高中化学选修4化学反应与能量变化教案

高中化学选修4第一章第一节化学反应与能量变化教案

【提问】推动人类社会进步的这个支点和杠杆是什么呢

【讲解】对，能量就是推动人类进步的“杠杆”！能量使人类脱离了“茹毛饮血”的野蛮，进入繁华多姿的文明。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一（一般以热和功的形式与外界环境进行能量交换）。所以，研究化学反应中的能量变化，就显得极为重要。下面让我们一同进入选修4 化学反应原理的学习

【板书】第一章化学反应与能量

第一节化学反应与能量变

【回忆】通过必修二的学习，我们知道化学反应过程中不仅有物质的变化，还有能量的变化。那么常见的能量变化形式有哪些

【学生】阅读本章引言回答：热能、电能、光能等

【过渡】当能量以热的形式表现时，我们把化学反应分为放热反应和吸热反应，你能列举常见的放热反应和吸热反应吗

【回答】放热反应如燃烧反应、酸碱中和反应、大多数化合反应等；吸热反应如大多数分解反应、金属氧化物的还原反应等

【质疑】为什么化学反应过程中有的放热、有的吸热为什么说“化学反应过程中能量的变化是以物质的变化为基础的”

【回忆】我们知道化学反应的实质就是旧的化学键断裂和新的化学键形成的过程，那么化学键断裂的过程中能量是如何变化的

【提问】当水从液态变成气态的时候能量是如何变化的能否从微观的角度解释能量变化的原因

【回答】水分子之间存在分子间作用力，当水从液态变成气态时，分子间距离增大，所以要吸收能量

【分析】虽然力的种类和大小不同，但是本质都一样，就是形成作用力时要放出能量；破坏作用力时要吸收能量，即物质的变化常常伴随能量的变化

【探究】给出具体实例，图例，请学生分析图中包含的信息

【引导】在化学反应H

2 +Cl

2

=2HCl的过程中能量变化如何

【投影】

【提问】为什么化学反应过程中会有能量的变化从两个角度来考虑：1、从化学键的角度看化学反应是怎样发生的与能量有什么关系2、反应物和生成物的相对能量的大小

【图像分析】1molH

2和1molCl

2

反应得到2molHCl要放出183kJ的能量；断开1molH-H

键需要吸收436kJ的能量；断开1molCl-Cl键需要吸收243kJ的能量；形成1molH-Cl 键能放出431kJ的能量；

【讲解】1、从化学键的角度看化学反应包含两个过程：旧的化学键断裂和新的化学键形成。断裂化学键需要吸收能量，形成化学键要释放出能量，断开化学键吸收的能

量和形成化学键释放的能量通常不相等；2、反应物和生成物的总能量通常不相等，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，化学能转化为其他形式的能量释放出来，当反应物的总能量小于生成物的总能量时，化学反应将其他形式的能量转化为化学能储存起来，所以化学反应过程中总会伴随着能量的变化。

【过渡】断开化学键和形成化学键所吸收和放出的能量的数值是可以定量测定出来的，可以在工具书上查到，这样我们就可以计算到反应中的能量的具体数值了。

【提问】如何表示反应过程是放热还是吸热呢

【讲解】我们对反应研究的对象是反应的反应物和生成物，我们把它们称为反应体系，而把除它们之外的物质称为环境，我们把反应体系在化学反应过程中所释放或吸收的能量，用热量（或换算成相应的热量）来表述，叫做反应热，又称作为“焓变”，用符号“△H”表示，单位常采用kJ/mol或kJmol－1

【板书】一、反应热焓变

1、定义：恒压条件下，反应的热效应等于焓变

2、符号：△H

3、单位：kJ/mol或kJmol-1

【思考】我们看看△H的单位是kJ/mol，这个单位的分子和分母分别代表的是什么物理量我们可以怎样计算△H的数值

【讲解】当生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量时，反应为放热反应，使反应本身能量降低，规定放热反应△H为“一”，所以△H为“一”或△H＜0时为放热反

应。上述反应 H

2(g)＋Cl

2

(g) = 2HCl(g)，反应热测量的实验数据为 kJ/mol，与计

算数据 183kJ/mol很接近，一般用实验数据表示，所以△H = kJ/mol。

当生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量时，反应是吸热反应，通过加热、光照等方法吸收能量，使反应本身能量升高，规定△H为“＋”，所以△H为“＋”或△H＞0时为吸热反应。

【投影】

【板书】4、反应热表示方法：△H为“＋”或△H＞0 时为吸热反应；△H为“一”或△H＜0 时为放热反应。

【讲解】如果反应物所具有的总能量高于生物成具有的总能量，反应时就会以热能的形式放出，反之，则吸热。

【板书】5、△H计算的三种表达式：

(1) △H == 化学键断裂所吸收的总能量—化学键生成所释放的总能量

(2) △H == 生成的总能量–反应物的总能量

【讲解】化学键断裂或生成所吸收或放出的能量叫做化学键的键能。反应键能越小，稳定性越弱，能量就越高破坏它需要的能量就越小；生成物的键能越大，稳定性越强，能量就越低，释放的能量就越大，故需要放出能量，△H为负，反应之为正

【板书】 (3) △H == 反应物的键能之和–生成物的键能之和

【讲解】△H有正负之分，因此比较△H大小时，要连同“+”、“-”包含在内，类似于数学上的正负数比较，如果只比较反应放出热量变化，则只比较数值大小。

【过渡】通过上一节的学习我们知道化学反应过程中的反应热与断裂反应物中化学键吸收的能量和形成生成物中化学键放出的能量有关，即能量的变化时以发生变化的物质为基础的，那么如何更准确的表示一个化学反应的热效应如如何准确地描述物质间的化学反应及其能量变化下面我们来学习热化学方程式。

【板书】二、热化学方程式(thermochemical equation)

1．定义：表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。例：

H

2(g)＋I

2

(g) 2HI(g)；△H= － kJ/mol

【投影】例：H

2(g)＋

2

1

O

2

(g) = H

2

O(g)；△H= kJ/mol，表示 lmol气态 H

2

和

2

1

mol气

态 O

2

反应生成 lmol水蒸气，放出的热量。(在 101kPa和 25℃时) H

2(g)十

2

1

O

2

(g)＝

H 2O(l)；△H=mol，表示lmol气态H

2

与

2

1

mo气态O

2

反应在101 kPa和25℃时，生成lmol

液态水，放出的热量。

【小结】描述在一定条件下，一定量某状态下的物质，充分反应后所吸收或放出热量的多少。

【讲解】热化学方程式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。那么热化学方程式的书写有什么要求或者需要注意哪些事项呢

【板书】2．书写热化学方程式的注意事项：

【讲解】与普通化学方程式相比，书写热化学方程式除了要遵循书写化学方程式的要求外还应注意以下几点：

【学生活动】阅读教材归纳、总结

【板书】(1)需注明反应的温度和压强。因反应的温度和压强不同时，其△H不同。【讲解】但中学化学中所用的△H的数据，一般都是在101 kPa和 25℃时的数据，因此可不特别注明。但需注明△H的“＋”与“－”。热化学方程式一般不要求写条件

【投影】例如：H

2(g)＋

2

1

O

2

(g) = H

2

O(g)；△H= kJ/mol

H

2(g)十

2

1

O

2

(g)＝H

2

O(l)；△H=mol

【讲解】从上述两个热化学方程式可看出，lmol H

2反应生成H

2

O(l)比生成H

2

O(g)多放

出44kJ/mol的热量。产生的热量为什么不同

【板书】(2)要注明反应物和生成物的状态。物质的聚集状态，与它们所具有的能量有关。

【讲解】通常气体用“g”、液体用”l”、固体用“s”、溶液用“aq”，且热化学方程式通常不用“↑”、“↓”。

【投影】例如：H

2(g)+C1

2

(g) = 2HCl(g)；△H= kJ/mol

21H 2(g)+2

1

Cl 2(g) = HCl(g)；△H＝－ kJ/mol 【板书】(3)热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，它可以是整数也可以是分数。对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其△H也不同。

【讲解】我们还需要注意的是，热化学方程式是表示反应已完成的量，而不管反应是否真正完成。△H 与反应完成的物质的量有关，而方程式中化学计量数只表示物质的量的多少，并不表示物质的分子数或原子数，所以化学计量数必须与△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。

【板书】4．热化学方程式的应用

【点击试题】已知在25℃，101kPa 下，1g 188H C (辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出热量．表示上述反应的热化学方程式正确的是

A ．)g (O H 9)g (CO 8)g (O 225

)1(H C 22218

8+=+；△H＝－mol B ．)1(O H 9)g (CO 8)g (O 225

)1(H C 22218

8+=+；△H＝－5518kJ/mol C ．)1(O H 9)g (CO 8)g (O 2

25

)1(H C 22218

8+=+；△H＝+5518kJ/mol D ．)1(O H 18)g (CO 16)g (O 25)1(H C 2222188+=+；△H＝－11036kJ/mol

答案 BD

【实践活动】中和反应反应热的测定 【投影】一、实验原理

【讲解】中和热的定义是在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成 1 mol H 2O 时的反应热叫中和热。在中学阶段，只讨论强酸和强碱反应的中和热。 【回顾】必修2第二章30页关于“中和热”的内容：

【回答】酸与碱发生中和反应生成1mol H 2O 时所释放的热量称为中和热。 【实验】实验2-3：在50mL 烧杯中加入20mL 2mol/L 的盐酸，测其温度。另用量筒量取20mL 2mol/L NaOH 溶液，测其温度，并缓缓地倾入烧杯中，边加边用玻璃棒搅拌。观察反应中溶液温度的变化过程，并作好记录。

盐酸温度/℃ NaOH 溶液温度/℃ 中和反应后温度/℃ t(HCl) t(NaOH) t 2

数据处理：△H＝Q/n ＝cm△t/n

其中：c ＝(g·℃)，m 为酸碱溶液的质量和，△t＝t 2－t 1，t 1是盐酸温度与NaOH 溶液温度的平均值，n 为生成水的物质的量。 【投影】］二、实验操作

【讨论】上述实验装置和操作存在哪些问题——热量的散失 【投影】

【提问】课本第5页图1-3与实验2-3相比，作了哪些 改进改进的目的是什么

【回答】 1——双层烧杯、2——碎泡沫塑料、3——盖板、 都是为了减少热量的散失。

【思考与交流】课本第5页实验用品，想一想，每件 用品的用途， NaOH 溶液为什么不用L 而用L

【回答】为了保证L 的盐酸完全被NaOH 中和，采用碱稍过量。