2019-2020年高中化學(xué)第一章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)第3課時(shí)學(xué)案魯科版.doc

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2019-2020年高中化學(xué)第一章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)第3課時(shí)學(xué)案魯科版 ■精準(zhǔn)定位——學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)航 1.理解蓋斯定律的含義。 2.能運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算化學(xué)反應(yīng)中的焓變。 3.通過蓋斯定律的應(yīng)用，體會(huì)其在科學(xué)研究中的意義。 ■自主梳理—基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)航 一、蓋斯定律 1.內(nèi)容 無論化學(xué)反應(yīng)是一步完成還或是_______完成，其反應(yīng)熱是_______?；蛘哒f，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與體系的_________和______有關(guān)，而與反應(yīng)的______無關(guān)。 2.在科學(xué)研究中的意義 有些反應(yīng)進(jìn)行的很慢，有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生，有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純（有副反應(yīng)發(fā)生），這給測定反應(yīng)熱造成了困難。此時(shí)如果應(yīng)用蓋斯定律，就可以__________。 3.蓋斯定律的應(yīng)用 利用蓋斯定律可以 二、反應(yīng)熱的計(jì)算 反應(yīng)熱計(jì)算的主要依據(jù)是_____________的數(shù)據(jù)。 問題思考 ？為什么化學(xué)反應(yīng)中的焓變與化學(xué)反應(yīng)過程無關(guān)？ 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(yīng)熱計(jì)算出來 3、計(jì)算某些不能直接測定出來的反應(yīng)熱 二、熱化學(xué)方程式、蓋斯定律和燃燒熱 問題思考參考答案 化學(xué)反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒和能量守恒。在指定的狀態(tài)下，各種物質(zhì)的焓值都是確定且唯一的，因此反應(yīng)不論是一步完成，還是分幾步完成，最初的反應(yīng)物和最終的產(chǎn)物都是一樣的。反應(yīng)物和產(chǎn)物的焓的差值都是一樣的。 ★【課堂探究導(dǎo)學(xué)】 ■合作探究-名師保駕護(hù)航 探究一：計(jì)算焓變的常見方法 1.根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算 其計(jì)算方法與根據(jù)一般方程式計(jì)算相似，可以把△H看成方程式內(nèi)的一項(xiàng)進(jìn)行處理，反應(yīng)的焓變與參加的各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比。 2.根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算步驟是： （1）確定待求的反應(yīng)方程式 （2）找出待求方程式中各物質(zhì)出現(xiàn)在已知方程式的什么位置 （3）根據(jù)未知方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)和位置的需要對已知方程式進(jìn)行處理，或調(diào)整化學(xué)計(jì)量數(shù)，或調(diào)整反應(yīng)方向 （4）疊加并檢驗(yàn)上述分析的正確與否。 『特別提醒』運(yùn)用蓋斯定律求反應(yīng)焓變，必要時(shí)可先根據(jù)題意虛擬轉(zhuǎn)化過程，然后再根據(jù)蓋斯定律列式求解，同時(shí)注意正、逆反應(yīng)的焓變數(shù)值相等，符號相反。 探究二：反應(yīng)熱大小的比較方法 依據(jù) 比較方法 實(shí)例 反應(yīng)物 的本質(zhì) 等物質(zhì)的量的不同物質(zhì)與同一種物質(zhì)反應(yīng)時(shí)，性質(zhì)不同其反應(yīng)熱不同 如等物質(zhì)的量的不同金屬或非金屬與同一物質(zhì)反應(yīng)，金屬、非金屬越活潑反應(yīng)越容易發(fā)生，放出的熱量就越多，ΔH越小 反應(yīng)進(jìn)行的程度 對于多步反應(yīng)的放熱反應(yīng)，反應(yīng)越完全，則放熱越多。對于可逆反應(yīng)，若正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)程度越大，反應(yīng)放出的熱量越多，ΔH越??；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(yīng)，當(dāng)N2轉(zhuǎn)化60%時(shí)比轉(zhuǎn)化50%放出的熱量多，ΔH小 反應(yīng)規(guī)律和影響ΔH大小的因素 （1）吸熱反應(yīng)的ΔH肯定比放熱反應(yīng)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(chǎn)物比氣態(tài)產(chǎn)物放出的熱量多 蓋斯定律 依據(jù)蓋斯定律，對熱化學(xué)方程式進(jìn)行相加減，即得ΔH相加減的計(jì)算式，依據(jù)相加減得到的化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)判斷相加減的ΔH計(jì)算式與零的關(guān)系，即判斷ΔH的大小 『特別提醒』ΔH的符號、數(shù)值和單位屬于一個(gè)整體，不能隨意分割，在比較兩個(gè)熱化學(xué)方程式中的ΔH的大小時(shí)，比的是其代數(shù)和，要帶正、負(fù)號進(jìn)行比較；在比較兩個(gè)反應(yīng)熱效應(yīng)的大小時(shí)，應(yīng)取ΔH的絕對值進(jìn)行比較。 ■典例剖析-名師釋疑助航 【例1】試?yán)?98K時(shí)下述反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算此溫度下 C（s，石墨）+O2（g）=CO（g）的反應(yīng)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(shè)此反應(yīng)分兩步進(jìn)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(yīng)相加得總反應(yīng)為： C（s，石墨）+O2（g）=CO（g） △H3 = ？ 根據(jù)蓋斯定律，△H3 =△H1 + △H2 ′ =—393.5kJ?mol—1 + 283.0kJ?mol—1 =—110.5kJ?mol—1 【變式訓(xùn)練1】下列各組熱化學(xué)方程式中，化學(xué)反應(yīng)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(shí)放出熱量121 kJ，且氧氣中1 mol O=O鍵完全斷裂時(shí)吸收熱量496 kJ，水蒸氣中1 mol H—O鍵形成時(shí)放出熱量463 kJ，則氫氣中1 mol H—H鍵斷裂時(shí)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(shí)放出熱量121 kJ ,轉(zhuǎn)換成熱化學(xué)方程式為： H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H= －121 kJmol-1進(jìn)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(shí)吸收熱量為x ΔH=E（反應(yīng)物的鍵能總和）—E（生成物的鍵能總和）=（x+）—2463= －242 ，x= +436 【變式訓(xùn)練2】在氫氣與氯氣反應(yīng)生成氯化氫氣體的反應(yīng)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(yīng)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(jù)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(xùn)練3】下列關(guān)于熱化學(xué)反應(yīng)的描述中正確的是 A．HCl和NaOH反應(yīng)的中和熱ΔH＝－57.3 kJmol－1，則H2SO4和Ca(OH)2反應(yīng)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(yīng)的ΔH＝2283.0 kJmol－1 C．需要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng) 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(xùn)練解析及答案 【變式訓(xùn)練1】 答案：C 解析：①碳的燃燒反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH<0；等質(zhì)量的碳完全燃燒生成二氧化碳時(shí)放出的熱量比不完全燃燒生成一氧化碳時(shí)放出的熱量多，放熱越多，ΔH越小，ΔH1<ΔH2 。 ②等質(zhì)量的氣態(tài)硫單質(zhì)完全燃燒生成二氧化硫時(shí)放出的熱量比固態(tài)硫單質(zhì)完全燃燒生成二氧化硫時(shí)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(zhì)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(yīng)，ΔH>0；氧化鈣溶于水是放熱反應(yīng)，ΔH<0, ΔH8<ΔH7 。綜上所述：選擇②③④。 【變式訓(xùn)練2】 答案：185kJ 解析：在氯氣中充分燃燒1mol H2 時(shí)，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(shí)會(huì)形成2molH—Cl，放出864KJ的能量，吸收和放出能量相抵，仍會(huì)放出185KJ的能量。 【變式訓(xùn)練3】 答案：B 解析：中和熱是指強(qiáng)酸強(qiáng)堿生成1molH2O放出的熱量，A錯(cuò)；吸熱反應(yīng)也不一定都需要加熱，C錯(cuò)；燃燒熱是指1mol物質(zhì)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(cuò)。 ■備選例題 1. 白磷與氧可發(fā)生如下反應(yīng)：P4+5O2=P4O10 。已知斷裂下列化學(xué)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(jù)圖示的分子結(jié)構(gòu)和有關(guān)數(shù)據(jù)估算該反應(yīng)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(yīng)物的鍵能總和）—E（生成物的鍵能總和）=（6a+5d－4c－12b）kJmol-1 2．化學(xué)反應(yīng)N2＋3H2 ＝ 2NH3的能量變化如下圖所示，該反應(yīng)的熱化學(xué)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(jù)圖示信息得出如下熱化學(xué)反應(yīng)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(yīng)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(xué)方程式： N2(g)＋3H2(g) ＝ 2NH3(l)； ⊿H ＝ 2(a—b—c)kJmol－1 ，A選項(xiàng)正確。 N2(g)＋3H2(g) ＝ 2NH3(g) ； ⊿H ＝ 2(a—b)kJmol－1 ，B選項(xiàng)錯(cuò)誤。 N2(g)＋H2(g) ＝ NH3(l) ； ⊿H ＝(a—b—c)kJmol－1 ，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。 N2(g)＋H2(g) ＝NH3(g) ； ⊿H ＝ (a—b)kJmol－1 ，D選項(xiàng)錯(cuò)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(xué)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(xué)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(xué)素材 反應(yīng)熱計(jì)算的一題多解 化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算主要以熱化學(xué)方程式、蓋斯定律、燃燒熱等的相關(guān)知識(shí)為理論基礎(chǔ)。進(jìn)行反應(yīng)熱計(jì)算的常用方法有：常規(guī)計(jì)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(gè)熱化學(xué)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(shí)驗(yàn)測得H2和C3H8的混合氣體共5mol，完全燃燒時(shí)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(jì)算型選擇題，可以采取以下方法進(jìn)行求解。 方法一：常規(guī)計(jì)算法即列方程或方程組法 設(shè)混合氣中H2的物質(zhì)的量為x，則C3H8的物質(zhì)的量為5mol－x。根據(jù)題意， 列方程為：285.8kJ/molx＋2220.0kJ/mol（5mol－x） 解得H2的物質(zhì)的量 x = 3.75 mol ；C3H8的物質(zhì)的量為5mol－3.75mol=1.25mol。混合氣體中H2與C3H8的體積比即物質(zhì)的量之比為3：1，選B。 小結(jié)：以常規(guī)方法進(jìn)行計(jì)算求解，思路直接，便于理解，為我們解題時(shí)的首選方法，但是由于一般需要列方程，步驟煩瑣，計(jì)算量較大，因此在解計(jì)算型選擇題時(shí)盡量避免使用。現(xiàn)提供以下方法進(jìn)行巧解。 方法二：估算排除法 因?yàn)镃3H8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(gè)選項(xiàng)中只有B選項(xiàng)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(shí)已經(jīng)滲透了極限思維的解題模式。