1.1.2化學反應的熱效應 教學課件 高中化學蘇教版選擇性必修一

專題1化學反應與能量變化第一單元

化學反應的熱效應1.1.2反應熱的測量與計算核心素養(yǎng)目標科學態(tài)度與社會責任：養(yǎng)成嚴謹、求實的實驗態(tài)度，認識能源對社會發(fā)展的重要性，樹立合理利用能源、開發(fā)新能源的社會責任意識，助力“雙碳”目標達成。證據(jù)推理與模型認知：依據(jù)實驗數(shù)據(jù)推理反應熱數(shù)值，構建反應熱測量與計算模型；運用蓋斯定律模型，推導復雜反應的焓變，理解能源利用中能量轉化規(guī)律。變化觀念與平衡思想：理解反應熱與反應條件、路徑的關系，認識能源轉化、利用過程中的能量變化，形成化學變化伴隨能量變化的觀念，關注能源可持續(xù)發(fā)展。教學重難點重點掌握簡易量熱計測量反應熱的原理與操作，能進行數(shù)據(jù)處理和熱化學方程式書寫。理解蓋斯定律內涵，熟練運用蓋斯定律計算難以直接測定的反應熱。知曉標準燃燒熱概念，認識能源分類、現(xiàn)狀及新能源開發(fā)意義，理解能源充分利用的方法。難點準確分析量熱計實驗誤差，深入理解反應熱測量原理與蓋斯定律本質。靈活運用蓋斯定律解決復雜反應焓變計算問題，辯證分析能源利用的利弊與策略。課前導入生活里我們能直觀感受到化學反應的能量變化，像燃料燃燒放熱、暖寶寶發(fā)熱

。但這些能量變化具體是多少，又該如何精準測量和計算呢？比如，我們常用的燃料，不同種類燃燒釋放的熱量有啥差異，怎么科學評估能源利用效率？今天，咱們就從反應熱的測量與計算入手，探究化學反應能量變化的奧秘，還會聊聊能源的充分利用，看看化學如何為解決能源問題助力，一起開啟奇妙的化學能量之旅吧！01反應熱的測量與計算實驗原理通過測定一定量的稀鹽酸和NaOH溶液在反應前后的溫度變化，依據(jù)Q=CΔT（C為反應體系的熱容，ΔT為反應前后體系的溫度變化）計算反應放出的熱，再計算生成1molH2O時的反應熱也可以寫成mcΔT，即mc=C，其中m為溶液的質量，c為溶液的比熱通常情況下，熱容指一定量的物質溫度升高1℃所需吸收的熱，單位是J/C實驗裝置(1)實驗裝置(2)儀器各部分的作用①攪拌器或環(huán)形玻璃攪拌棒的作用是使反應物混合均勻，充分接觸。②保溫層的作用是減少熱量的散失。③溫度計的作用是測定反應前后反應體系的溫度。實驗步驟(1)用量筒量取50mL0.50mol·L－1鹽酸，倒入簡易量熱計中，測量并記錄鹽酸的溫度（t1）。(2)另取一量筒量取50mL0.50mol·L－1

NaOH溶液，測量并記錄氫氧化鈉溶液的溫度（t2）。(3)將量筒中的氫氧化鈉溶液迅速倒入盛有鹽酸的簡易量熱計中，立即蓋上蓋板。用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪拌，并準確讀出反應體系的最高溫度（t3）。實驗數(shù)據(jù)處理

注意事項(1)使用隔熱層（碎泡沫塑料或紙條）及杯蓋——減少熱量損失。(2)量取反應物，測反應前溫度——要用NaOH稀溶液、稀鹽酸。(3)混合反應物，測反應后溫度——測反應后混合液的最高溫度。(4)重復實驗2~3次，減小系統(tǒng)誤差。提高反應熱準確度的措施(1)實驗中用溫度計先后測量酸溶液、堿溶液及混合溶液的溫度時，使用同一支溫度計可減小實驗誤差，且測量完一種溶液后，溫度計必須用水沖洗干凈并用濾紙擦干。溫度計的水銀球要完全浸入溶液中，且要穩(wěn)定一段時間后再記下讀數(shù)。(2)反應物應一次性迅速加入，且避免有液體濺出。(3)實驗操作時動作要快，盡量減少熱量的損失。(4)重復實驗3次，取3次實驗數(shù)據(jù)的平均值。導致反應熱測定存在誤差的原因(1)量取溶液的體積不準確。(2)溫度計讀數(shù)有誤(如未讀取到混合溶液的最高溫度，就記為終止溫度)。(3)實驗過程中有液體濺出。(4)混合酸、堿溶液時，動作緩慢。(5)隔熱層隔熱效果不好，實驗過程中有熱量損失。(6)測過酸溶液的溫度計未用水清洗便立即去測堿溶液的溫度。(7)溶液濃度不準確。(8)沒有進行重復實驗。蓋斯定律1840年，俄國化學家蓋斯在分析了許多化學反應的熱效應的基礎上，總結出一條規(guī)律：“一個化學反應，不論是一步完成，還是分幾步完成，其總的熱效應是完全相等的。”這個規(guī)律被稱為蓋斯定律蓋斯定律的應用利用已知反應焓變求未知反應焓變。一個反應的化學方程式可由另外幾個化學方程式相加減得到，則該化學反應的焓變也可以由幾個化學反應焓變的相加減而得到。恒壓條件下，化學反應的反應熱僅與反應的起始狀態(tài)和最終狀態(tài)有關，而與反應的途徑無關。如圖所示：ΔH＝ΔH1+ΔH2

=ΔH3+ΔH4+ΔH5。蓋斯定律的應用【例2】已知在298K時，C(s)、CO(g)燃燒的熱化學方程式如下：C(s)＋O2(g)=CO2(g)

ΔH1=－393.5kJ·mol－1①CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g)

ΔH2=－283.0kJ·mol－1②請運用蓋斯定律計算反應C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)的焓變?H3。分析：C(s)與O2(g)生成CO2(g)的反應可以一步完成（反應焓變?yōu)棣1），也可以看成兩步完成：先生成CO(g)（反應焓變?yōu)棣3），CO(g)再與O2(g)反應生成CO2(g)（反應焓變?yōu)棣2）。根據(jù)蓋斯定律可以得到ΔH1

=ΔH2＋ΔH3，則反應C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)的焓變ΔH3

=?H1－ΔH2。蓋斯定律的應用根據(jù)蓋斯定律，直接將熱化學方程式①、②左右兩邊分別相減，也可以求得C(s)與O2(g)反應生成CO(g)的焓變。解：C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1－）CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g)ΔH2C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)ΔH3

=ΔH1－ΔH2ΔH3=ΔH1－ΔH2＝－393.5kJ·mol－1－(－283.0kJ·mol－1)＝－110.5kJ·mol－1答：反應C(s)＋12O2(g)=CO(g)的焓變ΔH3為－110.5kJ·mol－102能源的充分利用能源→能源的概念：能源是指可以提供能量的自然資源，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質基礎，包括化石燃料、陽光、風力、流水、潮汐等?！茉吹拈_發(fā)：我國目前使用的主要能源仍然是化石燃料，但化石燃料的蘊藏量有限，且不可再生，因此，能源的開源節(jié)流是事關人類可持續(xù)發(fā)展的重大問題之一。燃燒熱燃料燃燒過程中釋放的熱能是人類生產和生活所需要能量的重要來源。質量相同、組成不同的燃料，完全燃燒后釋放的熱不相等。人們通常用標準燃燒熱或熱值來衡量燃料燃燒時釋放的熱的多少。在101kPa下，1mol物質完全燃燒的反應熱叫做該物質的標準燃燒熱，1g物質完全燃燒的反應熱叫做該物質的熱值。物質完全燃燒是指物質中所含有的氮元素轉化為N2(g)，氫元素轉化為

H2O(l)，碳元素轉化為

CO2(g)。燃燒熱

一些物質的標準燃燒熱(25℃)名稱

化學式△H/(kJ·mol-1)名稱

化學式△H/(kJ·mol-1)氫氣H2(g)-285.8乙烷C2H6(g)-1559.8一氧化碳CO(g)-283.0乙烯C2H4(g)-1411.0甲烷CH4(g)-890.3乙炔C2H2(g)-1299.6甲醇CH3OH(1)-726.5蔗糖C6H12O6(s)-5640.9乙醇C2H5OH(1)-1366.8苯C6H6(1)-3267.5所示物質的標準燃燒熱可知，在101kPa下，1molH2(g)與1molCO(g)完全燃燒放出的熱，分別為285.8kJ和283.0kJ，兩者非常接近。對氣體而言，熱值較大的有H2、CH4、C2H6等。燃料的選擇今天的人類如何選擇燃料？這是一個擺在我們面前的嚴峻話題。過去，我們常用一些高熱值的“自然資源”（如煤、石油、天然氣等）作為燃料。如19世紀前50年，人類多采用木材作為燃料；19世紀中期開始，煤的使用量逐漸上升；20世紀中期，石油、天然氣的使用量占絕對優(yōu)勢。工業(yè)和日常生活中選擇何種物質作為燃料，不僅取決于其熱值大小，還與燃料的穩(wěn)定性、來源、價格、運輸、對環(huán)境的影響、使用的安全性等多方面因素有關，應加以綜合考慮。在這些因素中，保護環(huán)境必須放在首位?；剂系拇罅渴褂迷斐傻淖畲髥栴}是環(huán)境污染。目前，針對煤燃燒產生硫氧化物和氮氧化物的事實，常對煤進行液化和氣化處理，除去有害成分，使之轉化為更清潔、更便利的燃料。又如，乙硼烷是一種熱值很高的燃料（其熱值是煤的2倍多），但它密度小、沸點低、難儲存、毒性強，所以，在一般條件下，乙硼烷會被限制用作燃料。B2H6(g)＋3O2(g)=B2O3(s)＋3H2O(g)ΔH＝－2033kJ·mol－1燃料的選擇隨著人類文明的高速發(fā)展，人類對能源的需求量迅猛增長，開發(fā)新能源成為當前國際能源研究領域的重要課題，人類理想中的新能源應具有資源豐富、可再生、無污染或少污染等特點，只有這樣才能實現(xiàn)人類社會綠色、生態(tài)化、可持續(xù)的發(fā)展。當前，我國大力倡導“構建清潔低碳、安全高效的能源體系”，降低能耗，努力開發(fā)和研究太陽能、氫能、風能、地熱能、潮汐能和生物質能等多種形式的能源及其應用。03課堂小結04課堂練習1.某同學通過實驗測出稀鹽酸和稀NaOH溶液(堿稍過量)反應生成1mol水的反應熱ΔH＝－52.3kJ·mol－1，造成這一結果的原因不可能的是(

)A．實驗裝置保溫、隔熱效果差B．用量筒量取鹽酸時仰視讀數(shù)C．分多次將NaOH溶液倒入量熱計的內筒中D．用測量鹽酸的溫度計直接測定NaOH溶液的溫度B2.在298K、100kPa時，已知：2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)

ΔH1H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)

ΔH22Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)

ΔH3則ΔH3與ΔH1和ΔH2間的關系正確的是(

)A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2

B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2

D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2A3．強酸和強堿稀溶液的中和反應反應熱可表示為H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)

ΔH＝－57.3kJ·mol－1。已知：①HCl(aq)＋NH3·H2O(aq)===NH4Cl(aq)＋H2O(l)

ΔH＝－a

kJ·mol－1②HCl(aq)＋NaOH(s)===NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH＝－b

kJ·mol－1③HNO3(aq)＋KOH(aq)===KNO3(aq)＋H2O(l)ΔH＝－c

kJ·mol－1則a、b、c三者的大小關系為(

)A．a＞b＞c

B．b＞c＞a

C．a＝b＝c

D．無