資源簡介

第一節(jié) 反應(yīng)熱
第2課時 熱化學(xué)方程式 燃燒熱
教學(xué)目標(biāo)
1.正確掌握反應(yīng)熱和焓變、燃燒熱的含義。
2.了解熱化學(xué)方程式的意義并能正確書寫熱化學(xué)方程式。
3.理解燃燒熱的概念，并能進(jìn)行簡單的計算。
教學(xué)重難點(diǎn)
1.認(rèn)識熱化學(xué)方程式的意義并正確書寫。
2.燃燒熱的熱化學(xué)方程式的寫法和有關(guān)燃燒熱的簡單的計算。
教學(xué)過程
【新課導(dǎo)入】
通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)我們知道化學(xué)反應(yīng)過程中的反應(yīng)熱與斷裂反應(yīng)物中化學(xué)鍵吸收的能量和形成生成物中化學(xué)鍵放出的能量有關(guān)，即能量的變化以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎(chǔ)的，那么如何更準(zhǔn)確的表示一個化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)？如何準(zhǔn)確地描述物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)及其能量變化？下面我們來學(xué)習(xí)熱化學(xué)方程式。
【新知講解】
【閱讀理解】閱讀教材p8、9的內(nèi)容，理解熱化學(xué)方程式的定義及表示意義。
【講解】
一、熱化學(xué)方程式
1.定義：表明反應(yīng)所放出或吸收的熱量的化學(xué)方程式，叫做熱化學(xué)方程式。
例如：H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ/mol
該反應(yīng)方程式表示 l mol 氣態(tài) H2 和1mol氣態(tài) Cl2 反應(yīng)生成 2 mol 氣態(tài)HCl時，放出 184.6 kJ 的熱量。
再如：H2(g)＋1/2O2(g) =H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，表示 l mol 氣態(tài) H2 和1/2mol氣態(tài) O2 反應(yīng)生成 l mol 水蒸氣，放出 241.8 kJ 的熱量。(在101 kPa 和 25 ℃時) H2(g) +1/2 O2 (g)=H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示 l mol 氣態(tài) H2 與1/2mol 氣態(tài) O2 反應(yīng)在 101 kPa 和 25 ℃ 時，生成 l mol 液態(tài)水，放出 285.8 kJ 的熱量。
【小結(jié)】熱化學(xué)方程式表示意義，描述在一定條件下，一定量某狀態(tài)下的物質(zhì)，充分反應(yīng)后所吸收或放出熱量的多少。
【過渡】熱化學(xué)方程式不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。那么熱化學(xué)方程式的書寫有什么要求或者需要注意哪些事項呢？
【交流討論】學(xué)生閱讀課本，總結(jié)書寫熱化學(xué)方程式注意事項。
【講解】
2.書寫熱化學(xué)方程式的注意事項：
(1)需注明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)。因反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)不同時，其 ΔH 不同。
但中學(xué)化學(xué)中所用的 ΔH 的數(shù)據(jù)，一般都是在 101 kPa 和 25 ℃ 時的數(shù)據(jù)，因此可不特別注明。但需注明 ΔH 的“＋”與“－”。熱化學(xué)方程式一般不要求寫條件。
【思考】H2(g)＋1/2O2(g) =H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ/mol
H2(g)＋1/2O2 (g)=H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol
上述兩個方程式的區(qū)別
【講解】從上述兩個熱化學(xué)方程式可看出，l mol H2 反應(yīng)生成 H2O(l)比生成 H2O(g)多放出 44 kJ 的熱量。產(chǎn)生的熱量為什么不同？寫熱化學(xué)方程式應(yīng)注意什么？H2O(g)轉(zhuǎn)換為H2O(l)要放出熱量，所以相同物質(zhì)聚集狀態(tài)不同，能量不同，書寫熱化學(xué)方程式時應(yīng)注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)。
(2)要注明反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)。
【講解】物質(zhì)的聚集狀態(tài)，與它們所具有的能量有關(guān)。通常氣體用“g”、液體用“l(fā)”、固體用“s”、溶液用“aq”，且熱化學(xué)方程式通常不用“↑”、“↓”。
【思考】H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ/mol
1/2 H2(g)+1/2Cl2(g) =HCl(g) ΔH＝－92.3 kJ/mol
上述兩個方程式的區(qū)別？
【講解】很明顯，第一個反應(yīng)的ΔH是第二個反應(yīng)的2倍，原因是第一個反應(yīng)的計量系數(shù)是第二個的2倍，因此，書寫熱化學(xué)方程式時，ΔH必須與方程式一一對應(yīng)。
(3)熱化學(xué)方程式各物質(zhì)前的化學(xué)計量數(shù)不表示分子個數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)。對于相同物質(zhì)的反應(yīng)，當(dāng)化學(xué)計量數(shù)不同時，其 ΔH 也不同。
(4)注意ΔH的單位是kJ/mol
【講解】ΔH的單位“kJ/mol”并不是指每摩爾具體物質(zhì)反應(yīng)時伴隨的能量變化是多少千焦，而是指每摩給定形式的具體反應(yīng)以各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)來計量其物質(zhì)的量時伴隨的能量變化，也就是“每摩爾反應(yīng)”放出或吸收的熱量。
【思考】已知2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) ΔH= -198 kJ/mol ，向密閉容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，發(fā)生上述反應(yīng)達(dá)平衡時，反應(yīng)放熱198 kJ。上述敘述是否正確？
【講解】
上述反應(yīng)為可逆反應(yīng)，充入2 mol SO2和1 mol O2不能生成2 mol SO2，所以放出的熱量小于198 kJ。
(5)注意可逆反應(yīng)的ΔH和實際放出熱量的區(qū)別：不論化學(xué)反應(yīng)是否可逆，熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)熱ΔH都表示反應(yīng)進(jìn)行到底時的能量變化。
【課堂練習(xí)】
1.寫出下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：
(1)1 mol C2H5OH(l)完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l)，放出1366.8 kJ熱量： C2H5OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1366.8 kJ/mol 。
(2)1 mol C(石墨)與適量H2O(g)反應(yīng)生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3 kJ能量： C(石墨，s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ/mol
2.已知H2(g)＋F2(g)=2HF(g)　ΔH＝－270 kJ/mol，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(yīng)生成2 mol液態(tài)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(yīng)生成2個氟化氫氣體分子放出270 kJ熱量
【答案】C
【解析】在熱化學(xué)方程式中，ΔH的值與具體化學(xué)反應(yīng)相對應(yīng)，各物質(zhì)前的計量數(shù)不再表示粒子數(shù)目，只表示物質(zhì)的“物質(zhì)的量”，故A、D錯誤；HF(g)→HF(l)會放出熱量，故B項中放出熱量應(yīng)大于270 kJ，故B錯誤；因該反應(yīng)放熱，故C正確。
【過渡】根據(jù)反應(yīng)情況不同，反應(yīng)熱有多種，例如中和反應(yīng)的反應(yīng)熱簡稱中和熱，燃燒也是一類特殊反應(yīng)，生活中我們利用燃燒物燃燒放出的熱量，下面我們來研究燃燒熱。
【閱讀理解】閱讀課本P 9、10，理解燃燒熱。
【講解】
燃燒熱
1.定義：在101 kPa時，l mol純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱。
【交流討論】學(xué)生討論，歸納要點(diǎn)：
(1)在101 kPa時，生成指定產(chǎn)物是指，燃燒物中的C元素完全燃燒應(yīng)生成CO2(g)，而生成CO(g)屬于不完全燃燒；H元素燃燒生成液態(tài)水，而不是氣態(tài)水蒸氣；S元素生成氣態(tài)SO2；N元素生成N2(g)。
(2)燃燒熱通常是由實驗測得的，可以利用量熱計測定。
(3)可燃物以l mol作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量。
例：氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為H2(g)+1/2 O2 (g)＝H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol
【問題探究】燃燒熱的理解與計算
1.表示燃燒熱的ΔH一定為負(fù)值嗎？
答案：是的。因為燃燒屬于放熱反應(yīng)，所以ΔH<0，但也可以描述成如CO的燃燒熱為283 kJ·mol-1等形式。
2.表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式與普通的熱化學(xué)方程式有何不同
答案：表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式應(yīng)以燃燒1 mol物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)來配平其余物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)，而普通的熱化學(xué)方程式對化學(xué)計量數(shù)沒有特別要求。
3.表示氫氣、碳、硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式中對應(yīng)的指定產(chǎn)物分別是什么
答案：氫氣生成液態(tài)水，C生成CO2(g)，S生成SO2(g)。
4.可燃物的物質(zhì)的量發(fā)生變化，其燃燒熱改變嗎 如何配平表示可燃物燃燒熱的熱化學(xué)方程式
答案：不改變。燃燒熱指101 kPa時，1 mol純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物時放出的熱量，與參加反應(yīng)的可燃物的物質(zhì)的量多少無關(guān)。配平表示可燃物燃燒熱的熱化學(xué)方程式時，先把可燃物的化學(xué)計量數(shù)定為1，再配平其他物質(zhì)。
5.相同條件下，1 mol H2(g)與2 mol H2(g)完全燃燒生成液態(tài)水所放出的熱量有何關(guān)系 分別用1 mol H2(g)與2 mol H2(g)完全燃燒放出的熱量所計算出的氫氣的燃燒熱是否相同
答案：相同條件下，2 mol H2(g)完全燃燒生成液態(tài)水所放出的熱量是1 mol H2(g)完全燃燒生成液態(tài)水所放出熱量的2倍。分別用1 mol H2與2 mol H2完全燃燒放出的熱量所計算出的氫氣的燃燒熱相同。
【課堂練習(xí)】
1、25 ℃、101 kPa下，碳、氫氣、甲烷和葡萄糖的燃燒熱依次是ΔH＝－393.5 kJ·mol－1、ΔH＝－285.8 kJ·mol－1、ΔH＝－890.31 kJ·mol－1、ΔH＝－2 800 kJ·mol－1，則下列熱化學(xué)方程式正確的是(　　)
A．C(s)＋1/2O2(g)=CO(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
C．CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890.31 kJ·mol－1
D.1/2C6H12O6(s)＋3O2(g)=3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 400 kJ·mol－1
答案　D
解析：根據(jù)燃燒熱的概念中生成指定產(chǎn)物的含義可知，CO2(g)是C的穩(wěn)定氧化物，生成的H2O應(yīng)該為液態(tài)，故只有D正確。
10 g硫磺在O2中完全燃燒生成氣體，放出的熱量能使 500 g H2O溫度由18 ℃升至62.4 ℃，則硫磺的燃燒熱為 ，熱化學(xué)方程式為 。
解析：10 g硫磺燃燒共放出熱量為：Q＝m·c(t2－t1)＝500 g × 4.18 × 10－3 kJ/(g·℃)(62.4－18)℃＝92.8 kJ，則l mol(32 g)硫磺燃燒放熱為＝－297 kJ/mol，硫磺的燃燒熱為297 kJ/mol，熱化學(xué)方程式為：S(s)＋O2(g)＝SO2(g)　　ΔH＝－297 kJ/mol
【課堂小結(jié)】
【課堂檢測】
1．下列關(guān)于燃燒熱的說法中正確的是(　C　)
A．1 mol物質(zhì)燃燒所放出的熱量
B．常溫下，可燃物燃燒放出的熱量
C．在1.01×105 Pa時，1 mol純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物時所放出的熱量
D．燃燒熱隨化學(xué)方程式前的化學(xué)計量數(shù)的改變而改變
解析：解答本題關(guān)鍵是：
注意條件→101 kPa→A、B項不明確；注意物質(zhì)的量→可燃物1 mol→B項不明確，表示燃燒熱的化學(xué)方程式中可燃物化學(xué)式前的計量數(shù)為1，D項不符合；注意產(chǎn)物→指定物質(zhì)→A、B項沒有交待。
2.甲醇屬于可再生能源，可代替汽油作為汽車燃料。下列表示甲醇燃燒熱的化學(xué)方程式書寫正確的是(　B　)
A．CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝＋726.5 kJ/mol
B．CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－726.5 kJ/mol
C．CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－675.3 kJ/mol
D．2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 453 kJ/mol
解析：CH3OH燃燒的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即ΔH<0；表示燃燒熱時可燃物必須是1 mol，且要生成指定產(chǎn)物，即CH3OH燃燒時生成CO2氣體和液態(tài)水。
3.下列熱化學(xué)方程式中，正確的是(　D　)
A．甲烷的燃燒熱為890.3 kJ·mol－1，則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式可表示為
CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
B．500℃、30 MPa下，將0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密閉容器中充分反應(yīng)生成NH3(g)放熱19.3 kJ，其熱化學(xué)方程式為N2(g)＋3H2(g)=2NH3(g)　ΔH＝－38.6 kJ·mol－1
C．HCl和NaOH反應(yīng)的中和熱ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，則H2SO4和Ca(OH)2反應(yīng)的中和熱ΔH＝2×(－57.3)kJ·mol－1
D．在101 kPa時，2 g H2完全燃燒生成液態(tài)水，放出285.8 kJ熱量，氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式表示為2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
解析：燃燒熱是指1 mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量，A項，產(chǎn)物氣態(tài)水不屬于穩(wěn)定氧化物；B項，合成氨為可逆反應(yīng)，在放出19.3 kJ熱量時生成NH3的物質(zhì)的量小于1 mol，因此N2(g)＋3H2(g)=2NH3(g)　ΔH<－38.6 kJ·mol－1；C項，中和熱是指強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol H2O時放出的熱量，而與生成水的物質(zhì)的量的多少無關(guān)；D項，2 g H2的物質(zhì)的量為1 mol，故2 mol H2燃燒生成液態(tài)水時放出熱量應(yīng)為571.6 kJ。
4．已知25 ℃、101 kPa下，如題圖所示，石墨的燃燒熱為393.51 kJ/mol，金剛石的燃燒熱為395.41 kJ/mol。下列說法或表達(dá)正確的是(　B　)
A．金剛石比石墨穩(wěn)定
B．C(s、石墨)=C(s、金剛石)　ΔH＝＋1.9 kJ/mol
C．ΔH1<ΔH2
D．如果石墨燃燒產(chǎn)物為CO(g)，則放出熱量大于|ΔH1|
解析：據(jù)圖可知1 mol金剛石比1 mol石墨能量高(據(jù)燃燒熱知高1.9 kJ)，故石墨更穩(wěn)定，1 mol石墨轉(zhuǎn)化為金剛石需吸收1.9 kJ熱量，故A錯，B對；因ΔH1、ΔH2為負(fù)值，故ΔH1>ΔH2，C錯；若石墨燃燒產(chǎn)物為CO(g)，即不完全燃燒，則放出熱量小于|ΔH1|，D錯。
5.依據(jù)實驗數(shù)據(jù)，寫出下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。
(1)1 mol C2H4(g)與足量O2(g)反應(yīng)，生成CO2(g)和H2O(l)，放出1411 kJ的熱量。
。
(2)2 mol Al(s)與足量O2(g)反應(yīng)，生成Al2O3(s)，放出1669.8 kJ的熱量。
。
(3)18 g葡萄糖與足量O2(g)反應(yīng)，生成CO2(g)和H2O(l)，放出280.4 kJ的熱量。
。
解析：書寫熱化學(xué)方程式時，要注意反應(yīng)熱的絕對值與化學(xué)計量數(shù)是否對應(yīng)。放熱時ΔH<0，吸熱時ΔH>0。
答案：(1)C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-1411 kJ·mol-1
(2)2Al(s)+3/2O2(g)=Al2O3(s)　ΔH=-1669.8 kJ·mol-1
(3)C6H12O6(s)+6O2(g)=6H2O(l)+6CO2(g)　ΔH=-2804 kJ·mol-1

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