苏教版高中化学选修四《化学反应原理》《反应热的测量与计算能源的充分利用》学案新版Word格式文档下载.docx

苏教版高中化学选修四《化学反应原理》《反应热的测量与计算能源的充分利用》学案新版Word格式文档下载.docx

《苏教版高中化学选修四《化学反应原理》《反应热的测量与计算能源的充分利用》学案新版Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《苏教版高中化学选修四《化学反应原理》《反应热的测量与计算能源的充分利用》学案新版Word格式文档下载.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

利用已知反应焓变求未知反应焓变。

若一个化学方程式可由几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。

（2）计算方法

如已知

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·

mol－1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）ΔH＝－283.0kJ·

若C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反应热为ΔH，

根据盖斯定律，知：

ΔH1＝ΔH＋ΔH2

则：

ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5kJ·

mol－1－（－283.0kJ·

mol－1）＝－110.5_kJ·

mol－1。

3．能源的充分利用

（1）能源是指能提供能量的自然资源。

（2）能源—

4．标准燃烧热

（1）概念：

在101kPa下，1_mol物质完全燃烧的反应热。

在101kPa下，1_g物质完全燃烧放出的热量称为该物质的热值。

注：

物质完全燃烧是指物质中所含的氮元素转化为N2（g），氢元素转化为H2O（l），碳元素转化为CO2（g），硫元素转化为SO2（g）等。

（2）单位：

标准燃烧热的单位为kJ·

mol－1，热值单位为：

kJ·

g－1。

（3）意义：

衡量燃料燃烧放出的热量的大小。

（4）下列热化学方程式中ΔH的数值表示可燃物燃烧热的是（　　）

A．CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）ΔH＝－283kJ·

B．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－802.3kJ·

C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）ΔH＝－571.6kJ·

D．H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）ΔH＝－184.6kJ·

答案　A

解析　根据燃烧热的概念知应是1mol燃料，生成常温常压下稳定的氧化物，H2O在上述情况下液态稳定。

一、盖斯定律的应用

1．盖斯定律的应用方法

（1）常用方法

①虚拟路径法

若反应物A变为生成物D，可以有两种途径：

a．由A直接变成D，反应热为ΔH；

b．由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。

则有：

ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3

②加合法

即运用所给热化学方程式通过加减的方法得到所求热化学方程式。

（2）实例

已知：

①2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）ΔH1＝－483.6kJ·

②H2O（g）===H2O（l）　ΔH2＝－44.0kJ·

请利用上述两种方法计算H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）的ΔH。

答案　

（1）要计算H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）的ΔH，可虚拟如下过程：

根据盖斯定律：

ΔH＝

＋ΔH2＝

mol－1＋（－44.0kJ·

mol－1）＝－285.8kJ·

所以：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）ΔH＝－285.8kJ·

（2）利用加合法，可由①×

＋②得：

2．应用盖斯定律计算反应热时的注意事项

（1）热化学方程式同乘以或除以某一个数时，反应热数值也必须乘以或除以该数。

（2）热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加、减，反应热也随之相加、减。

（3）热化学方程式中的反应热指反应按所给形式完全进行时的反应热。

（4）正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。

【典例导悟1】　单质碳很难与氢气直接化合生成CH4，CH4直接分解生成C和H2也较难用实验法测定反应过程中的能量变化，已知：

C（s，石墨）＋O2（g）===CO2（g）ΔH＝－393.5kJ·

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－890kJ·

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）ΔH＝－571.6kJ·

利用盖斯定律，写出C（s，石墨）与H2合成CH4的热化学方程式。

解析　C（s，石墨）与H2合成CH4的热化学方程式为：

C（s，石墨）＋2H2（g）===CH4（g）　ΔH

故可调整方程式：

C（s，石墨）＋O2（g）===CO2（g）ΔH1＝－393.5kJ·

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）ΔH2＝－571.6kJ·

CO2（g）＋2H2O（l）===CH4（g）＋2O2（g）ΔH3＝890kJ·

则C（s，石墨）＋2H2（g）===CH4（g）的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－393.5kJ·

mol－1－571.6kJ·

mol－1＋890kJ·

mol－1＝－75.1kJ·

答案　C（s，石墨）＋2H2（g）===CH4（g）ΔH＝－75.1kJ·

二、反应焓变的计算方法

1．根据热化学方程式计算

反应热与参加反应的各物质的物质的量成正比。

2．根据化学键断裂和形成过程中的能量变化来计算

焓变等于破坏旧化学键吸收的能量与形成新化学键放出的能量之差。

ΔH＝E（反应物的化学键断裂吸收的总能量）－E（生成物的化学键形成放出的总能量）。

3．根据物质所具有的能量计算

ΔH＝E（生成物的能量和）－E（反应物的能量和）。

4．根据盖斯定律进行计算

运用盖斯定律时可从以下几方面入手：

（1）根据盖斯定律的实质，分析给定反应与所求反应物质与焓变的关系。

（2）运用解题技能，将已知热化学方程式进行变换、加减得到总反应的热化学方程式。

5．根据Q＝－cm（T2－T1）

利用ΔH的绝对值与

的绝对值相等进行计算。

注意　运用盖斯定律求反应焓变，必要时可先根据题意虚拟转化过程，然后再根据盖斯定律列式求解，同时注意正、逆反应的焓变数值相等，符号相反。

【典例导悟2】红磷P（s）和Cl2（g）发生反应生成PCl3（g）和PCl5（g）。

反应过程和能量关系如下图所示（图中的ΔH表示生成1mol产物的数据）。

根据上图回答下列问题：

（1）P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是

（2）______________________________________________________________

____________________________________________________________________。

（3）PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是

（4）______________________________________________________________

（3）P和Cl2分两步反应生成1molPCl5的ΔH3＝__________________，P和Cl2一步反应生成1molPCl5的ΔH4________ΔH3（填“大于”、“小于”或“等于”）。

解析　

（1）生成物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热，结合图象可知，PCl3和反应物P和Cl2的能量差值为306kJ，因此该热化学反应方程式为：

P（s）＋

Cl2（g）===PCl3（g）　ΔH＝－306kJ·

（2）根据图象可知PCl5和PCl3之间的能量差值为93kJ，因此PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为：

PCl5（g）===PCl3（g）＋Cl2（g）　ΔH＝93kJ·

（3）根据盖斯定律求得：

ΔH3＝－399kJ·

mol－1，且ΔH3＝ΔH4，反应焓变与反应的途径无关，只与起始物质、终了物质有关。

答案　

（1）

Cl2（g）＋P（s）===PCl3（g）ΔH＝－306kJ·

（2）PCl5（g）===PCl3（g）＋Cl2（g）　ΔH＝93kJ·

（3）－399kJ·

mol－1　等于

1．已知298K、101kPa条件下：

①4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）ΔH＝－2834.9kJ·

②4Al（s）＋2O3（g）===2Al2O3（s）ΔH＝－3119.1kJ·

由此得出的正确结论是（　　）

A．等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为吸热反应

B．等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为放热反应

C．O3比O2稳定，由O2变O3为吸热反应

D．O2比O3稳定，由O2变O3为放热反应

2．一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出的热量为Q，它所生成的CO2用过量饱和石灰水完全吸收，可得100gCaCO3沉淀，则完全燃烧1mol无水乙醇时放出的热量是（　　）

A．0.5QB．QC．2QD．5Q

3．以NA代表阿伏加德罗常数，则关于热化学方程式C2H2（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋H2O（l）　ΔH＝－1300kJ·

mol－1的说法中，正确的是（　　）

A．当有10NA个电子转移时，该反应放出1300kJ的能量

B．当有1NA个水分子生成且为液体时，吸收1300kJ的能量

C．当有2NA个碳氧共用电子对生成时，放出1300kJ的能量

D．当有6NA个碳氧共用电子对生成时，放出1300kJ的能量

4.盖斯定律指出：

化学反应的反应热只与反应的始态（各物）和终态（各生成物）有关，而与具体反应进行的途径无关。

物质A在一定条件下可发生一系列转化，由图判断下列关系错误的是（　　）

A.A→F　ΔH＝－ΔH6

B．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝1

C.C→F　|ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|

D．|ΔH1＋ΔH2＋ΔH3|＝|ΔH4＋ΔH5＋ΔH6|

5．灰锡（以粉末状存在）和白锡是锡的两种同素异形体。

①Sn（s，白）＋2HCl（aq）===SnCl2（aq）＋H2（g）　ΔH1

②Sn（s，灰）＋2HCl（aq）===SnCl2（aq）＋H2（g）　ΔH2

ΔH3＝2.1kJ·

下列说法正确的是（　　）

A．ΔH1>

ΔH2

B．锡在常温下以灰锡状态存在

C．灰锡转化为白锡的反应是放热反应

D．锡制器皿长期处在低于13.2℃的环境中，会自行毁坏

6．在298K、101kPa时，已知：

2H2O（g）===O2（g）＋2H2（g）　　　　　　　ΔH1

Cl2（g）＋H2（g）===2HCl（g）ΔH2

2Cl2（g）＋2H2O（g）===4HCl（g）＋O2（g）ΔH3

则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是（　　）

A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2

B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2

C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2

D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2

7．已知热化学方程式：

2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）ΔH＝571.6kJ·

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）ΔH＝－483.6kJ·

当1g液态水变为气态水时，对其热量变化的下列描述：

①放出；

②吸收；

③2.44kJ；

④4.88kJ；

⑤88kJ。

其中正确的是（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．②和⑤B．①和③

C．②和④D．②和③

8．下列关于燃烧热的说法中正确的是（　　）

A．1mol物质燃烧所放出的热量

B．常温下，可燃物燃烧放出的热量

C．在25℃、1.01×

105Pa时，1mol物质燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量

D．燃烧热随化学方程式前的化学计量数的改变而改变

9．已知：

H2O（g）===H2O（l）　ΔH＝Q1kJ·

C2H5OH（g）===C2H5OH（l）　ΔH＝Q2kJ·

C2H5OH（g）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）　ΔH＝Q3kJ·

若使46g酒精液体完全燃烧，最后恢复到室温，则放出的热量为（　　）

A．（Q1＋Q2＋Q3）kJ

B．0.5（Q1＋Q2＋Q3）kJ

C．（0.5Q1－1.5Q2＋0.5Q3）kJ

D．（3Q1－Q2＋Q3）kJ

10．

（1）将氧化铁还原为铁的技术在人类文明的进步中占有十分重要的地位。

炼铁高炉中发生的关键反应如下：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）ΔH＝－393.5kJ·

CO2（g）＋C（s）===2CO（g）ΔH＝172.46kJ·

Fe2O3＋CO―→Fe＋CO2

2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s）　ΔH＝－824.21kJ·

mol－1，写出高炉内Fe2O3被CO还原为Fe的热化学方程式___________________________________。

（1）炼制1t（吨）含铁96%的生铁所需焦炭的理论用量是____________t，实际生产中所需焦炭远高于理论用量，其原因是_______________________________。

11．能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，常规能源的合理利用和新能源的开发是当今社会与人类面临的严峻课题，回答下列问题：

（1）我国是世界上少数以煤为主要燃料的国家，下列关于煤作燃料的论述不正确的是（　　）

A．煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单燃烧掉太可惜，应该综合利用

B．煤是发热很高的固体燃料，我国煤炭资源相对集中，开采成本低，用煤作燃料合算

C．煤燃烧时产生大量二氧化硫和烟尘，对环境污染严重

D．通过洁净煤技术，如煤的气化和液化以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的热利用率

（2）乌克兰科学家将铜和铁混合熔化制成多孔金属，用于制作太空火箭上使用的煤油燃料雾化器，该雾化器的作用是__________________________________

（3）乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料，它可以由绿色植物的秸秆制取，制取乙醇的两步反应的化学方程式分别是_______________________________；

1．0g乙醇完全燃烧生成液态水放出1.367kJ热量，表示乙醇燃烧的热化学方程式为________________________________________________________________

（4）一些科学家对以下3个反应很感兴趣：

①3FeCl2＋4H2O（g）

Fe3O4＋6HCl＋H2

②Fe3O4＋

Cl2＋6HCl===3FeCl3＋3H2O＋

O2

③3FeCl3

3FeCl2＋

Cl2↑

科学家利用上述反应是为了生产____________，对制备此物质而言，FeCl2的作用是__________。

参考答案

1.答案　A

解析　据盖斯定律，①式－②式得：

3O2（g）===2O3（g）　ΔH＝284.2kJ·

即等质量的O2比O3能量低，O2比O3稳定，O2变O3为吸热反应。

2.答案　C

解析　n（CO2）＝n（CaCO3）＝1mol，所以燃烧的C2H5OH的物质的量为0.5mol，所以1mol无水乙醇燃烧时放出的热量为2Q。

3.答案　A

解析　C2H2（g）＋

O10e－2（g）===2CO2（g）＋H2O（l）　ΔH＝－1300kJ·

mol－1，当有10mole－转移时，生成1mol液态水和2molCO2（O===C===O），其含8mol碳氧共用电子对，放出1300kJ的能量。

4.答案　B

解析F→A，ΔH＝ΔH6，则A→F，ΔH＝-ΔH6;

6个ΔH全部相加，是A→A的ΔH，应等于零；

F→C的ΔH＝ΔH6＋ΔH1＋ΔH2，则C→F的ΔH＝－（ΔH6＋ΔH1＋ΔH2）；

A→D的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3，D→A的ΔH＝ΔH4＋ΔH5＋ΔH6，二者的绝对值相等，符号相反。

5.答案　D

解析　由③知Sn（灰）转化为Sn（白）是吸热的，当温度低于13.2℃时，Sn（白）自动转化为Sn（灰），所以A、B、C都错，只能选D。

6.答案　A

解析　令2H2O（g）===O2（g）＋2H2（g）　　　　ΔH1①

Cl2（g）＋H2（g）===2HCl（g）　　　　ΔH2②

2Cl2（g）＋2H2O（g）===4HCl（g）＋O2（g）　　　　ΔH3③

根据盖斯定律，将反应①＋反应②×

2即可求得反应③，因此有ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2，故A项正确。

7.答案　D

解析　由盖斯定律，将热化学方程式

（1）÷

2＋

（2）÷

2得热化学方程式：

H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝44kJ·

故此转化吸收热量，据方程式计算可知，1g液态水变为气态水时，吸收2.44kJ的热量。

8.答案　C

9.答案　D

解析　由盖斯定律和题意可得，乙醇燃烧的热化学方程式：

C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）ΔH＝（3Q1－Q2＋Q3）kJ·

10.答案　

（1）Fe2O3（s）＋3CO（g）===2Fe（s）＋3CO2（g）　ΔH＝－24.73kJ·

（2）0.31　焦炭没有被充分利用（或其他合理说法也正确）

解析　

（1）C（s）＋O2（g）===CO2（g）ΔH＝－393.5kJ·

mol－1①

mol－1②

O2（g）===Fe2O3（s）ΔH＝－824.21kJ·

mol－1③

Fe2O3被CO还原为Fe的化学方程式为：

Fe2O3＋3CO===2Fe＋3CO2，可通过①×

－③－②×

得到。

（2）根据化学方程式计算焦炭的理论用量。

11.答案　

（1）B

（2）使煤油雾化，增大煤油与助燃剂的接触面积，提高燃烧效率

（3）（C6H10O5）n（纤维素）＋nH2O

nC6H12O6（葡萄糖）　C6H12O6

2C2H5OH＋2CO2↑C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）ΔH＝－62.88kJ·

（4）H2　催化剂

解析　

（1）煤是一种化石燃料，也是重要的化工原料，属于非再生能源，把煤作燃料简单燃烧掉是一种浪费，并且煤中所含的硫在燃烧时生成SO2，会对环境造成污染，通过洁净煤技术，如煤的气化和液化以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的热利用率。

（2）煤油雾化后可使煤油与助燃剂充分接触，提高燃烧效率。

（3）由绿色植物的秸秆（主要成分为纤维素）制取乙醇，即用纤维素制得葡萄糖，再经发酵得乙醇。

1mol乙醇燃烧时放出的热量为：

1．367kJ×

＝62.88kJ·

（4）将题目信息所给三个反应方程式相加可得：

H2O（g）

H2＋

可知科学家利用上述反应是为了生产H2，FeCl2是催化剂。