第1節化學反應的熱效應第1課時化學反應的反應熱教材分析本節內容介紹的是熱化學的一些初步知識，以啟發學生從能量角度考慮化學反應問題，有利于學生較全面地認識化學反應。再聯系化學反應的過程，即反應物分子的舊化學鍵的斷裂所需要的能量和生成物分子新化學鍵的形成所放出的能量，定量討論化學反應的能量變化，說明宏觀的反應熱和微觀的化學鍵斷裂和形成所吸收和放出的總能量之間的關系。學情分析通過化學必修2的學習，學生已經知道物質發生化學反應產生新物質的同時，伴隨著能量變化，但系統地研究反應熱的問題，這還是第一次。像焓變、熱化學方程式等熱化學概念和理論，學生學起來覺得抽象。為了適應學生的認知水平，在教學中要注意把握分寸，力求簡明、通俗，回避對熱化學理論深入的討論和嚴格的數學推導。教學目標【知識與技能】(1)掌握反應熱的概念。(2)測定酸、堿中和反應的反應熱。(3)加深理解中和反應是放熱反應?！具^程與方法】通過分組實驗、測量數據以及對數據的分析處理，體驗實驗探究的方法?！厩楦袘B度與價值觀】(1)培養學生設計實驗的能力。(2)提高學生的分析問題的能力。(3)培養學生嚴謹求實的科學作風。教學重難點反應熱的測定原理和方法。教學方法啟發、引導、討論、實驗探究。課前準備實驗用品：量熱儀、量筒(50mL)兩個、0.50mol·L-1鹽酸、0.55mol·L-1NaOH溶液。教學過程一、導入新課【導入】通常情況下，化學反應中能量的轉化主要是化學能與熱能之間的轉化。化學反應幾乎都伴隨著熱能的釋放或吸收，而且在一定條件下，一個反應釋放或吸收的熱量是一定的。那么，應如何定量地描述一個化學反應釋放或吸收能量呢？用什么方法可以準確地測量一個化學反應釋放或吸收的熱量呢？通過理論方法能夠計算出化學反應釋放或吸收的熱量嗎？二、講授新課【講解】為了定量地描述化學反應釋放或吸收地熱能，化學上規定：當化學反應在一定的溫度下進行時，反應所釋放或吸收的熱量稱為該反應在此溫度下的熱效應，簡稱反應熱。同常用Q表示，并約定反應吸熱時Q取正值；反應放熱時Q取負值。【講解】反應熱的數值可以通過實驗測得，也可以通過理論計算求得。用實驗方法和理論方法研究反應熱的化學分支稱為熱化學。用于測定反應熱的儀器稱為量熱儀。量熱儀由內、外兩個筒組成，內筒是反應容器，外筒起保溫作用。教學環節一：明確實驗目的【板書】中和反應反應熱的測定1.實驗目的：測定強酸與強堿反應的反應熱，體驗化學反應的熱效應。(設計意圖：開篇就明確實驗目的，讓學生做到有的放矢。)教學環節二：理解酸、堿中和反應反應熱測定的實驗原理【設問】我們測定酸、堿中和反應反應熱的原理是什么？【板書】2.實驗原理【思考交流】本節課，我們取定量的鹽酸和氫氧化鈉溶液發生中和反應，哪些數據可以幫助我們測出它們的反應熱呢？請大家討論回答?！窘處煱鍟縌=mc?t①Q：中和反應放出的熱量。m：反應混合液的質量。c：反應混合液的比熱容。?t：反應前后溶液溫度的差值?！咀穯枴课覀內绾蔚玫缴鲜鰯祿兀俊緦W生】m為所用酸、堿的質量和，測出參加反應的酸、堿質量相加即可；c需要查閱資料；△t可用溫度計測出反應前后的溫度相減得到?！舅伎肌克?、堿反應時，我們用的是它的稀溶液，它們的質量應怎樣得到？是否可用天平稱量呢？【學生】用量筒量出它們的體積，再乘以它們的密度即可?！拘〗Y】如此說來，上述計算Q的式子可表示為【板書】Q=(V酸ρ酸+V堿ρ堿)·c·(t2-t1)②【講解】本實驗中，我們所用一元酸、一元堿的體積均為50mL，它們的濃度分別為0.50mol·L-1和0.55mol·L-1。由于是稀溶液，且為了計算簡便，我們近似地認為，所用酸、堿溶液的密度均為1g·cm-3，且中和后所得溶液的比熱容為4.18J·(g·°C)-1?！景鍟縑酸=V堿=50mLc酸=0.50mol·L-1c堿=0.55mol·L-1ρ酸=ρ堿=lg·cm-3c=4.18J·(g·°C)-1【教師】請大家把以上數據代入②式，得出Q的表示式。其中熱量的單位用kJ?！景鍟縌=0.418(t2-t1)kJ③【追問】③式表示的是不是該反應的反應熱？為什么？【講解】③式不是該反應的反應熱，因為反應熱是有正負的，中和反應放熱，故其△H符號為“-”。50mL0.50mol·L-1的鹽酸與50mL0.55mol·L-1氫氧化鈉溶液反應后生成的水只有0.025mol，故③式表示的也不是中和熱。【設問】該中和反應反應熱應怎樣表示呢？請大家表示出來?！景鍟俊鱄=-0.418(t2-(設計意圖：通過啟發、討論，最終推導出中和反應反應熱的計算表達式，進一步深切領會反應熱的概念，以及對反應熱的測定有了感性認識。)教學環節三明確實驗步驟【過渡】下面，我們便根據以上原理，利用實驗臺上已有的儀器和藥品設計出測定酸、堿中和反應反應熱的實驗步驟。【板書】3.實驗步驟【教師】請大家四人一組，設計出一個完整的實驗步驟來。(學生設計，教師巡視，并找出具有代表性的設計投影展示)【投影】(1)反應物溫度的測量。①用量筒量取50mL0.50mol/L鹽酸，打開杯蓋，倒入量熱計的內筒中，蓋上杯蓋，插入溫度計，測量并記錄鹽酸的溫度(數據填入下表)。用水把溫度計上的酸沖洗干凈，擦干備用。②用另一個量簡量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，用溫度計測量并記錄NaOH溶液的溫度(數據填入下表)。(2)反應后體系溫度的測量。打開杯蓋，將量筒中的NaOH溶液迅速倒入量熱計的內簡中，立即蓋上杯蓋，插入溫度計，用攪拌器勻速攪拌。密切關注溫度變化，將最高溫度記為反應后體系的溫度(左)。(3)重復上述步驟(1)至步驟(2)兩次?！緮祿幚怼?1)取鹽酸溫度和NaOH溶液溫度的平均值記為反應前體系的溫度(t1)。計算溫度差(t2-t1)，將數據填入下表。實驗次數反應物的溫度/℃反應前體系的溫度反應后體系的溫度溫度差鹽酸NaOH溶液t1/℃t2/℃(t2-t1)/℃123(2)取三次測量所得溫度差的平均值作為計算依據。(3)根據溫度差和比熱容等計算反應熱。為了計算簡便，可以近似地認為實驗所用酸、堿稀溶液的密度、比熱容與水的相同，并忽略量熱計的比熱容，則：①50mL0.50mol/L鹽酸的質量m1=50g，50mL0.55mol/LNaOH溶液的質量m2=50g。②反應后生成的溶液的比熱容c=4.18J/(g·℃)，50mL0.50mol/L鹽酸與50mL0.55mol/LNaOH溶液發生中和反應時放出的熱量為：(m1+m2)·c·(t2-t1)=_____________。③生成1molH2O時放出的熱量為____________________。(設計意圖：學生進行設計時，容易忽略部分實驗細節。對此，教師要予以講明或投影出以下思考交流讓學生回答。)【思考交流】1.隔熱層的作用是什么？2.溫度計上的酸為何要用水沖洗干凈？沖洗后的溶液能否倒入內筒？為什么？3.酸、堿混合時，為何要把量簡中的NaOH溶液一次倒入內筒而不能緩緩倒入？4.實驗中所用HCl和NaOH的物質的量比為何不是1:1而是NaOH過量？若用HCl過量行嗎？【答案】1.隔熱層為了達到保溫、隔熱、減少實驗過程中熱量損失的目的。2.因為該溫度計還要用來測堿液的溫度，若不沖洗，溫度計上的酸會和堿發生中和反應而使熱量散失，故要沖洗干凈。沖洗后的溶液不能倒入內筒，若倒入，會使總溶液的質量增加，而導致實驗結果誤差。3.因為本實驗的關鍵是測反應的反應熱，若動作遲緩，將會使熱量損失而使誤差增大。4.為了保證50mL0.50mol·L-1的鹽酸完全被NaOH中和，采用50mL0.55mol·L-1NaOH溶液，使堿稍稍過量。若使HCl過量，亦可。教學環節四處理實驗數據并進行誤差分析(學生實驗完畢后，請學生根據實驗數據計算各自所測得的中和反應的反應熱，并與其他同學交流實驗結果)【議一議】你所測得的數據是否為57.3kJ·mol-1，若不是，分析產生誤差的原因。【板書】4.誤差分析【學生分析后進行回答交流】可能的原因如下：1.量取溶液的體積有誤差(測量結果是按50mL的酸、堿進行計算，若實際量取時，多于50mL或小于50mL都會造成誤差)。2.溫度計的讀數有誤。3.實驗過程中有液體灑在外面。4.混合酸、堿溶液時，動作緩慢。5.隔熱工作不到位，致使實驗過程中熱量損失。6.用溫度計測量鹽酸的溫度后，溫度計未用水清洗便立即去測NaOH溶液的溫度，致使酸堿發生中和反應，熱量損失?！拘〗Y】以上產生誤差的原因，也是大家提高中和反應反應熱測定的準確性而需注意的問題。請大家根據已有知識，討論下列問題：【思考交流】1.本實驗中若把50mL0.50mol·L-1的鹽酸改為50mL0.50mol·L-1醋酸(弱酸)溶液，所測結果是否會有所變化？為什么？2.若改用100mL0.50mol·L-1的鹽酸和100mL0.55mol·L-1的NaOH溶液，所測反應熱的數值是否約為本實驗結果的二倍(假定各步操作沒有失誤)？【學生討論，并回答討論結果】答案：1.會有所變化。因為醋酸為弱電解質，其電離時要吸熱，故將使測得結果偏小。2.否。因所測反應熱是強酸與強堿發生反應，生成1molH2O時放出的熱量，其數值與反應物的用量的多少無關，故所測結果應基本和本次實驗結果相同(若所有操作都準確無誤，且無熱量損失，則二者結果相同)。(設計意圖：實驗數據處理及誤差分析歷來都是學生的弱項，因此通過啟發式問題的導入，同學們會很輕松地全面分析產生誤差的原因。)三、課堂練習【練習】50mL0.50mol·L-1鹽酸與50mL0.55mol·L-1NaOH溶液在圖示的裝置中進行中和反應。通過測定反應過程中所放出的熱量可計算中和反應的反應熱?；卮鹣铝袉栴}：(1)從實驗裝置上看，圖中尚缺少的一種玻璃用品是___________。(2)燒杯間填滿碎紙條的作用是______________________。(3)大燒杯上如不蓋硬紙板，求得的反應熱數值_____(填“偏大”“偏小”無影響”)。(4)實驗中改用60mL0.50mol·L-1鹽酸跟50mL0.55mol·L-1NaOH溶液進行反應，與上述實驗相比，所放出的熱量______填“相等”“不相等”)，所求中和反應的反應熱_________(填“相等”“不相等”)，簡述理由：_______________________。(5)用相同濃度和體積的氨水代替NaOH溶液進行上述實驗，測得的反應熱的數值會________________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。解答：(1)環形玻璃攪拌棒(2)減少實驗過程中的熱量損失(3)偏小(4)不相等相等因為中和反應的反應熱是指強酸、強堿發生中和反應生成1molH2O所放出的能量，與酸、堿的用量無關(5)偏小四、課堂小結本節課我們重點理解中和熱的測定原理及測量方法，并學會進行數據處理及誤差分析。板書設計第1章化學反應與能量轉化第1節化學反應的熱效應第1課時化學反應的反應熱一、反應熱：當化學反應在一定的溫度下進行時，反應所釋放或吸收的熱量稱為該反應在此溫度下的熱效應。二、中和反應反應熱的測定1.實驗目的：測定強酸與強堿反應的反應熱，體驗化學反應的熱效應。2.實驗原理：Q=mc△t①Q：中和反應放出的熱量。m：反應混合液的質量。c：反應混合液的比熱容。△t：反應前后溶液溫度的差值。Q=(V酸ρ酸+V堿ρ堿)·c·(t2-t1)V酸=V堿=50mLc酸=0.50mol·L-1c堿=0.55mol·L-1ρ酸=ρ堿=lg·cm-3c=4.18J·(g·°C)-1Q=0.418(t2-t1)kJ△H=-0.418(t2-3