第1章 化学反应的热效应 单元整体教学设计与验收评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修1（人教版2019，浙江专版）

单元整体教学设计与验收评价 目 录 01 02 03 一、主干知识——在微点判断中澄清 二、综合思维——在知识融会中贯通 三、迁移应用——在课题活动中践行 01 主干知识——在微点判断中澄清 1．判断下列有关反应热与焓变叙述的正误 (1)化学变化中的能量变化都是化学能与热能间的相互转化 ( ) (2)所有的化学反应都伴有能量的变化 ( ) (3)伴有能量变化的一定是化学反应 ( ) (4)加热条件下发生的反应均为吸热反应 ( ) (5)反应热的测定中，使用玻璃搅拌器是为了减小实验误差 ( ) × √ × × √ (6)可以直接测量任意一反应的反应热 ( ) (7)燃烧一定是氧化还原反应，一定会放出热量 ( ) (8)在一个化学反应中，当反应物总焓大于生成物的总焓时，反应放热，ΔH为负值 ( ) (9)浓硫酸溶于水时，体系的温度升高，该过程属于放热反应 ( ) (10)石墨转化为金刚石需要吸收能量，所以石墨更稳定 ( ) × √ √ × √ 2．判断下列有关热化学方程式和燃烧热的叙述的正误 (1)在101 kPa下，1 mol纯物质完全燃烧所放出的热量就是其燃烧热 ( ) (2)1 mol H2完全燃烧生成1 mol水蒸气时放出的热量为H2的燃烧热( ) (3)表示燃烧热的热化学方程式可以有无数个 ( ) (4)燃烧热的数值与参与反应的可燃物的物质的量成正比 ( ) (5)所有物质的燃烧热其ΔH均小于0 ( ) × × × × √ × × 3．判断下列有关盖斯定律的叙述的正误 (1)化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的 ( ) (2)利用盖斯定律可间接计算通过实验难以测定反应的反应热 ( ) (3)同温同压下，氢气和氯气分别在光照条件下和点燃的条件下发生反应时的ΔH不同 ( ) √ √ × (4)盖斯定律遵守能量守恒定律 ( ) (5)将碳控制燃烧进度，先燃烧生成CO，再将CO燃烧生成CO2，能够放出更多热量 ( ) (6)对于可逆反应而言，热化学方程式中的反应热表示反应达到平衡时所放出或吸收的热量 ( ) √ × × 02 综合思维——在知识融会中贯通 (一)反应热 [融会提能] 1．氢气是一种清洁能源，下图是 H2和O2反应生成H2O的能量变化 示意图，由图可知(　 ) A．2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(l)反应放出571.6 kJ热量 B．生成2 mol H2O(g)需要吸收483.6 kJ的能量 C．H2和O2具有的总能量比H2O所具有的总能量高 D．H2O(g)―→H2O(l)，断键吸收的能量小于成键释放的能量 √ 解析：根据图示可知，反应物的能量比生成物的能量高(483.6 kJ＋88 kJ＝571.6 kJ)，所以2 mol H2(g) 与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(l) 放出571.6 kJ的热量，A正确； 根据图示变化趋势可知，生成2 mol H2O(g) 需要放出483.6 kJ的能量，B错误； 根据图示可知，2 mol H2和1 mol O2具有的总能量比2 mol H2O所具有的总能量高，C错误； H2O(g)―→H2O(l)过程需要放出热量，属于物理变化，化学键没有断裂，D错误。 2．氧炔焰是乙炔(俗称电石气)在空气中燃烧产生的火焰，温度可达3 000 ℃以上，常用来切割和焊接金属。一定量的乙炔(C2H2)气体完全燃烧生成二氧化碳和液态水，当消耗112 L O2(已折算成标准状况)时，放出Q kJ的热量，则下列热化学方程式正确的是(　 ) A．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝Q kJ B．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1 C．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－Q kJ·mol－1 D．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝＋Q kJ·mol－1 √ 解析：一定量的乙炔气体完全燃烧生成二氧化碳和液态水，当消耗112 L O2(已折算成标准状况)时，放出Q kJ的热量，氧气物质的量为5 mol，则热化学方程式为2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－Q kJ·mol－1。 √ 下列说法正确的是(　 ) A．ΔH＝E1－E2 B．改变反应条件可改变ΔH的值 C．ΔH<0，故反应无需加热即可发生 D．反应①的焓变ΔH1小于反应②的焓变ΔH2 解析：根据图像可知ΔH≠E1－E2，A错误； 改变反应条件，不能改变反应物、生成物的能量，则不能改变焓变即ΔH的值，B错误； ΔH<0，反应放热，但反应条件与反应是放热还是吸热没有关系，C错误； 根据图像可知反应①放出的热量多，由于焓变小于0，所以反应①的焓变ΔH1小于反应②的焓变ΔH2，D正确。 4．下列关于反应热和热化学反应的描述正确的是(　 ) A．H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则H2SO4和Ca(OH)2反应的ΔH＝2×(－57.3)kJ·mol－1 B．CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)　ΔH＝＋2×283.0 kJ·mol－1 √ 解析： H2SO4和Ca(OH)2反应不仅仅生成水，也生成硫酸钙微溶于水，生成硫酸钙放出更多的热量，则H2SO4和Ca(OH)2反应的反应热ΔH＜2×(－57.3)kJ·mol－1，A错误； 反应热与化学计量数成正比，方程式反写时，反应热的符号相反，CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝2×(＋283.0 kJ·mol－1)，B正确； 氢气的燃烧热ΔH＝－285.5 kJ·mol－1，则2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝2×(＋285.5 kJ·mol－1)，C错误； 1 mol甲烷燃烧生成液态水和二氧化碳时所放出的热量是甲烷的燃烧热，D错误。 (二)反应热的计算 [融会提能] 5．(2024·辽源东丰五校期末联考)已知高炉炼铁时发生反应Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)　ΔH＝－24.6 kJ·mol－1，则生成56 g Fe(s)时，上述反应的能量变化为(　 ) A．放出8.2 kJ能量 B．吸收8.2 kJ能量 C．放出12.3 kJ能量 D．吸收12.3 kJ能量 √ 6．(2024·聊城期末检测)已知碳、一氧化碳、晶体硅的燃烧热分别是ΔH1＝－a kJ·mol－1、ΔH2＝－b kJ·mol－1和ΔH3＝－c kJ·mol－1，则工业冶炼晶体硅反应2C(s)＋SiO2(s)===Si(s)＋2CO(g) 的ΔH为(　 ) A．(2b＋c－2a)kJ·mol－1 B．(2a－2b－c)kJ·mol－1 C．(a＋2b－c)kJ·mol－1 D．(b＋c－2a)kJ·mol－1 √ 解析：由碳、一氧化碳、晶体硅的燃烧热可知， ①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－a kJ·mol－1； ②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2＝－2b kJ·mol－1； ③Si(s)＋O2(g)===SiO2(s)　ΔH3＝－c kJ·mol－1， 根据盖斯定律：2×①－②－③，得2C(s)＋SiO2(s)===Si(s)＋2CO(g)　ΔH＝(－2a＋2b＋c)kJ·mol－1。 7．已知：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1； 2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－220 kJ·mol－1。 H—H、O===O和O—H的键能分别为436 kJ·mol－1、496 kJ·mol－1和462 kJ·mol－1，则a为(　 ) A．－332 B．－118 C．＋350 D．＋130 √ (2)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图，X(g)→Y(g)过程的焓变为_________________________________________________(列式表示)。 解析：(1)根据盖斯定律可得，①＋②＋2×③可得反应CaO(s)＋2Al(s)＋7H2O(l)===Ca2＋(aq)＋2[Al(OH)4]－(aq)＋3H2(g)，则ΔH4＝ΔH1＋ΔH2＋2ΔH3＝(－65.17 kJ·mol－1)＋(－16.73 kJ·mol－1)＋2×(－415.0 kJ·mol－1)＝－911.9 kJ·mol－1。 (2)设反应过程中第一步的产物为M，第二步的产物为N，则X→M　ΔH1＝(E1－E2)，M→N　ΔH2＝ΔH，N→Y　ΔH3＝(E3－E4)，根据盖斯定律可知，X(g)→Y(g)的焓变为ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)。 答案：(1)－911.9　(2)(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4) 03 迁移应用——在课题活动中践行 课题活动　形形色色的能源 面对人类的可持续发展，从现有常规能源向清洁、可再生能源过渡是当前科学研究的重大课题。因为清洁能源是依托高新技术的发展，开辟持久可再生能源的道路，以满足人类不断增长的能源需求，并保护地球的洁净。在这些技术中能源材料具有突出和重要的作用。所谓清洁能源是指其开发、使用对环境无污染的能源，其中包括可再生能源和其他新能源。 探究目标(一)　常规能源的开发与利用 从生活中衣食住行，到工业生产中，再到航天科研，我们所需要的能源是多种多样的。目前，人类活动所需要的能源大部分还是常规能源，常规能源的使用过程虽然给我们带来了便利，但是也带来了一系列问题，所以能源的合理使用至关重要。 1．乙醇汽油是由普通汽油与燃料乙醇调和而成的，它可有效改善汽油的性能和质量，降低CO、碳氢化合物等主要污染物的排放。乙醇的燃烧热是1 366.8 kJ·mol－1。写出乙醇燃烧热的热化学方程式并分析反应物与生成物总能量的相对大小。 提示：C2H6O(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 366.8 kJ· mol－1。因为该反应为放热反应，所以反应物的总能量大于生成物的总能量。 2．甲醇是一种可再生能源，甲醇的合成有利于达到碳达峰和碳中和目标，甲醇具有广泛地开发和应用前景。 已知在常压下有如下变化： ①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝a kJ·mol－1 ②H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝b kJ·mol－1 写出液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式。 解析：根据题意，由①＋4×②得2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝(a＋4b)kJ·mol－1。 答案：2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　 ΔH＝(a＋4b)kJ·mol－1 3．利用水煤气合成甲醇的反应为CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)。 (1)化学上将断开或形成1 mol化学键所吸收或放出的能量称为键能，已知键能数据如下，由此计算上述反应中生成1 mol甲醇的能量变化是多少？ 化学键 H—H C—O C O H—O C—H E/( kJ·mol－1) 436 343 1 076 465 413 (2)又知CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)每生成1 mol甲醇放出热量58 kJ，计算反应CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)中每生成1 mol CO的能量变化是多少？ 解析：(1)由反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值，则根据方程式CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)，可知ΔH1＝1 076 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1－3×413 kJ·mol－1－343 kJ·mol－1－465 kJ·mol－1＝－99 kJ·mol－1。 (2)把已知方程式按顺序编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根据盖斯定律可知Ⅱ－Ⅰ即可得到反应Ⅲ，则ΔH3＝－58 kJ·mol－1＋99 kJ·mol－1＝＋41 kJ·mol－1。 答案：(1)放出热量99 kJ　(2)吸收热量41 kJ 探究目标(二)　新能源的开发与利用 随着人类活动需要的能源日益增多，常规能源日益枯竭，寻找和使用新能源更加迫在眉睫。 氢能的主要实现方式是依靠氢与氧反应将化学能转化为电能。由于氢与氧反应的产物是水，没有环境污染问题，因此人们对氢作为燃料抱有特别大的期望。自20世纪60年代开始，氢能首先被用于火箭和航天飞机发射等领域，随着科学技术的进步和对环境保护的重视，氢能源的应用领域逐步扩大到汽车、飞机燃料和氢燃料电池等方面。 1．氢气作为能源的优点有哪些？ 提示：①可用H2O作为原料，来源丰富。②H2的燃烧产物为H2O，没有污染。 2．也有人认为利用氢气作为能源不太现实。你的观点呢？请说明能够支持你的观点的理由。 提示：不现实，理由是现有的制取氢气的方法耗能太大，制取的成本太高，另外氢气的熔、沸点太低，给储存和运输带来很大困难(或现实，制取氢气用水为原料，来源丰富；氢气燃烧的产物是水，不会给环境带来任何污染等)。 3．由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放热241.8 kJ，该反应的热化学方程式如何书写？若1 g水蒸气转化为液态水放热2.444 kJ，则氢气的燃烧热ΔH＝________(保留一位小数)。 4．根据“绿色化学”的思想，为了制备H2，某化学家设计了下列化学反应步骤： 上述过程的总反应可表示为_______________________________。 5．已知乙醇的燃烧热是1 366.8 kJ·mol－1，请计算比较等质量乙醇与氢气完全燃烧放出热量的多少。 [素养训练] 1．已知几种含碳物质间的转化及能量变化关系如图所示。 (1)写出表示CO燃烧热的热化学方程式：____________________________________________________________ ____________________________________________________________。 (2)反应C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝______ kJ·mol－1，该反应中反应物的总键能__________(填“大于”“小于”或“等于”)生成物的总键能。若18 g C(s)与H2(g)反应，完全转化成CH4(g)，需要________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。 (3)在25 ℃、101 kPa下，30 g由CH4和CO组成的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水，放出热量1 031.8 kJ。则混合气体中CH4和CO的物质的量分别为__________mol、__________mol。 甲烷在氧气中燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH ＝－890.3 kJ·mol－1③； (3)设混合气体中甲烷和一氧化碳的物质的量分别为a mol和b mol，由混合气体的质量可得：16a＋28b＝30，由燃烧放出的热量可得：890.3a＋283b＝1 031.8，解联立方程可得a＝1、b＝0.5。 请回答： (1)请你根据以上数据，写出C(s)与水蒸气反应生成CO和H2的热化学方程式：_______________________________________________。 (2)比较反应热数据可知，1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃烧放出的热量之和，比1 mol C(s)完全燃烧放出的热量____(填“多”或“少”)。甲同学据此认为：“煤炭燃烧时加少量水，可以使煤炭燃烧放出更多的热量。” 乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图： 请你写出ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4之间存在的关系式____________________________。 乙同学据此认为：“将煤转化为水煤气再燃烧放出的热量，最多与直接燃烧煤放出的热量相同。”请分析：甲、乙两同学观点正确的是________(填“甲”或“乙”)同学，甲同学出现错误观点的原因是__________________________________________________________ ___________________________________________________________。 答案：(1)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.5 kJ·mol－1　(2)多　ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4　乙　甲同学忽视了生成水煤气的反应为吸热反应 (6)氢气的燃烧热为285.5 kJ· mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋285.5 kJ· mol－1 ( ) (7)CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1表示标准状况下 1 mol CO(g)和 mol O2(g)反应生成1 mol CO2(g)时放出Q kJ的热量 ( ) 3．N2O和CO反应可转化为无毒气体：N2O(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH。已知该反应分两步进行，反应进程中能量变化如图所示。 C．氢气的燃烧热ΔH＝－285.5 kJ·mol－1，则2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋285.5 kJ·mol－1 D．1 mol甲烷燃烧生成水蒸气和二氧化碳时所放出的热量是甲烷的燃烧热 解析：根据热化学方程式可知该反应的正反应是放热反应。反应产生2 mol Fe(s)时放出热量是24.6 kJ，现在反应产生56 g Fe(s)，其物质的量是1 mol，则反应放出热量Q＝×24.6 kJ＝12.3 kJ。 解析：根据题中给出的键能可得出热化学方程式：③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝(2×436＋496－4×462)kJ·mol－1＝－480 kJ·mol－1，由(②－③)×得①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝(ΔH2－ΔH3)×，即a＝(－220＋480)×＝＋130。 8. (1)已知： ①CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s)　ΔH1＝－65.17 kJ·mol－1 ②Ca(OH)2(s)===Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)　ΔH2＝－16.73 kJ·mol－1 ③Al(s)＋OH－(aq)＋3H2O(l)===[Al(OH)4]－(aq)＋H2(g)　 ΔH3＝－415.0 kJ·mol－1 则CaO(s)＋2Al(s)＋7H2O(l)===Ca2＋(aq)＋2[Al(OH)4]－(aq)＋3H2(g)的ΔH4＝________ kJ·mol－1。 提示：H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1　 －285.8 kJ·mol－1 ①CaBr2＋H2OCaO＋2HBr ②2HBr＋HgHgBr2＋H2↑ ③HgBr2＋CaOHgO＋CaBr2 ④2HgO2Hg＋O2↑ 提示：2H2O2H2↑＋O2↑ 提示：1 g乙醇完全燃烧放出的热量为＝29.7 kJ,1 g氢气完全燃烧放出的热量：×285.8 kJ·mol－1＝142.9 kJ，所以等质量乙醇与氢气完全燃烧时，氢气放出热量较多。 解析：由图可知，碳和氢气在氧气中燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式为C(s) ＋2H2(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH ＝－1 137.5 kJ·mol－1①，碳和氢气在氧气中燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH ＝－854.5 kJ·mol－1②， (1)由盖斯定律可知，反应①－②可得一氧化碳在氧气中燃烧生成二氧化碳的热化学方程式CO(g)＋O2(g)===CO2(g)，则反应ΔH ＝(－1 137.5 kJ·mol－1)－(－854.5 kJ·mol－1)＝－283 kJ·mol－1，则表示一氧化碳燃烧热的热化学方程式为CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH ＝－283 kJ·mol－1； (2)由盖斯定律可知，反应①－③可得反应C(s)＋2H2(g)===CH4(g)，则反应ΔH ＝(－1 137.5 kJ·mol－1)－(－890.3 kJ·mol－1)＝－247.2 kJ· mol－1，所以该反应为反应物的总键能小于生成物的总键能，18 g碳与氢气反应生成甲烷放出的热量为×247.2 kJ·mol－1＝370.8 kJ； 答案：(1)CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1　 (2)－247.2　小于　放出　370.8　(3)1　0.5 2．将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要化学反应为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。 C(s)、H2(g)和CO(g)完全燃烧的热化学方程式分别为 C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1 H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH2＝－242.0 kJ·mol－1 CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝－283.0 kJ·mol－1 解析：(2)由于C(s)与水蒸气反应要吸热，所以1 mol CO和1 mol H2的能量比1 mol C(s)和1 mol H2O(g)的能量多，燃烧后放出的能量同样也多；反应的总能量是守恒的，所以甲同学的说法不正确，原因是他忽视了反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)为吸热反应，已经从环境中吸收了能量，而能量在转化过程中往往会有损失，所以乙同学说得对，即使没有损失也只能与直接燃烧煤放出的热量相同。 $$