蓋斯定律教學(xué)設(shè)計

蓋斯定律教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)目標(biāo)【知識與技能】了解蓋斯定律的涵義，能用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的簡單計算?！具^程與方法】1通過對蓋斯定律的涵義的分析和論證，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力；2通過蓋斯定律的有關(guān)計算，培養(yǎng)學(xué)生的計算能力。【情感態(tài)度與價值觀】1通過對蓋斯定律的發(fā)現(xiàn)過程及其應(yīng)用的學(xué)習(xí)，感受化學(xué)科學(xué)對人類生活和社會發(fā)展的貢獻(xiàn)。激發(fā)參與化學(xué)科技活動的熱情。2樹立辯證唯物主義的世界觀，幫助學(xué)生養(yǎng)成務(wù)實、求真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。二、教學(xué)重難點【教學(xué)重點】蓋斯定律的涵義和根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)熱的計算【教學(xué)難點】蓋斯定律的應(yīng)用三、教學(xué)方法探究式教學(xué)，多媒體輔助教學(xué)四、教學(xué)用具 多媒體設(shè)備五、教學(xué)過程：【新課引入】（1）生活引入通過生活中的天然氣燃燒、實驗室中的酒精燃燒、祥云火炬燃燒以及火箭發(fā)射的圖片和肼的燃燒提出設(shè)疑?！驹O(shè)疑】在化學(xué)科研中，經(jīng)常要測量化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱，如天然氣的燃燒，實驗室酒精的燃燒，祥云火炬的燃燒，火箭發(fā)射時肼的燃燒等等，但是某些物質(zhì)的反應(yīng)熱，由于種種原因不能直接測得，只能通過化學(xué)計算的方式間接獲得。如對于反應(yīng)： C(s)+1/2O2(g) = CO(g)，因為C燃燒時不可能完全生成CO，總有一部分CO2生成，因此這個反應(yīng)的H 無法直接用實驗測得，那么該反應(yīng)的反應(yīng)熱是如何確定的呢？學(xué)習(xí)了今天的內(nèi)容你將知道答案。（2）溫故知新【教師】首先，我們看一個具體的例子： 已知 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) H1= -241.8kJ/mol 請問241.8kJ/mol是不是H2的燃燒熱？為什么? 【學(xué)生】不是，因為當(dāng)水為液態(tài)時的反應(yīng)熱才是燃燒熱?！窘處煛咳绻?，已知： H2O(g)=H2O(l) H2=-44kJ/mol H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) H=-285.8kJ/mol H與H1、H2之間有什么關(guān)系？【學(xué)生】H=H1+H2【教師】在一定壓強(qiáng)下，1mol氫氣不管是直接變?yōu)橐簯B(tài)水，還是經(jīng)氣態(tài)水變?yōu)橐簯B(tài)水，反應(yīng)熱一定，這就是著名的蓋斯定律?！景鍟康谌?jié) 化學(xué)反應(yīng)熱的計算一、蓋斯定律【蓋斯定律的介紹】【教師】蓋斯定律，顧名思義，化學(xué)家蓋斯通過大量研究發(fā)現(xiàn)的客觀規(guī)律。大家也許會問“蓋斯是何許人也”。蓋斯，瑞典化學(xué)家。一生致力于化學(xué)熱效應(yīng)的測定工作。于1836年發(fā)現(xiàn)，在任何一個化學(xué)反應(yīng)過程中,不論該反應(yīng)過程是一步完成還是分成幾步完成,反應(yīng)所放出的總熱量相同，并于1840年以熱的加和性守恒定律公諸于世?！窘處煛繛榱思o(jì)念蓋斯，后來人們把熱的加和性守恒定律稱為蓋斯定律。我們再來具體看一看什么是蓋斯定律。(P11)1840年，瑞典化學(xué)家蓋斯通過大量的實驗證明，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。也就是說，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。這就是蓋斯定律?！景鍟?、 蓋斯定律：不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。即，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)?！窘處煛咳绾蝸砝斫饽?？2、蓋斯定律直觀化理解【教師】為了理解蓋斯定律，可以以登山為例，A（綿中實驗學(xué)校）B（九州大道）可以有多條路徑，不管選擇哪條路，AB的位移一定，克服重力做的功一定，山的海拔不變；因此，反應(yīng)熱只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。我們從山的高度與上山途徑無關(guān)的實例中抽象出圖1，H1、H2與H之間的關(guān)系如何？【教師】觀察后，完成下列表格。圖2 H2O（l）H2 HH2O（g） H2(g)+1/2O 2H1A C圖1 CH1H2A BHA C 圖1圖2 找起點 AH2(g) 找終點 BH2O(l) 過程 ACB ABH2(g)H2O(g)H2O(l) H2(g)H2O(l) 列式 H=H1+H2H=H1+H2由圖1到圖2完成表格，即從一般到個別，加深學(xué)生對蓋斯定律的理解，解開最初的謎團(tuán)?！窘處煛课覀冞€可以應(yīng)用能量守恒定律對蓋斯定律進(jìn)行論證。請同學(xué)們思考蓋斯定律是哪些自然規(guī)律的必然結(jié)果？【學(xué)生】能量守恒【師】應(yīng)該是質(zhì)量守恒和能量守恒定律的共同體現(xiàn)，反應(yīng)時一步完成還是多步完成，最初的反應(yīng)物和最終的生成物是一樣，如果物質(zhì)沒有變化,就不能引發(fā)能量的變化，前者為因，后者為果?！窘處煛考僭O(shè)一個反應(yīng)體系的始態(tài)為S ,終態(tài)為L，它們之間的變化用兩段弧線(可以包含著任意數(shù)目的中間步驟)連接如下：可以得到這樣的結(jié)論:H1 +H2 0。為什么會有這樣的結(jié)論?【學(xué)生】思考后回答：先從S變化到L，這是體系放出熱量（H1<0）,然后由L變回到S(H2>0).經(jīng)過了一個循環(huán)，體系仍然處于S態(tài)，所有的反應(yīng)物都和反應(yīng)前完全一樣。若H1 +H2 0 ,那么在物質(zhì)絲毫未損的情況下體系能量發(fā)生了變化，這就違背了能量守恒定律。所以H1 +H2 0一定成立。這也證明了蓋斯定律是成立的。因為化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)，而在此始態(tài)和終態(tài)一樣，所以H1 +H2 = 0。能量變化是以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎(chǔ)的，二者密不可分，但以物質(zhì)為主?！窘處煛坑械耐瑢W(xué)可能會想，為什么我們不直接去測定反應(yīng)熱，還要通過定律來計算呢？水的燃燒熱是我們可以直接測定的，但是，在化學(xué)科研中有些反應(yīng)很慢，有些反應(yīng)不容易進(jìn)行，有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純，這給測定反應(yīng)熱造成了困難。而蓋斯定律的應(yīng)用很好地解決了這一難題。3.蓋斯定律的應(yīng)用有些化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行很慢或不易直接發(fā)生，很難直接測得這些反應(yīng)的反應(yīng)熱，可通過蓋斯定律獲得它們的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)?！窘處煛坑^察下面的熱化學(xué)方程式，并思考問題：C(s)+1/2O2(g)=CO(g) H2=?能直接測出這個反應(yīng)的反應(yīng)熱嗎？為什么？【學(xué)生】討論發(fā)現(xiàn)：不能直接測出。在O2供應(yīng)充分時,可燃燒生成CO2；O2供應(yīng)不充分時，雖可生成CO，但同時還有部分CO被繼續(xù)氧化生成CO2。【教師】那么，C（s)+1/2 O2 (g) = CO(g)的反應(yīng)熱如何獲得呢？請同學(xué)們自己根據(jù)蓋斯定律設(shè)計一個方案?！緦W(xué)生】我們可以測得C與O2反應(yīng)生成CO2以及CO與O2反應(yīng)生成CO2的反應(yīng)熱：（1）C（s）O2（g）=CO2（g） H1=3935 kJmol（2）CO（g）+ O2（g）=CO2（g） H3=2830 kJmol根據(jù)蓋斯定律.可以很容易求算出C（s）+ O2（g）=CO（g）的H。H1=H2+H3H2=H1H3=3935kJ/mol（2830kJ/mol）1105 kJmol即：C（s）+ O2（g）=CO（g）的H2=1105 kJmol 【教師】請同學(xué)分析解題思路?！緦W(xué)生】以蓋斯定律原理求解， 以反應(yīng)(1)為基準(zhǔn)，利用圖形解題。（1）找起點C(s),（2）終點是CO2(g),（3）總共經(jīng)歷了兩個反應(yīng) CCO2 ；CCOCO2（4）也就說CCO2的焓變?yōu)镃CO；COCO2之和。 則H1=H3+H2 （5）求解：CCO H2=H1 H3=-110.5 KJ·mol-1【教師】方法1：虛擬路徑法-從能量變化入手以蓋斯定律原理求解， 以給出的反應(yīng)為基準(zhǔn)（1）找起點C(s), （2）終點是CO2(g),（3）總共經(jīng)歷了兩個反應(yīng) CCO2 ；CCOCO2。（4）也就說CCO2的焓變?yōu)镃CO； COCO2之和。 則H1=H3+H2以蓋斯定律原理求解， 以要求的反應(yīng)為基準(zhǔn)（1）找起點C(s), （2）終點是CO(g),（3）總共經(jīng)歷了兩個反應(yīng) CCO2CO。（4）也就說CCO的焓變?yōu)镃CO2； CO2CO之和。注意：COCO2 焓變就是H2 那 CO2CO 焓變就是 H2方法2：加減消元法-從物質(zhì)變化入手 (遵循數(shù)學(xué)基本原則)（1）寫出目標(biāo)方程式確定“過渡物質(zhì)”（要消去的物質(zhì)）： （2）用消元法逐一消去“過渡物質(zhì)”，導(dǎo)出“四則運算式”。 + （） （3）列式：H2=H1 H3=-110.5 KJ·mol-1 歸納解題思路：確定待求的反應(yīng)方程式；找出待求方程式中各物質(zhì)出現(xiàn)在已知方程式的什么位置；根據(jù)待求方程式中各物質(zhì)計量數(shù)和位置的需要對已知方程式進(jìn)行處理；實施疊加并檢驗上述分析的正確與否?！纠?】寫出石墨變成金剛石的熱化學(xué)方程式 (25,101kPa時) 查燃燒熱表知：C(石墨，s)+O2(g)=CO2(g) H1=-393.5kJ/molC(金剛石，s)+O2(g)=CO2(g) H2=-395.0kJ/mol所以， - 得： C(石墨，s)=C(金剛石，s) H=+1.5kJ/mol【教師】學(xué)習(xí)一個定律的目的在于運用，下面我們看幾個例子?！纠?】某次發(fā)射火箭，用N2H4（肼）在NO2中燃燒，生成N2、液態(tài)H2O。已知： N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) H1=+67.2kJ/mol N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) H2=-534kJ/mol 假如都在相同狀態(tài)下，請寫出發(fā)射火箭反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。2 × ：2 N2H4(g)+ 2NO2(g)= 3N2(g)+4H2O(l) H=-1135.2kJ/mol 小結(jié)：（1）熱化學(xué)方程式與數(shù)學(xué)上的方程式相似，可以移項同時改變正、負(fù)號；當(dāng)熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)改變，其反應(yīng)熱數(shù)值改變相同的倍數(shù)（2）根據(jù)蓋斯定律，可以將兩個或兩個以上的熱化學(xué)方程式包括其H相加或相減，得到一個新的熱化學(xué)方程式?！纠?】已知下列各反應(yīng)的焓變Ca(s)+C(s,石墨)+3/2O2(g)=CaCO3(s) H = -1206.8 kJ/molCa(s)+1/2O2(g)=CaO(s) H = -635.1 kJ/molC(s,石墨)+O2(g)=CO2(g) H = -393.5 kJ/mol試求CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的焓變= H=178.2 kJ/mol注意事項：（1）熱化學(xué)方程式乘上某一個數(shù)時，反應(yīng)熱數(shù)值也須乘上該數(shù)；（2）熱化學(xué)方程式相加減時，同種物質(zhì)之間可相加減，反應(yīng)熱也隨之相加減；（3）將一個熱化學(xué)方程式顛倒時， H的“+” “-”號必須隨之改變。【練習(xí)】1、同素異形體相互轉(zhuǎn)化但反應(yīng)熱相當(dāng)小而且轉(zhuǎn)化速率慢，有時還很不完全，測定反應(yīng)熱很困難。現(xiàn)在可根據(jù)蓋斯提出的觀點“不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，這個總過程的熱效應(yīng)是相同的”。已知：P4(s、白磷)+5O2(g)=P4O10(s)H1=-2983.2 kJ/molP(s、紅磷)+5/4O2(g)=1/4P4O10(s) H2= -738.5 kJ/mol試寫出白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式 。- 4×： P4(s、白磷)=4P(s、紅磷) =-29.2kJ/mol2、已知石墨的燃燒熱：H=-393.5kJ/mol(1)寫出石墨的完全燃燒的熱化學(xué)方程式(2)二氧化碳轉(zhuǎn)化為石墨和氧氣的熱化學(xué)方程式C(石墨，s)+O2(g)=CO2(g) H =-393.5kJ/molCO2(g)=C(石墨，s)+O2(g) H =+393.5kJ/mol正逆反應(yīng)的反應(yīng)熱效應(yīng)數(shù)值相等，符號相反?！?”不能省去。思考：為什么在熱化學(xué)反應(yīng)方程式中通?？刹槐砻鞣磻?yīng)條件？熱化學(xué)方程式還可以表示理論可進(jìn)行實際難進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)3、 已知 CO(g) + 1/2 O2(g) =CO2(g) H1= 283.0 kJ/mol H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) H2= 285.8 kJ/molC2H5OH(l) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 3 H2O(l) H3=-1370 kJ/mol試計算2CO(g) 4 H2(g)= H2O(l) C2H5OH(l) 的H = ？根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)不論是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱效應(yīng)都是相同的。下面就看看反應(yīng)能不能由三個反應(yīng)通過加減乘除組合而成，也就是說，看看反應(yīng)能不能分成幾步完成。×2 + ×4 - = 所以，HH1×2 H2×4 H3283.2×2 285.8×4 1370 kJ/mol 339.2 kJ/mol4、 在100 g 碳不完全燃燒所得氣體中，CO占1/3體積，CO2占2/3體積，且C(s)+1/2O2(g)=CO(g) H=110.35kJ/mol CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) H=282.57kJ/mol與這些碳完全燃燒相比，損失的熱量是（ C ）A. 392.92 kJ B. 2489.44 kJ C. 784.92 kJ D. 3274.3 kJ4.小結(jié)反應(yīng)物A變?yōu)樯晌顳，可以有兩個途徑：由A直接變成D，反應(yīng)熱為H；由A經(jīng)過B變成C，再由C變成D，每步的反應(yīng)熱分別是H1、H2、H3。如下圖所示：