第二单元 化学反应中的能量教案教学设计导入整理

化学反应中的能量变化（教学设计）

教学目标：

1.通过活动与探究，认识常见的吸热反应、放热反应，了解吸热反应和放热反应的涵义。

2.通过对热化学方程式知识的学习，初步学会热化学方程式的书写。

3.通过交流与讨论，认识化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因，了解化学反应中热量变化的实质。4.通过生产、生活中的实例，了解提高燃料的燃烧效率、合理利用化石燃料、开发高能清洁燃料的重要性。

教学过程：

一、

放热反应和吸热反应

1．化学反应过程中能量转化形式

化学反应中不仅是物质的转变，同时还伴随着能量变化。化学反应中比较常见的是化学能与热能、电能、光能的互相转化。

2．吸热反应、放热反应

(1)实验探究：按照下列各实验的操作步骤，完成各实验并将观察到的实验现象及其实验结论填入表中。

①铝与盐酸反应

实验操作

实验现象

产生大量气泡、温度计指示温度升高

②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应

实验操作

实验现象

实验结论

实验结论

铝与盐酸反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，该反应放出热量

①有刺激性气味气体产生，②用手摸烧杯底部有冰凉感觉，③用手拿起烧杯，玻璃片粘结到烧杯的

底部，④烧杯内反应物成化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应吸收热量

糊状

(2)结论：由上述实验可知，化学反应有的放出热量，有的吸收热量。化学上把有热量放出的化学反应称为放热反应，把吸收热量的化学反应称为吸热反应。

3．化学反应中能量变化的原因

(1)从化学键的断裂与形成理解放热、吸热反应

化学反应中的能量变化可以用下图形象地表示出来：

①若E1>E2，反应吸收能量

②若E1

(2)化学反应的能量变化与物质内部能量的关系

①图Ⅰ中反应物内部的总能量大于生成物内部的总能量，反应释放能量。

②图Ⅱ中反应物内部的总能量小于生成物内部的总能量，反应吸收能量。

【议一议】

1．化学反应过程都伴随着能量变化，伴随能量变化的过程都是化学反应吗？

答案

不一定。例如，物质的三态变化，虽然伴有能量变化，但它属于物理变化，不属于化学反应。

2．常见的吸热反应与放热反应有哪些？

答案

(1)常见的放热反应：

①所有的燃烧反应：如：木炭、H2、CH4等在氧气中的燃烧。

②酸碱中和反应：H＋＋OH－===H2O。

③大多数化合反应。

高温④铝热反应：如2Al＋Fe2O3=====

Al2O3＋2Fe。

⑤金属与酸的反应：如Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑

(2)常见的吸热反应：

△①大多数分解反应：如NH4Cl=====

NH3↑＋HCl↑。

高温②以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应。如C＋H2O(g)=====

CO＋H2；CO△＋CuO=====

Cu＋CO2。

③某些晶体间的反应。如Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。

3．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗？

答案

不一定。加热、点燃、高温等反应条件是反应发生的引发条件，一个反应是吸热还是放热最终取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小，因此，开始需要加热的反应也可能是放热反应，吸热反应在常温下也有可能发生。

4．根据下列信息分析氢气燃烧生成水蒸气的反应为什么是放热反应？

答案

从给出的信息可知，在化学反应过程中，反应物分子中旧键断裂需吸收能1量，生成物分子中新键形成放出能量。断裂1 mol H2和2

mol O2中的化学键吸收的能量总和为436 kJ＋249 kJ＝685 kJ，而形成1 mol H2O的共价键释放930 kJ能量，放出的能量大于吸收的能量，故该反应要放出能量。

二、热化学方程式

1．概念：表示反应中放出或吸收热量的化学方程式，叫做热化学方程式。

2．意义：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。

3．书写热化学方程式的注意事项

(1)热化学方程式中要标明物质的状态，用

g、l、s分别代表气态、液态、固态。

(2)用ΔH标明反应放出或吸收的热量，负值表示在该条件下反应放热，正值表示在该条件下反应吸热。

(3)热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数，只表示物质的量。因此，它可以用整数，还可以用简单分数表示。对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其ΔH不同。

【议一议】

1．热化学方程式H2(g)＋

1/2 O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8kJ·mol－1表示的意义是什么？

答案

1mol氢气与1/2mol的氧气反应生成1mol水蒸气可放出241.8kJ热量。

2．1 mol C与1 mol O2完全反应生成1 mol CO2气体，放出393.6 kJ热量，写出反应的热化学方程式。

答案

C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－393.6 kJ·mol－1

三、燃料燃烧释放的热量

1．化石燃料：当今社会的主要能源是煤、石油、天然气等都属于化石燃料，化石燃料是不可再生的能源。

2．热值：一定条件下，单位质量(一般取克)的可燃物完全燃烧所放出的热量。课本表格中所列举的热值中，氢气的热值最高，它应是应用价值最高的燃料。

3．燃料充分燃烧的条件

(1)有足够多的空气(但不能过多，否则会带走一部分热量)。

(2)燃料与空气有足够大的接触面积。如：粉碎固体燃料、雾化液体燃料。

4．化石燃料的弊端

(1)常发生不完全燃烧：一是产生的热量少，浪费资源；二是产生大量的烟尘和一氧化碳气体。

(2)有些煤中灰分含量大，水分多，热效率较低。

(3)某些化石燃料燃烧排出的废气中含有二氧化硫和氮氧化物，排放到空气中污染空气并形成酸雨。

5．提高燃料的使用效率

(1)研究化石燃料完全燃烧的条件和减少燃料燃烧产生的热量损耗的技术。

(2)怎样防止燃料燃烧造成的环境污染。

(3)通过化学方法把石油、煤等化石燃料转化为洁净的燃料，例如煤的气化、液化。

(4)开发氢能、核能、太阳能等洁净、高效的新能源。

【议一议】

1. 在进行有关燃料充分燃烧的条件讨论时，有两种意见：甲同学认为：空气越多越好；乙同学认为：空气足量即可。你认为上述哪一位同学的意见是不正确的？理由是什么？

答案

燃料充分燃烧的两个条件是：①要有足够的空气；②燃料与空气要有足够大的接触面。但空气的通入量也要适当，否则，过量的空气就会带走部分热量，同样会造成能源的浪费，故甲同学的意见不正确。

2．在生产和生活中应根据什么标准来选择燃料？

答案

①燃料的热值，②燃料的价格，③燃料对环境的影响，④燃料的储量，⑤燃料的开采、运输

教学点拨：

1．化学反应中热量变化

【例1】

已知X＋Y===M＋N反应中的能量变化过程如图，则下列有关说法正确的是(

)

A．X的能量一定低于M的能量，Y的能量一定低于N的能量

B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行

C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量

D．X和Y的总能量一定低于M和N的总能量

答案

D

解析

一个确定的化学反应是吸热还是放热，取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小；或取决于断开反应物中的化学键所吸收总能量和形成生成物中的化学键所放出总能量的相对大小。

知识总结

1．反应热(ΔH)

2．反应热与化学键能的关系

(1)键能：

共价键的键能是指生成1 mol共价键所放出的能量或破坏1 mol共价键所消耗的能量。

(2)键能与物质的稳定性：

键能越大，共价键越牢固，形成的物质越稳定，则该物质本身所具有的能量越低。

(3)利用键能计算反应热：ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和。

3．放热反应与吸热反应的比较

能量

变化

续表

键能

变化

生成物的总键能大于反应物的总键能

生成物的总键能小于反应物的总键能

放热反应

吸热反应

反应物的总能量大于生成物的总能量

反应物的总能量小于生成物的总能量

图示

①金属和水或酸的反应；②

①大部分分解反应；②以金属氧化物和水或酸的反应；③

实例

可燃物的燃烧反应及缓慢氧化；④酸和碱的中和反应；⑤铝热反应；⑥大部分化合反应

碳、CO、H2为还原剂的氧化还原反应；③Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应

变式训练1

下列关于反应能量的说法中正确的是(

) A．化学反应中的能量变化，都表现为热量的变化

B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因

C．已知反应：Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)为放热反应，则反应物总能量<生成物总能量

D．相同条件下，如果1 mol氢原子所具有的能量为E1，1 mol氢分子的能量为E2。则2E1＝E2

答案

B

解析

化学反应中的能量变化，不是都表现为热量的变化，还可能有其他能量的变化，如光能等，故A项错误；放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，故C项错误；分子变成原子需要破坏化学键，吸收能量，2E1>E2，故D项错误。

2．热化学方程式书写

【例2】

已知在1×105 Pa,298 K条件下，2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ热量，下列热化学方程式正确的是(

) 1A．H2O(g)===H2(g)＋2O2(g)

ΔH＝＋242 kJ·mol－1

B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH＝－484 kJ·mol－1

1C．H2(g)＋2O2(g)===H2O(g)

ΔH＝＋242 kJ·mol－1

D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)

ΔH＝＋484 kJ·mol－1

答案

A 解析

在热化学方程式中要注明反应物和生成物的状态，ΔH值要正确且注明“＋”与“－”，物质的化学计量数可用分数。结合以上原则分析：H2燃烧放热(ΔH为负值)，H2O分解为吸热(ΔH为正值)，故A正确，B中水的状态应该是气态。

技巧点拨

正确书写热化学方程式，除了遵循书写化学方程式的要求外，还要注意以下几点

1．注意物质的状态：反应物和生成物的聚集状态不同，反应热ΔH的数值以及符号都可能不同。因此，必须注明物质(反应物和生成物)的聚集状态(气体：g ；液体：l；固体：s；稀溶液：aq)，才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中，不用标明反应条件、“↑”和“↓”等。

2．注意ΔH的符号及其单位：反应热ΔH只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的最后，其单位一般为kJ·mol－1。若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。

3．注意ΔH与化学计量数的关系：热化学方程式中，各物质化学式前的化学计量数，只表示该物质的物质的量，可以是整数、分数或小数。对相同的化学反应，化学计量数不同，反应热ΔH也不同。例如：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH

＝－890 kJ·mol－1

112CH4(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝－445 kJ·mol－1

4．注意ΔH的大小与可逆反应的关系：不论化学反应是否可逆，热化学方程式中的反应热ΔH表示反应进行到底(完全转化)时的能量变化。例如：N2

(g) ＋

3H2(g)

2NH3(g)

ΔH＝－92.4 kJ·mol－1是指1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全转化为2 mol NH3(g)时放出的热量为92.4 kJ。

变式训练2

下列热化学方程式书写正确的是(

) A．2SO2＋O2===2SO3

ΔH＝－196.6 kJ·mol－1

1B．H2(g)＋2O2(g)===H2O(l) ΔH＝＋241.8 kJ·mol－1

C. 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

D．C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1

答案

C 解析

书写热化学方程式必须注意：①要注明反应物与生成物各物质的状态，A错；②吸热反应ΔH>0，体系能量升高；放热反应ΔH<0，B、D 错。

课堂练习：

1．下列反应属于放热反应的是(

) A．氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应

B．能量变化如图所示的反应

C．化学键断裂吸收的热量比化学键形成放出的热量多的反应

D．燃烧反应和酸碱中和反应

答案

D

解析

氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应属于吸热反应；生成物的总能量比反应

物的总能量大的反应为吸热反应；化学键断裂吸收的热量比化学键形成放出的热量多的反应为吸热反应。

2．下列说法中正确的是(

) A．物质发生化学反应都伴随能量变化

B．伴有能量变化的物质变化都是化学变化

C．断开HCl放出能量

D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量

答案

A 解析

很多物理变化也伴有能量变化，如溶解、三态变化，B错；化学键断裂吸收能量，C错；对于吸热反应而言，反应物总能量低于生成物总能量，D错。

3. 1 g氢气燃烧生成液态水时，放出142.9 kJ的热量，下列表示该反应的热化学方程式中，正确的是(

) A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－142.9 kJ·mol－1

B．H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1

C．2H2＋O2===2H2O ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1

答案

B 解析

1 g氢气燃烧生成液态水时，放出142.9 kJ的热量，ΔH<0，则1 mol H2燃烧放出285.8 kJ的热量，故反应的热化学方程式为H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)

ΔH＝－285.8 kJ·mol－1或2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH＝－571.6 kJ·mol－1。A项中热量计算错误，C项中没有注明物质的聚集状态，D项中ΔH应为负值。故正确答案为B。

4．氢气在氯气中燃烧时发出苍白色火焰，在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为a kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为b kJ，形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为c kJ，下列关系中正确的是(

) A．b＞c

B．a＋b＞2c

C．a＋b＜c

D．a＋b＜2c

答案

D 解析

燃烧放热，故形成化学键释放的能量2c

kJ大于破坏化学键吸收的能量(a＋b) kJ。

5．某同学做如下实验，以检验反应中的能量变化。

(1)实验中发现反应后(a)中温度升高，由此可以判断(a)中反应是________热反应；(b)中温度降低，由此可以判断(b)中反应是________热反应。

(2)写出铝与盐酸反应的离子方程式_____________________。

(3)根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量应该________其生成物的总能量。

答案

(1)放

吸

(2)2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑

(3)低于

解析

(1)反应后(a)中温度升高，(b)中温度降低，说明(a)中反应为放热反应，(b)反应为吸热反应

。

(2)铝与盐酸反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。

(3)(b)中反应为吸热反应，根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量低于其生成物的总能量。