Конспект урока на тему Тепловой эффект химической реакции
Тип урока:
Комбинированный урок
Базовый учебники Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. «Химия. Неорганическая химия, учебник для 8 класса общеобразовательной школы» М.: Просвещение, 2011год.
Используемое оборудование:
ноутбук, проектор, экран, сетевой фильтр
Краткое описание:
Содержание урока: Закон сохранения энергии. Превращение энергии в ходе химических реакций. Тепловой эффект химической реакции. Экзо– и эндотермические реакции. Термохимические уравнения. Определение теплового эффекта химической реакции. Цели урока: Обеспечить развитие представлений учащихся о законе сохранения энергии. Организовать деятельность учащихся по применению знаний закона сохранения энергии в разнообразных ситуациях. Актуализировать личностный смысл учащихся к изучению темы, помочь осознать практическую направленность учебного материала. Содействовать развитию у школьников научных методов познания (наблюдение, эксперимент), химически правильной речи. Требования к уровню подготовки учащихся: Знать: * закон сохранения энергии; * термины: тепловой эффект химической реакции, экзотермические и эндотермические реакции, термохимическое уравнение. Понимать: причину появления теплового эффекта химической реакции. Уметь: * определять тип химических реакций по тепловому эффекту; * составлять уравнения реакций; * проводить вычисления теплового эффекта химической реакции. * использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для: критической оценки информации о веществах, используемых в быту; Оценивать: * значимость представлений о тепловом эффекте реакции для прогнозирования ее практического осуществления; * экологические последствия протекания экзотермических реакций; Понимать: личную ответственность за качество приобретаемых знаний и умений. Проявлять: * уверенность в личных возможностях, самостоятельность в работе; * способность к самоанализу, самодиагностике. Оборудование:Учебно-электронное пособие «Химия (8-11 классы). Виртуальная лаборатория», «Химия для всех – XXI», «Репетитор по химии Кирилла и Мефодия», компьютер, проектор, экран.
Тема урока: Тепловой эффект химической реакции
Цель урока.
- Обеспечить развитие представлений учащихся о законе сохранения энергии, организовать деятельность учащихся по применению знаний закона сохранения энергии в разнообразных ситуациях.
Задачи урока:
Обучающие. Сформировать понятие об экзо- и эндотермических реакциях, тепловом эффекте химической реакции, термохимическом уравнении.
Развивающие. Развитие логического мышления и умений сравнивать, обобщать, анализировать на примерах реакций горения и термического разложения, обогащение словарного запаса учащихся.
Воспитательные. Воспитание интереса к предмету посредством изучения материала, имеющего теоретическую и практическую значимость, а также занимательный материал. Формирование доброжелательных, толерантных отношений между учителем и учащимися.
Главной задачей является формирование понятий термохимических процессов, подготовка учащихся к решению задач.
Требования к уровню подготовки учащихся: Знать: * закон сохранения энергии; * термины: тепловой эффект химической реакции, экзотермические и эндотермические реакции, термохимическое уравнение. Понимать: причину появления теплового эффекта химической реакции. Уметь: * определять тип химических реакций по тепловому эффекту; * составлять уравнения реакций; * проводить вычисления теплового эффекта химической реакции. * использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для критической оценки информации о веществах, используемых в быту; Оценивать: * значимость представлений о тепловом эффекте реакции для прогнозирования ее практического осуществления; * экологические последствия протекания экзотермических реакций; Понимать: личную ответственность за качество приобретаемых знаний и умений. Проявлять: * уверенность в личных возможностях, самостоятельность в работе; * способность к самоанализу, самодиагностике.
Оборудование:Учебно-электронное пособие «Химия (8-11 классы). Виртуальная лаборатория»,
«Химия для всех – XXI», «Репетитор по химии Кирилла и Мефодия», компьютер,
проектор, экран.
Эпиграф урока: «Кислород – это вещество, вокруг которого вращается вся земная химия»
Я.Берцелиус
Ход урока.
I. Организационный момент. На уроке мы продолжим изучать тему «Кислород. Горение». Давайте вспомним, что уже вы узнали при изучении этой темы.
II. Актуализация знаний.
На слайде задания:
Из следующего перечня формул веществ выписать только формулы оксидов.
NaCl, Al2O3, HN O3, KOH, P2 O5, CH4, H2SO4, CO2, Cu (OH)2, Cl2O7,
Mg(NO3)2, Na2O, H3PO4/
Определить валентность элементов по формулам оксидов:
N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5, SO3
Составить формулы оксидов
магния (II), железа (III), серы (IV), бора (III), хрома (VI).
Продолжить уравнения реакций
а) Zn + O2→
б) Al + O2→
в) H2S + O2→
Решить задачуВычислить массу кислорода, прореагировавшего с медью, если образовалось 4г оксида меди (II).
Дается некоторое время на выполнение теста (5-7 минут).
6.Осуществить превращения H2O→X→CO2
Ребята, проверьте себя! (На следующем слайде правильные ответы).
III. Формирование новых знаний.
Хисматуллина Нармина на дом получила задание, рассчитать содержание кислорода по массе во всех учениках 8-го класса.
Слушаем ее отчет о проделанной работе.
Сокунов Никита определил массу кислорода, находящегося в воздухе в нашем классе.
Решение:
Vкл = 6×11×3 = 198м3 ≈ 200м3
Vвозд = 200м3
V(O2) = 1/5 × 200 = 40м3 = =40000 л
1 л O2 – 1,43 г
40000 л O2 – х г m (O2) = ρ × V = 1,43 г/л × 40000 л = 57200г = =57,2кг
А масса кислорода в нашей классной комнате m(O2) = 57,2 кг.
??? Почему же мы не поддерживаем горение, имея в своем организме такое большое количество кислорода, 62%?
Ответ, т.к. в нашем организме кислород находится в основном в соединениях, а в воздухе он находится в виде молекул. А в реакции горения вступает молекулярный кислород.
3. Мы с вами изучаем тему «Кислород. Оксиды. Горение». И, конечно же, нельзя пройти мимо явлений, наблюдаемых при реакциях, идущих с участием кислорода. . Тема сегодняшнего урока «Тепловой эффект химических реакций».
В результате реакций горения выделяется свет и тепло, которые мы можем увидеть и почувствовать. В результате некоторых других химических реакций теплота, наоборот, затрачивается или поглощается, и мы можем почувствовать понижение температуры. В этом случае мы можем говорить также о выделении или поглощении энергии.
В каждом веществе запасено определенное количество энергии. С этим свойством веществ мы сталкиваемся уже за завтраком, обедом или ужином, так как продукты питания позволяют нашему организму использовать энергию самых разнообразных химических соединений, содержащихся в пище. В организме эта энергия преобразуется в движение, работу, идет на поддержание постоянной (и довольно высокой!) температуры тела.
Энергия химических соединений сосредоточена главным образом в химических связях. Чтобы разрушить связь между двумя атомами, требуется ЗАТРАТИТЬ ЭНЕРГИЮ. Когда химическая связь образуется, энергия ВЫДЕЛЯЕТСЯ.
Любая химическая реакция заключается в разрыве одних химических связей и образовании других.
Когда в результате химической реакции при образовании новых связей выделяется энергии БОЛЬШЕ, чем потребовалось для разрушения "старых" связей в исходных веществах, то избыток энергии высвобождается в виде тепла. Примером могут служить реакции горения. Например, природный газ (метан CH4) сгорает в кислороде воздуха с выделением большого количества теплоты (сллайд.). Такие реакции называются ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМИ от латинского "экзо" - наружу (имея в виду выделяющуюся энергию).В других случаях на разрушение связей в исходных веществах требуется энергии больше, чем может выделиться при образовании новых связей. Такие реакции происходят только при подводе энергии извне и называются ЭНДОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского "эндо" - внутрь). Примером является образование оксида углерода (II) CO и водорода H2 из угля и воды, которое происходит только при нагревании (слайд ).
Таким образом, любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии. Чаще всего энергия выделяется или поглощается в виде теплоты (реже - в виде световой или механической энергии). Эту теплоту можно измерить. Результат измерения выражают в килоджоулях (кДж) для одного МОЛЯ реагента или (реже) для моля продукта реакции. Такая величина называется ТЕПЛОВЫМ ЭФФЕКТОМ РЕАКЦИИ. Например, тепловой эффект реакции сгорания водорода в кислороде можно выразить любым из двух уравнений (слайд):
2 H2(г) + O2(г) = 2 H2О(ж) + 572 кДж
или
H2(г) + 1/2 O2(г) = H2О(ж) + 286 кДж
Оба уравнения одинаково правильны и оба выражают тепловой эффект экзотермической реакции образования воды из водорода и кислорода. Первое - на 1 моль использованного кислорода, а второе - на 1 моль сгоревшего водорода или на 1 моль образовавшейся воды.
Значки (г), (ж) обозначают газообразное и жидкое состояние веществ. Встречаются также обозначения (тв) или (к) - твердое, кристаллическое вещество, (водн) - растворенное в воде вещество и т.д.
Обозначение агрегатного состояния вещества имеет важное значение.
Уравнения химических реакций, в которых вместе с реагентами и продуктами записан и тепловой эффект реакции, называются ТЕРМОХИМИЧЕСКИМИ УРАВНЕНИЯМИ.
Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов. Представьте себя на минуту конструктором мощной ракеты, способной выводить на орбиту космические корабли и другие полезные грузы (слайд).
Самая мощная в мире российская ракета "Энергия" перед стартом на космодроме Байконур. Двигатели одной из её ступеней работают на сжиженных газах - водороде и кислороде.
Допустим, вам известна работа (в кДж), которую придется затратить для доставки ракеты с грузом с поверхности Земли до орбиты, известна также работа по преодолению сопротивления воздуха и другие затраты энергии во время полета. Как рассчитать необходимый запас водорода и кислорода, которые (в сжиженном состоянии) используются в этой ракете в качестве топлива и окислителя?
Без помощи теплового эффекта реакции образования воды из водорода и кислорода сделать это затруднительно. Ведь тепловой эффект - это и есть та самая энергия, которая должна вывести ракету на орбиту. В камерах сгорания ракеты эта теплота превращается в кинетическую энергию молекул раскаленного газа (пара), который вырывается из сопел и создает реактивную тягу.
В химической промышленности тепловые эффекты нужны для расчета количества теплоты для нагревания реакторов, в которых идут эндотермические реакции. В энергетике с помощью теплот сгорания топлива рассчитывают выработку тепловой энергии.
Врачи-диетологи используют тепловые эффекты окисления пищевых продуктов в организме для составления правильных рационов питания не только для больных, но и для здоровых людей - спортсменов, работников различных профессий. По традиции для расчетов здесь используют не джоули, а другие энергетические единицы - калории (1 кал = 4,1868 Дж).
Решение задач по термохимическим уравнениям реакций.
Алгоритм решения:
а) Прочитать внимательно задачу.
б) Составить термохимическое уравнение.
в) Перенести данные из условия в уравнение.
г) Найти по уравнению массу или количество вещества.
д) Составить и решить пропорцию.
е) Записать ответ.
Задача 1.Определите количество теплоты, которое выделится при образовании 120 г MgO в результате реакции горения магния, с помощью термохимического уравнения.
2 Mg + O2 = 2MgO + 1204 кДж
Дано
m (Mg0) = 120г
Найти:
Q1 -? Решение:
1) Определяем количества оксида магния, используя формулу для нахождения количества вещества через массу.
n = m / M
n(MgO) = 120г/ 40 г/моль = 3 моль
2) Составляем пропорцию с учетом коэффициентов в уравнении реакции
По уравнению 2 моль MgO - 1204 кДж
По условию 3 моль MgO - Q1
Отсюда
3 моль* 1204кДж
Q1 = ----------------------- = 1803 кДж
2моль
Ответ: при образовании 120г оксида магния выделится 1803 кДж энергии.
Задача 2. В результате реакции, термохимическое уравнение которой
2 C2H2+ 5O2 = 4CO2 +2H2O + 2610 кДж
выделилось 652,5 кДж теплоты. Определите массу сгоревшего ацетилена.
Дано:
Q1 = 652,5 кДж
Найти:
m(C2H2)-? Решение:
Установим пропорциональные отношения между
количеством вещества ацетилена и количеством теплоты.
По уравнению 2 моль C2H2_---------- 2610 кДж
По условию х моль ---------- 652,5 кДж
Решаем пропорцию
2 моль* 652,5кДж
х= ----------------------- = 0,5 моль
2610 кДж
2) Определяем массу ацетилена по формуле m= n * M
m = 0,5 моль * 26 г/моль = 13 г.
Ответ: масса сгоревшего ацетилена 13 г.
Задача 3. В результате горения 48 г метана выделилось 2406 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
Дано:
m(CH4)= 48г
Q1 = 2406 кДж
Найти:
Q -?
Решение:
1. Запишем уравнение реакции горения метана в общем виде
CH4+ 2O2 = CO2 +2H2O + Q
2. Определим количество 48 г метана
n = m / M
n(CH4) = 48г/ 16 г/моль = 3 моль
3. Составляем пропорцию с учетом коэффициентов в уравнении реакции
По условию 3моль CH4 - 2406 кДж
По уравнению 1 моль CH4 - Q
Решаем пропорцию
1 моль* 2406 кДж
х= ----------------------- = 802 кДж
3 моля
Ответ: термохимическое уравнение реакции горения метана
CH4+ 2O2 = CO2 +2H2O + 802 кДж
IV. Закрепление
Решите самостоятельно:
Задача 4.Сколько выделится теплоты на ведро (10 кг) угля, если известно, что тепловой эффект реакции горения угля выражается следующим термохимическим уравнением:
С + О2 —> CO2 + 394 кДж?
Дано :Р е ш е н и е
m(C) = 10 кг, или 104 г,
M(С) = 12 г/моль.
Q = 394 кДж.
Составляем пропорцию:
12 г С – 394 кДж,
104 г С – х кДж;
х = 328 333,3 кДж.
О т в е т. При сгорании ведра угля выделится 328 333,3 кДж теплоты.
Сокунов Никита решил эту задачу так, как мы решали на уроках физики по удельной теплоте сгорания. Сравним наши ответы.
Тепловой эффект при реакции сгорания топлива будет одинаковый при расчете и физическим, и химическим способом.
IV. Рефлексия.
Что происходит с энергией при химических реакциях?
Что происходит с энергией при разрыве химических связей?
Что происходит с энергией при образовании химических связей?
Что мы можем наблюдать при выделении энергии (теплоты)?
Как называются реакции, идущие с выделением теплоты?
Что мы можем наблюдать при поглощении энергии (теплоты)?
Как называются реакции, идущие с поглощением теплоты?
Как называется теплота (энергия) образующаяся при химических реакциях?
Как записать в уравнение химической реакции выделяющуюся теплоту? Поглощающуюся теплоту?
Для чего необходимо знать тепловой эффект химической реакции?
V. Подведение итогов урока. Домашнее задание.
§23 – учить и пересказывать, учить записи в тетради, вопросы 11-13 (устно), задачи 1, 2 на стр.69.