1.2 反应热的测量和计算 第2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2 化学反应焓变的计算 一、知识目标 1. 构建盖斯定律模型，理解其本质，学会运用盖斯定律进行相关判断和计算。 1. 掌握利用键能、能量图、活化能计算反应热的方法和技巧。 1. 了解标准摩尔生成焓的概念，掌握根据标准摩尔生成焓计算反应焓变的公式。 二、素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观的化学反应热效应出发，深入理解盖斯定律的微观本质，能从微观角度分析反应热的计算方法。 2. 证据推理与模型认知：通过对盖斯定律示例的分析，建立解题思维模型，运用证据推理解决反应热计算问题。 3. 科学探究与创新意识：探究无法直接测定反应热的解决方法，培养创新思维和科学探究能力。 一、教学重点 盖斯定律的理解和应用，反应热的计算方法（利用键能、能量图、活化能、标准摩尔生成焓）。 二、教学难点 盖斯定律的应用思路（虚拟路径法、加和法），灵活运用不同方法进行反应热的计算。 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2《化学反应焓变的计算》。化学反应的热效应是化学学科的重要内容，对于理解化学反应的本质和能量变化具有关键作用。而化学反应焓变的计算则是在学习反应热概念和测量方法基础上的进一步深化，它为解决实际化学问题提供了重要的工具和方法。 教材首先通过火箭推进剂反应热的问题引入盖斯定律，这不仅体现了化学知识在航天等高科技领域的应用，也能激发学生的学习兴趣。接着详细阐述了盖斯定律的内容、本质以及应用思路，包括虚拟路径法和加和法，并通过具体的典型范例进行说明，帮助学生理解和掌握运用盖斯定律进行反应热计算的方法。在反应热的计算部分，教材介绍了利用键能、能量图、活化能以及标准摩尔生成焓等多种计算反应热的类型，并配有相应的例题，使学生能够全面系统地掌握反应热计算的依据和方法。 教学对象是高中生，他们在之前的化学学习中已经对化学反应中的能量变化有了一定的认识，了解了反应热的概念和测量方法，这为本节课的学习奠定了一定的知识基础。然而，化学反应焓变的计算相对抽象，对于学生的逻辑思维和计算能力有较高的要求。 在思维方面，高中生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对于一些直观的化学现象和概念能够较好地理解，但对于像盖斯定律这样较为抽象的理论，理解起来可能会存在一定的困难。他们需要通过具体的实例和形象的比喻来帮助理解，逐步建立起运用盖斯定律进行相关判断和计算的思维模型。 在知识储备上，虽然学生已经掌握了一些化学反应的知识，但对于反应热计算的多种方法还不够熟悉，尤其是利用标准摩尔生成焓进行反应热计算，这是一个全新的概念，需要教师在教学过程中进行详细的讲解和引导。同时，学生在计算能力和解题技巧方面也有待提高，需要通过大量的练习和实际应用来巩固所学知识，提高解题的准确性和效率。因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，采用合适的教学方法和手段，引导学生逐步掌握化学反应焓变的计算方法，培养学生的化学学科核心素养。 教学环节一 课堂导入 【播放视频】同学们，老师先给大家播放一段激动人心的视频。（播放我国北斗导航卫星发射的视频，展示火箭发动机喷射出熊熊火焰，卫星成功升空的壮观场景）大家看，火箭带着我们的航天梦想，成功地将卫星送入太空。而火箭发动机能产生如此强大的推力，离不开化学推进剂。它由燃料和氧化剂组成，发生化学反应后产生高温气体，推动火箭前进。 【提出问题】那么，大家有没有想过，火箭推进剂燃烧时释放出的巨大能量，也就是反应热，是怎么获得的呢？是不是可以通过实验直接测量出来呢？ 【展示实例】实际上，在科学研究和工业生产中，很多反应热确实可以通过实验直接测定，比如我们可以用氧弹热量计（展示氧弹热量计图片）来测量一些反应的热效应。但有些反应热就没那么容易直接测定了。就像碳和氧气反应生成一氧化碳这个反应：C(s)+O₂(g)=CO(g) ，碳燃烧时不可能全部生成一氧化碳，总会有一部分二氧化碳生成，很难控制反应的程度，所以这个反应的反应热就无法直接测定。可这个反应热在冶金工业中却非常有用，那我们能不能利用一些已知反应的反应热来计算它呢？ 【引出课题】带着这些疑问，今天我们就来学习化学反应焓变的计算，看看如何解决这些难以直接测定反应热的问题。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过播放精彩的卫星发射视频，展示火箭发射的壮观场面，能迅速吸引学生的注意力，激发他们对化学在航天领域应用的好奇心和探索欲望，使学生积极主动地参与到课堂学习中来。 2.联系实际应用：以火箭推进剂的反应热问题和冶金工业中碳反应热的测定难题为例，将抽象的化学知识与实际生产生活紧密联系起来，让学生感受到化学知识的实用性和重要性，提高他们学习化学的积极性。 3.引发思考，导入新课：提出关于反应热测量和计算的问题，引发学生的思考，自然地引出本节课要学习的化学反应焓变的计算这一主题，让学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，增强学习的主动性。 教学任务一 盖斯定律 活动一 盖斯定律的引入 【情景引入】自2000年中国发射第一颗北斗导航试验卫星至今，已护送60颗北斗导航卫星升空入轨，发射成功率100%。而火箭发动机一般选用化学推进剂，它是由燃料和氧化剂组成的，反应后产生高温气体用于火箭推进。那如何获得火箭推进剂燃烧时的反应热呢？在科学研究和工业生产中，常常需要了解反应热。许多反应热可以通过实验直接测定，但是有些反应热是无法直接测定的，比如对于化学反应，燃烧时不可能全部生成，总有一部分生成（难以控制反应的程度），因此该反应的反应热是无法直接测定的。那能否利用一些已知反应的反应热来计算其他反应的反应热呢？ 【师生活动】 · 教师提出问题，引导学生思考，展示相关的化学反应及实验难以测定反应热的原因。 · 学生思考教师提出的问题，积极参与讨论，尝试提出自己的想法。 【设计意图】通过北斗卫星发射的实例引入，激发学生的学习兴趣，让学生了解反应热测定在实际中的重要性以及存在的问题，从而引出盖斯定律，为后续学习做铺垫。 【对应训练1】下列关于反应热测定的说法正确的是（ ） A. 所有反应的反应热都可以通过实验直接测定 B. 对于，可以通过实验准确测定其反应热 C. 实验测定反应热时，不需要考虑反应的程度 D. 有些反应热无法直接测定，需要通过其他方法计算 【答案】D 【解析】A选项，有些反应热无法通过实验直接测定，如，A错误；B选项，燃烧时难以控制反应程度，总有一部分生成，不能准确测定该反应的反应热，B错误；C选项，实验测定反应热时，反应程度会影响结果，需要考虑，C错误；D选项，有些反应热无法直接测定，需要利用已知反应热来计算，D正确。 活动二 盖斯定律的内容及理解 【情景引入】化学家盖斯改进了拉瓦锡和拉普拉斯的冰量热计，从而较为准确地测量了许多化学反应的热效应。通过大量实验，盖斯提出：化学反应的热效应仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关，而与其中间步骤无关，这就是盖斯定律。为了更好地理解盖斯定律，我们来看一个生活中的例子，在上海搭乘地铁从汉中路到陕西南路，你可以选择以下任意一条路线。例如：路线1：乘地铁12号线沿途经过2个车站；路线2：乘地铁1号线沿途经过4个车站；路线X：……无论你选择哪条路线，只要起点站（始点）和终点站（终点）相同，经过闸机时，你所付的车费是一样的。化学反应热效应的计算与上述事例也有相似之处。无论化学反应遵循哪条路线进行，当中涉及多少步骤，只要反应的起始状态和最终状态相同，该化学反应的焓变都是相同的。 【师生活动】 · 教师讲解盖斯定律的内容，通过地铁乘车的例子进行类比，帮助学生理解。展示盖斯定律示例分析，如铜与氧气化合生成氧化铜的例子。 · 学生认真听讲，理解盖斯定律的内容，思考地铁例子与化学反应热效应计算的相似之处。分析教师给出的示例，计算不同路线的焓变，验证盖斯定律。 【设计意图】通过生活中的例子进行类比，将抽象的盖斯定律形象化，便于学生理解。通过具体的示例分析，让学生进一步掌握盖斯定律，明确一个反应若能分解成两步或更多步实现，则总反应的等于各分步反应的之和。 【对应训练2】已知反应，可以有两个途径：①由直接变成，反应热为；②由经过变成，再由变成，每步的反应热分别为、、。则与、、的关系是（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】根据盖斯定律，无论反应途径如何，只要起始状态和最终状态相同，反应的焓变相同。所以，A正确。 活动三 盖斯定律的解题应用思路 【情景引入】我们已经了解了盖斯定律，那如何运用盖斯定律来解题呢？下面我们介绍两种解题的应用思路。 【师生活动】 · 教师讲解盖斯定律解题的应用思路1：虚拟路径法，以为例，展示如何通过虚拟路径，利用已知反应热计算未知反应热。讲解应用思路2：加和法，通过具体的热化学方程式的加和过程，展示如何调整热化学方程式的方向、系数和，然后进行加和计算。 · 学生认真听讲，理解两种解题思路，跟随教师的讲解步骤，学习如何运用这两种方法解题。 【设计意图】让学生掌握运用盖斯定律解题的具体方法，通过实例分析，培养学生运用盖斯定律进行相关计算的能力。 【对应训练3】已知 ， ，则的为（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】根据盖斯定律，，则，A正确。 教学任务二 反应热的计算 活动一 利用键能计算 【情景引入】在实际应用中，常常需要计算反应热。那有关反应热计算的依据和方法有哪些呢？首先我们来看利用键能计算。化学反应的本质是旧键的断裂和新键的形成，旧键断裂吸收能量，新键形成释放能量，反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能。 【师生活动】 · 教师讲解利用键能计算的原理，通过具体的反应示例，如，展示如何根据键能计算反应热。给出联氨反应的典例，让学生计算相关的。 · 学生理解利用键能计算的原理，跟随教师的示例进行计算练习，尝试解答典例题目。 【设计意图】让学生掌握利用键能计算反应热的方法，通过具体的示例和典例练习，提高学生的计算能力。 【对应训练1】已知键能为，键能为，键能为，则的为（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】反应物的总键能生成物的总键能，A正确。 活动二 利用能量图计算 【情景引入】除了利用键能计算反应热，还可以利用能量图计算。反应热的能量图有单峰图和多峰图等不同类型。 【师生活动】 · 教师展示不同类型的能量图，讲解如何从能量图中获取信息，计算反应热。给出标准状态下，气态反应物和气态生成物的相对能量与反应历程的典例，让学生根据能量图判断相关说法的正确性。 · 学生观察能量图，学习从图中获取反应物和生成物的能量信息，计算反应热。解答典例题目，分析选项。 【设计意图】让学生掌握利用能量图计算反应热的方法，培养学生从图中获取信息和分析问题的能力。 【对应训练2】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，断裂个键，从图中可知个原子的能量比分子能量高，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，历程II的活化能低，反应速率快，相同条件下，的平衡转化率：历程II>历程I，C错误；D选项，历程II中的一步反应的热化学方程式为 ，D错误。 活动三 利用活化能计算 【情景引入】我们还可以利用活化能来计算反应热。在能量图中，表示正反应的活化能，表示逆反应的活化能，表示该反应的反应热，反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能。 【师生活动】 · 教师讲解利用活化能计算的原理，展示能量图，标注出正反应活化能、逆反应活化能和反应热。给出反应分两步进行的典例，让学生根据能量图判断相关说法的正确性。 · 学生理解利用活化能计算的原理，观察能量图，分析正反应活化能、逆反应活化能和反应热之间的关系。解答典例题目，判断选项。 【设计意图】让学生掌握利用活化能计算反应热的方法，提高学生从能量图中分析信息和解决问题的能力。 【对应训练3】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，反应的活化能为，B正确；C选项，反应的，C错误；D选项，加入催化剂能降低反应的活化能，但不能改变反应的焓变，D正确。 1.2 反应热的测量和计算 课时2 化学反应焓变的计算 一、盖斯定律 1. 定义：化学反应的热效应仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关，而与其中间步骤无关。 2. 解题思路 · 虚拟路径法 · 加和法 · 找出 · 调整 · 加和 · 求焓 · 检查 3. 应用 二、反应热的计算 1. 利用键能计算：(H =)反应物的总键能 - 生成物的总键能 1. 利用能量图计算 1. 利用活化能计算：(H =)正反应的活化能 - 逆反应的活化能 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，只有甲醇采用废碳再生，可实现循环内碳的零排放，A选项错误；B. 废碳再生绿色甲醇的过程中，除了生成甲醇还可能有其他副产物，原子利用率不一定是100%，B选项错误；C. 燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，丙烷燃烧的热效应只有在满足燃烧热定义的条件下才是其燃烧热，C选项错误；D. 丙烷和甲醇完全燃烧产物是二氧化碳和水，对大气无污染，D选项正确。 2.下列说法正确的是() A. 化学反应的反应热与反应过程有密切的关系 B. 化学反应的反应热取决于反应体系的始态和终态 C. 盖斯定律只是一条简单的自然规律，其实际作用不大 D. 有的化学反应过程没有能量变化 【答案】B 【解析】A. 根据盖斯定律，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，与反应过程无关，A选项错误；B. 化学反应的反应热取决于反应体系的始态和终态，B选项正确；C. 盖斯定律为反应热的研究提供了极大的方便，使一些不易测定或无法测定的化学反应的反应热可以通过推算间接求得，实际作用很大，C选项错误；D. 任何化学反应都伴随着能量变化，D选项错误。 3.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(∆fH),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) ∆fH/kJ·mol-1 -411 -361 -288 A. 根据标准摩尔生成焓定义可知稳定单质的(∆fH)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. (Cl_{2})和(NaI)反应的热化学方程为Cl2(g) + 2NaI(s) = I2(g) + 2NaCl(s)∆H=-246kJ/mol 【答案】AD 【解析】A. 根据标准摩尔生成焓的定义，最稳定单质的(∆fH=0)，A选项正确； B. 从表中数据只能看出化合物的生成焓，无法直接推出键能大小关系，B选项错误； C. 生成焓越小，化合物越稳定，所以热稳定性：(NaCl(s)>NaBr(s)>NaI(s))，C选项错误； D. 根据盖斯定律可以计算出Cl2(g) + 2NaI(s) = I2(g) + 2NaCl(s)的(∆H)，(∆H = 2(-411)-(-288)= -246kJ/mol)，D选项正确。 4.CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分，其高效的储放氧性能在CO＋NO的氧化还原催化循环中发挥了巨大作用。研究发现，NO先在CeO2催化剂表面形成强吸附性的N2O2二聚体，N2O2再与CO在CeO2表面反应生成N2O和CO2，该过程的能量变化曲线如图所示(吸附在CeO2表面的物种用*标注)。下列说法不正确的是 说明：“—–”表示化学键将要断裂或形成。 A. 该反应属于放热反应 B. 该过程中的最大活化能为0.8eV C. 该过程中伴随极性键和非极性键的断裂和形成 D. 若改用其他催化剂，其反应的(H)不变 【答案】C 【解析】A. 由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应属于放热反应，A选项正确； B. 反应的最大活化能为(( - 1.18eV)-( - 1.98eV)=0.8eV)，B选项正确； C. 该过程中(N2O2)与(CO)反应生成(N2O)和(CO2)，只涉及极性键的断裂和形成，没有非极性键的断裂，C选项错误； D. 催化剂只能改变反应的活化能，不能改变反应的焓变，若改用其他催化剂，其反应的(ΔH)不变，D选项正确。 5.(N2O)和(CO)均是有害气体，可在(Pt2O+)表面转化为无害气体，其反应原理如下：N2O(g)+CO(g)=CO2(g)+N2(g)) (ΔH)。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： （1）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ΔH= 。 （2）该反应的逆反应活化能是 。 （3）若没有(Pt2O+)参与该转化过程，Ea ，ΔH 。 【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，该反应是放热反应；反应需要先吸收一定的能量使反应物的化学键断裂，所以需要环境先提供能量；(H)等于反应物的总能量减去生成物的总能量，即(H = 134kJ/mol - 360kJ/mol=-226kJ/mol)。（2） 逆反应活化能等于正反应活化能与反应热的绝对值之和，所以逆反应活化能为(134kJ/mol + 226kJ/mol = 360kJ/mol)。（3） 催化剂能降低反应的活化能，若没有(Pt2O+)参与该转化过程，反应的活化能(Ea)增大，但催化剂不影响反应的焓变，(ΔH)不变。 在本次教学中，通过实际案例引入盖斯定律和反应热计算的内容，学生对抽象概念的理解有一定帮助。在讲解盖斯定律时，利用地铁路线的比喻让学生较好地理解了其本质，但在解题思路的应用上，部分学生仍存在困难，后续需加强针对性练习。反应热计算的三种方法中，利用键能计算部分学生对化学键的断裂和形成过程中的能量变化理解不够深入，可通过动画演示等方式强化。此外，在拓展延伸标准摩尔生成焓的内容上，学生接受较慢，应适当简化讲解，增加实例辅助理解。整体而言，需进一步优化教学方法，加强练习巩固，以提升学生的掌握程度。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$