第一单元 化学反应的热效应 第2课时（教学设计） 化学苏教版2019选择性必修1

第一节 化学反应的热效应 第2课时 化学的测量与计算 一、知识目标 1. 理解中和热的概念，学会使用简易量热计测量中和反应反应热的方法。 1. 掌握盖斯定律的内容，能运用盖斯定律进行有关复杂反应的计算。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：能从宏观上认识不同化学反应具有不同反应热，从微观上理解化学反应中旧键断裂与新键形成的能量变化与反应热的关系。 2. 证据推理与模型认知：通过实验数据推理反应热的数值，建立盖斯定律的模型，运用模型解决无法直接测量反应热的问题。 3. 科学探究与创新意识：通过设计和完成反应热测量实验，培养科学探究能力，尝试创新实验方法以提高测量准确性。 一、学习重点 中和热的概念及测量方法、盖斯定律的内容及应用。 二、学习难点 中和热测量实验的操作及误差分析、运用盖斯定律计算复杂反应的反应热。 本节教学内容源于新课标人教版（2019 年版）高中化学必修第二册专题一《化学反应与能量变化》第一单元《化学反应的热效应》第 1 课时《反应热的测量与计算》。反应热的知识是学习化学反应原理的基础，它在工农业生产、科学研究等领域都有着广泛的应用，对于学生理解化学反应的本质和能量变化具有重要意义。 教材首先通过复习旧识引入反应热的概念，让学生了解不同化学反应具有不同反应热的原因。接着详细介绍了反应热的测量方法，包括量热计的使用、简易量热计测量反应热的实验步骤、注意事项以及中和热的定义。然后引入盖斯定律，阐述其内容、意义和应用，通过具体的实例展示如何运用盖斯定律进行反应热的计算。教材内容编排由浅入深，从实验探究到理论推导，符合学生的认知规律，有助于学生逐步掌握反应热的测量与计算方法。 教学对象是初高中阶段的学生，他们在初中化学学习中已经对化学反应中的能量变化有了初步的了解，知道化学反应伴随着热量的变化，但对于反应热的准确测量和计算还缺乏深入的认识。在知识储备方面，学生已经掌握了热化学方程式的书写，这为学习反应热的测量与计算奠定了一定的基础。然而，他们对于实验操作的规范性和准确性还需要进一步提高，对于复杂的化学反应热计算可能会存在一定的困难。 在思维能力上，初高中学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、具体的实验现象比较感兴趣，但对于抽象的概念和理论理解起来可能会有一定的难度。 因此，在教学过程中，教师应注重通过实验演示和实例分析，帮助学生将抽象的知识具体化，引导学生逐步建立起科学的思维方法。同时，要关注学生的个体差异，对于学习困难的学生给予更多的指导和帮助，让每个学生都能在原有基础上得到发展。通过本课时的学习，学生将进一步提高实验操作能力和逻辑推理能力，为后续学习化学反应原理的其他知识打下坚实的基础。​ 教学环节一 新课导入 【复习旧知巩固基础】在深入探究之前，我们先来复习一下之前学过的热化学方程式的知识。请大家写出下列反应的热化学方程式，反应条件均为 25°C、101kPa。（展示题目） (1)N₂(g)与 H₂(g)反应生成 17gNH₃(g)，释放 46.2kJ 的热。 (2)1mol C₂H₅OH(l)完全燃烧生成 CO₂(g)和 H₂O(l)，释放 1366.8kJ 的热。 (3)标准状况下，44.8LC₂H₂(g)在 O₂(g)中完全燃烧生成 CO₂(g)和 H₂O(l)，释放 2599.2kJ 的热。 （给学生一些时间书写，然后请几位同学回答，教师进行点评和讲解，强化热化学方程式的书写要点）由于化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时释放的能量不同，因此不同的化学反应具有不同的反应热。那我们今天就来学习如何测量和计算反应热。 设计意图 复习旧知，导入新课：复习热化学方程式的书写，不仅巩固了之前学过的知识，为后续学习反应热的测量和计算奠定基础，还能让学生在熟悉的知识基础上更容易理解新知识。通过从火箭推进剂反应热的问题过渡到本节课要学习的反应热的测量与计算，自然地导入新课，让学生明确学习目标和方向。 教学环节二 反应热的测量与计算 【引入】同学们，在化学反应中，不同的反应会有不同的能量变化，也就是反应热。那如何准确测量化学反应的反应热呢？这就是我们接下来要探讨的内容。在开始学习之前，我们先复习一下热化学方程式的书写。请写出下列反应的热化学方程式（反应条件均为、）： (1)与反应生成，释放的热。 (2)完全燃烧生成和，释放的热。 (3)标准状况下，在中完全燃烧生成和，释放的热。 【问题】大家思考一下，为什么不同的化学反应会有不同的反应热呢？ 【学生思考】学生回答：由于化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时释放的能量不同，因此不同的化学反应具有不同的反应热。 【讲解】评价、强调：非常正确，这就是反应热产生的本质原因。接下来我们学习反应热的测量。 【学生任务1】阅读教材相关内容，了解反应热的测量装置，思考量热计和简易量热计各部分的名称及作用。 【师生交互流程】 · 老师引导学生阅读教材中关于反应热测量装置的内容，强调重点部分。 · 学生阅读后，老师提问学生量热计和简易量热计各部分的名称及作用。 · 学生回答：量热计和简易量热计中，温度计用于测定反应前后反应体系的温度；搅拌器或环形玻璃搅拌棒用于使反应物混合均匀，充分接触；保温层用于减少热量的散失。 · 老师评价学生的回答，强调各部分的重要性，并进行总结。 【学生任务2】了解用简易量热计测量反应热的实验步骤。 【师生交互流程】 · 老师引导学生阅读教材中用简易量热计测量反应热的实验步骤内容。 · 老师详细讲解每一个步骤，强调操作的要点和注意事项，如量取溶液的准确性、倒入溶液的迅速性、读取温度的准确性等。 · 学生边听边记录，老师提问学生实验步骤的顺序和关键操作，学生回答。 · 老师对学生的回答进行评价和补充，确保学生理解实验步骤。 【学生任务3】完成用简易量热计测量反应热的实验结果表格，并思考如果用同样的方法测定氢氧化钾溶液与盐酸反应、氢氧化钠溶液与硝酸反应的反应热，其反应热是否相同并说明理由。 【师生交互流程】 · 老师给出实验结果表格，引导学生根据实验数据进行计算和填写。 · 学生完成表格后，老师组织学生进行讨论，让学生发表自己的观点。 · 学生回答：反应热相同，因为在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应的实质是，只要是强酸与强碱的稀溶液反应生成水，反应热就是中和热，是相同的。 · 老师评价学生的回答，对中和热的概念进行强调和总结。 【总结】评价、强调：用简易量热计测量反应热时，要注意使用隔热层和杯盖减少热量损失，准确读取反应前后体系的温度，重复实验次减小实验误差，一般不能使用金属搅拌棒。同时，我们了解了中和热的概念，即在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成水时所放出的热量叫做中和热，单位为。 【对应训练1】下列关于盐酸与NaOH溶液反应的反应热测定实验的说法不正确的是 A．为了保证完全被中和，采用稍过量的NaOH溶液 B．所需的玻璃仪器有烧杯、温度计、玻璃搅拌器、量筒 C．测量盐酸溶液温度的温度计未洗涤立即测定氢氧化钠溶液的温度，会使得ΔH偏小 D．若用同浓度的醋酸溶液代替盐酸进行上述实验，计算所得反应热偏大 【答案】C 【解析】A．为了保证盐酸完全被中和，采用稍过量的NaOH溶液，使盐酸完全反应，A选项正确；B．测定反应热需要用到简易量热计（包含烧杯）、温度计测量温度、玻璃搅拌器使溶液混合均匀、量筒量取溶液体积，所需玻璃仪器有烧杯、温度计、玻璃搅拌器、量筒，B选项正确；C．测量盐酸溶液温度的温度计未洗涤立即测定氢氧化钠溶液的温度，会使氢氧化钠溶液的起始温度偏高，温度差ΔT偏小，根据(Q = cmT)计算出的反应热绝对值偏小，但(H)为负值，所以(H)偏大，C选项错误；D．醋酸是弱酸，电离过程吸热，若用同浓度的醋酸溶液代替盐酸进行上述实验，放出的热量减少，计算所得反应热偏大，D选项正确；答案选C。 【对应训练2】 强酸和强碱稀溶液的反应中和热可表示为：H+(aq) + OH-(aq) = H2O(l)) △H = - 57.3 kJ/mol。以下4个化学方程式中，反应热为 -57.3 kJ/mol的是 ① H2SO4(aq) + Ba(OH)2(aq) = BaSO4(s) + 2H2O(l) ② H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) = Na2SO4(aq) + 2H2O(l) ③ NH3·H2O(aq) + HNO3(aq) = NH4NO3(aq) + H2O(l) ④ NH3·H2O(aq) + CH3COOH(aq) = CH3COONH4(aq) + H2O(l) ⑤ KOH(aq) + HNO3(aq) = KNO3(aq) + H2O(l) 【答案】⑤ 【解析】中和热是指在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成1mol水时所放出的热量。①反应中除了生成水，还生成了硫酸钡沉淀，有沉淀生成会伴随能量变化，反应热不是 -57.3 kJ/mol；②生成了2mol水，反应热不是 -57.3 kJ/mol；③(NH3·H2O)是弱碱，电离过程吸热，反应热不是 -57.3 kJ/mol；④(NH3·H2O)是弱碱，(CH3COOH)是弱酸，电离过程都吸热，反应热不是 -57.3 kJ/mol；⑤KOH是强碱，(HNO3)是强酸，反应生成1mol水，反应热为 -57.3 kJ/mol；答案选⑤。 活动二 反应热的计算 【播放火箭发射动画】同学们，大家看大屏幕，现在老师给大家播放一段精彩的视频。（播放火箭发射的视频，视频中火箭在巨大的轰鸣声中喷射着火焰，缓缓升空，场面十分震撼）哇，是不是特别壮观！火箭能够成功发射到浩瀚的宇宙中，离不开强大的动力支持，而这动力就来源于火箭推进剂的燃烧。火箭推进剂燃烧会释放出巨大的能量，这些能量转化为火箭前进的动力。 【提出问题引导思考】大家想一想，在火箭的设计过程中，工程师们需要精确地知道火箭推进剂燃烧所释放的反应热，因为这直接关系到火箭能否按照预定的轨道飞行，能否完成各种复杂的太空任务。可是，这类反应往往非常剧烈，产物也很复杂，而且可能涉及高温、高压或者有毒物质，很难通过直接的实验去测量反应热。那么，对于无法直接测量的反应热，我们该如何获取呢？这就需要用到我们接下来要学习的盖斯定律。 【问题】请同学们思考一下，盖斯定律的内容是什么？有什么意义？ 【学生思考】学生回答：盖斯定律的内容是一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相等的。意义是恒压条件下，化学反应的反应热仅与反应的起始状态和最终状态有关，而与反应的途径无关。 【讲解】评价、强调：非常正确，盖斯定律为我们计算无法直接测量的反应热提供了方法。接下来我们学习盖斯定律的应用。 【学生任务1】通过“炭火洒水之疑”的例子，学习如何利用盖斯定律用已知反应的反应热表示未知反应的反应热。 【师生交互流程】 · 老师给出“炭火洒水之疑”涉及的热化学反应方程式： · ① · ② · ③ · ④ · 并提出问题：请用② ③ ④反应的反应热表示反应①。 · 老师引导学生画出过程图示，帮助学生分析反应之间的关系。 · 学生根据图示和反应方程式进行分析，列出反应② ③ ④的热化学方程式，尝试进行加合。 · 老师巡视学生的讨论情况，给予指导和帮助。 · 学生回答：将② ③ ④三个反应直接进行加合即得①，左右相加后，消去两边相同的物质，即有。 · 老师评价学生的回答，对利用盖斯定律计算反应热的方法进行总结和强调。 【学生任务2】运用盖斯定律计算反应的焓变。 【师生交互流程】 · 老师给出已知的热化学方程式： · ① · ② · 并要求学生运用盖斯定律计算反应的焓变。 · 老师引导学生分析反应之间的关系，介绍两种计算方法：一种是根据反应过程的分步情况，利用盖斯定律得到；另一种是直接将热化学方程式①、②左右两边分别相减。 · 学生进行计算，老师巡视并给予指导。 · 学生回答计算结果：。 · 老师评价学生的回答，对计算过程和结果进行总结和强调。 【总结】评价、强调：利用盖斯定律计算反应热的关键是找寻已知反应与未知反应之间的关系，设计合适的反应路径。通过已知反应的焓变来计算未知反应的焓变。 【对应训练1】已知在298 K 时，C(s)、CO(g) 燃烧的热化学方程式如下： C(s) + O2(g)=CO2(g) ΔH1= -393.5 kJ·mol-1 ① CO(g) + O2(g)=CO2(g) ΔH2= -283.0 kJ·mol-1 ② 请运用盖斯定律计算反应C(s) + O2(g)= CO(g)的焓变∆H3。 【答案】∆H3 = -110.5 kJ·mol-1 【解析】方法一： C(s)与O2(g) 生成CO2(g)的反应可以一步完成（即ΔH1）； 也可以看成两步完成：先生成 CO(g)（即ΔH3），CO(g) 再与O2(g)反应生成CO2(g)（即ΔH2）。 根据盖斯定律可以得到ΔH1 ＝ΔH2＋Δ H3（图1-7），则反应C(s) ＋ 1/2 O2(g)=CO(g)的焓变ΔH3 ＝∆ H1－ΔH2。 方法二 根据盖斯定律，直接将热化学方程式①、②左右两边分别相减，也可以求得C(s)与 O2(g) 反应生成 CO(g) 的焓变： C(s)＋O2(g) =CO2(g) ΔH1 －） CO(g)＋ 1/2 O2(g)=CO2(g) ΔH2 C(s) ＋ 1/2 O2(g) =CO(g) ΔH3 ＝ΔH1 －ΔH2 ΔH3 = ΔH1 - ΔH2 = -393.5 kJ·mol-1 - (-283.0 kJ·mol-1) = -110.5 kJ·mol-1 答：反 应 C( s ) + O 2(g ) = CO ( g ) 的焓 变 Δ H3为-110.5 kJ·mol-1。 一、反应热的测量 （一）测量装置 1. 量热计 1. 简易量热计 （二）用简易量热计测量反应热的实验 1. 实验用品 简易量热计、2个50mL量筒、0.50 mol·L - 1盐酸、0.50 mol·L - 1 NaOH溶液 1. 各部分名称及作用 · 温度计：测温度 · 搅拌器或环形玻璃搅拌棒：混合均匀 · 保温层：减少热量散失 1. 实验步骤 · 量取溶液，测反应前温度 · 混合溶液，测最高温度 · 重复实验2次 · 计算反应 1. 强酸和强碱稀溶液的中和反应反应热可表示为：H+(aq)＋OH-(aq) = H2O(l)　ΔH= -57.3 kJ·mol-1。 已知：①HCl(aq) + NH3·H2O(aq) = NH4Cl(aq) + H2O(l)　ΔH＝-a kJ·mol-1 ②HCl(aq) + NaOH(s) = NaCl(aq) + H2O(l) ΔH＝-b kJ·mol-1 ③HNO3(aq)＋KOH(aq)===KNO3(aq)＋H2O(l) ΔH＝-c kJ·mol-1 则a、b、c三者的大小关系为(　　) A．a＞b＞c        B．b＞c＞a   C． a＝b＝c D．无法比较 【答案】B 【解析】①NH3·H2O是弱碱，电离过程吸热，所以HCl与NH3·H2O反应放出的热量小于强酸强碱稀溶液反应的中和热，即(a )；②NaOH(s)溶解过程放热，所以HCl与NaOH(s)反应放出的热量大于强酸强碱稀溶液反应的中和热，即(b )；③HNO3是强酸，KOH是强碱，该反应的反应热为中和热，c = 57.3；所以b＞c＞a；答案选B。 2. 已知25 ℃、101 kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为： C(石墨，s) + O2(g)=CO2(g) ΔH＝-393.51 kJ·mol-1 C(金刚石，s) + O2(g)=CO2(g) ΔH＝-395.41 kJ·mol-1 (1)请写出石墨转化为金刚石的热化学方程式。 (2) 已知物质的能量越低越稳定，请根据热化学方程式比较金刚石与石墨的稳定性。 【答案】(1)C(石墨,s) = C(金刚石,s) ΔH = +1.9 kJ·mol-1)；(2)石墨更稳定。 【解析】(1)已知：①C(石墨，s) + O2(g)=CO2(g) ΔH＝-393.51 kJ·mol-1 ②C(金刚石，s) + O2(g)=CO2(g) ΔH＝-395.41 kJ·mol-1 根据盖斯定律，① - ②可得：C(石墨,s) = C(金刚石,s) ΔH = ΔH1 - ΔH2 = -393.51 kJ·mol-1 - (-395.41 kJ·mol-1) = +1.9 kJ·mol-1。 (2)由(1)可知石墨转化为金刚石需要吸收能量，说明金刚石的能量高于石墨，物质的能量越低越稳定，所以石墨更稳定。 3. 发射火箭时使用的燃料可以是液氢和液氧，已知下列热化学方程式： ①H2(g) + O2(g) = H2O(l)　ΔH1= -285.8 kJ·mol-1 ②H2(g) = H2(l)　ΔH2 = - 0.92 kJ·mol-1 ③O2(g) = O2(l)　ΔH3 = -6.84 kJ·mol-1 ④H2O(l) = H2O(g)　ΔH4 = + 44.0 kJ·mol-1 则反应H2(l) + O2(l) = H2O(g)的反应热ΔH为(　　) A．+237.46 kJ·mol-1 B．-474.92 kJ·mol-1 C．-118.73 kJ·mol-1 D．-237.46 kJ·mol-1 【答案】D 【解析】根据盖斯定律，将① - ② - ()×③ + ④可得H2(l) + O2(l) = H2O(g)的反应热ΔH。 ΔH = H1 - H2 - H3 + H4 = -285.8 kJ·mol-1 - (- 0.92 kJ·mol-1) - ×(-6.84 kJ·mol-1) + 44.0 kJ·mol-1) = -285.8 + 0.92 + 3.42 + 44.0 = -237.46 kJ·mol-1；答案选D。 4. 化学反应的反应热通常可以通过实验进行测定，也可通过理论进行推算。 (1)实验测得5g甲醇(CH3OH)液体在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量，则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为_______________________________________________________ (2)在298 K、100 kPa时，已知： 2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g) 　 ΔH1 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) 　ΔH2 2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3 则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是 . 【答案】(1)CH3OH(l)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) (ΔH＝－726.4 kJ·mol-1)；(2) ΔH3＝ΔH1 + 2ΔH2 【解析】(1)5g甲醇的物质的量为= 0.156mol，mol甲醇完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量，则1mol甲醇完全燃烧放出的热量为113.5 kJ÷0.156 = 726.4 kJ，所以表示甲醇燃烧热的热化学方程式为(CH3OH(l)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)) ΔH＝－726.4 kJ·mol-1。 (2)将第一个方程式(2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g)) (ΔH1)和第二个方程式(H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)) (ΔH2)×2相加可得第三个方程式(2Cl2(g)＋2H2O(g)=4HCl(g)＋O2(g))，根据盖斯定律，(ΔH3＝ΔH1 + 2ΔH2)。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$