高中人教版 (2019)反应热第一课时学案设计

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一、知识目标
理解反应热、体系、环境、焓、焓变等概念，明确等压条件下反应热等于反应的焓变，掌握反应热的符号及单位。
学会中和反应反应热的测定原理和方法，掌握反应热的计算公式，能根据实验数据计算反应热。
从宏观和微观两个角度认识反应热，能根据反应物和生成物的总能量、化学键的断裂和形成判断反应是放热还是吸热，会用ΔH表示反应热，会根据键能估算反应热。
了解常见的放热反应和吸热反应。
二、核心素养目标
宏观辨识与微观探析：能从宏观上认识化学反应中的能量变化，根据反应物和生成物的总能量变化判断反应热；能从微观上理解化学键的断裂和形成与反应热的关系，建立起宏观现象与微观本质之间的联系。
证据推理与模型认知：通过实验探究中和反应反应热，收集实验数据并进行分析推理，得出反应热的相关结论；建立根据键能估算反应热的模型，运用该模型解决实际问题。
科学探究与创新意识：通过设计和完成中和反应反应热的测定实验，培养科学探究能力和创新意识，学会控制实验条件、减少实验误差的方法。
科学态度与社会责任：认识化学反应中的能量变化对人类生产生活的重要意义，培养节约能源、保护环境的意识和社会责任感。
一、学习重点
反应热、焓变的概念。
中和反应反应热的测定原理和方法。
从宏观和微观两个角度认识反应热。
常见的放热反应和吸热反应。
二、学习难点
反应热与焓变的关系。
中和反应反应热测定实验的操作及数据处理。
根据键能估算反应热。
一、反应热及其测定
1.体系与环境
以研究盐酸与NaOH溶液的反应为例，我们将试管中的盐酸、NaOH溶液及发生的反应等看作一个反应体系(又称系统)，盛溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境。
2．反应热
因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量是热量。在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。
3．实验探究——中和反应反应热的测定
（1）测定原理
环境温度不变时，根据测得的体系的温度变化和有关物质的比热容等来计算反应热。公式：Q＝cmΔt。
（2）实验装置
（3）实验步骤及注意事项
①反应前体系的温度：分别测量盐酸与NaOH溶液的温度。
②反应后体系的温度：迅速混合并搅拌记录最高温度。
③重复操作两次，取温度差的平均值作为计算依据。
（4）数据处理
某小组用50 mL 0.5 ml·L－1的盐酸与50 mL 0.55 ml·L－1的NaOH溶液进行实验。
设溶液的密度均为1 g·cm－3，反应后溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1，则反应放出的热量Q＝cmΔt＝c·[m盐酸＋mNaOH溶液]·(t2－t1)≈1.42 kJ，那么生成1 ml H2O放出的热量为eq \f(Q,nH2O)＝eq \f(1.42 kJ,0.025)＝56.8 kJ。
大量实验测得，在25 ℃和101 kPa下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1 ml H2O时，放出57.3 kJ的热量。
二、反应热与焓变
1．化学反应的实质和特征
2．宏观角度认识反应热
（1）内能
体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。
（2）焓与焓变
注意 等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。
（3）ΔH与吸热反应和放热反应
①放热反应：体系向环境释放能量，反应体系的焓减小，ΔH为负值，即ΔH0。
3．微观角度理解反应热
（1）以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化为例说明，如图所示：
由图可知：
化学反应过程中形成化学键、断裂化学键能量变化可用如图表示：
其中，E1可看作反应物断裂化学键吸收的总能量，E2可看作生成物形成化学键放出的总能量，E1与E2的差值表示反应热。上述反应过程表示该反应为放热反应。
（2）焓变计算公式：ΔH＝E(反应物的总键能)－E(生成物的总键能)
（3）常见的吸热反应和放热反应
①常见的吸热反应：
大多数的分解反应，碳和二氧化碳、碳和水的反应，Ba(OH)2·8H2O与铵盐的反应等。
②常见的放热反应：
中和反应、金属与酸(或水)的反应、燃烧反应及缓慢氧化、化合反应(大多数)、铝热反应等。
一、问题探究
反应热概念引入相关问题
问题：结合生活中其他化学反应，探究化学反应中能量变化与物质变化的关系，以及能量变化多少与参加反应物质种类和量的关系。
答案：化学反应中的能量变化是以物质变化为基础的，不同的化学反应由于物质种类不同，能量变化也不同。例如，氢气燃烧和甲烷燃烧，由于反应物不同，释放的热量也不同。而且，参加反应的物质的量越多，能量变化也越大，如相同条件下，2ml氢气燃烧比1ml氢气燃烧释放的热量多。
中和反应反应热测定实验相关问题
问题：在中和反应反应热的测定实验中，除了课本中提到的减少误差的方法（重复实验），还可以采取哪些措施来减少实验误差？
答案：还可以采取以下措施减少误差：
确保量热计的保温性能良好，可在量热计外包裹保温材料。
提高温度计的精度，使用分度值更小的温度计。
操作要迅速，减少热量散失，如倒入NaOH溶液时要快速且一次倒完。
对量热计进行校准，消除仪器本身的误差。
根据键能估算反应热相关问题
问题：查找资料，了解键能数据是如何测定的，以及在根据键能估算反应热时可能存在的误差来源。
答案：键能数据的测定方法有多种，常见的有光谱法、热化学法等。光谱法通过测定分子的光谱，分析分子中化学键的振动和转动等信息来确定键能；热化学法通过测量化学反应的热效应，结合热力学数据来计算键能。
在根据键能估算反应热时，可能存在的误差来源有： ①键能数据本身存在一定的误差，因为键能是在一定条件下的平均值，实际反应中的键能可能会有所不同。 ②忽略了反应过程中的其他能量变化，如溶剂化热、相变热等。 ③假设所有化学键的断裂和形成都是完全理想的，没有考虑到分子间的相互作用等因素。
二、问题思考
反应热概念相关问题
问题：以盐酸与NaOH溶液的反应为例，思考该反应中热量是如何传递的，体系和环境分别是什么？
答案：在盐酸与NaOH溶液的反应中，热量从反应体系（试管中的盐酸、NaOH溶液及发生的反应等）传递到环境（盛溶液的试管和溶液之外的空气等）。体系就是被研究的物质系统，环境是与体系相互影响的其他部分。
反应热定义相关问题
问题：结合盐酸与NaOH溶液反应的例子，思考什么是反应热？
答案：化学反应的热效应（反应热）是指在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量。在盐酸与NaOH溶液的反应中，反应体系向环境释放热量，这个热量就是该反应的反应热。
反应热测定公式相关问题
问题：在反应热计算公式Q=−cm(t2−t1)中，负号代表什么含义？
答案：负号表示热量的传递方向，当体系放热时，t2>t1，Q为负值，表示体系向环境释放热量；当体系吸热时，t2H(生成物)，ΔH