1.2 反应热的测量和计算 第2课时（教学课件）化学沪科版2020选择性必修1

第一章 化学反应的热效应 1.2 反应热的测量和计算 课时2 化学反应焓变的计算 沪科版2020选择性必修1 2 1 反应热的计算 盖斯定律 知识导航 1.构建盖斯定律模型，理解盖斯定律的本质，形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型。 2.形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型。 3. 掌握有关反应热计算的方法和技巧，进一步提高计算能力。 明·学习目标 01 盖斯定律 自2000年中国发射第一颗北斗导航试验卫星至今，已护送60颗北斗导航卫星升空入轨，发射成功率100%。而火箭发动机一般选用化学推进剂，它是由燃料和氧化剂组成的，反应后产生高温气体用于火箭推进。 如何获得火箭推进剂燃烧时的反应热呢? 引·新课导入 在科学研究和工业生产中，常常需要了解反应热。许多反应热可以通过实验直接测定，但是有些反应热是无法直接测定的。 氧弹热量计(全自动) 探·知识奥秘 例如，对于化学反应： C燃烧时不可能全部生成CO，总有一部分CO2生成(难以控制反应的程度)，因此该反应的反应热是无法直接测定的。 C(s) + O2(g) CO(g) ΔH =? 该反应的反应热是冶金工业中非常有用的数据，能否利用一些已知反应的反应热来计算其他反应的反应热呢? 探·知识奥秘 7 化学家盖斯改进了拉瓦锡和拉普拉斯的冰量热计，从而较为准确地测量了许多化学反应的热效应。通过大量实验，盖斯提出： 化学反应的热效应仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关，而与其中间步骤无关，这就是盖斯定律。 换言之，一个反应若能分解成两步或更多步实现，则总反应的 ΔH 等于各分步反应的 ΔH 之和。 探·知识奥秘 8 在上海搭乘地铁从汉中路到陕西南路，你可以选择以下任意一条路线。例如： 路线 1：乘地铁 12 号线沿途经过 2 个车站。 路线 2：乘地铁 1 号线沿途经过 4 个车站。 路线 X：…… 无论你选择哪条路线，只要起点站(始点)和终点站(终点)相同，经过闸机时，你所付的车费是一样的。 化学反应热效应的计算与上述事例也有相似之处。无论化学反应遵循哪条路线进行，当中涉及多少步骤，只要反应的起始状态和最终状态相同，该化学反应的焓变都是相同的。 探·知识奥秘 9 盖斯定律 示例分析 示例：铜与氧气化合生成氧化铜 2Cu(s) + O2(g)＝2CuO(s) ΔH1 路线 A 路线 B Cu2O (s) + O2(g)＝2CuO(s) ΔH3 2Cu (s) + O2 (g)＝Cu2O(s) ΔH2 1 2 是否真如盖斯所说的那样呢? ∆HA＝ ∆H1 ＝-315 kJ/mol ＝-169 kJ/mol ＝-146 kJ/mol 2Cu(s) + O2(g)＝2CuO(s) ∆HB＝ ΔH2+ΔH2 ＝ -169 kJ/mol + (-146 kJ/mol) ＝ -315 kJ/mol ＝∆HA 结论：若一个反应的化学方程式可由其他几个化学方程式相加减得到，则该化学反应的焓变就等于其他几个反应焓变的代数和。 探·知识奥秘 10 盖斯定律的提出，为反应热的研究提供了极大的方便，使一些不易测定或无法测定的化学反应的反应热可以通过推算间接求得。 速率很慢 不容易直接发生 伴随副反应 间接求算 反应热 盖斯定律 探·知识奥秘 11 若反应物A变为生成物D，可以有两个途径： 则有ΔH＝___________________________ ①由A直接变成D，反应热为ΔH； ②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。 ΔH1 ΔH ? A B C D ΔH2 ΔH3 ΔH1＋ΔH2＋ΔH3 盖斯定律解题的应用 思路1：虚拟路径法 探·知识奥秘 ΔH2 ΔH3＝? CO2(g) C(s) + O2(g) ΔH1 路径I CO(g) + O2(g) 路径II ΔH1 ＝ ΔH2＋ΔH3 ΔH3 ＝ ΔH1－ΔH2 ＝ −393.5 kJ/mol − (−283.0 kJ/mol) ＝ −110.5 kJ/mol 物质 燃烧热ΔH (kJ/mol) C(s) −393.5 CO(g) −283.0 【典例1】 C (s) + O2 (g) CO (g) ΔH ＝? 析·典型范例 找出待求解的热化学方程式中各物质出现在已知热化学方程式中的位置 根据待求解的热化学方程式调整可用热化学方程式的方向、系数和ΔH 找出 调整 加和 求焓 检查 将调整好的热化学方程式和ΔH进行加和 ΔH随热化学方程式的调整而相应地进行加、减、乘、除运算 检查得出的热化学方程式是否正确 运用所给热化学方程式通过加减乘除的方法得到所求的热化学方程式。 盖斯定律解题的应用 思路2：加和法 探·知识奥秘 已知 反应 未知 反应 设计合理反应路径 核心：实现物质转化 求算 反应热 盖斯定律解题的应用 求算反应热的一般思路 探·知识奥秘 15 2023年5月17日10时49分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第56颗北斗导航卫星，是我国执行卫星发射任务的主力火箭。 一子级长24.76米，上部装有液体四氧化二氮(N2O4)的氧化剂箱，下部装有液体偏二甲肼(UDMH)的燃烧剂箱 二子级长9.943米，上部装有液体四氧化二氮(N2O4)的氧化剂箱，下部装有液体偏二甲肼(UDMH)的燃烧剂箱 三子级长12.375米，上部装有液氢(LH2)的燃烧剂箱，下部装有液氧(LOX)的氧化剂箱 盖斯定律解题的应用 探·知识奥秘 16 C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH1 ＝ −393.5 kJ/mol +) CO2(g) CO(g) + O2(g) ΔH2′ ＝ −ΔH2 = +283.0 kJ/mol ΔH3＝ΔH1 − ΔH2= −110.5 kJ/mol 已知 ① C(s)＋ O2(g) CO2(g) ΔH1= −393.5 kJ/mol ② CO(g)＋ O2(g) CO2(g) ΔH2= −283.0 kJ/mol 未知反应： C(s)＋ O2(g) CO(g) 【例1】 C (s) ＋ O2 (g) CO (g) ΔH＝? 析·典型范例 17 热化学方程式： ______________________________________________________________ 【例2】写出偏二甲肼-四氧化二氮推进剂燃烧的热化学方程式。 C2H8N2(l) + 4NO2(g) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH1 2NO2(g) N2O4(l) ΔH2 已知：火箭推进剂用偏二甲肼(C2H8N2，l)作燃料，N2O4(l)作氧化剂时，反应生成CO2、N2和水蒸气。 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) C2H8N2(l) + 4NO2(g) C2H8N2(l) + 2N2O4(l) ΔH＝? ΔH1 2×ΔH2 ΔH1＝2ΔH2 + ΔH ΔH＝ΔH1−2ΔH2 析·典型范例 18 热化学方程式： _________________________________________________________________ 【例3】写出偏二甲肼-四氧化二氮推进剂燃烧的热化学方程式。 C2H8N2(l) + 4NO2(g) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH1 2NO2(g) N2O4(l) ΔH2 已知：火箭推进剂用偏二甲肼(C2H8N2，l)作燃料，N2O4(l)作氧化剂时，反应生成CO2、N2和水蒸气。 C2H8N2(l) + 4NO2(g) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH1 +) 2N2O4(l) 4NO2(g) −2ΔH2 C2H8N2(l) + 2N2O4(l) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH＝ΔH1−2ΔH2 C2H8N2(l) + 2N2O4(l) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH＝ΔH1−2ΔH2 析·典型范例 19 02 反应热的计算 在实际应用中，常常需要计算反应热。那么有关反应热计算的依据和方法有哪些呢? 探·知识奥秘 释放431 kJ/mol×2 mol＝862 kJ ∆H＝679-862 ＝ −183 kJ/mol 吸收436 kJ + 243 kJ＝679 kJ ΔH＝反应物的总键能-生成物的总键能 反应热的计算 类型01 利用键能计算 ΔH 探·知识奥秘 【答案】C 【例1】联氨(N2H4)是喷气式发动机和火箭常用的燃料，已知 ，相关化学键的键能如下表所示，则x为 化学键 N-H N-N O2中氧氧键 N≡N O-H 键能 a x b c d A． B． C． D． 析·典型范例 能量 反应历程 A＋BC AB＋C 能量 反应历程 单峰图 多峰图 反应热的计算 类型02 利用能量图计算 ΔH 探·知识奥秘 【答案】A 【例1】标准状态下，气态反应物和气态生成物的相对能量与反应历程如图所示[已知 O2(g)和 Cl2(g)的相对能量为0]，下列说法正确的是 A．Cl2(g)=Cl(g)+Cl(g)的ΔH=+2(E2-E3)kJ·mol-1 B．ClO在历程Ⅱ中作催化剂 C．相同条件下，O3的平衡转化率：历程Ⅱ>历程Ⅰ D．历程Ⅱ中的一步反应的热化学方程式为ClO(g)+O(g)=O2(g)+Cl(g)  ΔH=(E4-E5)kJ·mol-1 析·典型范例 能量 生成物 的总能量 反应物 的总能量 a b c a表示正反应的活化能 b表示逆反应的活化能 c表示该反应的│反应热│ 能量 生成物 的总能量 反应物 的总能量 a c b ΔH＝(a－b) kJ/mol ＝－c kJ/mol ΔH＝(a－b) kJ/mol ＝c kJ/mol ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能 反应热的计算 类型03 利用活化能计算ΔH 探·知识奥秘 【答案】C 【例1】反应A→C分两步进行：①A→B，②B→C．反应过程能量变化曲线如图所示(E1、E2、E3、E4表示活化能)。下列说法不正确的是 A．三种化合物的稳定性： B．A→B反应的活化能为E1 C．B→C反应的 D．加入催化剂不能改变反应的焓变 探·知识奥秘 标准摩尔生成焓 在标准压力(100kPa)下，在进行反应的温度时，由最稳定的单质合成标准压力pϴ下单位量物质B的反应焓变，叫做物质B的标准摩尔生成焓，用符号△fHmϴ表示 其中，下标f表示"生成"，下标m表示反应进度为ε=1mol，上标ϴ表示标准状态，标准摩尔生成焓的单位为kJ/mol或kJ·mol-1。 任何一个化学反应的焓变等于产物的总生成焓与反应物生成焓之差：总生成焓等于标准摩尔生成焓乘上方程式的计量系数。 公式为： 根据上述定义，最稳定单质的△fHmϴ ＝0 注意：当一种元素有两种或两种以上的单质时，只有一种是最稳定的。 迁·拓展延伸 【答案】D 1.杭州第19届亚运会火炬命名“薪火”，表达了亚运精神薪火相传，中华文明生生不息之意；“薪火”采用丙烷为燃料，火焰呈橙色。主火炬塔“钱江潮涌”采用废碳再生的绿色甲醇作为燃料，实现循环内碳的零排放，被称为“零碳甲醇”，助力打造首届碳中和亚运会。下列叙述正确的是 A．丙烷和甲醇的燃烧，实现了零碳排放的绿色亚运 B．废碳(CO2)再生绿色甲醇原子利用率100% C．丙烷燃烧的热效应就是其燃烧热 D．丙烷和甲醇完全燃烧产物对大气无污染 练·技能实战 2.下列说法正确的是(　　) A.化学反应的反应热与反应过程有密切的关系 B.化学反应的反应热取决于反应体系的始态和终态 C.盖斯定律只是一条简单的自然规律,其实际作用不大 D.有的化学反应过程没有能量变化 B 练·技能实战 3.在25℃，101kPa下，由稳定单质生成1mol化合物的反应焓变即为该化合物的标准摩尔生成焓 根据下表所给的数据，下列说法正确的是( ) 化合物 A．根据标准摩尔生成焓定义可知稳定单质的 为0 C．可推知热稳定性： D． 和 反应的热化学方程为 B．可推知键能： 【答案】AD 练·技能实战 【答案】C 4.CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分，其高效的储放氧性能在CO＋NO的氧化还原催化循环中发挥了巨大作用。研究发现，NO先在CeO2催化剂表面形成强吸附性的N2O2二聚体，N2O2再与CO在CeO2表面反应生成N2O和CO2，该过程的能量变化曲线如图所示(吸附在CeO2表面的物种用*标注)。下列说法不正确的是 说明：“-----”表示化学键将要断裂或形成。 A．该反应属于放热反应 B．该过程中的最大活化能为0.8eV C．该过程中伴随极性键和非极性键的断裂和形成 D．若改用其他催化剂，其反应的ΔH 反应的最大活化能为(—1.18eV)—(—1.98eV)=0.8eV 练·技能实战 5.N2O和CO均是有害气体，可在 表面转化为无害气体，其反应原理如下： 。有关化学反应的能量变化过程(图1)及物质变化过程(图2)如下。 (2)该反应的逆反应活化能是 。 (3)若没有 参与该转化过程，Ea ， ΔH 。 回答下列问题： (1)图1中反应是 (填“放热”或“吸热”)反应，该反应 (填“需要”或“不需要”)环境先提供能量，该反应的ΔH= 。 放热 需要 -226kJ/mol 360kJ/mol 增大 不变 练·技能实战 课时2 化学反应焓变的计算 盖斯定律 方法技巧 反应热的计算 常见题型 内容 应用 理·核心要点 感谢 您的聆听 THANKS 沪科版2020选择性必修1 $$