蓋斯定律教學(xué)設(shè)計(jì)

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1、《蓋斯定律》教學(xué)設(shè)計(jì) 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(jì)算。 【過程與方法】 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(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)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(shí)、求真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。 二、教學(xué)重難點(diǎn) 【教學(xué)重點(diǎn)】 蓋斯定律的涵義和根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算 【教學(xué)難點(diǎn)】 蓋斯定律的應(yīng)用 三、教學(xué)方法

2、 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(shí)驗(yàn)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。 【設(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(shí)驗(yàn)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(jì)算的方式間接獲得。如對于反應(yīng)： C(s)+1/2O2(g) = CO(g)，因?yàn)镃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(shí)驗(yàn)測得，那么該反應(yīng)的反應(yīng)熱是如何

3、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?yàn)楫?dāng)水為液態(tài)時的反應(yīng)熱才是燃燒熱。 【教師】如果，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=

4、△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。 【板書】第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)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。 【教師】為了紀(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

5、么是蓋斯定律。 (P11)1840年，瑞典化學(xué)家蓋斯通過大量的實(shí)驗(yàn)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。 【板書】1、 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)。 【教師】如何來理解呢？ 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(shí)驗(yàn)學(xué)校）→B（九州大道）可以有多條路徑，不管選擇哪條路，A→B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

6、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(shí)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 △H H2O（g） H2(g)+1/2O 2 △H1 A C 圖1 C △H1 △H2 A B △H A C

7、 圖1 圖2 找起點(diǎn) A H2(g) 找終點(diǎn) B H2O(l) 過程 A→C→B A→B H2(g)→H2O(g)→H2O(l) H2(g)→H2O(l) 列式 △H=△H1+△H2 △H=△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)。 【教師】我們還可以應(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

8、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。 【教師】假設(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:ΔH1 +ΔH2 ≡ 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ΔH1 +ΔH2 ≠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ΔH1 +ΔH2≡ 0一定成立。這也

9、證明了蓋斯定律是成立的。因?yàn)榛瘜W(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ΔH1 +ΔH2 = 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。 【教師】有的同學(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(jì)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)。 【教

10、師】觀察下面的熱化學(xué)方程式，并思考問題： C(s)+1/2O2(g)==CO(g) ΔH2=? 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(jì)一個方案。 【學(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） ΔH1=－393．5 kJ／mol （2）CO（g

11、）+ O2（g）=CO2（g） ΔH3=－283．0 kJ／mol 根據(jù)蓋斯定律.可以很容易求算出C（s）+ O2（g）=CO（g）的ΔH。 ∵ΔH1=ΔH2+ΔH3∴ΔH2=ΔH1－ΔH3=－393．5kJ/mol－（－283．0kJ/mol）＝－110．5 kJ／mol 即：C（s）+ O2（g）=CO（g）的ΔH2=－110．5 kJ／mol 【教師】請同學(xué)分析解題思路。 【學(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(diǎn)C(s), （2）終點(diǎn)是CO2(g), （3）總共經(jīng)歷了兩個反應(yīng) C→CO2 ；C→CO→CO2 （4）也就

12、說C→CO2的焓變?yōu)镃→CO；CO→CO2之和。 則△H1=△H3+△H2 （5）求解：C→CO △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(diǎn)C(s), （2）終點(diǎn)是CO2(g), （3）總共經(jīng)歷了兩個反應(yīng) C→CO2 ；C→CO→CO2。 （4）也就說C→CO2的焓變?yōu)镃→CO； CO→CO2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(diǎn)C(s), （2）終點(diǎn)是CO(g), （3

13、）總共經(jīng)歷了兩個反應(yīng) C→CO2→CO。 （4）也就說C→CO的焓變?yōu)镃→CO2； CO2→CO之和。 注意：CO→CO2 焓變就是△H2 那 CO2→CO 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(yùn)算式”。① + （－②）＝ ③ （3）列式：△H2=△H1— △H3=-110.5 KJ·mol-1 歸納解題思路： ①確定待求的反應(yīng)方程式；②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

14、置； ③根據(jù)待求方程式中各物質(zhì)計(jì)量數(shù)和位置的需要對已知方程式進(jìn)行處理； ④實(shí)施疊加并檢驗(yàn)上述分析的正確與否。 【例2】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： ①C(石墨，s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol ②C(金剛石，s)+O2(g)=CO2(g) △H2=-395.0kJ/mol 所以， ①- ②得：

15、 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(yùn)用，下面我們看幾個例子。 【例3】某次發(fā)射火箭，用N2H4（肼）在NO2中燃燒，生成N2、液態(tài)H2O。已知： ①N2(g)+2O2(g)==2NO2(g) △H1=+67.2kJ/mol ②N2H4(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 × ②－①： 2 N2H4(g)+ 2NO2(g)= 3N2(g)+4H2O(l) △H=-1135.2kJ/mol

16、 ◆◆◆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(xiàng)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(jì)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。 【例4】已知下列各反應(yīng)的焓變 ①Ca(s)+C(s,石墨)+3/2O2(g)=CaCO3(s) △H = -1206.8 kJ/mol ②Ca(s)+1/2O2(g)=CaO(s) △H = -635.1 kJ/mol ③C(s,石墨)+O2(g)=CO2(g)

17、 △H = -393.5 kJ/mol 試求④CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的焓變 ④=②＋③－① △H=178.2 kJ/mol 注意事項(xiàng)： （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(diǎn)“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

18、效應(yīng)是相同的”。已知： ①P4(s、白磷)+5O2(g)=P4O10(s)△H1=-2983.2 kJ/mol ②P(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 。 ①- 4×②： P4(s、白磷)=4P(s、紅磷) △=-29.2kJ/mol 2、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 ①C(石墨，s)+O2(g)=CO2(g) △H =-393.5kJ/mol ②CO2(g)=

19、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)方程式中通常可不表明反應(yīng)條件？ 熱化學(xué)方程式還可以表示理論可進(jìn)行實(shí)際難進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng) 3、 已知 ① CO(g) + 1/2 O2(g) ====CO2(g) ΔH1= －283.0 kJ/mol ② H2(g) + 1/2 O2(g) ==== H2O(l) ΔH2= －285.8 kJ/mol ③C2H5OH(l) + 3 O2(g) ==== 2

20、CO2(g) + 3 H2O(l) ΔH3=-1370 kJ/mol 試計(jì)算④2CO(g)＋ 4 H2(g)==== H2O(l)＋ C2H5OH(l) 的ΔH = ？ 根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)④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)④能不能由①②③三個反應(yīng)通過加減乘除組合而成，也就是說，看看反應(yīng)④能不能分成①②③幾步完成。 ①×2 + ②×4 - ③ = ④ 　　　所以，ΔH＝ΔH1×2 ＋ΔH2×4 －ΔH3＝－283.2×2 －285.8×4 ＋1370 kJ/mol

21、 ＝－339.2 kJ/mol 4、 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 kJ 4.小結(jié) 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：