1、苏教版高中化学选修四化学反应原理反应热的测量与计算能源的充分利用学案新版第一单元 化学反应中的热效应第2课时反应热的测量与计算能源的充分利用学习目标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，并能采取适当的措施减小误差。2.知道盖斯定律的内容，熟练运用盖斯定律计算化学反应的反应热。3.了解使用化石燃料的利弊和新能源的开发。重点难点盖斯定律的应用及反应热的计算。1反应热的测量(1)原理：中和反应的反应热Hcmtc：为体系的比热容，指单位质量的物质温度升高1所需吸收的能量。t：反应后与反应前的温度差。(2)仪器量热计(3)在测定中和热时，常用NaOH溶液与盐酸、KOH溶液
2、与盐酸、NaOH溶液与硝酸的稀溶液进行探究实验。三个反应的反应热是否相同？为什么？答案相同。均为强酸强碱的中和反应，实质均为HOH=H2O。2反应热的计算(1)盖斯定律内容：一个化学反应，无论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应完全相同，即化学反应的焓变只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。如图所示：HH1H2H3H4H5意义：有些反应进行得很慢，有些反应不容易直接发生，有些反应的产品不纯(有副反应发生)，这给测定反应热造成了困难。如果应用盖斯定律，可以间接地把它们的反应热计算出来。应用：利用已知反应焓变求未知反应焓变。若一个化学方程式可由几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的
3、焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。(2)计算方法如已知C(s)O2(g)=CO2(g) H393.5 kJmol1CO(g)O2(g)=CO2(g) H283.0 kJmol1若C(s)O2(g)=CO(g)的反应热为H，根据盖斯定律，知：H1HH2则：HH1H2393.5 kJmol1(283.0 kJmol1)110.5_kJmol1。3能源的充分利用(1)能源是指能提供能量的自然资源。(2)能源4标准燃烧热(1)概念：在101 kPa下，1_mol物质完全燃烧的反应热。在101 kPa下，1_g物质完全燃烧放出的热量称为该物质的热值。注：物质完全燃烧是指物质中所含的氮元素转化为N2(g
4、)，氢元素转化为H2O(l)，碳元素转化为CO2(g)，硫元素转化为SO2(g)等。(2)单位：标准燃烧热的单位为kJmol1，热值单位为：kJg1。(3)意义：衡量燃料燃烧放出的热量的大小。(4)下列热化学方程式中H的数值表示可燃物燃烧热的是()ACO(g)O2(g)=CO2(g) H283 kJmol1BCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g) H802.3 kJmol1C2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJmol1DH2(g)Cl2(g)=2HCl(g) H184.6 kJmol1答案A解析根据燃烧热的概念知应是1 mol燃料，生成常温常压下稳定的氧化物
5、，H2O在上述情况下液态稳定。一、盖斯定律的应用1盖斯定律的应用方法(1)常用方法虚拟路径法若反应物A变为生成物D，可以有两种途径：a由A直接变成D，反应热为H；b由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为H1、H2、H3。如图所示：则有：HH1H2H3加合法即运用所给热化学方程式通过加减的方法得到所求热化学方程式。(2)实例已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(g) H1483.6 kJmol1。H2O(g)=H2O(l) H244.0 kJmol1。请利用上述两种方法计算H2(g)O2(g)=H2O(l)的H。答案(1)要计算H2(g)O2(g)=H2O(l)的H，可虚拟如下过程
6、：根据盖斯定律：HH2kJmol1(44.0 kJmol1)285.8 kJmol1。所以：H2(g)O2(g)=H2O(l) H285.8 kJmol1(2)利用加合法，可由得：H2(g)O2(g)=H2O(l) H285.8 kJmol12应用盖斯定律计算反应热时的注意事项(1)热化学方程式同乘以或除以某一个数时，反应热数值也必须乘以或除以该数。(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。(3)热化学方程式中的反应热指反应按所给形式完全进行时的反应热。(4)正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。【典例导悟1】单质碳很难与氢气直接化合生成CH4，CH4直接分解生
7、成C和H2也较难用实验法测定反应过程中的能量变化，已知：C(s，石墨)O2(g)=CO2(g) H393.5 kJmol1CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H890 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJmol1利用盖斯定律，写出C(s，石墨)与H2合成CH4的热化学方程式。解析C(s，石墨)与H2合成CH4的热化学方程式为：C(s，石墨)2H2(g)=CH4(g)H故可调整方程式：C(s，石墨)O2(g)=CO2(g) H1393.5 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(l) H2571.6 kJmol1CO2(g)2H2O(l)
8、=CH4(g)2O2(g) H3890 kJmol1则C(s，石墨)2H2(g)=CH4(g)的HH1H2H3393.5 kJmol1571.6 kJmol1890 kJmol175.1 kJmol1答案C(s，石墨)2H2(g)=CH4(g) H75.1 kJmol1二、反应焓变的计算方法1根据热化学方程式计算反应热与参加反应的各物质的物质的量成正比。2根据化学键断裂和形成过程中的能量变化来计算焓变等于破坏旧化学键吸收的能量与形成新化学键放出的能量之差。HE(反应物的化学键断裂吸收的总能量)E(生成物的化学键形成放出的总能量)。3根据物质所具有的能量计算HE(生成物的能量和)E(反应物的能量
9、和)。4根据盖斯定律进行计算运用盖斯定律时可从以下几方面入手：(1)根据盖斯定律的实质，分析给定反应与所求反应物质与焓变的关系。(2)运用解题技能，将已知热化学方程式进行变换、加减得到总反应的热化学方程式。5根据Qcm(T2T1)利用H的绝对值与的绝对值相等进行计算。注意运用盖斯定律求反应焓变，必要时可先根据题意虚拟转化过程，然后再根据盖斯定律列式求解，同时注意正、逆反应的焓变数值相等，符号相反。【典例导悟2】红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如下图所示(图中的H表示生成1 mol产物的数据)。根据上图回答下列问题：(1) P和Cl2反应生
10、成PCl3的热化学方程式是(2) _。(3) PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是(4) _。(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的H3_，P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的H4_H3(填“大于”、“小于”或“等于”)。解析(1)生成物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热，结合图象可知，PCl3和反应物P和Cl2的能量差值为306 kJ，因此该热化学反应方程式为：P(s)Cl2(g)=PCl3(g)H306 kJmol1。(2)根据图象可知PCl5和PCl3之间的能量差值为93 kJ，因此PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为：PCl5(g)=PCl
11、3(g)Cl2(g)H93 kJmol1。(3)根据盖斯定律求得：H3399 kJmol1，且H3H4，反应焓变与反应的途径无关，只与起始物质、终了物质有关。答案(1) Cl2(g)P(s)=PCl3(g) H306 kJmol1(2)PCl5(g)=PCl3(g)Cl2(g) H93 kJmol1(3)399 kJmol1等于1已知298 K、101 kPa条件下：4Al(s)3O2(g)=2Al2O3(s) H2 834.9 kJmol14Al(s)2O3(g)=2Al2O3(s) H3 119.1 kJmol1由此得出的正确结论是()A等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为吸热反应B等
12、质量的O2比O3能量低，由O2变O3为放热反应CO3比O2稳定，由O2变O3为吸热反应DO2比O3稳定，由O2变O3为放热反应2一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出的热量为Q，它所生成的CO2用过量饱和石灰水完全吸收，可得100 g CaCO3沉淀，则完全燃烧1 mol 无水乙醇时放出的热量是()A0.5Q BQ C2Q D5Q3以NA代表阿伏加德罗常数，则关于热化学方程式C2H2(g)O2(g)=2CO2(g)H2O(l)H1 300 kJmol1的说法中，正确的是()A当有10NA个电子转移时，该反应放出1 300 kJ的能量B当有1NA个水分子生成且为液体时，吸收1 300 kJ 的能量C当
13、有2NA个碳氧共用电子对生成时，放出1 300 kJ的能量D当有6NA个碳氧共用电子对生成时，放出1 300 kJ 的能量4. 盖斯定律指出：化学反应的反应热只与反应的始态(各物)和终态(各生成物)有关，而与具体反应进行的途径无关。物质A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. AF HH6BH1H2H3H4H5H61C. CF|H|H1H2H6|D|H1H2H3|H4H5H6|5灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。已知：Sn(s，白)2HCl(aq)=SnCl2(aq)H2(g) H1Sn(s，灰)2HCl(aq)=SnCl2(aq)H2(g) H2 H32
14、.1 kJmol1下列说法正确的是()AH1H2B锡在常温下以灰锡状态存在C灰锡转化为白锡的反应是放热反应D锡制器皿长期处在低于13.2的环境中，会自行毁坏6在298 K、101 kPa时，已知：2H2O(g)=O2(g)2H2(g)H1Cl2(g)H2(g)=2HCl(g) H22Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g) H3则H3与H1和H2间的关系正确的是()AH3H12H2BH3H1H2CH3H12H2DH3H1H27已知热化学方程式：2H2O(l)=2H2(g)O2(g) H571.6 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(g) H483.6 kJmol1当1 g
15、液态水变为气态水时，对其热量变化的下列描述：放出；吸收；2.44 kJ；4.88 kJ；88 kJ。其中正确的是()A和 B和C和 D和8下列关于燃烧热的说法中正确的是()A1 mol物质燃烧所放出的热量B常温下，可燃物燃烧放出的热量C在25、1.01105 Pa时，1 mol物质燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量D燃烧热随化学方程式前的化学计量数的改变而改变9已知：H2O(g)=H2O(l) HQ1 kJmol1C2H5OH(g)=C2H5OH(l) HQ2 kJmol1C2H5OH(g)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(g)HQ3 kJmol1若使46 g酒精液体完全燃烧，最后恢复到室
16、温，则放出的热量为()A(Q1Q2Q3) kJB0.5(Q1Q2Q3) kJC(0.5Q11.5Q20.5Q3) kJD(3Q1Q2Q3) kJ10(1)将氧化铁还原为铁的技术在人类文明的进步中占有十分重要的地位。炼铁高炉中发生的关键反应如下：C(s)O2(g)=CO2(g) H393.5 kJmol1CO2(g)C(s)=2CO(g) H172.46 kJmol1Fe2O3COFeCO2已知：2Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)H824.21 kJmol1，写出高炉内Fe2O3被CO还原为Fe的热化学方程式_。(1) 炼制1 t(吨)含铁96%的生铁所需焦炭的理论用量是_t，实际生产中所
17、需焦炭远高于理论用量，其原因是_。11能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，常规能源的合理利用和新能源的开发是当今社会与人类面临的严峻课题，回答下列问题：(1)我国是世界上少数以煤为主要燃料的国家，下列关于煤作燃料的论述不正确的是()A煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单燃烧掉太可惜，应该综合利用B煤是发热很高的固体燃料，我国煤炭资源相对集中，开采成本低，用煤作燃料合算C煤燃烧时产生大量二氧化硫和烟尘，对环境污染严重D通过洁净煤技术，如煤的气化和液化以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的热利用率(2)乌克兰科学家将铜和铁混合熔化制成多孔金属，用于制作太空火箭上使用的煤油燃料雾化器，
18、该雾化器的作用是_。(3)乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料，它可以由绿色植物的秸秆制取，制取乙醇的两步反应的化学方程式分别是_；_。10 g乙醇完全燃烧生成液态水放出1.367 kJ热量，表示乙醇燃烧的热化学方程式为_。(4)一些科学家对以下3个反应很感兴趣：3FeCl24H2O(g) Fe3O46HClH2Fe3O4Cl26HCl=3FeCl33H2OO23FeCl33FeCl2Cl2科学家利用上述反应是为了生产_，对制备此物质而言，FeCl2的作用是_。参考答案1.答案A解析据盖斯定律，式式得：3O2(g)=2O3(g)H284.2 kJmol1即等质量的O2比O3能量低，O2比O3稳
19、定，O2变O3为吸热反应。2.答案C解析n(CO2)n(CaCO3)1 mol，所以燃烧的C2H5OH的物质的量为0.5 mol，所以1 mol无水乙醇燃烧时放出的热量为2Q。3.答案A解析C2H2(g)O10e2(g)=2CO2(g)H2O(l)H1 300 kJmol1，当有10 mol e转移时，生成1 mol液态水和2 mol CO2(O=C=O)，其含8 mol 碳氧共用电子对，放出1 300 kJ的能量。4.答案B解析 FA，HH6，则AF，H-H6;6个H全部相加，是AA的H，应等于零；FC的HH6H1H2，则CF的H(H6H1H2)；AD的HH1H2H3，DA的HH4H5H6，
20、二者的绝对值相等，符号相反。5.答案D解析由知Sn(灰)转化为Sn(白)是吸热的，当温度低于13.2时，Sn(白)自动转化为Sn(灰)，所以A、B、C都错，只能选D。6.答案A解析令2H2O(g)=O2(g)2H2(g)H1Cl2(g)H2(g)=2HCl(g) H22Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g)H3根据盖斯定律，将反应反应2即可求得反应，因此有H3H12H2，故A 项正确。7.答案D解析由盖斯定律，将热化学方程式(1)2(2)2得热化学方程式：H2O(l)=H2O(g)H44 kJmol1故此转化吸收热量，据方程式计算可知，1 g液态水变为气态水时，吸收2.44 kJ
21、的热量。8.答案C9.答案D解析由盖斯定律和题意可得，乙醇燃烧的热化学方程式：C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H(3Q1Q2Q3) kJmol1。10.答案(1)Fe2O3(s)3CO(g)=2Fe(s)3CO2(g)H24.73 kJmol1(2)0.31焦炭没有被充分利用(或其他合理说法也正确)解析(1)C(s)O2(g)=CO2(g) H393.5 kJmol1CO2(g)C(s)=2CO(g) H172.46 kJmol12Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s) H824.21 kJmol1Fe2O3被CO还原为Fe的化学方程式为：Fe2O33CO=2Fe
22、3CO2，可通过得到。(2)根据化学方程式计算焦炭的理论用量。11.答案(1)B(2)使煤油雾化，增大煤油与助燃剂的接触面积，提高燃烧效率(3)(C6H10O5)n (纤维素)nH2OnC6H12O6(葡萄糖)C6H12O62C2H5OH2CO2 C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H62.88 kJmol1(4)H2催化剂解析(1)煤是一种化石燃料，也是重要的化工原料，属于非再生能源，把煤作燃料简单燃烧掉是一种浪费，并且煤中所含的硫在燃烧时生成SO2，会对环境造成污染，通过洁净煤技术，如煤的气化和液化以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的热利用率。(2)煤油雾化后可使煤油与助燃剂充分接触，提高燃烧效率。(3)由绿色植物的秸秆(主要成分为纤维素)制取乙醇，即用纤维素制得葡萄糖，再经发酵得乙醇。1 mol乙醇燃烧时放出的热量为：1367 kJ62.88 kJmol1(4)将题目信息所给三个反应方程式相加可得：H2O(g) H2O2可知科学家利用上述反应是为了生产H2，FeCl2是催化剂。
