人教版化学选修4第一章第三节课件.ppt

<p>单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章 化学反应与能量,化学,（人教版）,问题探究,知能定位,课后强化作业,资料备选,自主研习,课堂师生互动,第三节化学反应热的计算,1,理解反应热、燃烧热的概念，能对反应热进行简单的计算。,2,理解盖斯定律，并能用该定律处理一些实际问题。,一、盖斯定律,1,内容：不管化学反应是一步或,_,完成，其反应热是,_,的。或者说，化学反应的反应热只与反应体系的,_,和,_,有关，而与反应的,_,无关。,2,解释：能量的释放或吸收是以,_,的物质为基础的，二者密不可分，但以,_,为主。,3,应用：对于进行得,_,的反应，不容易,_,的反应，,_(,即有,_),的反应，,_,反应热有困难，如果应用,_,，就可以,_,地把它们的反应热计算出来。,例如：,C(s,),O,2,(g),CO(g,),上述反应在,O,2,供应充分时，可燃烧生成,CO,2,；,O,2,供应不充分时，虽可生成,CO,，但同时还部分生成,CO,2,。因此该反应的,H,_,。但是下述两个反应的,H,却可以直接测得：,(1)C(s),O,2,(g),CO,2,(g),H,1,393.5kJmol,1,(2)CO(g),O,2,(g),CO,2,(g),H,2,283.0kJmol,1,根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的,H,。,分析上述两个反应的关系，即知：,H,1,_,，,H,_,。,则,C(s,),与,O,2,(g),生成,CO(g,),的热化学方程式为,_,。,二、反应热的计算,反应热计算的主要依据是,_,、,_,和,_,的数据。,答案：,一、,1.,分几步相同始态终态途径,2,发生变化物质,3,很慢直接发生产品不纯副反应发生测定盖斯定律间接无法测得,H,2,H,H,1,H,2,C(s,),1/2O,2,(g),CO(g,),H,110.5kJmol,1,二、热化学方程式盖斯定律燃烧热,若一个化学反应由始态转化为终态可通过不同的途径,(,如图,),，,则,H,与,H,1,、,H,2,、,H,3,、,H,4,、,H,5,之间有何关系？,提示：,H,H,1,H,2,H,3,H,4,H,5,1.,盖斯定律,(1),内容：不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的，换句话说，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。,说明：,如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热相同。,2,运用盖斯定律解题的一般方法,(1),虚拟路径法,若反应物,A,变为生成物,D,，可以有两个途径,a,由,A,直接变成,D,，反应热为,H,；,b,由,A,经过,B,变成,C,，再由,C,变成,D,，每步的反应热分别为,H,1,、,H,2,、,H,3,。,如图所示：,则有：,H,H,1,H,2,H,3,(2),加合法,即运用所给方程式通过加减的方法得到所求热化学方程式。,(3),实例,如已知下列两个热化学方程式：,P,4,(s,，白磷,),5O,2,(g),P,4,O,10,(s),H,1,2983.2kJ/mol,P(s,，红磷,),H,2,738.5kJ/mol,要写出白磷转化为红磷的热化学方程式可虚拟如下过程。,根据盖斯定律,H,H,1,(,H,2,),4,2983.2kJ/mol,738.5kJ/mol,4,29.2kJ/mol,所以白磷转化为红磷的热化学方程式为,P,4,(s,，白磷,),4P(s,，红磷,),H,29.2kJ/mol,也可由,4,得白磷转化为红磷的热化学方程式为：,P,4,(s,，白磷,),4P(s,，红磷,),H,29.2kJ/mol,3,运用盖斯定律计算反应热时的注意事项,(1),热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。,(2),热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反应热也随之相加减。,(3),将一个热化学方程式颠倒时，,H,的,“,”“,”,号必须随之改变。,【,例,1,】,氢气和氧气生成液态水的反应，可以通过两种途径来完成，如图所示：已知：,H,2,(g),O,2,(g),H,2,O(l),H,285.8kJ/mol,H,2,O(g),H,2,O(l),H,2,44.0kJ/mol,求：,H,2,(g),O,2,(g),H,2,O(g),的反应热,H,1,。,解析,本题型应用,“,加合法,”,解决，方便迅速，根据盖斯定律：,H,H,1,H,2,，所以,H,1,H,H,2,285.8kJ/mol,(,44.0kJ/mol),241.8kJ/mol,。,答案,H,1,241.8kJ/mol,点评,根据盖斯定律，一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成，反应焓变是一样的。因此，利用已知焓变求未知焓变的方法为：若一个化学方程式可由另外几个方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个变化焓变的代数和。对热化学方程式之间进行数学方法处理是盖斯定律的必然结果，这就是数学在化学中的应用，自然科学是相通的。,实验中不能直接测出由石墨和氢气生成甲烷反应的,H,，但可测出下边几个反应的热效应：,CH,4,(g),2O,2,(g),CO,2,(g),2H,2,O(l),H,1,890.3,kJmol,1,C(,石墨,),O,2,(g),CO,2,(g),H,2,393.5,kJmol,1,H,2,(g),1/2O,2,(g),H,2,O(l),H,3,285.8,kJmol,1,根据盖斯定律求反应,C(,石墨,),2H,2,(g),CH,4,(g),的,H,4,解析,方法一：因为反应式,和,之间有以下关系：,2,所以,H,4,H,2,2,H,3,H,1,393.5,2,(,285.8),(,890.3),74.8(kJmol,1,),方法二：也可以设计一个途径，使反应物经过一些中间步骤最后回复到产物：,可见,H,4,H,2,2,H,3,H,1,74.8kJmol,1,答案,74.8kJmol,1,1840,年，瑞士化学家盖斯提出了化学反应的热效应仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关，而与其中间步骤无关。按此规律，结合下述反应方程式，回答问题。,已知：,(1)NH,3,(g),HCl(g,),NH,4,Cl(s),H,176kJmol,1,(2)NH,3,(g),H,2,O(l),NH,3,H,2,O(aq),H,35.1kJmol,1,(3)HCl(g),H,2,O(l),HCl(aq,),H,72.3kJmol,1,(4)NH,3,(aq),HCl(aq,),NH,4,Cl(aq),H,52.3kJmol,1,(5)NH,4,Cl(s),2H,2,O,NH,4,Cl(aq),H,Q,则第,(5),个方程式中的反应热是,_,。,解析,考查盖斯定律的理解运用。,本题可用,“,加合法,”,，也可用,“,虚拟路径法,”,。,a,加合法,(4),(3),(2),(1),与,(5),相比较得反应热得,16.3kJmol,1,。,b,虚拟路径法,设计反应的虚拟过程,则有：,35.1kJ/mol,(,72.3kJ/mol),(,52.3kJ/mol),176kJ/mol,H,，,H,16.3kJ/mol,答案,16.3kJmol,1,点评,利用盖斯定律结合已知反应的反应热可以求解一些相关反应的反应热。解此类题关键是善于设计合理的反应过程，适当加减已知方程式及反应热。,将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要化学反应为：,C,H,2,O(g),CO,H,2,。,C(s,),、,CO(g,),和,H,2,(g),完全燃烧的热化学方程式分别为：,C(s,),O,2,(g),CO,2,(g),H,1,393.5kJmol,1,H,2,(g),O,2,(g),H,2,O(g),H,2,242.0kJmol,1,CO(g,),O,2,(g),CO,2,(g),H,3,283.0kJmol,1,试回答：,(1),请你根据以上数据，写出,C(s,),与水蒸气反应生成,CO,和,H,2,的热化学方程式：,_,。,(2),比较反应热数据可知，,1mol,CO(g,),和,1mol H,2,(g),完全燃烧放出的热量之和比,1mol,C(s,),完全燃烧放出的热量,_(,填,“,多,”,或,“,少,”,),。,甲同学据此认为：,“,煤炭燃烧时加少量水，可以使煤炭燃烧放出更多的热量。,”,乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图：,请你写出,H,1,、,H,2,、,H,3,、,H,4,之间存在的关系式：,_,。,乙同学据此认为：,“,将煤转化为水煤气再燃烧放出的热量，最多与直接燃烧煤放出的热量相同。,”,请分析：甲、乙两同学观点正确的是,_(,填,“,甲,”,或,“,乙,”,),同学，另一同学出现错误观点的原因是,_,。,(3),请分析将煤转化为水煤气再燃烧有哪些优点？,_,。,解析,(2)1mol CO,和,1mol H,2,共放热：,Q,1,242.0kJ,283.0kJ,525.0kJ,1mol C,放热,Q,2,393.5kJ,，,Q,1,Q,2,。,由于反应热只与始态和终态有关，与途径无关，所以,H,1,H,2,H,3,H,4,。,由能量守恒可知，乙同学的观点正确，因为虽然由,比较的数据得出,1mol CO,和,1mol H,2,放热比,1mol C,放热多，但甲同学违背了能量守恒，忽略了,C(s,),H,2,O(g),CO(g,),H,2,(g),为吸热反应。,(3),将煤转化为水煤气再燃烧，一方面提高了燃烧效率，另一方面减少了污染。,答案,(1)C(s),H,2,O(g),CO(g,),H,2,(g),H,131.5kJmol,1,(2),多,H,1,H,2,H,3,H,4,乙甲同学忽视了反应,C(s,),H,2,O(g),CO(g,),H,2,(g),为吸热反应,(3),将煤转化为水煤气后，一个优点是燃料更易充分燃烧，提高了燃烧效率，减少了能源的浪费；另一个优点是在燃料燃烧过程中减少了二氧化硫、粉尘与污染物的排放。,1.,依据,(1),热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项同时改变正负号，各项的化学计量数包括,H,的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。,(2),根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其,H,相加或相减，得到一个新的热化学方程式。,(3),可燃物完全燃烧产生的热量可燃物的物质的量,其燃烧热,(4),根据反应物和生成物的化学键断裂所吸收的能量，,H,反应物的化学键断裂所吸收的能量和生成物的化学键断裂所吸收的能量。,(5),根据反应物和生成物的总能量计算,H,E,生成物,E,反应物,(6),根据比热公式进行计算：,Q,cm,t,2,注意事项,(1),反应热数值与各物质的化学计量数成正比，因此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时，其反应热数值需同时做相同倍数的改变。,(2),热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热。,(3),正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。,(4),求总反应的反应热，不能不假思索地将各步反应的反应热简单相加。不论一步进行还是分步进行，始态和终态完全一致，盖斯定律才成立。某些物质只是在分步反应中暂时出现，最后应该恰好消耗完。,案例精析,【,例,2,】,25,、,101kPa,时，将,1.0g,钠跟足量的氯气反应，生成,NaCl,晶体并放出,17.87kJ,的热量，求生成,1mol,NaCl,的反应热。,解析,方法一,Na,与,Cl,2,起反应的化学方程式如下：,Na(s,),Cl,2,(g),NaCl(s,),1mol Na,反应后生成,1mol,NaCl,的摩尔质量是,23g/mol,，设生成,1mol,NaCl,的反应热为,x,。,1,0g:23g/mol,17.87kJ:,x,x,411.01kJ/mol,方法二据,Na,元素守恒，生成 的,NaCl,晶体时放出,17.87kJ,的热量。则生成,1mol,NaCl,晶体时放热,17.87kJg,1,23gmol,1,411.01kJ/mol,。,答案,411.01kJmol,1,点评,计算化合反应的反应热时，可根据化学方程式去计算或者根据元素守恒去计算。,已知下列反应的反应热：,H,3,285.8kJ/mol,试计算下述反应的反应热：,2C(s),2H,2,(g),O,2,(g),CH,3,COOH(l),解析,将,式反写为,2CO,2,(g),2H,2,O(l),CH,3,COOH(l),2O,2,(g),H,1,870.3kJ/mol,将,22C(s),2O,2,(g),2CO,2,(g),H,2,787kJ/mol,22H,2,(g),O,2,(g),2H,2,O(l),H,3,571.6kJ/mol,以上三式相加得：,2C(s),2H,2,(g),O,2,(g),CH,3,COOH(l),H,571.6kJ/mol,787kJ/mol,870.3kJ/mol,即,H,488.3kJ/mol,。,答案,反应,2C(s),2H,2,(g),O,2,(g),CH,3,COOH(l),的反应热为,488.3kJ/mol,。,点评,应用盖斯定律计算反应热时应注意：,热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。,热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反应热也随之相加减。,将一个热化学方程式左右颠倒时，,H,的,“,”“,”,号必须随之改变。,某液化石油气由丙烷和丁烷组成，其质量分数分别为,80%,和,20%,。它们燃烧的热化学方程式分别为：,C,3,H,8,(g),5O,2,(g),3CO,2,(g),4H,2,O(g),H,2200kJmol,1,2C,4,H,10,(g),13O,2,(g),8CO,2,(g),10H,2,O(g),H,5800kJmol,1,有一质量为,0.8kg,、容积为,4.0L,的铝壶，将一壶,20,的水烧开需消耗该液化石油气,0.056 kg,。试计算该燃料的利用率。已知水的比热容为,4.2kJ/(kg,),，铝的比热为,0.88kJ/(kg,),。,解析,由热化学方程式可知，,1mol C,4,H,10,燃烧放热,2900kJ,。,0.056kg,液化石油气完全燃烧放出的热量为：,将水烧开所需热量为：,Q,cm(t,t,0,),4.2,4,0.88,0.8,(100,20),1400(kJ),答案,50%,点评,求解时应用了反应热与物理学热容知识的关系，解题的关键是不要遗漏铝壶升温时要吸收热量。,已知热化学方程式：,C(s,),O,2,(g),CO,2,(g),H,393.5kJmol,1,CaCO,3,(g),CaO(s,),CO,2,(s),H,178.2kJmol,1,若要将,1t,碳酸钙煅烧成生石灰，求理论上需要不含杂质的焦炭的质量。,解析,碳酸钙分解所需要的能量由焦炭的燃烧提供。首先求出,1t,碳酸钙分解需要吸收的热量,x,，然后计算多少焦炭燃烧放出的热量为,x,。,设煅烧,1t CaCO,3,需热量为,x,：,CaCO,3,(s),CaO(s,),CO,2,(g),H,178.2kJmol,1,100g,178.2kJ,1,10,6,g,x,解得：,x,178.2,10,4,kJ,。,设要燃烧放出,178.2,10,4,kJ,的能量，需焦炭的质量为,m,(,假设焦炭完全燃烧,),：,C(s,),O,2,(g),CO,2,(g),H,393.5kJmol,1,12g,393.5kJ,m,178.2,10,4,kJ,解得,m,54.3,10,3,g,，故需焦炭,54.3kg,。,答案,54.3kg,人类能源的新希望,可燃冰的学名为,“,天然气水合物,”,，是天然气在,0,和,30,个大气压的作用下结晶而成的,“,冰块,”,。,“,冰块,”,里甲烷占,80%,99.9%,，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多。西方学者称其为,“,21,世纪能源,”,或,“,未来能源,”,。,1,立方米可燃冰可转化为,164,立方米的天然气和,0.8,立方米的水。科学家估计，海底可燃冰分布的范围约,4000,万平方千米，占海洋总面的,10%,，海底可燃冰可供人类使用,1000,年。,随着研究和勘测调查的深入，世界各国的海洋中发现的可燃冰逐渐增加，,1993,年海底发现,57,处，,2001,年增加到,88,处。据探查估算，美国东南海岸外的布莱克海岭，可燃冰资源量多达,180,亿吨，可满足美国,105,年的天然气消耗；日本海及其周围可燃冰资源可供日本使用,100,年以上。据专家估计，全世界石油总储量在,2700,亿吨到,6500,亿吨之间。按照目前的消耗速度，再有,50,60,年，全世界的石油资源将消耗殆尽。可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到了新的希望。,【,例,】,据报道，我国南海海底发现巨大的,“,可燃冰,”,带，能源总量估计相当于我国石油总量的一半；而我国东海,“,可燃冰,”,的蕴藏量也很可观,“,可燃冰,”,的主要成分是一水合甲烷晶体,(CH,4,H,2,O),。请结合所学化学知识回答下列问题：,(1),下列说法中正确的是,(,填序号,)_,。,A,CH,4,H,2,O,晶体中水是溶剂,B,CH,4,H,2,O,的组成元素有三种,C,CH,4,H,2,O,中,CH,4,和,H,2,O,的质量比为,1:1,D,“,可燃冰,”,能燃烧，说明水具有可燃性,E,“,可燃冰,”,有可能成为人类未来的重要能源,F,“,可燃冰,”,是一种比较洁净的能源,G,“,可燃冰,”,提供了水可能变成油的例证,H,“,可燃冰,”,的主要可燃成分是甲烷,(2),可燃冰的发现为我国在新世纪使用高效能源开辟了广阔的前景。你认为能开发利用的新能源还有,(,至少填写两种,)_,、,_,。,解析,(1),溶剂是能够溶解其他物质的物质，溶剂与溶质间没有固定的组成，而,CH,4,H,2,O,的组成固定，故,A,项不正确。,CH,4,中含,C,、,H,两种元素，,H,2,O,中含有,H,、,O,两种元素，故,CH,4,H,2,O,由,C,、,H,、,O,三种元素组成，,B,项正确，,CH,4,H,2,O,分子中,CH,4,与,H,2,O,的物质的量之比为,1,1,，而其相对分子质量不等，则,C,项不正确。,CH,4,H,2,O,可燃是由于能分解产生,CH,4,，故,D,项不正确。,H,2,O,是不可能变成油的，故,G,项不正确。,(2),新能源是指以新技术为基础，系统开发利用的能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、氢能源等。,答案,(1)BEFH,(2),太阳能潮汐能,(,或水能、风能、核能、地热能、氢能等,),</p>