Конспект урока "Тепловой эффект химических реакций. Понятие об экзо- и эндотермических реакциях".

28 урок                                                                                                                                          9 класс

Тепловой эффект химических реакций. Понятие об экзо- и эндотермических реакциях.

Цель урока: Продолжить развитие представлений о химической реакции. Ввести понятие теплового эффекта химической реакции. Сформировать деятельность учащихся по вылнению заданий учителя.

Задачи:

Образовательные: развивать представления о химической реакции, формировать умения производить расчёт теплового эффекта химической реакции по формуле

Развивающие:

Формирование умений решать поставленные задачи, обобщать и систематизировать изученный материал

Формирование  умений оперировать с понятиями, формулировать вопросы – суждения, выявлять противоречия, строить умозаключения

Обеспечить овладение специальными умениями: устанавливать причинно-следственные связи, работать с текстами, анализировать, сравнивать, формулировать выводы

Воспитательные:

Умение работать в коллективе  индивидуально.

Стремление к познанию.

Воспитывать чувство товарищества и ответственности на уроках химии

Ход урока:

1.     Организационный момент: приветствие, проверка отсутствующих.

2.     Мотивация, целеполагание, формулировка темы урока

У вас на столах отрывок из произведения писателя-фантаста А.Казанцева «Пылающий остров».

«Люди мира! Воздух, которым вы дышите, состоит из смеси двух газов –азота и кислорода. Кислород – очень деятельный газ. При повышенной температуре он стремится соединиться со  многими  телами  нашей  Земли.  Эта  реакция  хорошо известна нам как горение. Когда горит уголь, вещество его соединяется с кислородом, при этом выделяется тепло.

Соединение  многих  тел  с  кислородом  сопровождается выделением  тепла;  выражаясь  научно,  является  реакцией экзотермической. Но не все тела таковы. Есть соединения с кислородом, образование которых требует тепла извне, есть явления  холодного  горения – горения,  не  выделяющего,  а поглощающего тепло. Таким холодным горением было до сих пор  соединение  двух  газов  нашего  воздуха –азота  и кислорода.  Эта  реакция  эндотермическая,  она  требовала затраты значительной энергии и потому была редка на Земле. Она происходила в природе во время грозовых электрических разрядов – во время ударов молнии».

Прочтите этот текст и ответьте на вопросы. О какой реакции  говорится  в  тексте?  О  каком  признаке  реакции автор говорит в этом отрывке? (В отрывке говорится о реакции горения. Автор выделяет признак реакции –выделение тепла или поглощение. В тексте автор приводит примеры экзо-и эндотермических реакций)

Какая же тема нашего урока? А цель урока?

3.     Изучение нового материала

Как  вы  думаете  на  что  затрачивается  энергия  во  время химической реакции? (Энергия  затрачивается  на  разрушение  одних  веществ  и выделяется при образовании других веществ. Энергетические изменения проявляются либо в выделении, либо в поглощении теплоты).

Лабораторный эксперимент

Опыт 1.  Взаимодействие Mg с раствором серной кислоты.
1) В пробирку с порошком магния (Mg) прилить осторожно, по каплям! 0,5 мл раствора кислоты H2SO4, что наблюдаете?

2) Аккуратно! потрогайте нижнюю часть пробирки. Что наблюдаете?

Опыт 2. Растворение азотного удобрения в воде

1) В пробирку с белым кристаллическим веществом прилейте имеющуюся воду, встряхните

2) Потрогайте пробирку

Что наблюдаете?

Итак, как мы  выяснили, химические реакции сопровождаются тепловыми явлениями — выделением или поглощением теплоты. Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими, а реакции, идущие с поглощением теплоты — эндотермическими.

Существуют химические реакции, в которых энергия выделяется в виде света. Самой распространенной такой реакцией является горение. Но есть и другие. Так, при хранении белого фосфора на воздухе он сразу начинает реагировать с кислородом. Часть энергии в процессе этой реакции выделяется в виде света, поэтому белый фосфор светится в темноте. Это явление называют хемилюминесценцией. Именно оно стало интригой детектива «Собака Баскервилей» сэра А. Конан Дойла.

Явление хемилюминесценции присуще и живым организмам: химические реакции обусловливают свечение в темноте светлячков, некоторых медуз и др. К слову сказать, хемилюминесценция очень распространена среди растений и животных в фантастическом мире кинофильма «Аватар».

Существуют химические реакции, происходящие с поглощением света. Их называют фотохимическими. Самая известная фотохимическая реакция — это фотосинтез. Также под действием света происходит превращение кислорода в озон. В фотохимических процессах принимают участие особые молекулы сетчатки нашего глаза, благодаря чему мы видим.

На схеме выше буквой Q обозначено количество теплоты, которое поглощается или выделяется в реакции, т.е. тепловой эффект  реакции.  Тепловой  эффект  реакции  записывается  в правой  части  уравнения  со  знаком  «+»,  если  теплота выделяется, и со знаком «–», если она поглощается. Тепловой эффект выражается в килоджоулях (кДж) и часто относится к 1 моль вещества.

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при химической реакции, называют тепловым эффектом реакции. Величины тепловых эффектов можно определять экспериментально, проводя реакции в специальных приборах — калориметрах, способных очень точно определить количество выделившейся или поглотившейся теплоты. Для того чтобы эти опыты можно было сравнивать и систематизировать, все полученные результаты приводят к одинаковым условиям, называемым стандартными, — температуре 25 °С (298 К) и давлению 101,325 кПа.

Изучением теплового эффекта химических реакций  занимался наш соотечественник Герман Иванович Гесс.  Учёный сформулировал основной закон термохимии – «закон постоянства сумм теплот» в 1840 г., который, впоследствии получил название закона Гесса, а Германа Ивановича считают основоположником термохимии.

Знание о тепловых эффектах химических реакций имеет большое практическое значение.

Самая мощная в мире российская ракета "Энергия". Двигатели одной из её ступеней работают на сжиженных газах - водороде и кислороде:
2 H2(г) + O2(г) = 2 H2О(ж) + 572 кДж.

В химической промышленности тепловые эффекты нужны для расчета количества теплоты для нагревания реакторов, в которых идут эндотермические реакции.

В энергетике с помощью теплоты 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).

Химические уравнения, в которых указывается тепловой эффект, называют термохимическими.

Например: 2HgO —> 2Hg + O2 – 180 кДж,        С(тв) + O2(г) —> СO2(г) + 394 кДж

Поскольку их величины зависят от агрегатного состояния реагентов и продуктов, в термохимических уравнениях обязательно указываются эти состояния: (г) — газ; (ж) — жидкость; (т) или (к) — твёрдое (кристаллическое) вещество.

Термохимические уравнения используются при выполнении термохимических расчётов, которые позволяют:

а)      определить количество теплоты, выделяющейся или поглощающейся в результате реакции, если известны её тепловой эффект и химическое количество (масса, объём) одного из участников реакции;

б)      рассчитать химическое количество (массу, объём) одного из участников реакции, если известно количество выделившейся или поглотившейся теплоты;

в)      составить термохимическое уравнение реакции, если известно количество выделившейся или поглотившейся теплоты и химическое количество (масса, объём) одного из участников этой реакции.

В качестве примеров указанных термохимических расчётов решим две задачи.

При определении выделившейся или поглощенной энергии в результате химической реакции пользуются правилом:  количество теплоты прямо пропорционально количеству веществ, вступивших в реакцию и образовавшихся веществ в результате нее.

Пример 1. Рассчитайте количество теплоты, выделяющейся в результате полного сгорания в кислороде метана объёмом (и. у.) 6,72 дм³ в соответствии с термохимическим уравнением:

СН_4(Г) + 20_2(г) = С0_2(г) + 2Н₂0(_г) + 804 кДж.

Решение:

1. Рассчитаем химическое количество сгоревшего метана:

2. Рассчитаем искомую теплоту. Из термохимического уравнения реакции следует, что в результате сгорания 1 моль метана выделяется 804 кДж теплоты. С учётом этого составим пропорцию:

при сгорании 1 моль метана выделяется 804 кДж, при сгорании 0,3 моль метана выделяется х кДж,

              0,3 моль • 804 кДж

откуда х = -----------------

                      1 моль

Ответ: Q' = 241,2 кДж.

Пример 2. Рассчитайте химическое количество и массу алюминия, сгоревшего в кислороде в соответствии с термохимическим уравнением

4А1_(т) + 30_2(г) = 2А1₂0_3(к) + 3347,4 кДж,

если в результате реакции выделилось 83,69 кДж теплоты.

Решение:

Найдём химическое количество сгоревшего алюминия.

Из термохимического уравнения реакции следует, что при сгорании 4 моль алюминия выделяется 3347,4 кДж теплоты. С учётом этого составим пропорцию и найдём искомое химическое количество металла:

при сгорании 4 моль А1 выделяется 3347,4 кДж теплоты,

 при сгорании х моль А1 выделяется 83,69 кДж теплоты,

                      4 моль • 83,69 кДж

Откуда х =   --------------------------  =   0,1 моль

                             3347,4 кДж

Рассчитаем массу сгоревшего алюминия:

т(А1) = n(А1) • М(А1) = 0,1 моль • 27 г/моль = 2,7 г.

Ответ: 0,1 моль; 2,7 г.

4. Закрепление материала

1.Тепловой эффект горения метана СН₄ 890,31 кДж. Составьте термохимическое уравнение горения метана. 1) Рассчитайте, какое количество теплоты выделится, если сжечь метана:     а) количеством вещества 0,8 моль; б) объёмом 250 мл; в) массой 200 г.?

2. При взаимодействии углерода массой 6 г с водородом выделилось 37,42 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение образования метана.

3.Рассчитайте по термохимическому уравнению

С₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O+2220,03 кДж

Какое количество теплоты выделится, если кислорода расходуется:

a) массой 16 г;    б) объёмом 67,2 л;   в) количеством  вещества 2б5 моль.

Сколько оксида углерода (IV) по объёму и по массе получится, если при горении пропана С₃H₈ выделится 277,5 кДж теплоты?

5.Подведение итогов, рефлексия:

― С реакциями, какого типа мы познакомились на уроке?

― Чем экзотермические реакции отличаются от эндотермических?

― Что такое тепловой эффект реакции?

― Какие данные нужно обязательно указывать при составлении термохимических уравнений?

― Приведите примеры экзо- и эндотермических реакций.

Приём «Личный результат»

Я знаю… Я умею…. Я затрудняюсь….. Мне было…

6.Домашнее задание:

Составьте термохимическое уравнение реакций горения этилена С₂Н₄, если известно, что тепловой эффект реакции 1410,97 кДж.

1) Сколько теплоты выделится, если сгорает этилена:  

а) количеством вещества 5 моль; 

б) массой 140 г   

в) объёмом 112 л?