【教学用书配套课件全程方略】2015年春高中化学选修四(苏教)专题1第1单元化学反应中的热效应2

第2课时反应热的测量与计算能源的充分利用【目标定位】1.初步学习测定化学反应的反应热的实验方法,能正确分析误差产生的原因,并能采取适当措施减小误差。2.知道盖斯定律的内容,能运用盖斯定律计算化学反应的反应热。3.了解标准燃烧热、热值的概念。4.了解常见的节能措施及节能的意义。5.了解化学在解决能源危机中的重要作用及常用的节能方法。【基础清单】一、反应热的测量与计算1.反应热的测量:(1)原理:反应热ΔH=-cmΔt。①c:反应溶液的比热容,指单位质量的某种物质温度升高____时所吸收的热量。②Δt:反应体系的温度变化。1℃(2)仪器——简易量热计。测定反应前后溶液的温度使反应充分进行、体系的温度均匀保温作用反应容器2.反应热的计算——盖斯定律:(1)内容:一个化学反应,无论是一步完成,还是分几步完成,其总的热效应是_________的。(2)本质:化学反应的焓变只与反应的_________和_________有关,而与反应的途径无关。如图所示:完全相同起始状态最终状态ΔH1+ΔH2ΔH3+ΔH4+ΔH5(3)应用:运用盖斯定律可以方便地计算出不易测定的反应的热效应。若一个反应的化学方程式可由另外几个反应的化学方程式相加减得到,则该反应的焓变亦可以由这几个反应的焓变________而得到。相加减二、能源的充分利用1.能源:(1)我国主要能源及使用形式:我国目前使用的主要能源是__________,使用的能量的主要形式是_____和_____。(2)新能源:主要包括太阳能、氢能、核能、风能、生物质能①、地热能②、潮汐能等。化石燃料电能热能2.衡量燃料燃烧放出热量大小的物理量:(1)标准燃烧热:在101kPa下,______物质完全燃烧的反应热。(2)热值:____物质完全燃烧所放出的热量。1mol1g【思考辨析】1.判断正误:(1)化石燃料主要包括石油、煤和天然气,它们蕴藏量无限,可以再生。()分析:化石燃料蕴藏量有限,不可再生。(2)化学反应的焓变与反应途径密切相关。()分析:化学反应的焓变只与反应的始态、终态有关,与过程无关。××(3)在101kPa时,1molH2完全燃烧生成1mol水蒸气时所放出热量称为氢气的标准燃烧热。()分析:完全燃烧时H2应转化为H2O(l)而不是H2O(g)。×2.问题思考:(1)CH4的标准燃烧热ΔH=-890.3kJ·mol-1,所表示的含义是什么?分析:表示25℃、101kPa时,1molCH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)所放出的热量为890.3kJ。(2)如何理解标准燃烧热中的“完全燃烧”?分析:完全燃烧生成稳定的氧化物是指在常温常压下能稳定存在的氧化物,如C转化成CO2(g),S转化成SO2(g),H2转化成H2O(l)(注意:氢的燃烧产物不能是气态)。【知识链接】①生物质能太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳。②地热能大部分是来自地球深处的可再生性热能,它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。还有一小部分能量来自太阳,大约占总的地热能的5%,表面地热能大部分来自太阳。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后,把热量从地下深处带至近表层。地热能不但是无污染的清洁能源,而且如果热量提取速度不超过补充的速度,那么热能是可再生的。一、标准燃烧热和中和热1.标准燃烧热的含义:2.标准燃烧热与中和热的比较:标准燃烧热中和热相同点能量变化放热反应ΔH及其单位ΔH=-akJ·mol-1(a0)不同点反应物的量1mol可燃物不一定为1mol生成物的量不一定为1mol1mol水反应热的含义101kPa时,1mol纯物质完全燃烧时所放出的热量;不同的反应物,标准燃烧热不同在稀溶液里,强酸与强碱发生中和反应生成1mol水时所释放的热量;不同的反应物,中和热大致相同【知识备选】能源的分类标准分类定义举例按转换过程分一次能源从自然界直接取得的自然资源煤、原油、天然气等化石能源,水能、风能、生物质能、太阳能等二次能源一次能源经过加工转换后获得的能源各种石油制品、煤气、蒸汽、电力、氢能、沼气等标准分类定义举例按性质分可再生能源可持续再生,永远利用的一次能源风能、水能、生物质能、太阳能、潮汐能等非再生能源经过亿万年形成的短期内无法恢复的能源石油、煤、天然气等化石能源,核能标准分类定义举例按利用历史分常规能源在一定历史时期和科学技术水平下,已被人们广泛利用的能源煤、石油、天然气、水能、生物质能等新能源随着科技的不断发展,才开始被人类采用先进的方法加以利用的古老能源以及新发展的利用先进技术所获得的能源地热能、氢能、核能、风能、太阳能、海洋能等标准分类定义举例按来源分来自太阳辐射的能量太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能来自地球内部的能量地热能、核能、水能来自天体的引力能量潮汐能【思·悟】(1)已知氢气的标准燃烧热为ΔH=-285.8kJ·mol-1,应该怎样计算10g氢气完全燃烧生成稳定氧化物放出的能量呢?提示:根据可燃物的燃烧热计算可燃物完全燃烧放出的热量公式:放出的热量Q=n(可燃物)×|ΔH(可燃物)|,10g氢气的物质的量为5mol,则放出的热量为Q=5mol×∣-285.8kJ·mol-1∣=1429kJ。(2)已知H++OH-====H2OΔH=-57.3kJ·mol-1。0.5molH2SO4和0.5molBa(OH)2完全反应放出的热量也是57.3kJ吗?提示:不是。中和热的实质是H+、OH-结合生成H2O。若反应过程中有其他物质生成(如生成沉淀或难电离的其他物质等),这部分反应热不应计在中和热内。H2SO4和Ba(OH)2反应生成了BaSO4沉淀。二、盖斯定律的应用1.加合法:(1)方法:运用所给热化学方程式通过加减(或乘除)的方法得到所求热化学方程式,同时反应热也做相应的变化。(2)举例。已知:①2H2(g)+O2(g)====2H2O(g)ΔH1=-483.6kJ·mol-1②H2O(g)====H2O(l)ΔH2=-44.0kJ·mol-1写出H2(g)+O2(g)====H2O(l)的热化学方程式根据盖斯定律:将①×+②便得出H2(g)+O2(g)====H2O(l)ΔH=ΔH1×+ΔH2=(-483.6kJ·mol-1)×+(-44.0kJ·mol-1)=-285.8kJ·mol-1所求热化学方程式为H2(g)+O2(g)====H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1。1212121212122.虚拟路径法:(1)原理:先根据题意虚拟转化过程,然后根据盖斯定律列式求解,即可求得待求的反应热。可表示如下若反应物A变为生成物D,可以有两个途径:则有ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3(2)实例。已知下列两个热化学方程式:P4(s,白磷)+5O2(g)====P4O10(s)ΔH1=-2983.2kJ·mol-1P(s,红磷)+O2(g)====P4O10(s)ΔH2=-738.5kJ·mol-15414若要写出白磷转化为红磷的热化学方程式可虚拟如下过程:根据盖斯定律:ΔH=ΔH1+(-ΔH2)×4=-2983.2kJ·mol-1+738.5kJ·mol-1×4=-29.2kJ·mol-1,则白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(s,白磷)====4P(s,红磷)ΔH=-29.2kJ·mol-1。【思·悟】(1)已知①C(s)+O2(g)====CO(g)ΔH1=?②CO(g)+O2(g)====CO2(g)ΔH2=-283.0kJ·mol-1③C(s)+O2(g)====CO2(g)ΔH3=-393.5kJ·mol-1如何求ΔH1?提示:几个化学方程式的关系:①+②=③;则ΔH1+ΔH2=ΔH3,即ΔH1=ΔH3-ΔH2=-393.5kJ·mol-1+283.0kJ·mol-1=-110.5kJ·mol-11212(2)已知:2H2(g)+O2(g)====2H2O(l)ΔH1=-571.6kJ·mol-1;2H2(g)+O2(g)====2H2O(g)ΔH2=-483.6kJ·mol-1;求H2O(l)====H2O(g)ΔH3=?提示:若写出H2O(l)====H2O(g)ΔH3=?可虚拟如下过程,根据盖斯定律:ΔH3=(ΔH2-ΔH1)/2=[-483.6kJ·mol-1-(-571.6kJ·mol-1)]/2=44kJ·mol-1。类型一标准燃烧热和中和热【典例】下列关于热化学反应的描述中正确的是()A.500℃、30MPa下,将0.5molN2和1.5molH2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-38.6kJ·mol-1B.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1ƒC.CO(g)的标准燃烧热ΔH=-283.0kJ·mol-1,则反应2CO2(g)====2CO(g)+O2(g)的ΔH=2×283.0kJ·mol-1D.1mol乙醇燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是乙醇的标准燃烧热【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)完全燃烧时C→CO2,H→H2O(l)。(2)中和热不包括溶解热、沉淀热等。【解析】选C。A项,热化学方程式所对应的反应热是指反应物完全转化为生成物时的热量变化。题干中反应放出19.3kJ的热量时,N2和H2并不能完全转化为NH3,故1molN2和3molH2若完全反应,放出的热量应大于38.6kJ,故A错;B项,因本反应中生成了CaSO4沉淀,形成沉淀时也会放出热量,故ΔH2×(-57.3)kJ·mol-1,B错;C项,由CO(g)的标准燃烧热ΔH=-283.0kJ·mol-1可知,2CO(g)+O2(g)====2CO2(g)ΔH=-2×283.0kJ·mol-1,热化学方程式相反,ΔH符号相反,故2CO2(g)====2CO(g)+O2(g)的ΔH=2×283.0kJ·mol-1,C正确;D项,标准燃烧热所指的是生成稳定的化合物,水应为液态,D错误。【误区警示】正确理解可逆反应中的ΔH和中和热(1)正确理解可逆反应中的ΔH:可逆反应的热化学方程式中的ΔH表示的是反应已完成的热量变化,与反应是否可逆无关。ΔH应该是反应物完全反应后放出的热量,也指生成相应物质的量的生成物,需要相应反应物的物质的量的对应热量。(2)正确认识中和热:在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1mol水时的反应热叫做中和热。其中必须是酸和碱的稀溶液,因为浓酸溶液和浓碱溶液在相互稀释时会放热,其放出的热量大于57.3kJ·mol-1;弱酸或弱碱在中和反应中由于电离吸收热量,其放出的热量小于57.3kJ·mol-1;中和热也不应包括沉淀热、水解热等。【变式训练】(2013·杭州高二检测)已知反应:①101kPa时,C(s)+O2(g)====CO(g)ΔH1=-110.5kJ·mol-1②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)====H2O(l)ΔH2=-57.3kJ·mol-1下列结论正确的是()12A.若碳的标准燃烧热用ΔH3来表示,则ΔH3ΔH1B.若碳的标准燃烧热用ΔH3来表示,则ΔH3ΔH1C.浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应的中和热为ΔH=-57.3kJ·mol-1D.稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水,放出57.3kJ热量【解析】选A。A项,1molC(s)完全燃烧生成CO2时放出的热量大于不完全燃烧生成CO时放出的热量,所以若碳的标准燃烧热用ΔH3来表示,则ΔH3ΔH1,正确;B项错误;C项,浓硫酸溶于水时放出大量的热,所以与稀氢氧化钠溶液反应生成1molH2O放出的热量应大于57.3kJ,错误;D项,醋酸是弱电解质,电离时吸热,所以稀醋酸与稀氢氧化钠溶