1.1 化学反应与能量变化 第1课时（导学案）化学沪科版2020选择性必修1

1.1 化学反应与能量变化 第1课时 系统的内能 一、知识目标 1. 理解系统和环境的概念，能根据需要对系统和环境进行合理划分。 1. 掌握系统内能的概念，明确内能的符号，知道内能受温度、压强、物质聚集状态和组成的影响。 1. 理解系统内能变化的含义，掌握其计算方法。 1. 理解热、功的概念，掌握能量守恒关系，并能运用该公式进行简单计算。 1. 了解热力学第一定律的内容。 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变化，从微观上理解系统内能变化的本质。 2. 证据推理与模型认知：通过实例分析和计算，建立系统内能变化的计算模型，培养逻辑推理能力。 3. 科学态度与社会责任：体会能量守恒定律在化学反应中的应用，培养严谨的科学态度和社会责任感。 一、学习重点 1. 系统和环境的概念。 2. 系统内能的概念。 3. 系统内能变化的计算。 4. 能量守恒关系。 二、学习难点 1. 系统和环境的合理划分。 1. 系统内能变化的理解及相关计算。 一、 系统的内能 1．系统与环境 在自然科学研究中，被研究的对象称为系统。系统以外的，与系统相关的其他部分称为环境。例如，研究水的蒸发，水和水蒸气就是系统，周边的其他部分是环境。研究盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液就是系统，而盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等便是环境。系统与环境可以根据需要来划分，有一定的人为性。 2．内能及内能的变化 （1）内能：是体系内物质的各种能量的总和，用符号U表示，内能受物质的种类、数量、温度、压强和物质的聚集状态等影响。 （2）内能的变化：由于物质内部微观粒子运动及相互作用很复杂，系统内能的绝对值无法直接获得，但内能的变化可以在状态变化的过程中体现出来，系统内能的变化用符号 ΔU来表示。 （3）化学反应的内能变化 几乎所有化学反应的发生，都伴随着能量的变化，能量通过功和热这两种形式在系统与环境之间实现转化或传递。我们可以通过测定系统变化过程中的功和热得到系统内能的变化量。 形式一：热（因温度不同而传递的能量，用Q表示） 化学反应体系与环境间能量交换的形式 形式二：功（除热以外的其他能量形式，用W表示） 根据能量守恒定律，ΔU = Q + W。 （一）环境与系统 问题思考 1. 观看“炸裂黑蛇（铝汞齐法老之蛇）”的实验视频后，结合老师给出的盐酸与氢氧化钠溶液反应（试管中的盐酸、溶液及发生的反应等是系统，盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等是环境）、水的蒸发（水和水蒸气是系统，周边的其他部分是环境）的例子，思考系统和环境是如何定义的？ 答案：被研究的对象就是系统，与系统相关的其他部分就是环境。系统与环境可以根据需要来划分，有一定的人为性。 问题探究 在生活中，再举一些系统和环境划分的例子，并与同学交流讨论。 （二）系统的内能 问题思考 2. 当系统处于一定状态时，系统的内能是如何定义的，用什么符号表示？ 答案：内能是系统内物质各种能量的总和，用符号表示。 1. 一定压强下，时的水和时的冰，哪个系统的内能更大？为什么？ 答案：的水内能更大。因为相同量的同一物质，内能的大小为：气态液态固态。 1. 一定压强下，时的水和时的水，哪个系统的内能更大？为什么？ 答案：的水内能更大。因为状态条件相同的同一物质，物质的量越多，内能越大。 1. 若将水作为研究的系统，相同压强下，下列选项中内能最大的是（ ） A. 时冰 B. 时水蒸气 C. 时水 D. 时水蒸气 答案：D 讲解：质量相同的情况下，水的温度越高，内能越大，同时，相同温度和质量的情况下，物质的内能气态液态固态，水的质量为大于，因此，时水蒸气的内能最大。 1. 等物质的量的下列物质中，内能最大的是（ ） A. 水蒸气 B. 液态水 C. 冰 D. 冰水混合物 答案：A 讲解：相同物质的量的同一物质，内能大小关系为气态液态固态，水蒸气是气态，所以内能最大。 问题探究 查阅资料，了解内能在实际生活和工业生产中的应用有哪些。 （三）系统的内能变化 问题思考 1. 系统因体积变化所做的功称为什么？除热以外，其他各种形式传递的能量称为什么，用什么符号表示？系统与环境之间由于温度差交换或传递的能量称为什么，用什么符号表示？根据能量守恒定律，系统内能变化的表达式是什么？ 答案：系统因体积变化所做的功称为体积功，除热以外，其他各种形式传递的能量都称为功，用符号表示。系统与环境之间由于温度差交换或传递的能量称为热，用符号表示。根据能量守恒定律，。 1. 系统内能的绝对值能否直接获得？为什么？系统内能的变化用什么符号表示，其表达式是什么？ 答案：由于物质内部微观粒子运动及相互作用很复杂，系统内能的绝对值无法直接获得，但内能的变化可以体现在状态变化的过程中。系统内能的变化用符号来表示，。 1. 为什么夏天走在沙滩上会感觉沙子很烫，而海水却凉快许多？ 答案：这是因为沙子与海水相比，海水的比热容更大，吸收相同的热量时，由可知，沙子上升的温度更高，因此会感觉到沙子很烫，而海水凉快许多。已知水和沙（主要成分为二氧化硅）的比热容分别为和。 1. 假设海水和等质量的沙子同时在阳光中暴晒，若都获取了热量（不考虑热量散失），则海水和沙子的温度分别升高了多少？ 答案：根据，可得。的海水获取的热量，上升的温度为；的沙子获取的热量，上升的温度为。 1. 如果一个静止的化学反应体系从环境吸收了的热量，而体系的内能却增加了，那么体系从环境得到了多少功？ 答案： 讲解：根据热力学第一定律，已知，，则。 问题探究 结合生活实际，分析在哪些场景中可以利用系统内能的变化来实现某种目的。 1. 等物质的量的下列物质中，内能最大的是 () A. 水蒸气 B. 液态水 C. 冰 D. 冰水混合物 【答案】A 【解析】等物质的量的同一物质，内能大小关系为气态>液态>固态。水蒸气是气态，液态水是液态，冰和冰水混合物主要是固态，所以水蒸气的内能最大，答案选A。 2. 下列有关乙烷燃烧时能量转化的认识中正确的是 () A．化学能转化为内能 B．化学能全部转化为热能 C．化学能主要转化为热能 D．乙烷的能量全部转化为CO₂和H₂O的能量 【答案】C 【解析】乙烷燃烧时，化学能主要转化为热能，同时也有一部分转化为光能等其他形式的能量，并不是全部转化为热能，也不是乙烷的能量全部转化为CO₂和H₂O的能量，故C正确，B、D错误；内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，化学能转化为热能等形式的能量，不能简单说转化为内能，A错误。 1. 在相同温度和压强下，2mol氢气和1mol氧气，分别以点燃(反应①)和氢氧燃料电池(反应②)两种不同的方式反应生成2mol液态水。下列说法正确的是。 A．反应的焓变①>② B．体系内能变化①<② C．放出的热量①>② 【答案】C 【解析】焓变只与反应物和生成物的状态有关，与反应途径无关，所以反应①和反应②的焓变相等，A错误；体系的内能变化也只与反应物和生成物的状态有关，与反应途径无关，所以体系内能变化① = ②，B错误；点燃时，化学能主要转化为热能；而在氢氧燃料电池中，化学能主要转化为电能，只有一部分转化为热能，所以放出的热量①>②，C正确。 1. 体系和内能 1. 体系和环境：________ 的物质系统称为体系，体系以外的 ________ 称为环境或外界。 1. 内能：物质的量确定的体系中，物质的 _____________ 称为内能。 1. 内能的影响因素：内能受 _____ 、______ 、________________ 和 ______ 的影响。状态发生改变时，内能就会发生变化。 1. 内能的特点：内能的绝对值 _________ 测得，______________ 可以通过变化过程中体系吸收(或放出)的热对内(或外)所做的功的形式表现出来。 【答案】被研究；其他部分；各种能量总和；温度；压强；物质的聚集状态；组成；无法直接；内能的变化 【解析】根据体系和环境、内能的定义及影响因素等知识可知，被研究的物质系统称为体系，体系以外的其他部分称为环境或外界；物质的量确定的体系中，物质的各种能量总和称为内能；内能受温度、压强、物质的聚集状态和组成的影响；由于物质内部微观粒子运动及相互作用很复杂，内能的绝对值无法直接测得，内能的变化可以通过变化过程中体系吸收(或放出)的热对内(或外)所做的功的形式表现出来。 1. 如果一个静止的化学反应体系从环境吸收了60J的热量，而体系的内能却增加了240J，那么体系从环境得到了多少功 _________? 如果该反应体系体积发生膨胀，膨胀过程中对环境做了8kJ的功，同时吸收了30kJ的热量，求体系的内能变化值 _____________ 。 【答案】180J；22kJ 【解析】根据热力学第一定律△U = Q + W，已知Q = 60J，△U = 240J，则W = △U - Q = 240J - 60J = 180J；当体系体积膨胀对环境做功，W = - 8kJ，Q = 30kJ，所以△U = Q + W = 30kJ - 8kJ = 22kJ。 1.系统与环境 在自然科学研究中，被研究的对象称为 系统 。系统以外的，与系统相关的其他部分称为 环境 。 2．内能及内能的变化 (1)内能：是体系内物质的各种能量的总和，用符号 U 表示， (2)内能的变化：系统内能的变化用符号 ΔU 来表示。 (3)化学反应的内能变化 热（因温度不同而传递的能量，用Q表示） 化学反应体系与环境间能量交换的形式 功（除热以外的其他能量形式，用W表示） 根据能量守恒定律， ΔU = Q + W 。 (4)特别提醒 ①内能受物质的种类、数量、温度、压强和物质的聚集状态等影响。 ②系统内能的绝对值无法直接获得，但内能的变化可以在状态变化的过程中体现出来， ③内能变化：ΔU=U(生成物)-U(反应物) ④内能变化与能量变化的关系： U(反应产物)＞U(反应物) 反应吸收能量 U(反应产物)＜U（反应物） 反应释放能量 考点一 环境与系统 1.下列关于系统和环境的说法正确的是（ ） A. 系统和环境的划分是固定不变的 B. 系统只能是物质，不能是反应过程 C. 环境是指系统以外的所有物质 D. 系统与环境可以根据研究需要人为划分 【答案】D 【解析】系统与环境可以根据需要来划分，有一定的人为性，不是固定不变的，A选项错误；系统可以是物质，也可以是反应过程等，B选项错误；环境是与系统相关的其他部分，不是系统以外的所有物质，C选项错误；D选项正确。 2.在铁与硫酸铜溶液反应的实验中，若将反应的溶液作为系统，那么下列属于环境的是（ ） A. 反应的铁 B. 反应生成的铜 C. 盛溶液的烧杯 D. 溶液中的铜离子 【答案】C 【解析】系统是被研究的对象，在本题中反应的溶液是系统，盛溶液的烧杯属于与系统相关的其他部分，即环境。而反应的铁、反应生成的铜、溶液中的铜离子都属于系统的一部分。 考点二 系统的内能 1．热力学温度，又称开尔文温标，简称开氏温标，是国际单位制七个基本物理量之一。开尔文(LordKelvin)被称为热力学之父，他将第一和第二热力学定律公式化。下列关于反应ΔU的说法中，正确的是_____。 A．ΔU>0时，反应放出能量 B．ΔU<0时，反应放出能量 C．ΔU=Q D．ΔU=ΔH 【答案】B 2.一定压强下，的氧气和的氧气，哪个系统的内能更大（其他条件相同）？为什么？ 【答案】的氧气系统内能更大。因为在相同条件下，对于同一物质，物质的量越多，内能越大。 考点三 系统的内能变化 1.下列关于内能和内能变化的叙述正确的是 A. 内能是体系内物质所含的能量总和 B. 内能只与物质的种类、数量以及聚集状态有关 C. 系统的内能可以通过实验测得 D. 内能变化就是反应热 【答案】A 【解析】选项A是正确的。选项B，内能不仅受与物质的种类、数量、聚集状态有关，还与温度、压强等有关，B错。选项C，系统内能的绝对值无法直接获得，实验的方法可以测出内能的变化，即ΔU，C错。选项D，内能变化是反应热与做功之和，即ΔU = Q + W，D错。答案为A。 2.该反应体系体积发生膨胀，膨胀过程中对环境做了的功，同时吸收了的热量，求体系的内能变化值。 【答案】 【解析】根据，，（对环境做功，为负），则。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 1.1 化学反应与能量变化 第1课时 系统的内能 一、知识目标 1. 理解系统和环境的概念，能根据需要对系统和环境进行合理划分。 1. 掌握系统内能的概念，明确内能的符号，知道内能受温度、压强、物质聚集状态和组成的影响。 1. 理解系统内能变化的含义，掌握其计算方法。 1. 理解热、功的概念，掌握能量守恒关系，并能运用该公式进行简单计算。 1. 了解热力学第一定律的内容。 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变化，从微观上理解系统内能变化的本质。 2. 证据推理与模型认知：通过实例分析和计算，建立系统内能变化的计算模型，培养逻辑推理能力。 3. 科学态度与社会责任：体会能量守恒定律在化学反应中的应用，培养严谨的科学态度和社会责任感。 一、学习重点 1. 系统和环境的概念。 2. 系统内能的概念。 3. 系统内能变化的计算。 4. 能量守恒关系。 二、学习难点 1. 系统和环境的合理划分。 1. 系统内能变化的理解及相关计算。 一、 系统的内能 1．系统与环境 在自然科学研究中，被研究的对象称为 。系统以外的，与系统相关的其他部分称为 。例如，研究水的蒸发，水和水蒸气就是 ，周边的其他部分是 。研究盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液就是 ，而盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等便是 。系统与环境可以根据需要来划分，有一定的人为性。 2．内能及内能的变化 （1）内能：是体系内物质的各种能量的总和，用符号U表示， 内能受物质的 、 、 、 、 等影响。 （2）内能的变化：由于物质内部微观粒子运动及相互作用很复杂，系统内能的绝对值 获得，但内能的变化可以在状态变化的过程中体现出来，系统内能的变化用符号 ΔU来表示。 （3）化学反应的内能变化 几乎所有化学反应的发生，都伴随着能量的变化，能量通过功和热这两种形式在系统与环境之间实现转化或传递。我们可以通过测定系统变化过程中的 和 得到系统内能的变化量。 形式一：热（因温度不同而传递的能量，用Q表示） 化学反应体系与环境间能量交换的形式 形式二：功（除热以外的其他能量形式，用W表示） 根据能量守恒定律，ΔU = 。 （一）环境与系统 问题思考 1. 观看“炸裂黑蛇（铝汞齐法老之蛇）”的实验视频后，结合老师给出的盐酸与氢氧化钠溶液反应（试管中的盐酸、溶液及发生的反应等是系统，盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等是环境）、水的蒸发（水和水蒸气是系统，周边的其他部分是环境）的例子，思考系统和环境是如何定义的？ 问题探究 在生活中，再举一些系统和环境划分的例子，并与同学交流讨论。 （二）系统的内能 问题思考 2. 当系统处于一定状态时，系统的内能是如何定义的，用什么符号表示？ 1. 一定压强下，时的水和时的冰，哪个系统的内能更大？为什么？ 1. 一定压强下，时的水和时的水，哪个系统的内能更大？为什么？ 1. 若将水作为研究的系统，相同压强下，下列选项中内能最大的是（ ） A. 时冰 B. 时水蒸气 C. 时水 D. 时水蒸气 1. 等物质的量的下列物质中，内能最大的是（ ） A. 水蒸气 B. 液态水 C. 冰 D. 冰水混合物 问题探究 查阅资料，了解内能在实际生活和工业生产中的应用有哪些。 （三）系统的内能变化 问题思考 1. 系统因体积变化所做的功称为什么？除热以外，其他各种形式传递的能量称为什么，用什么符号表示？系统与环境之间由于温度差交换或传递的能量称为什么，用什么符号表示？根据能量守恒定律，系统内能变化的表达式是什么？ 1. 系统内能的绝对值能否直接获得？为什么？系统内能的变化用什么符号表示，其表达式是什么？ 1. 为什么夏天走在沙滩上会感觉沙子很烫，而海水却凉快许多？ 1. 假设海水和等质量的沙子同时在阳光中暴晒，若都获取了热量（不考虑热量散失），则海水和沙子的温度分别升高了多少？ 1. 如果一个静止的化学反应体系从环境吸收了的热量，而体系的内能却增加了，那么体系从环境得到了多少功？ 问题探究 结合生活实际，分析在哪些场景中可以利用系统内能的变化来实现某种目的。 1. 等物质的量的下列物质中，内能最大的是 () A. 水蒸气 B. 液态水 C. 冰 D. 冰水混合物 2. 下列有关乙烷燃烧时能量转化的认识中正确的是 () A．化学能转化为内能 B．化学能全部转化为热能 C．化学能主要转化为热能 D．乙烷的能量全部转化为CO₂和H₂O的能量 1. 在相同温度和压强下，2mol氢气和1mol氧气，分别以点燃(反应①)和氢氧燃料电池(反应②)两种不同的方式反应生成2mol液态水。下列说法正确的是。 A．反应的焓变①>② B．体系内能变化①<② C．放出的热量①>② 2. 体系和内能 1. 体系和环境：________ 的物质系统称为体系，体系以外的 ________ 称为环境或外界。 1. 内能：物质的量确定的体系中，物质的 _____________ 称为内能。 1. 内能的影响因素：内能受 _____ 、______ 、________________ 和 ______ 的影响。状态发生改变时，内能就会发生变化。 1. 内能的特点：内能的绝对值 _________ 测得，______________ 可以通过变化过程中体系吸收(或放出)的热对内(或外)所做的功的形式表现出来。 1. 如果一个静止的化学反应体系从环境吸收了60J的热量，而体系的内能却增加了240J，那么体系从环境得到了多少功 _________? 如果该反应体系体积发生膨胀，膨胀过程中对环境做了8kJ的功，同时吸收了30kJ的热量，求体系的内能变化值 _____________ 。 1.系统与环境 在自然科学研究中，被研究的对象称为 系统 。系统以外的，与系统相关的其他部分称为 环境 。 2．内能及内能的变化 (1)内能：是体系内物质的各种能量的总和，用符号 U 表示， (2)内能的变化：系统内能的变化用符号 ΔU 来表示。 (3)化学反应的内能变化 热（因温度不同而传递的能量，用Q表示） 化学反应体系与环境间能量交换的形式 功（除热以外的其他能量形式，用W表示） 根据能量守恒定律， ΔU = Q + W 。 (4)特别提醒 ①内能受物质的种类、数量、温度、压强和物质的聚集状态等影响。 ②系统内能的绝对值无法直接获得，但内能的变化可以在状态变化的过程中体现出来， ③内能变化：ΔU=U(生成物)-U(反应物) ④内能变化与能量变化的关系： U(反应产物)＞U(反应物) 反应吸收能量 U(反应产物)＜U（反应物） 反应释放能量 考点一 环境与系统 1.下列关于系统和环境的说法正确的是（ ） A. 系统和环境的划分是固定不变的 B. 系统只能是物质，不能是反应过程 C. 环境是指系统以外的所有物质 D. 系统与环境可以根据研究需要人为划分 2.在铁与硫酸铜溶液反应的实验中，若将反应的溶液作为系统，那么下列属于环境的是（ ） A. 反应的铁 B. 反应生成的铜 C. 盛溶液的烧杯 D. 溶液中的铜离子 考点二 系统的内能 1．热力学温度，又称开尔文温标，简称开氏温标，是国际单位制七个基本物理量之一。开尔文(LordKelvin)被称为热力学之父，他将第一和第二热力学定律公式化。下列关于反应ΔU的说法中，正确的是_____。 A．ΔU>0时，反应放出能量 B．ΔU<0时，反应放出能量 C．ΔU=Q D．ΔU=ΔH 2.一定压强下，的氧气和的氧气，哪个系统的内能更大（其他条件相同）？为什么？ 考点三 系统的内能变化 1.下列关于内能和内能变化的叙述正确的是 A. 内能是体系内物质所含的能量总和 B. 内能只与物质的种类、数量以及聚集状态有关 C. 系统的内能可以通过实验测得 D. 内能变化就是反应热 2.该反应体系体积发生膨胀，膨胀过程中对环境做了的功，同时吸收了的热量，求体系的内能变化值。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$