第二节 反应热的计算（教学设计）化学人教版2019选择性必修1

第二节 反应热的计算 课时2 反应热的计算 一、知识目标 1. 掌握有关反应热计算的方法和技巧，如利用键能、能量图、盖斯定律、燃烧热、活化能以及根据题目信息等计算(H)，进一步提高计算能力。 1. 理解标准摩尔生成焓的概念，并能运用其计算反应的焓变。 二、素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：能从宏观的化学反应热效应现象，微观的化学键、能量变化等角度理解反应热的计算原理。 2. 证据推理与模型认知：通过对不同类型反应热计算的实例分析，建立反应热计算的思维模型，依据证据进行分析推理得出反应热。 3. 科学态度与社会责任：认识反应热计算在实际生产生活中的重要应用，如火箭燃料的选择、工业合成氨等，培养科学态度和社会责任感。 一、教学重点 多种反应热计算方法和技巧的掌握与应用，包括利用键能、能量图、盖斯定律等计算ΔH。 二、教学难点 灵活运用不同方法进行反应热的计算，以及对标准摩尔生成焓概念的理解和应用。 本节教学内容源于新课标人教版（2019 年版）高中化学选择性必修第一册第一章《化学反应的热效应》第二节《反应热的计算》的课时 2。反应热的计算是化学反应热效应知识的重要组成部分，在化学研究和实际生产生活中具有广泛应用，它不仅是对前面所学反应热概念的深化和拓展，也是后续学习化学平衡、化学反应速率等知识的基础，在整个高中化学知识体系中起着承上启下的关键作用。 本课时聚焦于反应热计算的多种方法和技巧，包括利用键能、能量图、盖斯定律、燃烧热、活化能以及根据题目信息计算 ΔH 等。教材通过大量的典型范例和详细的解析，引导学生逐步掌握不同计算方法的原理和应用，培养学生的计算能力和逻辑思维能力。同时，教材还引入了标准摩尔生成焓的概念，进一步拓展了学生对反应热计算的认识，使学生能够从更宏观、更系统的角度理解化学反应中的能量变化。 教学对象是高二学生，他们在之前的化学学习中已经掌握了化学反应热效应的基本概念，如反应热、焓变等，具备了一定的化学基础知识和计算能力。然而，反应热的计算涉及多种方法和复杂的概念，对学生的综合应用能力和逻辑思维能力提出了较高要求。 在思维方面，高二学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们已经具备了一定的分析和解决问题的能力，但对于一些抽象的概念和复杂的计算方法，可能还需要更多的实例和练习来加深理解。此外，学生在学习过程中可能会出现对不同计算方法的混淆，不能准确判断在何种情况下选择合适的计算方法。 在知识储备方面，学生虽然对反应热的概念有了一定的了解，但对于键能、能量图、盖斯定律等概念的理解还不够深入，需要在教学过程中进行详细的讲解和引导。同时，学生在初中和高一阶段已经学习了一些基本的化学计算方法，但对于反应热计算这种综合性较强的计算，可能还需要进一步的训练和提高。 因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，结合具体的实例和练习，引导学生逐步掌握反应热计算的方法和技巧，帮助学生建立起系统的知识体系，提高学生的综合应用能力和逻辑思维能力。 教学环节一 课堂导入 【提出问题】在实际应用（火箭发射、“嫦娥五号”着陆月球、“祝融号”火星车在火星表面进行科学实验、工业合成氨、水煤气变换等反应）中，常常需要计算反应热。那么有关反应热计算的依据和方法有哪些呢?这就是我们今天要探讨的内容。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示我国航天领域的重大成就图片，能够迅速吸引学生的注意力，激发他们的民族自豪感和对化学学科的兴趣，使学生积极主动地参与到课堂学习中来。 2.联系实际应用：将反应热的计算与航天燃料燃烧、化工生产等实际应用相结合，让学生明白化学知识在实际生活中的重要性，使抽象的反应热计算变得具体而有意义。 3.引发思考，导入新课：提出关于反应热计算依据和方法的问题，自然地过渡到本节课的主题，引导学生带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和针对性。 教学任务一 反应热计算的引入 活动一 新课导入 【引入】在实际应用中，常常需要计算反应热。比如在化工生产中，我们要根据反应热来合理规划生产设备的热量供应与散失，以保证生产的高效与安全。那么有关反应热计算的依据和方法有哪些呢？这就是我们这节课要重点探讨的内容。 【设计意图】通过联系实际化工生产，让学生明白反应热计算在实际中的重要性，从而激发学生的学习兴趣和探索欲望。 【师生活动】 · 教师：提出问题“在实际应用中，常常需要计算反应热。那么有关反应热计算的依据和方法有哪些呢？”并结合化工生产的例子进行说明。 · 学生：思考老师提出的问题，对反应热计算的依据和方法产生好奇。 教学任务二 利用键能计算 活动一 知识讲解 【引入】我们知道，化学反应的本质是旧键的断裂和新键的形成，而键的断裂和形成会伴随着能量的变化。那么如何利用键能来计算反应热呢？ 【设计意图】引导学生从化学反应的本质出发，理解利用键能计算反应热的原理，建立知识之间的联系。 【师生活动】 · 教师：讲解利用键能计算 的原理，即 等于反应物的总键能减去生成物的总键能。通过具体的例子，如氢气和氯气反应生成氯化氢，详细说明旧键断裂吸收能量，新键形成释放能量，以及如何计算反应热。 · 例如：， 键能为 ， 键能为 ， 键能为 。 · 反应物总键能： · 生成物总键能： · · 学生：认真听讲，理解利用键能计算反应热的原理，并跟随老师的例子进行计算练习。 【对应训练1】联氨 是喷气式发动机和火箭常用的燃料，已知 ，，相关化学键的键能如下表所示，则 为（ ） 化学键 中氧氧键 键能 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】根据 等于反应物的总键能减去生成物的总键能，反应物的总键能为 ，生成物的总键能为 ，则 ，移项可得 。 【对应训练2】工业上可用 ，， 和 的结构如下： 共价键：、 键能分别为 、，利用上述信息估算的键能（用含、、 的代数式表示）。 【答案】 【解析】设 的键能为 ，反应物的总键能为 ，生成物的总键能为 ，则 ，移项可得 ，解得 。 教学任务三 利用能量图计算 活动一 知识讲解 【引入】除了利用键能计算反应热，我们还可以通过能量图来计算 。能量图能直观地展示反应过程中能量的变化情况。 【设计意图】让学生学会从能量图中获取信息，计算反应热，培养学生的读图能力和数据分析能力。 【师生活动】 · 教师：展示单峰图和多峰图等不同类型的能量图，讲解如何从能量图中确定反应物和生成物的能量，以及如何计算反应热。强调反应热等于生成物的总能量减去反应物的总能量。 · 学生：观察能量图，理解教师讲解的内容，尝试从图中找出反应物和生成物的能量，并进行反应热的计算。 【对应训练1】标准状态下，气态反应物和气态生成物的相对能量与反应历程如图所示 [已知 和 的相对能量为 ]，下列说法正确的是（ ） A. 的 B. 在历程 II 中作催化剂 C. 相同条件下， 的平衡转化率：历程 II > 历程 I D. 历程 II 中的一步反应的热化学方程式为 【答案】A 【解析】A选项， 是化学键的断裂过程，吸收能量，从图中可知断裂 键吸收的能量为 ，所以 ，A 正确；B选项， 在历程 II 中是中间产物，不是催化剂，B 错误；C选项，催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡转化率，C 错误；D选项，历程 II 中的一步反应 的 ，D 错误。 教学任务四 利用盖斯定律计算 活动一 知识讲解 【引入】有些反应的反应热很难直接测量，这时我们可以利用盖斯定律来计算。盖斯定律是化学反应热计算中的一个重要定律。 【设计意图】让学生了解盖斯定律的重要性和适用范围，掌握利用盖斯定律计算反应热的方法。 【师生活动】 · 教师：介绍盖斯定律的发现过程，通过具体的例子，如硫酸与水的逐步水合过程，讲解盖斯定律的内容，即 。并通过多个热化学方程式的组合，演示如何利用盖斯定律计算反应热。 · 学生：理解盖斯定律的内容，跟随老师的演示进行热化学方程式的组合和反应热的计算练习。 【对应训练1】植物不能缺少氮磷钾，钾元素同植物体内的许多代谢过程密切相关。已知 和 存在如图的热化学循环过程，可得 为（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】根据盖斯定律，将已知的热化学方程式进行组合，得到所求反应的热化学方程式，从而计算出 。具体组合过程根据题目所给的热化学循环过程进行分析，最终得出 。 【对应训练2】用 溶液吸收热电企业产生的废气时，涉及如下转化，由下图关系可得：____ 。 【答案】 【解析】根据盖斯定律，通过对已知热化学方程式进行加减运算，得到与 相关的热化学方程式，从而得出 的表达式。 教学任务五 利用燃烧热计算 活动一 知识讲解 【引入】在一些涉及燃烧反应的计算中，我们可以利用燃烧热来计算反应热。那么什么是燃烧热，又如何利用燃烧热来计算反应热呢？ 【设计意图】让学生明确燃烧热的概念和计算反应热的方法，培养学生对特定概念的理解和应用能力。 【师生活动】 · 教师：讲解燃烧热的概念，强调可燃物的物质的量必须是 ，燃烧条件为 下完全燃烧，且生成物必须为稳定的物质，并给出不同元素对应的稳定物质。讲解利用燃烧热计算反应热的公式 等于反应物的燃烧热之和减去生成物的燃烧热之和。 · 学生：认真听讲，理解燃烧热的概念和计算反应热的公式，记录不同元素对应的稳定物质。 【对应训练1】“嫦娥五号”着陆月球采样返回，“天问一号”着陆巡视器在火星着陆，“祝融号”火星车在火星表面进行科学实验。腾飞中国离不开化学，长征系列运载火箭使用的燃料有液氢、液态肼 、煤油等化学品。肼的燃烧热为 ，下列有关说法错误的是（ ） A. 煤油是不可再生资源 B. “祝融号”火星车使用的太阳能电池板将太阳能转化为电能 C. 运载火箭燃料使用的液氢燃烧的产物不污染环境，有利于实现“碳中和” D. 表示肼燃烧热的热化学方程式： 【答案】D 【解析】燃烧热是指 纯物质完全燃烧生成指定产物时放出的热量，这里的指定产物要求 生成，而 D 选项中生成的是，所以 D 错误。A 选项煤油是化石燃料，属于不可再生资源；B 选项太阳能电池板能将太阳能转化为电能；C 选项液氢燃烧产物是水，不污染环境，有利于实现“碳中和”，均正确。 教学任务六 利用活化能计算 活动一 知识讲解 【引入】反应的活化能与反应热之间也存在着一定的关系，我们可以利用活化能来计算反应热。 【设计意图】让学生了解活化能与反应热的关系，掌握利用活化能计算反应热的方法，拓宽学生的知识视野。 【师生活动】 · 教师：通过能量图，讲解正反应的活化能、逆反应的活化能与反应热的关系，即 等于正反应的活化能减去逆反应的活化能。结合具体的反应过程能量变化曲线，进行详细的分析和计算演示。 · 学生：观察能量图，理解教师讲解的内容，跟随演示进行活化能和反应热的计算练习。 【对应训练1】反应 分两步进行：① ，② 。反应过程能量变化曲线如图所示 (、、、 表示活化能)。下列说法不正确的是（ ） A. 三种化合物的稳定性： B. 反应的活化能为 C. 反应的 D. 加入催化剂不能改变反应的焓变 【答案】C 【解析】A 选项，物质的能量越低越稳定，从图中可知能量 ，所以稳定性 ，A 正确；B 选项， 反应的活化能就是从反应物 到过渡态所需的能量，即，B 正确；C 选项，反应的，C 错误；D 选项，催化剂只能改变反应的活化能，不能改变反应的焓变，D 正确。 教学任务七 根据题目信息计算 活动一 知识应用 【引入】在实际的题目中，我们可能会遇到各种不同的信息，需要根据这些信息来计算反应热。这就要求我们能够灵活运用所学的知识。 【设计意图】培养学生综合运用知识的能力，提高学生解决实际问题的能力。 【师生活动】 · 教师：给出一些包含不同信息的题目，如合成氨反应的历程和能量变化图、水煤气变换的反应历程图等，引导学生分析题目中的信息，选择合适的方法计算反应热。 · 学生：认真读题，分析题目中的信息，尝试运用所学的方法进行反应热的计算。教师巡视指导，及时纠正学生的错误。 【对应训练1】氨用途十分广泛，如氨是制造硝酸和氮肥的重要原料。工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。合成氨反应的历程和能量的变化如图所示，符号“·”可视为催化剂。在合成氨的基元反应中，决速步骤的活化能为 ________。 【答案】 【解析】活化能最大的基元反应对总反应速率影响最大，从图中可知决速步骤基元反应的活化能为 。 【对应训练2】水煤气变换 是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用 * 标注。 1. 水煤气变换的 ______ (填“”、“”或“”)。该历程中最大能垒 (活化能)_______。 【答案】（1） ；【解析】从图中可以看出，反应物的能量高于生成物的能量，所以。该历程中最大能垒（活化能）就是从反应物到过渡态所需的最大能量，即。 第二节 反应热的计算 课时2 反应热的计算 1. 利用键能计算ΔH · ΔH＝反应物的总键能 - 生成物的总键能 1. 利用能量图计算ΔH · 单峰图、多峰图 1. 利用盖斯定律计算ΔH · ΔH＝ΔH₁＋ΔH₂＋ΔH₃ 1. 利用燃烧热计算ΔH · 概念 · 注意事项 · 计算公式：ΔH＝反应物的燃烧热之和 - 生成物的燃烧热之和 1. 利用活化能计算ΔH · ΔH＝正反应的活化能 - 逆反应的活化能 1. 根据题目信息计算ΔH 1．杭州第19届亚运会火炬命名“薪火”，表达了亚运精神薪火相传，中华文明生生不息之意；“薪火”采用丙烷为燃料，火焰呈橙色。主火炬塔“钱江潮涌”采用废碳再生的绿色甲醇作为燃料，实现循环内碳的零排放，被称为“零碳甲醇”，助力打造首届碳中和亚运会。下列叙述正确的是 A．丙烷和甲醇的燃烧，实现了零碳排放的绿色亚运 B．废碳(CO₂)再生绿色甲醇原子利用率100% C．丙烷燃烧的热效应就是其燃烧热 D．丙烷和甲醇完全燃烧产物对大气无污染 【答案】D 【解析】A．丙烷燃烧会产生二氧化碳，不能实现零碳排放，A选项错误；B．废碳(CO₂)再生绿色甲醇，除了生成甲醇还有其他物质生成，原子利用率不是100%，B选项错误；C．丙烷燃烧的热效应不一定是其燃烧热，燃烧热要求是1mol丙烷完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，C选项错误；D．丙烷和甲醇完全燃烧产物为二氧化碳和水，对大气无污染，D选项正确。 2．在25°C，101kPa下，由稳定单质生成1mol化合物的反应焓变即为该化合物的标准摩尔生成焓根据下表所给的数据，下列说法正确的是 化合物 (NaCl s) (NaBr s) (NaI s) -411 -361 -288 A．根据标准摩尔生成焓定义可知稳定单质的为0 B．可推知键能：Cl - Cl > Br - Br > I - I C．可推知热稳定性：(NaCl s) < (NaBr s) < (NaI s) D．和NaI反应的热化学方程为 【答案】AD 【解析】A．根据标准摩尔生成焓的定义，最稳定单质的，A选项正确；B．由表格数据可知生成NaCl、NaBr、NaI的焓变逐渐增大，只能说明生成它们时的能量变化情况，不能直接得出键能大小关系，B选项错误；C．生成化合物时放出的热量越多，化合物越稳定，所以热稳定性：(NaCl s) > (NaBr s) > (NaI s)，C选项错误；D．根据盖斯定律，，D选项正确。 3．已知：。下列与化学反应能量变化相关的描述正确的是 A．中学阶段，反应热等于反应的焓变，用符号“”表示 B．有热量变化时一定发生了化学反应 C．石墨的燃烧热与金刚石的燃烧热，二者数值相同 D．常温下1mol与1mol在水溶液中反应，放出热量114.6kJ 【答案】A 【解析】A．在中学阶段，反应热等于反应的焓变，用符号“”表示，A选项正确；B．有热量变化时不一定发生了化学反应，如物质的溶解过程也可能有热量变化，B选项错误；C．石墨和金刚石是碳的不同单质，它们的能量不同，燃烧热数值不同，C选项错误；D．与反应除了生成水，还有硫酸钡沉淀生成，沉淀生成也会有能量变化，所以放出的热量不是114.6kJ，D选项错误。 4．下列说法中不正确的是 A．已知Sn(s，灰锡)⇌Sn(s，白锡) ，则灰锡更不稳定 B．1mol与足量反应生成1mol放出285.8kJ的热量，则的燃烧热为285.8kJ·mol⁻¹ C．；在一容器中通入1mol和3mol发生反应，测得放出的热量为9.2kJ，则a > 9.2 D．反应物的总能量高于生成物总能量的反应是放热反应 【答案】A 【解析】A．已知Sn(s，灰锡)⇌Sn(s，白锡) ，说明白锡能量高，能量越低越稳定，所以灰锡更稳定，A选项错误；B．燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，1mol与足量反应生成1mol放出285.8kJ的热量，则的燃烧热为285.8kJ·mol⁻¹，B选项正确；C．该反应是可逆反应，1mol和3mol不能完全反应，而是完全反应时的焓变，所以a > 9.2，C选项正确；D．反应物的总能量高于生成物总能量的反应是放热反应，D选项正确。 5．和均是有害气体，可在表面转化为无害气体，其反应原理如下：。有关化学反应的能量变化过程(图1)及物质变化过程(图2)如下。 回答下列问题： 图1中反应是______(填“放热”或“吸热”)反应，该反应______(填“需要”或“不需要”)环境先提供能量，该反应的______。 该反应的逆反应活化能是______。 若没有参与该转化过程，______，______。 【答案】（1） 放热；需要； - 226kJ/mol；（2） 360kJ/mol；（3） 增大；不变 【解析】（1） 由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应是放热反应；反应需要先克服一定的能量障碍，即需要环境先提供能量；反应物总能量 - 生成物总能量 = - 226kJ/mol。 （2） 逆反应活化能是指逆反应时反应物需要克服的能量障碍，由图可知为360kJ/mol。 （3） 催化剂能降低反应的活化能，若没有参与该转化过程，增大，但只与反应物和生成物的能量有关，所以不变。 在本节课的教学中，通过多种方式引导学生掌握反应热的计算方法，取得了一定的教学效果。在讲解过程中，结合具体的典例分析，让学生更直观地理解不同计算类型的应用，大部分学生能够跟上教学节奏。然而，也存在一些不足之处。部分学生在利用盖斯定律和根据题目信息计算反应热时存在困难，可能是对概念的理解不够深入，后续需要加强这方面的专项练习。 在教学方法上，可以增加更多的互动环节，鼓励学生主动思考和提问，提高学生的参与度。同时，对于拓展延伸的标准摩尔生成焓，讲解可以更加细致，帮助学生拓宽知识面。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$