第1节 化学反应的热效应 第1课时（教学设计）化学鲁科版2019选择性必修1

第一节 化学反应的热效应 第1课时 化学反应的反应热 教学设计 一、知识目标 1.理解反应热的定义，明确其符号的含义及与反应吸放热、体系能量变化的关系，掌握反应热在定量描述化学反应热能变化方面的意义。 2.了解体系与环境的概念，能以盐酸与溶液反应为例进行区分。 3.掌握中和反应热测定的实验原理，熟悉实验仪器（量热计等）的作用，学会实验操作步骤，并能对实验数据进行分析处理，理解中和热的概念。 4.能判断常见的放热反应和吸热反应，掌握反应热相关计算及误差分析。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识化学反应中能量的释放或吸收现象，从微观上理解化学反应实质与能量变化的关系，能从内能变化角度认识反应热和焓变。 2.证据推理与模型认知：通过中和反应热测定实验，建立实验探究的基本模型，依据实验数据进行分析推理，理解反应热的测定原理和方法。 3.科学探究与创新意识：通过设计并完成中和反应热测定实验，培养科学探究能力和创新思维，能对实验过程中出现的问题进行分析和解决。 4.科学态度与社会责任：认识化学反应中能量转化在生活、生产和科学研究中的广泛应用，培养学生关注能源问题的意识和社会责任感。 一、教学重点 认识反应热及体系、环境，测定中和反应的反应热。 二、教学难点 理解反应热的概念，掌握中和反应热测定实验的原理、操作及误差分析。 本节教学内容源于选择性必修一《化学反应原理》第一章第一节《化学反应的热效应》第1课时《化学反应的反应热》。反应热是化学反应原理的重要组成部分，它不仅与化学能和热能的转化密切相关，还在实际生产、生活和科学研究中有着广泛的应用。通过对反应热的学习，学生能够更深入地理解化学反应的本质，为后续学习化学反应的方向、限度和速率等知识奠定基础。 按照教材编排，本课时主要介绍了反应热的定义、符号、意义，以及体系与环境的概念，重点讲解了中和反应热的测定实验。教材通过列举生活中常见的化学反应，如铝热反应、氯化铵与氢氧化钙的反应等，引导学生观察化学反应中的能量变化，从而引出反应热的概念。在介绍反应热的测定时，教材详细描述了实验装置、原理和步骤，并通过实验探究让学生亲身体验反应热的测定过程，培养学生的实验操作能力和科学探究精神。 教学对象是高二学生，经过高一化学的学习，他们已经具备了一定的化学基础知识和实验技能，但对于化学反应中的能量变化还缺乏深入的理解。在思维上，高二学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、生动的实验现象比较感兴趣，但在理解抽象的概念和理论时可能会遇到一定的困难。 在初中化学的学习中，学生已经了解了化学反应中存在能量变化，但只是停留在感性认识阶段，没有从定量的角度对反应热进行研究。在学习本课时内容时，学生可能会对反应热的概念、符号和计算方法感到困惑，对中和反应热的测定实验中的误差分析和实验操作的规范性也可能存在一定的问题。因此，在教学过程中，教师应结合学生的实际情况，采用直观、形象的教学方法，如实验演示、多媒体展示等，帮助学生理解抽象的概念和理论。同时，要注重引导学生进行实验探究，培养学生的实验操作能力和科学探究精神，让学生在实践中掌握知识和技能。此外，还应关注学生的思维发展，引导学生从感性认识上升到理性认识，提高学生的化学核心素养。 教学环节一 课堂导入 【引入】同学们，自然界的能量存在形式多种多样，像势能、生物能、太阳能、风能和热能等等。从物质结构的角度看，化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，因此化学反应都伴随有能量的变化。在我们的生活、生产和科学研究中，化学反应过程中释放或吸收的热量有着广泛的应用。比如，我们家里用的天然气燃烧做饭，就是利用了化学反应释放的热量；而一些化工生产中，需要控制反应的温度，这就和反应热密切相关。 【播放视频】播放两段精彩的视频。第一段是铝热反应的视频，大家可以看到在反应过程中，发出耀眼的光芒，有大量的热放出，甚至能使生成的铁熔化。第二段是氯化铵与氢氧化钙反应的视频，仔细观察可以发现，反应过程中容器壁变得很凉。 【提出问题】看完这两个视频，大家有没有思考过，为什么化学反应会有这样不同的能量表现呢？铝热反应释放出大量的热，而氯化铵与氢氧化钙反应却吸收热量。那大家想一想，如何定量地描述一个化学反应释放或吸收的热能呢？又用什么方法可以准确地测量一个化学反应释放或吸收的热量呢？ 【引入课题】带着这些疑问，今天我们就一起来学习化学反应的反应热，揭开化学反应中能量变化的神秘面纱。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过播放铝热反应和氯化铵与氢氧化钙反应的精彩视频，直观地展示化学反应中能量变化的不同表现，强烈地吸引学生的注意力，激发他们对化学反应热这一抽象概念的好奇心和探索欲望，使学生迅速进入学习状态。 2.联系实际生活：列举生活和生产中的实例，如天然气燃烧做饭和化工生产控制反应温度，让学生明白化学反应热在实际中的广泛应用，将抽象的化学知识与生活实际紧密联系起来，让学生感受到化学的实用性和重要性，提高学生的课堂参与度。 3.引发思考，导入新课：提出关于定量描述和测量化学反应热的问题，引导学生深入思考，自然地过渡到本节课的主题，使学生明确学习目标，带着问题去探究新知识，增强学习的主动性和积极性。 教学环节二 认识反应热 活动一 反应热的定义及意义 【引入】同学们，自然界的能量存在形式多种多样，像势能、生物能、太阳能、风能和热能等等。而化学反应过程中，通常情况下主要是化学能与热能之间的转化。那我们如何定量地描述一个化学反应释放或吸收的热能呢？这就引出了我们今天要学习的反应热。 【讲解】当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。用符号表示，表示反应吸热，体系的能量升高； 表示反应放热，体系的能量降低。反应热的意义就是定量地描述化学反应释放或吸收的热能，其数值可以通过实验测得，也可以通过理论计算。用实验方法和理论方法研究反应热的化学分支称为热化学。这里要注意，物质三态变化所吸收或释放的能量不是反应热。 设计意图 通过生活中常见的化学反应能量变化现象引入反应热的概念，引发学生的学习兴趣，让学生明确学习目标。通过提问和学生的思考回答，加深学生对化学反应中能量转化形式的理解，为后续学习反应热的定义和意义做好铺垫。 活动二 体系与环境 【引入】我们已经知道了反应热的定义和意义，接下来我们要了解两个重要的概念：体系与环境。大家想象一下，我们要研究一个化学反应，就需要人为地划定一个研究范围，这个范围就是体系，而体系以外的其他部分就是环境。下面我们以盐酸与溶液之间的反应为例来具体理解一下。 【问题】请同学们思考，在盐酸与溶液的反应中，哪些是体系，哪些是环境呢？ 【学生思考】回答：盐酸、溶液和发生的反应是体系，试管、空气等是环境。 【讲解】非常正确。人为划定的研究对象（物质系统）称体系，体系以外的其他部分称环境。体系和环境之间会有物质和热量的交换。了解体系与环境的概念，有助于我们更好地研究化学反应中的能量变化。 【设计意图】通过具体的化学反应实例引入体系与环境的概念，让学生能够更直观地理解这两个抽象的概念。通过提问和学生的思考回答，加深学生对体系与环境的判断和理解，为后续学习反应热的测定等内容做好准备。 教学环节三 反应热的测定 活动一 量热计的认识 【引入】我们知道了反应热可以通过实验测定，那用什么仪器来测定反应热呢？这就需要用到量热计。下面我们来认识一下量热计的结构和作用。 【问题】请同学们观察教材上量热计的图片，思考量热计各部分的作用是什么？ 【学生思考】回答：温度计用于测定反应前后溶液的温度；玻璃搅拌器用于使反应物充分混合并充分反应，保持体系温度均匀；外筒和内筒起到保温作用，内筒是反应容器。 【讲解】非常好。量热计的主要作用就是通过测定反应前后溶液温度的变化值，来计算反应热。温度计要准确测量温度，玻璃搅拌器要搅拌均匀，保证反应充分进行，而良好的保温性能可以减少热量的散失，提高实验的准确性。 设计意图 通过引入量热计，让学生了解测定反应热的实验仪器。通过提问和学生的观察思考回答，培养学生的观察能力和分析问题的能力，让学生明确量热计各部分的作用，为后续学习反应热测定的原理和实验操作做好准备。 【引入】我们已经认识了量热计，那如何利用量热计来测定反应热呢？这就需要了解反应热测定的原理和实验操作步骤。 【问题】请同学们阅读教材，思考反应热测定的原理是什么？ 【学生思考】回答：反应热测定的原理是将反应物加入内筒并使之迅速混合，测定反应前后溶液温度的变化值，利用公式计算出反应热，其中表示反应热，表示溶液及量热计的热容，、分别表示反应前后体系的温度。 【讲解】很好。这里的可以通过比热容和溶液质量来计算，即，（是溶液密度，是溶液体积）。接下来我们来看一下测定中和反应反应热的实验操作步骤。 【学生任务】阅读教材上测定中和反应反应热的实验步骤，总结实验步骤有哪些。 【学生总结】回答：实验步骤包括量热计的准备、反应物温度的测量、反应后体系温度的测量、重复实验测最高温度点以提高准确度。 【讲解】在实验过程中，我们要注意一些问题。比如动作要快，减少热量损失；要充分搅拌，使反应充分进行；碱要稍过量，保证酸完全反应等。下面我们通过实验来探究不同中和反应的反应热。 设计意图 通过讲解反应热测定的原理，让学生理解实验的理论依据。通过学生阅读教材总结实验步骤，培养学生的自主学习能力和归纳总结能力。强调实验中的注意事项，让学生明白实验操作的规范性和准确性对实验结果的影响，为后续的实验探究做好准备。 活动二 实验探究 测定中和反应的反应热 按实验步骤做三组实验记录数据，完成实验表格。 实验 溶液温度/K 反应热/J T1 T2 NaOH 溶液与盐酸反应 KOH 溶液与盐酸反应 NaOH 溶液与硝酸反应 【思考】上述三个实验所测得中和反应的反应热相同吗？你能说出原因吗？ 【学生回答】相同，因为所用溶液体积浓度相同，都在室温下进行。 【思考讨论】 1.实验过程中有哪些因素会造成误差？ 2.如何提高实验的准确度？能否用浓硫酸代替盐酸？对结果会产生什么影响？ 3.实验过程中可以更换温度计吗？能否侧弯酸后直接测量碱的温度？如何操作？ 4.能否将强氧化钠溶液分多次倒入量热计中？ 5.玻璃搅拌器能否换成金属搅拌器？ 设计意图 通过量热计实验的操作，数据的处理，误差讨论（如保温层缺失、操作延时），滲透实验方法论，培养学生控制变量的科学思维。 教学环节四 深化概念——中和热 活动一中和热的定义 【引入】我们通过实验测定了中和反应的反应热，发现不同的中和反应反应热可能不同。那什么是中和热呢？在什么条件下中和热是一个定值呢？ 【讲解】大量实验测得，在和下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成液态水时，放出的热量。即放出的热量为定值。但要注意，发生中和反应时，由于所用的酸和碱有强弱、浓稀、状态不同，是否生成沉淀等因素，中和热各不相同。 设计意图 通过引入中和热的概念，让学生进一步理解中和反应中的能量变化。通过提问和学生的阅读思考回答，明确中和热的定义和特定条件下中和热的定值，培养学生的阅读理解能力。强调影响中和热的因素，让学生对中和热有更全面的认识。 活动二 中和热的影响因素 【问题】同学们思考一下，浓、、等物质参与中和反应时，中和热会有什么变化呢？ 【学生思考】回答：浓稀释会放热，溶解会放热，电离会吸热，这些都会影响中和热的数值。 【讲解】非常好。浓稀释时会放出大量的热，溶解也会放热，所以如果用浓或参与中和反应，所测的热量会偏大。是弱酸，电离过程会吸收热量，所以与强碱反应的中和热会小于。还有如果反应中有沉淀生成，如与反应生成沉淀，沉淀生成会放热，也会影响中和热的数值。 设计意图 通过分析影响中和热的因素，让学生深入理解中和热的概念，明白中和热受多种因素的影响。通过提问和学生的思考回答，培养学生的分析问题和解决问题的能力，提高学生对知识的应用能力。 活动三 例题精讲 例1、判断下列变化： ➀镁条的燃烧 ②高温下木炭与二氧化碳反应生成一氧化碳 ③氧化钙与水的反应 ④高温煅烧石灰石(主要成分是CaCO3)制生石灰(CaO) ⑤炸药爆炸 ⑥ Ba(OH)2·8H2O和NH.CI的反应 ⑦浓硫酸溶于水 ⑧冰熔化 ⑨甲烷在氧气中的燃烧 属于放热反应的是（ ）属于吸热反应的是（ ） 例2、某同学通过实验测出稀盐酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水放出的热量为52.3kJ，造成这一结果的原因不可能是的是(　　) A、实验装置保温、隔热效果差 B、用量筒量取盐酸时仰视读数 C、分多次将NaOH溶液倒入量热计的内筒中 D、用测量盐酸的温度计直接测定NaOH溶液的温度 【设计意图】通过例题精讲，强化本节知识重点，易错点（化学反应一定有能量变化，但是有能量变化的不一定是化学反应）归纳总结本节知识框架 第1章 化学反应与能量转化 第1课时 化学反应的反应热 一、反应热 1.定义 2.符号 Q oQ＞0（吸热） oQ＜0（放热） 3.意义 o定量描述反应热 o测定与计算 二、体系与环境 1.体系 2.环境 三、反应热测定 1.仪器——量热计 2.原理：Q ＝ －C（T₂ － T₁） 3.中和热测定实验 o药品与仪器 o步骤 o误差分析 o思考讨论 四、中和热 1.定义 2.影响因素 1.下列说法正确的是(　　) A. 化学反应不一定伴随着能量变化 B. 伴有能量变化的物质变化都是化学变化 C. 化学反应可能发生颜色变化，有颜色变化的物质变化一定是化学变化 D. 物质的化学能在一定条件下可转化为热能、电能等能量 【答案】D 【解析】A. 化学反应的本质是旧键断裂和新键形成，一定伴随着能量变化，A选项错误；B. 伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如物质的三态变化有能量变化，但属于物理变化，B选项错误；C. 有颜色变化的物质变化不一定是化学变化，如将氧气加压降温变成液氧，颜色由无色变为淡蓝色，但属于物理变化，C选项错误；D. 物质的化学能在一定条件下可转化为热能、电能等能量，如燃烧是化学能转化为热能，原电池是化学能转化为电能，D选项正确。答案选D。 2.简易量热计直接测出的是(　　) A. 质量的变化 B. 能量的变化 C. 温度的变化 D. 电流的变化 【答案】C 【解析】简易量热计是通过测定反应前后溶液温度的变化值，进而利用公式计算反应热，所以简易量热计直接测出的是温度的变化，C选项正确。答案选C。 3.将V₁ mL 1.0 mol·L⁻¹HCl溶液和V₂ mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V₁ + V₂ = 50 mL)。下列叙述正确的是 (　　) A. 做该实验时环境温度为22 °C B. 该实验表明化学能可以转化为热能 C. NaOH溶液的浓度约是1.00 mol·L⁻¹ D. 该实验表明有水生成的反应都是放热反应 【答案】B 【解析】A. 从图中可知，加入30mL盐酸和20mLNaOH溶液时温度最高，说明此时二者恰好完全反应，而22°C是未开始反应时的混合溶液温度，不是环境温度，A选项错误；B. 酸碱中和反应是放热反应，该实验中溶液温度升高，表明化学能可以转化为热能，B选项正确；C. 由图可知，当加入30mL盐酸和20mLNaOH溶液时恰好完全反应，根据(n(HCl)=n(NaOH))，(c(NaOH)==1.5mol/L)，C选项错误；D. 该实验只是盐酸和NaOH溶液的中和反应，不能表明所有有水生成的反应都是放热反应，如某些水解反应也生成水，但属于吸热反应，D选项错误。答案选B。 4.下列有关中和反应反应热测定实验的说法正确的是( ) A. 温度计能代替玻璃搅拌器，用于搅拌反应物 B. 强酸与强碱反应生成1 mol H₂O(l)释放的热量都约为57.3kJ C. 测定中和反应反应热实验中，读取混合溶液不再变化时的温度为终止温度 D. 某同学通过实验测得盐酸和NaOH溶液反应生成1mol H₂O(l)放出的热量为52.3kJ，造成这一结果的原因不可能是所用酸、碱溶液浓度过大 【答案】D 【解析】A. 温度计不能代替玻璃搅拌器用于搅拌反应物，因为搅拌时可能会损坏温度计，A选项错误；B. 只有强酸与强碱的稀溶液反应生成1 mol H₂O(l)释放的热量才约为57.3kJ ，如果是浓溶液或弱酸弱碱反应，由于浓溶液稀释、弱酸弱碱电离等过程会有能量变化，放出的热量会不同，B选项错误；C. 测定中和反应反应热实验中，读取混合溶液的最高温度为终止温度，C选项错误；D. 所用酸、碱溶液浓度过大，会使反应放出的热量增多，而该同学测得的热量比57.3kJ小，所以造成这一结果的原因不可能是所用酸、碱溶液浓度过大，D选项正确。答案选D。 5.50 mL 0.50 mol·L⁻¹盐酸与50 mL 0.55 mol·L⁻¹NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和反应反应热。回答下列问题： (1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃仪器是_____________。 (2)如果不盖杯盖(泡沫塑料板)，所求得的中和反应反应热的绝对值将会________(填”偏大””偏小”或“无影响” )。 (3)实验中改用60 mL 0.50 mol·L⁻¹盐酸跟50 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液进行反应，调整反应物用量后所放出的热量与原实验_____________ (填“相等”或“不相等”，下同)；所求生成1molH₂O放出的热与原实验____________，简述理由：_________________________________________________。 【答案】(1)玻璃搅拌器 ；(2)偏小；(3)不相等；相等；生成1 mol水时的放出的热，与酸碱的用量无关 【解析】(1)中和热测定实验中需要用玻璃搅拌器搅拌使反应物充分混合并充分反应，保持体系温度均匀，所以图中尚缺少的一种玻璃仪器是玻璃搅拌器。(2)如果不盖杯盖(泡沫塑料板)，会导致热量散失，使测得的温度变化值偏小，根据(Q ＝ －C（T₂ － T₁）)，所求得的中和反应反应热的绝对值将会偏小。(3)实验中改用60 mL 0.50 mol·L⁻¹盐酸跟50 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液进行反应，由于反应物的量增多，反应放出的热量增多，所以调整反应物用量后所放出的热量与原实验不相等；但中和热是指在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1 mol 液态水时所释放的热量，生成1 mol水时的放出的热，与酸碱的用量无关，所以所求生成1molH₂O放出的热与原实验相等。 在本次教学中，通过多种方式引导学生理解反应热、体系与环境等概念，利用中和热测定实验让学生直观感受反应热的测定方法。课堂例题和随堂演练及时巩固了所学知识。然而，教学过程中也存在一些不足。部分学生对实验误差分析理解不够深入，后续可结合更多实例进行讲解。在实验环节，由于时间有限，部分学生操作不够熟练，今后应合理安排时间，让学生有更充分的实践机会。此外，对于抽象概念的讲解，可采用更多形象的比喻或实例，以提高学生的学习兴趣和理解程度。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$