高中化学第四章剖析物质变化中的能量变化4.1物质在溶解过程中有能量变化吗？教案沪科版.docx

剖析物质变化中的能量变化一、本章的地位和作用 人口、环境和能源已是世界三大重要课题。随着科学技术的进步、人民生活消费水平的提高，特别是信息技术的突飞猛进，人们对能源的需求日益增长，开发能源与节约能源的重要性目益显著。物质在化学反应过程中不仅仅产生新物质，而且总伴随着能量的转化。能量的转化往往是以机械运动、热、光、电等形式表现出来，本章初步涉及热化学和电化学领域的基础知识，有助于学生较全面地认识物质及其变化的规律，启发他们从能量的角度考虑物质变化的问题，从而逐步树立物质具有能量、化学反应中能量的转化和守衡的观点。 本章学习前，学生已有的知识是：热量、物质变化、分子热运动等物理方面的知识；物质组成、物质变化、化学反应中吸热和放热、风化、潮解、结晶和物质的量：氧化还原反应、化学键等化学方面的知识。在本章学习中，学生除了复习、巩固以上知识外，将学习溶解过程中的吸热和放热；甩微粒间的作用力来理解溶解和结晶过程以及解释能量的转化；结晶水合物的概念；反应热、热化学方程式、以及燃料的充分利用；原电池等。在以后某些元素化合物学习中，可以应用能量变化的知识，理解物质变化的规律，并为以后学习的电解质溶液、化学平衡、电解池等知识打下基础。 二、本章教学目标 知识与技熊 1、物质溶解时的两个过程、溶解时的热现象(B)2、溶解、结晶、结晶水合物、风化、潮解等概念(B)3、化学反应中的能量释放的多种形式(A)4、吸热反应和放热反应、反应热(B)5、热化学方程式(B) 6、燃料的充分利用(A)7、铜锌原电池的工作原理(B)过程与方法1观察不规则的硫酸铜晶体的“修补”过程，加深对“溶解一结晶”平衡原理的理解。2记录物质反应过程中体系温度的变化，从能量的转化来分析其原因。 3，搽究反应热的充分利用。4，观察生活中金属锈蚀的现象，用原电池工作愿理分析解释这些现象。情感态度与价值观 1.采集我国能源贮量、分布和开采的数据，调查能源的利用情况，亲身感受能源在国家经济发展中的重要性，增强节能意识，养成节能习惯。2调查有关数据，比较液化气、天然气、煤气、酒精等与氧气反应的热效应，评价其经济价值。三、本章重点和难点 重点 1溶解过程，结晶，溶解平衡。2反应热、热化学方程式、燃料的充分利用。3原电池的原理。 难点 1理解溶解平衡、化学变化中能量变化的规律。2原电池原理。 四、本章课时安排41 2课时42 4课时实验 l课时复习与练习 2课时合计 9课时五、本章知识结构41物质在溶解过程中有能量变化吗?一、教学目标 知识与技能1物质变化中能量变化的意义，以及物质世界中能量守衡和转化的规律(A)2物质溶解时的两个过程，以及两个过程的热量变化，物质溶解时的热现象(B)3掌握结晶、结晶水、结晶水合物的概念，理解风化、潮解的概念。 4通过观察溶解过程的热现象；探索放熟、吸热的原因，培养学生观察、推理思维的能力。 过程与方法 5通过结晶和溶解过程中微粒的运动，理解溶解平衡，并培养学生分析、综合的思维能力。 情感态度与价值观6通过学生对溶解和结晶实验过程的体验，并从“微粒运动”、“可逆过程”、“平衡状态”等角度去分析、综合，培养学生抽象思维的能力，渗透对立、统一的辩证唯物主义观点。二、重点和难点重点物质溶解时的两个过程，溶解过程的热现象。难点溶解和结晶过程溶解平衡三、教学建议 1课时安排：本节二课时，第一课时主要是能量的守恒和转化、溶解的过程和溶解热现象；第二课时溶解和结晶。 2关于引入教学。本节教材是本章的第一节，在开始数学时，尽可能收集比较多的资料，激发学生的兴趣、动机，进行能量观点的教育。在日常生滔中，能量从一种形式转化成另一种形式，从一个物质转化到另一个物体，同种物体的三态变化也涉及能量的变化(如水的三态变化与能量关系)。此类转化的现象比比皆是。教师可以调动学生的积极性，参与能量转化的讨论，在谈论中注意体现能量在转化的过程中始终守恒的观念。拓展阅读能源的种类和储量，引导学生关注当今世界的三大问题之一 能源问题。 3关于溶解过程。在复习溶液、溶质、溶剂的概念之后，提出溶质是如何分散到溶剂中去的呢?建议用探究法进行教学，首先引导学生仔细观察高锰酸钾晶体在水中扩散的实验现象，根据实验现象引导学生分析高锰酸钾晶体间存在离子键，溶解过程中需要能量才能破坏离子键，是吸热的过程，而整个溶解过程没有明显的热效应，是否还存在一个放热的过程(推测)?然后通过测量氯化铵、氢氧化钠、氯化钠晶体分别溶于永前后水的温度的变化实验，完善上述推测，从而得出物质的溶解通常有两个过程：扩散过程和水合过程，其中扩散过程吸收热量，水合过程放出热量。讨论：为什么有些物质溶于水后温度升高，而有些物质溶于水后溶液温度降低呢?讨论起到复习巩固的作用。这段的难点是扩散吸热、水合放热，难以理解，也容易搞颠倒，教学中注意让学生在理解中记忆。 教师还可以根据分子(离子)不断运动，指出溶液是溶剂分子、溶质分子、离子以及它们相互作用生成的水合分子或水合离子等微粒所组成，使学生进一步认识溶液的成分。 4溶解和结晶的课题可以从复习饱和溶液概念，结合日常生活中的例子，如对浓的食盐水放在敞口容器中，糖水加热溶解等现象的分析，得出结晶的概念。也可以用实验活动硫酸铜和明矾的溶解与结晶实验引入课题。5溶解平衡。溶解和结晶这是两个同时进行的相反过程，可以应用多媒体软件演示，从微观运动的角度，阐明这一过程是“同时”、“相反”，渗透对立、统一的辩证唯物主义观点，运用直观教具逐步分析，推理得出宏观上看处于溶解平衡状态的溶液中，溶质、溶剂和未溶解的晶体的质量不增加也不减少；好象溶解和结晶都停止了，而实际上未溶解的溶质的溶解和溶液里已溶解的溶质从溶液中析出这两个反应的过程仍然在不断进行着，只是因为两个过程进行的速度相等。溶解平衡是一个动态平衡。 有条件的话，可以让学生在课外做一个把不规则的硫酸铜晶体浸在饱和的硫酸铜溶液中，在外界条件不变的情况下；放置一段时间，观察晶体形状的变化，测定变化前后晶体的质量，通过分析讨论，加深溶解平衡的理解。 6关于结晶水合物的知识可以出示几种结晶水合物的晶体，如：胆矾、绿矾、明矾、石膏等；并介绍它们的化学式。用实验活动加热胆矾晶体的实验，说明硫酸铜晶体和无水硫酸锕晶体之间的相互转化，通过阅读理解风化和潮解的概念。7第82页“人体能量的变化。 人类生命活动的能量来源于食物中贮存的化学能，食物中的营养成分主要有糖类、脂肪、蛋白质、水、元机盐、维生素这六种营养物质。其中糖类，脂肪，蛋白质这三类营养物质是生命活动的能量来源。 人体每日的能量消耗中，约有十分之一的能量由蛋白质所提供，蛋白质是构成人体细胞 的重要物质。人每日脏器活动和肢体活动所需的能量中，约有70源于糖类，糖类是人体最重要的供能物质：人体所需能量约有20来自脂肪，脂肪是人体的备用能源物质。8趣味实验：化学“冰袋” 利用铵盐溶解于结晶水的吸热特征，制造冰袋。 分别称取碳酸钠晶体30g和硝酸铵晶体23g并研细。先将研细的碳酸钠晶体装入小塑料袋底部，压紧后，用一双卫生筷子夹住塑料袋并用线绳将筷子两端绑住，将碳酸钠晶体封在袋子下半部；然后将研细的硝酸铵装在袋子上半部，再用封口杌将塑料袋封闭，即成“冰袋”。 使用时，只要将卫生筷子取下，使袋内两种固体粉末充分混合，立即产生低温，袋子最低温度可降至约0。9一些物质的溶解热 本表取自RC.Weast：Handbook of Chemistry and Physice，63rded，(1982)，D-l27。10第87页中讲到的“矾”，是硫酸盐的结晶水合物。常见的硫酸盐结晶水合物：11.风化和潮解。有些结晶水合物在常温下就能在干燥的空气里失去一部分或全部的结晶水，发生“风化”现象。这是因为结晶水合物也有“蒸气压。例如在30时，Na2S0410 H20的蒸气压是27mm，CuS045H20是l2.5mm，BaCl22 H20是4mm。当结晶水合物的蒸气压大于大气中水蒸气的压力时，就会发生风化现象。潮解并非风化的逆过程。容易潮解的物质必须具备两个特点：(1)能使水凝结于其表面，(2)极易溶解于水。 12制备胆矾晶体的方法往盛有100mL蒸馏水的烧杯里，溶解30gCuS045H2O。在石棉网上给烧杯加热，并用玻璃棒搅动，当加热到60左右，把溶液慢慢地冷却(最好把盛有CuSO4溶液的烧杯放在热水里，使它冷却的速度越慢越好)，到第二天，在盛有CuSO4溶液烧杯的底部会有小晶体形成，晶体上面是CuS04的饱和溶液。然后过滤，把滤液过滤到一个干净的烧杯里。从所形成的晶体里挑选一粒不太大的晶体，用头发或其他的细丝系住，头发的另一端系到玻璃棒上，把所系的晶体轻轻地放在CuS04的饱和溶液里。经过45天，注意观察晶体的增长。 制备大晶体时要注意：(1)必须用纯净的晶体和蒸馏水。(2)容器要十分清洁。(3)降温的速度要慢。(4)必须静置较长时间。(5)用纸把烧杯盖上，防止灰尘落到溶液里。四、相关链接 1溶解过程吸热和放热现象 晶体物质溶于水，它跟水分子相互作用，使晶体的晶格破坏，消耗一定的能量，这种能量相当于这种晶体物质的晶格能，以U表示。与此同时，晶体物质的离子在溶液里跟水发生了水合作用，又放出了一定的能量，叫做水化能，以H表示，例如：Na+(g)+c1一(g)+(m+n)H20Na(H2O)m+C1(H20)n一十7652kJmol上式7652kJ/mo1是1molNa+(g)和1molCl一(g)由真空放入水中形成稳定水合物的水化能之和。 如果以L表示Imol物质溶于水的热效应，那么可用下式表示： L=HU 从上式可以看出，当HU，L为正值，即溶解过程放出热量；当HU，L为负值，即溶解过程吸收热量。以食盐为例，食盐的晶格能U=7690kJmol，Na+和Cl一水化能之和H=7652kJmol。我们根据上面的公式计算：L(NaCl)=765.2769O一38(kJmol)上述热量变化还可以用下图加以说明：由上图可以知道，L(NaCl)一38kJmo(系理论计算值)，即L为负值，说明食盐溶于水吸收热量。同样，非电解质溶于水，克服其他分子间力要吸收一定的髓量，同时，它的分子跟水作用发生水合作用也放出一定的能量。 各种物质的结构不同，它们溶于水所产生的热效应也不一祥。 2溶解热 溶解热是指1mol物质溶解成极稀溶液时产生的热效应。例如，硝酸铵、硝酸钾等固体溶解时耍吸收热量，溶液的温度明显降低；而浓硫酸、无水氯化钙等溶解时放出热量，溶液的温度显著升高。溶解热用H溶表示(298K)。如： NaOH(S)Na+(aq)+OH一（aq），H44.505kJmol3溶液的组成溶液是由溶剂、溶质的分子(离子)和它们相互作用的生成物(水合分子或水合离子)微粒组成。由于溶质分子(或离子)和水分子的水合作用不是进行到底，这就是说，并不是所有溶质分子(或离子)都和水结合成为水合分子(或水合离子)。在溶液里，溶质分子(或离子)和溶质的水合分子(或水合离子)以一个动态平衡联系着： 因此，溶液里同时存在着溶质分子(或离子)、溶剂(水)分子和溶质的水合分子(或水合离子)。 为什么要加一个“等”字呢？因为对不同溶液来说，溶液的组成是复杂的，除了上述几种物质以外，还可能有络离子等其他物质的存在。 4溶解平衡 溶解平衡是一种相平衡。自然界里物质的聚集状态一般有气体、液体和固体。“相”就是每种聚集状态内部物理性质和化学性质完全均匀的部分。相与相之间有明显的物理分界面。例如，空气、水溶液等物质它们的内部没有明显韵物理分界面，所以它们都是单相。空气为气相；水溶液为液相。如果固体与固体形成的体系，没有形成固溶体(周体溶液)，则无论固体混合得多细：有一种固体就算一个相：有一种未溶解的固体溶质；这时溶液是液相，未溶解物质是固相。整个体系是固一液两相。也就是说，在这种体系里，在一定条件下，未溶解溶质和已溶解溶质处于平衡状态，这种状态叫做溶解平衡。 影响溶解平衡的因素，在一般条件下有温度、压强和溶液的浓度。温度对固体物质溶于水达到溶解平衡的影响，也就是温度对该固体物质在水里溶解度的影响。压强对固体(或液体)物质在水里达到溶解平衡的影响，在一般情况下是特别小，因而可以忽略不计。但压强对气体在水里溶解达到平衡的影响是很大的。改变溶液的浓度，必然使平衡发生变化，所以溶液的浓度对溶解平衡的影响十分重要。 结晶和溶解是相反的两个过程，是既对立而又统一的。为什么说是“对立”的？因为溶解是溶质溶解到溶剂里去的过程，结晶是溶质从溶液里析出的过程，是两个相反的过程。为什么又说是“统一”的？因为这两个相反的过程，总是同时存在在一个体系里。溶解和结晶是一对矛盾，矛盾的双方总是相互依赖的。不论什么时候，只要有溶解过翟存在；同时必然有结晶过程存在。只是在一些情况下，占矛盾的主导地位的是溶解；因而过程表现为固体的溶解；在另一些情况下，占矛盾的主要地位的是结晶，因而过程表现为溶液中的溶质从溶液里结晶析出。另外，溶解和结晶也还可能处于“势均力敌”的状态，也就是处于暂时平衡(溶解平衡)的状态，这时的溶液就是饱和溶液。在一定温度下，每百克溶剂里溶解固体溶质的克数小于该溶质在该温度下的溶解度，表现为固体溶质的溶解；等于该溶质在该温度下的溶解度，表现为固、液两相间的平衡；大于该溶质在该温度下的溶解度，表现为固体溶质从溶液中结晶析出。五、“思考与复习”参考答案1氯化钠溶液中存在钠离子、氯离子、水合钠离子、水合氯离子、水分子、水合氢离子、氢氧根离子等。 2(1)错(2)错(3)错 3因为氯化钙固体极易潮解，能吸收水蒸气在其固体表面形成溶液，所以氯化钙常作干燥剂。 4一段