2019-2020年高三化學(xué)教材教案燃燒熱和中和熱.doc

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2019-2020年高三化學(xué)教材教案燃燒熱和中和熱 　　[重點難點] 　　1．理解燃燒熱的概念，利用熱化學(xué)方程式進行有關(guān)燃燒熱的計算。 　　2．理解中和熱的概念，熟練寫出稀溶液中強酸與強堿中和反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。 　　[知識講解] 　　一、燃燒熱 　　在101kPa時，1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱。燃燒熱是反應(yīng)熱的一種。 　　燃燒熱所涉及的燃燒反應(yīng)是指可燃物在氧氣中充分燃燒的狹義燃燒，像H2在Cl2中燃燒不屬于燃燒熱的范疇，但屬于反應(yīng)熱的范疇。 　　“生成穩(wěn)定的氧化物”的兩層涵義：①指燃燒產(chǎn)物不能再燃燒（如生成CO2、H2O、SO2、N2等）；②是生成物的聚集狀態(tài)在燃燒熱測定條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，一般燃燒熱常用298K時數(shù)據(jù)，如H2的燃燒熱是指1mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量。 　　燃燒熱的計算標(biāo)準(zhǔn)是以可燃物為1mol來進行測量和計算的，因此在計算燃燒熱時，熱化學(xué)方程式里的化學(xué)計量數(shù)常常出現(xiàn)分?jǐn)?shù)。 　　二、中和熱 　　在稀溶液中，酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O，這時的反應(yīng)熱叫做中和熱，中和熱也是反應(yīng)熱的一種。 　　強酸和強堿在稀溶液中的中和反應(yīng)實質(zhì)是H+(aq)+OH-(aq)=H2O(1)；△H= －57.3kJmol-1 　　中和熱的標(biāo)準(zhǔn)是以生成1molH2O所放出的熱量來衡量的。 　　弱酸或者弱堿在稀溶液中發(fā)生中和反應(yīng)時，由于弱電解質(zhì)的電離需要吸收更多的熱量，它們的中和熱一般低于57.3kJmol-1；而如果是濃硫酸與堿反應(yīng)，則由于濃硫酸溶解時表現(xiàn)為放熱，則它們的中和熱要高于上值。 　　三、使用化石燃料的利弊和新能源的開發(fā) 　　1．燃料 　　廣義地講，能夠發(fā)生燃燒反應(yīng)放出熱量的物質(zhì)都可稱為燃料。 　　2．化石燃料 　　煤、石油、天然氣是當(dāng)今世界上重要的化石燃料。 　　3．煤作燃料的利弊 　?。?）從化學(xué)的角度來看，煤雖然燃燒發(fā)熱量高，但燃燒反應(yīng)速率小，熱量利用效率低，且煤是重要的化工原料，把煤作燃料簡單燒掉不僅會產(chǎn)生SO2等有毒氣體和煙塵，且太浪費資源。 　　（2）從資源、環(huán)境的角度來看，煤是我國儲量最多的能源資源，應(yīng)充分利用該資源為國家建設(shè)服務(wù)，但煤的形成需經(jīng)數(shù)億年的時間，屬于不可再生的資源，用一些就少一些，且大量開采雖成本較低，但會造成地面塌陷。煤的直接燃燒是一種低效的利用，對環(huán)境還會造成污染。 　?。?）從綜合經(jīng)濟效益角度來分析，通過清潔煤技術(shù)，如煤的液化和氣化，以及實行煙氣凈化脫硫等，大大減少燃燒煤對環(huán)境的污染，提高煤燃燒的熱利用率。 　　4．新能源開發(fā) 　?。?）新能源特點：資源豐富、可再生，對環(huán)境無污染或很少污染。 　?。?）最有希望的新能源：太陽能、燃料電池、風(fēng)能和氫能等。 　?。?）我國調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)方向是降低燃煤、節(jié)約油氣、加快開發(fā)水電、核電和新能源。 　　[解題能力培養(yǎng)] 　　1．燃燒熱的有關(guān)計算 　　例1．在101kPa時，完全燃燒1g甲烷氣體，生成液態(tài)水和二氧化碳氣體并能放出55.6kJ的熱量，計算CH4的燃燒熱并寫出熱化學(xué)方程式；若完全燃燒5mol甲烷氣體，能放出多少熱量？ 　　[分析]1g甲烷的物質(zhì)的量為 mol，完全燃燒 molCH4(g)能放出55.6kJ的熱量，則完全燃燒1molCH4(g)能放出55.6kJ16=889.6kJ的熱量，即CH4的燃燒熱為889.6kJmol-1，故其熱化學(xué)方程式為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)；△H= －889.6kJmol-1。若完全燃燒5mol甲烷，同放出的熱量為889.6kJmol-15mol=4448kJ。 　　[解]甲烷的燃燒熱為889.6kJmol-1 　　CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)；△H= －889.6kJmol-1，完全燃燒5mol甲烷氣體放出熱量4448kJ。 　　例2．在101kPa時，完全燃燒一定量的丁烷氣體放出的熱量為QkJ，經(jīng)測定完全吸收它生成的CO2(g)需消耗5molL-1的KOH(aq)100mL恰好生成正鹽，求丁烷的燃燒熱，并寫出熱化學(xué)方程式。 　　[分析]解決本例題的關(guān)鍵是找出已知量和未知量之間的關(guān)系式。由C4H10(g)～4CO2及CO2(g)～2KOH(aq)，可得C4H10(g)～8KOH(aq)的關(guān)系，本題中消耗KOH的物質(zhì)的量為5molL-10.1L=0.5mol。假設(shè)1molC4H10(g)完全燃燒放出熱量為QkJ，則： 　　C4H10(g)　 ～　 8KOH(aq) ； 放熱 　　1mol　　　　 　　8mol　　　 QkJ 　　　　　　　　　　0.5mol　　　 QkJ 　　解之得 Q= =16QkJ 　　[解] 丁烷的燃燒熱為16QkJmol-1，C4H10(g)+ O2= 4CO2(g)+5H2O(1)； △H= －16QkJmol-1 　　例3．已知2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)；△H=－571.6kJmol-1，C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(1)；△H=－2220kJmol-1。設(shè)有氫氣和丙烷的混合氣體5mol，完全燃燒時放出熱量為3847kJ，則混合氣體中氫氣與丙烷的體積比是（　 ） 　　A．1∶3　 B．3∶1　　 C．1∶4　　 D．1∶1 　　[分析] 本題為涉及燃燒熱和混合物計算問題，常規(guī)解法可設(shè)混合氣體中氫氣和丙烷分別為xmol和ymol，由燃燒的熱化學(xué)方程式可知H2的燃燒熱為285.8kJmol-1，則可得下列方程式：x+y=5 ①285.8 kJmol-1xmol+2220kJmolymol=3847kJ②聯(lián)立解得：x=3.75(mol); y=1.25(mol)。因而合適答案為B。 　　混合物計算的另一種常規(guī)思維方法是平均值法——十字交叉法，即將5mol混合氣看作某純凈氣體，該氣體的平均燃燒熱為：3847kJ/5mol=769.4 kJmol-1，有： 　　 　　得V(H2)∶V(C3H8)=1450.6∶483.6=3∶1 　　答案： B 　　2．中和熱 　　例4．由于實驗測得當(dāng)1L1molL-1的稀鹽酸跟1L1molL-1的NaOH溶液起中和反應(yīng)時，放出的熱量為57.3kJ，因此當(dāng)1L1molL-1的醋酸和1L1molL-1的NH3H2O完全反應(yīng)，放出的熱量也必然是57.3kJ。上述敘述是否正確？為什么？ 　　[分析] 所謂中和熱，就是在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1mol水的反應(yīng)熱 ，對于鹽酸和氫氧化鈉來說，它們分別是強酸與強堿，因此57.3kJ是強酸與強堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol水時放出熱量。對于醋酸和NH3H2O來說，它們分別為弱酸、弱堿，它們在溶液中僅是部分電離，但由于弱酸、弱堿的電離是個吸熱過程，且生成的醋酸銨它是弱酸弱堿鹽，在溶液中要水解，水解反應(yīng)也是一個吸熱過程，因此當(dāng)1L1molL-1的醋酸和1L1molL-1的NH3H2O恰好完全反應(yīng)時放出的熱量一般情況下總是小于57.3kJ。故題中的敘述是錯誤的。 　　例5．50mL0.50 molL-1鹽酸和50mL 0.55 molL-1燒堿溶液在如圖所示的裝置中進行中和反應(yīng)，通過測定反應(yīng)過程所放出的熱量可計算中和熱，回答下列問題： 　?。?）實驗裝置上看，圖中尚缺少一種玻璃儀器是________________。 　?。?）燒杯間填滿碎紙屑的作用是____________________________。 　　（3）大燒杯和不蓋硬紙板，求得的中和熱數(shù)值將_____________（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）。 　?。?）實驗中改用60mL 0.50 molL-1的鹽酸跟50mL 0.50 molL-1的燒堿溶液進行上述反應(yīng)，與上述實驗相比，所放出的熱量_____________（填“相等”或“不等”），所示的中和熱________________，（填“相等”或“不等”），簡述理由：__________________________________ ______________________________________。 ?。?）若三次平行操作測得數(shù)據(jù)中起始時鹽酸與燒堿溶液平均溫度相同，而終止溫度與起始溫度差t2-t1分別為①2.3℃②2.4℃③2.9℃，則最終代入計算式的溫差均值為______________℃。 　　 　　[分析] 作為量熱器的儀器裝置，至少需要測量溫度的儀器——溫度計，且其保溫隔熱的效果一定要好。因此在燒杯間填滿碎紙屑以利于保溫、隔熱，減少熱量損失；并用紙板蓋住燒杯以防止對流散熱，減小誤差，否則由于熱量散失未能全部用于升高混合液溫度，最后將導(dǎo)致根據(jù)△H= 　kJmol-1求算時，由于t2偏小而導(dǎo)致△H偏大，即中和熱的值偏小。對于第（4）問則由于反應(yīng)液體積不同造成熱量不同，但因生成H2O的物質(zhì)的量相等，故所示中和熱相同，第（5）問涉及了定量實驗中數(shù)據(jù)處理的常識，一般來說，定量實驗總要平行操作多次，取測量值的平均值代入計算以減小誤差，但還應(yīng)注意如果某個測量值離平均值相等較大，則可能在取得該值的操作中存在較嚴(yán)重的失誤，應(yīng)舍去。 　[解]（1）帶0.1分刻度的溫度計（2）減少實驗過程中放出熱量的損失（3）偏小（4）不等，相等（5）2.35