2022年高中化學(xué) 《化學(xué)反應(yīng)與能量的變化》教案9 新人教版選修4

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1、2022年高中化學(xué) 《化學(xué)反應(yīng)與能量的變化》教案9 新人教版選修4 教學(xué)目標： 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、難點：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。 課時劃分：一課時。 教學(xué)過程： [討論]在我們學(xué)過的化學(xué)反應(yīng)當中，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

2、 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。 （4）研究對象：一定壓強下，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) 實驗測得 lmol H2與 lmol Cl2反應(yīng)生成 2 mol HCl時放出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)鍵斷裂時需要吸收

3、能量。吸收總能量為：436kJ＋243kJ＝679 kJ， 化學(xué)鍵形成時需要釋放能量。釋放總能量為：431kJ＋431kJ＝862 kJ， 反應(yīng)熱的計算：862kJ—679kJ=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，需要克服原子間的相互作用而吸收能量；當原子重新組成生成物、新化學(xué)鍵形成時，又要釋放能量。新化學(xué)鍵形成時所釋放的總能量與反應(yīng)物中舊化學(xué)鍵斷裂時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)]①當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

4、身能量降低，規(guī)定放熱反應(yīng)△H為“一”，所以△H為“一”或△H＜0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。 ②當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△H＞0時為吸熱反應(yīng)。 [板書] △H為“＋”或△H＞0時為吸熱反應(yīng)；△H為“一”或△H＜0時為放熱反應(yīng)。 [投影] [講解]

5、（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 H—H鍵、lmol N－H鍵、lmolN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946N，則1m

6、ol 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 N—H鍵和生成 lmol N—H鍵吸收和釋放出的能量相等，所以此反應(yīng)的反應(yīng)熱計算如下： 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。

7、 [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：(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。因反應(yīng)的溫度和壓強不同時，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℃時的數(shù)據(jù)，因此可不特別注明。但需注明△H的“＋”與“－”。

8、 [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)計量數(shù)不表示分子個數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分數(shù)。對于相同物質(zhì)的反應(yīng)，當化學(xué)計量數(shù)不同時，其△H也不同。

9、[投影]例如：H2(g)+C12(g) = 2HCl(g)；△H=-184.6 kJ/mol H2(g)+ Cl2(g) = HCl(g)；△H＝－92.3 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) 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

10、和 25℃時，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．；△H＝－48.40kJ/mol B．；△H＝－5518kJ/mol C．；△H＝+5518kJ/mol D．；△H＝－11036kJ/mol 分析與解答 1 mol 燃燒放出熱量48.40kJ/g×114g＝55

11、18kJ。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：；△H＝44kJ．則11.2L(標準狀況)乙硼烷完全燃燒生成氣態(tài)水時放出的熱量是________________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)水時放出熱量為： 答案 ；△H＝－2165kJ/mol 1016.5 [

12、小結(jié)]略 [作業(yè)]P5 1、2、3、4 [板書計劃] 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。 （4）研究對象：一定壓強下，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： ①當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)，△H為“一”或△H＜0 ②當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

13、熱反應(yīng)，△H為“十”或△H＞0 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： (1)需注明反應(yīng)的溫度和壓強；因反應(yīng)的溫度和壓強不同時，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)計量數(shù)不表示分子個數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分數(shù)。對于相同物質(zhì)的反應(yīng)，當化學(xué)計量數(shù)不同時，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

14、 [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)則時都應(yīng)符合《中華人民共和國國家標準GB3100～3102-93“量和單位”》(以下簡稱《國標》)的規(guī)定。《全日制普通高級中學(xué)教科書(試驗本)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，在物理量的引用上，積極貫徹“量和單位”國家標準，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

15、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，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 上式表示標準狀態(tài)(即反應(yīng)體系在壓強為101kPa和溫度為25℃時的狀態(tài))下，1mol固態(tài)碳和1mol氧氣反應(yīng)生成1mol二氧化碳氣體時放出393.5kJ的熱量。這種表示方法的優(yōu)點是寫法直觀，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

16、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》規(guī)定，熱量(Q)應(yīng)當用適當?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(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 。當系統(tǒng)處于恒壓過程時，則有： △U = QP + W 若系統(tǒng)在反應(yīng)過程中只有體積功，即：W =－P(V2－V1) =－(P2V2－P1V1)，則

17、有： △U = QP －(P2V2－P1V1) 依據(jù)焓(H )的定義：H = U + PV ，顯然： QP = (U2－U1)+(P2V2－P1V1) = (U2+P2V2)－(U1+P1V1) = H2－H1 =△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，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)

18、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)《國家標準》，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《國家標準》的規(guī)定相反。因此，引入△H以后，當反應(yīng)為放熱反應(yīng)時，△H為“－”或△

19、H ＜0 (表明系統(tǒng)能量減少)；當反應(yīng)為吸熱反應(yīng)時，△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)《國家標準》，應(yīng)當用英文字母(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

20、) = CO2(氣) + 393.5 kJ C(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]△rHm(下標“r”表示反應(yīng)，“m”表示摩爾)。實際上通常給出的是反應(yīng)體系處于標準狀態(tài)(指溫度為298.15K，壓強為101kPa時的狀態(tài))時的摩爾焓[變]，即反應(yīng)的標準摩爾焓[變]，以“△rHmΘ” 表示(上標“Θ”表示標準)。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)； △rHmΘ(298.15 K) =－393.5

21、kJ/mol C(s)+H2O(g) = CO(g)+H2(g)； △rHmΘ(298.15 K) =+131.5 kJ/mol 由于△rHm與反應(yīng)體系的溫度和壓強有關(guān)，對于非標準狀態(tài)下的反應(yīng)體系，書寫熱化學(xué)方程式時還應(yīng)注明反應(yīng)的溫度和壓強。但中等化學(xué)所用的△rHm的數(shù)據(jù)，一般都是反應(yīng)的標準摩爾焓[變]，因此可不特別注明?？紤]到這一點和中等化學(xué)學(xué)生的知識水平和接受能力，新教材中將“△rHmΘ(298.15K)”簡寫為△H 來表示。例如： C(s)+O2(g) = CO2(g)； △H =－393.5 kJ/mol C(s)+H2O(g) = CO(g)+H2(g)； △H = +131

22、.5 kJ/mol 三、△H 的單位與反應(yīng)進度 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)進度(代號為ξ)”這個物理量。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)進度的定義為：對于化學(xué)反應(yīng) 0 = ∑νBB ， nB(ξ) = nB(0) +νBξ 式中“nB(0)”和“nB(ξ)”分別為反應(yīng)進度ξ=0(反應(yīng)未開始)和ξ=ξ時B的物質(zhì)的量，“νB”為反應(yīng)中B物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)(對于反應(yīng)物其為負，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)生微小變化時有： dξ=νB

23、－1dnB 對于反應(yīng)系統(tǒng)發(fā)生有限的變化，則有： △ξ=νB－1△nB 在此所定義的反應(yīng)進度，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)進度與物質(zhì)的量具有相同的量綱，SI單位為mol。由于ξ的定義與νB有關(guān)，因此在使用ξ及其與此相關(guān)的其它物理量時必須指明化學(xué)方程式，否則是無意義的。例如，說“氫氣跟氧氣反應(yīng)生成水蒸氣的標準摩爾焓[變]為：△rHmΘ(298.15 K) =－483.6 kJ/mol”是不明確的。 反應(yīng)進度是研究化學(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)的量綱和單位的標準化大大前進了一步，也很好地解決了一系列

24、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 =∑νBB”，反應(yīng)的摩爾焓[變]△rHm，一般可由測量反應(yīng)進度ξ1→ξ2時的焓變△H，除以反應(yīng)進度變△ξ而得，即： △rHm = △H／△ξ 由于反應(yīng)進度(ξ)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νB)有關(guān)，因此反應(yīng)的摩爾焓[變]△rHm也與化學(xué)方程式的寫法有關(guān)，即對同一實驗數(shù)據(jù)，由于計算△ξ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，必須指明對應(yīng)的化學(xué)方程式。例如： 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g)；△rHmΘ(298.15 K) =－483.6 kJ/mol???? ① H2(

25、g) + 1/2 O2(g) = H2O(g)；△rHmΘ(298.15 K) =－241.8 kJ/mol??? ② 對于反應(yīng)①來說，2molH2(g)和1molO2(g)完全反應(yīng)生成2molH2O(g)表示反應(yīng)進度“ξ=1mol”的反應(yīng)，對于反應(yīng)②來說，1molH2(g)和0.5molO2(g)完全反應(yīng)生成1molH2O(g)也表示反應(yīng)進度“ξ=1mol”的反應(yīng)，前者放熱483.6kJ，后者放熱241.8kJ。因此，兩個反應(yīng)的△rHm不同，反應(yīng)①的△rHm是反應(yīng)②的兩倍。 由上可見： (1)反應(yīng)的摩爾焓[變]△rHm，實際上是單位反應(yīng)進度的焓變?！鱮Hm的單位“J/mol”或“kJ/mol”中的“mol”是“指定反應(yīng)”的反應(yīng)進度的SI單位，mol－1是每單位反應(yīng)進度的SI單位。 (2)對于某個反應(yīng)系統(tǒng)，當其指定反應(yīng)的化學(xué)方程式的寫法不同時，每單位反應(yīng)進度的反應(yīng)所表示的意義是不同的，當然相對應(yīng)的△rHm也是不同的。 總之，引入△H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，其表達方式以熱力學(xué)理論為根據(jù)，以《國家標準》為規(guī)范，因此，具有了更強的科學(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。