化學反應(yīng)與能量教案設(shè)計
一、化學反應(yīng)與能量的變化
課標要求
1、了解化學反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因和常見的能量轉(zhuǎn)化形式
2、了解反應(yīng)熱和焓變的含義
3、認識熱化學方程式的意義并能正確書寫熱化學方程式
要點精講
1、焓變與反應(yīng)熱
（1）化學反應(yīng)的外觀特征
化學反應(yīng)的實質(zhì)是舊化學鍵斷裂和新化學鍵生成，從外觀上看，所有的化學反應(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，如光能、電能等。
�。�2）反應(yīng)熱的定義
當化學反應(yīng)在一定的溫度下進行時，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱為反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)，簡稱為反應(yīng)熱。通常用符號Q表示。
反應(yīng)熱產(chǎn)生的原因：由于在化學反應(yīng)過程中，當反應(yīng)物分子內(nèi)的化學鍵斷裂時，需要克服原子間的相互作用，這需要吸收能量；當原子重新結(jié)合成生成物分子，即新化學鍵形成時，又要釋放能量。生成物分子形成時所釋放的總能量與反應(yīng)物分子化學鍵斷裂時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
對于在等壓條件下進行的化學反應(yīng)，如果反應(yīng)中物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化為熱能（同時可能伴隨著反應(yīng)體系體積的改變），而沒有轉(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，稱為焓變，符號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，稱為反應(yīng)焓變。如果生成物的焓大于反應(yīng)物的焓，說明反應(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)必須吸熱才能進行。即當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)必須放熱才能進行。即當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、熱化學方程式
（1）定義
把一個化學反應(yīng)中物質(zhì)的變和能量的變化同時表示出來的學方程式，叫熱化學方程式。
�。�2）表示意義
不僅表明了化學反應(yīng)中的物質(zhì)化，也表明了化學反應(yīng)中的焓變。
�。�3）書寫熱化學方程式須注意的幾點
�、僦荒軐懺跇擞蟹磻�(yīng)物和生成物狀態(tài)的.化學方程式的右邊。
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ΔΗ與測定條件（溫度、壓強等）有關(guān)。因此書寫熱化學方程式時應(yīng)注明ΔΗ的測定條件。
③熱化學方程式中各物質(zhì)化學式前面的化學計量數(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)。因此化學計量數(shù)可以是整數(shù)，也可以是分數(shù)。
�、芊磻�(yīng)物和產(chǎn)物的聚集狀態(tài)不同，焓變ΔΗ不同。因此，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。
�、轃峄瘜W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)，所以方程式中化學式前面的化學計量數(shù)必須與ΔΗ相對應(yīng)，如果化學計量數(shù)加倍，則ΔΗ也要加倍。當反應(yīng)向逆向進行時，其焓變與正反應(yīng)的焓變數(shù)值相等，符號相反。
�。�4）熱化學方程式與化學方程式的比較
3、中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定
�。�1）實驗原理
將兩種反應(yīng)物加入儀器內(nèi)并使之迅速混合，測量反應(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）實驗注意事項：
�、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確，且NaOH溶液的濃度須大于鹽酸的濃度。為了使測得的中和熱更準確，所用鹽酸和NaOH的濃度宜小不宜大，如果濃度偏大，則溶液中陰陽離子間相互牽制作用就大，電離度就會減少，這樣酸堿中和時產(chǎn)生的熱量勢必要用去一部分來補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，且測量時盡可能讀準，并估讀到小數(shù)點后第二位。溫度計的水銀球部分要完全浸沒在溶液中，而且要穩(wěn)定一段時間后再讀數(shù)，以提高所測溫度的
精度。
�。�3）實驗結(jié)論
所測得的三次中和反應(yīng)的反應(yīng)熱相同。
�。�4）實驗分析
以上溶液中所發(fā)生的反應(yīng)均為H++OH-=H2O。由于三次實驗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)的實質(zhì)是H+與OH-化合生成H2O，若反應(yīng)過程中有其他物質(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)知識樹
二、燃燒熱能源
課標要求
1、掌握燃燒熱的概念
2、了解資源、能源是當今社會的重要熱點問題
3、常識性了解使用化石燃料的利弊及新能源的開發(fā)
要點精講
1、燃燒熱
�。�1）概念：25℃，101kPa時，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時所放出的熱量，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）對燃燒熱的理解
①燃燒熱是反應(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，可燃物完全燃燒時，必須生成穩(wěn)定的化合物。如果該物質(zhì)在燃燒時能生成多種燃燒產(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時的熱效應(yīng)。
�。�3）表示燃燒熱的熱化學方程式書寫
燃燒熱是以員1mol物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量來定義的，因此在書寫表示燃燒熱的熱化學方程式時，應(yīng)以燃燒1mol物質(zhì)為標準，來配平其余物質(zhì)的化學計量數(shù)，故在其熱化學方程
式中常出現(xiàn)分數(shù)。
�。�4）研究物質(zhì)燃燒熱的意義
了解化學反應(yīng)完成時產(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
�、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、流過水壩的水等；一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換后獲得的能源稱為二次能源，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期和科學技術(shù)水平下，已被人們廣泛利用的能源稱為常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣、水能等。人類采用先進的方法剛開始加以利用的古老能源以及利用先進技術(shù)新發(fā)展的能源都是新能源，如核聚變能、風能、太陽能、海洋能等。
③可再生能源與非再生能源可連續(xù)再生、永遠利用的一次能源稱為可再生能源，如水力、風能等；經(jīng)過億萬年形成的、短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源，稱為非再生能源，如石油、煤、天然氣等。
�。�2）人類對能源利用的三個時代
�、俨癫菽茉磿r代：草木、人力、畜力、大陽、風和水的動力等。
�、诨茉磿r代：煤、石油、天然氣。
�、鄱嗄茉磿r代：核能、太陽能、氫能等。
�。�3）燃料充分燃燒的條件
�、僖凶銐虻目諝�
�、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，否則過量的空氣會帶走部分熱量，造成浪費。擴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）我國目前的能源利用狀況
目前主要能源是化石燃料，它們蘊藏有限且不能再生，終將枯竭，且從開采、運輸、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，它們都是古代動植物遺體埋在地下經(jīng)過長時間復(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，也造成污染。
（5）解決能源危機的方法：節(jié)約能源；開發(fā)新能源。
3、有關(guān)燃燒熱的計算
�。�1）計算公式：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：“熱量值與熱化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)（應(yīng)相對應(yīng)）成正比”進行有關(guān)計算。
（4）應(yīng)用：“總過程的反應(yīng)熱值等于各分過程反應(yīng)熱之和”進行有關(guān)計算。
4、燃燒熱和中和熱的比較
本節(jié)知識樹
三、化學反應(yīng)熱的計算
課標要求
1、從能量守恒角度理解并掌握蓋斯定律
2、能正確運用蓋斯定律解決具體問題
3、學會化學反應(yīng)熱的有關(guān)計算
要點精講
1、蓋斯定律
�。�1）蓋斯定律的內(nèi)容
化學反應(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)的途徑無關(guān)。如果一個反應(yīng)可以分幾步進行，則各分步反應(yīng)的反應(yīng)焓變之和與該反應(yīng)一步完成時的焓變是相同的，這就是蓋斯定律。
（2）特點
�、俜磻�(yīng)熱效應(yīng)只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，與過程無關(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)熱計算出來。
2、反應(yīng)熱的計算
（1）依據(jù)
�、贌峄瘜W方程式與數(shù)學上的方程式相似，可以移項（同時改變正、負號）；各項的系數(shù)（包括ΔΗ的數(shù)值）可以同時擴大或縮小相同的倍數(shù)。
�、诟鶕�(jù)蓋斯定律，可以將兩個或兩個以上的熱化學方程式（包括其ΔΗ）相加或相減，從而得到一個新的熱化學方程式。
�、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：計算反應(yīng)熱的關(guān)鍵是設(shè)計合理的反應(yīng)過程，正確進行已知方程式和反應(yīng)熱的加減合并。
�。�2）計算方法
列出方程或方程組計算求解。
①明確解題模式：審題→分析→求解。
②有關(guān)熱化學方程式及有關(guān)單位書寫正確。
③計算準確。
�。�3）進行反應(yīng)熱計算的注意事項：
①反應(yīng)熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學計量數(shù)成正比，因此熱化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)改變時，其反應(yīng)熱數(shù)值需同時做相同倍數(shù)的改變。
�、跓峄瘜W方程式中的反應(yīng)熱，是指反應(yīng)按所給形式完全進行時的反應(yīng)熱。
�、壅⒛娣磻�(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號相反。
�、苡媚撤N物質(zhì)的燃燒熱計算反應(yīng)放出的總熱量時，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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