資源簡介

第二節 反應熱的計算
第2課時 反應熱的計算
教材分析
本節在學生已經定性地了解了化學反應與能量的關系，并通過實驗學會了反應熱的測量，了解了物質發生化學反應產生能量變化與物質的量的關系及燃燒熱的概念的基礎上，介紹了蓋斯定律。本節內容分為兩部分：第一部分，介紹了 蓋斯定律。教科書以登山經驗“山的高度與上山的途徑無關”，淺顯地對特定化學反應的反應熱進行形象的比喻，幫助學生理解蓋斯定律。然后再通過對能量守恒定律的反證來論證蓋斯定律的正確性。最后通過實例使學生感受蓋斯定律的應用，并以此說明蓋斯定律在科學研究中的重要意義。第二部分，利用反應熱的概念、蓋斯定律和熱化學方程式進行有關反應熱的計算，通過不同類型的例題加以展示。幫助學生進步鞏固概念 、應用定律、理解熱化學 方程式的意義。
學情分析
處于高中學習階段的學生，已經具備了逆向思維和舉一反三的能力，而且在他們的腦海中，已經構建起化學反應與能量在宏觀和微觀上的聯系以及其能相互轉化的知識。但是這種聯系已學知識與技能的能力并不完全，需要進行必要的補充和拓展來使學生有一個整體的把握。注意引導學生準確理解反應熱、燃燒熱、蓋斯定律等，熟悉熱化學方程式的書寫，重視概念和熱化學方程式的應用。進行有關燃燒熱計算時，要強調燃燒熱規定以1 mol純物質為標準，因此須注意熱化學方程式中物質的化學計量數和反應的 H相對應(物質的化學計量數常出現分數的形式)。同時還要注意物質的量、氣體的體積等之間的換算關系，但關鍵還是應強調以1mol物質完全燃燒作標準來進行計算。有關反應熱的計算與有關物質的量的計算聯系很緊密，在計算過程中要注意培養學生綜合運用知識的能力。可適當補充一些不同類型的習題作為課堂練習，發現問題并及時解決。不僅鞏固、落實了知識和計算技能，還能通過計算的結果說明有些物質燃燒時，其 H的數值都很大。
教學目標
【知識與技能】
(1)熟練掌握熱化學方程式的書寫及正誤判斷。
(2)應用蓋斯定律進行化學反應的反應熱的計算。
(3)掌握反應熱計算的常見題型。
【過程與方法】
綜合運用反應熱和蓋斯定律的知識解決能量變化的實際問題。
【情感態度與價值觀】
通過計算某些物質燃燒時的 H數值，進一步認識煤 、石油、天然氣是當今世界上最重要的化石燃料，喚起學生對資源利用和環境保護的意識和責任感。
教學重難點
反應熱的計算，蓋斯定律的應用。
教學過程
一、導入新課
【導入】上節課我們學習了蓋斯定律的相關內容，結合前兩節內容，今天我們一起探究有關反應熱的計算的常見題型。
二、講授新課
【板書】二、反應熱的計算
教學環節一 熱化學方程式的書寫及正誤判斷
【板書】1.熱化學方程式的書寫及正誤判斷
【典例1】化學反應N2+3H22NH3的能量變化如圖所示，該反應的熱化學方程式是(　　)
A.N2(g)+3H2(g)=2NH3(l)　ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)　ΔH=2(b-a)kJ·mol-1
C.N2(g)+H2(g)=NH3(l)　ΔH=(b+c-a)kJ·mol-1
D.N2(g)+H2(g)=NH3(g)　ΔH=(a+b)kJ·mol-1
解析：通過圖分析起點 mol N2(g)+ mol H2(g)，變化三階段為①吸收能量a kJ；②放出能量b kJ；③放出能量c kJ到1 mol NH3(l)。故可得熱化學方程式：
N2(g)+H2(g)=NH3(l)　ΔH= (a-b-c) kJ·mol-1。
答案：A
【變式訓練1】已知在1.01×105 Pa、298 K條件下，2 mol氫氣燃燒生成水蒸氣放出484 kJ的熱量，下列熱化學方程式正確的是(　　)
A.H2O(g)=H2(g)+O2(g)　ΔH=+242 kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)　ΔH=-484 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g)=H2O(g)　ΔH=+242 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)　ΔH=+484 kJ·mol-1
解析：2 mol氫氣燃燒生成水蒸氣放出484 kJ熱量，則1 mol 氫氣燃燒生成水蒸氣應放出×484 kJ=242 kJ熱量；放熱反應ΔH為“-”，各物質的狀態分別是H2(g)、O2(g)、H2O(g)；B項中的H2O的狀態應為氣態；C、D項中ΔH的符號應為“-”；A項是逆向進行的反應，ΔH為“+”，數值相等。故應選A。
答案：A
【變式訓練2】在298 K時通過實驗測得如下數據，寫出下列反應的熱化學方程式。
(1)NO2(g)與H2O(l)反應生成2 mol HNO3(aq)時，放出138 kJ熱量。
________________________________________________________。
(2)1 mol C2H5OH(l)與適量O2(g)反應，生成CO2(g)和H2O(l)，放出1366.8 kJ熱量。
________________________________________________________。
(3)2 mol Al(s)與適量O2(g)發生反應，生成Al2O3(s)放出1669.8 kJ熱量。
________________________________________________________。
答案：(1)3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g)　ΔH=-138 kJ·mol-1
(2)C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1
(3)2Al(s)+O2(g)=Al2O3(s)　ΔH=-1 669.8 kJ·mol-1
【歸納】熱化學方程式的書寫及正誤判斷時，應注意以下幾個方面：
1.注明各物質的聚集狀態。聚集狀態之間的變化有能量變化，如H2與O2反應分別生成1 mol的氣態水和1 mol 的液態水放出的熱量不同，即ΔH的數值不同。
2.熱化學方程式中的化學計量數僅表示該物質的物質的量，不表示微粒個數，故可以是整數也可以是分數。
3.熱化學方程式是指反應已完成的量，而ΔH的值也與反應完成的量有關，故方程式中的化學計量數必須與ΔH相對應。
4.對于可逆反應的情況，正反應與逆反應的ΔH數值相等，符號相反。尤其注意合成氨的反應3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1是指生成2 mol NH3(g)時放出92.4 kJ的熱量，而不是3 mol H2(g)與1 mol N2(g)混合在一定條件下反應就可放出92.4 kJ的熱量，其實際放出的熱量小于92.4 kJ。
教學環節二 利用蓋斯定律進行反應熱的計算
【典例2】發射衛星時可用肼(N2H4)為燃料，用二氧化氮為氧化劑，這兩種物質反應生成氮氣和水蒸氣。已知：
①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)　ΔH1=+67.7 kJ·mol-1
②N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-534 kJ·mol-1
試計算1 mol肼和二氧化氮完全反應時放出的熱量為　　　　kJ；寫出肼與二氧化氮反應的熱化學方程式：_____________________。
解析：由題意知：
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)　ΔH1=+67.7 kJ·mol-1　①
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-534 kJ·mol-1　②
根據蓋斯定律，要在反應物中消去O2并得到N2H4和NO2的反應。
令②×2-①得：
2N2H4(g)-N2(g)=2N2(g)+4H2O(g)-2NO2(g)　ΔH=2ΔH2-ΔH1
整理得：2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=2ΔH2-ΔH1=-534 kJ·mol-1×2-67.7 kJ·mol-1= -1135.7 kJ·mol-1
則1 mol N2H4完全反應放出的熱量為=567.85 kJ。
答案：567.85　2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1135.7 kJ·mol-1
【變式訓練3】已知下列兩個熱化學方程式：
H2(g)+O2(g)=H2O(l)　ΔH= -285.8 kJ·mol-1
C3H8(g)+5O2(g)=4H2O(l)+3CO2(g)　ΔH= -2220.0 kJ·mol-1
(1)實驗測得H2和C3H8的混合氣體共5 mol，完全燃燒生成液態水時放熱6264.5 kJ，則混合氣體中H2和C3H8的體積比是　　　　。
(2)已知：H2O(l)=H2O(g)　ΔH= +44.0 kJ·mol-1，寫出丙烷燃燒生成CO2和氣態水的熱化學方程式：_________________。
解析：(1)混合氣體共5 mol完全燃燒時，放出6264.5 kJ的熱量，由熱化學方程式計算出n(H2)：n(C3H8)=1：1。
(2)丙烷燃燒生成4 mol水，當生成氣態水時，放出的熱量減少，ΔH=-(2220.0-44×4)kJ·mol-1=-2044.0 kJ·mol-1。
答案：(1)1∶1　(2)C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-2 044.0 kJ·mol-1
【歸納】利用蓋斯定律進行問題分析時，常采用熱化學方程式加合法和虛擬途徑法。
(1)虛擬途徑法：先根據題意虛擬轉化過程，然后根據蓋斯定律列式求解，即可求得待求的反應熱。
(2)加合法：根據需要將熱化學方程式進行代數轉換，然后進行加減運算，得出所需要的熱化學方程式。轉換時應注意各物質的化學計量數與ΔH的數值同等倍數的改變，ΔH的符號也作相應的改變。
(設計意圖：進一步熟悉蓋斯定律的應用)
教學環節三 根據化學鍵的鍵能計算反應熱
【典例3】已知H—H鍵的鍵能為436 kJ·mol-1，Cl—Cl鍵的鍵能為243 kJ·mol-1，H—Cl鍵的鍵能為431 kJ·mol-1，則H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的反應熱(ΔH)等于(　　)
A.-183 kJ·mol-1 B.183 kJ·mol-1
C.-862 kJ·mol-1 D.862 kJ·mol-1
解析：根據ΔH=反應物總鍵能-生成物總鍵能知：ΔH=436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1-2×431 kJ·mol-1=-183 kJ·mol-1。
答案：A
【變式訓練4】根據下表的鍵能的數據，可計算出CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)的ΔH為(　　)
化學鍵 O=O C—H O—H C=O
鍵能/kJ·mol-1 497 414 463 803
A.-379 kJ·mol-1 B.-808 kJ·mol-1
C.-1656 kJ·mol-1 D.-2532 kJ·mol-1
解析：依題意有：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=(4×414+2×497-2×803-4×463)kJ·mol-1=-808 kJ·mol-1。
答案：B
【歸納】化學鍵的鍵能是形成(或拆開)1 mol化學鍵時釋放(或吸收)的能量。反應熱與鍵能的關系為ΔH=反應物總鍵能-生成物總鍵能。
(設計意圖：明確反應熱與鍵能的定量關系為ΔH=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，提高同學們答題的正確率)
【典例4】已知：2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1，計算每生產1萬噸98%的濃硫酸所需要的SO3的質量和由SO2生產這些SO3所放出的熱量。
解析：1萬噸98%的濃硫酸所含H2SO4的質量為104×106 g×98%=9.8×109 g。設需要的SO3的質量為x，反應放出的熱量為y。由
H2SO4　~ SO3 ~　ΔH
98 g　　　　80 g　　196.6 kJ·mol-1×
9.8×109 g 　 x　　 　y
可得：x==8.0×109 g=8.0×103 t，y==9.83×109 kJ。
答案：8.0×103 t　9.83×109 kJ
【變式訓練5】已知：1.00 g CH4完全燃燒生成液態水和CO2放出59.6 kJ熱量，C2H2的燃燒熱ΔH=-1298.3 kJ·mol-1。試計算CH4的燃燒熱和1 kg C2H2在O2中完全燃燒(生成液態水和CO2)所放出的熱量。
【變式訓練5】答案：ΔH=-(16 g·mol-1×59.6 kJ·g-1)=-953.6 kJ·mol-1；Q=×1298.3 kJ·mol-1≈5.0×104 kJ
【歸納】熱化學方程式中ΔH與各物質的物質的量對應成比例，已知熱化學方程式，便可計算一定量的反應物發生反應所放出的熱量或放出一定量的熱量時消耗或生成的物質的質量、體積和物質的量。
三、課堂小結
通過本節課對反應熱常見計算題型的練習，希望同學們能綜合運用反應熱和蓋斯定律的相關知識，解決能量變化的實際問題。
板書設計
反應熱的計算
1.熱化學方程式的書寫及正誤判斷
2.利用蓋斯定律進行反應熱的計算
3.根據化學鍵的鍵能計算反應熱
4.依據熱化學方程式計算反應熱。
教學反思
本節課最大的亮點是運用大量的習題，鞏固強化學生對蓋斯定律的理解和應用。并且以典型題目為例，教授學生解這一類題的方法，使他們能做到舉反三。通過課堂反饋情況來看，主要問題還是集中在計算上。一是學生計算速度慢，再就是計算準確率低。針對這些問題，課下應布置一此有關反應熱的計算題目進行強化訓練，不至于學生見到這類題型就害怕而不愿意做。

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