資源簡介

(共25張PPT)
第一章
化學反應的熱效應
第二節　反應熱的計算
內容索引
學習目標
活動方案
課堂反饋
學 習 目 標
1. 能進行有關反應熱的簡單計算。
2. 認識蓋斯定律，能應用蓋斯定律推理化學反應的反應熱。
活 動 方 案
1. 25 ℃、101 kPa，乙烷和甲醇[CH3OH(l)]的燃燒熱依次是1 559.8 kJ·mol－1、726.5 kJ·mol－1。分別寫出乙烷和甲醇燃燒的熱化學方程式。
【答案】 2C2H6(g)＋7O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－3119.6 kJ·mol－1
2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 453 kJ·mol－1
活動一：學會有關反應熱的簡單計算
2. 一些化學鍵的鍵能數據如表所示。
已知反應CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF (g)　ΔH＝－1940 kJ·mol－1，則C—H的鍵能是多少？
化學鍵 C—H C—F H—F F—F
鍵能/(kJ·mol－1) a 489 565 155
【答案】 414 kJ·mol－1
3. 298 K、101 kPa時，將4.0 g硫粉在O2中完全燃燒生成SO2，放出37 kJ熱量，計算S的燃燒熱。
【答案】 296 kJ·mol－1
4. 已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1；
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.2 kJ·mol－1。
若要將1 t 碳酸鈣煅燒成生石灰，理論上需用多少千克焦炭？
【答案】 54.34 kg
1. 某人要從山下的A點到達山頂B點，他從A點出發，可以歷經不同的途徑和不同的方式。你認為他有哪些可能的途徑或方式？當他到達B點后所發生的勢能變化是否相同？
活動二：認識并理解蓋斯定律
【答案】 翻山越嶺攀登而上或拾級蜿蜒而上或乘坐索道纜車直奔山頂。勢能變化相同。
2. C(石墨)與O2(g)反應生成CO(g)、CO2(g)和H2(g)與O2(g)反應生成H2O(g)、H2O(l)的能量變化如圖所示。實驗測得ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1、ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1、ΔH5＝－44.0 kJ·mol－1、ΔH6＝－241.8 kJ·mol－1；科學家通過研究發現ΔH3＝－110.5 kJ·mol－1、ΔH4＝－285.8 kJ·mol－1。請你仔細分析ΔH1、ΔH2與ΔH3之間或ΔH4、ΔH5與ΔH6之間分別存在怎樣的關系？
【答案】 ΔH3＝ΔH1－ΔH2或
ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
ΔH4＝ΔH5＋ΔH6或
ΔH6＝ΔH4－ΔH5
3. 上面所發現的關系在科學上稱為“蓋斯定律”，請你用語言表述該定律的內容。
【答案】 一個化學反應，不論是一步完成，還是分幾步完成，其總的熱效應是完全相同的。或者說一個化學反應的焓變僅與反應的起始狀態和反應的最終狀態有關，而與反應的途徑無關。
1. 某次發射火箭，用N2H4(肼)在NO2中燃燒，生成N2、液態H2O。已知：
N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH1＝＋68 kJ·mol－1；
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)　ΔH2＝－534 kJ·mol－1。
請寫出該次發射火箭時燃燒反應的熱化學方程式。
【答案】 2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 136 kJ·mol－1
活動三：體會蓋斯定律的應用
2. 已知：①C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1；
②C(金剛石，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－395.0 kJ·mol－1。
寫出石墨變成金剛石的熱化學方程式(25 ℃、101 kPa時)，這個熱化學方程式說明了什么？
【答案】 ①－②得：C(石墨，s)===C(金剛石，s)　ΔH＝＋1.5 kJ·mol－1
石墨的能量略低于金剛石的能量；石墨較金剛石要穩定，它不會自發變成金剛石。
3. 已知下列反應的反應熱：
(1) CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝－870.3 kJ·mol－1；
(2) C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1；
4. 已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃燒熱分別是－285.8 kJ·mol－1、－1 411.0 kJ·mol－1和－1 366.8 kJ·mol－1。計算由C2H4(g)和H2O(l)反應生成C2H5OH(l)的ΔH。
【答案】 －44.2 kJ·mol－1
課 堂 反 饋
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1.人體內葡萄糖的消耗可用下列熱化學方程式表示：C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－2 800.6 kJ·mol－1，如果某人每天消耗12 540 kJ的熱量，則他每天至少需攝入葡萄糖的質量為(　 　)
A. 806 g B. 1 000 g
C. 1 250 g D. 15 000 g
【答案】　A
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【答案】　C
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3. (2023天水甘谷一中期末)已知：①2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1；
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1。
則制備水煤氣的反應C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的ΔH為 (　 　)
A. ＋262.6 kJ·mol－1 B. －131.3 kJ·mol－1
C. －352.3 kJ·mol－1 D. ＋131.3 kJ·mol－1
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【答案】　D
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4.已知熱化學方程式：C(金剛石，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1　①；
C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2　②；
C(石墨，s)===C(金剛石，s)　ΔH3＝＋1.9 kJ·mol－1　③。
下列說法正確的是(　 　)
A. 石墨轉化成金剛石的反應是吸熱反應
B. 金剛石比石墨穩定
C. ΔH3＝ΔH1－ΔH2
D. ΔH1＞ΔH2
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【答案】　A
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6.把煤作為燃料可通過下列兩種途徑：
途徑Ⅰ：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1<0　①
途徑Ⅱ：先制成水煤氣：
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH2>0　②
再燃燒水煤氣：
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3<0　③
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH4<0　④
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請回答下列問題。
(1) 途徑Ⅰ放出的熱量理論上______(填“>”“<”或“＝”)途徑Ⅱ放出的熱量。
(2) ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的數學關系式是_____________________。
(3) 已知：
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1；
②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2＝－566 kJ·mol－1；
③TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(s)＋O2(g)　ΔH3＝＋141 kJ·mol－1。
則TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(s)＋2CO(g)的ΔH＝_________________。
＝
－80 kJ·mol－1
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第一章
化學反應的熱效應
第一節　反應熱
課題1　反應熱和熱化學方程式
內容索引
學習目標
活動方案
課堂反饋
學 習 目 標
1. 了解化學反應的體系與環境，了解反應熱和焓變的含義。
2. 能說出常見的能量轉化形式并舉例說明化學能與熱能的相互轉化。
3. 了解化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因。
4. 認識熱化學方程式的意義，能正確書寫熱化學方程式。
活 動 方 案
1. 舉例說明常見的放熱反應和吸熱反應，并說出放熱反應和吸熱反應中的能量轉化形式。
活動一：回顧常見的放熱反應與吸熱反應，了解反應熱及焓變
2. 在研究物質或反應的熱量變化時，將研究的對象(物質或反應)看作一個體系，與體系相互影響的其他部分看作環境。內能是體系內物質所含各種能量的總和。
(1) 現有一只裝有濃硫酸的燒杯敞口露置于空氣中。如果把濃硫酸看成是研究的體系，那什么是環境？
【答案】 裝濃硫酸的燒杯、空氣是環境。
(2) 如何從反應物體系和生成物所含總能量(內能)的高低判斷放熱反應和吸熱反應？
【答案】 反應物總能量高于生成物總能量的反應是放熱反應；反應物總能量低于生成物總能量的反應是吸熱反應。
3. 人們用反應熱來定量描述化學反應過程中釋放或吸收的熱量。在等溫條件下，化學反應體系向環境釋放或從環境吸收的熱量，稱為化學反應的熱效應，簡稱反應熱。焓(H)是與內能有關的物理量。等壓條件下的反應熱等于焓變(ΔH)。放熱時體系焓減小ΔH＜0，吸熱時體系焓增大ΔH＞0。下圖為反應過程中物質能量的變化圖，請在下圖中標出ΔH＜0還是ΔH＞0。
【答案】 ΔH<0　ΔH>0
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反應的變化過程及其能量變化如圖所示。
1. 從微觀角度看H2(g)和Cl2(g)反應生成HCl(g)的過程是什么？
活動二：以氯化氫的化合為例，從化學鍵角度探究化學反應中的能量變化的原因
【答案】 從微觀角度看，H2和Cl2需先斷裂化學鍵變成H原子和Cl原子，后H原子和Cl原子形成新的化學鍵得到HCl分子。
2. 根據圖中提供的鍵能數據，計算1 mol H2與1 mol Cl2作用生成2 mol HCl的熱效應。
【答案】 斷裂1 mol H—H鍵需吸收436 kJ能量，斷裂1 mol Cl—Cl鍵需吸收243 kJ能量；形成1 mol H—Cl鍵會釋放431 kJ能量。所以反應總體上會放出183 kJ的能量。
3. 從化學鍵的角度看，化學反應中能量變化的原因是什么？如何判斷反應是放熱反應還是吸熱反應？
【答案】 從微觀角度看，化學反應中能量變化的原因是斷裂化學鍵所需的能量和形成化學鍵所放出的能量不相等。斷裂化學鍵所需總能量(反應物鍵能總和)大的是吸熱反應，形成化學鍵所需總能量(生成物鍵能總和)大的是放熱反應。
1. 表示化學反應熱效應的化學方程式稱為熱化學方程式。查閱25 ℃、101 kPa的條件下氫氣燃燒的熱化學方程式時，找到如下幾種表示形式：
活動三：認識熱化學方程式
(1) 熱化學方程式與普通化學方程式的不同點有哪些？如何理解上述熱化學方程式中ΔH大小各不相同。
【答案】 不同點：不僅表示了物質的變化，而且表示了能量變化；指明了反應時的溫度和壓強，不特別注明條件，即指25 ℃、1.01×105 Pa；一定要用括號注明各物質在反應時的聚集狀態：用“s”表示固體、“l”表示液體、“g”表示氣體；ΔH一定要標明“＋”或“－”，且要有單位。化學計量數的單位是“mol”，因此可以使用分數，同時ΔH要相應變化。當反應物和生成物調換時，反應熱效應發生變化。
(2) 實驗測得，1 mol H2(g)與1 mol Cl2(g)作用生成2 mol HCl(g)放出184.6 kJ的熱量。寫出該反應的熱化學方程式。比較活動二第2題中依據鍵能分析得到的理論值，你能得出什么結論？
【答案】 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－184.6 kJ·mol－1
理論分析與實驗結果非常接近，說明化學鍵的斷裂和形成是化學反應中產生能量變化的原因。
2. 根據你的認識和理解，結合所給提示寫出下列有關反應的熱化學方程式。
(1) 1 mol CaCO3(s)分解生成CaO(s)和CO2(g)，吸收178.2 kJ熱量。
【答案】 CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.2 kJ·mol－1
(2) N2(g)與H2(g)反應生成1 mol NH3(g)，放出46.1 kJ熱量。
(3) 1 g甲烷在空氣中燃燒，恢復至常溫下測得放出55.625 kJ熱量。
【答案】 CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890 kJ·mol－1
(4) 紅磷P(s)和Cl2(g)發生反應生成PCl3(g)和PCl5(g)。反應過程和能量關系如圖所示(圖中的ΔH表示生成1 mol產物的數據)。試回答下列問題。
①寫出P和Cl2反應生成PCl3的熱化學
方程式。
②寫出PCl5分解生成PCl3和Cl2的熱化學方程式。
課 堂 反 饋
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1. 下列說法不正確的是(　 　)
A. 化學反應除了生成新物質外，還伴隨著能量的變化
B. 對于ΔH>0的反應，反應物的能量小于生成物的能量
C. 放熱反應都不需要加熱即能發生
D. 化學反應過程中的能量變化除了熱能外，也可以是光能、電能等
【答案】　C
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2. (2023濮陽第一高級中學月考)下列反應屬于吸熱反應的是(　 　)
A. 炭燃燒生成一氧化碳
B. 中和反應
C. 鋅粒與稀硫酸反應制取H2
D. Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl固體反應
【答案】　D
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3. 下列物質間的反應，其能量變化符合下圖的是(　 　)
A. 由鋁和鹽酸制氫氣
B. 灼熱的炭與二氧化碳反應
C. 石灰石分解制生石灰
D. NH4Cl受熱分解
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【答案】　A
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4. 在相同條件下，下列兩個反應的反應熱分別用ΔH1和ΔH2表示：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1；2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2。
則ΔH1與ΔH2比較正確的是(　 　)
A. ΔH2>ΔH1 B. ΔH1>ΔH2
C. ΔH1＝ΔH2 D. 無法確定
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【答案】　B
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【答案】　B
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6. (2023上海宜川中學期中)已知H2(g)＋F2(g)===2HF(g)　ΔH＝－270 kJ·mol－1，下列說法正確的是(　 　)
A. 2 L氟化氫氣體分解成1 L氫氣與1 L氟氣吸收270 kJ熱量
B. 1 mol氫氣與1 mol氟氣反應生成2 mol液態氟化氫放出的熱量小于270 kJ
C. 在相同條件下，1 mol氫氣與1 mol氟氣的能量總和大于2 mol氟化氫氣體的能量
D. 1個氫氣分子與1個氟氣分子反應生成2個氟化氫氣體分子放出270 kJ熱量
【答案】　C
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7. 根據下圖所示能量變化，寫出反應的熱化學方程式并回答問題。
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(1) 反應過程①的熱化學方程式：______________________________
_______________________。
(2) 反應過程②的熱化學方程式：______________________________
________________________。
(3) Q與Q1的關系：Q______(填“>”“<”或“＝”)Q1。
1
A2(g)＋B2(g)===C(g)
ΔH＝－Q kJ·mol－1
C(g)===A2(g)＋B2(g)
ΔH＝＋Q1 kJ·mol－1
＝
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8. 0.1 mol氨氣和一定量的氯化氫氣體完全化合生成氯化銨固體，放出17.6 kJ熱量，其熱化學方程式是_________________________________
____________________________；1 mol CO還原適量Fe2O3固體生成Fe，放出8.2 kJ熱量，其熱化學方程式是________________________________
____________________________________。
1
NH3(g)＋HCl(g)=== NH4Cl(s)
　ΔH＝－176 kJ·mol－1
3CO(g)＋Fe2O3 (s) === 2Fe(s)
＋3CO2 (g)　ΔH＝－24.6 kJ·mol－1
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第一章
化學反應的熱效應
第一節　反應熱
課題2　燃燒熱和中和反應反應熱的測定
內容索引
學習目標
活動方案
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學 習 目 標
1. 認識反應熱之一——燃燒熱。
2. 學習中和反應反應熱的測定方法。
活 動 方 案
1. 由于反應的情況不同，反應熱可分為多種，例如燃燒熱、中和熱、溶解熱等。下表所示是一些物質燃燒熱：
活動一：認識一種反應熱——燃燒熱
物質 化學式(狀態) 燃燒熱/(kJ·mol－1) 物質 化學式(狀態) 燃燒熱/(kJ·mol－1)
石墨 C(s) －393.5 氫氣 H2(g) －285.8
一氧化碳 CO(g) －283.0 甲烷 CH4(g) －890.3
甲醇 CH3OH(l) －726.5 乙醇 C2H5OH(l) －1 366.8
你能根據表中所給的數據寫出相關物質燃燒的熱化學方程式嗎？如果不能，還缺少什么？
【答案】 不能，未指明燃燒熱所得數值對應的可燃物的物質的量，也未指明生成物的種類和狀態。如石墨燃燒成的是一氧化碳還是二氧化碳，水是液態還是氣態。
2. 在101 kPa時，1 mol純物質完全燃燒生成指定產物[碳元素變為CO2(g)，氫元素變為H2O(l)，硫元素變為SO2(g)，氮元素變為N2(g)等]。寫出石墨、氫氣、乙醇燃燒的熱化學方程式。
【答案】 C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 366.8 kJ·mol－1
3. 氫氣、甲烷、甲醇都可用作火箭燃料，等質量的氫氣、甲烷、甲醇完全燃燒后，哪一種放出的熱量最大？
【答案】 氫氣
1. 將一杯裝有熱水的燒杯放置于空氣中，熱水的溫度會發生什么樣的變化，為什么？如何測定熱水減少的熱量？
【答案】 熱水的溫度會降低，因為環境溫度低于熱水的溫度，熱量會從熱水傳遞給環境，所以熱水溫度降低。可以測定熱水的質量m，初始溫度t1和冷卻后的溫度t2，根據公式Q＝c·m·(t2－t1)可以測出熱水減少的熱量。
活動二：嘗試測定反應熱
2. 設計方案，嘗試測定0.01 mol H2和0.005 mol O2反應的反應熱。
【答案】 將0.01 mol H2和0.005 mol O2置于密閉鐵質容器中，將鐵質容器置入質量為m，初始溫度為t1的水中。通過電火花使H2和O2完全反應，測量容器外水的最高溫度，記為t2，根據公式Q＝c·m·(t2－t1)可以粗略測出反應熱。
1. 現有50 mL 0.5 mol·L－1鹽酸和50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液，如果要測定兩者發生中和反應的反應熱，需要測量哪些數據？
提示：鹽酸和NaOH溶液反應后放出的熱量會使體系的溫度升高，因為是稀溶液，所以，反應后溶液的比熱近似等于水的比熱。
【答案】 需要測量鹽酸、NaOH溶液各自的質量或總質量，測定反應前溶液的溫度和反應后溶液的最高溫度。
活動三：測定中和反應的反應熱
2. 按以下步驟，用簡易量熱計(如右圖所示)測量鹽酸和NaOH溶液反應的反應熱。
步驟1：用量筒量取50 mL 0.5 mol·L－1的鹽酸，倒入
量熱計的內筒，蓋上杯蓋，用溫度計測量鹽酸的溫度并
記錄數據。將溫度計洗干凈、擦干備用。
步驟2：用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L－1的NaOH溶液，用溫度計測量溶液溫度并記錄數據。
步驟3：打開杯蓋，將NaOH溶液迅速倒入鹽酸中，蓋上杯蓋，插入溫度計，用玻璃攪拌器勻速攪拌，記錄反應的最高溫度。
步驟4：重復步驟1～3兩次。
(1) 量熱計采用了哪些措施為防止熱量損失？
【答案】 在內筒外使用了隔熱層，使用了杯蓋，攪拌器使用的是玻璃材質。
(2) 根據記錄數據計算反應的反應熱。
【答案】 約為1.43 kJ
(3) 如果將中和熱定義為稀的強酸和強堿反應生成1 mol H2O時放出的熱量，則根據(2)的數據計算鹽酸和NaOH溶液反應中和熱的數值，并寫出鹽酸和NaOH溶液反應的熱化學方程式。
【答案】 中和熱ΔH＝(－1.43×40) kJ·mol－1＝－57.2 kJ·mol－1(準確值是－57.3 kJ·mol－1)
HCl(aq)＋NaOH(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
(4) 能根據鹽酸和NaOH溶液反應所得中和熱的數值確定其他稀的強酸和強堿反應的中和熱的數值嗎，為什么？如果能，寫出硫酸與NaOH溶液反應的熱化學方程式。
課 堂 反 饋
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1.下列有關反應熱及能量變化的說法正確的是(　 　)
A. 不同物質的燃燒熱數值均相等
B. 潮汐能、風能、太陽能屬于不可再生能源
C. 放熱反應不用加熱可以自發進行，而吸熱反應需加熱才能進行
D. 從能量守恒的角度看，將水分解成氫氣和氧氣并放出能量是不可行的
【答案】　D
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2. 下列說法正確的是(　 　)
A. 物質燃燒放出的熱量是燃燒熱
B. 1 mol C燃燒生成CO時放出的熱量是C的燃燒熱
C. 1 mol H2燃燒生成水蒸氣時放出的熱量是H2的燃燒熱
D. 相同條件下，1 mol H2O(l)完全分解吸收的熱量與H2、O2化合生成1 mol H2O(l)放出的熱量數值相等
【答案】　D
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4. 已知在25 ℃、101 kPa下，1 g液態C8H18(辛烷)燃燒生成二氧化碳和液態水時放出48.40 kJ熱量，能表示辛烷燃燒的熱化學方程式是(　 　)
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【答案】　B
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5.已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1；
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890 kJ·mol－1。
現有H2與CH4的混合氣體112 L(標準狀況)，使其完全燃燒生成CO2和H2O(l)，若實驗測得反應熱為 3695 kJ。則原混合氣體中H2與CH4的物質的量之比是(　 　)
A. 1∶1 B. 1∶3
C. 1∶4 D. 2∶3
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【答案】　B
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6.為提高煤的燃燒效率，減少煤炭直接燃燒產生的污染，途徑之一是將煤炭氣化或液化。煤炭氣化后得到的CO與H2在催化劑作用下反應
可生成甲醇，寫出該反應的化學方程式：______________________。甲
醇的燃燒熱是726.5 kJ·mol－1，寫出甲醇燃燒的熱化學方程式：
___________________________________________________________。
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7.城市使用的燃料大多是煤氣、液化石油氣。
(1) 煤氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，它由煤炭與水(蒸氣)反應制得，故又稱水煤氣。試寫出制取水煤氣的主要化學方程式：___________
_______________。
1
C＋H2O(g)
2
4
5
3
7
6
1
7.9∶1
產生的熱量大；H2來源豐
富；產物不污染環境
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