1、（人教版选修4）第一章化学与能量教学设计第一节化学反应与能量变化（第一课时：焓变 反应热）课题： 1.1.1 焓变 反应热课时1授课班级教材分析本章包含“化学反应与能量的变化”、“燃烧热 能源”以及“化学反应热的计算”三节内容，属于热化学基础知识。热化学是研究化学反应热现象的一种科学，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，反之，它又是热力学第一定律在化学反应中的一种具体应用。它主要解决各种热效应的测量和计算问题。在必修2中，学生初步的学习了化学能以及热能的知识，对于化学键以及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。1m
2、olH2与1molCl2反应的反应热的推导是本节教学的一个关键。可以采用电化教学的手段，利用多媒体软件进行形象化的教学，也可以利用教材中的图示分析化学反应前后反应物和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，从而使学生理解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、吸热本质之时，要强调三点：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；反应中能量守恒；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。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
3、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。教学目标知识与技能1知道化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式。2了解化学反应过程中同时存在着物质和能量的关系 。3正确掌握反应热和焓变的含义。4了解热化学方程式的意义并能正确书写热化学方程式。过程与方法1通过化学反应的实质的回顾，逐步探究引起反应热内在原因的方法，引起学生在学习过程中主动探索化学原理的学习方法。2通过讨论、分析、对比的方法，培养学生的分析能力和主动探究
4、能力。情感态度价值观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。教学重点化学反应中的能量变化；热化学方程式的书写。教学难点焓变，H的“”与“”；热化学方程式的书写。教学过程教学步骤、内容教学方法【引入】在以前的学习中我们知道化学反应遵循两个守恒：质量守恒和能量守恒。也就是说化学反应不仅有物质的变化同时还伴随着能量的变化，当能量变化以热的形式表现时，我们把反应分为放热反应和吸热反应。那么在化学反应体系中的物质变化与能量变化是如何体现的呢？这就是今天我们要探究和学习问题。【提问】相信大家都听过阿基米德有句名言：
5、“给我一个支点和足够长的杠杆，我可以撬动地球。”推动人类社会进步的这个支点和杠杆是什么呢？【讲解】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 第一节 化学反应与能量的变化【板书】活动一、焓变 反应热产生的原因【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
6、、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
7、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H2 +Cl2 =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】 1 mol H2 和1 mol Cl2 反应得到2 mol HCl要放出183 kJ的能量；断开1 mol HH键需要吸收436 kJ的能量；断开1 mo
8、l ClCl键需要吸收243 kJ的能量；形成1 mol HCl键能放出431 kJ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。【小结】 1反应热定义：恒压条件下，反应的热效应等于焓变2符号：H3单位：kJ/mol或kJ
9、mol1【碘例】下列说法中正确的是()A焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化B反应放热时，H0；反应吸热时，H0C在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓与生成物的总焓一定不同D在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓总是高于生成物的总焓【答案】C【解析】放热反应的H0；在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓不一定高于生成物的总焓；焓变是指在一定条件下化学反应的反应热，不仅是指 1 mol 物质参加反应时的能量变化。【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。【板书】活动二、吸热反应和放热
10、反应【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kJmol1。【思考】我们看看H的单位是kJmol1，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“”，所以H为“”或 H0 时为放热反应。 上述反应
11、H2(g)Cl2(g) = 2HCl(g)，反应热测量的实验数据为184.6 kJmol1，与计算数据 183 kJmol1很接近，一般用实验数据表示，所以H184.6 kJmol1。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 H0时为吸热反应。【投影】【板书】反应热表示方法：H 为“”或 H0 时为吸热反应；H 为“”或 H0 时为放热反应。【典例】下列关于吸热反应和放热反应的说法正确的是()A.需加热才能发生的反应一定是吸热反应B.任何放热反应在常温条件下一定能发生C.反应物和生成物分
12、别具有的总能量决定了反应是放热反应还是吸热反应D.当H0时表明反应为吸热反应【答案】C【解析】放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。反应开始时需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应，如碳的燃烧反应属于放热反应，但需要加热或点燃才能发生，故A、B项错误；吸热反应的H0，D项错误。【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】活动三、H的简单计算与比较【板书】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
13、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。【典例1】已知H2(g)O2(g)=H2O(g)H241.8 kJmol1。下列说法中不正确的是()AH2燃烧放出的热量为241.8 kJB2H2(g)O2(g)=2H2O(g) H483.6 kJmol1C1 mol H2完全燃烧生成液态水放出的热量
14、大于241.8 kJD断开1 mol H2O的化学键吸收的总能量大于断裂1 mol H2和0.5 mol O2的化学键所吸收的总能量【答案】 A【解析】 由题干的热化学方程式知，1 mol H2完全燃烧生成气态水放出的热量为241.8 kJ。A项，没有指明氢气的物质的量和生成物的状态，错误；B项，氢气的物质的量和反应热同时扩大两倍，正确；C项，等物质的量的液态水具有的能量小于气态水，故1 mol H2完全燃烧生成液态水放出的热量大于241.8 kJ，正确；D项，化学反应放热是因为断裂旧键吸收的热量小于形成新键放出的热量，化学反应吸热则相反，正确。【典例2】2下列关于H的说法正确的是()A反应过
15、程中，消耗的反应物越多，H越大BH0时反应放热，H0时反应吸热CH越大，说明反应放出的热量越多D能量变化如图所示的化学反应为放热反应，H为“”【答案】D【解析】A项，H与化学方程式中的化学计量数有关，与反应物的用量无关，错误；B项，H0时反应吸热，H0时反应放热，错误；C项，反应热有正、负，反应放出的热量越多，H越小，反应吸收的热量越多，H越大，错误；D项，由于反应物的总焓大于生成物的总焓，故由反应物转化为生成物时，该反应为放热反应，H为“”，正确。【过渡】通过刚才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
16、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】活动四热化学方程式(thermochemical equation)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：H2(g)I2(g) 2HI(g) H14.9 kJmol1【投影】例：H2(g)1/2O2(g) =H2O(g) H241.8 kJmol1，表示 l mol 气态 H2 和1/2mol气态 O2 反应生成 l mol 水蒸气，放出 241.8 kJ 的热量。(在 101 kPa 和 25 时) H2(g)十1/2O2 (g
17、)=H2O(l) H285.8 kJmol1，表示 l mol 气态 H2 与 1/2mol 气态 O2 反应在 101 kPa 和 25 时，生成 l mol 液态水，放出 285.8 kJ 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)
18、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：H2(g)1/2O2(g) = H2O(g) H241.8 kJmol1 H2(g)十1/2O2 (g)=H2O(l) H285.8 kJmol1【讲解】从上述两个热化学方程式可看出，l mol H2 反应生成 H2O(l)比生成 H2O(g)多放出 44 kJ 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
19、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：H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g) H184.6 kJmol11/2H2(g)+1/2Cl2(g) = HCl(g) H92.3 kJmol1【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
20、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【典例1】已知H2(g)F2(g)=2HF(g)H270 kJmol1，下列说法正确的是()A.2 L氟化氢气体分解成1 L氢气与1 L氟气吸收 270 kJ热量B.1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量小于270 kJC.在相同条件下，1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和大于2 mol氟化氢气体的能量D.1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270 kJ热量【答案】C
21、【解析】在热化学方程式中，H的值与具体化学反应相对应，各物质前的计量数不再表示粒子数目，只表示物质的“物质的量”，故A、D错误；HF(g)HF(l)会放出热量，故B项中放出热量应大于270 kJ，故B错误；因该反应放热，故C正确。【典例2】今有如下三个热化学方程式：H2(g)O2(g)=H2O(g)Ha kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(l)Hb kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)Hc kJmol1关于它们的下列表述正确的是()A.它们都是吸热反应 B.a、b和c均为正值C.反应热的关系：ab D.反应热的关系：2bc【答案】D【解析】H2燃烧属于放热反应；放热反应的焓
22、变为负值；生成1 mol H2O(g)放出的热量比生成1 mol H2O(l)放出的热量少，所以ab；状态相同，由于化学计量数成2倍关系，所以2bc。【课堂检测】1下列说法不正确的是( )A放热反应不需加热即可发生B化学反应过程中的能量变化除了热能外，也可以是光能、电能等C需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应D化学反应热效应数值与参加反应的物质多少有关【答案】 A2下列反应属于吸热反应的是()A炭燃烧生成一氧化碳B中和反应C锌粒与稀硫酸反应制取H2DBa(OH)28H2O与NH4Cl反应【答案】D【解析】物质燃烧、酸碱中和、金属与水或酸的置换反应都为放热反应。3已知 （1）H2(g)1/
23、2O2 (g)=H2O (g) H1a kJmol1（2）2H2(g)O2 (g)=2H2O (g) H2b kJmol1（3）H2 (g)1/2 O2 (g)=H2O (l) H3c kJmol1（4）2H2 (g)O2 (g)=2H2O (l) H4d kJmol1则a、b、c、d的关系正确的是 。Aacd0 C2a=b0【答案】 C4.N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5 kJ热量。则下列热化学方程式中正确的是()A.N2H4(g)O2(g)=N2(g)H2O(g) H267 kJmol1B.N2H4(g)O2(g)
24、=N2(g)2H2O(g) H534 kJmol1C.N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g) H534 kJmol1D.N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(l) H133.5 kJmol1【答案】B【解析】该反应为放热反应，A、C错误，0.25 mol N2H4完全燃烧生成氮气和气态水，放出133.5 kJ热量，则1 mol N2H4完全燃烧生成气态水放出热量为534 kJ，B项正确，D项错误。知识结构与板书设计第一章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化第1课时 焓变 反应热一反应热 焓变1定义：恒压条件下，反应的热效应等于焓变2符号：H3单位：kJ/mol或kJ
25、mol14反应热表示方法：H 为“”或 H0时为吸热反应；H 为“一”或 H0时为放热反应。5H 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（3）H反应物的键能之和生成物的键能之和二热化学方程式(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：H2(g)I2(g)2HI(g)；H14.9 kJmol12书写热化学方程式的注意事项：（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。（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。（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。3热化学方程式的应用教学回顾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。
