1.2 反应热的测量和计算 第1课时（教学设计）化学沪科版2020选择性必修1

1.2 反应热的测量和计算 课时1 反应热的测量和热化学方程式 一、知识目标 1. 理解反应热测定的原理和方法，能根据实验数据计算反应热，分析产生误差的原因并完善和改进测定方法。 1. 明确热化学方程式的意义，学会书写热化学方程式，并能判断其书写的正误。 1. 了解中和反应反应热的概念，知道影响中和热数值的因素。 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热量的变化，从微观角度理解反应热产生的原因，能根据物质的状态和化学计量数分析反应热的变化。 2. 证据推理与模型认知：通过实验数据的处理和分析，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：通过设计和完成中和热的测定实验，培养科学探究能力和创新意识，体会实验探究在化学研究中的重要性。 一、教学重点 反应热的测量原理和方法、热化学方程式的书写。 二、教学难点 反应热测量过程中误差的分析和处理、热化学方程式书写的注意事项。 本节教学内容出自沪教版2020选择性必修1第一章《化学反应的热效应》中的1.2《反应热的测量和计算》课时1《反应热的测量和热化学方程式》。反应热是化学热力学的重要内容，它在化学研究和化工生产中有着广泛的应用，对于理解化学反应的能量变化本质和规律具有关键作用。 教材首先介绍了反应热测量的仪器——热量计，包括弹式热量计和简易热量计，并以盐酸与NaOH溶液的中和反应为例，详细阐述了使用简易热量计测定中和反应热的原理、实验步骤、数据处理以及误差分析等内容。这不仅让学生掌握反应热测量的基本方法，还培养了学生的实验操作能力和科学探究精神。接着引入热化学方程式的概念，通过与化学方程式的对比，让学生理解热化学方程式的意义和书写要求。教材通过多个示例和探究活动，引导学生逐步掌握热化学方程式的书写技巧和注意事项，使学生能够准确地用热化学方程式表示化学反应中的物质变化和能量变化。 教学对象是高中生，经过初中化学的学习，他们已经对化学反应中的能量变化有了一定的感性认识，知道一些化学反应会放热或吸热，但对于反应热的定量测量和精确表示还缺乏深入了解。在知识储备上，学生已经掌握了物质的量、溶液浓度等基本概念，具备了一定的化学计算能力，这为学习反应热的测量和热化学方程式的书写奠定了基础。然而，反应热的测量涉及到实验操作和数据处理，热化学方程式的书写需要考虑物质状态、化学计量数与反应热的关系等多个因素，对于学生来说具有一定的难度。 在思维能力方面，高中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逻辑推理能力和自主探究能力，但在处理复杂的化学问题时，还需要教师的引导和启发。因此，在教学过程中，教师应充分利用学生已有的知识和经验，通过实验演示、问题引导、小组讨论等方式，激发学生的学习兴趣，帮助学生理解和掌握反应热的测量和热化学方程式的书写，培养学生的科学思维和创新能力。 教学环节一 课堂导入 【分享生活实例】同学们，在日常生活中，大家有没有留意过一些化学反应中的热现象呢？比如，我们冬天使用的暖宝宝，撕开包装后它就会慢慢发热，给我们带来温暖；还有汽车发动机工作时，会产生大量的热，让我们的汽车能够正常行驶。这些热现象其实都和化学反应的反应热有关。 【提出问题引导思考】那么，大家有没有想过这些反应热是如何产生的，又该如何去测量呢？在化学研究和化工生产中，反应热可是非常重要的一个参数。比如在化工生产中，我们需要知道一个反应是放热还是吸热，放出或吸收多少热量，这样才能合理地设计反应装置，控制反应条件，提高生产效率，降低成本。就像合成氨工业，它是一个重要的化工生产过程，反应热的准确测量和计算对于生产的顺利进行至关重要。那我们该如何测量反应热呢？又该如何准确地表示化学反应的反应热呢？带着这些问题，让我们一起走进今天的学习内容——反应热的测量和热化学方程式。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过列举生活中常见的暖宝宝发热和汽车发动机产热的例子，让学生直观地感受到化学反应中的热现象就在身边，从而激发他们对反应热知识的好奇心和学习兴趣，提高课堂参与度。 2.联系实际应用：介绍反应热在化工生产中的重要性，如合成氨工业，让学生明白化学知识与实际生产密切相关，增强学生对化学学科的重视程度，认识到化学的实用性。 3.引发思考，导入新课：提出关于反应热测量和表示方法的问题，引导学生思考，自然地过渡到本节课的主题，使学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学任务一 反应热的测量 活动一 反应热测量的引入 【引入】许多化学反应的反应热可以通过实验来测量。在化学研究和化工生产中，有许多实际问题要借助于热化学数据才能得以解决。那么，我们该如何测量反应热呢？ 【问题】大家能举例说说在生活中哪些地方会涉及到反应热的测量吗？ 【学生思考】学生们可能会举例如燃烧燃料取暖、化学反应中的能量变化等。 【讲解】大家举的例子都很不错，这说明反应热在我们生活和生产中是很常见的。下面我们就来学习反应热的测量。 设计意图：通过生活实例引入，让学生感受到化学与生活的紧密联系，激发学生的学习兴趣。 【对应训练1】下列关于反应热测量的说法正确的是（ ） A. 所有反应热都能通过实验测量 B. 反应热测量只在化学研究中有意义 C. 反应热测量有助于解决化工生产中的实际问题 D. 反应热测量与生活无关 【答案】C 【解析】并不是所有反应热都能通过实验测量，A错误；反应热测量在生活和化工生产等方面都有意义，B、D错误；反应热测量有助于解决化工生产中的实际问题，C正确。 活动二 反应热测量的仪器和原理 【问题】测量反应热的仪器叫什么呢？ 【学生回答】测量反应热的仪器称为热量计，有弹式热量计和简易热量计。 【讲解】对，我们重点来学习用简易热量计测定中和反应的反应热。以盐酸与(NaOH)溶液反应为例，反应过程中会放出热量，导致体系与环境之间的温度产生差异。我们可以根据测得的体系的温度变化和有关物质的比热容等来计算反应热，其计算公式为(Q = -cm(t2 - t1))，其中(c)是水的比热容，(m)是溶液的总质量，(t1)、(t2)分别是反应前和反应后体系的温度，(Q)是反应热。常温下，液态水的比热容为(4.18J/(g·C))。 设计意图：让学生了解反应热测量的仪器和基本原理，为后续实验操作打下基础。 【对应训练2】已知某反应中溶液质量为(m)，比热容为(c)，反应前温度为(t1)，反应后温度为(t2)，则反应热(Q)为（ ） A. (cm(t2 - t1)) B. (-cm(t2 - t1)) C. (cm(t1 - t2)) D. (-cm(t1 - t2)) 【答案】B 【解析】根据反应热计算公式(Q = -cm(t2 - t1))，B正确。 活动三 用简易热量计测定中和反应的反应热实验操作 【问题】下面我们来看用简易热量计测定中和反应的反应热的具体实验步骤。第一步是什么呢？ 【学生阅读回答】用量筒量取(50mL0.50mol·L-1})盐酸，倒入简易热量计中，用温度传感器测量盐酸的温度，记录数据。 【讲解】很好，第二步是用量筒量取(50mL0.55mol·L-1NaOH)溶液，倒入烧杯中，调节其温度，使之与热量计中盐酸的温度相同。第三步是把搅拌磁子放入热量计中，盖好杯盖。启动应用程序，打开磁力搅拌器，开始采集数据。第四步是打开杯盖上的橡皮塞，将(NaOH)溶液沿漏斗迅速全部倒入热量计中，塞紧橡皮塞。待温度平稳后，停止采集，将起始温度和最高温度的数据记录在表格中。再重复实验步骤（1）～（4）两次。 设计意图：通过详细讲解实验步骤，让学生掌握实验操作方法，培养学生的实验操作能力。 【对应训练3】在中和热测定实验中，将(NaOH)溶液倒入盐酸中时，下列操作正确的是（ ） A. 缓慢倒入B. 分多次倒入C. 迅速全部倒入D. 以上操作都可以 【答案】C 【解析】为了减少热量损失，提高实验的准确性，应将(NaOH)溶液迅速全部倒入热量计中，C正确。 教学任务二 热化学方程式 活动一 热化学方程式的引入和示例分析 【引入】化学反应一般都有反应热，那么我们应该如何表示化学反应的反应热呢？ 【问题】大家看普通化学方程式(H2 + Cl2=2HCl)和热化学方程式(H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g)) (∆H = -184.6 kJ/mol)，它们有什么不同呢？ 【学生思考回答】普通化学方程式只表明了化学反应中的物质变化，没有表明其中的能量变化；热化学方程式不仅表明了物质变化，还表明了反应所释放或吸收的热量。 【讲解】非常正确，热化学方程式就是表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式。我们再来看不同物质状态和化学计量数对反应热的影响。比如在(25℃)和(101kPa)下，(1mol)气态(H2)与(0.5mol)气态(O2)反应生成(1mol)气态(H2O)时，放出(241.8kJ)的热量，如果生成的是(H2O(l))，反应热就不一样了，(H2(g) + O2(g) = H2O(l)) (∆H = -285.8 kJ/mol) 。这说明热化学方程式书写时，要标注物质的状态。 设计意图：通过对比普通化学方程式和热化学方程式，让学生理解热化学方程式的意义和特点。 【对应训练1】下列热化学方程式书写正确的是（ ） A. (H2 + O2 = H2O) (∆H = -285.8 kJ/mol) B. (H2(g) + O2(g) = H2O(g)) (∆H = -241.8 kJ) C. (2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)) (∆H = -571.6 kJ/mol) D. (H2(g) + O(g) = H2O(l)) (∆H = 285.8 kJ/mol) 【答案】C 【解析】A选项没有标注物质状态，错误；B选项(H)的单位应该是(kJ/mol)，错误；D选项放热反应(H)应该小于(0)，错误；C正确。 活动二 热化学方程式的书写 【问题】书写热化学方程式还需要注意什么呢？ 【学生阅读回答】1. 在右端注明热量的变化：吸热反应，(∆H>0)；放热反应，(∆H<0)。2. 绝大多数(H)是在(25℃)、(101kPa)下测定的，此时可不注明温度和压强。3. 化学计量数不表示分子数或原子个数，仅表示物质的量（可以是整数，也可以是分数）。4. 一般不要求写反应条件，不用“↑”和“↓”，不用“→”而用“＝”“⇌” 表示。5. 同素异形体需额外标注名称，如(石墨(C)，金刚石(C))。6. 要注明反应物和生成物的聚集状态，气态、液态、固态、溶液分别用(g)、(l)、(s)、(aq)表示。7. (∆H)数值与化学计量数相对应（化学计量数加倍，(∆H)值也加倍）。8. 正逆反应的(∆H)绝对值相等，符号相反。 【讲解】总结得很全面，下面我们通过具体例子来练习书写热化学方程式。设计意图：让学生掌握热化学方程式的书写要求，培养学生的书写能力。 【对应训练2】依据反应事实，写出(1molN2(g))与适量(H2(g))反应，生成(NH3(g))，放出(92.2kJ)热量的热化学方程式。 【答案】(N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)) (∆H = -92.2 kJ/mol) 【解析】根据热化学方程式的书写要求，注明物质状态和反应热，化学计量数表示物质的量，该反应是放热反应，∆H小于0。 活动三 热化学方程式的应用 【问题】已知(2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)) (∆H = -571.6 kJ/mol)，那么(H2(g) + O2(g) = H2O(l))的(∆H)是多少呢？ 【学生思考回答】因为化学计量数变为原来的一半，所以(∆H)也变为原来的一半，即(∆H = -285.8 kJ/mol)。 【讲解】非常正确，这体现了(∆H)数值与化学计量数相对应的特点。热化学方程式在化学研究和化工生产中有很多应用，我们要熟练掌握其书写和应用。设计意图：通过具体计算，让学生理解(∆H)与化学计量数的关系，提高学生运用热化学方程式解决问题的能力。 【对应训练3】已知(H2(g) + I2(g)= 2HI(g)) (∆H = -14.9 kJ/mol)，则(2HI(g) =H2(g) + I2(g))的(∆H)为（ ） A. (+14.9 kJ/mol) B. (-14.9 kJ/mol) C. (+7.45 kJ/mol) D. (-7.45 kJ/mol) 【答案】A 【解析】正逆反应的(H)绝对值相等，符号相反，所以(2HI(g) =H2(g) + I2(g))的(∆H = +14.9 kJ/mol)，A正确。 1.2 反应热的测量和计算 课时1 反应热的测量和热化学方程式 一、反应热的测量 1.测量仪器 · 弹式热量计 · 简易热量计 2.原理及公式 · Q＝－c·m·(t₂－t₁) 3.中和反应热测量 · 实验步骤 · 量取酸、碱溶液，测温度 · 混合反应，记录温度 · 重复实验 · 数据处理 · 取平均温度差 · 计算反应热 · 注意事项 · 准确测温度 · 减少热量散失 · 影响因素 · 酸、碱性质 二、热化学方程式 1.意义 · 表明物质变化和能量变化 2.书写要求 · 注明物质状态（g、l、s、aq） · 注明热量变化（ΔH，吸热>0，放热<0） · 化学计量数与ΔH对应 · 一般不写反应条件，用“＝”“⇌” · 同素异形体标注名称 1.下列有关热化学方程式的说法错误的是（ ） A．热学化方程式未注明温度和压强时，ΔH表示标准状况下的数据 B．热化学方程式中，各物质的化学计量数不表示分子个数，只代表该物质的物质的量 C．同一化学反应，化学计量数不同，则ΔH不同；化学计量数相同而状态不同，ΔH也不同 D．化学反应过程中所吸收或放出的热量与参加反应的物质的物质的量成正比 【答案】A 【解析】热化学方程式未注明温度和压强时，ΔH表示25°C、101kPa下的数据，而不是标准状况（0°C、101kPa）下的数据，A选项错误；热化学方程式中化学计量数只表示物质的量，不表示分子个数，B选项正确；同一反应，化学计量数不同，反应热不同，物质状态不同，反应热也不同，C选项正确；反应热与参加反应的物质的物质的量成正比，D选项正确。 2.在实验室进行中和热测定实验，下列有关叙述错误的是（ ） A．大小烧杯之间塞满碎泡沫，目的是减少热量损失 B．测量终止温度时，应当记录混合溶液的最高温度 C．为了使酸碱充分反应，应当缓慢分次倒入NaOH溶液并搅拌 D．可用塑料材质的环形搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒 【答案】C 【解析】大小烧杯之间塞满碎泡沫可以起到保温作用，减少热量损失，A选项正确；测量终止温度要记录混合溶液的最高温度，B选项正确；若缓慢分次倒入NaOH溶液，会使热量散失，导致实验误差增大，应一次迅速倒入，C选项错误；塑料材质的环形搅拌棒可以代替环形玻璃搅拌棒，且能减少热量损失，D选项正确。 3．强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应为H⁺(aq)＋OH⁻(aq)=H₂O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol⁻¹。分别向1L0.5mol·L⁻¹的NaOH溶液中加入①浓硫酸、②稀硫酸、③稀盐酸，恰好完全反应的热效应分别为ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃，下列关系正确的是（ ） A．ΔH₁>ΔH₂>ΔH₃ B．ΔH₁<ΔH₂<ΔH₃ C．ΔH₁<ΔH₂＝ΔH₃ D．ΔH₁＝ΔH₂<ΔH₃ 【答案】C 【解析】浓硫酸溶于水会放出大量的热，所以①浓硫酸与NaOH溶液反应放出的热量最多，但ΔH为负值，所以ΔH₁最小；②稀硫酸和③稀盐酸都是强酸的稀溶液，与NaOH溶液发生中和反应生成1mol水时放出的热量都为57.3kJ，所以ΔH₂＝ΔH₃，故ΔH₁<ΔH₂＝ΔH₃，C选项正确。 4.已知：H⁺(aq)＋OH⁻(aq)=H₂O(l) ΔH₁＝－57.3 kJ·mol⁻¹，1/2H₂SO₄(浓，aq)＋NaOH(aq)=1/2Na₂SO₄(aq)＋H₂O(l)ΔH₂＝mkJ·mol⁻¹，下列说法正确的是（ ） A．上述热化学方程式中的化学计量数表示物质的量 B．ΔH₁<ΔH₂ C．ΔH₂＝－57.3kJ·mol⁻¹ D．|ΔH₁|>|ΔH₂| 【答案】A 【解析】热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量，A选项正确；浓硫酸溶于水放热，所以1/2H₂SO₄(浓，aq)与NaOH溶液反应放出的热量比H⁺(aq)＋OH⁻(aq)=H₂O(l)放出的热量多，ΔH为负值，所以ΔH₁>ΔH₂，B选项错误；ΔH₂<-57.3kJ·mol⁻¹，C选项错误；|ΔH₁|<|ΔH₂|，D选项错误。 5．已知下列两个热化学方程式：2H₂(g)＋O₂(g)===2H₂O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol⁻¹，C₃H₈(g)＋5O₂(g)===3CO₂(g)＋4H₂O(l)ΔH＝－2220kJ·mol⁻¹。请根据上面两个热化学方程式，回答下列问题： （1）H₂的燃烧热为________________，C₃H₈的燃烧热为________________。 （2）1molH₂和2molC₃H₈组成的混合气体完全燃烧释放的热量为____________。 （3）现有H₂和C₃H₈的混合气体共5mol，完全燃烧时放热3846.75kJ，则在混合气体中H₂和C₃H₈的体积比是________。 【答案】（1）285.8 kJ·mol⁻¹；2220 kJ·mol⁻¹ （2）4725.8 kJ （3）3∶1 【解析】（1）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，所以H₂的燃烧热为571.6kJ·mol⁻¹÷2 = 285.8 kJ·mol⁻¹，C₃H₈的燃烧热为2220 kJ·mol⁻¹。（2）1molH₂完全燃烧放出的热量为285.8kJ，2molC₃H₈完全燃烧放出的热量为2×2220kJ = 4440kJ，所以混合气体完全燃烧释放的热量为285.8kJ + 4440kJ = 4725.8kJ。（3）设混合气体中H₂的物质的量为xmol，则C₃H₈的物质的量为(5 - x)mol，根据放出的热量可列方程：285.8x + 2220(5 - x) = 3846.75，解得x = 3.75mol，则C₃H₈的物质的量为5 - 3.75 = 1.25mol，所以H₂和C₃H₈的体积比等于物质的量之比，为3.75∶1.25 = 3∶1。 在本次教学中，通过讲解反应热的测量和热化学方程式的相关知识，学生对化学反应中的能量变化有了更深入的理解。在反应热测量实验的讲解中，结合实际操作步骤和注意事项，学生较好地掌握了实验原理和数据处理方法。但在热化学方程式的书写教学中，部分学生对物质状态的标注和化学计量数与ΔH的对应关系掌握不够熟练，需要在后续练习中加强巩固。在今后的教学中，可以增加更多的实例分析和课堂练习，及时反馈学生的学习情况，调整教学方法，以提高教学效果。同时，鼓励学生积极参与实验设计和讨论，培养学生的科学思维和实践能力。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$