熱化學的一些初步知識，啟發學生從能量的角度考慮化學反應的問題，有利于學生較全面地認識化學反應的本質。
化學選修四課件：《焓變、反應熱》
一. 教學內容：
焓變 反應熱
二. 教學目標：
1. 了解化學反應原理的幾種概念模型法。
2. 理解反應熱的含義，能判斷某反應是吸熱還是放熱反應。
3. 能從微觀角度，運用化學鍵的知識，解釋化學反應中的能量變化。
三. 教學重點、難點：
重點：活化能、活化分子、有效碰撞等概念模型及其應用
理解反應熱的含義、焓變與反應熱的關系并能進行簡單的計算
難點：活化能、活化分子、有效碰撞等概念模型及其應用
理解反應熱的含義、焓變與反應熱的關系并能進行簡單的計算
四. 知識分析：
（一）活化能、活化分子、有效碰撞和催化劑等概念模型及其應用：
有效碰撞：能夠發生化學反應的碰撞稱為有效碰撞。
活化分子：能夠發生有效碰撞的分子稱為活化分子。
活化能：活化分子多出來的那部分能量稱為活化能，或活化分子的最低能量與反應物分子的平均能量的差值稱為活化能。
催化劑：在化學反應中能夠改變化學反應速率，但本身的性質和質量都不會發生變化的物質。
說明：
1、分子或原子等微粒間的碰撞是物質發生化學反應的必要條件，但不是發生反應的充分條件。有效碰撞是物質發生化學反應的充分必要條件。
2、活化能是指活化分子的最低能量與反應物分子的平均能量之間的差值，它與反應過程中放出或吸收能量的多少無關。不同的化學鍵的能量不一樣，因此，破壞或減弱化學鍵以便啟動化學反應的“活化能”也就不一樣，不同的化學反應活化能的差別很大。測量活化能的主要方法是測量溫度對反應速率的影響。
3、某些反應的活化能幾乎為0，是因為在反應前反應物已經成為自由的離子或原子，不再需要用來破壞或減弱化學鍵以便啟動化學反應的“活化能”的緣故。
4、升溫或降溫可以提高或吸收能量，可影響反應物分子的能量，使分子活化；光、超聲波等也可以改變分子的能量，使分子活化。它們是通過外界提供能量，使部分能量比較低的物質獲得能量變成活化分子，從而增大單位體積內活化分子的百分數，增大有效碰撞次數，加快反應速率。
5、催化劑可以降低反應的活化能，使原來沒有達到活化分子的分子變成活化分子，從而提高單位體積內活化分子的百分數，增大有效碰撞次數，加快反應速率。這一點與升高溫度等提供能量的做法不一樣。
6、外界條件，如：濃度、溫度、壓強、催化劑等的改變，都是通過改變單位體積內的活化分子的數目，改變有效碰撞次數，改變反應速率。但不一樣的是，濃度和壓強，改變的是單位體積內活化分子的數目，并沒有改變活化分子的百分數；而溫度和催化劑則是改變單位體積內活化分子的百分數，改變有效碰撞次數，改變反應速率。
（二）反應熱和焓變
焓是與內能有關的物理量，反應在一定條件下是吸熱還是放熱由生成物和反應物的焓值差即焓變（△H）決定。
在化學反應過程中所釋放或吸收的能量都可用熱量（或換成相應的熱量）來表示，叫反應熱，又稱“焓變”，符號用△H表示，單位一般采用kJ/mol
說明：
1、化學反應中不僅存在著“物質變化”，還存在著“能量變化”，這種變化不僅以熱能的形式體現出來，還可以以光、電等形式表現。
2、如果反應物所具有的總能量高于生成物所具有的總能量，那么在發生化學反應時，就有部分能量以熱的形式釋放出來，稱為放熱反應；如果反應物所具有的總能量低于生成物所具有的總能量，那么在發生化學反應時，反應物就需要吸收能量，才能轉化為生成物。
一個化學反應是放熱還是吸熱取決于所有斷鍵吸收的總能量與所有形成新鍵放出的.總能量的相對大小，若斷鍵吸收的總能量小于形成新鍵釋放的總能量，則為放熱反應；斷鍵吸收的總能量大于形成新鍵釋放的總能量，則為吸熱反應。
3、焓是與內能有關的物理量，在敞口容器中（即恒壓條件下）焓變與反應熱相同。
4、從宏觀角度：焓變（△H）：ΔH＝H生成物－H反應物（宏觀），其中：
H生成物表示生成物的焓的總量；H反應物表示反應物的焓的總量；ΔH為“＋”表示吸熱反應，ΔH為“－”表示放熱反應。
5、從微觀角度：ΔH＝E吸收－E放出 （微觀），其中：E吸收表示反應物斷鍵時吸收的總能量，E放出表示生成物成鍵時放出的總能量；ΔH為“＋”表示吸熱反應，ΔH為“－”表示放熱反應。
6、體系：被研究的物質系統稱為體系，體系以外的其他部分稱為環境。放熱是體系對環境做功，把能量傳遞給環境；而吸熱則是環境對體系做功，是環境把能量傳遞給體系。
7、反應熱和焓變的單位都是“kJ/mol或kJ·mol－1”，其中mol－1是指每摩爾某一反應，而不是指某一物質的微粒等。
8、常見的放熱反應有：化合反應、酸堿中和反應、燃燒反應、活潑金屬與酸的反應等；常見的吸熱反應有：分解反應、碳與一氧化碳的反應、氫氧化鋇與氯化銨固體的反應等。
（三）熱化學方程式：
熱化學方程式：能表示參加反應的物質的量和反應熱的關系的化學方程式。
說明：
1、影響一個化學反應的反應熱的因素有：①反應時的溫度與壓強；②反應物與生成物的狀態；③方程式中的計量數。
2、我們可以通過：①注明溫度與壓強；②注明反應物與生成物的狀態；③注明△H的正負；④△H與計量數成比例等直觀地表示化學反應中的熱效應。
3、熱化學方程式的意義：表明了物質的種類（質變的過程）；表明了物質數量的變化（量變的過程）；表明了化學反應中能量的變化（焓變）。
4、與化學方程式相比，正確書寫熱化學方程式時應注意：①需注明反應的溫度和壓強；因反應的溫度和壓強不同時，其△H不同。（對于25℃、101kPa時進行的反應可以不注明）；②必須標明各種物質的狀態（s、l、g、aq）。（不同物質中貯存的能量不同）；③方程式后面必須標明反應熱，吸熱反應ΔH為“＋”、放熱反應ΔH為“－”；④熱化學方程式中各物質化學式前面的系數僅表示該物質的物質的量，所以，可以用分數表示；⑤ΔH的數值與反應的系數成比例；⑥不需要注明反應的條件。
5、熱化學方程式書寫正確的判斷：遵循質量守恒定律和能量守恒定律。
【典型例題】
［例1］下列說法正確的是 （ ）
A、需要加熱方能發生的反應一定是吸熱反應
B、放熱的反應在常溫下一定很容易發生
C、反應是放熱還是吸熱必須看反應物和生成物所具有的總能量的相對大小
D、吸熱反應在一定條件下也能發生
解析：化學反應的能量變化主要表現為放熱或吸熱。反應是放熱還是吸熱主要取決于反應物和生成物所具有的總能量的相對大小。放熱反應和吸熱反應在一定條件下都可以發生。反應開始時需要加熱的可能是吸熱反應，也可能是放熱反應。吸熱反應開始時需要加熱，反應后需要不斷加熱才能使反應繼續下去，如：石灰石高溫煅燒成生石灰；放熱反應開始加熱，反應后會放出一定的熱量，如果反應熱量足夠大，就可以使反應維持下去，即反應過程中不需要再加熱，如鐵粉與硫粉的反應等。
答案：C、D
［例2］煤燃燒的反應熱可通過以下兩個途徑來利用：a、利用煤在充足的空氣中直接燃燒產生的反應熱；b、先使煤與水蒸氣反應得到H2和CO，然后使得到的H2和CO在充足的空氣中燃燒。這兩個過程的熱化學方程式為：
a、C（s）+O2（g）＝CO2（g） △H＝E1 ①
b、C（S）＋H2O（g）＝CO(g)＋H2(g) △H＝E2 ②
H2（g）+1/2O2(g)＝H2O（g） △H＝E3 ③
CO（g）+1/2O2（g）＝CO2（g） △H＝E4 ④
回答：
（1）與途徑a相比途徑b有較多的優點，即 。
（2）上述四個熱化學方程式中的哪個反應的△H>0： 。
（3）等質量的煤分別通過以上兩條不同的途徑產生的可利用的總能量關系正確的是（ ）
A、a比b多 B、a比b少 C、a與b在理論上相同
（4）根據能量守恒定律，E1、E2、E3、E4之間的關系為： 。
解析：（1）途徑b是一種煤凈化技術，其優點有：煤的利用率高，變成氣體燃料后，運輸方便，使燃料燃燒充分。
（2）②為吸熱反應，反應體系的能量增加，△H>0。
（3）當相同的反應物通過不同的途徑的若干反應得到相同的生成物時，這兩個過程中的總的能量變化一定相同。
（4）可以通過反應方程式②③④相加或相減消去中間產物，同時進行能量的相加或相減，最終得到的反應熱和①相等。
答案：（1）煤的利用率高；變成氣體燃料后，運輸方便；使燃料充分燃燒。
（2）反應②
（3） C （4） E1＝E2＋E3＋E4
［例3］已知火箭發射時可用肼（N2H4）作燃料，NO2作氧化劑，這兩者反應生成N2和H2O（氣）。且：N2（g）＋2O2（g）＝2NO2（g） △H＝＋67.7kJ/mol ①
N2H4（g）＋O2（g）＝N2（g）＋2H2O（g） △H＝－534kJ/mol ②
請計算1mol氣態肼和NO2完全反應時放出的熱量為 kJ，并寫出肼與NO2反應的熱化學方程式。
解析：根據題意，要求下列反應的反應熱△H的值：
N2H4（g）＋NO2（g）＝3/2 N2（g）＋2H2O（g）；
則有②－①÷2＝③，即△H2－△H1÷2＝△H3。
則△H3＝－534kJ/mol－67.7kJ/mol÷2＝－567.85kJ/mol
答案：567.85；N2H4（g）＋NO2（g）＝3/2 N2（g）＋2H2O（g）；△H3＝－567.85kJ/mol
［例4］拆開1molH—H鍵、1molN—H鍵、1molN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則1molN2生成NH3的反應熱為： ，1molH2生成NH3的反應熱為 。
解析：1molN2生成NH3，則有3H2+N2＝2NH3
即△H＝436×3＋946×1－391×6＝－92kJ/mol
1molH2生成NH3，則有H2+1/3N2＝2/3NH3
即△H＝－92kJ/mol×1/3＝－30.67kJ/mol
因為反應熱單位中的mol－1是指某一反應，而不指某一物質的物質的量
答案：－92kJ/mol；－30.67kJ/mol
【教學反思與總結】
本課是在高一已經初步接觸了能量變化的基礎上來進行學習，學生已經有了一定的感性認識，在課的開始就做了演示實驗，激發學生的學習興趣，活躍課堂氣氛，讓學生真正有一種想要了解知識的動力。在課上我以問題為載體，通過小組討論個別提問的方法，讓學生充分參與思考討論，教學效果較好。但是由于經驗不足，在學生討論的時間上把握不是很好，課堂的整體調控有一定的難度，時間緊張。
通過這節課的教學設計和教學實踐，我深刻體會到，教師要在教學中實施素質教育，發展創新教育，必須樹立開放的、符合學生身心發展的教學教育理念，不斷從現代教育心理學、現代教學論和認識論、方法論中汲取營養，在課堂上學生什么樣的問題都有可能提出來，就要求教師自身的能力很高，能夠面對學生提出的所有問題，有很好的調控能力。
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