1.1 化学反应与能量变化 第2课时（教学设计）化学沪科版2020选择性必修1

1.1 化学反应与能量变化 第2课时 化学反应的焓变 一、知识目标 1. 了解化学反应中的能量转化形式，知道化学能与热能之间的转化是常见形式。 1. 理解反应热和焓变的概念，掌握反应热与焓变的关系，在等压、只做体积功条件下(H = Qp)。 1. 从宏观和微观两个角度认识反应热，会根据(H = H(生成物) - H(反应物))和(H(估算) = E(反应物键能) - E(生成物键能))计算反应热。 1. 熟悉常见的吸热反应和放热反应，能根据(H)判断反应是吸热还是放热。 二、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变化，从微观上理解化学键的断裂和形成与能量变化的关系。 2. 证据推理与模型认知：通过对实验数据和理论分析的对比，建立反应热计算的模型，能运用模型解决实际问题。 3. 科学探究与创新意识：通过碳酸氢钠与柠檬酸反应热效应的实验探究，培养科学探究能力和创新思维。 4. 科学态度与社会责任：了解热化学在工业生产和科学研究中的应用，认识化学对社会发展的重要贡献。 一、教学重点 反应焓变与反应热的关系，从宏观和微观角度认识反应热，焓变的计算。 二、教学难点 焓变概念的理解，用键能计算反应热。 本节教学内容出自沪教版2020选择性必修1《化学反应的热效应》第1.1节《化学反应与能量变化》第2课时。化学反应中的能量变化是化学学科的重要研究领域，它贯穿于整个化学学习过程，在生产、生活及科研中有着广泛应用。本课时内容是在第一课时基础上的深入和拓展，重点探讨反应焓变与反应热的关系，对于学生理解化学反应的本质和规律具有关键作用。 教材先通过新课导入，以燃放烟花的实例引发学生对化学反应中能量转化形式及来源的思考，自然地引入化学反应中化学能与热能转化的主题。接着介绍反应热的概念，结合热力学第一定律推导出反应热与内能变化、体积功的关系。通过碳酸氢钠与柠檬酸反应的实验探究，让学生直观感受化学反应的热效应，并引入焓的概念，进而得出等压条件下反应热等于反应焓变的重要结论。最后从宏观和微观两个角度分析反应热，总结焓变的表达方式，通过典例精讲和随堂演练巩固所学知识。 教学对象为高中生，他们在初中阶段已经对化学反应中的能量变化有了初步认识，知道一些常见的吸热和放热反应，如燃烧反应放热、碳与二氧化碳反应吸热等，但对于反应热的定量描述和本质原因缺乏深入理解。在知识储备上，学生已经掌握了一定的化学基础知识和实验技能，具备了一定的观察、分析和解决问题的能力，但对于抽象的化学概念和理论的理解可能存在一定困难。 在思维方式上，高中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，但对于抽象的化学原理和概念需要更多的实例和直观模型来辅助理解。在学习能力方面，学生已经具备了一定的自主学习和合作探究能力，但在面对复杂的化学问题时，还需要教师的引导和启发。 因此，在教学过程中，教师应充分利用实验探究和生活实例，激发学生的学习兴趣，帮助学生建立直观的认识。同时，要注重引导学生进行抽象思维，通过类比、推理等方法，帮助学生理解反应焓变、反应热等抽象概念，逐步培养学生的化学学科核心素养。 教学环节一 课堂导入 【播放烟花视频】同学们，老师先给大家播放一段精彩的烟花视频，大家仔细观察，看看燃放烟花时，能量主要以哪几种形式释放出来呢？（播放绚丽多彩的烟花绽放视频，视频中伴随着烟花爆炸的声光效果） 【引导学生回答】好啦，视频看完了，哪位同学来分享一下你观察到的能量释放形式呀？（鼓励学生积极发言，学生可能会回答声、光、热、动等能量形式） 【提出问题】大家说得都很对。那大家再想一想，这些能量是从哪里来的呢？其实呀，这些能量来源于储存在物质化学键中的化学能。就像烟花中的化学物质，在燃烧爆炸的过程中，化学键发生断裂和形成，从而将化学能转化为了声、光、热、动等其他形式的能量。那化学反应中的热能变化有什么样的规律呢？反应热和焓变又有着怎样的关系呢？带着这些疑问，让我们一起走进今天的学习内容——化学反应的焓变。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过播放精彩的烟花视频，以直观、生动的方式呈现化学现象，迅速吸引学生的注意力，激发他们的好奇心和学习兴趣，使学生积极主动地参与到课堂讨论中来。 2.联系生活实际：烟花是学生在生活中常见的事物，从烟花燃放这一生活实例入手，让学生感受到化学与生活的紧密联系，认识到化学知识在日常生活中的广泛应用，增强学生对化学学科的亲切感。 3.引发思考，导入新课：在学生观察烟花能量释放形式的基础上，进一步提出能量来源以及化学反应热能变化规律等问题，自然地过渡到本节课的主题，引导学生带着问题去思考和探索新知识，明确学习方向，提高学习的主动性和积极性。 教学任务一 化学反应中的能量转化形式 活动一 新课导入 【引入】同学们，在生活中我们经常能看到燃放烟花的场景。那大家思考一下，燃放烟花时，能量主要以哪几种形式释放出来？这些能量又是从哪里来的呢？ 【设计意图】通过生活中常见的烟花燃放现象引入课题，激发学生的学习兴趣和好奇心，引导学生关注化学反应中的能量变化。 【师生活动】 · 教师提出问题，展示烟花燃放的图片或视频。 · 学生积极思考并回答问题，教师总结：能量释放形式有声、光、热、动等能量，这些能量来源于储存在物质化学键中的化学能。 【对应训练1】下列能量转化过程中，主要发生化学变化的是（ ） A. 电热器取暖 B. 天然气燃烧 C. 水力发电 D. 太阳能供热 【答案】B 【解析】化学变化是指有新物质生成的变化。天然气燃烧生成二氧化碳和水等新物质，属于化学变化；电热器取暖、水力发电、太阳能供热过程中都没有新物质生成，属于物理变化。 活动二 化学反应中的能量转化形式讲解 【引入】我们了解了烟花中能量的来源和释放形式，那化学反应中实现了哪些能量形式之间的转化呢？ 【设计意图】引导学生从具体的烟花例子过渡到一般的化学反应能量转化，加深对化学反应中能量转化的理解。 【师生活动】 · 教师讲解：化学反应实现了化学能与其他能量形式之间的转化，其中化学能与热能之间的转化是最常见的一种形式，广泛应用在日常生活、工农业生产、科学研究与国防建设中。 · 学生认真听讲，思考化学能与热能转化在生活中的具体例子，教师请学生分享，然后进行点评和补充。 【对应训练2】下列化学反应中，能量转化主要形式与其他三个不同的是（ ） A. 氢气燃烧 B. 镁条与稀盐酸反应 C. 生石灰与水反应 D. 电解水 【答案】D 【解析】氢气燃烧、镁条与稀盐酸反应、生石灰与水反应都是将化学能转化为热能；而电解水是将电能转化为化学能，所以能量转化主要形式与其他三个不同的是D选项。 教学任务二 反应焓变与反应热的关系 活动一 温故知新——热力学第一定律 【引入】在学习反应焓变与反应热的关系之前，我们先来回顾一下热力学第一定律。 【设计意图】通过复习热力学第一定律，为后续推导反应热与焓变的关系奠定基础，帮助学生建立知识之间的联系。 【师生活动】 · 教师提问：热（）和功（）的定义是什么？热力学第一定律的表达式是什么？ · 学生回答：热（）是因温度不同而传递的能量，功（）是除热以外其它形式的能量，表达式为，其中是内能变化量。 · 教师对学生的回答进行评价和强调，确保学生掌握热力学第一定律的基本概念和表达式。 【对应训练3】某化学反应中，系统吸收了的热量，同时系统对环境做了的功，则系统的内能变化为（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】根据热力学第一定律，系统吸收热量，系统对环境做功，则，所以答案选A。 活动二 反应热的概念及相关计算 【引入】我们知道了热力学第一定律，那在一定温度下，化学反应过程中吸收或释放的热有什么特点呢？这就是我们接下来要学习的反应热。 【设计意图】从热力学第一定律过渡到反应热的概念，让学生逐步深入理解化学反应中的能量变化，掌握反应热的表示方法和相关计算。 【师生活动】 · 教师讲解：在一定温度下，化学反应过程中吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热，用符号表示。系统对环境放热时，内能（）减少；系统从环境吸热时，内能（）增加。根据热力学第一定律，可得。 · 教师举例说明体积功的计算：如右图，环境压强（）为，系统变化前后体积变化（）增大了，求体积功的大小。引导学生推导，并进行计算：（系统对环境做功）。 · 学生认真听讲，跟随教师的思路进行推导和计算，理解反应热和体积功的概念及计算方法。 【对应训练4】已知某化学反应中，系统的内能变化，系统对外做功，则该反应的反应热为（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】根据，将，代入可得，所以答案选A。 活动三 实验探究——碳酸氢钠与柠檬酸反应的热效应 【引入】接下来我们通过一个实验来探究碳酸氢钠与柠檬酸反应的热效应。 【设计意图】通过实验让学生直观地感受化学反应中的热效应，培养学生的观察能力和实验操作能力，同时加深对反应热概念的理解。 【师生活动】 · 教师展示实验用品：一只烧杯、碳酸氢钠固体、柠檬酸固体、蒸馏水、温度计。讲解实验步骤：取一只烧杯，加入碳酸氢钠固体和柠檬酸固体（为防止反应过快液体冲出烧杯，所加固体不宜太多），再向烧杯中注入少量蒸馏水后搅拌，观察现象。待反应稍平缓后，用手小心触摸烧杯壁，感受反应的热效应。 · 学生分组进行实验，记录实验现象：反应产生大量气泡，体系温度由降到。教师引导学生得出实验结论：该反应为吸热反应（）。 · 教师提出问题：若要测定一定量的碳酸氢钠固体和柠檬酸固体加水后系统的温度变化，你会怎么做？学生思考并回答，教师展示温度计和温度传感器的图片，讲解其作用。 【对应训练5】在探究碳酸氢钠与柠檬酸反应热效应的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 该反应为放热反应 B. 反应过程中体系温度升高 C. 反应热 D. 反应前后物质的总能量不变 【答案】C 【解析】由实验现象可知，该反应体系温度降低，是吸热反应，吸热反应，反应前后物质的总能量发生变化，反应物总能量低于生成物总能量，所以答案选C。 活动四 焓变与反应热的关系 【引入】在化学热力学中，为了方便研究反应热，引入了一个新的物理量——焓。那焓与反应热有什么关系呢？ 【设计意图】引入焓的概念，推导焓变与反应热的关系，让学生理解在等压条件下反应热与焓变的等价性，为后续学习化学反应中的能量计算奠定基础。 【师生活动】 · 教师讲解：在化学热力学中称之为“焓”，与内能一样，系统状态发生变化时，焓也随之变化，称之为焓变。由，，可得，令，则。在科学研究与生产实践中，大多数化学反应是在等压或接近等压的条件下进行，此时的反应热称为等压反应热，用符号表示，人们常用系统的焓的变化，即焓变（）来表示在等压、只做体积功条件下的反应热（），单位常用，即。 · 教师举例说明焓变与反应热的关系：如某反应在等压条件下进行，反应热，则该反应的焓变。 · 学生认真听讲，理解焓、焓变的概念以及焓变与反应热的关系，跟随教师的例子进行思考和分析。 【对应训练6】在等压条件下，某化学反应的反应热，则该反应的焓变为（ ） A. B. C. D. 无法确定 【答案】A 【解析】在等压、只做体积功条件下，反应热等于反应的焓变，即，已知，所以，答案选A。 活动五 从两个角度认识反应热 宏观分析 【引入】我们知道了焓变与反应热的关系，那如何从宏观角度判断一个化学反应是吸热还是放热呢？ 【设计意图】引导学生从宏观角度理解化学反应中的能量变化，掌握判断吸热反应和放热反应的方法，以及焓变与反应物、生成物总能量的关系。 【师生活动】 · 教师讲解：在一定条件下，一个化学反应是吸热还是放热，是在等压条件下由生成物和反应物的焓的差值决定的，即。当时，为吸热反应，生成物具有的总能量高，反应物具有的总能量低；当时，为放热反应，反应物具有的总能量高，生成物具有的总能量低。 · 教师举例常见的放热反应和吸热反应：常见的放热反应有可燃物的燃烧、酸碱中和反应、金属与酸的置换反应等；常见的吸热反应有大多数的分解反应、与的反应等。同时强调注意事项：常温下不需要加热就能发生的反应不一定是放热反应；不需加热或加热停止后仍能进行的反应，通常是放热反应；需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应；需要不停加热的反应，通常是吸热反应。 · 教师通过绘制焓变示意图，帮助学生直观理解吸热反应和放热反应中反应物、生成物总能量与焓变的关系。 · 学生认真听讲，理解宏观角度判断反应热的方法，记录常见的吸热反应和放热反应，跟随教师的讲解理解焓变示意图。 【对应训练7】下列反应中，属于吸热反应的是（ ） A. 镁与稀盐酸反应 B. 氢氧化钠与盐酸反应 C. 碳酸钙高温分解 D. 甲烷燃烧 【答案】C 【解析】镁与稀盐酸反应、氢氧化钠与盐酸反应、甲烷燃烧都属于放热反应；碳酸钙高温分解属于吸热反应，所以答案选C。 微观分析 【引入】除了从宏观角度，我们还可以从微观角度来认识反应热。下面我们以与反应生成为例来讨论。 【设计意图】从微观角度深入剖析化学反应中的能量变化，让学生理解化学键断裂和形成与反应热的关系，掌握反应热的估算方法。 【师生活动】 · 教师讲解：键能是指和下，断开气态分子中的共价键，使其生成气态原子和所吸收的能量。在化学反应中，化学键断裂吸收能量，化学键形成释放能量。以与反应生成为例，中键断裂吸收能量，中键断裂吸收能量，形成释放能量，该反应。 · 教师引导学生总结：吸收能量＞释放能量，为吸热反应；吸收能量＜释放能量，为放热反应。反应热（估算）。 · 学生认真听讲，理解键能的概念，跟随教师的例子进行计算和分析，掌握从微观角度判断反应热的方法和反应热的估算公式。 【对应训练8】已知键能为，键能为，键能为，则的反应热为（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】根据，可得，所以答案选B。 活动六 焓变的表达方式归纳总结 【引入】我们从宏观和微观角度认识了反应热，那焓变有哪些表达方式呢？ 【设计意图】对焓变的表达方式进行归纳总结，帮助学生梳理知识，形成完整的知识体系，掌握不同情况下焓变的计算方法。 【师生活动】 · 教师讲解：焓变的表达方式有：（1）生成物的总能量反应物的总能量；（2）反应物的键能总和生成物的键能总和；（3）表示正反应的活化能表示逆反应的活化能。 · 教师通过绘制能量变化图，帮助学生理解三种表达方式的含义和应用。 · 学生认真听讲，理解焓变的三种表达方式，跟随教师的讲解分析能量变化图。 【对应训练9】已知某反应的反应物总能量为，生成物总能量为，正反应的活化能为，逆反应的活化能为，则该反应的焓变为（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】根据生成物的总能量反应物的总能量，可得，所以答案选A。 教学任务三 典例精讲 【引入】通过前面的学习，我们掌握了反应焓变与反应热的相关知识，下面我们通过几个例题来巩固一下。 【设计意图】通过典型例题的讲解，让学生学会运用所学知识解决实际问题，提高学生的解题能力和知识应用能力。 【师生活动】 · 教师展示例题： · 【例1】画出下列化学反应中的焓变示意图：。 · 【例2】依据信息估算和反应生成$2 mol H_2 ### 课堂总结 ``` # 化学反应的焓变 · 化学反应中的能量转化形式 · 化学能与其他能量形式转化 · 常见：化学能与热能转化 · 反应焓变与反应热的关系 · 焓的概念 · 符号：ΔH · 单位：kJ/mol · 关系 · 等压条件下反应热等于反应的焓变 · ΔH=Qp · 从两个角度认识反应热 · 宏观分析 · 吸热反应：ΔH>0 · 放热反应：ΔH<0 · ΔH=∑H(生成物)-∑H(反应物) · 微观分析 · 化学键断裂吸收能量 · 化学键形成释放能量 · ΔH(估算)=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能) ``` 化学反应的焓变 一、化学反应中的能量转化形式 1. 化学能与其他能量形式转化 · 声、光、热、动等 2. 常见：化学能与热能转化 二、反应焓变与反应热的关系 1. 反应热 · 概念：一定温度下，化学反应吸收或释放的热 · 符号：Q · 系统对环境放热（Q<0），系统从环境吸热（Q>0） 1. 焓变 · 概念：等压、只做体积功条件下反应热 · 符号：ΔH · 单位：kJ·mol⁻¹ · 关系：等压条件下，ΔH = Qp · 计算：ΔH = ∑H(生成物) - ∑H(反应物) 三、从两个角度认识反应热 1. 宏观分析 · 吸热反应：ΔH>0 · 放热反应：ΔH<0 · 常见吸热反应和放热反应举例 1. 微观分析 · 化学键断裂吸收能量 · 化学键形成释放能量 · ΔH(估算)=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能) 四、焓变的表达方式 1. ΔH = 生成物的总能量 - 反应物的总能量 1. ΔH = 反应物的键能总和 - 生成物的键能总和 1. ΔH = 正反应的活化能 - 逆反应的活化能 1. 下列说法正确的是（ ） A. 吸热反应使环境的温度升高 B. 当反应放热时ΔH＞0，反应吸热时ΔH＜0 C. 化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为负值 D. 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 【答案】C 【解析】A选项，吸热反应是从环境吸收热量，会使环境温度降低，而不是升高，所以A错误；B选项，当反应放热时，体系能量降低，焓减小，ΔH＜0，反应吸热时，体系能量升高，焓增大，ΔH＞0，所以B错误；C选项，在化学反应中，若反应物的总能量大于生成物的总能量，多余的能量会以热量的形式释放出来，反应为放热反应，此时ΔH为负值，C正确；D选项，需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，例如铝热反应需要高温引发，但它是放热反应，所以D错误。答案选C。 1. 化学反应A₂(g)＋B₂(g)=2AB(g)的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是（ ） A. 该反应每生成2 mol AB(g)吸收b kJ热量 B. 反应热ΔH＝＋(a－b) kJ·mol⁻¹ C. 该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 D. 断裂1 mol A—A和1 mol B—B放出a kJ能量 【答案】B 【解析】A选项，由图可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应是吸热反应，每生成2 mol AB(g)吸收的热量为(a - b)kJ，而不是b kJ，所以A错误；B选项，反应热ΔH等于生成物的总能量减去反应物的总能量，从图中可以看出，反应热ΔH＝＋(a－b) kJ·mol⁻¹，B正确；C选项，由图可知反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误；D选项，断裂化学键需要吸收能量，所以断裂1 mol A—A和1 mol B—B吸收a kJ能量，而不是放出，D错误。答案选B。 1. SF₆是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F。已知：1mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280kJ，断裂1molF—F、S—F需吸收的能量分别为160kJ、330kJ。则反应S(s)＋3F₂(g)＝SF₆(g)的反应热ΔH为（ ） A. －1780kJ·mol⁻¹ B. －1220kJ·mol⁻¹ C. －450kJ·mol⁻¹ D. ＋430kJ·mol⁻¹ 【答案】B 【解析】根据反应热的计算公式：ΔH =反应物的键能总和 - 生成物的键能总和。反应S(s)＋3F₂(g)＝SF₆(g)中，反应物的键能总和为1mol S(s)转化为气态硫原子吸收的能量加上3mol F—F键断裂吸收的能量，即280kJ + 3×160kJ = 760kJ；生成物的键能总和为6mol S—F键形成释放的能量，即6×330kJ = 1980kJ。所以反应热ΔH = 760kJ - 1980kJ = -1220kJ·mol⁻¹。答案选B。 1. 一定条件下，1mol气态 H₂与 1mol气态 Br₂断键时分别需要吸收 436kJ和 193kJ的热量，而 1mol气态 HBr成键时会放出 366kJ的热量。据此推算，反应：H₂(g)+Br₂(g)=2HBr(g)是吸热反应还是放热反应？ 【答案】根据化学方程式及已知数据：ΔH＝(436 + 193 - 2×366)kJ·mol⁻¹ ＝ -103kJ·mol⁻¹，是放热反应。因为ΔH<0。 【解析】反应热ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和。在反应H₂(g)+Br₂(g)=2HBr(g)中，反应物的键能总和为1mol H₂断键吸收的436kJ热量加上1mol Br₂断键吸收的193kJ热量，即436kJ + 193kJ = 629kJ；生成物的键能总和为2mol HBr成键放出的热量，即2×366kJ = 732kJ。所以ΔH = 629kJ - 732kJ = -103kJ·mol⁻¹，由于ΔH<0，所以该反应是放热反应。 1. 下表是部分化学键的键能数据： 化学键 P—P P—O O==O P==O 键能/(kJ·mol⁻¹) 198 360 498 x （1）已知1mol白磷燃烧生成P₄O₁₀(s)的反应热ΔH＝－2982kJ·mol⁻¹，白磷(P₄)、P₄O₆、P₄O₁₀结构如图所示，则上表中x＝________。 （2）0.5mol白磷(P₄)与O₂完全反应生成固态P₄O₆放出的热量为________kJ。 【答案】（1）585；（2）819 【解析】 （1）白磷（P₄）是正四面体结构，含有6个P—P键，P₄O₁₀结构中含有12个P—O键、4个P==O键。1mol白磷燃烧生成P₄O₁₀(s)的反应热ΔH =反应物的键能总和 - 生成物的键能总和。反应物的键能总和为6×198kJ + 5×498kJ（5mol O₂含有5mol O==O键）；生成物的键能总和为12×360kJ + 4x kJ。则 -2982kJ = 6×198kJ + 5×498kJ - (12×360kJ + 4x kJ)，解得x = 585。 （2）P₄O₆结构中含有12个P—O键、6个P—P键。0.5mol白磷（P₄）与O₂完全反应生成固态P₄O₆，反应物的键能总和为0.5×6×198kJ + 3×498kJ（3mol O₂含有3mol O==O键）；生成物的键能总和为12×360kJ。反应热ΔH = 0.5×6×198kJ + 3×498kJ - 12×360kJ = -1638kJ，所以0.5mol白磷（P₄）与O₂完全反应生成固态P₄O₆放出的热量为819kJ。 在本次教学中，通过实验探究和理论分析相结合的方式，让学生较好地理解了化学反应的焓变和反应热的关系。实验环节如碳酸氢钠与柠檬酸反应的热效应实验，能激发学生的学习兴趣，使他们更直观地感受化学反应中的能量变化。但在教学过程中也存在一些不足，比如部分学生对焓变的概念理解仍有困难，在后续教学中应多结合实例进行讲解。另外，在讲解微观角度的反应热计算时，部分学生对键能的运用不够熟练，需要加强针对性练习。在今后的教学中，要更加关注学生的学习情况，及时调整教学方法和进度，以提高教学效果。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$