《化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)-第1課時(shí)》示范公開課教學(xué)設(shè)計(jì)【化學(xué)魯科版(新課標(biāo))】

第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)第1課時(shí)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱教材分析本節(jié)內(nèi)容介紹的是熱化學(xué)的一些初步知識，以啟發(fā)學(xué)生從能量角度考慮化學(xué)反應(yīng)問題，有利于學(xué)生較全面地認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)。再聯(lián)系化學(xué)反應(yīng)的過程，即反應(yīng)物分子的舊化學(xué)鍵的斷裂所需要的能量和生成物分子新化學(xué)鍵的形成所放出的能量，定量討論化學(xué)反應(yīng)的能量變化，說明宏觀的反應(yīng)熱和微觀的化學(xué)鍵斷裂和形成所吸收和放出的總能量之間的關(guān)系。學(xué)情分析通過化學(xué)必修2的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新物質(zhì)的同時(shí)，伴隨著能量變化，但系統(tǒng)地研究反應(yīng)熱的問題，這還是第一次。像焓變、熱化學(xué)方程式等熱化學(xué)概念和理論，學(xué)生學(xué)起來覺得抽象。為了適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知水平，在教學(xué)中要注意把握分寸，力求簡明、通俗，回避對熱化學(xué)理論深入的討論和嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。教學(xué)目標(biāo)【知識與技能】(1)掌握反應(yīng)熱的概念。(2)測定酸、堿中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。(3)加深理解中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)?！具^程與方法】通過分組實(shí)驗(yàn)、測量數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的分析處理，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的方法。【情感態(tài)度與價(jià)值觀】(1)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。(2)提高學(xué)生的分析問題的能力。(3)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)。教學(xué)重難點(diǎn)反應(yīng)熱的測定原理和方法。教學(xué)方法啟發(fā)、引導(dǎo)、討論、實(shí)驗(yàn)探究。課前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用品：量熱儀、量筒(50mL)兩個(gè)、0.50mol·L-1鹽酸、0.55mol·L-1NaOH溶液。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課【導(dǎo)入】通常情況下，化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化主要是化學(xué)能與熱能之間的轉(zhuǎn)化。化學(xué)反應(yīng)幾乎都伴隨著熱能的釋放或吸收，而且在一定條件下，一個(gè)反應(yīng)釋放或吸收的熱量是一定的。那么，應(yīng)如何定量地描述一個(gè)化學(xué)反應(yīng)釋放或吸收能量呢？用什么方法可以準(zhǔn)確地測量一個(gè)化學(xué)反應(yīng)釋放或吸收的熱量呢？通過理論方法能夠計(jì)算出化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)釋放或吸收地?zé)崮?，化學(xué)上規(guī)定：當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)，簡稱反應(yīng)熱。同常用Q表示，并約定反應(yīng)吸熱時(shí)Q取正值；反應(yīng)放熱時(shí)Q取負(fù)值?！局v解】反應(yīng)熱的數(shù)值可以通過實(shí)驗(yàn)測得，也可以通過理論計(jì)算求得。用實(shí)驗(yàn)方法和理論方法研究反應(yīng)熱的化學(xué)分支稱為熱化學(xué)。用于測定反應(yīng)熱的儀器稱為量熱儀。量熱儀由內(nèi)、外兩個(gè)筒組成，內(nèi)筒是反應(yīng)容器，外筒起保溫作用。教學(xué)環(huán)節(jié)一：明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹景鍟恐泻头磻?yīng)反應(yīng)熱的測定1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y定強(qiáng)酸與強(qiáng)堿反應(yīng)的反應(yīng)熱，體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。(設(shè)計(jì)意圖：開篇就明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，讓學(xué)生做到有的放矢。)教學(xué)環(huán)節(jié)二：理解酸、堿中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定的實(shí)驗(yàn)原理【設(shè)問】我們測定酸、堿中和反應(yīng)反應(yīng)熱的原理是什么？【板書】2.實(shí)驗(yàn)原理【思考交流】本節(jié)課，我們?nèi)《康柠}酸和氫氧化鈉溶液發(fā)生中和反應(yīng)，哪些數(shù)據(jù)可以幫助我們測出它們的反應(yīng)熱呢？請大家討論回答?！窘處煱鍟縌=mc?t①Q(mào)：中和反應(yīng)放出的熱量。m：反應(yīng)混合液的質(zhì)量。c：反應(yīng)混合液的比熱容。?t：反應(yīng)前后溶液溫度的差值?！咀穯枴课覀?nèi)绾蔚玫缴鲜鰯?shù)據(jù)呢？【學(xué)生】m為所用酸、堿的質(zhì)量和，測出參加反應(yīng)的酸、堿質(zhì)量相加即可；c需要查閱資料；△t可用溫度計(jì)測出反應(yīng)前后的溫度相減得到。【思考】酸、堿反應(yīng)時(shí)，我們用的是它的稀溶液，它們的質(zhì)量應(yīng)怎樣得到？是否可用天平稱量呢？【學(xué)生】用量筒量出它們的體積，再乘以它們的密度即可。【小結(jié)】如此說來，上述計(jì)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(shí)驗(yàn)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(jì)算簡便，我們近似地認(rèn)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(shù)據(jù)代入②式，得出Q的表示式。其中熱量的單位用kJ。【板書】Q=0.418(t2-t1)kJ③【追問】③式表示的是不是該反應(yīng)的反應(yīng)熱？為什么？【講解】③式不是該反應(yīng)的反應(yīng)熱，因?yàn)榉磻?yīng)熱是有正負(fù)的，中和反應(yīng)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(yīng)后生成的水只有0.025mol，故③式表示的也不是中和熱?！驹O(shè)問】該中和反應(yīng)反應(yīng)熱應(yīng)怎樣表示呢？請大家表示出來?！景鍟俊鱄=-0.418(t2-(設(shè)計(jì)意圖：通過啟發(fā)、討論，最終推導(dǎo)出中和反應(yīng)反應(yīng)熱的計(jì)算表達(dá)式，進(jìn)一步深切領(lǐng)會反應(yīng)熱的概念，以及對反應(yīng)熱的測定有了感性認(rèn)識。)教學(xué)環(huán)節(jié)三明確實(shí)驗(yàn)步驟【過渡】下面，我們便根據(jù)以上原理，利用實(shí)驗(yàn)臺上已有的儀器和藥品設(shè)計(jì)出測定酸、堿中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)步驟。【板書】3.實(shí)驗(yàn)步驟【教師】請大家四人一組，設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)步驟來。(學(xué)生設(shè)計(jì)，教師巡視，并找出具有代表性的設(shè)計(jì)投影展示)【投影】(1)反應(yīng)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(jì)的內(nèi)筒中，蓋上杯蓋，插入溫度計(jì)，測量并記錄鹽酸的溫度(數(shù)據(jù)填入下表)。用水把溫度計(jì)上的酸沖洗干凈，擦干備用。②用另一個(gè)量簡量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，用溫度計(jì)測量并記錄NaOH溶液的溫度(數(shù)據(jù)填入下表)。(2)反應(yīng)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(jì)的內(nèi)簡中，立即蓋上杯蓋，插入溫度計(jì)，用攪拌器勻速攪拌。密切關(guān)注溫度變化，將最高溫度記為反應(yīng)后體系的溫度(左)。(3)重復(fù)上述步驟(1)至步驟(2)兩次?！緮?shù)據(jù)處理】(1)取鹽酸溫度和NaOH溶液溫度的平均值記為反應(yīng)前體系的溫度(t1)。計(jì)算溫度差(t2-t1)，將數(shù)據(jù)填入下表。實(shí)驗(yàn)次數(shù)反應(yīng)物的溫度/℃反應(yīng)前體系的溫度反應(yīng)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(jì)算依據(jù)。(3)根據(jù)溫度差和比熱容等計(jì)算反應(yīng)熱。為了計(jì)算簡便，可以近似地認(rèn)為實(shí)驗(yàn)所用酸、堿稀溶液的密度、比熱容與水的相同，并忽略量熱計(jì)的比熱容，則：①50mL0.50mol/L鹽酸的質(zhì)量m1=50g，50mL0.55mol/LNaOH溶液的質(zhì)量m2=50g。②反應(yīng)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(fā)生中和反應(yīng)時(shí)放出的熱量為：(m1+m2)·c·(t2-t1)=_____________。③生成1molH2O時(shí)放出的熱量為____________________。(設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，容易忽略部分實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。對此，教師要予以講明或投影出以下思考交流讓學(xué)生回答。)【思考交流】1.隔熱層的作用是什么？2.溫度計(jì)上的酸為何要用水沖洗干凈？沖洗后的溶液能否倒入內(nèi)筒？為什么？3.酸、堿混合時(shí)，為何要把量簡中的NaOH溶液一次倒入內(nèi)筒而不能緩緩倒入？4.實(shí)驗(yàn)中所用HCl和NaOH的物質(zhì)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(dá)到保溫、隔熱、減少實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失的目的。2.因?yàn)樵摐囟扔?jì)還要用來測堿液的溫度，若不沖洗，溫度計(jì)上的酸會和堿發(fā)生中和反應(yīng)而使熱量散失，故要沖洗干凈。沖洗后的溶液不能倒入內(nèi)筒，若倒入，會使總?cè)芤旱馁|(zhì)量增加，而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差。3.因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是測反應(yīng)的反應(yīng)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(xué)環(huán)節(jié)四處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行誤差分析(學(xué)生實(shí)驗(yàn)完畢后，請學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算各自所測得的中和反應(yīng)的反應(yīng)熱，并與其他同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果)【議一議】你所測得的數(shù)據(jù)是否為57.3kJ·mol-1，若不是，分析產(chǎn)生誤差的原因。【板書】4.誤差分析【學(xué)生分析后進(jìn)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(jié)果是按50mL的酸、堿進(jìn)行計(jì)算，若實(shí)際量取時(shí)，多于50mL或小于50mL都會造成誤差)。2.溫度計(jì)的讀數(shù)有誤。3.實(shí)驗(yàn)過程中有液體灑在外面。4.混合酸、堿溶液時(shí)，動作緩慢。5.隔熱工作不到位，致使實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失。6.用溫度計(jì)測量鹽酸的溫度后，溫度計(jì)未用水清洗便立即去測NaOH溶液的溫度，致使酸堿發(fā)生中和反應(yīng)，熱量損失?！拘〗Y(jié)】以上產(chǎn)生誤差的原因，也是大家提高中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定的準(zhǔn)確性而需注意的問題。請大家根據(jù)已有知識，討論下列問題：【思考交流】1.本實(shí)驗(yàn)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(jié)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(yīng)熱的數(shù)值是否約為本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的二倍(假定各步操作沒有失誤)？【學(xué)生討論，并回答討論結(jié)果】答案：1.會有所變化。因?yàn)榇姿釣槿蹼娊赓|(zhì)，其電離時(shí)要吸熱，故將使測得結(jié)果偏小。2.否。因所測反應(yīng)熱是強(qiáng)酸與強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)，生成1molH2O時(shí)放出的熱量，其數(shù)值與反應(yīng)物的用量的多少無關(guān)，故所測結(jié)果應(yīng)基本和本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同(若所有操作都準(zhǔn)確無誤，且無熱量損失，則二者結(jié)果相同)。(設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及誤差分析歷來都是學(xué)生的弱項(xiàng)，因此通過啟發(fā)式問題的導(dǎo)入，同學(xué)們會很輕松地全面分析產(chǎn)生誤差的原因。)三、課堂練習(xí)【練習(xí)】50mL0.50mol·L-1鹽酸與50mL0.55mol·L-1NaOH溶液在圖示的裝置中進(jìn)行中和反應(yīng)。通過測定反應(yīng)過程中所放出的熱量可計(jì)算中和反應(yīng)的反應(yīng)熱?；卮鹣铝袉栴}：(1)從實(shí)驗(yàn)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(yīng)熱數(shù)值_____(填“偏大”“偏小”無影響”)。(4)實(shí)驗(yàn)中改用60mL0.50mol·L-1鹽酸跟50mL0.55mol·L-1NaOH溶液進(jìn)行反應(yīng)，與上述實(shí)驗(yàn)相比，所放出的熱量______填“相等”“不相等”)，所求中和反應(yīng)的反應(yīng)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(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，測得的反應(yīng)熱的數(shù)值會________________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。解答：(1)環(huán)形玻璃攪拌棒(2)減少實(shí)驗(yàn)過程中的熱量損失(3)偏小(4)不相等相等因?yàn)橹泻头磻?yīng)的反應(yīng)熱是指強(qiáng)酸、強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O所放出的能量，與酸、堿的用量無關(guān)(5)偏小四、課堂小結(jié)本節(jié)課我們重點(diǎn)理解中和熱的測定原理及測量方法，并學(xué)會進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及誤差分析。板書設(shè)計(jì)第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)第1課時(shí)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱一、反應(yīng)熱：當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)。二、中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y定強(qiáng)酸與強(qiáng)堿反應(yīng)的反應(yīng)熱，體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。2.實(shí)驗(yàn)原理：Q=mc△t①Q(mào)：中和反應(yīng)放出的熱量。m：反應(yīng)混合液的質(zhì)量。c：反應(yīng)混合液的比熱容?！鱰：反應(yīng)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