第一节 化学能与热能

第一节 化学能与热能

第二章 化学反应与能量 （必修2）‎ 教材分析：‎ 本章共三节，可分为两个部分——化学反应和能量、化学反应速率和限度，它们都属于化学反应原理范畴，是化学学科最重要的原理性知识之一，也是深入认识和理解化学反应特点和进程的入门性知识。同时，它们又是在社会生产、生活和科学研究中有广泛应用的知识，是对人类文明进步和现代化发展有重大价值的知识，与我们每个人息息相关。因此，化学能对人类的重要性和化学反应速率、限度及条件控制对化学反应的重要性，决定了本章学习的重要性。‎ 初中化学从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，而在选修模块“化学反应原理”中，将从科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地学习化学反应和能量、化学反应速率和化学平衡的原理。因此，本章内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又是为选修“化学反应原理”奠定必要的基础。‎ 通过化学能与热能、电能的相互转化及其应用的学习，学生将对化学在提高能源的利用率和开发新能源中的作用与贡献有初步认识；通过对新型化学电源开发利用的介绍，学生将对化学的实用性和创造性有更多的体会；通过对化学反应速率和限度的讨论，学生将从原理上加深对化学反应条件的认识。这些都会增进学生对化学的兴趣和情感，体会化学学习的价值。‎ 由于本章内容在初中化学、高中必修模块和选修模块中均有安排，体现了学习的阶段性和层次性，在具体内容上前后还有交叉和重叠，因此，教师在教学时要充分注意到这一点。既要加强教学内容与实际的联系，体现化学的实用性和重要性，又要注意知识的前后联系和阶段性、渐进性，把握教材内容的深度、广度，防止任意拓宽加深，增加学生负担。‎ 第一节 化学能与热能 ‎ 第1课时 教学目标：‎ 1、 通过实验知道化学反应中能量变化的主要表现形式，能根据事实判断吸热反应、放热反应，能说出中和热的涵义。‎ 2、 通过实验探究体验科学研究的一般过程，了解科学研究的基本方法。‎ 3、 通过实验发展学习化学的兴趣，进一步形成交流、合作、反思、评价的学习习惯。‎ 重点难点：吸热反应、放热反应、中和热等基本概念。‎ 教学过程：‎ ‎[创设问题情景] ‎ 在一支试管中放入一小块生石灰，加入少量水，让学生观察实验现象，再让学生用手触摸试管外壁，然后要求学生回答观察到了什么现象？触摸试管外壁时有何感觉？说明什么问题？并要求学生写出反应方程式。‎ ‎[结论] ‎ 生石灰与水反应生成糊状的氢氧化钙，试管发烫，说明反应放出了热能。‎ ‎[设问] ‎ 热能是能量的一种表现形式。那么，除刚才的这个反应，其它的化学反应过程中是不是也会有能量变化呢？其表现形式又是怎样的？根据你已有的知识经验举例说明。‎ ‎[学生举例、说明]‎ ‎[归纳小结]‎ 物质在发生化学反应的同时还伴随着能量的变化，这些能量变化通常又表现为热量的变化。‎ ‎[设疑]‎ ‎ 那么，化学变化中热量变化的具体形式又有哪些呢？这将是我们本节课研究的主要内容。下面我们通过实验来进行研究、探讨，从中我们还可以了解到科学研究的一般过程和方法。‎ ‎[学生分组实验]‎ ‎ 见教材实验2-1。‎ ‎[思考与讨论]‎ 用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化，那么，你将采取哪些简单易行的办法 来了解反应中的热量变化？各有什么优缺点？‎ ‎[反思、交流与评价]‎ ‎1、实验过程中，你自己最满意的做法是什么？最不满意的做法是什么？‎ ‎2、在思考、讨论的过程中，其他同学给了你哪些启示？你又给了他们哪些启示？‎ ‎[演示实验]‎ 见教材实验2-2‎ ‎[思考与讨论]‎ ‎1、通过观察实验现象，你得出了哪些结论？写出反应方程式。‎ ‎2、你觉得做这个实验时需要注意哪些问题？还可以做哪些改进？实验中对你最有 启发的是什么？‎ ‎[小结]‎ 化学反应中的能量变化经常表现为热量的变化，有的放热，有的吸热。‎ ‎[设疑]‎ 通过前面的学习，我们知道燃烧反应、金属与酸的反应是放热的，而氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应是吸热的，那么，作为一类重要而常见的反应，酸与碱的中和反应是放热的还是吸热的呢？下面，请同学们自己通过实验来揭开这个秘密。‎ ‎[学生分组实验]‎ 建议按教参P22页的三组对比实验进行。‎ ‎[讨论与交流]‎ ‎1、通过实验，你得出什么结论？如何解释？‎ ‎2、通过这个实验，你学到了哪些知识？学会了哪些研究方法？‎ ‎3、要明显的感知或测量反应中的热量变化，实验中应注意哪些问题？如何减小你与同组同学的实验结果的差异？‎ ‎4、听完其他小组的汇报，发现他们的哪些做法比你们好？哪些不如你们的好？你现在是否又有了新的想法？假如要让你设计一个能较准确地测量反应中热量变化的装置，它的大体构造是怎样的，你可以和同学交流探讨共同确定。‎ ‎[教师讲解]‎ ‎1、中和反应都是放热反应。‎ ‎2、三个反应的化学方程式虽然不同，反应物也不同，但本质是相同的，都是氢离 子与氢氧根离子反应生成水的反应，属于中和反应。由于三个反应中氢离子与氢氧根离子的量都相等，生成水的量也相等，所以放出的热量也相等。‎ ‎3、中和热：酸与碱发生中和反应生成1mol水所释放的热量称为中和热。‎ ‎4、要精确地测定反应中的能量变化，一是要注重“量的问题”，二是要最大限度地 减小实验误差。‎ ‎[总结]‎ 本节课我们结合已有的知识经验，以实验为主要的研究手段，初步探讨了化学反应中的能量变化及其主要形式。相信通过学习，同学们会有许多收获。但是，随着学习的深入，也必然会有更深层次的问题涌现出来，比如：化学反应中为什么伴随有能量的变化？为什么有的反应放热，有的反应吸热？如何来合理地表达反应中的能量变化？等等。这些问题我们将在下一节课上进一步探讨。‎ 补充练习 ‎1、下列反应中属吸热反应的是 （ ）‎ A 镁与盐酸反应放出氢气 B 氢氧化钠与盐酸的反应 C 硫在空气或氧气中燃烧 D Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应 ‎2、下列说法不正确的是 （ ）‎ A 化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化 B 放热反应不需要加热即可发生 C 需要加热条件的化学反应都是吸热反应 D 1mol硫酸与足量氢氧化钠发生中和反应生成水所释放的热量称为中和热。‎ 3、 城市使用的燃料，现大多为煤气、液化石油气。煤气的主要成分是CO、H2的混合气体，它由煤炭与水蒸气在高温下反应制得，故又称水煤气。试回答：‎ （1） 写出制取水煤气的主要化学方程式————————————，该反应是——————反应（填吸热、放热）。‎ （2） 设液化石油气的主要成分为丙烷（C3H8 ）,其充分燃烧后产物为CO2和 H2O，试比较完全燃烧等质量的C3H8及CO所需氧气的质量比。‎ 4、 比较完全燃烧同体积下列气体需要的空气体积的大小：‎ 天然气（以甲烷计）、石油液化气（以丁烷C4H10计）、水煤气（以CO、H2体积比1：1计）‎ 5、 两位同学讨论放热和吸热反应。甲说加热后才能发生的化学反应是吸热反应，乙说 反应中要持续加热才能进行的反应是吸热反应。你认为他们的说法正确吗？为什么？‎ ‎ （江苏省海门中学 施红专）‎ 答案：1.D2.BC3.(1)C+H2OCO+H2 吸热 (2) 70：11 4.石油液化气>天然气>水煤气5.略 ‎ 第一节 化学能与热能 ‎ 第2课时 教学目标：‎ ‎1、能从化学键的角度理解化学反应中能量变化的主要原因，初步学会热化学方程式的书写。‎ ‎2、能从微观的角度来解释宏观化学现象，进一步发展想象能力。‎ 2、 通过化学能与热能的相互转变，理解“能量守恒定律”，初步建立起科学的能量观，‎ 加深对化学在解决能源问题中重要作用的认识。‎ 重点难点：‎ ‎1.化学能与热能的内在联系及相互转变。‎ ‎2.从本质上理解化学反应中能量的变化，从而建立起科学的能量变化观。‎ 教学过程：‎ ‎[导入] ‎ 通过上节课的学习，我们对化学反应中的能量变化有了初步的认识，知道了反应中 的能量变化通常表现为热量的变化——放热或者吸热，也了解了中和热的概念。那么，很多同学也许会有这样一些疑问：化学反应中为什么会有能量变化？为什么不同反应的热效应不同？本节课，我们将围绕这些问题，先从微观和宏观的角度来揭示这些秘密，然后介绍反应中热效应的表示方法，最后再谈谈化学在能源开发、利用中的作用和地位。‎ ‎[创设问题情景] ‎ 氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生什么现象？为什么？‎ ‎[学生思考、讨论] ‎ ‎ 氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生爆炸。这是因为反应在有限的空间里进行，放出大量的热，使周围气体急剧膨胀。‎ ‎[进一步思考] ‎ 反应中的热量由何而来？ 氢气和氯气反应的本质是什么？‎ ‎[学生思考、讨论] ‎ ‎ 从化学键角度分析氢气和氯气反应的本质。‎ ‎[教师补充讲解] ‎ 化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用，断开反应物中的化学键需要吸收能量，形成生成物中的化学键要放出能量。氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下，氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开，氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。1molH2中含有1molH-H键，1mol Cl2中含有1mol Cl-Cl键，在‎25℃‎和101kPa的条件下，断开1molH-H键要吸收436kJ的能量，断开1mol Cl-Cl键要吸收242 kJ的能量，而形成1molHCl分子中的H-Cl键会放出431 kJ的能量。这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。‎ ‎[归纳小结] ‎ ‎1、 化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。‎ ‎2、 能量是守恒的。‎ ‎[练习反馈]‎ 已知拆开1molH2中的化学键要吸收436kJ的能量，拆开1molO2中的化学键要吸收496 kJ的能量，形成水分子中的1mol H-O键要放出463 kJ的能量，试说明2H2+O2=2H2O中的能量变化。‎ ‎[讲解]‎ 刚才我们从微观的角度分析了化学反应中能量变化的主要原因，那么，又怎样从宏观的角度来判断一个反应到底是放热还是吸热的呢？各种物质中都含有化学键，因而我们可以理解为各种物质中都储存有化学能。化学能是能量的一种形式，它可以转化为其他形式的能量。不同物质由于组成、结构不同，因而所包含的化学能也不同。在化学反应中，随着物质的变化，化学能也随之改变，如H2 与Cl2、O2的反应。那么，一个化学反应吸收能量还是放出能量是由什么决定的呢？‎ ‎[学生讨论、交流]‎ 1、 一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量取决于反应物 的总能量和生成物的总能量的相对大小。 ‎ 1、 画出反应物、生成物总能量的大小与反应中能量变化的关系示意图。‎ ‎[思考与分析]‎ ‎ 甲烷燃烧要放出热量，水电解产生氢气和氧气，试从化学键和物质所含能量的角 度分析气原因，并说明反应过程中能量的转变形式。‎ ‎[提出问题]‎ 前面我们通过对具体反应的分析，从微观和宏观两个角度探讨了化学反应中能量变化的主要原因，知道了化学能和其它能量是可以相互转变的，还知道化学反应中能量变化通常表现为热量的变化。那么，怎样把物质变化和热量变化统一地表达出来呢？你可以在和同学讨论的基础上提出自己的想法，并对其他同学提出的表达方式作出评价。‎ ‎[教师讲解]‎ ‎ 热化学方程式的含义及朗读和书写的注意点 ‎[练习反馈]‎ ‎ 乙炔（ C2H2）气体在氧气中完全燃烧会放出大量的热，形成高温火焰，可以用于焊 接或切割金属。已知0。5 mol乙炔完全燃烧生成液态水会放出649 kJ的热量，试写出 反应的热化学方程式，并计算‎1Kg乙炔完全燃烧放出的热量。‎ ‎[教师讲解]‎ 乙炔是一种重要的烃类，煤、石油、天然气的主要成分也是各种烃类，它们在燃烧 时都会放出大量的热，所以煤、石油、天然气在能源中扮演了极为重要的角色，对促进 人类社会的发展具有重要的作用。‎ ‎[阅读相关图片、资料或播放录像]‎ ‎[思考、交流]‎ ‎ 根据你的经验体会，谈谈你对当前能源利用、开发及能源危机的看法。‎ ‎[总结]‎ 化学反应伴随能量变化是化学反应的一大特征。我们可以利用化学能与热能及其它 能量的相互转变为人类的生产、生活及科学研究服务。化学在能源的开发、利用及解决 日益严重的全球能源危机中必将起带越来越重要的作用，同学们平时可以通过各种渠道来关心、了解这方面的进展，从而深切体会化学的实用性和创造性。‎ 补充练习：‎ ‎1、下列说法不正确的是 （ ）‎ A 化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化 B 物质燃烧和中和反应均放出热量 C 分解反应肯定是吸热反应 D 化学反应是吸热还是放热决定于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量 ‎2、已知金刚石在一定条件下转化为石墨是放热的。据此，以下判断或说法正确的是（ ）‎ ‎ A 需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 B 放热反应在常温下一定很容易发生 ‎ C 反应是放热还是吸热，必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小 ‎ D吸热反应在一定条件下也能发生 ‎3、有专家指出，如果将燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合变成CH4、CH3OH、NH3等的构想能够成为现实，则下列说法中，错误的是 （ ）‎ A 可消除对大气的污染 B可节约燃料 C 可缓解能源危机 D此题中的CH4、CH3OH、NH3等为一级能源 ‎4、已知破坏1mol N≡N键、H-H键和N-H键分别需要吸收的能量为946kJ、436kJ、391kJ。试计算1molN2（g）和3 molH2（g）完全转化为 NH3(g)的反应热的理论值，并写出反应的热化学方程式。‎ ‎5、“用天然气、煤气代替煤炭作为民用燃料”这一改变民用燃料结构的重大举措，具有十分重大的意义。请分析其优点，并将你的观点和同学讨论交流。‎ ‎ （江苏省海门中学 施红专）‎ 答案：1.C 2.CD 3.B 4. 92KJ N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H=-92KJ/mol