【化學(xué)：高中人教版全套教師用書WORD版】選修4化學(xué)反應(yīng)原理

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《化學(xué)反應(yīng)原理》教師參考書 說明 本書是根據(jù)中華人民共和國教育部制訂的《普通高中化學(xué)課程標準（實驗）》和《普通高中課程標準實驗教科書化學(xué)選修4化學(xué)反應(yīng)原理》的內(nèi)容和要求編寫的，供高中化學(xué)教師參考。 根據(jù)課程標準，《化學(xué)反應(yīng)原理》課程要求學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡以及溶液中的離子平衡等內(nèi)容，并要求達到以下學(xué)習(xí)目標： 1. 認識化學(xué)變化所遵循的基本原理，初步形成關(guān)于物質(zhì)變化的正確觀念； 2. 了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化所遵循的規(guī)律，知道化學(xué)反應(yīng)原理在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的應(yīng)用； 3. 贊賞運用化學(xué)反應(yīng)原理合成新物質(zhì)對科學(xué)技術(shù)和人類社會文明所起的重要作用，能對生產(chǎn)、生活和自然界中的有關(guān)化學(xué)變化現(xiàn)象進行合理的解釋； 4. 增強探索化學(xué)反應(yīng)原理的興趣，樹立學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的志向。 《化學(xué)反應(yīng)原理》課程共36課時，各章的課時分配建議如下： 緒論1課時 第一章6課時 第二章11課時 第三章10課時 第四章6課時 復(fù)習(xí)2課時 本書按章編排，每章分為“本章說明”、“教學(xué)建議”和“教學(xué)資源”三部分。 “本章說明”包括教學(xué)目標、內(nèi)容分析和課時分配建議等。教學(xué)目標反映知識與技能、過程與方法和情感態(tài)度與價值觀幾方面的教學(xué)目的要求。內(nèi)容分析主要說明本章教材的內(nèi)容及其在教學(xué)中的地位和功能、知識間的邏輯關(guān)系以及教材的特點。課時分配建議可供教師安排課時參考。 教學(xué)建議分節(jié)編排，包括本節(jié)的教學(xué)目標、教學(xué)重點、難點、教學(xué)設(shè)計的思路、活動建議、問題交流和習(xí)題參考等部分。活動建議主要是對如何組織實驗、科學(xué)探究和調(diào)查研究等教學(xué)活動的建議。問題交流主要介紹“學(xué)與問”、“思考與交流”的設(shè)計意圖或?qū)谀炕顒拥慕M織提出建議，有些還給出了相應(yīng)的參考答案。習(xí)題參考包括提示、參考答案以及補充習(xí)題等。 教學(xué)資源主要編入一些本章教材的注釋或疑難問題的解答，及與本章內(nèi)容有關(guān)的原理拓展、科技信息、化學(xué)史、國內(nèi)外化學(xué)與化工生產(chǎn)中的某些新成就等。這些內(nèi)容意在幫助教師理解和掌握教材，一般不宜對學(xué)生講授，以免增加學(xué)生的負擔。 應(yīng)該指出的是，教參是供教師備課時參考的，而采用什么教學(xué)方法，應(yīng)該由教師根據(jù)具體情況決定。 本書編寫者：何少華、裴群、金仲嗚、冷燕平、黃明建（按編寫順序） 本書審定者：李文鼎、王晶 責任編輯：冷燕平 責任繪圖：李宏慶 人民教育出版社 課程教材研究所 化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心 2006年4月 目錄 緒言 說明 教學(xué)建議 教學(xué)資源 第一章 化學(xué)反應(yīng)與能量 本章說明 教學(xué)建議 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量的變化 第二節(jié) 燃燒熱能源 第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱的計算 教學(xué)資源 第二章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 本章說明 教學(xué)建議 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率 第二節(jié) 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 第三節(jié) 化學(xué)平衡 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進行的方向 教學(xué)資源 第三章 水溶液中的離子平衡 本章說明 教學(xué)建議 第一節(jié) 弱電解質(zhì)的電離 第二節(jié) 水的電離和溶液的酸堿性 第三節(jié) 鹽類的水解 第四節(jié) 難溶電解質(zhì)的溶解平衡 教學(xué)資源 第四章電化學(xué)基礎(chǔ) 本章說明 教學(xué)建議 第一節(jié) 原電池 第二節(jié) 化學(xué)電源 第三節(jié) 電解池 第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護 緒言說明 一、教學(xué)目標 1. 認識物質(zhì)的各種化學(xué)性質(zhì)是有規(guī)律可循的，而這些規(guī)律是化學(xué)的精髓，需要下功夫?qū)W習(xí)掌握。 2. 了解本書的基本內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，認識學(xué)習(xí)概念模型是學(xué)習(xí)和研究化學(xué)反應(yīng)原理的基礎(chǔ)。 3. 初步了解“有效碰撞”、“活化分子與活化能”的概念模型，認識催化劑對于化學(xué)科學(xué)研究和化工生產(chǎn)的巨大作用，為其后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 二、內(nèi)容分析 1. 地位和功能 緒言作為全書的開篇，目的在于讓學(xué)生從一開頭就對本書的基本內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法有一個初步的了解，并簡要地介紹有效碰撞理論、活化分子與活化能的概念模型，以及催化劑對于化學(xué)科學(xué)和化工生產(chǎn)的巨大作用，以起到提綱挈領(lǐng)、引起學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理興趣的作用。 在前面的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道了化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生是由于反應(yīng)物分子之間發(fā)生激烈碰撞，破壞化學(xué)鍵，使得各原子間的組合發(fā)生變化形成新的化學(xué)鍵，產(chǎn)生了新的分子，同時也了解了化學(xué)鍵的斷裂和形成與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系。本模塊是以學(xué)生此前的化學(xué)學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，以學(xué)生對許多具體化學(xué)反應(yīng)的知識積累為前提，為適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)心理發(fā)展需求而設(shè)立的選修課程，旨在幫助學(xué)生進一步從理論上認識一些化學(xué)反應(yīng)原理的基礎(chǔ)知識和研究問題的方法。教科書中介紹的簡化后的有效碰撞模型和活化分子、活化能模型及催化劑的重要作用，將為學(xué)生后面的學(xué)習(xí)打下重要基礎(chǔ)。 2. 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 緒言在內(nèi)容上主要可分為兩個部分：一是第一、第二自然段，簡要地介紹本模塊的基本教學(xué)內(nèi)容。教科書以大量事例說明，化學(xué)反應(yīng)種類繁多，條件極其復(fù)雜，但都有規(guī)律可循。而這些規(guī)律恰好是化學(xué)的精髓，是吸引人們學(xué)習(xí)、鉆研化學(xué)科學(xué)的魅力所在。二是第三、第四自然段，凸顯研究問題的過程與方法，側(cè)重介紹了簡化后的有效碰撞模型的構(gòu)建思路，及活化分子、活化能等概念。培養(yǎng)學(xué)生自覺地用辯證的觀點看待各種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，認識事物的存在具有多樣性，物質(zhì)的穩(wěn)定具有相對性，而化學(xué)變化的復(fù)雜性和規(guī)律性相輔相成。與此同時，還指出了學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理的方法： （1）完成書中規(guī)定的實驗、活動。 （2）觀察周圍（包括大自然）發(fā)生的化學(xué)現(xiàn)象，思考或進行模擬實驗。 （3）認真學(xué)習(xí)概念模型，它是學(xué)習(xí)、研究化學(xué)反應(yīng)原理的基礎(chǔ)。 值得注意的是，緒言在論證了有效碰撞模型的合理性之后，坦陳現(xiàn)有理論的缺憾：“到目前為止，人們還沒有完全掌握計算或推測化學(xué)反應(yīng)活化能的理論方法”。這種客觀的科學(xué)態(tài)度不僅有利于學(xué)生對相關(guān)理論有一個客觀的認識，更對培養(yǎng)學(xué)生的情感態(tài)度與價值觀會起到潛移默化的作用。同時也會激發(fā)學(xué)生將來進行更深入探究的意識。 緒言的內(nèi)容結(jié)構(gòu)如下圖所示： 3. 內(nèi)容特點 緒言中概括地介紹了課程的主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法與思路，同時還簡介了“有效碰撞理論”和“活化分子與活化能”兩個概念模型，對全書起著提綱挈領(lǐng)、畫龍點睛的作用。 三、課時分配建議 建議用1課時。 教學(xué)建議 一、教學(xué)設(shè)計 由于本課的理論性較強，概念較為抽象，學(xué)生接受相關(guān)知識有較大難度，所以緒言教學(xué)采取以教師講授與學(xué)生探究活動相結(jié)合的方法為宜。教學(xué)中對概念模型的表述應(yīng)盡量簡化，對概念模型的認識還需要在后面的學(xué)習(xí)中逐漸深入，這里更多地是強調(diào)研究問題的方法和意識。通過緒言的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生在內(nèi)容上對化學(xué)反應(yīng)原理研究的范圍有所了解，在方法上對科學(xué)的研究方法——概念模型法有所領(lǐng)悟。 教學(xué)重點：了解化學(xué)反應(yīng)原理的基本學(xué)習(xí)方法——概念模型法。 教學(xué)難點：“有效碰撞”和“活化分子與活化能”的概念模型。 教學(xué)建議： 根據(jù)緒言內(nèi)容特點，本課可設(shè)計成下述教學(xué)模式：課前自學(xué)→查閱資料→課上交流討論→師生共同研究。教師在課前布置學(xué)生自學(xué)，然后將學(xué)生分成若干個小組，要求他們通過查閱資料、小組整理資料、先行討論形成共識，再通過課堂上的匯報、講解、交流和評價，完成對本課內(nèi)容的學(xué)習(xí)。 新課引入首先教師指出，化學(xué)研究的核心問題是化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)中最有創(chuàng)造性的工作是設(shè)計和創(chuàng)造新的分子?；瘜W(xué)家們通常是利用已發(fā)現(xiàn)的原理來進行設(shè)計并實現(xiàn)這個過程，如果對化學(xué)原理的理解不夠清楚則無法做到?；瘜W(xué)反應(yīng)是怎樣發(fā)生的？為什么有的反應(yīng)快、有的反應(yīng)慢？它遵循怎樣的規(guī)律？如何控制化學(xué)反應(yīng)為人所用？這是我們學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理的宗旨。化學(xué)反應(yīng)原理所包含的內(nèi)容及學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理的方法正是本書要探討的問題。 教學(xué)中的主要過程可以結(jié)合學(xué)生匯報交流自學(xué)與討論的成果，圍繞下列問題展開： 1. 化學(xué)反應(yīng)原理研究的內(nèi)容可列舉學(xué)生熟悉的化學(xué)反應(yīng)進行分析。 情景1： 說明：同樣都與H2反應(yīng)，由于O2、CuO 、N2的性質(zhì)不同，反應(yīng)的難易程度不同。物質(zhì)之間能否發(fā)生反應(yīng)，是由物質(zhì)本身的性質(zhì)決定的，對于能夠發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，影響化學(xué)反應(yīng)速率的根本原因也是反應(yīng)物本身的性質(zhì)，我們稱之為“內(nèi)因”。 情景2：將H2+O2混合，在室溫條件下可以穩(wěn)定存在數(shù)百年，但點燃后卻會發(fā)生劇烈的爆炸反應(yīng)，而且只要配比相當，可以完全轉(zhuǎn)化成生成物。 說明：外界條件可以促使其反應(yīng)發(fā)生。而且在一定的條件下，反應(yīng)進行得比較“徹底”。物質(zhì)之間反應(yīng)的“內(nèi)因”已經(jīng)具備，“外因”則是變化的條件。不同的外界條件都能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速率。 情景3：H2+N2即使在高溫、高壓、有催化劑的條件下反應(yīng)，也不能完全轉(zhuǎn)化成生成物。 說明：該反應(yīng)是有一定限度的。 總結(jié)：化學(xué)反應(yīng)速率、方向及限度正是“化學(xué)反應(yīng)原理”要研究的問題。此時有必要指出：在不同物質(zhì)體系、不同的環(huán)境中，化學(xué)反應(yīng)所遵循的規(guī)律是不同的，如在第三單元將介紹水溶液中的離子反應(yīng)；在第一單元和第四單元將分別介紹化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)與能量之間的定量關(guān)系以及電化學(xué)的最基礎(chǔ)知識等等，這些都是“化學(xué)反應(yīng)原理”研究的范圍。這些基本原理與我們身邊經(jīng)常發(fā)生的化學(xué)現(xiàn)象密切相關(guān)，只要我們注意觀察、研究，大自然將成為無所不在的大課堂。 2. 研究化學(xué)反應(yīng)原理的思路與方法——概念模型法。 教科書介紹了合理簡化的概念模型以及如何運用概念模型學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理。對該段內(nèi)容的處理可分三步進行： （1）建立簡化的有效碰撞模型的設(shè)想：為了突出化學(xué)反應(yīng)最重要的內(nèi)涵，忽略其他因素的干擾作用，選擇氣相反應(yīng)體系作為研究有效碰撞的基礎(chǔ)模型。其優(yōu)點是：氣體分子運動空間遠大于自身體積所占有的空間，環(huán)境影響因素相對較少。該概念模型最重要的內(nèi)涵也更加突出，更容易掌握。如在水溶液中的反應(yīng)，水是較大量的，研究水溶液中的化學(xué)反應(yīng)就不能忽略水分子的作用。 （2）模型的基本構(gòu)架 模型的建構(gòu)：在一潔凈的容器中，使氫氣與氧氣按體積比2∶1的比例混合，氣體分子因自由運動而不斷發(fā)生碰撞（互相接觸）——這是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的必要條件。 假設(shè)與事實：研究結(jié)果表明，從分子的熱運動來看，分子發(fā)生碰撞的機會很多。如在常溫常壓下每個氫分子、氧分子自身或它們之間的碰撞幾率為2.3551010次/秒。假如每次碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則化學(xué)變化瞬間即可完成，但事實并非如此。 立論：并不是每次分子間的碰撞都會引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，只有其中部分的氣體分子碰撞是有效的，即有效碰撞——這是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的充分條件。 （3）活化分子和活化能 對該模型的進一步認識可結(jié)合教科書上的圖示（圖1）。具有足夠能量（活化能）的分子——活化分子的碰撞是有效碰撞的必要條件，但不充分。只有當活化分子采取適合的取向進行碰撞時才能反應(yīng)。 活化分子——具有較高能量，能夠發(fā)生有效碰撞的分子。 活化能——活化分子高出反應(yīng)物分子平均能量部分 教科書以活化能為0的反應(yīng)從另一個側(cè)面說明有效碰撞模型的合理性。進一步說明了活化能的大小與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系。 結(jié)論：某一化學(xué)反應(yīng)的速率大小與單位時間內(nèi)有效碰撞次數(shù)有關(guān)；而有效碰撞次數(shù)的多少與單位體積內(nèi)反應(yīng)物中活化分子的多少有關(guān)；活化分子的多少又與該反應(yīng)的活化能的大小有關(guān)?；罨艿拇笮∈怯煞磻?yīng)物分子的性質(zhì)決定的，而反應(yīng)物分子的性質(zhì)又與分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，可以說，反應(yīng)物分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是決定化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)因。那么，對于一個特定反應(yīng)，人類如何使用和控制，還需要研究外部條件對它的影響。這將在后面的學(xué)習(xí)中繼續(xù)討論。 最后教科書特別指出：化學(xué)反應(yīng)的活化能可以用實驗方法測定，當實驗條件不同時，會得出不同的結(jié)果，催化劑的應(yīng)用就是實例之一。人們尚未掌握化學(xué)反應(yīng)活化能的有效的理論推算方法，這種留有缺憾的教學(xué)觀點值得關(guān)注，既有利于學(xué)生客觀地認識科學(xué)規(guī)律，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。 關(guān)于催化劑，在化學(xué)2中已有介紹，這里著重說明催化劑的作用、意義，在第二章中進一步從由于催化劑的參與改變了活化能，從而改變了反應(yīng)速率來認識催化劑的作用。 3. 模型研究的意義 應(yīng)該說學(xué)生根據(jù)自身的生活經(jīng)驗，對于簡化后的有效碰撞模型接受起來并不難，由于缺乏相關(guān)的知識，要達到真正領(lǐng)會該模型的要點是不現(xiàn)實的。這也是教科書采取最簡化處理方法的原因。為了便于學(xué)生理解模型研究的方法和意義，教師還可以利用學(xué)生已有的可燃物燃燒條件的知識，建立下列模型： 可燃物必須有氧氣參與并達到著火點才能燃燒，產(chǎn)生新物質(zhì)的同時有能量的釋放；不同的可燃物，其著火點不同；同樣道理，反應(yīng)物分子獲得足夠的能量（活化能）并具有合理的取向才能發(fā)生有效碰撞，產(chǎn)生新物質(zhì)并伴隨有能量的變化。 總結(jié)時教師強調(diào)：同其他科學(xué)研究一樣，當我們研究某個問題的時候，需要提取本質(zhì)的內(nèi)容而控制其他干擾因素來進行。概念模型是一種比較抽象的模型，需要有意識地忽略事物的某些特征，抽象出關(guān)鍵的因素，使各因素之間的關(guān)系更清晰，更利于研究對象的把握，以減少可能引起的偏差。概念模型法是科學(xué)認識史上重要的方法之一，學(xué)生們通過本課的學(xué)習(xí)應(yīng)獲得一定的認識。 二、活動建議 建議課前以小組為單位活動，對下列內(nèi)容進行查閱和討論。 活動設(shè)計1：認識化學(xué)反應(yīng)原理 可供討論的問題和教學(xué)設(shè)計意圖如下： 活動設(shè)計2：簡化后的有效碰撞模型、活化分子和活化能 要求學(xué)生簡要回答下列問題： 活動設(shè)計3：化學(xué)反應(yīng)原理的重要領(lǐng)域——關(guān)于催化劑的研究 要求學(xué)生填寫下表： 教學(xué)資源 1. 化學(xué)反應(yīng)的活化能 實驗證明，只有發(fā)生碰撞的分子的能量等于或超過一定的能量Ec(可稱為臨界能)時，才可能發(fā)生有效碰撞。具有能量大于或等于Ec的分子稱為活化分子。 在一定溫度下，將具有一定能量的分子百分數(shù)對分子能量作圖，如圖1所示。從圖中可以看出，理論上來說，反應(yīng)物分子的能量可以從0到∞，但是具有很低能量和很高能量的分子都很少，具有平均能量E的分子相當多。這種具有不同能量的分子百分數(shù)和能量的對應(yīng)關(guān)系圖，叫做一定溫度下分子能量分布曲線圖。 圖1 等溫下的分子能量分布曲線 圖1中，E表示分子的平均能量，Ec是活化分子具有的最低能量，能量等于或高于Ec的分子可能產(chǎn)生有效碰撞?；罨肿泳哂械淖畹湍芰縀c與分子的平均能量E之差叫活化能。 不同的反應(yīng)具有不同的活化能。反應(yīng)的活化能越低，則在指定溫度下活化分子數(shù)越多，反應(yīng)就越快。 圖2 不同溫度下分子能量分布曲線 不同溫度下分子能量分布是不同的。圖2是不同溫度下分子的能量分布示意圖。當溫度升高時，氣體分子的運動速度增大，不僅使氣體分子在單位時間內(nèi)碰撞的次數(shù)增加，更重要的是由于氣體分子能量增加，使活化分子百分數(shù)增大。圖2中曲線t1表示在t1 溫度下的分子能量分布，曲線t2表示在t2溫度下的分子能量分布(t2>t1)。溫度為t1時活化分子的多少可由面積A1反映出來；溫度為t2時，活化分子的多少可由面積A1+A2反映出來。從圖中可以看到，升高溫度，可以使活化分子百分數(shù)增大，從而使反應(yīng)速率增大。 一個化學(xué)反應(yīng)體系的活化能Ea，通常是通過溫度對反應(yīng)速率常數(shù)的影響來測定的，其關(guān)系式為阿累尼烏斯方程，即： 2. 為什么活化分子的碰撞不一定都發(fā)生有效碰撞 反應(yīng)物分子之間發(fā)生有效碰撞，必須同時滿足兩個條件，一是反應(yīng)物分子的能量必須達到某一臨界數(shù)值，二是反應(yīng)物分子必須按一定的方向互相碰撞。前者是能量因素，后者是空間因素。現(xiàn)以反應(yīng)NO2+CO＝NO+CO2為例來說明。 當NO2和CO分子彼此靠近時，它們分子中的價電子云就互相影響，結(jié)果，分子的鍵長和分子的形狀都發(fā)生變化。NO2與CO分子在發(fā)生有效碰撞時，必須同時滿足空間因素和能量因素兩個條件。 (1)空間因素：NO2與CO分子只有在一定方向上碰撞，即N-O鍵和C-O鍵要在一條直線上發(fā)生碰撞，才能發(fā)生反應(yīng)，如圖3所示。 圖3 NO2和CO的反應(yīng)過程 很顯然，當N-O與C-O在一條直線時，兩個分子之間電子云相互影響最大，才有利于形成中間產(chǎn)物——活化絡(luò)合物。 (2) 能量因素：NO2與CO分子發(fā)生有效碰撞，必須克服它們價電子云之間的排斥作用。只有那些能量大的分子，當其平均能量具有或超過活化分子所具有的能量時，才能克服這種電子云間的排斥作用，形成一個處于活化狀態(tài)的中間產(chǎn)物——活化絡(luò)合物。此時原有的N-O鍵部分斷裂，新的C…O鍵部分地形成。這種活化絡(luò)合物既可以分解而成反應(yīng)物NO2和CO，又可以形成生成物NO和CO2。圖4反映了上述反應(yīng)過程中能量的變化情況。 圖4 NO2和CO反應(yīng)過程中能量的變化 圖4中，A點表示NO2+CO系統(tǒng)的平均能量，在此條件下，NO2與CO分子發(fā)生碰撞時并不發(fā)生反應(yīng)。只有當NO2和CO分子的平均能量達到B處(或高于B處)時，碰撞才能形成活化絡(luò)合物ONO…CO，而后發(fā)生反應(yīng)。C是反應(yīng)產(chǎn)物NO+CO2系統(tǒng)的平均能量。從圖4還可以看到，E1是正反應(yīng)的活化能，E2是逆反應(yīng)的活化能。E2和E1之差是化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。 從以上分析可知，活化分子雖然具有反應(yīng)所必需的能量，但如果兩活化分子不在特定的相對位置發(fā)生碰撞，仍不能發(fā)生反應(yīng)。 第一章 化學(xué)反應(yīng)與能量 本章說明 一、 教學(xué)目標 1. 了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因和常見的能量轉(zhuǎn)化形式。 2. 認識化學(xué)反應(yīng)過程中同時存在著物質(zhì)和能量的變化，而且能量的釋放或吸收是以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎(chǔ)的，能量的多少取決于反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量。 3. 了解反應(yīng)熱和焓變的涵義。 4. 認識熱化學(xué)方程式的意義并能正確書寫熱化學(xué)方程式。 5. 理解蓋斯定律的意義，能用蓋斯定律和熱化學(xué)方程式進行有關(guān)反應(yīng)熱的簡單計算。 6. 理解燃燒熱的概念，認識能源是人類生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，了解化學(xué)在解決能源危機中的重要作用。知道節(jié)約能源、提高能量利用效率的實際意義。 二、內(nèi)容分析 1. 地位和功能 本章包括“化學(xué)反應(yīng)與能量的變化”“燃燒熱能源”和“化學(xué)反應(yīng)熱的計算”三節(jié)，屬于熱化學(xué)基礎(chǔ)知識。熱化學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)熱現(xiàn)象的科學(xué)，曾為建立熱力學(xué)第一定律（能量守恒和轉(zhuǎn)換定律）提供了實驗依據(jù)，反過來，它又是熱力學(xué)第一定律在化學(xué)反應(yīng)中的具體應(yīng)用。它主要解決各種熱效應(yīng)的測量和計算問題。 在必修化學(xué)2中，學(xué)生初步學(xué)習(xí)了化學(xué)能與熱能的知識，對于化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系、化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化有了一定的認識，本章是在此基礎(chǔ)上的擴展與提高。 能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，本章通過化學(xué)能與熱能轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究幫助學(xué)生認識熱化學(xué)原理在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的應(yīng)用，了解化學(xué)在解決能源危機中的重要作用，知道節(jié)約能源、提高能量利用率的實際意義。 2. 內(nèi)容結(jié)構(gòu) （1）反應(yīng)熱和焓變概念是本章學(xué)習(xí)的起點，必須讓學(xué)生對它們有一個初步的認識，為以后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。由于課程標準對它們的要求不高，因此教科書做了簡化處理。 （2）熱化學(xué)方程式是反應(yīng)熱計算的基礎(chǔ)，要求學(xué)生較好地掌握。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教科書采用啟發(fā)式的編寫方法，讓學(xué)生自己分析探討熱化學(xué)方程式的書寫規(guī)則，得出結(jié)論后再與章末的“歸納與整理”對照更正，作為自己學(xué)習(xí)與歸納能力的一次測試。 （3）化學(xué)反應(yīng)熱有多種，其中燃燒熱與燃料的品質(zhì)有關(guān)，因而也就與能源有關(guān)，所以教科書將燃燒熱與能源放在一節(jié)來討論。這一節(jié)提供的燃燒熱數(shù)據(jù)，是計算反應(yīng)熱的重要依據(jù)。教科書中編寫的關(guān)于能源的“資料”和“科學(xué)視野”，對于學(xué)生了解我國能源發(fā)展狀況以及如何節(jié)約能源和開發(fā)新能源均會有一定的幫助。 （4）化學(xué)反應(yīng)熱的計算是本章的重點，因為熱化學(xué)研究的主要內(nèi)容之一就是反應(yīng)熱效應(yīng)的計算。反應(yīng)熱的計算對于燃料燃燒和反應(yīng)條件的控制、熱工和化工設(shè)備的設(shè)計都具有重要意義。 在第三節(jié)中，蓋斯定律是個難點，為了便于學(xué)生理解，教科書以測山高為例，并用能量守恒定律來論證。學(xué)生在掌握了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的基礎(chǔ)上，利用燃燒熱的數(shù)據(jù)，就可以進行簡單的熱化學(xué)計算。 本章的內(nèi)容結(jié)構(gòu)如下圖所示： 3. 內(nèi)容特點 通過初中和高中必修化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，對于化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，學(xué)生并不陌生，但系統(tǒng)地研究反應(yīng)熱問題，這還是第一次。像焓變、燃燒熱、熱化學(xué)方程式、蓋斯定律等熱化學(xué)理論概念，學(xué)生學(xué)習(xí)起來會覺得抽象、艱深。為了適應(yīng)學(xué)生的認知水平，能讓學(xué)生初步理解這些理論概念，編者在不影響科學(xué)性的前提下，行文注意把握分寸，力求簡明、通俗，回避對熱化學(xué)理論深入的討論和嚴格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。 三、課時分配建議 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量的變化 2課時 第二節(jié) 燃燒熱能源 1課時 第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱的計算 2課時 復(fù)習(xí)機動 1課時 小計 6課時 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量的變化 一、教學(xué)設(shè)計 通過化學(xué)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，伴隨著能量變化；知道反應(yīng)物中化學(xué)鍵的斷裂和生成物中化學(xué)鍵的形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因，并通過探究實驗體驗了化學(xué)能與熱能相互之間的轉(zhuǎn)化；同時還定性了解了吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)，了解了這些能量變化通常表現(xiàn)為熱量變化，而目前人類所需能量的絕大部分是由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的；了解了能源與人類社會發(fā)展的密切關(guān)系，并對研究化學(xué)反應(yīng)及其能量變化的意義有了一定的認識。在此基礎(chǔ)上，本章將繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生加深對化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)變化和能量變化的認識，并通過定量地探討“質(zhì)”“能”關(guān)系，來進一步理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。 教科書密切聯(lián)系學(xué)生原有的知識，首先引出反應(yīng)熱的概念、符號和一般采用的單位等，并以1 mol H2和1 mol Cl2反應(yīng)生成2 mol HCl為例，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)從微觀的角度定量地討論該反應(yīng)中能量的變化，然后介紹熱化學(xué)反應(yīng)方程式。這部分內(nèi)容的呈現(xiàn)方式注意運用簡明的圖示說明抽象的內(nèi)容，注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和知識形成過程，在教學(xué)中應(yīng)予充分利用。 本節(jié)教學(xué)重點：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，熱化學(xué)方程式的書寫。 本節(jié)教學(xué)難點：焓變，ΔH的“+”與“-”，熱化學(xué)方程式的書寫。 教學(xué)建議如下： 根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，本節(jié)可按兩個環(huán)節(jié)來進行教學(xué)。 （一）關(guān)于焓變和反應(yīng)熱 在教學(xué)中應(yīng)注意并明確以下幾點： 1. 教學(xué)方法上要充分調(diào)動學(xué)生利用已有的知識來學(xué)習(xí)新的內(nèi)容，可采用講授與討論相結(jié)合的方法進行，注意啟發(fā)和問題驅(qū)動。 2. 教學(xué)過程中可圍繞下列內(nèi)容來落實： （1）反應(yīng)熱在特定條件下等于焓變，用ΔH表示，單位為kJ/mol； （2）反應(yīng)熱產(chǎn)生的原因； （3）根據(jù)質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，一特定反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值應(yīng)為生成物分子化學(xué)鍵形成時所釋放的總能量與反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時所吸收的總能量之差； （4）由于反應(yīng)后放出的熱量使反應(yīng)體系的能量降低（使環(huán)境的能量升高），故放熱反應(yīng)的ΔH為“-”，ΔH<0；而吸熱反應(yīng)使反應(yīng)體系的能量升高（使環(huán)境的能量降低），ΔH為“+”，ΔH>0。 還需要說明的是：我們研究的對象是在恒定壓強的條件下發(fā)生的反應(yīng)，有的反應(yīng)產(chǎn)生的能量變化可以直接測量，有的尚不能直接測量。 3. 由于內(nèi)容抽象不好理解，在教學(xué)手段上，要充分利用好教科書中的兩個圖示，另外也可以采用電化教學(xué)手段，利用多媒體軟件進行形象化教學(xué)，以利于學(xué)生理解ΔH的涵義及與放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)的關(guān)系。 本節(jié)教學(xué)的關(guān)鍵是反應(yīng)熱的推求，教學(xué)設(shè)計可按下列流程進行： 對相關(guān)舊知識的簡單回顧（相關(guān)基礎(chǔ)）→提出問題（創(chuàng)設(shè)問題情景）→數(shù)據(jù)分析→討論交流→形成認識→鞏固理解 說明： 相關(guān)基礎(chǔ)：化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新物質(zhì)的同時伴隨著能量的變化——回憶吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)，并舉出實例。 問題情景：化學(xué)鍵的斷裂與形成和化學(xué)反應(yīng)中能量的關(guān)系——從化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)來認識?；瘜W(xué)反應(yīng)過程中為什么會有能量變化（以1 mol H2和1 mol Cl2反應(yīng)生成2 mol HCl的反應(yīng)為例）？從微觀的角度去分析，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)。 數(shù)據(jù)分析：出示H-H、Cl-Cl、H-Cl的鍵能數(shù)據(jù)及實驗測定的該反應(yīng)熱數(shù)據(jù)，通過在反應(yīng)的過程中，原子進行重新組合，舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成，從理論上推算出該反應(yīng)熱的值，并與實驗值（184.6 kJ/mol）進行比較，說明二者很接近。 最后落實在其宏觀表現(xiàn)上。利用教科書中的圖1-2鞏固理解。 需要指出的是：化學(xué)反應(yīng)中能量變化的多少首先取決于化學(xué)鍵的強弱，對一個特定反應(yīng)，其能量大小也與物質(zhì)質(zhì)量有密切的關(guān)系（其認識對于后面正確書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式以及進行相關(guān)計算十分重要）。 （二）關(guān)于熱化學(xué)方程式 教科書針對科學(xué)文獻上熱化學(xué)方程式的表示方法提出問題：它與我們熟知的化學(xué)方程式有什么不同？進而采用對比的方法啟發(fā)學(xué)生的思維。通過實例教學(xué)，學(xué)生能夠比較容易地理解化學(xué)方程式的局限性、介紹熱化學(xué)方程式的必要性以及熱化學(xué)方程式的定義。正確書寫熱化學(xué)方程式是教學(xué)的難點，一方面要指導(dǎo)學(xué)生對化學(xué)方程式和熱化學(xué)方程式進行對比總結(jié)，找出它們的區(qū)別與聯(lián)系，使學(xué)生理解為什么書寫熱化學(xué)方程式時必須注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)等，使學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上正確書寫熱化學(xué)方程式。另一方面，要加強練習(xí)，及時鞏固，形成良好的書寫習(xí)慣。 建議本部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)采用自學(xué)的方法完成。具體辦法如下： 教師提出課題→學(xué)生自學(xué)教材→用對比的方法找出與化學(xué)方程式的異同點→歸納整理→交流（可列表匯報）。 提出課題：如何在化學(xué)方程式中正確反映其熱量變化？ 教師還可提出一些問題以強化正確規(guī)范的書寫。如： 1. 書寫熱化學(xué)方程式是否要注明反應(yīng)的溫度和壓強？（溫度壓強不同時，其ΔH也不同，如不注明，則一般是指101 kPa和25 ℃） 2. 對于相同的物質(zhì)的反應(yīng)，當物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同時，其ΔH是否相同？ 3. 熱化學(xué)方程式各物質(zhì)前的化學(xué)計量數(shù)是否表示分子個數(shù)？當化學(xué)計量數(shù)不同時，其ΔH是否相同？ 4. 放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)與ΔH的“+”與“-”的表示是如何對應(yīng)的？ 二、活動建議 化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量是能量的主要來源之一。實際上反應(yīng)熱不僅與我們的生活密切相關(guān)，研究反應(yīng)熱對化工生產(chǎn)也有重要意義。為使學(xué)生加深對學(xué)習(xí)反應(yīng)熱重要性的了解，體會知識在實際中的應(yīng)用，建議學(xué)生查閱資料，進行交流，如出一期墻報等。 【實踐活動】 1. 作為量熱器的儀器裝置，其保溫隔熱的效果一定要好?？梢杂帽乇瓉碜?，也可用塊狀聚苯乙烯泡沫塑料制成與小燒杯外徑相近的絕熱外套來做，以保證實驗時的保溫隔熱效果。如果按教材中的方法做，一定要使小燒杯杯口與大燒杯杯口相平，這樣可以減少熱量損失。 2. 鹽酸和NaOH溶液濃度的配制須準確，且NaOH溶液的濃度須稍大于鹽酸的濃度。為使測得的中和熱更準確，所用鹽酸和NaOH溶液的濃度宜小不宜大，如果濃度偏大，則溶液中陰、陽離子間的相互牽制作用就大，表觀電離度就會減小，這樣酸堿中和時產(chǎn)生的熱量勢必要用去一部分來補償未電離分子的離解熱，造成較大誤差（偏低）。 3. 宜用有0.1分刻度的溫度計，且測量時應(yīng)盡可能讀準，并估讀到小數(shù)點后第二位。溫度計的水銀球部分要完全浸沒在溶液中，而且要穩(wěn)定一段時間后再讀數(shù)，以提高所測溫度的精度。 4. 實驗操作時動作要快，以盡量減少熱量的散失。 三、問題交流 【思考與交流】 建議組織學(xué)生認真思考，做出答案，進行小組交流，然后與本章“歸納與思考”進行對比，加以補正。 四、習(xí)題參考 （一）參考答案 1. 化學(xué)反應(yīng)過程中所釋放或吸收的能量，叫做反應(yīng)熱，在恒壓條件下，它等于反應(yīng)前后物質(zhì)的焓變，符號是ΔH，單位是kJ/mol。例如1 mol H2 (g)燃燒，生成1 mol H2O(g)，其反應(yīng)熱ΔH=-241.8 kJ/mol。 2. 化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)就是反應(yīng)物分子中化學(xué)鍵斷裂，形成新的化學(xué)鍵，重新組合成生成物的分子。舊鍵斷裂需要吸收能量，新鍵形成需要放出能量。當反應(yīng)完成時，若生成物釋放的能量比反應(yīng)物吸收的能量大，則此反應(yīng)為放熱反應(yīng)；若生成物釋放的能量比反應(yīng)物吸收的能量小，反應(yīng)物需要吸收能量才能轉(zhuǎn)化為生成物，則此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。 （二）補充習(xí)題 1．下列說法不正確的是（）。 A．放熱反應(yīng)不需加熱即可發(fā)生 B．化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化除了熱能外，也可以是光能、電能等 C．需要加熱才能進行的化學(xué)反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng) D．化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)數(shù)值與參加反應(yīng)的物質(zhì)多少有關(guān) 2．將鐵粉和硫粉混合后加熱，待反應(yīng)一發(fā)生即停止加熱，反應(yīng)仍可持續(xù)進行，直至反應(yīng)完全生成新物質(zhì)硫化亞鐵。該現(xiàn)象說明了（）。 A．該反應(yīng)是吸熱反應(yīng) B．該反應(yīng)是放熱反應(yīng) C．鐵粉和硫粉在常溫下難以發(fā)生反應(yīng) D．生成物硫化亞鐵的總能量高于反應(yīng)物鐵粉和硫粉的總能量 3．沼氣是一種能源，它的主要成分是CH4。0.5 mol CH4完全燃燒生成CO2和H2O時，放出445 kJ熱量，則下列熱化學(xué)方程式中正確的是（）。 4. 下列關(guān)系式中正確的是 A．a(chǎn)＜c ＜0 B．b＞d＞0 C．2a＝b＜0 D．2c＝d＞0 參考答案 1． A；2．B、C；3．C；4． C。 第二節(jié) 燃燒熱能源 一、教學(xué)設(shè)計 本節(jié)分為兩部分，第一部分簡單介紹了燃燒熱，其中突出了對燃燒熱定義的介紹，并引導(dǎo)學(xué)生從諸多因素出發(fā)討論選擇燃料的標準，培養(yǎng)學(xué)生綜合考慮問題的能力；第二部分，結(jié)合燃燒熱的利用介紹了能源的開發(fā)與利用，特別是化石燃料的利弊以及能源與人類生存和發(fā)展的關(guān)系。 在第一部分內(nèi)容中，教科書對燃燒熱的定義做了介紹，并通過實例對其定義進行了說明，進而說明由于燃燒熱的定義規(guī)定，燃燒熱是以燃燒1 mol純物質(zhì)作為標準來進行測量的（故而表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式里的化學(xué)計量數(shù)常需用分數(shù)表示），同時還特別指出：“物質(zhì)完全燃燒而生成的穩(wěn)定化合物就意味著不能再燃燒了”。 在第二部分內(nèi)容中，教科書從人類對能源的需求以及如何合理利用并開發(fā)新能源的角度，通過資料展示介紹了能源在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的重要地位和作用，同時結(jié)合新能源的開發(fā)，通過科學(xué)視野簡單介紹了最有希望的太陽能、風(fēng)能和氫能等能源，以開闊學(xué)生的眼界，加強化學(xué)與社會的聯(lián)系。特別指出：我們所使用的主要能源是化石燃料，而化石燃料是經(jīng)過億萬年才形成的蘊藏量有限的非再生能源，社會的發(fā)展使得人類對能源的需求量越來越大，這是對人類的嚴峻考驗，同時也為我們提出了極具研究價值的課題。 本節(jié)教學(xué)重點和難點：燃燒熱的概念。 教學(xué)建議如下： 1. 對燃燒熱的學(xué)習(xí)要突出該定義中的“25 ℃、101 kPa”——研究的條件，“1 mol物質(zhì)”——燃燒物的量，和“完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物”——反應(yīng)的程度等關(guān)鍵詞，并加以舉例說明，以明確研究燃燒熱的限定條件。因此，①燃燒熱其ΔH<0；②其熱化學(xué)方程式中可燃物的化學(xué)計量數(shù)為1，則以此為標準配平，其他反應(yīng)物、生成物的化學(xué)計量數(shù)既可用整數(shù)表示，也可用分數(shù)表示；③燃燒熱是1 mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定化合物所釋放的熱量，是特殊條件下的反應(yīng)熱。教學(xué)中應(yīng)多舉實例。 2. 資源、能源、環(huán)保是當今社會的重要熱點問題，教學(xué)中應(yīng)結(jié)合教科書滲透資源、能源和環(huán)保的意識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，教育學(xué)生關(guān)心能源、環(huán)境等與現(xiàn)代社會有關(guān)的化學(xué)問題，以培養(yǎng)學(xué)生的社會責任感、使命感。教學(xué)中應(yīng)盡量采用投影、錄像、多媒體等現(xiàn)代教學(xué)手段，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過自主學(xué)習(xí)、討論交流、分析評價等教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力、調(diào)查研究能力、交流與合作的能力、綜合分析能力等。 3. 在教學(xué)方法上，本節(jié)可以采用研究性學(xué)習(xí)的方式來進行。如課前布置學(xué)生結(jié)合教科書的【思考與交流】、【資料】及【實踐活動】等內(nèi)容展開討論，然后課上進行交流。也可以以小組為單位，由學(xué)生自學(xué)教科書內(nèi)容并設(shè)計相關(guān)的研究課題，經(jīng)過教師和學(xué)生共同篩選，確定課題內(nèi)容、研究目標，通過查閱資料、小組學(xué)習(xí)討論，然后各組派代表在課上匯報各自的研究成果。教師還可結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況，適當補充一些資料，或組織學(xué)生參觀等。通過聯(lián)系實際的學(xué)習(xí)討論，不僅可強化學(xué)生課外閱讀的意識和自學(xué)能力，也可培養(yǎng)學(xué)生對國家能源政策制訂的參與意識、經(jīng)濟效益觀念以及綜合分析問題的能力。 4. 在化學(xué)2中學(xué)生對中和熱已經(jīng)有了一定的認識，并通過實驗感受了中和熱，知道它是反應(yīng)熱的一種形式，在此可將其與燃燒熱進行比較，以加深對概念的理解。 二、活動建議 可就如何充分利用能源、節(jié)約能量、開發(fā)新能源、能源與我們的生存環(huán)境等內(nèi)容進行討論、研究。如： 1. 討論：煤作為燃料的利弊；從節(jié)約能源、提高燃燒效率的角度，闡述研究燃料充分燃燒的重要性。 2. 研究：提高煤炭利用率及減少污染物排放的重要途徑。 3. 調(diào)查：就家庭所用燃料問題進行專題調(diào)查，如市民對能源的認識和利用（可選擇某一社區(qū)進行）。 【實踐活動】 可查閱《中國經(jīng)濟年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》和其他有關(guān)書籍或上網(wǎng)查詢。教科書上列出的4個題目，學(xué)生可任選一個，小論文可在班上交流。 以下是這些題目的參考答案。 1. 關(guān)于國民生產(chǎn)總值與能源消耗的關(guān)系，可以研究以下數(shù)據(jù)表： 從以上數(shù)據(jù)可以看出，國家國民生產(chǎn)總值與能源消耗成正相關(guān)關(guān)系，即國民生產(chǎn)總值越高，消耗的能源越多。但二者不是嚴格的正比關(guān)系，因為隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，每創(chuàng)造一定量國民生產(chǎn)總值所消耗的能源將會逐步減少。這從1995年至2001年的數(shù)據(jù)可以看出，國民生產(chǎn)總值由58 478.1億元增加至95 933.3億元，增長了39%，而能耗由131 176萬噸標準煤增加至132 000萬噸標準煤，只增加了0.62%。說明在這7年里我國生產(chǎn)技術(shù)水平有了很大的提高。 2. 人民的衣、食、住、行、文化娛樂都需要消耗能源，我國人民生活消耗的能源占總能源消耗的12%~17%。隨著人民生活水平的提高，生活消費能源總量會增大；隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人均生活消費能源量又可能逐步降低。這可以從下表的數(shù)據(jù)看出。 3. 能源與國防關(guān)系極為密切?，F(xiàn)代化的軍隊是機械化、信息化的軍隊，開動坦克、軍車、艦艇、飛機均需要燃油；發(fā)射導(dǎo)彈、火箭需要高能燃料；開動核動力艦艇需要核燃料；開動雷達、通訊設(shè)備或使用激光武器需要電能，等等。因此說，現(xiàn)代化的國防是需要充足的能源作保證的。 4. 節(jié)約現(xiàn)有能源的一個重要措施是科學(xué)地控制燃燒過程，使燃料充分燃燒，提高能源的利用率，開發(fā)新能源，如氫能、生物質(zhì)能等，均是化學(xué)科學(xué)研究的重要課題。理想地解決這些問題，均需要化學(xué)科學(xué)去攻關(guān)，去創(chuàng)新。因此說，化學(xué)在節(jié)約現(xiàn)有能源和開發(fā)新能源中均能起到重要作用。 三、問題交流 【思考與交流】 書中已給出提示，但需要學(xué)生進一步舉例說明。學(xué)生個人能舉出的實例有限，大家可互相交流、補充。 四、習(xí)題參考 （一）參考答案 1. 在生產(chǎn)和生活中，可以根據(jù)燃燒熱的數(shù)據(jù)選擇燃料。如甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、氫氣的燃燒熱值均很高，它們都是良好的燃料。 2. 化石燃料蘊藏量有限，不能再生，最終將會枯竭，因此現(xiàn)在就應(yīng)該尋求應(yīng)對措施。措施之一就是用甲醇、乙醇代替汽油，農(nóng)牧業(yè)廢料、高產(chǎn)作物（如甘蔗、高粱、甘薯、玉米等）、速生樹木（如赤楊、刺槐、桉樹等），經(jīng)過發(fā)酵或高溫熱分解就可以制造甲醇或乙醇。由于上述制造甲醇、乙醇的原料是生物質(zhì)，可以再生，因此用甲醇、乙醇代替汽油是應(yīng)對能源危機的一種有效措施。 3. 氫氣是最輕的燃料，而且單位質(zhì)量的燃燒熱值最高，因此它是優(yōu)異的火箭燃料，再加上無污染，氫氣自然也是別的運輸工具的優(yōu)秀燃料。在當前，用氫氣作燃料尚有困難，一是氫氣易燃、易爆，極易泄漏，不便于貯存、運輸；二是制造氫氣尚需電力或別的化石燃料，成本高。如果用太陽能和水廉價地制取氫氣的技術(shù)能夠突破，則氫氣能源將具有廣闊的發(fā)展前景。 4. 甲烷是一種優(yōu)質(zhì)的燃料，它存在于天然氣之中。但探明的天然氣礦藏有限，這是人們所擔心的?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)海底存在大量水合甲烷，其儲量約是已探明的化石燃料的2倍。如果找到了適用的開采技術(shù)，將大大緩解能源危機。 5. 柱狀圖略。關(guān)于如何合理利用資源、能源，學(xué)生可以自由設(shè)想。在上述工業(yè)原材料中，能源單耗最大的是鋁；產(chǎn)量大，因而總耗能量大的是水泥和鋼鐵。在生產(chǎn)中節(jié)約使用原材料，加強廢舊鋼鐵、鋁、銅、鋅、鉛、塑料器件的回收利用，均是合理利用資源和能源的措施。 6. 公交車個人耗油和排出污染物量為私人車的1/5，從經(jīng)濟和環(huán)保角度看，發(fā)展公交車更為合理。 （二）補充習(xí)題 1．下列性質(zhì)中，能說明乙醇宜作燃料的是（）。 ①燃燒時發(fā)生氧化反應(yīng)②充分燃燒的產(chǎn)物不污染環(huán)境 ③乙醇是一種再生能源④燃燒時放出大量的熱 A①②③ B．①②④ C．①③④D．②③④ 2．1.5 g 火箭燃料二甲基肼（CH3-NH-NH-CH3）完全燃燒，放出50 kJ熱量，則二甲基肼的燃燒熱為（）。 A1 000 kJ/molB1 500 kJ/molC．2 000 kJ/molD．3 000 kJ/mol 3．甲醇屬于可再生能源，可代替汽油作為汽車燃料。下列熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)熱能正確表示甲醇燃燒熱的是（）。 4．家用液化氣中主要成分之一是丁烷，當10 kg丁烷完全燃燒并生成二氧化碳和液態(tài)水時，放出熱量5105 kJ。試寫出丁烷燃燒的熱化學(xué)方程式。 5．為減少大氣污染，一些城市公共汽車逐步使用CNG（壓縮天然氣）清潔燃料，實驗測得0.16 g該氣體燃料，完全燃燒生成224 mL CO2（標準狀況）和0.36 g液態(tài)水，并放出8.903 kJ的熱量。請寫出：CNG的化學(xué)式，其完全燃燒的熱化學(xué)方程式。 參考答案 1．D；2．C；3．B。 第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱的計算 一、教學(xué)設(shè)計 前面學(xué)生已經(jīng)定性地了解了化學(xué)反應(yīng)與能量的關(guān)系，通過實驗感受到了反應(yīng)熱，并且了解了物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生能量變化與物質(zhì)的質(zhì)量的關(guān)系，及燃燒熱的概念。在此基礎(chǔ)上，本節(jié)介紹了蓋斯定律，并從定量的角度來進一步認識物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)伴隨的熱效應(yīng)。 本節(jié)內(nèi)容分為兩部分： 第一部分，介紹了蓋斯定律。教科書以登山經(jīng)驗“山的高度與上山的途徑無關(guān)”，淺顯地對特定化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱進行形象的比喻，幫助學(xué)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(xué)生感受蓋斯定律的應(yīng)用，并以此說明蓋斯定律在科學(xué)研究中的重要意義。 第二部分，利用反應(yīng)熱的概念、蓋斯定律和熱化學(xué)方程式進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算，通過三道不同類型的例題加以展示。幫助學(xué)生進一步鞏固概念、應(yīng)用定律、理解熱化學(xué)方程式的意義。 本節(jié)教學(xué)重點：蓋斯定律，反應(yīng)熱的計算。 本節(jié)教學(xué)難點：蓋斯定律的應(yīng)用。 教學(xué)建議如下： （一）蓋斯定律的教學(xué)設(shè)計 1. 提出問題在化學(xué)科學(xué)研究中，常常需要知道物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時的反應(yīng)熱，但有些反應(yīng)的反應(yīng)熱很難直接測得，那么如何獲得它們的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)呢？ 2. 創(chuàng)設(shè)情景例如，我們可以讓碳全部氧化成CO2，卻很難控制碳的氧化只生成CO而不繼續(xù)生成CO2，那么，C（s)+1/2 O2 (g) == CO(g)的反應(yīng)熱如何獲得呢？ 3. 引出定律蓋斯定律是本節(jié)的重點內(nèi)容，可以從能量守恒的角度出發(fā)來介紹，說明蓋斯定律是能量守恒定律的必然結(jié)果，也是能量守恒定律在化學(xué)過程中的應(yīng)用。由于這部分內(nèi)容比較抽象，從課程標準中的要求和學(xué)生的認知水平來看，宜于簡化處理，重在應(yīng)用。 4. 問題研究經(jīng)過討論、交流，設(shè)計合理的“路徑”，根據(jù)蓋斯定律解決上述問題。 5. 歸納總結(jié) （1）反應(yīng)物A變?yōu)樯晌顳，可以有兩個途徑：①由A直接變成D，反應(yīng)熱為ΔH；②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ΔH1、ΔH2、ΔH3。如下圖所示： （2）蓋斯定律在科學(xué)研究中的重要意義。 （二）有關(guān)反應(yīng)熱計算的教學(xué)設(shè)計 化學(xué)計算是運用數(shù)學(xué)工具從“量”的方面來研究物質(zhì)及其變化的規(guī)律，化學(xué)知識是化學(xué)計算的基礎(chǔ)。通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道了化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物之間的質(zhì)量關(guān)系、物質(zhì)的量的關(guān)系等，在這一節(jié)里，將進一步討論在特定條件下，化學(xué)反應(yīng)中能量變化以熱效應(yīng)表現(xiàn)時的“質(zhì)”“能”關(guān)系，這既是理論聯(lián)系實際方面的重要內(nèi)容，對于學(xué)生進一步認識化學(xué)反應(yīng)規(guī)律和特點也具有重要意義。 這一節(jié)的內(nèi)容實際上是前面所學(xué)知識和技能的綜合運用，涉及了有關(guān)的物理量及各物理量間的換算，綜合性較強，但屬基礎(chǔ)知識的綜合，與課程標準的要求是一致的。【例1】是依據(jù)反應(yīng)熱的概念、鈉的摩爾質(zhì)量，利用熱化學(xué)方程式即可求解?！纠?】要求理解燃燒熱的計量是以燃燒1 mol可燃物作為標準的，并將1 kg C2H5OH轉(zhuǎn)換成物質(zhì)的量，通過逆向思維來求解?！纠?】是對蓋斯定律的應(yīng)用。 教學(xué)中應(yīng)注意以下問題： 1. 要注意引導(dǎo)學(xué)生準確理解反應(yīng)熱、燃燒熱、蓋斯定律等理論概念，熟悉熱化學(xué)方程式的書寫，重視概念和熱化學(xué)方程式的應(yīng)用。 2. 進行有關(guān)燃燒熱計算時，要強調(diào)燃燒熱規(guī)定以1 mol純物質(zhì)為標準，因此須注意熱化學(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)和反應(yīng)的ΔH相對應(yīng)（物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)常出現(xiàn)分數(shù)的形式）。同時還要注意物質(zhì)的量、物質(zhì)的質(zhì)量、氣體的體積等之間的換算關(guān)系，但關(guān)鍵還是應(yīng)強調(diào)以1 mol物質(zhì)完全燃燒作標準來進行計算。 3. 有關(guān)反應(yīng)熱的計算與有關(guān)物質(zhì)的量的計算聯(lián)系很緊密，在計算過程中要注意培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力。 4. 可適當補充一些不同類型的習(xí)題作為課堂練習(xí)，發(fā)現(xiàn)問題并及時解決。如以煤、汽油和天然氣的主要成分發(fā)生燃燒的反應(yīng)為例，不僅鞏固、落實了知識和計算技能，還能通過計算的結(jié)果說明這些物質(zhì)燃燒時，其ΔH的數(shù)值都很大，進一步認識煤、石油、天然氣是當今世界上最重要的化石燃料。喚起學(xué)生資源利用和環(huán)境保護的意識和責任感。 5. 在教學(xué)中還應(yīng)注意以下幾點： （1）明確解題模式：審題→分析→求解。 （2）有關(guān)熱化學(xué)方程式及有關(guān)單位書寫正確。 （3）計算準確。 （4）反思解題關(guān)鍵處及錯誤易發(fā)處。 二、習(xí)題參考 （一）參考答案 1. C(s)+O2 (g) == CO2 (g) ΔH=-393.5 kJ/mol 2.5 mol C完全燃燒，ΔH=2.5 mol(-393.5 kJ/mol）=-983.8 kJ/mol 2. H2 (g)的燃燒熱ΔH=-285.8 kJ/mol 欲使H2完全燃燒生成液態(tài)水，得到1 000 kJ的熱量，需要H2 1 000 kJ285.8 kJ/mol=3.5 mol 3. 設(shè)S的燃燒熱為ΔH S(s)+O2 (g) == SO2 (g) 32 g/mol ΔH 4 g -37 kJ ΔH=32 g/mol(-37 kJ)4 g =-296 kJ/mol 4. 設(shè)CH4的燃燒熱為ΔH CH4 (g)+O2 (g) == CO2 (g)+2H2O(g) 16 g/mol ΔH 1 g -55.6 kJ ΔH=16 g/mol(-55.6 kJ)1 g =-889.6 kJ/mol 5. （1）求3.00 mol C2H2完全燃燒放出的熱量Q C2H2 (g)+5/2O2 (g) == 2CO2 (g)+H2O（l) 26 g/mol ΔH 2.00 g -99.6 kJ ΔH=26 g/mol(-99.6 kJ)2.00 g =-1 294.8 kJ/mol Q=3.00 mol(-1 294.8 kJ/mol)=-3 884.4 kJ≈-3 880 kJ （2）從4題已知CH4的燃燒熱為-889.6 kJ/mol，與之相比，燃燒相同物質(zhì)的量的C2H2放出的熱量多。 6. 寫出NH3燃燒的熱化學(xué)方程式 NH3 (g)+5/4O2 (g) == NO2 (g)+3/2H2O(g) 將題中（1）式乘以3/2，得： 3/2H2 (g)+3/4O2 (g) == 3/2H2O(g) 3/2ΔH1=3/2(-241.8 kJ/mol) =-362.7 kJ/mol 將題中（2）式照寫： 1/2N2 (g)+O2 (g) == NO2 (g) ΔH2=+33.9 kJ/mol 將題中（3）式反寫，得 NH3 (g) == 1/2N2 (g)+3/2H2 (g) -ΔH3=46.0 kJ/mol 再將改寫后的3式相加，得： 7. 已知1 kg人體脂肪儲存32 200 kJ能量，行走1 km消耗170 kJ，求每天行走5 km，1年因此而消耗的脂肪量： 170 kJ/km5 km/d365 d32 200 kJ/kg=9.64 kg 8. 此人脂肪儲存的能量為4.2105 kJ?？焖俦寂? km要消耗420 kJ能量，此人脂肪可以維持奔跑的距離為：4.2105 kJ420 kJ/km=1 000 km 9. 1 t煤燃燒放熱2.9107 kJ 50 t水由20 ℃升溫至100 ℃，溫差100 ℃-20 ℃=80 ℃，此時需吸熱： 50103 kg80 ℃4.184 kJ/(kg℃)=1.673 6107 kJ 鍋爐的熱效率=(1.673 6107 kJ2.9107 kJ）100% =57.7% 10. 各種塑料可回收的能量分別是： 耐綸5 m34.2104 kJ/m3=21104 kJ 聚氯乙烯50 m31.6104 kJ/m3=80104 kJ 丙烯酸類塑料5 m31.8104 kJ/m3=9104 kJ 聚丙烯40 m31.5104 kJ/m3=60104 kJ 將回收的以上塑料加工成燃料，可回收能量為 21104 kJ+80104 kJ+9104 kJ+60104 kJ=170104 kJ=1.7106 kJ （二）補充習(xí)題 1．已知25 ℃、101 kPa下，石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為 C(石墨)＋O2（g）＝CO2（g）ΔH＝－393.51 kJ/mol C(金剛石)＋O2（g）＝CO2（g）ΔH＝－395.41 kJ/mol 據(jù)此判斷，下列說法中正確的是（）。 A．由石墨制備金剛石是吸熱反應(yīng)；等質(zhì)量時，石墨的能量比金剛石的低 B．由石墨制備金剛石是吸熱反應(yīng)；等質(zhì)量時，石墨的能量比金剛石的高 C．由石墨制備金剛石是放熱反應(yīng)；等質(zhì)量時，石墨的能量比金剛石的低 D．由石墨制備金剛石是放熱反應(yīng)；等質(zhì)量時，石墨的能量比金剛石的高 2．已知2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）ΔH＝－571.6 kJ/mol， CO（g）＋1/2O2（g）＝2CO2（g）ΔH＝－283.0 kJ/mol。 某H2 和CO的混合氣體完全燃燒時放出113.74 kJ熱量，同時生成3.6 g液態(tài)水，則原混合氣體中H2和CO的物質(zhì)的量之比為（）。 A. 2∶1B. 1∶2C．1∶1D