11《化学反应与能量的变化》教案-新人教选修4

1、 第一章 化学反响与能量第一节 化学反响与能量的变化教学目标：1.能举例说明化学能与热能的相互转化，了解反响热的概念。2.知道化学反响热效应与反响的焓变之间的关系。教学重点、难点：化学反响热效应与反响的焓变之间的关系。课时划分：一课时。教学过程：讨论在我们学过的化学反响当中，有哪些反响伴随着能量热量变化引言通过讨论知道，在化学反响当中，常件有能量变化，现在我们来学习化学反响中的能量变化。板书第一章 化学反响与能量第一节 化学反响与能量的变化一、反响热 焓变：在化学反响过程中放出或吸收的热量、通常叫做反响热。又称焓变。 1符号：用H表示。 2单位：一般采用kJ/mol。3可直接测量，测量仪器叫量

2、热计。 4研究对象：一定压强下，在敞口容器中发生的反响所放出或吸收的热量。5反响热产生的原因：设疑例如：H2(g)Cl2(g) = 2HCl(g)实验测得 lmol H2与 lmol Cl2反响生成 2 mol HCl时放出184.6 kJ的热量，从微观角度应如何解释电脑投影析疑化学键断裂时需要吸收能量。吸收总能量为：436kJ243kJ679 kJ，化学键形成时需要释放能量。释放总能量为：431kJ431kJ862 kJ，反响热的计算：862kJ679kJ=183kJ讲述任何化学反响都有反响热，这是由于反响物中旧化学键断裂时，需要克服原子间的相互作用而吸收能量；当原子重新组成生成物、新化学键

3、形成时，又要释放能量。新化学键形成时所释放的总能量与反响物中旧化学键断裂时所吸收的总能量的差就是此反响的反响热。板书6反响热表示方法：学生阅读教材小结当生成物释放的总能量大于反响物吸收的总能量时，反响为放热反响，使反响本身能量降低，规定放热反响H为“一，所以H为“一或H0时为放热反响。上述反响 H2(g)Cl2(g) = 2HCl(g)，反响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响物吸收的总能量时，反响是吸热反响，通过加热、光照等方法吸收能量，使反响本身能量升高，规

4、定H为“，所以H为“或H0时为吸热反响。板书 H为“或H0时为吸热反响；H为“一或H0时为放热反响。投影 讲解 1如果反响物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量，反响物转化为生成物时放出热量。反响为放热反响。规定放热反响H为“一。2如果反响物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，反响物转化为生成物时吸收热量。反响为吸热反响。规定H为“。投影例 1：1molC与1molH2O(g)反响失成lmol CO(g)和1mol H2(g)，需要吸收131.5kJ的热量，该反响的反响热为H=kJ/mol。(131.5)例 2：拆开 lmol HH键、lmol NH键、lmolNN键分别需要的能量是43

5、6kJ、391kJ、946N，那么1mol N2生成NH3的反响热为，1mol H2生成NH3的反响热为。分析：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，因拆开 lmol NH键和生成 lmol NH键吸收和释放出的能量相等，所以此反响的反响热计算如下：2×3×391kJ/mol-946kJ/mol-3×436kJ/mol=92kJ/mol而 lmol H2只与mol N2反响，所以反响热H=，那么此题lmolN2生成NH3的反响热H = -92kJ/mol。过渡什么是化学反响热如何表示如何准确地描述物质间的化学反响及其能量变化下面我们来学习热化学方程式。板书二、热化

6、学方程式1定义：说明反响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=14.9kJ/mol学生分析热化学方程式不仅说明了化学反响中的物质变化，也说明了化学反响中的能量变化。板书2书写热化学方程式的本卷须知：(让学生阅读教材归纳、总结)(1)需注明反响的温度和压强。因反响的温度和压强不同时，其H不同。讲述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“。板书(2)要注明反响物和生成物的状态。物质的聚集状态，与它们所具有的能量有关。讨论例如：H2(g)O2(g) = H2O(g)；H=-241

7、.8 kJ/mol H2(g)十O2 (g)H2O(l)；H=-285.8kJ/mol从上述两个热化学方程式可看出，lmolH2反响生成H2O(l)比生成H2O(g)多放出44kJ/mol的热量。产生的热量为什么不同板书(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。对于相同物质的反响，当化学计量数不同时，其H也不同。投影例如：H2(g)+C12(g) = 2HCl(g)；H=-184.6 kJ/molH2(g)+ Cl2(g) = HCl(g)；H92.3 kJ/mol板书3热化学方程式的含义投影例：H2(g)O2(g) = H2O(g)；H=-241.8 k

8、J/mol，表示 lmol气态 H2和mol气态 O2反响生成 lmol水蒸气，放出 241.8kJ的热量。(在 101kPa和 25时) H2(g)十O2 (g)H2O(l)；H=-285.8kJ/mol，表示lmol气态H2与mo气态O2反响在101 kPa和 25时，生成lmol液态水，放出285.8kJ的热量。学生归纳描述在一定条件下，一定量某状态下的物质，充分反响后所吸收或放出热量的多少。板书4热化学方程式的应用投影例1在25，101kPa下，1g (辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量表示上述反响的热化学方程式正确的选项是( )A；H48.40kJ/molB；H5

9、518kJ/molC；H+5518kJ/molD；H11036kJ/mol分析与解答1 mol 燃烧放出热量48.40kJ/g×114g5518kJ。答案 BD例2 0.3mol的气态高能燃料乙硼烷()在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ热量，其热化学方程式为_又：；H44kJ那么11.2L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是_kJ分析与解答1 mol 燃烧放出热量，0.5mol 燃烧生成液态水(1.5mol)放出热量为，1.5mol 变为1.5mol 需吸收热量为66kJ，所以，0.5mol 燃烧生成气态水时放出热量为：答案；H2165kJ/m

10、ol 1016.5小结略作业P5 1、2、3、4板书方案 第一节 化学反响与能量的变化一、反响热 焓变：在化学反响过程中放出或吸收的热量、通常叫做反响热。又称焓变。 1符号：用H表示。 2单位：一般采用kJ/mol。3可直接测量，测量仪器叫量热计。 4研究对象：一定压强下，在敞口容器中发生的反响所放出或吸收的热量。5反响热产生的原因：6反响热表示方法：当生成物释放的总能量大于反响物吸收的总能量时，反响为放热反响，H为“一或H0当生成物释放的总能量小于反响物吸收的总能量时，反响是吸热反响，H为“十或H0二、热化学方程式 1定义：说明反响所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。 2书写热

11、化学方程式的本卷须知：(1)需注明反响的温度和压强；因反响的温度和压强不同时，其H不同。(2)要注明反响物和生成物的状态。(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。对于相同物质的反响，当化学计量数不同时，其H也不同。 3热化学方程式的舍义描述在一定条件下，一定量某状态下的物质，充分反响后所吸收或放出热量的多少。4热化学方程式的应用剖析中学化学教材中热化学方程式的表示方法按照国家指令性规定，在使用“量和单位的名称、符号、书写规那么时都应符合 中华人民共和国国家标准GB31003102-93“量和单位 (以下简称 国标 )的规定。 全日制普通高级中学教科书(试

12、验本)化学 (以下简称“新教材)遵循国家的有关规定，结合中学化学教学特点，在物理量的引用上，积极贯彻“量和单位国家标准，标准了教材中相关物理量的表述。本文就新教材里“化学反响中的能量变化中引入热力学函数“H及其由此引发的热化学方程式的表示方法问题作一些探讨。一、新教材引入H的必要性和依据在化学反响中，物质发生化学变化的同时，还伴随有能量的变化，通常以热能的形式表现出来，称为反响热。这种化学反响的热效应反响中吸收或放出的热量可用热化学方程式来表示。在旧教材中热化学方程式是这样表示的：C(固) + O2(气) = CO2(气) + 393.5 kJ上式表示标准状态(即反响体系在压强为101kPa和

13、温度为25时的状态)下，1mol固态碳和1mol氧气反响生成1mol二氧化碳气体时放出393.5kJ的热量。这种表示方法的优点是写法直观，容易为学生所理解。但由于物质的化学式具有表示物种及其质量之意义，化学方程式揭示的又是物质的转化关系，而热化学方程式的这种表示方法把反响中物质的变化和热量的变化用加号连在一起是欠妥的。因此， 国标 规定，热量(Q)应当用适当的热力学函数的变化来表示，例如用“T·S或“H表示(S 是熵的变化，H 是焓的变化)。在中等化学中，一般仅研究在一定压强(即恒压条件)下，在敞开容器中发生的反响所放出或吸收的热量。因此根据热力学第一定律：系统在过程中的热力学能(旧

14、称内能)变化“U等于传给系统的热量“Q与外界对系统所作功“W之和，即：U = Q + W 。当系统处于恒压过程时，那么有：U = QP+ W假设系统在反响过程中只有体积功，即：W =P(V2V1) =(P2V2P1V1)，那么有：U = QP(P2V2P1V1)依据焓(H )的定义：H = U + PV ，显然：QP = (U2U1)+(P2V2P1V1)= (U2+P2V2)(U1+P1V1) = H2H1 =H即有：QP= H式中“QP叫恒压热，是指封闭系统不做除体积功以外的其他功时，在恒压过程中吸收或放出的热量。上式说明，恒压热等于系统焓的变化。所以，在中等化学所研究的反响范围之内，Q

15、= QP =H，这就是新教材中引入H的依据。但需注意的是，限于中等化学学生的知识水平和接受能力，教材不便引入焓的概念，而仍称“H为反响热，教学中也不必引深。二、引入H后的热化学方程式表示方法新教材引入H 这个物理量后，热化学方程式的表示方法同旧教材相比发生了如下变化。1根据 国家标准 ，在热力学中将内能 U 改称为热力学能。其定义为：对于热力学封闭系统，U = Q + W式中“Q是传给系统的能量，“W是对系统所作的功。Q、W都是以“系统的能量增加为“+来定义的。而旧教材中，Q是以“环境的能量增加(或以“系统的能量减少)为“+来定义的，这样，旧教材中热化学方程式中反响热的“+、“所表示的意义正好

16、与 国家标准 的规定相反。因此，引入H以后，当反响为放热反响时，H为“或H 0 (说明系统能量减少)；当反响为吸热反响时，H 为“+ 或 H 0 (说明系统能量增加)。2在旧教材里，热化学方程式中物质的聚集状态用中文表示，如固、液、气等。根据 国家标准 ，应当用英文字母(取英文词头)表示，如“ s代表固体(solid)、“l代表液体(liquid)、“g代表气体(gas)、“aq表示水溶液(Aqueous solution)等。  3热化学方程式中反响热的单位不同。旧教材中反响热的单位是J或kJ，而H的单位为J/mol或 kJ/mol。根据引入H以后的这些变化，类似以下热化

17、学方程式的表示方法已经废除：C(固) + O2(气) = CO2(气) + 393.5 kJC(固) + H2O(气) = CO(气) + H2(气) 131.5 kJ正确的表示方法为：在化学方程式中用规定的英文字母注明各物质的聚集状态。然后写出该反响的摩尔焓变rHm(下标“r表示反响，“m表示摩尔)。实际上通常给出的是反响体系处于标准状态(指温度为298.15K，压强为101kPa时的状态)时的摩尔焓变，即反响的标准摩尔焓变，以“rHm 表示(上标“表示标准)。方程式与摩尔焓变间用逗号或分号隔开。例如：C(s)+O2(g) = CO2(g)； rHm(298.15 K) =393.5 kJ/

18、molC(s)+H2O(g) = CO(g)+H2(g)； rHm(298.15 K) =+131.5 kJ/mol由于rHm与反响体系的温度和压强有关，对于非标准状态下的反响体系，书写热化学方程式时还应注明反响的温度和压强。但中等化学所用的rHm的数据，一般都是反响的标准摩尔焓变，因此可不特别注明。考虑到这一点和中等化学学生的知识水平和接受能力，新教材中将“rHm(298.15K)简写为H 来表示。例如：C(s)+O2(g) = CO2(g)； H =393.5 kJ/molC(s)+H2O(g) = CO(g)+H2(g)； H = +131.5 kJ/mol三、H的单位与反响进度基于对中

19、等化学知识的要求深度，新教材中没有引入“反响进度(代号为)这个物理量。但应明确，rHm的单位“kJ/mol中的“mol是指定反响体系的反响进度的国际单位制(简称SI)单位，而不是物质的量的单位。反响进度的定义为：对于化学反响 0 = BB ，nB() = nB(0) +B式中“nB(0)和“nB()分别为反响进度=0(反响未开始)和=时B的物质的量，“B为反响中B物质的化学计量数(对于反响物其为负，对于产物其为正)。因“nB(0)为常数，那么对于反响系统发生微小变化时有：d=B1dnB对于反响系统发生有限的变化，那么有：=B1nB在此所定义的反响进度，显然只与指定反响系统的化学方程式的写法有关

20、，而与选择系统中何种物质B无关。反响进度与物质的量具有相同的量纲，SI单位为mol。由于的定义与B有关，因此在使用及其与此相关的其它物理量时必须指明化学方程式，否那么是无意义的。例如，说“氢气跟氧气反响生成水蒸气的标准摩尔焓变为：rHm(298.15 K) =483.6 kJ/mol是不明确的。反响进度是研究化学反响过程状态变化的最根底的物理量。由于化学中引入了此量，使涉及化学反响的量纲和单位的标准化大大前进了一步，也很好地解决了一系列物理量在量纲上出现的困难和矛盾。对于化学反响“0 =BB，反响的摩尔焓变rHm，一般可由测量反响进度12时的焓变H，除以反响进度变而得，即：rHm = H由于反响进度()的定义与化学方程式的写法(即与反响方程式中物质B的B)有关，