第一节 化学反应与能量变化完美版

课题：第一章化学反应与能量第一节化学反应与能量变化

授课

班级

课

时

2

教学目的知识

与

技能

1、了解化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式；

2、认识化学反应过程中同时存在着物质和能量的关系

3、了解反应热和焓变的含义

4、认识热化学方程式的意义并能正确书写热化学方程式

过程

与

方法

1、通过化学反应的实质的回顾，逐步探究引起反应热内在原因的方法，引起学生在学习过程中主动

探索化学原理的学习方法，

2、通过讨论、分析、对比的方法，培养学生的分析能力和主动探究能力

情感

态度价值

观

激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度，树立透过现象看本质的唯物主义观点

重点化学反应中的能量变化，热化学方程式的书写

难点焓变，△H的“+”与“-”，热化学方程式的书写

知识结构与板书设计

第一章化学反应与能量第一节化学反应与能量变化

一、反应热焓变

1、定义：恒压条件下，反应的热效应等于焓变

2、符号：△H

3、单位：kJ/mol或kJmol-1

4、反应热表示方法：△H为“＋”或△H＞0时为吸热反应；△H为“一”或△H＜0时为放热反应。

5、△H计算的三种表达式：

(1) △H == 化学键断裂所吸收的总能量—化学键生成所释放的总能量

(2) △H == 生成的总能量–反应物的总能量

(3) △H == 反应物的键能之和–生成物的键能之和

二、热化学方程式(thermochemical equation)

1．定义：表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。

例：H2(g)＋I2

(g)2HI(g)；△H=－14.9 kJ/mol

2．书写热化学方程式的注意事项：

(1)需注明反应的温度和压强。因反应的温度和压强不同时，其△H不同。

(2)要注明反应物和生成物的状态。物质的聚集状态，与它们所具有的能量有关。

(3)热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，它可以是整数也可以是分数。对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其△H也不同。

4．热化学方程式的应用

教学过程

教学步骤、内容教学方法

【引入】相信大家都听过这句名言：“给我一个支点和足够长的杠杆，我可以撬动地球。”知不知道是谁说的呢？

【回答】阿基米德

【提问】推动人类社会进步的这个支点和杠杆是什么呢？

【讲解】对，能量就是推动人类进步的“杠杆”！能量使人类脱离了“茹毛饮血”的野蛮，进入繁华多姿的文明。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一（一般以热和功的形式与外

界环境进行能量交换）。所以，研究化学反应中的能量变化，就显得极为重要。下面让我们一同进入选修4 化学反应原理的学习

【板书】第一章化学反应与能量

第一节化学反应与能量变

【回忆】通过必修二的学习，我们知道化学反应过程中不仅有物质的变化，还有能量的变化。那么常见的能量变化形式有哪些？

【学生】阅读本章引言回答：热能、电能、光能等

【过渡】当能量以热的形式表现时，我们把化学反应分为放热反应和吸热反应，你能列举常见的放热反应和吸热反应吗？

【回答】放热反应如燃烧反应、酸碱中和反应、大多数化合反应等；吸热反应如大多数分解反应、金属氧化物的还原反应等

【质疑】为什么化学反应过程中有的放热、有的吸热？为什么说“化学反应过程中能量的变化是以物质的变化为基础的”？

【回忆】我们知道化学反应的实质就是旧的化学键断裂和新的化学键形成的过程，那么化学键断裂的过程中能量是如何变化的？

【提问】当水从液态变成气态的时候能量是如何变化的？能否从微观的角度解释能量变化的原因？

【回答】水分子之间存在分子间作用力，当水从液态变成气态时，分子间距离增大，所以要吸收能量

【分析】虽然力的种类和大小不同，但是本质都一样，就是形成作用力时要放出能量；破坏作用力时要吸收能量，即物质的变化常常伴随能量的变化

【探究】给出具体实例，图例，请学生分析图中包含的信息

【引导】在化学反应H2+Cl2=2HCl的过程中能量变化如何？

【投影】

【提问】为什么化学反应过程中会有能量的变化？从两个角度来考虑：1、从化学键的角度看化学反应是怎样发生的？与能量有什么关系？2、反应物和生成物的相对能量的大小

【图像分析】1molH2和1molCl2反应得到2molHCl要放出183kJ的能量；断开1molH-H键需要吸收436kJ的能量；断开1molCl-Cl键需要吸收243kJ的能量；形成1molH-Cl键能放出431kJ的能量；

【讲解】1、从化学键的角度看化学反应包含两个过程：旧的化学键断裂和新的化学键形成。断裂化学键需要吸收能量，形成化学键要释放出能量，断开化学键吸收的能量和形成化学键释放的能量通常不相等；2、反应物和生成物的总能量通常不相等，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，化学能转化为其他形式的能量释放出来，当反应物的总能量小于生成物的总能量时，化学反应将其他形式的能量转化为化学能储存起来，所以化学反应过程中总会伴随着能量的变化。

【过渡】断开化学键和形成化学键所吸收和放出的能量的数值是可以定量测定出来的，可以在工具书上查到，这样我们就可以计算到反应中的能量的具体数值了。

【提问】如何表示反应过程是放热还是吸热呢？

【讲解】我们对反应研究的对象是反应的反应物和生成物，我们把它们称为反应体系，而把除它

们之外的物质称为环境，我们把反应体系在化学反应过程中所释放或吸收的能量，用热量（或换算成相应的热量）来表述，叫做反应热，又称作为“焓变”，用符号“△H”表示，单位常采用kJ/mol或kJmol －1

【板书】一、反应热焓变

1、定义：恒压条件下，反应的热效应等于焓变

2、符号：△H

3、单位：kJ/mol或kJmol-1

【思考】我们看看△H的单位是kJ/mol，这个单位的分子和分母分别代表的是什么物理量？我们可以怎样计算△H的数值？

【讲解】当生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量时，反应为放热反应，使反应本身能量降低，规定放热反应△H为“一”，所以△H为“一”或△H＜0时为放热反应。上述反应H2(g)＋Cl2(g) = 2HCl(g)，反应热测量的实验数据为184.6 kJ/mol，与计算数据183kJ/mol很接近，一般用实验数据表示，所以△H =-184.6 kJ/mol。

当生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量时，反应是吸热反应，通过加热、光照等方法吸收能量，使反应本身能量升高，规定△H为“＋”，所以△H为“＋”或△H＞0时为吸热反应。

【投影】

【板书】4、反应热表示方法：△H为“＋”或△H＞0 时为吸热反应；△H为“一”或△H＜0时为放热反应。

【讲解】如果反应物所具有的总能量高于生物成具有的总能量，反应时就会以热能的形式放出，反之，则吸热。

【板书】5、△H计算的三种表达式：

(1) △H == 化学键断裂所吸收的总能量—化学键生成所释放的总能量

(2) △H == 生成的总能量–反应物的总能量

【讲解】化学键断裂或生成所吸收或放出的能量叫做化学键的键能。反应键能越小，稳定性越弱，能量就越高破坏它需要的能量就越小；生成物的键能越大，稳定性越强，能量就越低，释放的能量就越大，故需要放出能量，△H为负，反应之为正

【板书】 (3) △H == 反应物的键能之和–生成物的键能之和

【讲解】△H有正负之分，因此比较△H大小时，要连同“+”、“-”包含在内，类似于数学上的正负数比较，如果只比较反应放出热量变化，则只比较数值大小。

【过渡】通过上一节的学习我们知道化学反应过程中的反应热与断裂反应物中化学键吸收的能量和形成生成物中化学键放出的能量有关，即能量的变化时以发生变化的物质为基础的，那么如何更准确的表示一个化学反应的热效应？如如何准确地描述物质间的化学反应及其能量变化？下面我们来学习热化学方程式。

【板书】二、热化学方程式(thermochemical equation)

1．定义：表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。例：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)；△H=－14.9 kJ/mol

【投影】例：H 2(g)＋21O 2(g) = H 2O(g)；△H=-241.8 kJ/mol ，表示 lmol 气态 H 2和2

1

mol 气态 O 2 反应生成 lmol 水蒸气，放出 241.8kJ 的热量。(在 101kPa 和25℃时) H 2(g)十2

1

O 2 (g)＝H 2O(l)；

△H=-285.8kJ/mol ，表示lmol 气态H 2与2

1

mo 气态O 2反应在101 kPa 和25℃时，生成lmol 液态水，放出

285.8kJ 的热量。

【小结】描述在一定条件下，一定量某状态下的物质，充分反应后所吸收或放出热量的多少。 【讲解】热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。那么热化学方程式的书写有什么要求或者需要注意哪些事项呢？

【板书】2．书写热化学方程式的注意事项：

【讲解】与普通化学方程式相比，书写热化学方程式除了要遵循书写化学方程式的要求外还应注意以下几点：

【学生活动】阅读教材归纳、总结

【板书】(1)需注明反应的温度和压强。因反应的温度和压强不同时，其△H 不同。

【讲解】但中学化学中所用的△H 的数据，一般都是在101 kPa 和25℃时的数据，因此可不特别注明。但需注明△H 的“＋”与“－”。热化学方程式一般不要求写条件

【投影】例如：H 2(g)＋21

O 2(g) = H 2O(g)；△H=-241.8 kJ/mol

H 2(g)十2

1

O 2 (g)＝H 2O(l)；△H=-285.8kJ/mol

【讲解】从上述两个热化学方程式可看出，lmol H 2反应生成H 2O(l)比生成H 2O(g)多放出44kJ/mol 的热量。产生的热量为什么不同？

【板书】(2)要注明反应物和生成物的状态。物质的聚集状态，与它们所具有的能量有关。 【讲解】通常气体用“g”、液体用”l”、固体用“s”、溶液用“aq”，且热化学方程式通常不用“↑”、“↓”。 【投影】例如：H 2(g)+C12(g) = 2HCl(g)；△H=-184.6 kJ/mol

21H 2(g)+2

1

Cl 2(g) = HCl(g)；△H ＝－92.3 kJ/mol 【板书】(3)热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，它可以是整数也可以是分数。对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其△H 也不同。

【讲解】我们还需要注意的是，热化学方程式是表示反应已完成的量，而不管反应是否真正完成。△H 与反应完成的物质的量有关，而方程式中化学计量数只表示物质的量的多少，并不表示物质的分子数或原子数，所以化学计量数必须与△H 相对应，如果化学计量数加倍，则△H 也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。

【板书】4．热化学方程式的应用

【点击试题】已知在25℃，101kPa 下，1g 188H C (辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ 热量．表示上述反应的热化学方程式正确的是

A ．)g (O H 9)g (CO 8)g (O 225)1(H C 22218

8+=+；△H ＝－48.40kJ/mol B ．)1(O H 9)g (CO 8)g (O 225

)1(H C 22218

8+=+；△H ＝－5518kJ/mol C ．)1(O H 9)g (CO 8)g (O 2

25

)1(H C 22218

8+=+；△H ＝+5518kJ/mol D ．)1(O H 18)g (CO 16)g (O 25)1(H C 22

22188+=+；△H ＝－11036kJ/mol

答案 BD

【实践活动】中和反应反应热的测定 【投影】一、实验原理

【讲解】中和热的定义是在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成 1 molH 2O 时的反应热叫中和热。在中学阶段，只讨论强酸和强碱反应的中和热。

【回顾】必修2第二章30页关于“中和热”的内容：

【回答】酸与碱发生中和反应生成1mol H 2O 时所释放的热量称为中和热。

【实验】实验2-3：在50mL 烧杯中加入20mL 2mol/L 的盐酸，测其温度。另用量筒量取20mL 2mol/L NaOH 溶液，测其温度，并缓缓地倾入烧杯中，边加边用玻璃棒搅拌。观察反应中溶液温度的变化过程，并作好记录。

盐酸温度/℃ NaOH 溶液温度/℃

中和反应后温度/℃

t(HCl)

t(NaOH)

t 2

数据处理：△H ＝Q/n ＝cm △t/n

其中：c ＝4.18J/(g·℃)，m 为酸碱溶液的质量和，△t ＝t 2－t 1，t 1是盐酸温度与NaOH 溶液温度的平均值，n 为生成水的物质的量。

【投影】］二、实验操作

【讨论】上述实验装置和操作存在哪些问题？——热量的散失 【投影】

【提问】课本第5页图1-3与实验2-3相比，作了哪些 改进？改进的目的是什么？

【回答】 1——双层烧杯、2——碎泡沫塑料、3——盖板、 都是为了减少热量的散失。

【思考与交流】课本第5页实验用品，想一想，每件

用品的用途， NaOH 溶液为什么不用0.50mol/L 而用0.55mol/L ？ 【回答】为了保证0.50mol/L 的盐酸完全被NaOH 中和，采用碱稍过量。 【讲解】阅读课本第5页实验步骤，强调下列问题 【投影】注意事项： 1、为了保证0.50mol· L

－1

的盐酸完全被NaOH 中和，采用0.55mol·L －

1NaOH 溶液，使碱稍稍

过量，因为过量的碱并不参加中和反应。

2、实验中若用弱酸代替强酸，或用弱碱代替强碱，因中和过程中电离吸热，会使测得中和热的数值偏低。

3、要使用同一支温度计。分别先后测量酸、碱及混合液的温度时，测定一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。温度计的水银球部分要完全浸入溶液中，且要稳定一段时间再记下读数。

4、实验中所用的盐酸和氢氧化钠溶液配好后要充分冷却至室温，才能使用。

5、操作时动作要快，尽量减少热量的散失。

6、实验时亦可选用浓度体积都不相同的酸碱溶液进行中和热的测定，但在计算时，应取二者中量小的一种，因为过量的酸碱并不参加中和反应。

操作：学生按课本步骤做实验，记录相应数据。 【投影】三、数据处理

1、取三次测量所得数据的平均值作为计算依据 (t 2－t 1)＝

思考：如果某一次实验的数据与另外两次实验的数据差异明显，怎么办？ 2、计算反应热：△H ＝Q/n ＝cm △t/n 。

其中：c ＝4.18J/(g·℃)，m ＝m 1＋m 2＝100g ，△t ＝(t 2－t 1)＝， n ＝0.50mol· L －1

×0.50mL ＝0.025mol 。△H ＝

【总结】化学反应伴随能量变化是化学反应的一大特征。我们可以利用化学能与热能及其能量的

相互转变为人类的生产、生活及科学研究服务。化学在能源的开发、利用及解决日益严重的全球能源

危机中必将起带越来越重要的作用，同学们平时可以通过各种渠道来关心、了解这方面的进展，从而深切体会化学的实用性和创造性。

【随堂练习】

1、下列说法不正确的是( A )

A、放热反应不需加热即可发生

B、化学反应过程中的能量变化除了热能外，也可以是光能、电能等

C、需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应

D、化学反应热效应数值与参加反应的物质多少有关

2、已知

（1）H2( g )＋1/2O2 ( g ) ＝H2O ( g ) ΔH1 = a kJ/mol

（2）2H2( g )＋O2 ( g ) ＝2H2O ( g ) ΔH2 = b kJ/mol

（3）H2 ( g )＋1/2 O2 ( g ) ＝H2O ( l ) ΔH3 = c kJ/mol

（4）2H2 ( g )＋O2 ( g ) ＝2H2O ( l ) ΔH4 = d kJ/mol

则a、b、c、d的关系正确的是。

A、a

B、b>d>0

C、2a=b< 0

D、2c=d>0

3、沼气是一种能源，它的主要成分是CH4。0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出445 kJ的热量。则下列热化学方程式中正确的是

A、2CH4( g )＋4O2( g )＝2CO2( g )＋4H2O ( l ) ΔH = +890 kJ/mol

B、CH4＋2O2＝CO2＋H2O ΔH = －890 kJ/mol

C、CH4 ( g )＋2 O2 ( g ) ＝CO2 ( g ) ＋2 H2O ( l ) ΔH = －890 kJ/mol

D、1/2CH4 ( g )＋O2 ( g ) ＝1/2CO2 ( g ) ＋H2O ( l ) ΔH = -890 kJ/mol

4、已知○11mol H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量；○21mol Cl2分子中化学键断裂时需要吸收243 kJ ○3由H原子和Cl原子形成1 mol HCl 分子时释放431 kJ的能量。下列叙述正确的是( )

A、氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式是H2 (g) + Cl2(g) == 2HCl (g)

B、氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH==183 kJ/mol

C、氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH==--183 kJ/mol

D、氢气和氯气反应生成1mol氯化氢气体，反应的ΔH==--183 kJ/mol

吸热反应与放热反应的考查

反应热大小的比较

热化学方程式的书写

教学回顾：