第1节 化学反应的热效应 第2课时（教学设计）化学鲁科版2019选择性必修1

第1节化学反应的热效应 第2课时化学反应的内能变化与焓变 一、知识目标 1.理解化学反应的内能变化和焓变的概念，明确内能、焓、焓变的符号、单位及影响因素。 2.掌握的关系式，理解在特定条件下与的关系，以及等压反应中反应热与焓变的关系。 3.能从宏观和微观角度认识反应热，会根据反应物和生成物的总焓、断键吸收能量和成键放出能量计算反应热。 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，能根据物质的种类、状态等判断反应是吸热还是放热；从微观上理解化学反应中能量变化的本质是化学键的断裂和形成。 2.证据推理与模型认知：通过对实验数据和能量变化示意图的分析，建立反应热计算的模型，能运用模型进行相关计算和判断。 3.科学态度与社会责任：认识化学反应中的能量变化在生产生活中的应用，培养合理利用能源的意识。 1、 教学重点 化学反应的内能变化和焓变。 二、教学难点 化学反应的焓变，对焓、焓变概念的理解，以及从微观角度分析反应热。 本节教学内容出自选择性必修一《化学反应原理》第一章第一节《化学反应的热效应》的第2课时《化学反应的内能变化与焓变》。化学反应中的能量变化是化学学科的重要研究领域，而内能变化与焓变是理解化学反应热效应的关键概念，在整个化学知识体系中具有重要地位。 按照课程标准要求，学生需要理解化学反应的内能变化和焓变，并能从不同角度认识反应热。教材先从日常生活中化学能的转化现象引入，引导学生思考化学反应中能量变化的原因，进而介绍内能的定义、符号及变化计算。接着引入体系和环境的概念，阐述热和功的形式以及它们与内能变化的关系。在此基础上，引出焓和焓变的概念，明确焓变与等压反应热的关系。最后从宏观和微观两个角度深入认识反应热，通过具体的化学反应实例进行分析和计算，帮助学生巩固所学知识。教材内容编排由浅入深，逻辑清晰，注重理论与实际相结合，有助于学生逐步建立起对化学反应能量变化的完整认识。 教学对象是高二学生，他们已经具备了一定的化学基础知识和学习能力。在初中阶段，学生对化学反应中的能量变化有了初步的了解，知道化学反应会伴随着热量的释放或吸收，但对于能量变化的本质原因和具体的定量计算还缺乏深入认识。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，他们开始能够接受较为抽象的化学概念和理论，但在理解和应用过程中可能还会遇到一定困难。 由于内能、焓变等概念较为抽象，学生在学习过程中可能会感到困惑。同时，涉及到热、功、内能变化和焓变等多个物理量之间的关系，以及从宏观和微观角度分析反应热，对学生的逻辑思维和综合分析能力提出了较高要求。因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，结合生活实例和具体的化学反应，采用直观的教学方法和手段，帮助学生理解抽象概念，逐步培养学生的科学思维和分析问题、解决问题的能力。此外，还应注重引导学生将所学知识与实际应用相结合，提高学生的学习兴趣和学习效果。 教学环节一 新课导入 【引导学生分享】同学们，在日常生活中，我们会接触到各种各样的能量转化现象。现在请大家开动脑筋，想一想，你们都见过哪些把化学能转化成光能、热能和电能的例子呢？给大家几分钟时间，和小组内的同学交流一下，然后每个小组派代表来分享。（给学生足够时间交流讨论，鼓励各小组代表发言，如可能会提到燃烧蜡烛发光发热、电池供电等） 【引入化工生产实例】大家分享得都非常精彩，看来生活处处有化学。其实在化工生产中，化学能的转化更为重要。比如合成氨工业，它是世界上最重要的化工生产之一。在合成氨的过程中，氮气和氢气在高温、高压和催化剂的条件下反应生成氨气，这个反应会放出大量的热。这些热量不仅可以用来维持反应所需的温度，还可以通过能量回收装置转化为电能，为工厂的其他设备供电。然而，在这个过程中，如何精确控制反应的能量变化，让反应既高效又节能，是科学家和工程师们一直在研究的问题。那么，化学反应中的能量变化到底是怎么产生的呢？它又和哪些因素有关呢？带着这些问题，让我们一起走进今天的学习内容——化学反应的内能变化与焓变。 设计意图 1 .激发学生兴趣：通过让学生分享生活中化学能转化的例子，调动学生的生活经验，激发他们对化学知识的兴趣和好奇心，使学生积极参与到课堂讨论中来。 2. 联系实际生产：引入合成氨工业这一重要的化工生产实例，让学生了解化学知识在实际生产中的应用，认识到化学对于社会发展的重要性，增强学生学习化学的动力和使命感。 3. 引发思考，导入新课：从化工生产中能量控制的问题，引出本节课关于化学反应内能变化和焓变的主题，让学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 化学反应的内能变化 【图片展示】化学能转化成光能、热能和电能等的图片。 【学生思考】那化学反应中为什么会有能量的变化呢？ 【回答】旧化学键的断裂需收能量，新化学键的形成释放能量 【讲解】评价、强调：非常好，这两个能量不同产生能量变化。这其实与反应物本身的内能有关，而内能受物质的种类、数目及聚集状态和外界的温度压强等外界条件影响。 【学生思考】请大家阅读教材内容，回答内能的定义、符号以及内能变化的计算公式是什么？ 【学回答生】体系内物质所含各种微观粒子的能量总和就是内能，符号是，内能的变化(反应产物)- U(反应物)。 【讲解】评价、强调：非常正确。微观粒子的能量包括分子的平动、转动、振动，电子运动，原子核运动等各种形式运动的动能，以及微观粒子之间相互作用的势能。当(反应产物) ＞(反应物)时，反应吸收能量；当(反应产物) ＜(反应物)时，反应放出能量。 【问题思考】体系和环境之间能量的交换有热和功两种形式，请大家阅读教材中知识支持P5关于热和功的内容，回答热和功的符号规定以及内能变化与热和功的关系是什么？ 【学生回答】由于体系和环境的温度不同而在体系和环境之间交换的能量称为热，用符号表示，体系吸热时取正值，体系放热时取负值；除热能外，体系与环境之间交换的其他形式的能都称为功，用符号表示，环境对体系做功时取正值，体系对环境做功时取负值。内能变化。 【讲解】评价、强调：非常好。如果反应过程中体系没有做功（如反应前后体系体积不变且没有做电功等其他功），则。当时，反应吸热；当时，反应放热。 【正误判断】 1、我们能根据内能的绝对值计算内能的变化吗？ 2、内能的变化等于反应热吗？ 【学生回答】1.不能2.不一定 【评价】非常好，迄今为止，科学家还无法通过理论计算或实验测定得知物质内能的绝对值。 化学反应体系与环境进行能量交换可以以热和功两种形式呈现 【小结】人为划定的研究对象（物质系统）称体系，体系以外的其他部分称环境。 如果反应过程中体系没有做功（如反应前后体系体积不变且没有做电功等其他功），则 △U = Q，Q＞0，反应吸热；Q＜0，反应放热 设计意图 通过逐步讲解，使学生从定义、影响因素、变化表达式等方面全面理解内能变化，明确能量交换的形式及内能变化与它们的关系，为后续学习焓变奠定基础。 教学环节三 化学反应的焓变 活动一 认识焓和焓变的概念 【引入】在等压反应中，科学家重新定义了一个称为“焓”的物理量，用它的变化来描述等压反应的反应热。下面我们来认识一下焓和焓变。 【问题】请大家阅读教材内容，回答焓的定义、符号、单位、影响因素以及焓变的定义、符号、单位、表达式和意义分别是什么？ 【学生思考】回答：焓是与能量有关的物理量，符号是，单位是（或），影响因素有物质的种类、数目、聚集状态和体系的温度、压强等。焓变是反应产物的焓与反应物的焓之差，符号是，单位是（或），表达式是(反应产物) - H(反应物)，意义是用来表示等压反应的反应热。 【讲解】评价、强调：非常准确。需要注意的是，在等压反应中，无其它功的条件下，这时体系与环境间只有体积功和热的形式进行能量交换。H = U + pV式中：U为内能，p为压强，V为体积。 在等压反应中，当反应中物质的能量变化没有电能、光能等其他形式的能量发生转化时，反应热。 设计意图 通过逐步讲解，模型建构帮助学生理解焓、焓变的概念突破本节课的难点 活动二 理解焓变与放热反应和吸热反应的关系 【引入】我们已经知道了焓变的概念，那焓变和放热反应、吸热反应有什么关系呢？ 【问题】请大家阅读教材内容，回答焓变与放热反应和吸热反应的关系是什么？ 【学生思考】回答：吸热反应中为“＋”或；放热反应中为“－”或。 【讲解】评价、强调：正确。当时，越小，放出热量越多；当时，越大，吸收热量越多。 【即时应用】例1、在25℃和101 kPa下，1 molH2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时放出184.6 kJ的热量，则该反应的反应热为: 例2、在25 ℃和101 kPa下，1 mol C(如无特别说明，C均指石墨)与1 mol H2O(g)反应，生成1 mol CO和1 mol H2,需要吸收131.5 kJ的热量，则该反应的反应热为: 【学生演板】例1、ΔH= -184.6 kJ/mol例2、ΔH= +131.5 kJ/mol 【注意】 1. 必须带有“＋”或“－” 2.必须标出的ΔH单位 kJ/mol ΔH<0时，ΔH越小，放出热量越多ΔH>0时，ΔH越大，吸收热量越多。 设计意图 通过重点关键解析，键能计算等多角度论证焓变的本质帮助学生理解焓、焓变的及相关关系，突破本节课的难点。 教学环节四 认识反应热 活动一 从宏观角度认识反应热 【引入】反应热可以从宏观和微观两个角度来认识，首先我们从宏观角度看看。 【问题】请大家观察课件中反应物和反应产物焓的变化图，回答从宏观角度如何认识反应热？ 【学生思考】回答：反应物的总焓与反应产物的总焓不相同，(反应产物总焓)(反应物总焓)，当时是放热反应，当时是吸热反应。 【讲解】评价、强调：非常好。从宏观角度看，反应热就是反应前后体系焓的变化。 设计意图 通过借助图形使知识具象化帮助学生从宏观角度认识反应热 活动二 从微观角度认识反应热 【引入】除了宏观角度，我们还可以从微观角度来认识反应热。 【问题】请大家阅读课件中关于化学键断裂和形成的内容，回答化学反应中能量变化的主要原因是什么，以及如何从微观角度计算反应热？ 【学生思考】回答：化学反应中能量变化的主要原因是旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成放出能量。＝反应物断键吸收的总能量E1－反应产物成键放出的总能量E2。 【讲解】评价、强调：正确。当反应物断键吸收的总能量大于反应产物成键放出的总能量时，反应吸热；反之，反应放热。即E1＞E2 吸热反应；E1＜E2 放热反应 【定量计算】 断键吸收能量： 成键放出能量： 436 KJ + 243 kJ = 679 kJ 431 kJ + 431 kJ = 862 kJ ΔH = -183 kJ/mol 【图形解析】 焓 反应进程 反应物 反应产物 E吸 E放 焓 反应进程 反应产物 反应物 E放 E吸 放热反应 ΔH<0 吸热反应 ΔH>0 【小结】 ΔH只与始末状态有关与过程无关 设计意图 从定量计算和图形解析两个角度帮助学生认识反应热，使学生对反应热有更全面、深入的理解。 活动三 课堂例题精炼强化理解 例1、反应 A+B= C(ΔH<0)分两步进行: ①A+B→ X(ΔH>0) ②X→C(ΔH<0)。下列图中能正确表示总反应过程中能量变化的是（ ） 【答案】B 例2、断开 1mol H－H键、1mol N－H键、1mol N≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则 1 mol N2生成NH3的反应热为 ， 1 mol H2生成NH3的反应热为 。 【答案】－92.0 kJ/mol －30.67 kJ/mol 例3、化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，下列说法正确的是(　　) A、该反应是吸热反应 B、断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键能放出x kJ的能量 C、断裂2 mol A—B键时需要吸收y kJ的能量 D、2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量 【答案】C 设计意图： 通过例题练习，巩固学生所学知识，检验学生的掌握程度，同时让学生熟悉相关知识点的应用。 化学反应的内能变化与焓变 ΔU＞0 反应吸收能量；ΔU＜0反应放出能量 内能变化 符号：U ΔU = U(反应产物) - U(反应物) 恒压反应热 焓变 ΔH＞0 反应吸热；ΔH＜0反应放热 符号：ΔH 单位：kJ·mol-1 ΔH＝H(反应产物)－H(反应物) 反应前后焓的变化 断键吸热、成键放热 ΔH＝E(反应物键能)－E(反应产物键能) ΔH＝H(反应产物)－(反应物) 宏观认识 微观理解 反应热 第1章 化学反应与能量转化 第2课时：化学反应的内能变化与焓变 一、化学反应的内能变化 1.定义：体系内物质所含各种微观粒子的能量总和 2.符号：U 3.内能的变化： 4.能量交换形式 o热（Q）：体系吸热Q取正，放热Q取负 o功（W）：环境对体系做功W取正，体系对环境做功W取负 o（无其他功时） 二、化学反应的焓变 1.等压反应：反应前后压强不变 2.焓 o定义：与能量有关的物理量 o符号：H o单位：J、kJ o影响因素：物质种类、数目、聚集状态、温度、压强 3.焓变 o定义：反应产物的焓与反应物的焓之差 o符号： o单位：kJ/mol、 o表达式： o意义：描述等压反应的反应热 4.焓变与吸放热反应关系 o吸热反应：为“＋”或 o放热反应：为“－”或 三、认识反应热 1.宏观角度： 2.微观角度：＝反应物断键吸收的总能量－反应产物成键放出的总能量 1.下列关于反应 的说法中，正确的是 (　　) A. 时，反应释放能量 B. 时，反应释放能量 C. D. 【答案】B 【解析】，当，即，反应放出能量；当，即，反应吸收能量，A选项错误，B选项正确。化学反应体系与环境进行能量交换可以以热和功两种形式呈现，，只有当反应过程中体系没有做功（如反应前后体系体积不变且没有做电功等其他功），才有，C选项错误。焓变是用于描述等压反应的反应热，只有在等压且无其他功的条件下，才等于反应热，与并不一定相等，D选项错误。 2.下列关于反应热和焓变的理解正确的是(　　) A. 任何条件下，化学反应的焓变都等于反应热 B. 反应产物的总焓大于反应物的总焓时，＞0 C. 所有化学反应的反应热都可以通过实验直接测量 D. 放热反应的＞0，吸热反应的＜0 【答案】B 【解析】只有在等压且反应中物质的能量变化没有电能、光能等其他形式的能量发生转化时，化学反应的焓变才等于反应热，A选项错误。，当反应产物的总焓大于反应物的总焓时，＞0，B选项正确。有些化学反应的反应热很难通过实验直接测量，比如一些反应速率过慢、反应条件苛刻等情况，C选项错误。放热反应中为“－”或，吸热反应中为“＋”或，D选项错误。 3.下列变化为放热的化学反应的是(　　) A. 　＝－44.0 kJ/mol B. 　＝＋14.9 kJ/mol C. 形成化学键时共放出能量862 kJ的化学反应 D. 能量变化如图所示的化学反应 【答案】C 【解析】A选项中是物理变化，不是化学反应，A选项错误。B选项中＝＋14.9 kJ/mol，，该反应是吸热反应，B选项错误。形成化学键放出能量，说明反应过程中总体是释放能量的，属于放热反应，C选项正确。由于没有给出图，无法根据D选项描述判断反应是吸热还是放热，D选项错误。 4.下列说法正确的是( ) A. 反应热是1 mol物质参加反应时的能量变化 B. 当反应放热时，反应吸热时 C. 在一定条件下，某一化学反应是吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓值差决定 D. 任何条件下，化学反应的焓变都等于化学反应的反应热 【答案】C 【解析】反应热是化学反应中吸收或放出的热量，与反应物的物质的量多少有关，不一定是1 mol物质参加反应时的能量变化，A选项错误。当反应放热时，反应吸热时，B选项错误。，若，反应放热，若，反应吸热，所以某一化学反应是吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓值差决定，C选项正确。只有在等压且反应中物质的能量变化没有电能、光能等其他形式的能量发生转化时，化学反应的焓变才等于反应热，D选项错误。 5.如图所示和反应生成过程中能量变化，判断下列说法错误的是（ ） A. 该反应中反应物断键吸收的总能量 高于生成物形成键放出的总能量 B. 2mol气态氧原子结合生成时， 能放出498kJ能量 C. 断裂1mol NO分子中的化学键，需要 吸收632kJ能量 D. 1mol和1mol的反应热 【答案】D 【解析】从图中可知，反应物断键吸收的总能量为，生成物成键放出的总能量为，反应物断键吸收的总能量高于生成物形成键放出的总能量，A选项正确。由图可知，2mol气态氧原子结合生成时，能放出498kJ能量，B选项正确。断裂1mol NO分子中的化学键，需要吸收的能量就是形成1mol NO分子化学键放出的能量，即632kJ，C选项正确。等于反应物断键吸收的总能量减去生成物成键放出的总能量，所以，D选项错误。 6. 分子结构为正四面体（如图）。已知：断裂 中 1mol 键吸收 193 kJ 能量，形成 中1mol 键放出 941 kJ 能量。下列说法正确的是（ ） A. 比 更稳定 B. C. 形成 1 mol 中的化学键放出 193 kJ 的能量 D. 1 mol 完全转化为 ，体系的能量增加 362 kJ 【答案】D 【解析】一个分子中有6个键，的等于反应物断键吸收的总能量减去生成物成键放出的总能量，即，，该反应是放热反应，说明的能量更低，更稳定，A、B选项错误。形成1mol中的化学键应放出的能量，C选项错误。，则，所以1 mol 完全转化为 ，体系的能量增加 362 kJ，D选项正确。 1. 最新报道：科学家首次用射线激光技术观察到与在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：下列说法正确的是（　　） A. 和生成是吸热反应 B. 在该过程中，断键形成和C.和生成了具有极性共价键的 D. 状态状态表示与反应的过程 【答案】C 【解析】从图中可以看出，反应物的总能量高于生成物的总能量，和生成是放热反应，A选项错误。由图可知，在该过程中，没有断键形成和，而是与直接结合形成，B选项错误。分子中键是不同原子之间形成的共价键，属于极性共价键，C选项正确。状态状态表示与反应的过程，而不是与反应的过程，D选项错误。 在本次教学中，通过日常生活中化学能转化的实例引入新课，能有效激发学生的学习兴趣和好奇心。在讲解内能变化和焓变等抽象概念时，结合具体的公式和实例，有助于学生理解。但在教学过程中，发现部分学生对微观粒子能量形式和焓的概念理解存在困难，后续应多结合生活实例和直观的图示进行讲解。课堂例题和演练环节，能及时巩固学生所学知识，但部分学生在运用公式计算反应热时出现错误，需要加强对计算方法和步骤的指导。在今后的教学中，要更加关注学生的学习反馈，调整教学方法，提高教学效果。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$