第一章化學反應與能量第一節(jié)化學反應與能量的變化教學目的知識與技能1.了解化學反應中能量轉化的原因和常見的能量轉化形式；2.認識化學反應過程中同時存在著物質和能量的關系；3.了解反應熱和焓變的含義4.認識熱化學方程式的意義并能正確書寫熱化學方程式過程與方法1.通過化學反應的實質的回顧，逐步探究引起反應熱內在原因的方法，引起學生在學習過程中主動探索化學原理的學習方法，2.通過討論、分析、對比的方法，培養(yǎng)學生的分析能力和主動探究能力情感態(tài)度價值觀激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生從微觀的角度理解化學反應，培養(yǎng)學生尊重科學、嚴謹求學、勤于思考的態(tài)度，樹立透過現(xiàn)象看本質的唯物主義觀點重點化學反應中的能量變化，熱化學方程式的書寫難點焓變，△H的“+”與“-”，熱化學方程式的書寫知識結構與板書設計第一章化學反應與能量第一節(jié)化學反應與能量變化一、反應熱焓變1.定義：恒壓條件下，反應的熱效應等于焓變2.符號：△H3.單位：kJ/mol或kJmol-14.反應熱表示方法：△H為“＋”或△H＞0時為吸熱反應；△H為“一”或△H＜0時為放熱反應。5.△H計算的三種表達式：(1)△H==化學鍵斷裂所吸收的總能量—化學鍵生成所釋放的總能量(2)△H==生成的總能量–反應物的總能量(3)△H==反應物的鍵能之和–生成物的鍵能之和二、熱化學方程式(thermochemicalequation)1．定義：表明反應所放出或吸收的熱量的化學方程式，叫做熱化學方程式。2．書寫熱化學方程式的注意事項：(1)需注明反應的溫度和壓強。因反應的溫度和壓強不同時，其△H不同。(2)要注明反應物和生成物的狀態(tài)。物質的聚集狀態(tài)，與它們所具有的能量有關。(3)熱化學方程式各物質前的化學計量數(shù)不表示分子個數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分數(shù)。對于相同物質的反應，當化學計量數(shù)不同時，其△H也不同。4．熱化學方程式的應用教學過程備注第一章化學反應與能量第一節(jié)化學反應與能量變化[回憶]化學鍵在形成和斷裂的過程中能量的變化。[講]化學鍵形成的時候放出能量，斷裂的時候吸收能量；[問]為什么化學反應過程中會有能量的變化？從兩個角度來考慮：1.從化學鍵的角度看化學反應是怎樣發(fā)生的？與能量有什么關系？2.反應物和生成物的相對能量的大小[講]從化學鍵的角度看化學反應包含兩個過程：舊的化學鍵斷裂和新的化學鍵形成。斷裂化學鍵需要吸收能量，形成化學鍵要釋放出能量，斷開化學鍵吸收的能量和形成化學鍵釋放的能量通常不相等；2.反應物和生成物的總能量通常不相等，當反應物的總能量大于生成物的總能量時，化學能轉化為其他形式的能量釋放出來，當反應物的總能量小于生成物的總能量時，化學反應將其他形式的能量轉化為化學能儲存起來，所以化學反應過程中總會伴隨著能量的變化。[過]斷開化學鍵和形成化學鍵所吸收和放出的能量的數(shù)值是可以定量測定出來的，可以在工具書上查到，這樣我們就可以計算到反應中的能量的具體數(shù)值了，在以上的例子中我們對反應的討論和研究中，我們的研究對象是什么？[講]我們對反應研究的對象是反應的反應物和生成物，我們把它們稱為反應體系，而把除它們之外的物質稱為環(huán)境，我們把反應體系在化學反應過程中所釋放或吸收的能量，用熱量（或換算成相應的熱量）來表述，叫做反應熱，又稱作為“焓變”，用符號“△H”表示，單位常采用kJ/mol或kJmol－1。一、反應熱焓變1.定義：恒壓條件下，反應的熱效應等于焓變2.符號：△H3.單位：kJ/mol或kJmol-1[思考]我們看看△H的單位是kJ/mol，這個單位的分子和分母分別代表的是什么物理量？我們可以怎樣計算△H的數(shù)值？[講]化學反應的過程同時存在著物質和能量的變化，而且能量的釋放和吸收是以發(fā)生變化的物質為基礎的，能量的多少與發(fā)生反應的反應物質量及物質的量成正比。焓變的單位中的“mol”的基本單元不是某一反應物或生成物分子或原子，而是按熱化學方程式所表示的那些粒子的特定組合。反應熱就是“每摩爾”該特定組合完全反應的熱效應[講]化學反應都伴隨能量的變化，所以可以將化學反應分為兩類。分析反應熱之前，先弄清楚兩個概念：環(huán)境和體系[投影]放熱反應：體系環(huán)境H△H<0為“-”Q>0吸熱反應體系環(huán)境H△H>0為“+”Q<0[結論]△H和Q的角度不同，△H從體系的角度，Q從環(huán)境的角度[講]當生成物釋放的總能量大于反應物吸收的總能量時，反應為放熱反應，使反應本身能量降低，規(guī)定放熱反應△H為“一”，所以△H為“一”或△H＜0時為放熱反應。當生成物釋放的總能量小于反應物吸收的總能量時，反應是吸熱反應，通過加熱、光照等方法吸收能量，使反應本身能量升高，規(guī)定△H為“＋”，所以△H為“＋”或△H＞0時為吸熱反應。[投影]圖1-24.反應熱表示方法：△H為“＋”或△H＞0時為吸熱反應；△H為“一”或△H＜0時為放熱反應。[講]如果反應物所具有的總能量高于生物成具有的總能量，反應時就會以熱能的形式放出，反之，則吸熱。5.△H計算的三種表達式：(1)△H==化學鍵斷裂所吸收的總能量—化學鍵生成所釋放的總能量(2)△H==生成的總能量–反應物的總能量[講]化學鍵斷裂或生成所吸收或放出的能量叫做化學鍵的鍵能。反應鍵能越小，穩(wěn)定性越弱，能量就越高破壞它需要的能量就越小；生成物的鍵能越大，穩(wěn)定性越強，能量就越低，釋放的能量就越大，故需要放出能量，△H為負，反應之為正(3)△H==反應物的鍵能之和–生成物的鍵能之和[講]△H有正負之分，因此比較△H大小時，要連同“+”、“-”包含在內，類似于數(shù)學上的正負數(shù)比較，如果只比較反應放出熱量變化，則只比較數(shù)值大小。[過渡]什么是化學反應熱？如何表示？如何準確地描述物質間的化學反應及其能量變化？下面我們來學習熱化學方程式。二、熱化學方程式1.定義：表明反應所放出或吸收的熱量的化學方程式，叫做熱化學方程式。分析例1、2[小結]描述在一定條件下，一定量某狀態(tài)下的物質，充分反應后所吸收或放出熱量的多少。[講]熱化學方程式不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化。那么熱化學方程式的書寫有什么要求或者需要注意哪些事項呢？2．書寫熱化學方程式的注意事項：[講]與普通化學方程式相比，書寫熱化學方程式除了要遵循書寫化學方程式的要求外還應注意以下幾點：[學生活動]閱讀教材歸納、總結(1)需注明反應的溫度和壓強。因反應的溫度和壓強不同時，其△H不同。[講]但中學化學中所用的△H的數(shù)據，一般都是在101kPa和25℃時的數(shù)據，因此可不特別注明。但需注明△H的“＋”與“－”例如：H2(g)＋O2(g)=H2O(g)；△H=-241.8kJ/molH2(g)十O2(g)＝H2O(l)；△H=-285.8kJ/mol[講]從上述兩個熱化學方程式可看出，lmolH2反應生成H2O(l)比生成H2O(g)多放出44kJ/mol的熱量。產生的熱量為什么不同？(2)要注明反應物和生成物的狀態(tài)。物質的聚集狀態(tài)，與它們所具有的能量有關。[講]通常氣體用“g”、液體用”l”、固體用“s”、溶液用“aq”，且熱化學方程式通常不用“↑”、“↓”。例如：H2(g)+C12(g)=2HCl(g)；△H=-184.6kJ/molH2(g)+Cl2(g)=HCl(g)；△H＝－92.3kJ/mol(3)熱化學方程式各物質前的化學計量數(shù)不表示分子個數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分數(shù)。對于相同物質的反應，當化學計量數(shù)不同時，其△H也不同。[講]我們還需要注意的是，熱化學方程式是表示反應已完成的量，而不管反應是否真正完成。△H與反應完成的物質的量有關，而方程式中化學計量數(shù)只表示物質的量的多少，并不表示物質的分子數(shù)或原子數(shù)，所以化學計量數(shù)必須與△H相對應，如果化學計量數(shù)加倍，則△H也要加倍。當反應逆向進行時，其反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等，符號相反。4．熱化學方程式的應用[實踐活動]中和反應反應熱的測定一、實驗原理[講]中和熱的定義是在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應而生成1molH2O時的反應熱叫中和熱。在中學階段，只討論強酸和強堿反應的中和熱。[回顧]必修2第二章30頁關于“中和熱”的內容：酸與堿發(fā)生中和反應生成1molH2O時所釋放的熱量稱為中和熱。二、實驗操作[討論]上述實驗裝置和操作存在哪些問題？——熱量的散失[投影][問]課本第5頁圖1-3與實驗2-3相比，作了哪些改進？改進的目的是什么？1——雙層燒杯,2——碎泡沫塑料,3——蓋板、都是為了減少熱量的散失。[學生活動]閱讀課本第5頁實驗步驟，強調下列問題注意事項：1.為了保證0.50mol·L－1的鹽酸完全被NaOH中和，采用0.55mol·L－1NaOH溶液，使堿稍稍過量，因為過量的堿并不參加中和反應。2.實驗中若用弱酸代替強酸，或用弱堿代替強堿，因中和過程中電離吸熱，會使測得中和熱的數(shù)值偏低。3.要使用同一支溫度計。分別先后測量酸、堿及混合液的溫度時，測定一種溶液后必須用水沖洗干凈并用濾紙擦干。溫度計的水銀球部分要完全浸入溶液中，且要穩(wěn)定一段時間再記下讀數(shù)。4.實驗中所用的鹽酸和氫氧化鈉溶液配好后要充分冷卻至室溫，才能使用。5.操作時動作要快，盡量減少熱量的散失。6.實驗時亦可選用濃度體積都不相同的酸堿溶液進行中和熱的測定，但在計算時，應取二者中量小的一種，因為過量的酸堿并不參加中和反應。操作：學生按課本步驟做實驗，記錄相應數(shù)據。三、數(shù)據處理1.取三次測量所得數(shù)據的平均值作為計算依據思考：如果某一次實驗的數(shù)據與另外兩次實驗的數(shù)據差異明顯，怎么辦？2.計算反應熱：△H＝Q/n＝cm△t/n。作業(yè)：教學回顧：第二節(jié)燃燒熱能源教學目的知識與技能1.掌握燃燒熱的概念；2.了解資源、能源是當今社會的重要熱點問題；3.常識性了解使用化石燃料的利弊及新能源的開發(fā)過程方法培養(yǎng)學生綜合分析問題的能力情感價值觀教育學生能源、環(huán)境與現(xiàn)代社會有關的化學問題，以培養(yǎng)學生的社會責任感、使命感重點燃燒熱的概念難點燃燒熱的概念知識結構與板書設計第二節(jié)燃燒熱能源一、燃燒熱1．定義：在101kPa時，lmol物質完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質的燃燒熱。2．研究物質燃燒熱的意義3．有關燃燒熱的計算二、能源1.定義：能源就是能提供能量的資源，它包括化石燃料、陽光、風力、流水、潮汐以及柴草等。2.新能源：太陽能、生物能、風能、氫能、地熱能、海洋能。3.新能源介紹：(1)太陽能(2)氫能(3)地熱能(4)風能教學過程備注[引言]復習熱化學方程式的意義，書寫熱化學方程式的注意事項，引入新課。第二節(jié)燃燒熱能源一、燃燒熱[講]反應熱種類：燃燒熱、中和熱、溶解熱等1．定義：在101kPa時，lmol物質完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質的燃燒熱。[學生活動]討論、歸納概念要點[投影]注意：(1)在101kPa時，生成穩(wěn)定的氧化物。如C完全燃燒應生成CO2(g)，而生成CO(g)屬于不完全燃燒。又如H2燃燒生成液態(tài)H2O，而不是氣態(tài)水蒸氣。S對應的是SO2等。(2)燃燒熱通常是由實驗測得的。(3)可燃物以lmol作為標準進行測量。(4)書寫表示燃燒熱的熱化學方程式時，應以燃燒1mol純物質為標準來配平其余物質的化學計量數(shù)，熱化學方程式常以分數(shù)表示。例：H2(g)十O2(g)＝H2O(l)；△H=-285.8kJ/mol2．研究物質燃燒熱的意義[講]了解化學反應完成時產生熱量的多少，以便更好地控制反應條件，充分利用能源。[投影]表1-1[思考與交流]應根據什么標準來選擇燃料？1.根據物質的燃燒熱、燃料的儲量、開采、儲存的條件、價格、對生態(tài)環(huán)境的影響等綜合考慮。2.表中較理想的燃料是：氫氣、甲烷、甲醇等。3．有關燃燒熱的計算[點擊試題]例1、10g硫磺在O2中完全燃燒生成氣態(tài)地，放出的熱量能使500gH2O溫度由18℃升至62.4℃，則硫磺的燃燒熱為[講]10g硫磺燃燒共放出熱量為：Q=m·C(t2－t2)＝500g×4.18×10－3kJ/(g·C)(62.4－18)C=92.8kJ，則lmol(32g)硫磺燃燒放熱為=-297kJ/mol，硫磺的燃燒熱為297kJ/mol，熱化學方程式為：S(s)+O2(g)=SO2(g)；△H=-297kJ/mol[投影]p8我國能源狀況[學生活動]指導學生閱讀教材二、能源1.定義：能源就是能提供能量的資源，它包括化石燃料、陽光、風力、流水、潮汐以及柴草等。[思考與交流]有人說我國已探明的煤和石油儲量已足以使用好幾百年，我們根本不必要節(jié)約能源？（發(fā)表自己的見解）[討論]新能源的要求與探索(讓學生討論、想像，激發(fā)使命感和求知欲)[投影]1.要求：產生能量高、經濟、污染少。新能源有：太陽能、生物能、風能、氫能、地熱能、海洋能。2.調整和優(yōu)化能源結構，降低燃煤在能源結構中的比率，節(jié)約油氣資源，加強科技投入，加快開發(fā)水電、核電和新能源等就顯得尤為重要和迫切。最有希望的新能源是太陽能、燃料電池、風能和等。這些新能源的特點是資源豐富，且有些可以再生，為再生性能源，對環(huán)境沒有污染或污染少。2.新能源：太陽能、生物能、風能、氫能、地熱能、海洋能。[講]在現(xiàn)有的能源即將出現(xiàn)危機之時，人們很自然地把目光轉向那些儲量更豐富、更清潔、可以再生的新能源，并驚奇地發(fā)現(xiàn)，這些新能源大多數(shù)與我們日常生活一直息息相關。人們在不知不覺地使用著它們，只不過今后我們將采取新的方式利用它們。3.新能源介紹：(1)太陽能[學生活動]思考并回答問題。請大家聯(lián)系自己的生活實際想一想，我們日常是怎樣利用太陽能的？[學生活動]思考并回答問題。利用太陽能的另外一個優(yōu)點是對環(huán)境無污染，但我們也應該看到太陽能在利用時的不足之處，即非常分散，必須制造出一些裝置來收集太陽能。[投影]太陽能產品(2)氫能[講]氫能是一種理想的、極有前途的二次能源。氫能有許多優(yōu)點：氫的原料是水，資源不受限制；氫燃燒時反應速率快，高發(fā)熱值大；更突出的優(yōu)點是氫燃燒的產物是水，不會污染環(huán)境，是最干凈的燃料。另外，氫能的應用范圍廣，適應性強。液態(tài)氫已被用作人造衛(wèi)星和宇宙飛船中的能源。1980年我國研制成功了第一輛氫能汽車。1985年原蘇聯(lián)也利用Ti、Fe、V合金氫化物進行了用氫氣和汽油作為混合燃料的汽車的試驗，若在汽油中加入質量分數(shù)約為4％的氫氣，則可節(jié)油40％，廢氣中的CO也可減少90％。預計不久的將來，氫能不僅可以廣泛地作為汽車、飛機、輪船、火車等的動力，而且可以成為工業(yè)和生活中的重要能源。(3)地熱能[講]地熱能約為全球煤熱能的1.7億倍。地熱資源有兩種：一種是地下蒸汽或地熱水（溫泉）；另一種是地下干熱巖體的熱能。利用地熱能發(fā)電，在工業(yè)上可用于加熱、干燥、制冷與冷藏、脫水加工、淡化海水和提取化學元素等；在醫(yī)療衛(wèi)生方面，溫泉水可以醫(yī)治皮膚和關節(jié)等的疾病，許多國家都有供沐浴醫(yī)療用的溫泉。(4)風能[講]同太陽能相似，風能也早已被人們熟悉和利用，現(xiàn)代隨著新能源時代的到來，變得越來越具有魅力。有哪位同學知道，人們是如何利用風能的？[隨堂練習]1.下列說法正確的是()A.1mol硫酸與1molBa(OH)2完全中和所放出的熱量為中和熱B.在25℃、101kPa下，1mol硫和2molC.CO是不穩(wěn)定的氧化物，它能繼續(xù)和氧氣反應生成穩(wěn)定的CO2，所以CO的燃燒反應一定是吸熱反應D.101kPa時，1mol碳燃燒所放出的熱量為碳的燃燒熱2.下列性質中，不能說明乙醇宜作燃料的是()A.燃燒時發(fā)生氧化還原反應B.充分燃燒的產物不污染環(huán)境C.乙酸是一種再生能源D.燃燒時放出大量的熱教學回顧：第三節(jié)化學反應熱的計算(一)教學目的知識技能理解蓋斯定律過程方法通過運用蓋斯定律求有關的反應熱，進一步理解反應熱的概念情感價值觀通過實例感受蓋斯定律，并以此說明蓋斯定律在科學研究中的重要作用重點蓋斯定律難點蓋斯定律的涵義結構與板書第三節(jié)化學反應熱計算一、蓋斯定律1.蓋斯定律：化學反應的反應熱只與反應的始態(tài)（各反應物）和終態(tài)（各生成物）有關，而與具體反應進行的途徑無關。2.蓋斯定律在生產和科學研究中有很重要的意義教學過程備注[引入]在化學科研中，經常要測量化學反應所放出或吸收的熱量，但是某些物質的反應熱，由于種種原因不能直接測得，只能通過化學計算的方式間接獲得。在生產中，對燃料的燃燒、反應條件的控制以及廢熱的利用，也需要反應熱計算，為方便反應熱計算，我們來學習蓋斯定律。第三節(jié)化學反應熱計算一、蓋斯定律[講]1840年，蓋斯（G．H．Hess，俄國化學家）從大量的實驗事實中總結出一條規(guī)律：化學反應不管是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的。也就是說，化學反應的反應熱只與反應的始態(tài)（各反應物）和終態(tài)（各生成物）有關，而與具體反應進行的途徑無關。如果一個反應可以分幾步進行，則各分步反應的反應熱之和與該反應一步完成時的反應熱是相同的，這就是蓋斯定律。[投影]圖1-9及始態(tài)終態(tài)變化圖[講]根據圖示從山的高度與上山途徑無關及能量守衡定律來例證蓋斯定律。[活動]學生自學相關內容后講解1.蓋斯定律：化學反應的反應熱只與反應的始態(tài)（各反應物）和終態(tài)（各生成物）有關，而與具體反應進行的途徑無關。[講]蓋斯定律在生產和科學研究中有很重要的意義。有些反應的反應熱雖然無法直接測得，但利用蓋斯定律不難間接計算求得。2.蓋斯定律在生產和科學研究中有很重要的意義[科學探究]p12對于反應：C（s）+O2（g）=CO（g）因為C燃燒時不可能完全生成CO，總有一部分CO2生成，因此這個反應的ΔH無法直接測得，請同學們自己根據蓋斯定律設計一個方案反應的ΔH。[師生共同分析][投影]圖示見12頁[試題]例1、實驗中不能直接測出由石墨和氫氣生成甲烷反應的ΔH，但可測出CH4燃燒反應的ΔH1，根據蓋斯定律求ΔH4CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)；ΔH1=-890.3kJ·mol-1(1)C(石墨)+O2(g)＝CO2(g)；ΔH2=-393·5kJ·mol-1(2)H2（g）+O2（g）=H2O（l）；ΔH3=-285.8kJ·mol-1(3)C(石墨)+2H2(g)＝CH4(g)；ΔH4(4)[投影][講]利用蓋斯定律時，可以通過已知反應經過簡單的代數(shù)運算得到所求反應，以此來算得所求反應的熱效應。也可以設計一個途徑，使反應物經過一些中間步驟最后回復到產物：因為反應式(1)，(2)，(3)和(4)之間有以下關系：(2)+(3)×2-(1)=(4)所以ΔH4=ΔH2+2ΔH3-ΔH1=-393.5kJ·mol-1+2(-285.8)kJ·mol-1-(-890.3)kJ·mol-1=-74.8kJ·mol-1[小結]可間接計算求得某些無法直接測得的反應熱，如C與O2生成CO的△H。教學回顧：第三節(jié)化學反應熱的計算(二)---典型題專題教學目的知識技能1.理解反應熱2.了解反應熱的計算過程方法綜合運用反應熱和蓋斯定律的知識解決能量變化的實際問題情感價值觀通過計算某些物質燃燒時的△H數(shù)值，進一步認識煤、石油、天然氣是當今世界上最重要的化石燃料，喚起學生對資源利用和環(huán)境保護的意識和責任感重點反應熱的計算難點蓋斯定律的應用教學過程備注題型一：已知一定量的物質參加反應放出的熱量，計算反應熱，寫出其熱化學反應方程式。例1、將0.3mol的氣態(tài)高能燃料乙硼烷（B2H6）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，該反應的熱化學方程式為_____________。又已知：H2O（g）=H2O（l）；△H2＝－44.0kJ/mol，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。解析：0.3mol乙硼烷完全燃燒生成液態(tài)水放出649.5kJ熱量，則1mol乙硼烷完全燃燒放出的熱量為：因此乙硼烷燃燒的熱化學反應方程式為：。由于1mol水汽化需吸熱44kJ，則3mol液態(tài)水全部汽化應吸熱：，所以1mol乙硼烷完全燃燒產生氣態(tài)水時放熱：，則11.2L（標準狀況）乙硼烷完全燃燒產生氣態(tài)水放出熱量是：。[隨堂練習]已知充分燃燒ag乙炔氣體時生成1mol二氧化碳氣體和液態(tài)水，并放出熱量bkJ，則乙炔燃燒的熱化學方程式正確的是A.2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l)；ΔH＝－2bkJ/molB.C2H2(g)＋5/2O2(g)＝2CO2(g)＋H2O(l)；ΔH＝2bkJ/molC.2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l)；ΔH＝－4bkJ/molD.2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l)；ΔH＝bkJ/mol題型二：利用蓋斯定律求反應熱[隨堂練習]由金紅石TiO2制取單質Ti，涉及到的步驟為：：TiO2TiCl4Ti已知：①Cs＋O2g＝CO2g；H＝3935kJ·mol②2COg＋O2g＝2CO2g；H＝566kJ·mol③TiO2s＋2Cl2g＝TiCl4s＋O2g；H＝+141kJ·mol則TiO2s＋2Cl2g＋2Cs＝TiCl4s＋2COg的H＝