化學(xué)反應(yīng)與能量教案設(shè)計(jì)
一、化學(xué)反應(yīng)與能量的變化
課標(biāo)要求
1、了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因和常見(jiàn)的能量轉(zhuǎn)化形式
2、了解反應(yīng)熱和焓變的含義
3、認(rèn)識(shí)熱化學(xué)方程式的意義并能正確書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式
要點(diǎn)精講
1、焓變與反應(yīng)熱
（1）化學(xué)反應(yīng)的外觀特征
化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵生成，從外觀上看，所有的化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的釋放或吸收、發(fā)光、變色、放出氣體、生成沉淀等現(xiàn)象的發(fā)生。能量的變化通常表現(xiàn)為熱量的變化，但是化學(xué)反應(yīng)的能量變化還可以以其他形式的能量變化體現(xiàn)出來(lái)，如光能、電能等。
�。�2）反應(yīng)熱的定義
當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱(chēng)為反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)為反應(yīng)熱。通常用符號(hào)Q表示。
反應(yīng)熱產(chǎn)生的原因：由于在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)物分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂時(shí)，需要克服原子間的相互作用，這需要吸收能量；當(dāng)原子重新結(jié)合成生成物分子，即新化學(xué)鍵形成時(shí)，又要釋放能量。生成物分子形成時(shí)所釋放的總能量與反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時(shí)所吸收的總能量的差即為該反應(yīng)的反應(yīng)熱。
�。�3）焓變的定義
對(duì)于在等壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，如果反應(yīng)中物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化為熱能（同時(shí)可能伴隨著反應(yīng)體系體積的改變），而沒(méi)有轉(zhuǎn)化為電能、光能等其他形式的能，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱就等于反應(yīng)前后物質(zhì)的焓的改變，稱(chēng)為焓變，符號(hào)ΔΗ。
ΔΗ=Η（反應(yīng)產(chǎn)物）—Η（反應(yīng)物）
為反應(yīng)產(chǎn)物的總焓與反應(yīng)物總焓之差，稱(chēng)為反應(yīng)焓變。如果生成物的焓大于反應(yīng)物的焓，說(shuō)明反應(yīng)物具有的總能量小于產(chǎn)物具有的總能量，需要吸收外界的能量才能生成生成物，反應(yīng)必須吸熱才能進(jìn)行。即當(dāng)Η（生成物）>Η（反應(yīng)物），ΔΗ>0，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。
如果生成物的焓小于反應(yīng)物的焓，說(shuō)明反應(yīng)物具有的總能量大于產(chǎn)物具有的總能量，需要釋放一部分的能量給外界才能生成生成物，反應(yīng)必須放熱才能進(jìn)行。即當(dāng)Η（生成物）<Η（反應(yīng)物），ΔΗ<0，反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
�。�4）反應(yīng)熱和焓變的區(qū)別與聯(lián)系
2、熱化學(xué)方程式
（1）定義
把一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的變和能量的變化同時(shí)表示出來(lái)的學(xué)方程式，叫熱化學(xué)方程式。
�。�2）表示意義
不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)化，也表明了化學(xué)反應(yīng)中的焓變。
（3）書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式須注意的幾點(diǎn)
�、僦荒軐�(xiě)在標(biāo)有反應(yīng)物和生成物狀態(tài)的.化學(xué)方程式的右邊。
若為放熱反應(yīng)，ΔΗ為“-”；若為吸熱反應(yīng)，ΔΗ為“+”。ΔΗ的單位一般為kJ·mol-1。②焓變?chǔ)うc測(cè)定條件（溫度、壓強(qiáng)等）有關(guān)。因此書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)注明ΔΗ的測(cè)定條件。
�、蹮峄瘜W(xué)方程式中各物質(zhì)化學(xué)式前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)僅表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量，并不表示物質(zhì)的分子數(shù)或原子數(shù)。因此化學(xué)計(jì)量數(shù)可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)。
④反應(yīng)物和產(chǎn)物的聚集狀態(tài)不同，焓變?chǔ)うР煌Ｒ虼�，必須注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)才能完整地體現(xiàn)出熱化學(xué)方程式的意義。氣體用“g”，液體用“l(fā)”，固體用“s”，溶液用“aq”。熱化學(xué)方程式中不用“↑”和“↓”。若涉及同素異形體，要注明同素異形體的名稱(chēng)。
�、轃峄瘜W(xué)方程式是表示反應(yīng)已完成的量。
由于ΔΗ與反應(yīng)完成的物質(zhì)的量有關(guān)，所以方程式中化學(xué)式前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)必須與ΔΗ相對(duì)應(yīng)，如果化學(xué)計(jì)量數(shù)加倍，則ΔΗ也要加倍。當(dāng)反應(yīng)向逆向進(jìn)行時(shí)，其焓變與正反應(yīng)的焓變數(shù)值相等，符號(hào)相反。
�。�4）熱化學(xué)方程式與化學(xué)方程式的比較
3、中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測(cè)定
（1）實(shí)驗(yàn)原理
將兩種反應(yīng)物加入儀器內(nèi)并使之迅速混合，測(cè)量反應(yīng)前后溶液溫度的變化值，即可根據(jù)溶液的熱容C，利用下式計(jì)算出反應(yīng)釋放或吸收的熱量Q。
Q=-C（T2-T1）
式中：C表示體系的熱容；T1、T2分別表示反應(yīng)前和反應(yīng)后體系的溫度。
�。�2）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：
�、僮鳛榱繜崞鞯膬x器裝置，其保溫隔熱的效果一定要好。
�、邴}酸和NaOH溶液濃度的配制須準(zhǔn)確，且NaOH溶液的濃度須大于鹽酸的濃度。為了使測(cè)得的中和熱更準(zhǔn)確，所用鹽酸和NaOH的濃度宜小不宜大，如果濃度偏大，則溶液中陰陽(yáng)離子間相互牽制作用就大，電離度就會(huì)減少，這樣酸堿中和時(shí)產(chǎn)生的熱量勢(shì)必要用去一部分來(lái)補(bǔ)償未電離分子的離解熱，造成較大的誤差。
�、垡擞糜�0.1分度值的溫度計(jì)，且測(cè)量時(shí)盡可能讀準(zhǔn)，并估讀到小數(shù)點(diǎn)后第二位。溫度計(jì)的水銀球部分要完全浸沒(méi)在溶液中，而且要穩(wěn)定一段時(shí)間后再讀數(shù)，以提高所測(cè)溫度的
精度。
�。�3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論
所測(cè)得的三次中和反應(yīng)的反應(yīng)熱相同。
�。�4）實(shí)驗(yàn)分析
以上溶液中所發(fā)生的反應(yīng)均為H++OH-=H2O。由于三次實(shí)驗(yàn)中所用溶液的體積相同，溶液中H+和OH-的濃度也是相同的，因此三個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)熱也是相同的。
4、中和熱
（1）定義：在稀溶液中，酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O（l）時(shí)所釋放的熱量為中和熱。中和熱是反應(yīng)熱的一種形式。
�。�2）注意：中和熱不包括離子在水溶液中的生成熱、物質(zhì)的溶解熱、電解質(zhì)電離的吸收熱等。中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是H+與OH-化合生成H2O，若反應(yīng)過(guò)程中有其他物質(zhì)生成，這部分反應(yīng)熱也不在中和熱內(nèi)。
5、放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的比較
本節(jié)知識(shí)樹(shù)
二、燃燒熱能源
課標(biāo)要求
1、掌握燃燒熱的概念
2、了解資源、能源是當(dāng)今社會(huì)的重要熱點(diǎn)問(wèn)題
3、常識(shí)性了解使用化石燃料的利弊及新能源的開(kāi)發(fā)
要點(diǎn)精講
1、燃燒熱
�。�1）概念：25℃，101kPa時(shí)，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時(shí)所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱，單位為kJ·mol-1。如果是1g物質(zhì)完全燃燒的反應(yīng)熱，就叫做該物質(zhì)的熱值。
�。�2）對(duì)燃燒熱的理解
�、偃紵裏崾欠磻�(yīng)熱的一種，并且燃燒反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)，其ΔΗ為“-”或ΔΗ<0。
�、�25℃，101kPa時(shí)，可燃物完全燃燒時(shí)，必須生成穩(wěn)定的化合物。如果該物質(zhì)在燃燒時(shí)能生成多種燃燒產(chǎn)物，則應(yīng)該生成不能再燃燒的物質(zhì)。如C完全燃燒應(yīng)生成CO2（g），而生成CO（g）屬于不完全燃燒，所以C的燃燒熱應(yīng)該是生成CO2時(shí)的熱效應(yīng)。
�。�3）表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)
燃燒熱是以員1mol物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量來(lái)定義的，因此在書(shū)寫(xiě)表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式時(shí)，應(yīng)以燃燒1mol物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)配平其余物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，故在其熱化學(xué)方程
式中常出現(xiàn)分?jǐn)?shù)。
�。�4）研究物質(zhì)燃燒熱的意義
了解化學(xué)反應(yīng)完成時(shí)產(chǎn)生熱量的多少，以便更好地控制反應(yīng)條件，充分利用能源。
2、能源
能提供能量的自然資源，叫做能源。能量之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：
�。�1）能源的分類(lèi)
�、僖淮文茉磁c二次能源
從自然界直接取得的自然能源叫一次能源，如原煤、原油、流過(guò)水壩的水等；一次能源經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)換后獲得的能源稱(chēng)為二次能源，如各種石油制品、煤氣、蒸氣、電力、氫能、沼氣等。
�、诔Ｒ�(guī)能源與新能源在一定歷史時(shí)期和科學(xué)技術(shù)水平下，已被人們廣泛利用的能源稱(chēng)為常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣、水能等。人類(lèi)采用先進(jìn)的方法剛開(kāi)始加以利用的古老能源以及利用先進(jìn)技術(shù)新發(fā)展的能源都是新能源，如核聚變能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等。
�、劭稍偕茉磁c非再生能源可連續(xù)再生、永遠(yuǎn)利用的一次能源稱(chēng)為可再生能源，如水力、風(fēng)能等；經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年形成的、短期內(nèi)無(wú)法恢復(fù)的能源，稱(chēng)為非再生能源，如石油、煤、天然氣等。
�。�2）人類(lèi)對(duì)能源利用的三個(gè)時(shí)代
①柴草能源時(shí)代：草木、人力、畜力、大陽(yáng)、風(fēng)和水的動(dòng)力等。
�、诨茉磿r(shí)代：煤、石油、天然氣。
�、鄱嗄茉磿r(shí)代：核能、太陽(yáng)能、氫能等。
�。�3）燃料充分燃燒的條件
①要有足夠的空氣
�、谌剂吓c空氣要有足夠大的接觸面
注意：足夠的空氣不是越多越好，而是通入量要適當(dāng)，否則過(guò)量的空氣會(huì)帶走部分熱量，造成浪費(fèi)。擴(kuò)大燃料與空氣的接觸面，工業(yè)上常采用固體燃料粉碎或液體燃料以霧狀噴出的方法，從而提高燃料燃燒的效率。
�。�4）我國(guó)目前的能源利用狀況
目前主要能源是化石燃料，它們蘊(yùn)藏有限且不能再生，終將枯竭，且從開(kāi)采、運(yùn)輸、加工到終端的利用效率都很低。我們目前使用的最多的燃料，仍是化石燃料，它們都是古代動(dòng)植物遺體埋在地下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間復(fù)雜變化形成的，除含有C、H等元素外，還有少量S、N等元素，它們?nèi)紵a(chǎn)生SO2、氮的氧化物，對(duì)環(huán)境造成污染，形成酸雨。此外，煤的不充分燃燒，還產(chǎn)生CO，既造成浪費(fèi)，也造成污染。
�。�5）解決能源危機(jī)的方法：節(jié)約能源；開(kāi)發(fā)新能源。
3、有關(guān)燃燒熱的計(jì)算
�。�1）計(jì)算公式：Q放=n（可燃物）×ΔΗ
（2）含義：一定量的可燃物完全燃燒放出的熱量，等于可燃物的物質(zhì)的量乘以該物質(zhì)的燃燒熱。
�。�3）應(yīng)用：“熱量值與熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)（應(yīng)相對(duì)應(yīng)）成正比”進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。
（4）應(yīng)用：“總過(guò)程的反應(yīng)熱值等于各分過(guò)程反應(yīng)熱之和”進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。
4、燃燒熱和中和熱的比較
本節(jié)知識(shí)樹(shù)
三、化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算
課標(biāo)要求
1、從能量守恒角度理解并掌握蓋斯定律
2、能正確運(yùn)用蓋斯定律解決具體問(wèn)題
3、學(xué)會(huì)化學(xué)反應(yīng)熱的有關(guān)計(jì)算
要點(diǎn)精講
1、蓋斯定律
�。�1）蓋斯定律的內(nèi)容
化學(xué)反應(yīng)的焓變只與反應(yīng)體系的始態(tài)（各反應(yīng)物）和終態(tài)（各生成物）有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)。如果一個(gè)反應(yīng)可以分幾步進(jìn)行，則各分步反應(yīng)的反應(yīng)焓變之和與該反應(yīng)一步完成時(shí)的焓變是相同的，這就是蓋斯定律。
�。�2）特點(diǎn)
①反應(yīng)熱效應(yīng)只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān)。
�、诜磻�(yīng)熱總值一定。
（3）意義
有些反應(yīng)很慢，有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生，有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純（有副反應(yīng)發(fā)生），給測(cè)定反應(yīng)熱造成了困難。應(yīng)用蓋斯定律，可以間接地把它們的反應(yīng)熱計(jì)算出來(lái)。
2、反應(yīng)熱的計(jì)算
�。�1）依據(jù)
�、贌峄瘜W(xué)方程式與數(shù)學(xué)上的方程式相似，可以移項(xiàng)（同時(shí)改變正、負(fù)號(hào)）；各項(xiàng)的系數(shù)（包括ΔΗ的數(shù)值）可以同時(shí)擴(kuò)大或縮小相同的倍數(shù)。
②根據(jù)蓋斯定律，可以將兩個(gè)或兩個(gè)以上的熱化學(xué)方程式（包括其ΔΗ）相加或相減，從而得到一個(gè)新的熱化學(xué)方程式。
�、劭扇嘉锿耆紵a(chǎn)生的熱量=可燃物的物質(zhì)的量×燃燒熱。
注：計(jì)算反應(yīng)熱的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)過(guò)程，正確進(jìn)行已知方程式和反應(yīng)熱的加減合并。
（2）計(jì)算方法
列出方程或方程組計(jì)算求解。
①明確解題模式：審題→分析→求解。
�、谟嘘P(guān)熱化學(xué)方程式及有關(guān)單位書(shū)寫(xiě)正確。
�、塾�(jì)算準(zhǔn)確。
�。�3）進(jìn)行反應(yīng)熱計(jì)算的注意事項(xiàng)：
①反應(yīng)熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比，因此熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)改變時(shí)，其反應(yīng)熱數(shù)值需同時(shí)做相同倍數(shù)的改變。
�、跓峄瘜W(xué)方程式中的反應(yīng)熱，是指反應(yīng)按所給形式完全進(jìn)行時(shí)的反應(yīng)熱。
③正、逆反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號(hào)相反。
�、苡媚撤N物質(zhì)的燃燒熱計(jì)算反應(yīng)放出的總熱量時(shí)，注意該物質(zhì)一定要滿足完全燃燒且生成穩(wěn)定的氧化物這一條件。
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