2019-2020年高中化學第一章化學反應與能量轉化第一節(jié)化學反應的熱效應第3課時學案魯科版.doc

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2019-2020年高中化學第一章化學反應與能量轉化第一節(jié)化學反應的熱效應第3課時學案魯科版 ■精準定位——學習目標導航 1.理解蓋斯定律的含義。 2.能運用蓋斯定律計算化學反應中的焓變。 3.通過蓋斯定律的應用，體會其在科學研究中的意義。 ■自主梳理—基礎知識導航 一、蓋斯定律 1.內容 無論化學反應是一步完成還或是_______完成，其反應熱是_______。或者說，化學反應的反應熱只與體系的_________和______有關，而與反應的______無關。 2.在科學研究中的意義 有些反應進行的很慢，有些反應不容易直接發(fā)生，有些反應的產品不純（有副反應發(fā)生），這給測定反應熱造成了困難。此時如果應用蓋斯定律，就可以__________。 3.蓋斯定律的應用 利用蓋斯定律可以 二、反應熱的計算 反應熱計算的主要依據是_____________的數據。 問題思考 ？為什么化學反應中的焓變與化學反應過程無關？ 自主梳理參考答案 一、1、幾步 相等的 始態(tài) 終態(tài) 過程 2、間接地把反應熱計算出來 3、計算某些不能直接測定出來的反應熱 二、熱化學方程式、蓋斯定律和燃燒熱 問題思考參考答案 化學反應遵循質量守恒和能量守恒。在指定的狀態(tài)下，各種物質的焓值都是確定且唯一的，因此反應不論是一步完成，還是分幾步完成，最初的反應物和最終的產物都是一樣的。反應物和產物的焓的差值都是一樣的。 ★【課堂探究導學】 ■合作探究-名師保駕護航 探究一：計算焓變的常見方法 1.根據熱化學方程式計算 其計算方法與根據一般方程式計算相似，可以把△H看成方程式內的一項進行處理，反應的焓變與參加的各物質的物質的量成正比。 2.根據蓋斯定律進行計算 計算步驟是： （1）確定待求的反應方程式 （2）找出待求方程式中各物質出現在已知方程式的什么位置 （3）根據未知方程式中各物質的化學計量數和位置的需要對已知方程式進行處理，或調整化學計量數，或調整反應方向 （4）疊加并檢驗上述分析的正確與否。 『特別提醒』運用蓋斯定律求反應焓變，必要時可先根據題意虛擬轉化過程，然后再根據蓋斯定律列式求解，同時注意正、逆反應的焓變數值相等，符號相反。 探究二：反應熱大小的比較方法 依據 比較方法 實例 反應物 的本質 等物質的量的不同物質與同一種物質反應時，性質不同其反應熱不同 如等物質的量的不同金屬或非金屬與同一物質反應，金屬、非金屬越活潑反應越容易發(fā)生，放出的熱量就越多，ΔH越小 反應進行的程度 對于多步反應的放熱反應，反應越完全，則放熱越多。對于可逆反應，若正反應是放熱反應，反應程度越大，反應放出的熱量越多，ΔH越小；反之亦然。 （1）碳完全燃燒生成CO2放出的熱量比不完全燃燒放出生成的CO放出的熱量多 （2）對于合成氨的反應，當N2轉化60%時比轉化50%放出的熱量多，ΔH小 反應規(guī)律和影響ΔH大小的因素 （1）吸熱反應的ΔH肯定比放熱反應的大 （2）2molH2完全燃燒放出的熱量肯定比1molH2完全燃燒放出的熱量多 （3）等量的碳完全燃燒生成CO2放出的熱量肯定比不完全燃燒生成的CO放出的熱量多 （4）生成同一種液態(tài)產物比氣態(tài)產物放出的熱量多 蓋斯定律 依據蓋斯定律，對熱化學方程式進行相加減，即得ΔH相加減的計算式，依據相加減得到的化學反應的特點判斷相加減的ΔH計算式與零的關系，即判斷ΔH的大小 『特別提醒』ΔH的符號、數值和單位屬于一個整體，不能隨意分割，在比較兩個熱化學方程式中的ΔH的大小時，比的是其代數和，要帶正、負號進行比較；在比較兩個反應熱效應的大小時，應取ΔH的絕對值進行比較。 ■典例剖析-名師釋疑助航 【例1】試利用298K時下述反應的實驗數據，計算此溫度下 C（s，石墨）+O2（g）=CO（g）的反應焓變。 C（s，石墨）+ O2（g）= CO2（g） △H1 = —393.5kJ?mol—1 CO （g） + O2（g）= CO2（g） △H2 = —283.0kJ?mol—1 答：298KC（s，石墨）+O2（g）=CO（g）的△H為—110.5kJ?mol—1。 『解題思路』設此反應分兩步進行： 第一步：C（s，石墨）+ O2（g）= CO2（g） △H1 = —393.5kJ?mol—1 第二步：CO2（g）= CO （g） + O2（g）△H2 ′= —△H2 = 283.0kJ?mol—1 將上述兩步反應相加得總反應為： C（s，石墨）+O2（g）=CO（g） △H3 = ？ 根據蓋斯定律，△H3 =△H1 + △H2 ′ =—393.5kJ?mol—1 + 283.0kJ?mol—1 =—110.5kJ?mol—1 【變式訓練1】下列各組熱化學方程式中，化學反應的ΔH前者大于后者的是 （ ） ① C(s)+O2(g)=CO2(g) ；ΔH1 C(s)+ O2(g)=CO(g) ；ΔH2 ② S(s)+O2(g)=SO2(g) ；ΔH3 S(g)+ O2(g)=SO2(g) ；ΔH4 ③ H2(g)+ O2(g)=H2O(l) ；ΔH5 2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) ；ΔH6 ④ CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(s)；ΔH7 CaO(s)+ H2O(l)= Ca(OH)2(s) ；ΔH8 A．① B．④ C．②③④ D．①②③ 【例2】已知1 g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121 kJ，且氧氣中1 mol O=O鍵完全斷裂時吸收熱量496 kJ，水蒸氣中1 mol H—O鍵形成時放出熱量463 kJ，則氫氣中1 mol H—H鍵斷裂時吸收熱量為 A．920 kJ B．557 kJ C．436 kJ D．188kJ 『答案』C 『解析』1 g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121 kJ ,轉換成熱化學方程式為： H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H= －121 kJmol-1進一步變換為： H2(g)+ O2(g)= H2O(g) △H= －242 kJmol-1 氫氣中1 mol H—H鍵斷裂時吸收熱量為x ΔH=E（反應物的鍵能總和）—E（生成物的鍵能總和）=（x+）—2463= －242 ，x= +436 【變式訓練2】在氫氣與氯氣反應生成氯化氫氣體的反應中，若斷裂1mol H - H鍵要吸收436KJ的能量，斷裂1mol Cl- Cl鍵要吸收243KJ的能量，斷裂1molH—Cl鍵要吸收432KJ的能量，則在氯氣中充分燃燒1mol H2 的能量變化是 。 【例3】已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(1)的燃燒熱分別是-285.8 kJmol-1、-1411.0 kJmol-1和-1366.8 kJ mol-1，則由C2H4(g)和H2O(l)反應生成C2H5OH(l)的△H為 （ ） A．-44.2 kJmol-1 B．+44.2 kJmol-1 C．-330 kJmol-1 D．+330 kJmol-1 『答案』A 『解析』根據題意得出C2H4(g)的燃燒熱方程式： C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) ⊿H=-1411.0 kJmol-1 ----------------------------------------------（1）式 C2H5OH(1)的燃燒熱方程式： C2H5OH(1) +3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ⊿H= -1366.8 kJ mol-1---------------------------------------------（2）式 （2）式變換為：2CO2(g)+3H2O(l) = C2H5OH(1) +3O2(g) ⊿H= +1366.8 kJ mol-1 -----------------------（3）式 （1）式和（3）式疊加，得到： C2H4(g)+H2O(l)→C2H5OH(l) △H= -1411.0 kJmol-1 +1366.8 kJ mol-1 = -44.2 kJmol-1 【變式訓練3】下列關于熱化學反應的描述中正確的是 A．HCl和NaOH反應的中和熱ΔH＝－57.3 kJmol－1，則H2SO4和Ca(OH)2反應的中和熱ΔH＝2(－57.3)kJmol－1 B．CO(g)的燃燒熱是283.0 kJmol－1，則2CO2(g) ＝2CO(g)＋O2(g)反應的ΔH＝2283.0 kJmol－1 C．需要加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應 D．1 mol甲烷燃燒生成氣態(tài)水和二氧化碳所放出的熱量是甲烷燃燒熱 變式訓練解析及答案 【變式訓練1】 答案：C 解析：①碳的燃燒反應是放熱反應，ΔH<0；等質量的碳完全燃燒生成二氧化碳時放出的熱量比不完全燃燒生成一氧化碳時放出的熱量多，放熱越多，ΔH越小，ΔH1<ΔH2 。 ②等質量的氣態(tài)硫單質完全燃燒生成二氧化硫時放出的熱量比固態(tài)硫單質完全燃燒生成二氧化硫時放出的熱量多，放出的熱量越多，ΔH越小，ΔH4<ΔH3 。 ③都生成液態(tài)水的前提下，氫氣的質量越大，放出的熱量越多，ΔH越小，ΔH6<ΔH5 。 ④碳酸鈣受熱分解是吸熱反應，ΔH>0；氧化鈣溶于水是放熱反應，ΔH<0, ΔH8<ΔH7 。綜上所述：選擇②③④。 【變式訓練2】 答案：185kJ 解析：在氯氣中充分燃燒1mol H2 時，要先破壞1mol的H—H鍵和1mol的Cl—Cl鍵，此過程是需要吸收679kJ的能量；在氯氣中充分燃燒1mol H2 時會形成2molH—Cl，放出864KJ的能量，吸收和放出能量相抵，仍會放出185KJ的能量。 【變式訓練3】 答案：B 解析：中和熱是指強酸強堿生成1molH2O放出的熱量，A錯；吸熱反應也不一定都需要加熱，C錯；燃燒熱是指1mol物質燃燒生成穩(wěn)定化合物放出的熱量，液態(tài)的水是穩(wěn)定的，D錯。 ■備選例題 1. 白磷與氧可發(fā)生如下反應：P4+5O2=P4O10 。已知斷裂下列化學鍵需要吸收的能量分別為：P—P a kJmol—1.P—O b kJmol—1.P=O c kJmol—1.O=O d kJmol—1。 根據圖示的分子結構和有關數據估算該反應的△H，其中正確的是 A．（6a+5d－4c－12b）kJmol-1 B．（4c+12b－6a－5d）kJmol-1 C．（4c+12b－4a－5d）kJmol-1 D．（4a+5d－4c－12b）kJmol-1 答案：A 解析：1mol白磷（P4）分子中含有6mol P—P 鍵，5mol O2中含有5mol O=O鍵，1mol P4O10中含有4 mol P=O鍵和12 mol P—O鍵 ；P—P a kJmol—1、P—O b kJmol—1、P=O c kJmol—1、O=O d kJmol—1 。 P4+5O2=P4O10 ；ΔH=E（反應物的鍵能總和）—E（生成物的鍵能總和）=（6a+5d－4c－12b）kJmol-1 2．化學反應N2＋3H2 ＝ 2NH3的能量變化如下圖所示，該反應的熱化學方程式是 A．N2(g)＋3H2(g) ＝ 2NH3(l)；⊿H ＝ 2(a—b—c)kJmol－1 B．N2(g)＋3H2(g) ＝ 2NH3(g) ；⊿H ＝ 2(b—a)kJmol－1 C．N2(g)＋H2(g) ＝ NH3(l) ；⊿H ＝ (b＋c—a)kJmol－1 D．N2(g)＋H2(g) ＝NH3(g) ；⊿H ＝ (a＋b)kJmol－1 解析：根據圖示信息得出如下熱化學反應式： mol N2(g)＋ mol H2(g) ＝ 1mol N +3mol H ⊿E=a kJ （1）式 1mol NH3(g)= 1mol N +3mol H ⊿E= b kJ （2）式 1mol NH3(l)= 1mol NH3(g) ⊿E= c kJ（3）式 （2）式變換為：1mol N +3mol H =1mol NH3(g) ⊿E= —b kJ （4）式 （3）式變換為：1mol NH3(g)= 1mol NH3(l) ⊿E= —c kJ （5）式 生成1mol NH3 (l)的反應過程為： mol N2(g)＋ mol H2(g) 1mol N +3mol H1mol NH3(g) NH3(l) 。 得出如下的熱化學方程式： N2(g)＋3H2(g) ＝ 2NH3(l)； ⊿H ＝ 2(a—b—c)kJmol－1 ，A選項正確。 N2(g)＋3H2(g) ＝ 2NH3(g) ； ⊿H ＝ 2(a—b)kJmol－1 ，B選項錯誤。 N2(g)＋H2(g) ＝ NH3(l) ； ⊿H ＝(a—b—c)kJmol－1 ，C選項錯誤。 N2(g)＋H2(g) ＝NH3(g) ； ⊿H ＝ (a—b)kJmol－1 ，D選項錯誤。 3．(1)Zn(s)＋1/2O2(g) = ZnO(s)D ⊿H = －348.3 kJ/mol (2)2Ag(s)＋1/2O2(g) = Ag2O(s)；D ⊿H = －31.0 kJ/mol 則Zn(s)＋Ag2O(s) = ZnO(s)＋2Ag(s)的D⊿H 等于 （ ） A．－317.3 kJ/mol B．－379.3 kJ/mol C．－332.8 kJ/mol D．317.3 kJ/mol 答案：A 解析：1mol Zn(s)氧化的熱化學方程式為：Zn(s)＋1/2O2(g) = ZnO(s) ⊿H = －348.3 kJ/mol-------（1）式 2mol Ag(s) 氧化的熱化學方程式為：2Ag(s)＋1/2O2(g) = Ag2O(s) D ⊿H = －31.0 kJ/mol----------（2）式 （2）式的變換形式為：Ag2O(s)= 2Ag(s)＋1/2O2(g) ⊿H = +31.0 kJ/mol-----------（3）式 （1）式和（3）式疊加，得到： Zn(s)＋Ag2O(s) = ZnO(s)＋2Ag(s) ⊿H=－348.3 kJ/mol+31.0 kJ/mol= －317.3 kJ/mol ■常用教學素材 反應熱計算的一題多解 化學反應熱的計算主要以熱化學方程式、蓋斯定律、燃燒熱等的相關知識為理論基礎。進行反應熱計算的常用方法有：常規(guī)計算法即列方程或方程組法、十字交叉法、平均值法、估算法及極限思維法等等。 例題: 已知兩個熱化學方程式： H2(g)+O2 (g)＝H2O(l) △H=-285.8kJ/mol C3H8（g）+5O2（g）＝3CO2（g）+4H2O（l） △H=-2220.0kJ/mol 實驗測得H2和C3H8的混合氣體共5mol，完全燃燒時放熱3847kJ，則混合氣體中H2與C3H8的體積比是( ) A．1：3 B．3：1 C．1：4 D．1：1 答案：選B 解析: 此題屬于計算型選擇題，可以采取以下方法進行求解。 方法一：常規(guī)計算法即列方程或方程組法 設混合氣中H2的物質的量為x，則C3H8的物質的量為5mol－x。根據題意， 列方程為：285.8kJ/molx＋2220.0kJ/mol（5mol－x） 解得H2的物質的量 x = 3.75 mol ；C3H8的物質的量為5mol－3.75mol=1.25mol?；旌蠚怏w中H2與C3H8的體積比即物質的量之比為3：1，選B。 小結：以常規(guī)方法進行計算求解，思路直接，便于理解，為我們解題時的首選方法，但是由于一般需要列方程，步驟煩瑣，計算量較大，因此在解計算型選擇題時盡量避免使用。現提供以下方法進行巧解。 方法二：估算排除法 因為C3H8的燃燒熱為2220.0 kJ/mol，而兩者燃燒共放熱3847kJ，故5mol 混合氣H2和C3H8的體積比一定大于1：1，而四個選項中只有B選項符合題意。注意此法僅適用于選擇題。 方法三：十字交叉法 H2和C3H8的平均燃燒熱： 3847KJ/5mol=769.4 kJ/mol，則有 H2 285.8 1450.6 769.4 C3H8 2220.0 483.6 1450.6/483.6 = 3/1即為二者的體積之比。在此種解法中其實已經滲透了極限思維的解題模式。