化学选择性必修1第一章 化学反应的热效应第二节 反应热的计算教学设计及反思

这是一份化学选择性必修1第一章 化学反应的热效应第二节 反应热的计算教学设计及反思，共11页。教案主要包含了盖斯定律，反应热的计算，CO2的能量变化图等内容，欢迎下载使用。







一、盖斯定律


1．内容


一个化学反应，不管是一步完成还是分几步完成的，其反应热是相同的(填“相同”或“不同”)。


2．特点


(1)化学反应的反应热，只与反应体系的始态、终态有关，与反应进行的途径无关。


(2)反应热总值一定，如图表示始态到终态的反应热。





则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。


3．意义


有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可通过间接的方法测定。如：C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g)反应的ΔH无法直接测得，但下列两个反应的ΔH可以直接测得：


C(s)＋O2 (g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·ml－1


CO(g)＋eq \f(1,2)O2 (g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·ml－1





则在此温度下C(s)＋eq \f(1,2)O2 (g)===CO(g)反应的ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－110.5 kJ·ml－1


二、反应热的计算


1．利用热化学方程式计算


25 ℃、101 kPa，使1.0 g Na与足量Cl2反应，生成NaCl晶体并放出17.87 kJ热量，则生成1 ml NaCl 的反应热为－411.01_kJ·ml－1。


2．利用燃烧热计算


乙醇的燃烧热为ΔH＝－1 366.8 kJ·ml－1，则25 ℃、101 kPa时1 kg乙醇完全燃烧放出的热量为2.971×104_kJ。


3．利用盖斯定律计算


已知：温度过高时，WO2(s)转变为WO2(g)：


①WO2(s)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g) ΔH1


②WO2(g)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g) ΔH2


则WO2(s)WO2(g)的ΔH＝ΔH1－ΔH2。





1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。


(1)同温同压下，氢气和氯气分别在光照条件下和点燃的条件下发生反应时的ΔH不同。(×)


(2)热化学方程式前面的化学计量数代表分子数或物质的量。(×)


(3)控制碳燃烧进度，先燃烧生成CO，CO再燃烧生成CO2，则能放出更多热量。(×)


2．下列关于盖斯定律描述不正确的是( )


A．化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，也与反应的途径有关


B．盖斯定律遵守能量守恒定律


C．利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热


D．利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热


A [化学反应的反应热与反应体系的始态和终态有关，与反应的途径无关。]


3．已知：


2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH1＝－196.6 kJ·ml－1 ①；


2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH2＝－113.0 kJ·ml－1 ②，


则反应NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)的ΔH＝________ kJ·ml－1。


[解析] 根据盖斯定律，由①×eq \f(1,2)－②×eq \f(1,2)可得：SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，则ΔH＝eq \f(1,2)ΔH1－eq \f(1,2)ΔH2＝eq \f(1,2)×(－196.6 kJ·ml－1)－eq \f(1,2)×(－113.0 kJ·ml－1)＝－41.8 kJ·ml－1。


[答案] －41.8








将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为清洁燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要反应为C＋H2O(g)===CO＋H2。生活常识告诉我们潮湿的煤炭燃烧时火焰更旺，就是因为有一氧化碳和氢气的生成。





C(石墨)与O2(g)反应生成CO(g)、CO2(g)的能量变化图


[问题1] 分析相关数据，思考潮湿的煤炭燃烧时是否能够放出更多热量？


[提示] 不能。碳燃烧的最终产物是二氧化碳，该反应不管是一步完成还是分几步完成，反应热是相同的。


[问题2] 分析图，你能否从能量守恒的角度，解释化学反应的热效应只与反应体系的始态和终态有关？


[提示] 由于在指定状态下，各种物质的焓值都是唯一确定的，因此无论经过哪些步骤从反应物变成生成物，它们的差值是不会改变的，即反应的焓变是一样的。





运用盖斯定律解题的常用方法


1．虚拟路径法：若反应物A变为生成物D，可以有两个途径：①由A直接变成D，反应热为ΔH；②由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，如图所示：





则有：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。


2．加合法：即运用所给化学方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。


如：求P4(白磷)===4P(红磷)的热化学方程式。


已知：P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s) ΔH1 ①


P(红磷，s)＋eq \f(5,4)O2(g)===eq \f(1,4)P4O10(s) ΔH2 ②


即可用①－②×4得出白磷转化为红磷的热化学方程式。


3．解题注意事项


(1)热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。


(2)热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反应热也随之相加减，所求之和为其代数和。


(3)将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋”“－”号必须随之改变。





1．已知：①2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566 kJ·ml－1；②N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180 kJ·ml－1，则2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH是( )


A．－386 kJ·ml－1


B．＋386 kJ·ml－1


C．－746 kJ·ml－1


D．＋746 kJ·ml－1


C [利用盖斯定律可知①－②即可得：2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，故该反应的ΔH＝－566 kJ·ml－1－180 kJ·ml－1＝－746 kJ·ml－1。]


2．把煤作为燃料可通过下列两种途径：


途径Ⅰ C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＜0


途径Ⅱ 先制水煤气：


C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH2＞0 ①


再燃烧水煤气：


2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH3＜0 ②


2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH4＜0 ③


请回答下列问题：


(1)判断两种途径放热：途径Ⅰ放出的热量________途径Ⅱ放出的热量(填“大于”“等于”或“小于”)。


(2)ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的数学关系是__________________。


(3)由于制取水煤气的反应里，反应物具有的总能量________(填“大于”“等于”或“小于”)生成物具有的总能量，那么在化学反应时，反应物就需要________能量才能转化为生成物，因此其反应条件为___________________


________________________________________________________________。


[解析] (1)途径Ⅱ中，根据盖斯定律①＋(②＋③)×eq \f(1,2)可得途径Ⅰ的方程式，故两种途径放出的热量相同。


(2)ΔH1＝ΔH2＋eq \f(1,2)(ΔH3＋ΔH4)。(3)因为ΔH＞0，故反应物的总能量小于生成物的总能量。


[答案] (1)等于 (2)ΔH1＝ΔH2＋eq \f(1,2)(ΔH3＋ΔH4) (3)小于 吸收 高温





已知下列信息：


①Na(s)＋eq \f(1,2)Cl2(g)===NaCl(s) ΔH＝－411 kJ·ml－1


②已知下列反应的反应热


CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－870.3 kJ·ml－1


C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ·ml－1


H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH3＝－285.8 kJ·ml－1


[问题1] 根据信息①，求生成2 ml NaCl的反应热。


[提示] ΔH′＝2ΔH＝－411 kJ·ml－1×2＝－822 kJ·ml－1。


[问题2] 根据信息②，计算反应2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)的反应热。


[提示] 根据盖斯定律，将已知中的后2个方程式分别乘以2，然后相加，最后减去第一个方程式即得要求的方程式，ΔH也进行相应计算处理。即ΔH′＝－393.5 kJ·ml－1×2＋(－285.8 kJ·ml－1×2)－(－870.3 kJ·ml－1)＝－488.3 kJ·ml－1。





反应热的计算





3．白磷与氧气可发生如下反应：P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P a kJ·ml－1、P—O b kJ·ml－1、P===O c kJ·ml－1、O===O d kJ·ml－1，根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是( )





A．(6a＋5d－4c－12b) kJ·ml－1


B．(4c＋12b－6a－5d) kJ·ml－1


C．(4c＋12b－4a－5d) kJ·ml－1


D．(4a＋5d－4c－12b) kJ·ml－1


A [由键能求反应热的公式为ΔH＝反应物的化学键断裂吸收能量总和－生成物的化学键形成所放出的能量总和，则ΔH＝6×a kJ·ml－1＋5×d kJ·ml－1－(12×b kJ·ml－1＋4×c kJ·ml－1)＝(6a＋5d－4c－12b)kJ·ml－1，A项正确。]


4．红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)，反应过程中的能量关系如图所示(图中的ΔH表示生成1 ml产物的数据)。





根据图像回答下列问题：


(1)P(s)和Cl2(g)反应生成PCl3(g)的热化学方程式是


_________________________________________________________________


________________________________________________________________。


(2)PCl5(g)分解成PCl3(g)和Cl2(g)的热化学方程式是


_______________________________________________________________


_______________________________________________________________。


(3)P(s)和Cl2(g)分两步反应生成1 ml PCl5(g)的ΔH3＝______________，P(s)和Cl2(g)一步反应生成1 ml PCl5(g)的ΔH4________(填“大于”“小于”或“等于”)ΔH3。


[解析] (1)联系图像找出生成1 ml PCl3(g)时放出的热量为306 kJ。(2)联系图像分析出PCl3(g)和Cl2(g)生成1 ml PCl5(g)时放出93 kJ的热量，则1 ml PCl5(g)分解为PCl3(g)和Cl2(g)时应吸收93 kJ的热量。(3)根据盖斯定律可知由P(s)和Cl2(g)生成1 ml PCl5(g)的ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝－399 kJ·ml－1，不管该反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。


[答案] (1)eq \f(3,2)Cl2(g)＋P(s)===PCl3(g) ΔH＝－306 kJ·ml－1 (2)PCl5(g)===PCl3(g)＋Cl2(g) ΔH＝＋93 kJ·ml－1 (3)－399 kJ·ml－1 等于





城市生活垃圾资源化清洁再生利用，是近年新兴起来的朝阳产业。针对我国现阶段城市生活垃圾多组分、高水分、低热值的特点，浙大热能所提出了内循环燃烧、气力输送式冷渣分选回送，湍流式烟气净化法为主要内容的“城市生活垃圾清洁焚烧”新方法，并成功应用于日处理800吨城市生活垃圾流化床焚烧炉的工程示范。该研究成果包括重金属、有机污染物、二英、氟、氯及化合物、小颗粒及温室气体等污染物的生成机理及控制技术，特别是对多种污染物的同时脱除进行了开创性的研究工作。实现了城市生活垃圾的高效洁净焚烧和能源化利用。


[问题1] 阅读材料分析城市生活垃圾焚烧应注意哪些问题？ (素养角度——科学态度与社会责任)


[提示] 生活垃圾焚烧时的热能利用；防止二次污染。


[问题2] 生活垃圾送到焚烧发电厂之后，卸至垃圾池内，发酵七天左右，可以实现脱水。然后才焚烧发电。分析这样操作的原因是什么？(素养角度——科学探究与创新意识)


[提示] 诸如果皮等生活垃圾富含水分，如果直接送到焚烧炉里，难以彻底燃烧。脱水之后的生活垃圾更容易燃烧，利用率自然更高，产生的固体废物也更少，生活垃圾的处理也更加彻底。


[问题3] 发酵的垃圾中含有沼气，沼气可以很好地助燃，炉内温度可达850 ℃以上。含铅汽油、煤、防腐处理过的木材等各种废弃物在燃烧温度低于400 ℃时容易产生二英。但是燃烧炉温度保持在850 ℃以上，可以有效分解二英，基本可以消除二英对环境的不良影响。沼气的主要成分是甲烷，已知1 g甲烷完全燃烧生成液态水时放出55.64 kJ的热量，写出甲烷燃烧的热化学方程式，并计算出甲烷的燃烧热ΔH是多少？(素养角度——宏观辨识与微观探析)


[提示] CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.24 kJ·ml－1；甲烷的燃烧热ΔH＝－890.24 kJ·ml－1。





1．物质E在一定条件下可发生一系列转化，由图判断下列关系错误的是( )





A．E―→J ΔH＝－ΔH6


B．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝1


C．G―→J |ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|


D．|ΔH1＋ΔH2＋ΔH3|＝|ΔH4＋ΔH5＋ΔH6|


B [由盖斯定律可知：E―→J ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝－ΔH6，即ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0，故A项正确，B项错误；由G―→J可以判断，ΔH＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝－(ΔH1＋ΔH2＋ΔH6)，故C项正确；由E―→H知：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－(ΔH4＋ΔH5＋ΔH6)，故D项正确。]


2．关于如图所示的转化关系(X代表卤素)，下列说法不正确的是( )





A．2H(g)＋2X(g)===2HX(g) ΔH3<0


B．生成HX的反应热与途径无关，所以ΔH1＝ΔH2＋ΔH3


C．途径Ⅲ生成HCl放出的热量比生成HBr的多，说明HCl比HBr稳定


D．Cl、Br、I的非金属性依次减弱，所以途径Ⅱ吸收的热量依次增多


D [原子形成化学键时放热，焓变小于0，则2H(g)＋2X(g)===2HX(g) ΔH3<0，A项正确；反应热与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关，生成HX的反应热与途径无关，故ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，B项正确；途径Ⅲ生成HCl放出的热量比生成HBr放出的热量多，说明HCl的能量低，比HBr稳定，C项正确；Cl、Br、I的原子半径依次增大，断裂Cl2、Br2、I2中的化学键需要的能量依次减少，所以途径 Ⅱ 吸收的能量依次减少，D项错误。]


3．有如下3个热化学方程式：


(1)H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH1＝－a kJ·ml－1


(2)H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH2＝－b kJ·ml－1


(3)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH3＝－c kJ·ml－1


关于它们在下列表述中的原因和结论都正确的是( )


A [A项，H2的燃烧是放热反应，ΔH1、ΔH2、ΔH3分别表示热化学方程式的焓变，a、b、c分别表示焓变数值，故a、b、c均大于零，正确；B项，物质状态不相同，故a≠b，错误；C项，方程式(1)和(3)表示的反应实质相同，故a、c之间应有一定的关系；D项，比较ΔH的大小应同时注意数值和符号，因方程式(3)的化学计量数是方程式(2)的2倍，因此2b＝c，但ΔH2＝－b kJ·ml－1，ΔH3＝－c kJ·ml－1，故ΔH2>ΔH3，错误。]


4．已知：①2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221.0 kJ·ml－1；②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ·ml－1。则制备水煤气的反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的ΔH为( )


A．＋262.6 kJ·ml－1B．－131.3 kJ·ml－1


C．－352.3 kJ·ml－1D．＋131.3 kJ·ml－1


D [根据盖斯定律，eq \f(1,2)×(①－②)，得：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝eq \f(1,2)×[－221.0 kJ·ml－1－(－483.6 kJ·ml－1)]＝＋131.3 kJ·ml－1。]


5．[素养题]发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料，用二氧化氮作氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。已知：①N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH1＝＋67.7 kJ·ml－1


②N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－534 kJ·ml－1；试计算1 ml肼与二氧化氮完全反应时放出的热量为________kJ，写出肼与二氧化氮反应的热化学方程式：______________________________________________________


____________________________________________________。


[解析] 根据盖斯定律，可令②×2－①得：2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝(－534 kJ·ml－1)×2－67.7 kJ·ml－1＝－1 135.7 kJ·ml－1，则1 ml 肼与二氧化氮完全反应时放出的热量为567.85 kJ。


[答案] 567.85 N2H4(g)＋NO2(g)===eq \f(3,2)N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－567.85 kJ·ml－1发展目标
体系构建
1．认识化学能可以与热能、电能等其他形式能量之间的相互转化，能量的转化遵循能量守恒定律。


2．了解盖斯定律及其简单应用。


3．能进行反应焓变的简单计算。
盖斯定律的理解与应用
反应热计算的常用方法
计算依据
计算方法
根据热化学方程式
热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数
根据盖斯定律
根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式
根据燃烧热
可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热
根据化学键的变化
ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量和－生成物的化学键形成所放出的能量和
根据反应物和生成


物的总能量
ΔH＝E(生成物)－E(反应物)
选项
原因
结论
A
H2的燃烧是放热反应
a、b、c均大于零
B
方程式(1)和(2)的物质种类和化学计量数均相同
a＝b
C
方程式(1)和(3)中H2O的状态不同，化学计量数不同
a、c不会有任何关系
D
方程式(3)的化学计量数是(2)的2倍
ΔH2<ΔH3