Конспект урока Тепловой эффект химической реакции

МКОУ «Новогуровская средняя общеобразовательная школа»

Тема урока:

«Тепловой эффект химимческих реакций»

8 класс

Урок подготовила и провела:

учитель химии

Арсеньева Е.Н.

рпгт Новогуровский

2011 - 2012 учебный год

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.

Ход урока.

I. Организационный момент. Сообщаю учащимся тему, цели и задачи урока.

II.Проверка домашнего задания.

- 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». Но, сначала повторим:

Фронтальный опрос класса.

• Назовите химический знак кислорода?

• Какое положение занимает кислород в периодической таблице Д.И.Менделеева?

• Какова его Аr?

• Назовите валентность кислорода?

• Каково содержание кислорода в земной коре? В состав каких веществ входит элемент кислород?

• Составьте химические формулы следующих оксидов:

NaO, CaO, AlO, CO, SO, NO, ClO.

• Какова химическая формула простого вещества кислорода?

• Какова его Мr? М?

• Где в природе находится кислород как простое вещество?

• Перечислите физические свойства кислорода.

• Перечислите химические свойства кислорода.

• Закончите следующие уравнения химических реакций:

Cu + O₂  … ; S +O₂  … ; CH₄ + O₂  … + … ; H₂S + O₂  … + … .

• Какие из них относятся к реакциям окисления, а какие к реакциям горения?

• По каким признакам вы это определили?

III. Объяснение нового материала.

- Да, действительно, 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 (сайд.). 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).

Рис. 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.

 = m / M

(MgO) = 120г/ 40 г/моль = 3 моль

2) Составляем пропорцию с учетом коэффициентов в уравнении реакции

По уравнению 2 моля MgO - 1204 кДж

По условию 3 моля 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:

1) Установим пропорциональные отношения между количеством вещества ацетилена и количеством теплоты.

По уравнению 2 моль C₂H_{2_}---------- 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=  * 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

 = m / M

(CH₄) = 48г/ 16 г/моль = 3 моль

3. Составляем пропорцию с учетом коэффициентов в уравнении реакции

По условию 3моля 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

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.

IV.Подведение итогов.

• 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.Домашнее задание.

§23 - учить и пересказывать, учить записи в тетради, вопросы 11-13 (устно), задачи 1, 2 на стр.69.