資源簡介

第二節 反應熱的計算
第1課時 蓋斯定律
教材分析
本節在學生已經定性地了解了化學反應與能量的關系，并通過實驗學會了反應熱的測量，了解了物質發生化學反應產生能量變化與物質的量的關系及燃燒熱的概念的基礎上，介紹了蓋斯定律。本節內容分為兩部分：第一部分，介紹了 蓋斯定律。教科書以登山經驗“山的高度與上山的途徑無關”，淺顯地對特定化學反應的反應熱進行形象的比喻，幫助學生理解蓋斯定律。然后再通過對能量守恒定律的反證來論證蓋斯定律的正確性。最后通過實例使學生感受蓋斯定律的應用，并以此說明蓋斯定律在科學研究中的重要意義。第二部分，利用反應熱的概念、蓋斯定律和熱化學方程式進行有關反應熱的計算，通過不同類型的例題加以展示。幫助學生進步鞏固概念 、應用定律、理解熱化學 方程式的意義。
學情分析
處于高中學習階段的學生，已經具備了逆向思維和舉一反三的能力，而且在他們的腦海中，已經構建起化學反應與能量在宏觀和微觀上的聯系以及其能相互轉化的知識。但是這種聯系已學知識與技能的能力并不完全，需要進行必要的補充和拓展來使學生有一個整體的把握。注意引導學生準確理解反應熱、燃燒熱、蓋斯定律等，熟悉熱化學方程式的書寫，重視概念和熱化學方程式的應用。進行有關燃燒熱計算時，要強調燃燒熱規定以1 mol純物質為標準，因此須注意熱化學方程式中物質的化學計量數和反應的 H相對應(物質的化學計量數常出現分數的形式)。同時還要注意物質的量、氣體的體積等之間的換算關系，但關鍵還是應強調以1mol物質完全燃燒作標準來進行計算。有關反應熱的計算與有關物質的量的計算聯系很緊密，在計算過程中要注意培養學生綜合運用知識的能力。可適當補充一些不同類型的習題作為課堂練習，發現問題并及時解決。不僅鞏固、落實了知識和計算技能，還能通過計算的結果說明有些物質燃燒時，其 H的數值都很大。
教學目標
【知識與技能】
(1)理解并掌握蓋斯定律。
(2)能正確運用蓋斯定律解決具體問題。
【過程與方法】
通過運用蓋斯定律求有關的反應熱，進一步理解反應熱的概念，掌握計算反應熱的一些方法。
【情感態度與價值觀】
通過實例感受蓋斯定律，并以此說明蓋斯定律在科學研究中的重要作用。
教學重難點
用蓋斯定律進行有關反應熱的簡單計算。
教學過程
一、導入新課
【導入】在化學科研中，經常要測量化學反應所放出或吸收的熱量，但是某些物質的反應熱，由于種種原因不能直接測得，只能通過化學計算的方式間接獲得。在生產中，對燃料的燃燒、反應條件的控制以及廢熱的利用，也需要進行反應熱的計算，為方便計算反應熱，我們來學習蓋斯定律。
【板書】第三節 化學反應熱的計算
二、講授新課
教學環節一 蓋斯定律的內容
【板書】一、蓋斯定律
【講解】1840年，蓋斯(G. H. Hess，俄國化學家)從大量的實驗事實中總結出一條規律：化學反應不管是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的。也就是說，化學反應的反應熱只與反應的始態(各反應物)和終態(各生成物)有關，而與具體反應進行的途徑無關。如果一個反應可以分幾步進行，則各分步反應的反應熱之和與該反應一步完成時的反應熱是相同的，這就是蓋斯定律。
【投影】
【講解】根據圖示從山的高度與上山途徑無關及能量守恒定律來例證蓋斯定律。
【講解】
(1)從反應途徑的角度
焓變指的是反應物和生成物的總的“能量差”。它是一個由狀態決定的量，與反應的具體過程無關。就像從同一起點登山至山頂，不管選擇哪一條路，歷經不同的途徑和不同的方式，但是山的高度是不變的。
(2)從能量守恒角度
假設反應體系的始態為S，終態為L，它們之間的變化用兩段弧線(可以包含任意數目的中間步驟)連接。
由S到L，體系放熱，△H1<0
由L到S，體系吸熱，△H2>0
由此可以看出，在討論焓變時，不管反應歷程如何，我們只要關注反應物的總能量與生成物的總能量的差值，然后依據能量守恒定律，即可判斷反應時放熱反應還是吸熱反應。
【板書】1.蓋斯定律：化學反應的反應熱只與反應體系的始態(各反應物)和終態(各生成物)有關，而與反應的途徑無關。
(設計意圖：以登山經驗“山的高度與上山的途徑無關”，淺顯地對特定化學反應的反應熱進行形象的比喻，幫助學生理解蓋斯定律。)
教學環節二 蓋斯定律的重要意義
【講述】蓋斯定律在生產和科學研究中有很重要的意義。
【板書】2.蓋斯定律的重要意義
【講述】有些反應進行得很慢，有些反應不容易直接發生，有些反應的產品不純(有副反應發生)，這給測定反應熱造成了困難。如果應用蓋斯定律，可以間接地把它們的反應熱計算出來。
教學環節三 蓋斯定律的具體應用
【板書】3.蓋斯定律的具體應用
【講解】通過蓋斯定律可以計算出一些不能直接測量的反應的反應熱。
常用方法有虛擬路徑法和加合法。
(1)虛擬路徑法
若反應物A變為生成物E，可以有三個途徑：
①由A直接變為生成物E，反應熱為△H。
②由A經過B變成E，反應熱分別為△H1、△H2。
③由A經過C變成D，再由D變成E，反應熱分別為△H3、△H4、△H5，如圖所示:
則有△H =△H1+△H2=△H3+△H4+△H5
(2)加合法
即運用所給的熱化學方程式通過加減的方法得到所求熱化學方程式。
【例題】已知：①C(s) + O2(g) = CO2(g) △H1= -393.5 kJ·mol-1
②CO(g) + O2(g) = CO2(g) △H2= -283.0 kJ·mol-1
求③C(s) + O2(g) = CO(g) 的反應熱△H3
解法一：虛擬路徑法
△H =△H2+△H3
△H3=△H1+△H2= -393.5 kJ·mol-1- (-283.0 kJ·mol-1) = -110.5 kJ·mol-1
解法二：加合法
因反應①②③之間存在關系：①-②=③
所以△H3 =△H1-△H2= -393.5 kJ·mol-1-( -283.0 kJ·mol-1)= -110.5 kJ·mol-1
【例2】實驗中不能直接測出由石墨和氫氣生成甲烷反應的△H，但可測出CH4燃燒反應的△H1，根據蓋斯定律求△H4。
CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) △H1= - 890.3 kJ·mol-1 (1)
C(石墨) + O2(g) = CO2(g) △H2= -393. 5 kJ·mol-1 (2)
H2(g) + O2(g) = H2O(l) △H3= -285.8 kJ·mol-1 (3)
C(石墨) + 2H2(g) = CH4(g) △H4= (4)
解析：利用蓋斯定律時，可以通過已知反應經過簡單的代數運算得到所求反應，以此來算得所求反應的反應熱。也可以設計一個途徑，使反應物經過一些中間步驟最終得到產物：
因為反應式(1)、(2)、(3)和(4)之間有以下關系：
(2)+(3)×2-(1)=(4)
所以△H4=△H2 +2△H3-△H1= -393.5 kJ·mol-1+2×(-285.8 kJ·mol-1)-(- 890.3 kJ·mol-1)
=-74.8 kJ·mol-1
答案：-74.8 kJ·mol-1
【歸納】應用蓋斯定律計算反應熱時的注意事項：
1.關鍵：設計合理的反應過程，適當加減已知方程式及△H。
2.突破口：看好待求方程式的化學計量數，當熱化學方程式同乘或同除一個數時，△H也必須同乘或同除這個數。
3.正反應和逆反應的△H數值相等，符號相反，書寫時“+”不能省略。
(設計意圖：通過實例使學生感受蓋斯定律的應用，并以此說明蓋斯定律在科學研究中的重要意義。)
【跟蹤練習】
1.已知下列熱化學方程式：
①H2(g) + O2(g) = H2O(l) △H = -285.8 kJ·mol-1
②H2(g) + O2(g) = H2O(g) △H=-241.8 kJ·mol-1
③C(s) + O2(g) = CO(g) △H=-110.5 kJ·mol-1
④C(s) + O2(g) = CO2(g) △H =- 393.5 kJ·mol-1
回答下列各問：
(1)上述反應中屬于放熱反應的是______________(填序號)。
(2)H2的燃燒熱△H=__________；C的燃燒熱△H =_____________。
(3)燃燒10 g H2生成液體水，放出的熱量為_____________。
(4)CO的燃燒熱△H =______________；其表示燃燒熱的熱化學方程式為____________。
2.已知下列熱化學方程式：
①Fe2O3(s)+ 3CO(g) = 2Fe(s)+ 3CO2(g) △H= -25 kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g) = 2Fe3O4(s) +CO2(g) △H= -47 kJ·mol-1
③Fe3O4(s) +CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) △H = +19 kJ·mol-1
寫出FeO(s)與CO反應生成Fe(s)和CO2的熱化學方程式：_____________________。
答案: 1.(1)①②③④　(2)-285.8 kJ·mol-1　-393.5 kJ·mol-1　(3)1429 kJ　(4)-283 kJ·mol-1　CO(g)+O2(g)=CO2(g)　ΔH=-283 kJ·mol-1
2.FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)　ΔH=-11 kJ·mol-1
三、課堂小結
通過實例我們感受到了蓋斯定律帶給我們的方便，并以此說明蓋斯定律在科學研究中具有非常重要的意義。
板書設計
蓋斯定律
1.蓋斯定律：反應的反應熱只與反應體系的始態(各反應物)和終態(各生成物)有關，而與具體進行的途徑無關。
2.蓋斯定律的重要意義：地計算某些反應的反應熱。
3.蓋斯定律的具體應用。
教學反思
本課的設計采取課前下發預習學案，學生預習本節內容，找出自己疑惑的地方。課堂上師生主要解決重點、難點、疑點、考點、探究點以及學生學習過程中易混點等，并進行當堂檢測，課后進行延伸拓展，達到提高課堂效率的目的。本節課的授課時間為45分鐘，其中情景導人、展示目標、檢查預習5分鐘，合作探究、精講點撥10分鐘左右，反思總結、當堂檢測10分鐘左右，其余環節20分鐘，能夠完成教學內容。在下面的教學過程中會繼續研究本節課，爭取設計得更科學，更有利于學生的學習。

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