高一化学11《化学反应与能量的变化》教案新人教版.docx
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高一化学11《化学反应与能量的变化》教案新人教版
第一章化学反应与能量
视点解读
本章包括“化学反应与能量的变化”“燃烧热能源”和“化学反应热的计算”三节,属于热化学基础知识。
热化学是研究化学反应热现象的科学,曾为建立热力学第一定律(能量守恒和转换定律)提供了实验依据,反过来,它又是热力学第一定律在化学反应中的具体应用。
它主要解决各种热效应的测量和计算问题。
在必修2中,学生初步学习了化学能与热能的知识,对于化学键与化学反应中能量变化的关系、化学能与热能的相互转化有了一定的认识,本章是在此基础上的扩展与提高。
能源是人类生存和发展的重要物质基础,本章通过化学能与热能转化规律的研究帮助学生认识热化学原理在生产、生活和科学研究中的应用,了解化学在解决能源危机中的重要作用,知道节约能源、提高能量利用率的实际意义。
本章知识也是高考中的一个热点,几乎每年都会出现与此有关的题目,主要是选择题,以热化学方程式的判断、热量的计算为主。
随着近几年世界能源危机问题越来越严突出,本章内容也显得越来越重要,在近1~2年的高考中也出现了大题,所以应对本章引起足够的重视。
走进高考
1.考纲解读
(1)了解化学能与热能的相互转化。
了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
(2)了解热化学方程式的含义,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
(3)了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。
了解化学在解决能源危机中的重要作用。
2.命题趋势
从能量角度认识化学反应是高中新教材强调的一个重点。
作为高考的热点,近几年出题的形式也越来越灵活,预计今后的高考仍然是必不可少的内容之一,主要是以:
①考查本章几个概念的理解(吸热反应、放热反应、反应热、燃烧热等)②热化学方程式的书写和判断;③有关反应热、燃烧热的计算问题;④结合物质结构中化学键的成键、断键问题计算化学反应的△H;⑤由于新课标没有具体讲中和热的测定问题(必修2中简单一提),有可能会以信息的形式来考查学生的自学能力;⑥对盖斯定律的综合考查。
3.应试对策
①正确理解课本中出现的几个概念(吸热反应、放热反应、反应热、燃烧热等)。
②掌握热化学方程式的书写方法和书写时的注意事项。
③能从物质所具有的能量角度和微观角度分析化学反应中的能量变化的原因。
④理解盖斯定律的涵义,并能灵活应用。
⑤会用以上知识进行综合应用。
教学建议
本章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的本质。
授课时可以通过回忆高一有关放热反应和吸热反应的实验入手,引出反应热的概念、符号和一般采用的单位等。
再联系化学反应的本质,即反应物分子的旧化学键的断裂所需要的能量和生成物分子新化学键的形成所放出的能量,定量讨论反应的能量变化,说明了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,最后总结出化学反应过程中能量变化示意图。
热化学方程式是学习热化学的重要工具,教材从化学方程式只能表明反应物分子转化为生成物分子时原子重新组合的情况,而不能表明化学反应中的能量变化这个局限入手,说明介绍热化学方程式的必要性及热化学方程式的定义,重点介绍了书写热化学方程式的注意事项。
本章教材与化学方程式、放热反应、吸热反应、化学键知识联系紧密,通过学习,要培养学生的分析推理能力,掌握热化学方程式的书写技能。
燃烧热和能源、化学反应热的计算是化学反应和能量变化的继续和拓宽,燃烧热是反应热中的一种。
介绍燃烧热时,突出“101kPa”、“1mol物质”和“完全燃烧生成稳定的氧化物”等关键的词,强调计算燃烧热时应以1mol物质完全燃烧作标准进行计算。
指出书写燃烧热或中和热的热化学方程式时,应以燃烧1mol物质为标准,其化学计量数都有可能出现分数。
使学生正确理解盖斯定律,可以采用创设情景的方式引出,如:
我们可以让碳全部氧化成CO2,却很难控制碳的氧化只能生成CO而不继续生成CO2,那么C(s)+
O2(g)=CO(g)的反应热如何获得呢等。
建议适当补充一些不同类型的习题作为课堂练习,发现问题并及时解决。
如以煤、汽油和天然气的主要成分发生燃烧的反应为例,不仅巩固、落实了知识和计算技能,还能通过计算的结果说明这些物质燃烧时,其△H的数值都很大,进一步认识煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料。
唤起学生资源利用和环境保护的意识和责任感,以及综合分析问题的能力。
第一节化学反应与能量的变化
课标解读
课标要求
学习目标
1.了解化学反应中能量转化的原因,能说出常见的能量转化形式。
2.能举例说明化学能与热能的相互转化,了解反应热和焓变的涵义。
3.激发学生的学习兴趣,培养学生从微观的角度理解化学反应,培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度,树立透过现象看本质的唯物主义观点
1.理解反应热、焓变的含义和反应热产生的原因
2.认识化学反应过程中同时存在着物质和能量的变化,而且能量的释放或吸收是以发生的物质为基础的,能量的多少决定于反应物和生成物的质量;
3.理解反应物、生成物的能量高低与△H的“+”与“-”,反应吸热与放热的关系。
4.掌握热化学方程式的特点和书写方法。
教学策略
本节课的教学对于学生较全面地认识化学反应具有重要意义,尤其是反应热的教学,涉及到化学反应的本质――旧化学键的断裂和新化学键的形成,即涉及到化学反应中的物质变化和能量变化,对培养学生全面地分析问题很有帮助。
1molH2与1molCl2反应的反应热的推导是本节教学的关键。
可以采用电化教学手段,利用多媒体软件进行形象化教学,也可以利用教材中的图示分析化学反应前后反应物与生成物中化学键的断裂和生成情况,并与反应物的总能量、生成物的总能量及能量差联系起来,以使学生理解△H的涵义及与放热反应、吸热反应的关系。
探讨化学反应放热、吸热本质时,要强调三点:
①化学反应的特点是有新物质生成,新物质和反应物总能量不同;②反应中能量守恒;③反应物与生成物的能量差若以热能形式表现即为放热和吸热,如果两者能量比较接近,则放热和吸热不明显。
注意新、旧知识的衔接。
在学习本节知识前要指导学生复习必修课程中学习的“化学键与化学反应中能量变化的关系”和“热能与化学能的相互转化”中的相关知识。
可采用对比的方法,说明化学方程式与热化学方程式的联系与区别,使学生理解书写热化学方程式时,为什么要注明物质的聚集状态、△H的“+”与“-”以及为什么各物质前的化学计量数可以用分数等,使学生在理解的基础上正确书写热化学方程式。
重视对学生分析推理能力的培养以及热化学方程式书写技能的训练,注意热化学方程式书写的规范化。
自主梳理
一、反应热焓变
1.根据反应中的热量变化,可以把化学反应分为放热反应和吸热反应。
2.列举你学过的放热反应:
燃烧反应、中和反应、金属与水或与酸的反应等;吸热反应:
石灰石的分解、胆矾分解、C和CO2的反应等。
3.化学反应过程中释放或吸收的热量叫做反应热,又称为焓变,符号用△H表示,单位常采用kJ/mol。
许多化学反应的反应热可以通过实验测量。
4.任何化学反应都有反应热,这是由于在化学反应过程中,当反应物分子内化学键断裂时,需要克服原子间的相互作用,这需要吸收能量;当原子重新结合成生成物分子,即新化学键形成时,又要释放能量。
生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量大时为放热反应;反之为吸热反应。
5.对于放热反应,由于反应后放出热量而使反应体系的能量降低,因此△H为“-”或△H<0;对于吸热反应,由于反应通过加热、光照等吸收能量而使体系的能量升高,因此吸热反应的为“+”或△H>0。
二、热化学方程式
1.定义
能表示参加反应物质的量和反应热关系的化学方程式,叫做热化学方程式。
2.特点(与化学方程式比较)
⑴指明了反应时的温度和压强,如在25℃、101kPa下进行的反应,可不注明。
⑵在化学方程式右边注明△H的符号、数值和单位。
⑶所有反应物和产物都用括号注明了它们在反应时的状态。
⑷化学计量数只表示物质的量,而不表示分子数或原子数,因此可以为非整数。
⑸化学计量数和反应热的数值可以同时扩大或缩小相同倍数。
3.意义
热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质的变化,也表明了化学反应中的能量变化。
三、疑难探究
1.如何理解△H的单位“kJ/mol”?
关于△H的单位“kJ/mol”并不是指每摩尔具体物质反应时伴随的能量变化是多少千焦,而是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化。
2.在加热条件下进行的反应,一定是吸热反应吗?
不同化学反应发生的条件不同,有的常温下就可以发生,有的则需要加热。
在此往往容易把在加热条件下进行的反应认为是吸热反应,而在常温下进行的反应认为是放热反应。
其实两者之间无必然的联系,常温下进行的反应可能是放热反应,如中和反应;也可能是吸热反应,如NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O的反应。
加热条件下进行的反应,可能是吸热反应,如C+CO2
2CO;也可能是放热反应,如
C+O2CO2,两者的区别是放热反应撤去热源后仍能进行,吸热反应必须持续加热才能继续进行。
由此可见,反应吸热还是放热与反应条件无关,而是由反应物总能量与生成物总能量的高低决定的。
激思探究
[高效突破]
探究一如何正确理解吸热反应和放热反应?
化学反应中的能量变化,通常表现为热量的变化。
对化学反应,以反应过程中放热或吸热为标准化分,分为放热反应和吸热反应两种反应类型。
有热量放出的反应叫做放热反应,需要吸收热量的化学反应叫吸热反应。
常见的放热反应有:
①活泼金属与水或酸的反应。
如
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
②酸碱中和反应。
如
2KOH+H2SO4=K2SO4+H2↑
③燃烧反应。
如
C+O2CO2
④多数化合反应。
如
Na2O+H2O=2NaOHCaO+H2O=Ca(OH)2
常见的吸热反应有:
①多数的分解反应,如
CaCO3CaO+CO2↑
CuSO4·5H2O
CuSO4+5H2O
②NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应
2NH4Cl+Ba(OH)2·8H2O=BaCl2+2NH3↑+10H2O
③C(s)+H2O(g)CO+H2
④C+CO2
2CO
准确理解此两概念要注意以下几点:
(1)吸热反应和放热反应都是化学反应.有能量变化的反应(如核弹爆炸)不一定是吸热反应和放热反应.
(2)“吸收热量”或“有热量放出”是反应的最终结果,不是反应的起始条件.如在加热条件下进行的反应,有的是放热反应(如S在O2中的燃烧等),有的是吸热反应(如C与CO2的反应等).
(3)某反应向右进行是放热(或吸热)反应,则其反向进行(向左进行)的反应就是吸热(或放热)反应,且热值相当.
探究二化学反应中能量变化的原因是什么?
1.从物质所具有的能量角度分析
有的化学反应会放出热量,有的化学反应要吸收热量,其原因是:
⒈化学反应必有新物质生成,新物质的总能量与反应物的总能量不同;⒉能量是不能再
范例精讲
例1-1、下列说法正确的是()
A.反应条件是加热的反应都是吸热反应
B.化学反应除了生成新的物质外,还伴随着能量的变化
C.物质燃烧一定是放热反应
D.放热的化学反应不需要加热都能发生
解析:
从吸热反应和放热反应的概念可以看出,一个反应发生了,若周围环境的温度得以升高,这个反应就是放热反应;若周围环境的温度因此降低,这个反应就是吸热反应.反应放热,还是吸热,与反应起始的条件没有关系.如:
在空气中加热木炭,木炭就会发生燃烧,反应的结果是放出热量;而在CO2环境中加热木炭,二者反应生成CO,同时吸收热量.可见,A、D都不正确.
从燃烧的概念可知,燃烧是发光放热的剧烈的化学反应.即燃烧一定放热.C正确.
从教材对化学反应中能量变化的解释可以看出,化学反应有两大变化,一是有新物质生成,二是伴随能量的变化.人类研究并利用化学反应的目的也在于此,即:
制取所需要的物质或利用反应放出(或吸收)的能量.B选项正确。
答案:
BC
例1-2、(07河北石家庄)下列有关化学反应能量变化的叙述中,正确的是()
A.只要是在加热条件下进行的反应一定是吸热反应
B.只要是在常温常压下进行的反应一定是放热反应
C.中和反应和燃烧是放热反应,水解反应一定是吸热反应
D.如果反应物的总能量低于生成物的总能量,该反应一定是放热反应
解析:
化学反应是放热还是吸热与反应的条件没有直接的关系,加热条件下进行的反应有的也可以是放热反应(如S在O2中的燃烧等);而常温下进行的反应也可能是吸热反应(如NH4Cl与Ba(OH)2·H2O的反应);如果反应物的总能量低于生成物的总能量,该反应一定是吸热反应。
故正确的答案为C。
答案:
C
例2-1、某化学反应,设反应物总能量为E1,生成物总能量为E2。
(1)若E1>E2,则该反应为________热反应,该反应的过程可看成是________________。
(2)若E1<E2,则该反应为_______热反应.那么在发生化学反应时,反应物需要_____才能转化成生成物.该反应过程可看成是_____________________。
解析:
(1)反应物的总能量大于生成物的总能量,则反应进行的结果必然是部分能量被释放出来。
(2)反应物的总能量小于生成物的总能量,则反应进行时必然有外部能量参与到反应中来。
答案:
(1)放“贮存”在物质内部的能量转化为热能而被释放出来的过程
(2)吸吸收能量热能转化为物质内部的能量而被
生也不能消失的,只能从一种形式转化为另一种形式,如电能转化为光能或热能等,或从一种物质中传递到另一种物质中去,即化学反应中能量守恒;⒊反应物与生成物的能量差若以热能形式表现,即为放热或吸热。
如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量,反应为放热反应;如果反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量,反应为吸热反应。
即:
△H=E(生成物的总能量)-E(反应物的总能量)
如图所示:
化学反应中的能量变化示意图
可见,化学反应的过程也可看成是“贮存”在物质内部的能量转化为热能等而被释放出来,或者是热能等转化为物质内部的能量而“贮存”起来的过程。
2.从微观角度分析
实验测得1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时放出184.6kJ的热量。
反应过程中的能量变化可表示如下图:
⒈化学键断裂时需要吸收能量。
吸收的总能量为436kJ+243kJ=679kJ。
⒉化学键形成时需要释放能量。
释放的总能量为431kJ+431kJ=862kJ
⒊反应热的计算:
862kJ-679kJ=183kJ,即放出183kJ的能量。
显然,分析结果与实验测得的该反应的反应热(184.6kJ/mol)很接近(一般用实验数据来表示反应热)
即:
△H=E(反应物的总键能)-E(生成物的总键能)
探究三如何理解△H的“+”与“-”?
可以认为△H就是物质所具有的能量在反应前后的变化量,如下图所示:
若为吸热反应,则变化后的无知所具有的能量增加(升高),用“+”表示,△H>0;
若为放热反应,则变化后的无知所具有的能量减少(降低),用“-”表示,△H<0。
“贮存”起来的过程
例2-2、(06广东肇庆)化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。
化学键的键能是形成(或拆开)1mol化学键时释放(或吸收)的能量。
已知白磷(P4)和P4O6的分子结构如下图所示;现提供以下化学键的键能:
P—P198KJ·mol—1、P—O360kJ·mol—1、氧气分子内氧原子间的键能为498kJ·mol—1则P4+3O2==P4O6的反应热△H为
A.+1638kJ·mol—1B.-1638kJ·mol—1
C.-126kJ·mol—1D.+126kJ·mol—1
解析:
由△H=E(反应物的总键能)-E(生成物的总键能)可知△H=4×198KJ·mol—1+3×498kJ·mol—1-12×360kJ·mol—1=-1638kJ·mol—1。
所以答案B正确。
答案:
B
例2-3、根据下列热化学方程式,判断氢化物的稳定性顺序正确的是()
N2(g)+
H2(g)=NH3(g);ΔH=-46.19kJ·mol—1
H2(g)+
Cl2(g)=HCl(g);ΔH=-92.36kJ·mol—1
I2(g)+
H2(g)=HI(g);ΔH=+25.96kJ·mol—1
A.HCl>NH3>HIB.HI>HCl>NH3
C.HCl>HI>NH3D.NH3>HI>HCl
解析:
由热化学方程式的焓变可知,要分解相同物质的量的三种气体,HCl吸收的热量最大、NH3吸收的热量次之,而HI放热,所以三者的稳定性顺序为:
HCl>NH3>HI。
故正确的答案为A。
答案:
A
例3-1、(06丹阳)分析右面的能量变化示意图,确定下列选项中正确的是()
A.2A(g)+B(g)→2C(g);
△H<0
B.2A(g)+B(g)→2C(g);
△H>0
C.2A+B→2C;△H<0
D.2C→2A+B;△H<0
解析:
右图可知若A、B作反应物则为放热反应;C、D缺少状态因而不正确。
所以正确的答案为A。
答案:
A
例4-1、(07高邮市调研)已知:
101kPa时1mol辛烷燃烧生成液态水时放出热量为5518kJ;强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1molH2O时放出的热量为57.3kJ,则下列热化学方程式书写正确的是()
①2C8H18(l)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g);
△H=-11036kJ·mol-1
②2C8H18(l)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(l);
探究四如何才能书写正确的热化学方程式?
⒈△H只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边。
若为放热反应,△H为“-”;若为吸热反
应,△H为“+”。
△H的单位一般为kJ/mol。
⒉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25℃、101kPa下测定的,可不注明温度和压强。
⒊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或原子数。
因此化学计量数可以是整数,也可以是分数或小数。
⒋注意反应物和产物的聚集状态不同,反应热△H不同。
因此,必须注明物质的聚集状态才能完整的体现出热化学方程式的意义。
气体用“g”、液体用“l”、固体用“s”、溶液用“aq”。
热化学方程式中不用“↑”和“↓”。
⒌注意热化学方程式是表示已完成的数量。
由于△H与反应完成物质的量有关,所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与△H相对应。
如果化学计量数加倍,则△H也要加倍。
当反应向逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
例如:
已知2H2(g)+O2(g)
2H2O(g);△H=-483.6kJ/mol
H2(g)+O2(g)
H2O(g);△H=-241.8kJ/mol
2H2O(g)
2H2(g)+O2(g);△H=+483.6kJ/mol
⒍热化学方程式一般不写反应条件。
△H=-11036kJ·mol-1
③H++OH-=H2O;△H=-57.3kJ·mol-1
④2NaOH(aq)+H2SO4(aq)=Na2SO4(aq)+2H2O(l);△H=-114.6kJ·mol-1
A.①③B.②③
C.②④D.只有②
解析:
判断热化学方程式的书写时,要注意状态、△H单位、符号以及数值是否与前面的化学计量数相对应。
答案:
C
例4-2、(05全国)已知充分燃烧ag乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水,并放出热量bkJ,则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是
A2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l);
ΔH=-2bkJ/mol
BC2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l);
ΔH=2bkJ/mol
C2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l);
ΔH=-4bkJ/mol
D2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l);
ΔH=bkJ/mol
解析:
有题设知2molCO2→2bkJ→1molC2H2,则乙炔的燃烧的热化学方程式为C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l);ΔH=-2bkJ/mol。
答案:
A
例4-3、(04年全国)在25℃、101kPa下,1g乙醇完全燃烧生成CO2和液态水时放热29.72kJ,下列热化学方程式正确的是()
A.CH3CH2OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l);△H=+1367kJ/mol
B.2CH3CH2OH(l)+6O2(g)=4CO2(g)+6H2O(l);△H=-2734kJ/mol
C.2CH3CH2OH(l)+6O2(g)=4CO2(g)+6H2O(l);△H=-1367kJ/mol
D.2CH3CH2OH(l)+6O2(g)=4CO2(g)+6H2O(l);△H=+2734kJ/mol
答案:
B
思维激活
例1、在同温同压下,下列三个反应放出的热量分别以a,b,c表示,则a,b,c的关系是( )
①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);ΔH=-akJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);ΔH=-bkJ·mol-1
③H2(g)+12O2(g)=H2O(g);ΔH=-ckJ·mol-1
A.a>b,b=2cB.a=b=c
C.a<b,c=
aD.无法比较
解析:
上述三个反应虽均表示H2和O2的反应,但由于反应物的用量不同,生成物的聚集状态不同,三个反应的反应热各不相同.反应①和②分别表示2molH2(g)燃烧生成2molH2O(g)、H2O(l)放出的热量,由于同温同压下,2molH2O(g)转变为2molH2O(l)时要放出热量,故a<b.而反应③表示1molH2(g)燃烧生成1molH2O(g)放出的热量,其化学计量数恰好是反应①
创新应用
例1-1、
(1)已知:
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g);
ΔH=+67.7kJ/mol
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g);
ΔH=-534kJ/mol
发射卫星用肼(即N2H4)的气体为原料,以NO2为氧化剂,两种物质反应生成氮气和水蒸气,试写出该反应的热化学方程式:
。
(2)设在
(1)问答案中的反应热为ΔH1,如果是生成液体水,对应的反应热为ΔH2(保持各物质的化学计量数不变),则ΔH2的绝对值比ΔH1的绝对值
(填“大”、“小”、“相等”);
(3)如果发射卫星用肼(即N2H4)为原料,以N2O4为氧化剂,等物质的量的肼在N2O4中完全燃烧放出的热量比在NO2中完全燃烧放出的热量(填“大”、“小”、“相等”)。
答案:
(1)2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O
的
,因而c=
a.
答案:
C
例2、(07湖北黄冈)强酸与强碱在稀溶液发生中和反应的热化学方程式为
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l);△H=-
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