2019-2020年高中化學第三冊必修+選修燃燒熱和中和熱(I).doc

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2019-2020年高中化學第三冊必修+選修燃燒熱和中和熱(I) ［引言］上節(jié)課我們主要介紹了燃燒熱的概念、計算及應用，同時了解到化石燃料對當今世界的重要性，本節(jié)課我們以我們較熟悉的煤為例，來探討以煤為燃料的利弊問題，同時認識另一種反應熱——中和熱。 ［板書］第四節(jié) 燃燒熱和中和熱（第二課時） 三、使用化石燃料的利弊 有關煤作燃料的探討 ［師］請大家參考以下論點，并利用你所查閱到的資料，從資源蘊藏、開采和運輸、資源綜合利用以及環(huán)境保護等方面，對煤作燃料的問題提出你的觀點。 ［投影給出P44有關煤的論點］ ［投影］ 討論：下面列出的是有關煤作燃料利弊問題的一些主要論點，請參考這些論點，并準備有關材料，簡要論述你對該問題的看法。 煤是我國儲量最多的能源資源，應充分利用該資源為我國的社會主義建設服務。 據有人估計，我國的煤炭儲量足夠使用幾百年。 煤的形成需經過數億年的時間，用一些就少一些，不可再生。 煤是重要的化工原料，把煤作燃料簡單燒掉太可惜，應該綜合利用。 煤是發(fā)熱量很高的固體燃料，我國煤炭資源相對比較集中，開采成本較低，用煤作燃料合算。 煤作為固體燃料，燃燒反應速率小，熱利用效率低，且運輸不方便。 煤直接燃燒時產生SO2等有毒氣體和煙塵，對環(huán)境造成嚴重污染。 可以通過清潔煤技術，如煤的液化和氣化，以及實行煙氣凈化脫硫等，大大減少燃煤對環(huán)境造成的污染，提高煤燃燒的熱利用率。 煤大量開采時，會造成地面塌陷。 ［學生分組討論，并派代表用簡短的語言論述本組的觀點］ 參考觀點： 資源蘊藏方面：煤是我國儲量最多的能源資源，應充分利用，但由于煤為不可再生能源，故使用過程中應減少不必要的浪費，并提高其能量利用率，同時應加快開發(fā)新能源。 開采和運輸方面：我國煤炭資源相對比較集中，開采成本較低，這從我國的大、中、小型煤礦繁多即可說明，且一般的煤礦工人不需要多么高深的技術；但煤在大量開采時，又會造成地面塌陷；在運輸方面，很不方便，需要裝、卸、運等諸多環(huán)節(jié)，且開采出來的煤在貯存時便有部分變質，造成資源浪費，同時造成環(huán)境污染，這從煤礦周圍的空氣質量普遍不佳（尤其是粉塵）即可證明，故應大大提高清潔煤技術，使煤通過氣化等手段而變得易于運輸。 資源綜合利用：煤作為固體燃料，燃燒反應速率小，熱利用效率低，我們國家的煤，在進行綜合利用時的辦法主要是煤的干餾和煤的氣化、液化，但在此過程中，卻有相當多的副產物不能有效利用，如在煉焦過程中產生的焦爐氣、煤焦油等，我們都沒有很好地進行再加工，結果是既浪費了資源，又污染了環(huán)境。因此，積極開展煤的綜合利用十分重要。 污染環(huán)境方面：由于煤中除了主要元素C外，還含有少量的H、S、N、O等元素，煤在直接燃燒時會產生SO2、氮氧化物及煙塵等，嚴重影響空氣質量且易導致酸雨、溫室效應等，從而使環(huán)境受到嚴重污染，故通過清潔煤技術（如煤的液化和氣化，以及實行煙氣凈化脫硫等），大大減少燃煤對環(huán)境造成的污染，勢在必行。提高煤燃燒的熱利用率、開發(fā)新的能源也是大勢所趨。 ［議一議］1.城市家用燃料使用氣體燃料比使用煤、煤球等固體燃料有什么好處？ 2.推廣使用天然氣（相對于管道煤氣和液化氣）為什么是城市燃氣的發(fā)展方向？ 答案：1.首先，因氣體易擴散，故氣體燃料與空氣混合充分，容易發(fā)生完全燃燒，與固體燃料相比有較高的能量利用率。 其次，氣體燃料便于管道運輸、使用方便（易點燃、易熄滅）、無渣無塵、清潔衛(wèi)生。 第三，固體煤中含有硫、氮等雜質，直接燃煤，會產生大量二氧化硫、氮氧化物（NOx）、粉塵，造成大氣污染，住宅環(huán)境、居室空氣的污染則更嚴重。 2.管道煤氣是一種清潔燃料，然而這是相對于住宅、居室環(huán)境而言的，從城市大環(huán)境看，并沒有改善城市大氣的污染程度。原因很簡單，制造煤氣要燃煤，使用煤氣沒有降低城市的煤炭消耗量，原來一家一戶煤球爐的廢氣僅僅變成由數家煤氣廠排放而已。 液化氣是發(fā)熱量最高的優(yōu)質清潔燃料，但液化氣使用不便，且要消耗寶貴的石油資源，天然氣則是一種既有管道煤氣的方便，又有液化氣無毒、發(fā)熱量高的優(yōu)點且不易爆的燃料，所以，推廣使用天然氣是城市燃氣產業(yè)的發(fā)展方向。 ［想一想］1.工業(yè)上常用把煤塊粉碎、液體燃料噴成霧狀，而使燃料充分燃燒，這種方法是否適合家用？ 2.從能量守恒的角度看，把煤加工成煤氣，是否能增加煤的發(fā)熱量？ ［答案：1.不適合 2.不能］ ［總結］我國目前的主要燃料是煤和石油，它們主要是由碳、氫等元素組成的混合物。煤和石油深加工后，可得到重要的化工原料。目前，我國對煤、石油的深加工能力不足，造成能源的巨大浪費，同時它們中含的硫、氮等元素經燃燒后可產生一些有毒氣體，污染環(huán)境。因此，為使我國經濟持續(xù)發(fā)展，必須發(fā)展合理的能源結構，對化石燃料進行深加工，同時發(fā)展新型的能源。 ［板書］四、新能源的開發(fā) ［講解］據專家分析，最有希望的新能源是太陽能、燃料電池、風能和氫能等。這些新能源的特點是資源豐富，且有些可以再生，為再生性能源，在使用時對環(huán)境沒有污染或很少污染。因此，它們都是很有發(fā)展前途的能源，在21世紀的能源中將會占據越來越重要的地位。 ［投影展示學生收集來的有代表性的能源資料，亦可放有關能源的錄像帶（如中央電視臺的《科技博覽》《科技之光》等欄目的內容）］ 1.燃料電池：主要指氫、氧燃料電池。其產生電流的原理為： 負極：H2＋2OH－－2e－2H2O（氧化反應） 正極：O2＋2H2O＋4e－4OH－（還原反應） 總反應式：2H2＋O2===2H2O 即氫氣的燃燒反應，但在燃料電池中沒有火焰，而是產生電流。除氫氣外，甲烷、煤氣、天然氣都能作為燃料電池的燃料。 燃料電池的優(yōu)點，首先是能量利用率高，可達70%；其次，可節(jié)約大量的金屬。然而，要使燃料電池產生平穩(wěn)的電流并不容易。氫氣、氧氣必須要有特殊的催化劑才能在電極上發(fā)生上述反應，而這類催化劑的研制十分困難，價格昂貴，因此，目前燃料電池僅應用于人造衛(wèi)星、航天飛機等尖端科技領域。 2.氫能：氫能是一種理想的、極有前途的二次能源。氫能有許多優(yōu)點：氫的原料是水，資源豐富；氫燃燒時反應速率快，燃燒熱值大；氫燃燒的產物是水，不污染環(huán)境，是最干凈的燃料。另外，氫能的應用范圍廣，適應性強。 3.太陽能：太陽能是一種取之不盡、用之不竭又無污染的能源。太陽能來自氫聚變成氦的核反應。估計地球表面接受來自太陽的巨大能量每年總共有51021 kJ，只要能利用它的萬分之一，就可滿足目前世界上所需的能量。對太陽能的收集和利用主要有三種方式：光—熱轉換，光—電轉換和光—化學轉換。 4.風能：風能是指空氣在流動過程中所產生的能量。它是可以不斷再生的能源，也是沒有污染的清潔能源。大氣運動的能量來源于太陽輻射，由于太陽輻射受地球緯度的影響，所以使風能具有地區(qū)差異性。風能較為廣泛的利用是將之轉化為電能或機械能。 ［總結］新型能源除了上述幾種外，還有生物能、核能、地熱能、潮汐能等。它們的共同特點是資源豐富、可以再生、沒有污染或少污染，它們是遠有前景，近有實效的能源。 我國長期面臨能源供不應求的局面，人均能源水平低，同時能源利用率低，單位產品能耗高。所以，必須用節(jié)能來緩解供需矛盾，促進經濟發(fā)展，同時也有利于環(huán)境保護。因此節(jié)能是我國的一項基本國策。在節(jié)能的同時我們也要積極開展各種新型能源的研究和探索。［過渡］以上討論話題多與燃燒熱有關，由于燃燒現象的熱量變化比較明顯，故易于測量，但也有許多化學反應的熱量變化并不明顯。如酸、堿中和反應的反應熱。那么，是不是它們就無法測量了呢？非也！我們仍然可以通過實驗對其進行測量。下面我們要講的中和熱，就與酸、堿的中和反應密切相關。 ［板書］五、中和熱 ［設問］中和熱是否就是酸、堿發(fā)生中和反應的反應熱呢？ 請大家閱讀課本有關內容，進行回答。 ［學生看完課本后回答］ ［教師板書］1.在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應而生成1 mol H2O，這時的反應熱叫做中和熱。 ［師］在理解中和熱的概念時，要注意以下幾點： ［講解并板書］ 研究條件：稀溶液 反應物：酸與堿 生成物及其物質的量：1 mol H2O 放出熱量：ΔH<0 單位：kJ/mol ［講解］在書寫物質在溶液中發(fā)生化學反應的方程式時，我們常用aq來表示稀溶液，稀溶液是指溶于大量水的離子。 中和熱不包括離子在水溶液中的生成熱、物質的溶解熱、電解質電離的吸熱所伴隨的熱效應。 ［投影練習］寫出下列反應的熱化學方程式： 實驗測得：（1）1 L 1 mol/L 稀鹽酸跟1 L 1 mol/L NaOH溶液起中和反應放出57.3 kJ熱量。 （2）1 L 1 mol/L KOH 溶液中和1 L 1 mol/L HNO3溶液，放出57.3 kJ的熱量。 （3）1 L 1 mol/L H2SO4溶液與2 L 1 mol/L NaOH 溶液完全反應，放出114.6 kJ的熱量。 ［學生練習，教師巡視］ ［請一位同學把結果寫于黑板］ ［學生板書］ （1）NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O(l);ΔH=－57.3 kJ/mol （2）KOH（aq）＋HNO3（aq）===KNO3（aq）＋H2O（l）；ΔH=－57.3 kJ/mol （3）2NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋2H2O（l）；ΔH=－114.6 kJ/mol ［設問］第（1）個反應的反應熱是多少？中和熱是多少？第（2）個反應呢？ ［學生答］反應（1）、（2）的反應熱和中和熱均為57.3 kJ/mol ［追問］反應（3）的情況又怎樣呢？ ［學生思考后回答］反應（3）的反應熱為114.6 kJ/mol，中和熱為57.3 kJ/mol（） ［問］為什么它的反應熱與中和熱不同呢？ ［生］因為中和熱要求反應生成的H2O為1 mol，而反應（3）生成H2O為2 mol，故其中和熱應為反應熱的二分之一。 ［師］很好！ 比較這三個反應的異同，可得出什么結論？ ［學生分組討論后回答］ 結論：不同點：不同酸、堿之間的反應。 相同點：同為強酸、強堿之間的中和反應；它們的中和熱相同。 ［問］為什么不同的強酸、強堿之間發(fā)生中和反應，其中和熱的數值相同？ ［答］因為它們反應的實質相同，即均為H＋與OH－結合成H2O的反應。 ［師］十分正確！于是，強酸強堿發(fā)生中和反應的實質及中和熱我們可表示如下： H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）；ΔH=－57.3 kJ/mol ［議一議］若是有弱酸和弱堿參加的中和反應，能用上式表示嗎？其中和熱的數值還為57.3 kJ/mol嗎？若不是，偏大還是偏??？ 答案：不能；中和熱的數值不為57.3 kJ/mol，一般偏?。ㄒ驗槿蹼娊赓|的電離多為吸熱）。 ［想一想］已知NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）；ΔH=－57.32 kJ/mol。 Ca（OH）2（aq）＋H2SO4（aq）===CaSO4（s）＋2H2O(l);ΔH=－130.20 kJ/mol。 導致130.20 kJ/mol≠257.32 kJ/mol的因素是 。 分析：本題考查學生對中和熱實質的理解。CaSO4沉淀（不是以離子形式存在于大量水中）有熱效應，HSO不是強酸，Ca（OH）2不是強堿，即不是獨立的H＋和OH－。 解答：因為生成CaSO4沉淀有熱效應；又HSO不是強酸，中和過程中電離有熱效應；Ca（OH）2不是強堿，中和過程中電離為Ca2＋和OH－時也有熱效應。 ［講解］由于中和熱是以生成1 mol H2O 所放出的熱量來定義的，故在書寫它們的熱化學方程式時，應以生成1 mol H2O（l）為標準來配平其余物質的化學計量數。例如：上述反應式（3）可寫為 ［板書］NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋H2O(l)；ΔH=－57.3 kJ/mol ［師］即表示中和熱的化學反應方程式中也可以出現分數。 ［過渡］我們知道，中和熱和燃燒熱都是反應熱中的一種。那么，它們之間有什么異同呢？ ［板書］2.中和熱和燃燒熱的比較。 ［師］請大家分組討論，得出結果。 ［學生討論］ ［教師把學生的討論結果進行投影歸納］ ［投影］中和熱與燃燒熱的比較。 ［小結］本節(jié)課我們主要對化石燃料中煤的利弊進行了研討，并重點學習了中和熱的知識，同時認識了幾種新能源。 ［布置作業(yè)］習題 四 復習題：二、6 ［板書設計］ 第四節(jié) 燃燒熱和中和熱（第二課時） 三、使用化石燃料的利弊 有關煤作燃料的探討 四、新能源的開發(fā) 五、中和熱 1.在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應而生成1 mol H2O，這時的反應熱叫做中和熱。 研究條件：稀溶液 反應物：酸與堿 生成物及其物質的量：1 mol H2O 放出熱量：ΔH<0 單位：kJ/mol （1）NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）；ΔH=－57.3 kJ/mol （2）KOH（aq）＋HNO3（aq）===KNO3（aq）＋H2O（l）；ΔH=－57.3 kJ/mol （3）2NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋2H2O（l）；ΔH=－114.6 kJ/mol NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋H2O(l);ΔH=－57.3 kJ/mol H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O(l);ΔH=－57.3 kJ/mol 2.中和熱和燃燒熱的比較 ●教學說明 本節(jié)教材是反應熱和熱化學方程式的繼續(xù)和拓寬。教學中，除了對燃燒熱和中和熱的概念及燃燒熱的計算作為重點教學內容外，還重點培養(yǎng)了學生綜合分析問題的能力。本節(jié)課設計時，以學生比較熟悉的管道煤氣和煤為話題，展開討論，這樣，既可調動學生思維的積極性，又可培養(yǎng)學生理論聯系實際的能力，還可提高學生的學習興趣。當他們在進行對比討論和學習時，還可提高他們的經濟效益觀念。 另外，本節(jié)課在進行教學設計和作業(yè)設計時，還充分注意了對學生探究能力的培養(yǎng)，意在培養(yǎng)學生學習的自主性。 在教學內容順序上，特意把“使用化石燃料的利弊及新能源的開發(fā)”提在了“中和熱”的前面進行講授，這主要是為了和前面所學燃燒熱更好地銜接，同時突出燃料與能源的關系，且中和熱的內容調到后面講，可使學生對“中和熱的測定”的實驗原理能更好地理解。 另外，教師也可結合課后的備課資料組織學生對有關燃料和能源的問題進行討論和辯論。