【高中化學(xué)】認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化及利用+課件+高一下學(xué)期化學(xué)人教版

探究自熱包作用原理——認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化及利用學(xué)習(xí)目標(biāo)123通過(guò)探究自熱包發(fā)熱原理，嘗試?yán)渺首儭⑸w斯定律等知識(shí)，分析、評(píng)價(jià)真實(shí)環(huán)境下化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題，并形成化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化利用的基本思路。通過(guò)分析、改進(jìn)自熱火鍋中的發(fā)熱包，了解化學(xué)反應(yīng)中能量變化的可控性，從微觀角度認(rèn)識(shí)與解釋能量變化的原因。認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)化學(xué)學(xué)科的有效路徑，形成注重實(shí)證、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；了解化學(xué)的發(fā)展對(duì)提高人類生活質(zhì)量有積極貢獻(xiàn)，形成正確的化學(xué)學(xué)科價(jià)值觀。情景導(dǎo)入海拔4500米，邊防官兵吃上了熱騰騰的火鍋：駐守在雪域高原等艱苦環(huán)境的軍隊(duì)，時(shí)常因?yàn)闅鈮汉退|(zhì)等因素導(dǎo)致軍隊(duì)的伙食難以保障，但是出現(xiàn)了自熱食品后，僅需要十幾分鐘，就可以讓官兵吃上熱騰騰的飯菜情景導(dǎo)入不用火、不用電，只需要加一瓶水，利用化學(xué)反應(yīng)放出的熱量就能享受熱騰騰的火鍋。如今，號(hào)稱“懶人自煮自熱火鍋”悄悄走紅，一些品牌還紛紛推出米飯、面條、粉絲等自熱食品…你想知道這些自發(fā)熱裝置究竟是什么原理嗎？活動(dòng)一探究自熱包的發(fā)熱原理活動(dòng)二改進(jìn)自熱包成果展示活動(dòng)一：探究發(fā)熱原理活動(dòng)二成果展示任務(wù)一：發(fā)熱包主要是依靠哪個(gè)反應(yīng)放熱？問(wèn)題1：加入水后，可能發(fā)生的反應(yīng)有哪些？CaO+H2O=Ca(OH)2;Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH;2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑

問(wèn)題2：其中哪些是放熱反應(yīng)？CaO+H2O=Ca(OH)2;2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2

Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH少量，可忽略問(wèn)題3：發(fā)熱包主要依靠哪個(gè)反應(yīng)放熱？活動(dòng)二成果展示資料支持：各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（由處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的各種元素的最穩(wěn)定單質(zhì)生成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位物質(zhì)的量某純物質(zhì)的熱效應(yīng)）數(shù)據(jù)△fHm?[CaO(s)]=-635.1kJ/mol△fHm?[Ca(OH)2(s)]=-986.1kJ/mol△fHm?[H2O(l)]=-285.8kJ/mol（1）寫出CaO（s）+H2O（l）=Ca(OH)2（s）的熱化學(xué)方程式CaO（s）+H2O（l）=Ca(OH)2（s）△H=-65.2kJ/mol（2）假設(shè)發(fā)熱包（65g）主要成分是氧化鈣，理論上能夠使260ml的水大概升溫多少度？已知水的比熱容為4.2kJ·K-1·kg-1Q=-cm（T2-T1）T2-T1=69.3K任務(wù)一：發(fā)熱包主要是依靠哪個(gè)反應(yīng)放熱？活動(dòng)一：探究發(fā)熱原理活動(dòng)二成果展示資料支持：2Al(s)+2NaOH(aq)+6H2O(l)=2Na[Al(OH)4](aq)+3H2(g)ΔH=-284.8kJ/mol假設(shè)發(fā)熱包（65g）主要成分是鋁粉、氫氧化鈉（物質(zhì)的量之比為1：1），又能夠使260ml的水大概升溫多少度？126.2℃結(jié)論：發(fā)熱包主要依靠鋁粉與水溶液反應(yīng)放出的熱量質(zhì)疑：既然主要的熱量來(lái)源是鋁粉和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，為什么還要加氧化鈣和碳酸鈉？任務(wù)一：發(fā)熱包主要是依靠哪個(gè)反應(yīng)放熱？活動(dòng)一：探究發(fā)熱原理活動(dòng)二成果展示CaO+H2O=Ca(OH)2

Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑

CaO+H2O=Ca(OH)2

CO32-+Ca(OH)2=CaCO3↓+2OH-2Al+2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2↑

問(wèn)題1分析質(zhì)疑點(diǎn)直接加鋁粉與氫氧化鈉粉末是否可行？可否加鋁粉與氫氧化鈣粉末？氧化鈣的作用？碳酸鈉的作用？可否加氫氧化鈣、碳酸鈉、鋁粉？能量變化物質(zhì)變化任務(wù)二：探究發(fā)熱包各成分作用活動(dòng)一：探究發(fā)熱原理活動(dòng)二成果展示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：各取15g自熱粉、生石灰、鋁-氫氧化鈉粉(n比1：1)以及混合粉[鋁粉、氫氧化鈣與碳酸鈉(n比2：1：1)]與等量的水（150mL）反應(yīng)，測(cè)體系在十分鐘內(nèi)的溫度變化問(wèn)題2如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證t–T圖像圖像分析結(jié)論圖1生石灰、自熱粉的溫度曲線圖2自熱粉、鋁粉-氫氧化鈉的溫度曲線圖3鋁粉、氫氧化鈣與碳酸鈉三者混合的溫度曲線與前者對(duì)比自熱粉升溫晚、上升快、末溫高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；生石灰升溫早、上升較慢、末溫低，持續(xù)時(shí)間短鋁-氫氧化鈉粉升溫早、上升快，持續(xù)時(shí)間短混合粉與自熱粉溫度變化趨勢(shì)接近，升溫較慢自熱粉中氫氧化鈉的提供方式，推遲了主反應(yīng)起點(diǎn)，延長(zhǎng)了持續(xù)時(shí)長(zhǎng)任務(wù)二：探究發(fā)熱包各成分作用活動(dòng)一：探究發(fā)熱原理活動(dòng)二成果展示

主導(dǎo)反應(yīng)為氧化鈣的水化過(guò)程，氧化鈣與水發(fā)劇烈反應(yīng)，釋放出的熱量使發(fā)熱包溫度升高，生成的氫氧化鈣與碳酸鈉反應(yīng)，生成碳酸鈣并產(chǎn)生氫氧根離子；反應(yīng)啟動(dòng)階段快速升溫階段

主導(dǎo)反應(yīng)為鋁與水在堿性環(huán)境下反應(yīng)放出大量熱量，發(fā)熱體系溫度快速提升。綜合考慮鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，占整個(gè)地殼總重量的7.45％。鋁及其合金具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，是常用的金屬材料之一。鋁的能量密度高，在金屬中僅次于鋰，因此鋁可被看作是一種能源載體，可成為一種很有前景的儲(chǔ)能和能量轉(zhuǎn)換材料。各化學(xué)試劑價(jià)格氧化鈣：20元/kg；碳酸鈉：15元/kg；氫氧化鈉：30元/kg任務(wù)二：探究發(fā)熱包各成分作用活動(dòng)一：探究發(fā)熱原理活動(dòng)一活動(dòng)二改進(jìn)發(fā)熱包成果展示圖4未使用的發(fā)熱包樣品

圖5反應(yīng)一小時(shí)后發(fā)熱包橫切截面降溫階段是由碳酸鈣、氫氧化鈣等反應(yīng)產(chǎn)物組成的致密的結(jié)構(gòu)產(chǎn)物阻礙導(dǎo)致反應(yīng)結(jié)束問(wèn)題1發(fā)熱包溫度下降原因？資料：自熱食品中的食物是將食品原材料按照一定工藝進(jìn)行處理、調(diào)制、熟化、包裝、滅菌等加工后制造出的使用便捷，具有一定貨架期的方便食品?；顒?dòng)一成果展示問(wèn)題2解讀發(fā)熱包使用須知活動(dòng)二改進(jìn)發(fā)熱包（1）使用前檢查發(fā)熱包，如有破損或污染食品，請(qǐng)勿使用。（2）請(qǐng)勿濕手接觸發(fā)熱包，請(qǐng)勿使用熱水，拆開(kāi)塑料包裝后及時(shí)使用，放置時(shí)間不超過(guò)一小時(shí)。（3）請(qǐng)勿在密閉空間中使用發(fā)熱包，同時(shí)注意通風(fēng)。（4）請(qǐng)勿在玻璃、大理石等耐熱性差的桌面使用。（5）使用前后，勿撕開(kāi)發(fā)熱包無(wú)紡布。（6）如發(fā)熱包內(nèi)物質(zhì)不小心進(jìn)入眼睛或誤食，請(qǐng)立即用清水沖洗、催吐或醫(yī)院就醫(yī)。（7）未成年人請(qǐng)勿獨(dú)自操作。（8）請(qǐng)?jiān)诎l(fā)熱包停止發(fā)熱后扔入垃圾桶。

活動(dòng)一成果展示問(wèn)題3你認(rèn)為該發(fā)熱包有什么弊端？外盒燙手隔熱保溫效果不好反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)堿，有腐蝕性產(chǎn)生氫氣，有爆炸危險(xiǎn)反應(yīng)不完全，試劑浪費(fèi)隔熱、保溫效果更好的材料鎂水型析氫腐蝕發(fā)熱劑：鎂粉、鐵粉、氯化鈉等鐵基吸氧腐蝕發(fā)熱劑：生石灰、鐵粉、炭粉、氯化鈉等改進(jìn)成分配比，將主導(dǎo)發(fā)熱成分置于發(fā)熱包的較外層活動(dòng)二改進(jìn)發(fā)熱包活動(dòng)一成果展示問(wèn)題4通過(guò)活動(dòng)，你對(duì)化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化及利用有什么認(rèn)識(shí)？化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)變化能量變化伴隨引起利用能量形式能量多少選擇單一反應(yīng)多反應(yīng)體系反應(yīng)間的相互影響釋放快慢速率調(diào)控影響(溫度、濃度、接觸面積、原電池…)根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)理想的能量轉(zhuǎn)化活動(dòng)二改進(jìn)發(fā)熱包活動(dòng)一活動(dòng)二成果展示1.歸納總結(jié)分析利用化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化解決實(shí)際問(wèn)題的一般思路。2.以小組為單位，在實(shí)驗(yàn)室選擇合適的藥品制作自熱牛奶盒、冰涼坐墊、蒸汽眼罩…..3.歸納總結(jié)通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)形成的對(duì)利用化學(xué)反應(yīng)規(guī)律調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的新認(rèn)識(shí)。感謝聆聽(tīng)在任何情況下，都應(yīng)該使我們的推理受到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，除了通過(guò)實(shí)驗(yàn)和觀察的自然道路去尋求真理之外，別無(wú)他途。