資源簡介

(共29張PPT)
第一章 化學反應的熱效應
第二節 反應熱的計算
第1課時 蓋斯定律
教學目標
1、教學目標
1) 理解蓋斯定律的含義，認識同一化學反應的反應熱與反應進行的途徑無關。
2) 通過計算反應熱，體會反應熱與反應條件、能量利用的關系，能合理利用反應熱，感受定量研究的意義。
2、教學重點和難點
1) 重點：蓋斯定律的理解與應用。
2) 難點：蓋斯定律的理解。
情景導入
反應熱的測定裝置
在科學研究和工業生產中，常常需要了解反應熱。許多反應熱可以通過實驗直接測定。
C(s)＋O2(g)＝CO2(g) ΔH1＝ 393.5 kJ/mol
1
CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g) ΔH2＝ 283.0 kJ/mol
2
C(s)＋1/2O2(g)＝CO(g) ΔH3＝？
3
不易測定
難以控制反應的程度不能直接測定反應熱
思考：能否利用一些已知反應的反應熱來計算它的反應熱呢？
蓋斯定律
法國化學家拉瓦錫和法國數學家、天文學家拉普拉斯，利用冰量熱計(即以被熔化了的冰的質量來計算熱量)測定了碳單質的燃燒熱。
1836年，蓋斯利用自己設計的量熱計測定了大量的反應熱，并依據氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、石灰分別與硫酸反應的反應熱總結出了蓋斯定律。
蓋斯
蓋斯定律
蓋斯定律：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。
蓋斯定律
例、如圖所示：
蓋斯定律
蓋斯定律：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。
A
H1
B
C
H2
H
ΔH ＝ ΔH1 ＋ ΔH2
即：在一定條件下，化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關，而與反應途徑無關。
蓋斯定律的理解
從反應途徑、能量守恒角度
h＝300m
始態
終態
坐纜車 一步完成
翻山越嶺 分幾步完成
山的高度 反應熱
ΔH1
ΔH2
ΔH1 ＋ ΔH2 ＝0
蓋斯定律的意義
蓋斯定律的提出要早于能量守恒定律的確認，是熱化學領域發現的第一個定律，也是自然科學上首先得出的能量守恒和轉化的規律性結論。蓋斯定律是化學熱力學發展的基礎。
利用蓋斯定律間接求算反應熱
速率很慢的反應
不容易直接發生的反應
伴隨副反應的反應
蓋斯定律的應用
模型建構：計算碳不完全燃燒的反應熱
已知：C(s)＋O2(g)＝CO2(g) ΔH1＝ 393.5 kJ/mol
CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g) ΔH2＝ 283.0 kJ/mol
C(s)＋1/2O2(g)＝CO(g) ΔH3＝ ？ kJ/mol
解題模型：虛擬路徑法
C(s)＋O2(g)
CO2(g)
路徑Ⅰ
ΔH1
CO(g)＋1/2O2(g)
路徑Ⅱ
ΔH3
ΔH2
則有：ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
ΔH3＝ΔH1 ΔH2
＝ 110.5 kJ/mol
110.5
蓋斯定律的應用
模型建構：計算碳不完全燃燒的反應熱
已知：C(s)＋O2(g)＝CO2(g) ΔH1＝ 393.5 kJ/mol
CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g) ΔH2＝ 283.0 kJ/mol
C(s)＋1/2O2(g)＝CO(g) ΔH3＝ ？ kJ/mol
解題模型：加合法
C(s)＋O2(g)＝CO2(g) ΔH1＝ 393.5 kJ/mol
CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g) ΔH2＝ 283.0 kJ/mol
CO2(g)＝CO(g)＋1/2O2(g) ΔH4＝＋283.0 kJ/mol
＋
C(s)＋1/2O2(g)＝CO(g) ΔH3＝ΔH1＋ΔH4＝ 110.5 kJ/mol
若某個反應的化學方程式可由另外幾個反應的化學方程式相加減而得到，則該反應的反應熱也可以由這幾個反應的反應熱相加減而得到。
蓋斯定律的應用
學習任務一：寫出肼(N2H4，液態)與NO2反應的熱化學方程式
資料：火箭發射時用肼做燃料，NO2做氧化劑，二者反應可生成N2和水蒸氣。已知：①N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g) ΔH1＝＋66.4kJ/mol
②N2H4(l)＋O2(g)＝N2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝ 534kJ/mol
2N2H4(l)＋2NO2(g)＝3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝_____kJ/mol
加合法
分析： ②×2－①得：
ΔH＝2ΔH2 ΔH1 ＝ 1134.4 kJ/mol
歸納總結：
①唯一入手 (唯一：目標方程式中的物質，在給出的已知方程式中只出現一次)
②同加異減 (目標方程式中的物質，與給定方程式中物質若在方程式等號的同側，則相加，反之，則相減)
蓋斯定律的應用
學習任務二：計算煤的氣化反應的反應熱
資料：目前，煤在我國仍然是第一能源。工業上通過煤的干餾、氣化和液化等方法來實現煤的綜合利用。其中，煤的氣化是將煤轉化為可燃性氣體的過程，主要反應為：C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)
已知：① C(s) ＋O2 (g)＝CO2(g) ΔH1＝ 393.5kJ/mol
② 2CO(g)＋O2 (g)＝2CO2(g) ΔH2＝ 566.0kJ/mol
③ 2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) ΔH3＝ 483.6kJ/mol
C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g) ΔH＝ kJ/mol
分析： ①－ ③－ ②得：
1
2
1
2
ΔH＝ ΔH1 ΔH3 ΔH2
1
2
1
2
＋131.3
蓋斯定律的應用
學習任務三：能量伴隨物質變化而轉化
(18北京卷) 已知：研究人員提出利用含硫物質的熱化學循環實現太陽能的轉化與存儲，過程如圖所示。
(1)反應Ⅰ：2H2SO4(l)＝2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g) ΔH1＝＋551 kJ/mol
反應Ⅲ：S(s)＋O2(g)＝SO2(g) ΔH3＝ 297 kJ/mol
反應Ⅱ的熱化學方程式：________________。
3SO2(g)＋2H2O(g)＝2H2SO4(l)＋S(s)
ΔH＝ 254kJ/mol
虛擬路徑法
加合法
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
利用蓋斯定律間接求算反應熱
小結：蓋斯定律
蓋斯定律
內涵
意義
解題模式
隨堂練習
練、室溫下，若將1mol CuSO4·5H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低，熱效應為ΔH1，將1mol CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高，熱效應為ΔH2；CuSO4·5H2O受熱分解的熱化學方程式為：
CuSO4·5H2O(s)＝CuSO4(s)＋5H2O(l) ΔH3
則下列判斷正確的是( )
A． ΔH2 ＞ΔH3 B． ΔH1 ＜ΔH3
C． ΔH1＋ΔH2＝ΔH3 D． ΔH1＋ΔH2＞ΔH3
第一章 化學反應的熱效應
第二節 反應熱的計算
第2課時 反應熱的計算
思考討論
為什么我們需要進行反應熱的計算？
長征五號
高：59.5米
起飛重量：643噸
起飛推力：833.8噸
近地軌道：25噸
同步軌道：14噸
它的一級火箭燃料采用的是液氧煤油，為了提供這么大的能量，我們需要加注多少噸燃料呢？
思考討論
燃煤工業鍋爐正常工作
一天可提供多少熱能？
燒開5 kg常溫的水，需要多少升煤氣呢？
在化學科研中，經常要通過實驗測定物質在發生化學反應時所放出或吸收的熱量。但是某些物質的反應熱，由于種種原因不能直接測得，只能通過化學計算的方式間接獲得。在生產中，對燃料的燃燒、反應條件的控制以及廢熱的利用，也需要反應熱計算。
反應熱的計算
例1、黃鐵礦(主要成分為FeS2)的燃燒是工業上制硫酸時得到SO2的途徑之一，反應的化學方程式為:4FeS2＋11O2＝2Fe2O3＋8SO2
在25 ℃和101 kPa時，1 mol FeS2(s)完全燃燒生成Fe2O3(s)和SO2(g)時放出853kJ的熱量。這些熱量(工業中叫做“廢熱”)在生產過程中得到了充分利用，大大降低了生產成本，對于節約資源、能源循環利用具有重要意義。
1)請寫出FeS2燃燒的熱化學方程式。
2)計算理論上1 kg黃鐵礦( FeS2的含量為90%)完全燃燒放出的熱量。
6398kJ
FeS2(s)＋11/4O2(g)＝1/2Fe2O3(s)＋2SO2(g) ΔH＝ 853 kJ/mol
歸納與總結
方法1：根據熱化學方程式、燃燒熱的數據進行反應熱的計算
例如：aA(g)＋bB(g)＝cC(g)＋dD(g)　ΔH
a　　　b　　 c　　　d　 　|ΔH|
n(A)　 n(B) n(C)　 n(D)　　Q
n(A)
a
n(B)
b
n(C)
c
Q
|ΔH|
＝
＝
＝
＝
n(D)
d
則：
反應熱的計算
例2、焦炭與水蒸氣反應、甲烷與水蒸氣反應均是工業上制取氫氣的重要方法。這兩個反應的熱化學方程式分別為:
① C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.5 kJ/mol
② CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋205.9 kJ/mol
試計算CH4(g)＝C(s)＋2H2(g)的ΔH＝_________________。
＋74.4 kJ/mol
思考討論：從理論上分析，若工業上要制取等物質的量的氫氣，你會選擇以上哪種方法？
歸納與總結
方法2：根據蓋斯定律進行反應熱的計算
調整
根據待求解的熱化學方程式調整可用的熱化學方程式的方向，同時調整ΔH的符號
加合
將調整好的熱化學方程式進行加合以得到待求解的熱化學方程式
求焓
ΔH隨熱化學方程式的調整而進行相應的加、減、乘、除運算
找出
根據待求解的熱化學方程式中的反應物和生成物找出可用的已知熱化學方程式
根據待求解的熱化學方程式將調整好方向的熱化學方程式乘以某一個數以便后續消去無關物質
反應熱的計算
例3、CH4(g)＋4F2(g)＝CF4(g)＋4HF(g) ΔH＝_______________
化學鍵 C H C F H F F F
鍵能/(kJ·mol－1) 414 489 565 155
方法3：根據反應物和生成物的鍵能計算
ΔH＝∑E(反應物) ∑E(生成物)
1940 kJ·mol 1
反應熱的計算
方法4：根據物質總能量變化圖像計算反應熱
反應過程
能量 /kJ
反應物
總能量E1
生成物
總能量E2
a
b
c
ΔH＝(E2 E1) kJ/mol＝(a b) kJ/mol＝ c kJ/mol
ΔH＝∑E(生成物) ∑E(反應物)
反應熱的計算
01
例4、根據如圖數據寫出反應CO(g)＋2H2(g)＝CH3OH(g)的熱化學方程式： 。
CO(g)＋2H2(g)＝CH3OH(g) ΔH＝ 91 kJ/mol
小結：反應熱的計算
反應熱的計算
利用熱化學方程式、燃燒熱計算
利用蓋斯定律計算
利用鍵能計算
利用物質總能量變化圖計算
找出
調整
加合
求焓
ΔH＝∑E(反應物) ∑E(生成物)
ΔH＝∑E(生成物) ∑E(反應物)
反應熱的大小比較
(帶符號比較)
吸熱反應與放熱反應: ΔH吸 > 0 > ΔH放
(1) CaO(s)＋H2O (l)＝Ca(OH)2(aq)　ΔH1
CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)　ΔH2
(2) H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O (g) 　ΔH1
2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) 　ΔH2
可燃物n越大，燃燒放出的熱量越多，但ΔH小
(3) C(s)＋1/2O2(g)＝CO (g) 　ΔH1
C(s)＋O2(g)＝CO2 (g) 　ΔH2
反應熱的大小比較
(4) C2H5OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋3H2O(g)　 ΔH1 　
C2H5OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH2
同一反應物質聚集狀態不同，利用蓋斯定律做差比較
(5) 4Al(s) ＋ 3O2(g)＝2Al2O3(s) 　 ΔH1 　
4Fe(s)＋3O2(g)＝2Fe2O3(s) ΔH2
分析：①－②
4Al(s)＋2Fe2O3(s)＝2Al2O3(s)＋4Fe(s)
ΔH＝ΔH1﹣ΔH2﹤0
Ca(OH)2(s) CaO(s) ＋ H2O(g)
Ca(OH)2(s) CaO(s) ＋ H2O(l)
ΔH1
ΔH2
ΔH3
ΔH4
ΔH5
510oC 510oC 510oC
25oC 25oC 25oC
(2017 浙江卷)根據Ca(OH)2/CaO體系的能量循環圖，下列說法正確的是( )
A. ΔH5＞0 B. ΔH1＋ΔH2＝0
C. ΔH3＝ΔH4＋ΔH5 D. ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝0
隨堂練習
謝謝

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