量损失较大
（4）可以保证盐酸完全反应。
使测得的热量更加准确。
【练习】3、50ml0.50mol·L-1盐酸与50mL0.55mol·L-1NaOH溶液在如下图所
示的装置中进行中和反应。
通过测定反应过程中放出的热量可
计算中和热。
回答下列问题：
（1）从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃仪器是。
（2）烧杯间填满碎纸条的作用是。
（3）若大烧杯上不盖硬纸板，求得的反应热数值（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。
（4）实验中该用60mL0.50mol·L-1盐酸跟50mL0.55mol·L-1NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量（填“相等”或“不相等”），简述理由：
。
（5）用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热数值会；用50mL0.50mol/LNaOH溶液进行上述验，测得的放出的热量数值可能会（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。
【小结】小结本节课的内容。
【作业】完成练习册中的有关练习
【板书设计】第1章化学反应与能量转化
第1节化学反应的热效应
一、化学反应的反应热
（一）反应热
1、定义：
当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。
2、反应热的意义：
描述化学反应释放或吸收热量的物理量.
3、符号：
Q>0反应放热
Q
Q<0反应吸热
4、获得Q值的方法：
（1）实验测量法
（2）理论计算法
①中和热
5、反应热的分类：
②燃烧热
③生成热……
（二）中和热
1、定义：
在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应，生成1mol水时的反应热叫做中和热。
2、中和热的表示：
H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）；Q=-57.3kJ
3、中和热的测量
（1）仪器：
量热计（环形玻璃搅拌棒、温度计、烧杯）
（2）原理：
Q=—C（T2—T1）（C为热容）或Q=—Cm（T2—T1）（C为比热容）
中和热：
Q=
=
与酸、碱的用量无关。
（3）步骤
第二课时
【复习提问】1、什么是反应热？
2、什么是中和热？
如何测定中和热？
【引入新课】化学反应的反应热是由于反应前后物质所具有的能量不同而产生的。
能量正如质量一样，也是物质固有的性质。
物质具有的这个能量可以用一个物理量来描述，为此，科学家们定义了一个称之为“焓”的物理量，下面我们来看看这个物理量。
【板书】二、化学反应的焓变
（一）焓与焓变
【阅读预习】1、焓和焓变分别是用来描述什么的物理量？
2、反应焓变与反应热有什么关系？
在什么条件下，该关系成立？
【板书】1、焓（H）：
用来描述物质所具有的能量的物理量。
【注意】①焓是一个物理量；②焓是物质固有的性质，与密度相似
【板书】2、焓变（△H）：
反应产物的总焓与反应物的总焓之差，称为反应焓变。
是用来描述反应热的物理量。
（1）单位：
J•mol—1或kJ•mol—1
（2）表达式：
△H=H（反应产物）—H（反应物）
【学生分析】从能量角度分析焓变与吸热反应、放热反应的关系：
吸热反应：
△H>0，即产物的焓（产物具有的总能量）大于反应物的焓（反应物具有的总能量），当由反应物生成产物时，需吸收能量。
放热反应：
△H<0，即产物的焓（产物具有的总能量）小于反应物的焓（反应物具有的总能量），当由反应物生成产物时，需释放能量。
【板书】
△H>0或“+”反应放热
（3）△H
△H<0或“—”反应吸热
（4）对于等压条件下的化学反应，若只存在化学能与热能之间的相互转化，则该反应的反应热等于焓变，表示为：
Qp=△H（Qp为等压反应热）
【投影】我们可以借助于反应焓变示意图来理解反应焓变与反应热之间的关系。
焓
焓
反应物
反应产物
反应物
△H>0
△H<0
反应吸热
反应放热
反应产物
化学反应中的焓变示意图
△H=∑E（反应产物）—∑E（反应物）
【过渡】我们以前讲的化学反应方程式仅表示物质的变化，没有将反应过程中的能量表示出来。
如果既要将物质变化表示出来，也要将能量变化表示出来的话我们就要借助于热化学方程式了。
【板书】
（二）热化学方程式
1、定义：
表明反应所放出或吸收热量的化学方程式。
2、含义：
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。
【举例】H2（g）+
O2（g）=H2O（l）△H（298K）=—285.8kJ•mol—1的意义：
1molH2和
molO2反应生成1mol液态H2O时放出285.8kJ的热量。
【交流与讨论】观察上述热化学方程式与普通的化学方程式有什么不同？
【学生】回答。
【交流与讨论】1、△H的单位中mol—1的含义是什么？
2、观察下面三个热化学方程式：
①H2（g）+
O2（g）=H2O（g）△H（298K）=—241.8kJ•mol—1
②H2（g）+
O2（g）=H2O（l）△H（298K）=—285.8kJ•mol—1
③2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H（298K）=—571.6kJ•mol—1
试回答：
为什么①中的△H的值要比②中的△H值要大？
③中的△H的值为什么是②中的△H值的2倍？
3、298K，101kPa时，合成氨反应的热化学方程式N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）
△H=-92.38kJ/mol。
在该温度下，取1molN2（g）和3molH2（g）放在一密闭容器中，在催化剂存在进行反应，测得反应放出的热量总是少于92.38kJ，其原因是什么。
【板书】3、热化学方程式的书写要点
【投影】热化学方程式的书写要点：
①注明各物质的聚集状态；气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。
热化学方程式中不标反应条件，也不用↑和↓。
②注意反应热△H与测定条件（温度、压强等）有关。
因此书写热化学方程式时应注明△H的测定条件。
绝大多数△H是在298K、101325Pa下测定的，可不注明温度和压强。
③△H的单位J•mol—1或kJ•mol—1；
④注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子数或原子数。
因此化学计量数可以是整数、也可以是分数。
⑤△H的的值与方程式中的物质前的系数成正比，若反应逆向进行，△H的数值改变符号，但绝对值不变。
⑥△H的的值指的是反应物完成转化为产物所放出的热量。
【练习】1、比较下列各组热化学方程式中△H1与△H2的大小，并说明理由。
（1）2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H2
（2）S（g）+O2（g）=SO2（g）△H1
S（s）+O2（g）=SO2（g）△H2
（3）H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）△H1
H2（g）+
Cl2（g）=HCl（g）△H2
（4）C（s）+
O2（g）=CO（g）△H1
C（s）+O2（g）=CO2（g）△H2
2、在101325Pa和298K条件下,2molH2生成水蒸汽放出484kJ热量,下列热化学方程式正确的是（）
A.2H2+O2=2H2O，△H=-484kJ/mol
B.H2O（g）=H2（g）+O2（g）△H=+242kJ/mol
C.2H2（g）+O2（g）=2H2O（l），△H=-484kJ/mol
D.H2（g）+O2（g）=H2O（g）△H=+242kJ/mol
3、0.3mol的气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中燃烧，生成固态B2O3和液态水，放出649.5kJ热量，乙硼烷燃烧的热化学方程式为：
。
4、在101kPa时，0.5molCH4完全燃烧生成CO2和液态H2O放出495.2kJ的热量，写出该反应的热化学方程式。
并计算1000L（标准状况）甲烷燃烧放出的热量为多少？
480g呢？
【小结】小结本节课的内容。
【作业】P91P102
【板书设计】二、化学反应的焓变
（一）焓与焓变
1、焓（H）：
用来描述物质所具有的能量的物理量。
2、焓变（△H）：
反应产物的总焓与反应物的总焓之差，称为反应焓变。
是用来描述反应热的物理量。
（1）单位：
J•mol—1或kJ•mol—1
（2）表达式：
△H=H（反应产物）—H（反应物）
△H>0或“+”反应放热
（3）△H
△H<0或“—”反应吸热
（4）对于等压条件下的化学反应，若只存在化学能与热能之间的相互转化，则该反应的反应热等于焓变，表示为：
Qp=△H（Qp为等压反应热）
（二）热化学方程式
1、定义：
表明反应所放出或吸收热量的化学方程式。
2、含义：
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。
3、热化学方程式的书写要点
第三课时
【复习提问】1、什么是热化学方程式？
书写热化学方程式要注意哪些要点？
2、写出下列反应的热化学方程式
（1）1molC2H5OH（l）与适量O2（g）反应，生成CO2（g）和H2O（l），放出1366.8kJ热量。
。
（2）18g葡萄糖与适量O2（g）反应，生成CO2（g）和H2O（l），放出280.4kJ热量。
。
【讲解】化学反应的反应热，有的能够测量，有的不能测量。
比如将一些生成不稳定物质的化学反应，例有CCO，CO或多或少的要转化为CO2，还有一些反应进行的比较慢，要几天，几个月，几年，甚至几十年，肯定不能测量。
对于这样的反应热，我们就要进行计算才能得到。
这节课我们就来讲讲反应焓变的计算。
【板书】三、反应焓变的计算
【讲解】反应焓变之所以能够有计算得出，要归功于瑞士科学家盖斯提出的盖斯定律，我们来看看该定律的内容。
【板书】
（一）盖斯定律：
1、内容：
对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是一样的。
【讲解】这就说明对于化学反应，只要其反应物和反应产物确定了，不管它中间经历了多少步，反应焓变总是一定的。
好比一个人登山，不管他选择什么途径，只要他从山脚到了山顶，他攀爬的高度总是一定的。
这也说明了反应焓变有点像物理学中的矢量。
究其原因是焓是一个状态函数。
【板书】2、理解要点：
（1）反应焓变（反应热效应）只与始态（反应物）、终态（生成物）有关，与反应过程无关。
（2）焓变（反应热）总值一定。
反应物
a
生成物
△H
△H2
△H1
c
b
△H5
△H4
△H3
【投影】
△H=△H1+△H2=△H3+△H4+△H5
【讲解】下面就结合例题，利用盖斯定律来求反应焓变。
【板书】
（二）焓变的计算方法
1、利用已知焓变求未知焓变——热化学方程式相加减
【例1】试利用298K时下述反应的实验数据，计算此温度下
C（s，石墨）+
O2（g）=CO（g）的反应焓变。
C（s，石墨）+O2（g）=CO2（g）△H1=—393.5kJ•mol—1
CO（g）+
O2（g）=CO2（g）△H2=—283.0kJ•mol—1
解：
设此反应分两步进行：
第一步：
C（s，石墨）+O2（g）=CO2（g）△H1=—393.5kJ•mol—1
第二步：
CO2（g）=CO（g）+
O2（g）△H2′=—△H2=283.0kJ•mol—1
将上述两步反应相加得总反应为：
C（s，石墨）+
O2（g）=CO（g）△H3=？
根据盖斯定律，△H3=△H1+△H2′
=—393.5kJ•mol—1+283.0kJ•mol—1
=—110.5kJ•mol—1
答：
298KC（s，石墨）+
O2（g）=CO（g）的△H为—110.5kJ•mol—1。
【例2】试利用298K时下述反应的实验数据，计算此温度下P4（s，白磷）=4P（s，红磷）的反应焓变。
P4（s，白磷）+5O2（g）=P4O10（S）△H1=—2983.2kJ•mol—1
P（s，红磷）+
O2（g）=
P4O10（S）△H2=—738.5kJ•mol—1
—29.2kJ•mol—1
【练习1】试利用298K时下述反应的实验数据，计算此温度下
2N2H4（g）+2NO2（g）==3N2（g）+4H2O（g）的反应焓变。
N2（g）+2O2（g）==2NO2（g）△H1=+67.7kJ•mol—1
N2H4（g）+O2（g）==N2（g）+H2O（g）△H2=—534kJ•mol—1
—1135.7kJ•mol—1
【练习2】试利用298K时下述反应的实验数据，计算此温度下
Zn（s）+HgO（s）==ZnO（s）+Hg（l）的反应焓变。
Zn（s）+
O2（g）==ZnO（s）△H1=—351.1kJ•mol—1
Hg（s）+
O2（g）==HgO（s）△H2=—90.7kJ•mol—1
—260.4kJ•mol—1
【讲解】下面我们看看用另外一种方法来求反应焓变的方法——
【板书】2、利用化学键的键能求焓变
【讲解】首先，我们要知道什么是键能。
【板书】
（1）键能：
原子间形成（或断裂）1mol化学键时释放（或吸收）的能量。
（2）△H=∑（反应物的键能）—∑（反应产物的键能）
【例1】以下是部分共价键键能数据：
H—S364kJ•mol—1，S—S266kJ•mol—1，S=O522kJ•mol—1，H—O464kJ•mol—1。
试根据这些数据计算下面这个反应的焓变。
2H2S（g）+SO2（g）==3S（g）+2H2O（g）△H=？
S8分子结构
—1484kJ•mol—1
【练习】以下是部分共价键键能数据：
P—P198kJ•mol—1，P—O360kJ•mol—1，O=O498kJ•mol—1。
试根据这些数据计算下面这个反应的焓变。
P4（s,白磷）+3O2（g）==P4O6（s）△H=？
氧原子
磷原子
P4分子结构P4O6分子结构
—1638kJ•mol—1
【小结】小结本节课的内容。
【作业】P103、4
【板书设计】三、反应焓变的计算
（一）盖斯定律：
1、内容：
对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是一样的。
2、理解要点：
（1）反应焓变（反应热效应）只与始态（反应物）、终态（生成物）有关，与反应过程无关。
（2）焓变（反应热）总值一定。
（二）焓变的计算方法
1、利用已知焓变求未知焓变——热化学方程式相加减
2、利用化学键的键能求焓变
（1）键能：
原子间形成（或断裂）1mol化学键时释放（或吸收）的能量。
（2）△H=∑（反应物的键能）—∑（反应产物的键能）
（1）根据盖斯定律计算化学反应的焓变
（2）由生成反应的焓变计算化学反应的焓变
（3）利用化学键的键能求
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