资源简介

(共18张PPT)
探究自热包作用原理
——认识化学反应中能量转化及利用
学习目标
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通过探究自热包发热原理，尝试利用焓变、盖斯定律等知识，分析、评价真实环境下化学反应中的能量转化问题，并形成化学反应能量转化利用的基本思路。
通过分析、改进自热火锅中的发热包，了解化学反应中能量变化的可控性，从微观角度认识与解释能量变化的原因。
认识实验是检验化学学科的有效路径，形成注重实证、严谨求实的科学态度；了解化学的发展对提高人类生活质量有积极贡献，形成正确的化学学科价值观。
情景导入
海拔4500米，边防官兵吃上了热腾腾的火锅：驻守在雪域高原等艰苦环境的军队，时常因为气压和水质等因素导致军队的伙食难以保障，但是出现了自热食品后，仅需要十几分钟，就可以让官兵吃上热腾腾的饭菜
情景导入
不用火、不用电，只需要加一瓶水，利用化学反应放出的热量就能享受热腾腾的火锅。如今，号称“懒人自煮自热火锅”悄悄走红，一些品牌还纷纷推出米饭、面条、粉丝等自热食品…
你想知道这些自发热装置究竟是什么原理吗？
活动一
探究自热包的发热原理
活动二
改进自热包
成果展示
活动一：探究发热原理
活动二
成果展示
任务一：发热包主要是依靠哪个反应放热？
问题1：加入水后，可能发生的反应有哪些？
CaO+H2O=Ca(OH)2 ;
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH;
2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑
问题2：其中哪些是放热反应？
CaO+H2O=Ca(OH)2 ;
2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH 少量，可忽略
问题3：发热包主要依靠哪个反应放热？
活动二
成果展示
资料支持：各物质的标准摩尔生成焓（由处于标准状态的各种元素的最稳定单质生成标准状态下单位物质的量某纯物质的热效应）数据
△fHm [CaO(s)]= -635.1 kJ/mol
△fHm [Ca(OH)2 (s)] =-986.1kJ/mol
△fHm [H2O(l)]= -285.8kJ/mol
（1）写出CaO（s）+H2O（l）=Ca(OH)2（s）的热化学方程式
CaO（s）+H2O（l）=Ca(OH)2（s） △H=-65.2kJ/mol
（2）假设发热包（65g）主要成分是氧化钙，理论上能够使260ml的水大概升温多少度？已知水的比热容为4.2kJ·K-1·kg-1
Q=-cm（T2-T1）
T2-T1=69.3K
任务一：发热包主要是依靠哪个反应放热？
活动一：探究发热原理
活动二
成果展示
资料支持：
2Al(s)+2NaOH(aq)+6H2O(l)=2Na[Al(OH)4](aq)+3H2 (g) ΔH=-284.8kJ/mol
假设发热包（65g）主要成分是铝粉、氢氧化钠（物质的量之比为1：1），又能够使260ml的水大概升温多少度？
126.2℃
结论：发热包主要依靠铝粉与水溶液反应放出的热量
质疑：既然主要的热量来源是铝粉和氢氧化钠溶液的反应，为什么还要加氧化钙和碳酸钠？
任务一：发热包主要是依靠哪个反应放热？
活动一：探究发热原理
活动二
成果展示
CaO+H2O=Ca(OH)2
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH
2Al+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↑
问题1
分析质疑点
直接加铝粉与氢氧化钠粉末是否可行？
可否加铝粉与氢氧化钙粉末？
氧化钙的作用？
碳酸钠的作用？
可否加氢氧化钙、碳酸钠、铝粉？
能量变化
物质变化
任务二：探究发热包各成分作用
活动一：探究发热原理
活动二
成果展示
实验验证：各取15g自热粉、生石灰、铝-氢氧化钠粉(n比1：1)以及混合粉[铝粉、氢氧化钙与碳酸钠(n比2：1：1)]与等量的水（150mL）反应，测体系在十分钟内的温度变化
问题2 如何设计实验进行验证
t – T图像
图像分析
结论
图1 生石灰、自热粉的温度曲线
图2 自热粉、铝粉-氢氧化钠的温度曲线
图3 铝粉、氢氧化钙与碳酸钠三者混合的温度曲线与前者对比
自热粉升温晚、上升快、末温高，持续时间长；
生石灰升温早、上升较慢、末温低，持续时间短
铝-氢氧化钠粉升温早、上升快，持续时间短
混合粉与自热粉温度变化趋势接近，
升温较慢
自热粉中氢氧化钠的提供方式，推迟了主反应起点，延长了持续时长
任务二：探究发热包各成分作用
活动一：探究发热原理
活动二
成果展示
主导反应为氧化钙的水化过程，氧化钙与水发剧烈反应，
释放出的热量使发热包温度升高，生成的氢氧化钙与碳酸钠反应，
生成碳酸钙并产生氢氧根离子；
反应启动阶段
快速升温阶段
主导反应为铝与水在碱性环境下反应放出大量热量，发热体系温度快速提升。
综合考虑
铝是地壳中含量最丰富的金属元素，占整个地壳总重量的7.45％。铝及其合金具有特殊的物理化学性质，是常用的金属材料之一。铝的能量密度高，在金属中仅次于锂，因此铝可被看作是一种能源载体，可成为一种很有前景的储能和能量转换材料。
各化学试剂价格 氧化钙：20元/kg；碳酸钠：15元/kg；氢氧化钠：30元/kg
任务二：探究发热包各成分作用
活动一：探究发热原理
活动一
活动二 改进发热包
成果展示
图4 未使用的发热包样品
图5 反应一小时后发热包横切截面
降温阶段是由碳酸钙、氢氧化钙等反应产物组成的致密的结构产物阻碍导致反应结束
问题1 发热包温度下降原因？
资料：自热食品中的食物是将食品原材料按照一定工艺进行处理、调制、熟化、包装、灭菌等加工后制造出的使用便捷，具有一定货架期的方便食品。
活动一
成果展示
问题2 解读发热包使用须知
活动二 改进发热包
（1）使用前检查发热包，如有破损或污染食品，请勿使用。
（2）请勿湿手接触发热包，请勿使用热水，拆开塑料包装后及时使用，放置时间不超过一小时。
（3）请勿在密闭空间中使用发热包，同时注意通风。
（4）请勿在玻璃、大理石等耐热性差的桌面使用。
（5）使用前后，勿撕开发热包无纺布。
（6）如发热包内物质不小心进入眼睛或误食，请立即用清水冲洗、催吐或医院就医。
（7）未成年人请勿独自操作。
（8）请在发热包停止发热后扔入垃圾桶。

活动一
成果展示
问题2 解读发热包使用须知
活动二 改进发热包
活动一
成果展示
问题3 你认为该发热包有什么弊端？
外盒烫手 隔热保温效果不好
反应产生强碱，有腐蚀性
产生氢气，有爆炸危险
反应不完全，试剂浪费
隔热、保温效果更好的材料
镁水型析氢腐蚀发热剂：镁粉、铁粉、氯化钠等
铁基吸氧腐蚀发热剂：生石灰、铁粉、炭粉、氯化钠等
改进成分配比，将主导发热成分置于发热包的较外层
活动二 改进发热包
活动一
成果展示
问题4 通过活动，你对化学反应中能量转化及利用有什么认识？
化学反应
物质变化
能量变化
伴随
引起
利用
能量形式
能量多少
选择
单一反应
多反应体系
反应间的相互影响
释放快慢
速率
调控
影响
(温度、浓度、接触面积、原电池…)
根据实际需要实现理想的能量转化
活动二 改进发热包
活动一
活动二
成果展示
1.归纳总结分析利用化学反应能量转化解决实际问题的一般思路。
2.以小组为单位，在实验室选择合适的药品制作自热牛奶盒、冰凉坐垫、蒸汽眼罩…..
3.归纳总结通过本项目的学习形成的对利用化学反应规律调控化学反应的新认识。
感谢聆听
在任何情况下，都应该使我们的推理受到实验的检验，除了通过实验和观察的自然道路去寻求真理之外，别无他途。
——拉瓦锡(A. L. Lavoisier, 1743～1794)，法国化学家。他提出了氧化学说，与他人合作制定出物质命名原则，创立了化学分类新体系，用清晰的语言阐明了质量守恒定律和它在化学中的运用，被后人称为近代化学之父。

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