化學(xué)反應與能量教案設計

　　一、化學(xué)反應與能量的變化

　　課標要求

　　1、了解化學(xué)反應中能量轉化的原因和常見(jiàn)的能量轉化形式

　　2、了解反應熱和焓變的含義

　　3、認識熱化學(xué)方程式的意義并能正確書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式

　　要點(diǎn)精講

　　1、焓變與反應熱

　�。�1）化學(xué)反應的外觀(guān)特征

　　化學(xué)反應的實(shí)質(zhì)是舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵生成，從外觀(guān)上看，所有的化學(xué)反應都伴隨著(zhù)能量的釋放或吸收、發(fā)光、變色、放出氣體、生成沉淀等現象的發(fā)生。能量的變化通常表現為熱量的變化，但是化學(xué)反應的能量變化還可以以其他形式的能量變化體現出來(lái)，如光能、電能等。

　�。�2）反應熱的定義

　　當化學(xué)反應在一定的溫度下進(jìn)行時(shí)，反應所釋放或吸收的熱量稱(chēng)為反應在此溫度下的熱效應，簡(jiǎn)稱(chēng)為反應熱。通常用符號Q表示。

　　反應熱產(chǎn)生的原因：由于在化學(xué)反應過(guò)程中，當反應物分子內的化學(xué)鍵斷裂時(shí)，需要克服原子間的相互作用，這需要吸收能量；當原子重新結合成生成物分子，即新化學(xué)鍵形成時(shí)，又要釋放能量。生成物分子形成時(shí)所釋放的總能量與反應物分子化學(xué)鍵斷裂時(shí)所吸收的總能量的差即為該反應的反應熱。

　�。�3）焓變的定義

　　對于在等壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應，如果反應中物質(zhì)的能量變化全部轉化為熱能（同時(shí)可能伴隨著(zhù)反應體系體積的改變），而沒(méi)有轉化為電能、光能等其他形式的能，則該反應的反應熱就等于反應前后物質(zhì)的焓的改變，稱(chēng)為焓變，符號ΔΗ。

　　ΔΗ=Η（反應產(chǎn)物）—Η（反應物）

　　為反應產(chǎn)物的總焓與反應物總焓之差，稱(chēng)為反應焓變。如果生成物的焓大于反應物的焓，說(shuō)明反應物具有的總能量小于產(chǎn)物具有的總能量，需要吸收外界的能量才能生成生成物，反應必須吸熱才能進(jìn)行。即當Η（生成物）>Η（反應物），ΔΗ>0，反應為吸熱反應。

　　如果生成物的焓小于反應物的焓，說(shuō)明反應物具有的總能量大于產(chǎn)物具有的總能量，需要釋放一部分的能量給外界才能生成生成物，反應必須放熱才能進(jìn)行。即當Η（生成物）<Η（反應物），ΔΗ<0，反應為放熱反應。

　�。�4）反應熱和焓變的區別與聯(lián)系

　　2、熱化學(xué)方程式

　�。�1）定義

　　把一個(gè)化學(xué)反應中物質(zhì)的變和能量的變化同時(shí)表示出來(lái)的學(xué)方程式，叫熱化學(xué)方程式。

　�。�2）表示意義

　　不僅表明了化學(xué)反應中的物質(zhì)化，也表明了化學(xué)反應中的焓變。

　�。�3）書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式須注意的幾點(diǎn)

　�、僦荒軐�(xiě)在標有反應物和生成物狀態(tài)的.化學(xué)方程式的右邊。

　　若為放熱反應，ΔΗ為“-”；若為吸熱反應，ΔΗ為“+”。ΔΗ的單位一般為kJ·mol-1。②焓變ΔΗ與測定條件（溫度、壓強等）有關(guān)。因此書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式時(shí)應注明ΔΗ的測定條件。

　�、蹮峄瘜W(xué)方程式中各物質(zhì)化學(xué)式前面的化學(xué)計量數僅表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量，并不表示物質(zhì)的分子數或原子數。因此化學(xué)計量數可以是整數，也可以是分數。

　�、芊磻�物和產(chǎn)物的聚集狀態(tài)不同，焓變ΔΗ不同。因此，必須注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)才能完整地體現出熱化學(xué)方程式的意義。氣體用“g”，液體用“l(fā)”，固體用“s”，溶液用“aq”。熱化學(xué)方程式中不用“↑”和“↓”。若涉及同素異形體，要注明同素異形體的名稱(chēng)。

　�、轃峄瘜W(xué)方程式是表示反應已完成的量。

　　由于ΔΗ與反應完成的物質(zhì)的量有關(guān)，所以方程式中化學(xué)式前面的化學(xué)計量數必須與ΔΗ相對應，如果化學(xué)計量數加倍，則ΔΗ也要加倍。當反應向逆向進(jìn)行時(shí)，其焓變與正反應的焓變數值相等，符號相反。

　�。�4）熱化學(xué)方程式與化學(xué)方程式的比較

　　3、中和反應反應熱的測定

　�。�1）實(shí)驗原理

　　將兩種反應物加入儀器內并使之迅速混合，測量反應前后溶液溫度的變化值，即可根據溶液的熱容C，利用下式計算出反應釋放或吸收的熱量Q。

　　Q=-C（T2-T1）

　　式中：C表示體系的熱容；T1、T2分別表示反應前和反應后體系的溫度。

　�。�2）實(shí)驗注意事項：

　�、僮鳛榱繜崞鞯膬x器裝置，其保溫隔熱的效果一定要好。

　�、邴}酸和NaOH溶液濃度的配制須準確，且NaOH溶液的濃度須大于鹽酸的濃度。為了使測得的中和熱更準確，所用鹽酸和NaOH的濃度宜小不宜大，如果濃度偏大，則溶液中陰陽(yáng)離子間相互牽制作用就大，電離度就會(huì )減少，這樣酸堿中和時(shí)產(chǎn)生的熱量勢必要用去一部分來(lái)補償未電離分子的離解熱，造成較大的誤差。

　�、垡擞糜�0.1分度值的溫度計，且測量時(shí)盡可能讀準，并估讀到小數點(diǎn)后第二位。溫度計的水銀球部分要完全浸沒(méi)在溶液中，而且要穩定一段時(shí)間后再讀數，以提高所測溫度的

　　精度。

　�。�3）實(shí)驗結論

　　所測得的三次中和反應的反應熱相同。

　�。�4）實(shí)驗分析

　　以上溶液中所發(fā)生的反應均為H++OH-=H2O。由于三次實(shí)驗中所用溶液的體積相同，溶液中H+和OH-的濃度也是相同的，因此三個(gè)反應的反應熱也是相同的。

　　4、中和熱

　�。�1）定義：在稀溶液中，酸與堿發(fā)生中和反應生成1molH2O（l）時(shí)所釋放的熱量為中和熱。中和熱是反應熱的一種形式。

　�。�2）注意：中和熱不包括離子在水溶液中的生成熱、物質(zhì)的溶解熱、電解質(zhì)電離的吸收熱等。中和反應的實(shí)質(zhì)是H+與OH-化合生成H2O，若反應過(guò)程中有其他物質(zhì)生成，這部分反應熱也不在中和熱內。

　　5、放熱反應與吸熱反應的比較

　　本節知識樹(shù)

　　二、燃燒熱能源

　　課標要求

　　1、掌握燃燒熱的概念

　　2、了解資源、能源是當今社會(huì )的重要熱點(diǎn)問(wèn)題

　　3、常識性了解使用化石燃料的利弊及新能源的開(kāi)發(fā)

　　要點(diǎn)精講

　　1、燃燒熱

　�。�1）概念：25℃，101kPa時(shí)，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩定的化合物時(shí)所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱，單位為kJ·mol-1。如果是1g物質(zhì)完全燃燒的反應熱，就叫做該物質(zhì)的熱值。

　�。�2）對燃燒熱的理解

　�、偃紵裏崾欠磻獰岬囊环N，并且燃燒反應一定是放熱反應，其ΔΗ為“-”或ΔΗ<0。

　�、�25℃，101kPa時(shí)，可燃物完全燃燒時(shí)，必須生成穩定的化合物。如果該物質(zhì)在燃燒時(shí)能生成多種燃燒產(chǎn)物，則應該生成不能再燃燒的物質(zhì)。如C完全燃燒應生成CO2（g），而生成CO（g）屬于不完全燃燒，所以C的燃燒熱應該是生成CO2時(shí)的熱效應。

　�。�3）表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)

　　燃燒熱是以員1mol物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量來(lái)定義的，因此在書(shū)寫(xiě)表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式時(shí)，應以燃燒1mol物質(zhì)為標準，來(lái)配平其余物質(zhì)的化學(xué)計量數，故在其熱化學(xué)方程

　　式中常出現分數。

　�。�4）研究物質(zhì)燃燒熱的意義

　　了解化學(xué)反應完成時(shí)產(chǎn)生熱量的多少，以便更好地控制反應條件，充分利用能源。

　　2、能源

　　能提供能量的自然資源，叫做能源。能量之間的相互轉化關(guān)系如下：

　�。�1）能源的分類(lèi)

　�、僖淮文茉磁c二次能源

　　從自然界直接取得的自然能源叫一次能源，如原煤、原油、流過(guò)水壩的水等；一次能源經(jīng)過(guò)加工轉換后獲得的能源稱(chēng)為二次能源，如各種石油制品、煤氣、蒸氣、電力、氫能、沼氣等。

　�、诔Ｒ幠茉磁c新能源在一定歷史時(shí)期和科學(xué)技術(shù)水平下，已被人們廣泛利用的能源稱(chēng)為常規能源，如煤、石油、天然氣、水能等。人類(lèi)采用先進(jìn)的方法剛開(kāi)始加以利用的古老能源以及利用先進(jìn)技術(shù)新發(fā)展的能源都是新能源，如核聚變能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等。

　�、劭稍偕�能源與非再生能源可連續再生、永遠利用的一次能源稱(chēng)為可再生能源，如水力、風(fēng)能等；經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年形成的、短期內無(wú)法恢復的能源，稱(chēng)為非再生能源，如石油、煤、天然氣等。

　�。�2）人類(lèi)對能源利用的三個(gè)時(shí)代

　�、俨癫菽茉磿r(shí)代：草木、人力、畜力、大陽(yáng)、風(fēng)和水的動(dòng)力等。

　�、诨�石能源時(shí)代：煤、石油、天然氣。

　�、鄱嗄茉磿r(shí)代：核能、太陽(yáng)能、氫能等。

　�。�3）燃料充分燃燒的條件

　�、僖�有足夠的空氣

　�、谌剂吓c空氣要有足夠大的接觸面

　　注意：足夠的空氣不是越多越好，而是通入量要適當，否則過(guò)量的空氣會(huì )帶走部分熱量，造成浪費。擴大燃料與空氣的接觸面，工業(yè)上常采用固體燃料粉碎或液體燃料以霧狀噴出的方法，從而提高燃料燃燒的效率。

　�。�4）我國目前的能源利用狀況

　　目前主要能源是化石燃料，它們蘊藏有限且不能再生，終將枯竭，且從開(kāi)采、運輸、加工到終端的利用效率都很低。我們目前使用的最多的燃料，仍是化石燃料，它們都是古代動(dòng)植物遺體埋在地下經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間復雜變化形成的，除含有C、H等元素外，還有少量S、N等元素，它們燃燒產(chǎn)生SO2、氮的氧化物，對環(huán)境造成污染，形成酸雨。此外，煤的不充分燃燒，還產(chǎn)生CO，既造成浪費，也造成污染。

　�。�5）解決能源危機的方法：節約能源；開(kāi)發(fā)新能源。

　　3、有關(guān)燃燒熱的計算

　�。�1）計算公式：Q放=n（可燃物）×ΔΗ

　�。�2）含義：一定量的可燃物完全燃燒放出的熱量，等于可燃物的物質(zhì)的量乘以該物質(zhì)的燃燒熱。

　�。�3）應用：“熱量值與熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數（應相對應）成正比”進(jìn)行有關(guān)計算。

　�。�4）應用：“總過(guò)程的反應熱值等于各分過(guò)程反應熱之和”進(jìn)行有關(guān)計算。

　　4、燃燒熱和中和熱的比較

　　本節知識樹(shù)

　　三、化學(xué)反應熱的計算

　　課標要求

　　1、從能量守恒角度理解并掌握蓋斯定律

　　2、能正確運用蓋斯定律解決具體問(wèn)題

　　3、學(xué)會(huì )化學(xué)反應熱的有關(guān)計算

　　要點(diǎn)精講

　　1、蓋斯定律

　�。�1）蓋斯定律的內容

　　化學(xué)反應的焓變只與反應體系的始態(tài)（各反應物）和終態(tài)（各生成物）有關(guān)，而與反應的途徑無(wú)關(guān)。如果一個(gè)反應可以分幾步進(jìn)行，則各分步反應的反應焓變之和與該反應一步完成時(shí)的焓變是相同的，這就是蓋斯定律。

　�。�2）特點(diǎn)

　�、俜磻獰嵝�應只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān)。

　�、诜磻獰峥傊狄欢�。

　�。�3）意義

　　有些反應很慢，有些反應不容易直接發(fā)生，有些反應的產(chǎn)品不純（有副反應發(fā)生），給測定反應熱造成了困難。應用蓋斯定律，可以間接地把它們的反應熱計算出來(lái)。

　　2、反應熱的計算

　�。�1）依據

　�、贌峄瘜W(xué)方程式與數學(xué)上的方程式相似，可以移項（同時(shí)改變正、負號）；各項的系數（包括ΔΗ的數值）可以同時(shí)擴大或縮小相同的倍數。

　�、诟鶕�蓋斯定律，可以將兩個(gè)或兩個(gè)以上的熱化學(xué)方程式（包括其ΔΗ）相加或相減，從而得到一個(gè)新的熱化學(xué)方程式。

　�、劭扇嘉锿耆�燃燒產(chǎn)生的熱量=可燃物的物質(zhì)的量×燃燒熱。

　　注：計算反應熱的關(guān)鍵是設計合理的反應過(guò)程，正確進(jìn)行已知方程式和反應熱的加減合并。

　�。�2）計算方法

　　列出方程或方程組計算求解。

　�、倜鞔_解題模式：審題→分析→求解。

　�、谟嘘P(guān)熱化學(xué)方程式及有關(guān)單位書(shū)寫(xiě)正確。

　�、塾嬎銣蚀_。

　�。�3）進(jìn)行反應熱計算的注意事項：

　�、俜磻獰釘抵蹬c各物質(zhì)的化學(xué)計量數成正比，因此熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數改變時(shí)，其反應熱數值需同時(shí)做相同倍數的改變。

　�、跓峄瘜W(xué)方程式中的反應熱，是指反應按所給形式完全進(jìn)行時(shí)的反應熱。

　�、壅�、逆反應的反應熱數值相等，符號相反。

　�、苡媚撤N物質(zhì)的燃燒熱計算反應放出的總熱量時(shí)，注意該物質(zhì)一定要滿(mǎn)足完全燃燒且生成穩定的氧化物這一條件。

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