資源簡介

(共21張PPT)
反應熱的計算
古代火箭
黑火藥
中國古代四大發(fā)明之 一
最原始的復合固體推進劑
成分： 木炭 、 硝酸鉀 、 硫黃
火箭發(fā)動機 一般選用化學推進劑， 它是由燃料和氧
化劑組成的， 反應后產(chǎn)生高溫氣體用于火箭推進。
問題的提出
高中化學
如何獲得火箭推進劑燃燒時的反應熱呢
液體推進劑
固體推進劑
固液混合推進劑
問題的提出
高中化學
廠 C(s) +
高中化學
O2(g) CO(g)
ΔH=
難以控制反應的程度
不能直接測定反應熱
有些反應熱無法通過實驗直接測定
反應熱測定裝置
實驗測定
拉普拉斯
法國科學家拉瓦錫和拉普拉斯設計了 一
個簡單的冰量熱計， 利用被融化的冰的重量 來測定反應熱。
拉瓦錫
反應熱研究簡史
高中化學
G.H.Hess, 1802- 1850
ΔH1 ΔH2 ΔH3
H2 SO4—→ H2 SO4 ·H2O → H2 SO4 ·2H2O —→ H2 SO4 · 3H2O
1 ΔH ↑
ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3
化學家蓋斯改進了拉瓦錫和拉普
拉斯的冰量熱計， 從而較為準確地測 量了許多化學反應的熱效應 。 通過大 量實驗， 蓋斯發(fā)現(xiàn)：
反應熱研究簡史
高中化學
一 個化學反應， 不管是 一 步完成的還是分幾步完成
的， 其反應熱是相同的。
即： 在 一 定條件下， 化學反應的反應熱只與反應體
系的始態(tài)和終態(tài)有關， 而與反應進行的途徑無關。
蓋斯定律
高中化學
ΔH2= ΔH1
ΔH 反應熱 h = 300 m
ΔH2
1
始態(tài)
蓋斯定律
高中化學
終態(tài)
蓋斯定律的提出， 為
反應熱的研究提供了極大 的方便， 使 一 些不易測定 或無法測定的化學反應的 反應熱可以通過推算間接 求得。
不容易
直接發(fā)
生
伴隨副
反應
速率很 慢
利用蓋 斯定律
間接求
算反應
熱
蓋斯定律
高中化學
ΔH1 = ΔH2 + ΔH3
ΔH3 = ΔH1 ΔH2 = 393.5 kJ/mol ( 283.0 kJ/mol) = 110.5 kJ/mol
高中化學
思路1： 虛擬路徑法
路徑II CO(g) +
ΔH3=
路徑I C(s) + O2(g)
ΔH1
物質(zhì)
燃燒熱
ΔH (kJ/mol)
C(s)
393.5
CO(g)
283.0
任務一 C(s) + O2(g) CO(g) ΔH=
CO2(g)
O2(g)
ΔH2
思路2： 代數(shù)運算法
已知 ① C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH1= 393.5 kJ/mol
② CO(g) + O2(g) CO2(g) ΔH2= 283.0 kJ/mol
C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH1 = 393.5 kJ/mol
+) CO2(g) CO(g) + O2(g) ΔH2 ′ = ΔH2 = +283.0 kJ/mol
任務一 C(s) + O2(g) CO(g) ΔH=
未知反應： C(s) +
高中化學
ΔH3 = ΔH1 ΔH2= 110.5 kJ/mol
O2(g) CO(g)
1
2
設計合理反應路徑
核 心： 實現(xiàn)物質(zhì)轉化
求算反應熱
運用蓋斯定律求算反應熱的一般思路：
未知反應 已知反應
高中化學
“ 長征三號乙 ”運載 火箭先后發(fā)射過三十 多顆北斗衛(wèi)星
可進行 一 箭多星發(fā)射
是我國執(zhí)行衛(wèi)星發(fā)射 任務的主力火箭
高中化學
偏 二 甲肼- 四 氧 化二氮推進劑
液氫- 液氧推進劑
長征三號乙布局結構
【資料】 火箭推進劑用偏 二 甲肼（C2 H8N2， l ） 作燃料 ， N2O4（ l）作氧化劑時， 反應生成CO2 、N2 和水蒸氣 。 已知：
① C2H8N2(l) + 4NO2(g) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH1
② 2NO2(g) N2O4(l) ΔH2
C2H8N2(l) + 2N2O4(l) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g)
高中化學
任務二 寫出偏二甲肼- 四氧化二氮推進劑
燃燒的熱化學方程式。
C2H8N2(l) + 2N2O4(l) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH=ΔH1 2ΔH2
C2H8N2(l) + 2N2O4(l) ΔH= 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g)
2×ΔH2 ΔH1 ΔH1= 2ΔH2 + ΔH
C2H8N2(l) + 4NO2(g)
高中化學
任務二 寫出偏二甲肼- 四氧化二氮推進劑
燃燒的熱化學方程式。
2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH1
ΔH2
① C2H8N2(l) + 4NO2(g)
② 2NO2(g) N2O4(l)
C2H8N2(l) + 2N2O4(l) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH=ΔH1 2ΔH2
運用蓋斯定律計算反應熱
高中化學
C2H8N2(l) + 4NO2(g) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH1
+) 2N2O4(l) 4NO2(g) 2ΔH2
寫出偏二甲肼- 四氧化二氮推進劑
燃燒的熱化學方程式。
2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH1
ΔH2
① C2H8N2(l) + 4NO2(g)
② 2NO2(g) N2O4(l)
任務二
任務三 H2(g)的燃燒熱ΔH= 285.8 kJ/mol ，要計算 液氫-液氧推進劑反應生成氣態(tài)水的熱效應，
還需哪些變化過程的ΔH
路徑I
未知反應 H2(l) + O2(l) ΔH1= H2O (g)
物態(tài) 物態(tài)
已知反應 H2(g) + O2(g) ΔH2 H2O (l)
基于能量利用需 求設計轉化路徑
ΔH3 ΔH4
需要液氫 、 液氧和 水氣化的熱效應
變化 變化
高中化學
路徑II
已知： H2(l) H2(g)
O2(l) O2(g)
H2O (l) H2O (g)
ΔH= + 0.92 kJ/mol ΔH= + 6.84 kJ/mol ΔH= + 44.0 kJ/mol
285.8 kJ/mol
H2(g) + O2(g)
H2(l) + O2(l)
2
= 237.46 kJ/mol
ΔH1= (+0.92+6.84×1
ΔH1 = ΔH3 +ΔH2 +ΔH4
285.8+44.0) kJ/mol
H2O (l)
H2O (g)
ΔH1=
高中化學
活動1
ΔH3
ΔH2
ΔH4
根據(jù)熱化學方程 式計算反應熱
活動2 火箭荷載的絕大部分質(zhì)量來自于推進劑， 產(chǎn)生同
樣推力所需要的推進劑質(zhì)量越小， 火箭的荷載就越低。
計算每克液氫- 液氧推進劑恰好完全反應釋放的熱量。
H2(l) + O2(l) H2O(g) ΔH = 237.46 kJ/mol
1 mol×2 g/mol + 0.5 mol×32g/mol = 18 g
∴每克推進劑恰好完全反應放出熱量 = 13. 19 kJ/g
高中化學
液氫- 液氧 偏 二 甲肼- 四 氧化二氮 煤油- 液氧
甲烷- 液氧
優(yōu)點 環(huán)境友好 高能無毒 來源廣泛 常溫燃料 運輸簡單 耐沖擊 、 耐摩擦 成本低廉 無毒無害
無毒無害
不易結焦積碳
缺點 價格較高 低溫貯存較難 燃料占空間大 有毒性 有腐蝕性 污染環(huán)境 液氧需低溫貯存 燃燒易結焦積碳
脫硫成本高
低溫貯存
燃料占空間大
常見火箭推進劑
高中化學
如何獲得火箭推進劑燃燒時的反應熱
高中化學

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