内容正文:
高中化学人教版(2019)选择性必修1
第3课时
第一章
化学反应的热效应
热化学方程式 燃烧热
第一节 反应热
学习目标
重点
掌握热化学方程式的概念、书写要点,能正确书写热化学方程式;
理解燃烧热的定义,学会利用燃烧热数据进行反应热计算与燃料热值比较。
难点
深入理解热化学方程式中化学计量数的 “物质的量” 含义及与 ΔH 的定量关系,突破 “聚集状态对反应热影响的微观本质”;
准确运用燃烧热概念解决复杂情境问题,理解反应热类型在实际应用中的条件与限制。
化学与生活
化学反应的能量变化需精准表征,热化学方程式能同时体现物质变化与能量变化 。
H2与 Cl2反应的热化学方程式如何书写?燃烧热为何是衡量燃料性能的关键指标?
本节课将学习热化学方程式的书写规则,剖析燃烧热的内涵,结合实例理解其应用,解锁化学反应能量变化的精准表达与实际价值,为能源利用、反应热计算筑牢基础 。
3
乙炔与氧气反应放出的热量用于切割金属
常温电化学合成丙酰胺
能量变化
物质变化
化学反应带来了什么
化学与生活
H2 + Cl2 == 2HCl
思考:下述化学方程式与一般的化学方程式有何不同?
点燃
H2(g) + Cl2 (g) 2HCl(g)
ΔH =
-184.6 kJ/mol
物质变化
能量变化
热化学方程式
1、热化学方程式:能表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式
2、意义:热化学方程式不仅表示了物质变化,也表示了能量变化,还表示反应热与参加反应物质的量的关系。
在25℃和 101 kPa下,1 mol气态H2与 1 mol气态Cl2反应生成2 mol气态HCl时,放出的热量为 2184.6kJ。
通常用小写英文字母g、l、s分别表示物质的状态为气态、液态、固态,用aq表示物质为水溶液中的溶质,不再用“↑”“↓”来标记气体生成物和难溶生成物。
(1)写出化学方程式.注明反应物和生成物的聚集状态
2.书写热化学方程式的方法
①注意纯液体和溶液的区别,如纯水表示为H2O(l),NaOH溶液中的NaOH表示为NaOH(aq)。
(②化学式相同的同素异形体除需注明聚集状态外,还需注明其名称,因为结构不同,物质具有的能量也不同,如热化学方程式中的金刚石应表示为“C(金刚石,s)”。
热化学方程式
物质聚集状态与物质能量的关系
同一物质,不同聚集状态的能量,有如下关系:
气态 > 液态> 固态
能量
生成液态水时,放出的热量多。
热化学方程式
(2)用△H表示化学反应放出或吸收的热量
2.书写热化学方程式的方法
下列热化学方程式有什么不同与联系?
H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(l) △H =-285.8 kJ /mol
2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △H =-571.6 kJ /mol
热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数,只表示物质的量,因此可以是整数或简单分数。
热化学方程式
①放热反应的△H为“-”,吸热反应的△H为“+”。
②书写热化学方程式时,△H必须与化学方程式中的化学计量数相对应,如果化学计量数加倍,则△H也加倍。
【例题】已知,在298K时,由于氢气和氮气反应生成1mol NH3(g)放热46.1kJ,将下列热化学方程式补充完整。
N2(g) + H2(g) = NH3(g)
3
2
1
2
N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)
NH3(g)= N2(g) + H2(g)
3
2
1
2
(1)
(2)
(3)
反应逆向进行,ΔH改变符号,但数值不变。
ΔH= - 46.1 kJ/mol
ΔH= - 92.2 kJ/mol
ΔH= + 46.1 kJ/mol
热化学方程式
2.书写热化学方程式的方法
ΔH的单位中“mol-1”的含义
对于一个化学反应:aA + bB = cC + dD,ΔH 的单位中“mol-1”既不是指“每摩尔A”,也不是指“每摩尔B(或C、D)”,而是指“每摩尔反应”。
例如,对于反应:
H2(g) + Cl2(g)=2HCl(g) ΔH=-184.6 kJ/mol
1 mol H2(g) 与 1 mol Cl2(g) 反应生成2 mol HCl(g) 表示“每摩尔反应”,“每摩尔反应”放出184.6 kJ的热量。而对于反应:
H2(g) + Cl2(g)=HCl(g) ΔH=-92.3 kJ/mol
则 0.5 mol H2(g) 与 0.5 mol Cl2(g)反应生成 1 mol HCl(g)表示“每摩尔反应”,“每摩尔反应”放出92.3 kJ的热量。这就是ΔH必须与化学方程式一一对应的原因。
热化学方程式
(2)用△H表示化学反应放出或吸收的热量
2.书写热化学方程式的方法
对于可逆反应,正逆反应的反应热ΔH数值相等,符号相反。
可逆反应的ΔH 是指物质完全反应时的热效应。
可逆反应实际吸收或放出的热量要小于ΔH的数值!!!
2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g) △H= -197kJ/mol
2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH = + 92.4kJ/mol
热化学方程式
书写热化学方程式时,应注明反应体系所处的温度和压强,若为25℃、101 kPa时可省略。
H2 (g) + Cl2(g) = 2HCl(g)
ΔH= - 186.4 kJ/mol
该反应在25℃、101 kPa下进行
H2 (g) + I2(g) 2HI(g)
ΔH= - 14.9 kJ/mol
200℃
101kPa
热化学方程式
(3)注明反应时的温度和压强
2.书写热化学方程式的方法
【例题】依据事实,写出下列反应的热化学方程式。
(1) 1 mol Cu(s)与适量O2(g)反应生成CuO(s),放出157.3kJ的热量。
(2)1 mol C2H4(g)与适量O2(g)反应生成CO2(g)和H2O(l),放出1411.0kJ的热量。
(3)1molC(s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收131.5kJ的热量。
Cu(s) + O2(g) = CuO(s) ∆H=−157.3 kJ/mol
1
2
C2H4(g) +3O2(g) = 2CO2(g) + 2H2O(l) ∆H=−1411.0 kJ/mol
C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) ∆H=+131.5 kJ/mol
热化学方程式
热化学方程式的正误判断
一看原理
如燃烧热的热化学方程式是否符合概念
二看状态
各物质的聚集状态是否注明,特别是溶液中各物质状态
三看符号
放热反应的ΔH为“-”,吸热反应的ΔH为“+”
四看数值
ΔH是否与热化学方程式中各物质的化学计量数相对
应,数值是否正确
五看单位
一般为kJ·mol-1(或kJ/mol),易错写为kJ或漏写
热化学方程式
燃烧热
C(s) + O2(g) CO2(g) ∆H=−393.5 kJ/mol
C(石墨)燃烧热的热化学方程式
H2(g)燃烧热的热化学方程式
H2(g) + O2(g) = H2O(l) ∆H=−285.8 kJ/mol
1
2
1.燃烧热的概念
101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。
单位:kJ·mol-1。
反应条件
生成物不能再燃烧
限定可燃物的量
燃料热:在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。单位:kJ/mol
S(硫元素)
SO2(g)
C(碳元素)
CO2(g)
H(氢元素)
H2O(l)
N(氮元素)
N2(g)
【注意】燃烧热对应的∆H的符号一定是负值
燃烧热
【例题】煤(C)、石油(C8H8)、天然气是当今世界重要的化石燃料,其储备影响着国际形势。其主要成分分别是碳单质[ C(s) ]、辛烷[C8H8 (l)]、甲烷[CH4(g)],查阅资料得到在25℃,101kPa时,碳、辛烷、甲烷的燃烧热分别为393.5kJ/mol,5518kJ/mol、890.3kJ/mol。请写出上述三种物质燃烧热的热化学方程式。
C(s) + O2(g) = CO2(g) ∆H=−393.5 kJ/mol
C8H8 (l) + O2(g) =8CO2(g) + 9H2O(l) ∆H=−5518 kJ/mol
25
2
CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) ∆H=−890.3 kJ/mol
燃烧热
燃料燃烧热对应的热化学方程式(小结)
燃料必须为1 mol。
相应元素必须转化为指定产物。
燃烧热对应的∆H一定是负值。
2.燃烧热的表述方法
燃烧热
2. 燃烧热的热化学方程式的书写
区别: 表示燃烧热的热化学方程式必须是1mol纯物质完全燃烧反应
如:辛烷C8H18燃烧的热化学方程式为:
2C8H18(l)+25O2(g)=16CO2(g)+ 18H2O(l) ΔH= - 11 036 kJ·mol-1,
表示辛烷C8H18燃烧热的热化学方程式为:
C8H18(l)+ O2(g)=8CO2(g)+ 9H2O(l) ΔH= - 5 518 kJ·mol-1。
2.燃烧热的表述方法
燃烧热
19
燃烧热是一种反应热,用文字叙述燃烧热时,用正值;用△H表示燃烧热时,要加“-”。如H₂(g)的燃烧热为285.8 kJ/mol或H₂(g)的燃烧热△H=-285.8 kJ/mol。
以下为部分燃料的燃烧热,结合燃料本身的特点及燃料的选择条件,讨论以下燃料的应用。
大气污染,一般不作燃料
不易制备、运输,但无污染且燃烧热较大,是未来新能源
西气东输工程,家庭常用燃料
可再生能源,液体易运输,且燃烧热较大,逐渐被应用于乙醇汽油中
燃料的选择
燃料 燃烧热(kJ/mol)
S(s) 296
H2(g) 285.8
CH4(g) 890.3
C2H5OH(l) 1366.8
燃烧热
燃料的选择
【思考】根据以下物质的燃烧热数据,计算相同质量的H2(g)、CH4(g)、C2H5OH(l)
完全燃烧放出的热量,说明用液氢作为火箭燃料的优点。
燃料 燃烧热(kJ/mol) 1 g燃料完全燃烧放出的热量(kJ)
H2(g) 285.8
CH4(g) 890.3
C2H5OH(l) 1366.8
142.9
55.6
29.7
由计算可知,相同质量的上述三种燃料, H2(g) 完全燃烧放出的热量最多,同时, H2(g) 燃烧产物无污染,这是用液氢作为火箭燃料的优点。
燃烧热
21
燃料选择的因素
所提供的热量足够多
污染小
易开采
易运输
一定量的燃料所提供的热量足够多
燃料的选择
燃烧热
22
随堂训练
1.热化学方程式与普通化学方程式不同,下列有关热化学方程式
CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1的说法错误的是( )
A.既表示化学反应中的物质变化,又表示化学反应中的能量变化
B.表示1 molCO(g)与 mol O2(g)完全反应生成1 molCO2(g)放出283.0 kJ热量
C.一氧化碳的燃烧热为283.0 kJ·mol-1
D.CO与O2反应生成CO2只能实现化学能向热能的转化
D
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2.热化学方程式与普通化学方程式不同,下列有关热化学方程式
CO(g) + O2(g) = CO2(g) ΔH = -283.0 kJ·mol-1的说法错误的是 ( )
A.既表示化学反应中的物质变化,又表示化学反应中的能量变化
B.表示1 mol CO(g)与 mol O2(g)完全反应生成1 mol CO2(g)放出283.0 kJ的热量
C.一氧化碳的燃烧热为283.0 kJ·mol-1
D.CO与O2反应生成CO2只能实现化学能向热能的转化
D
随堂训练
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3.下列热化学方程式中的反应热为可燃物的燃烧热的是( )
A.H2(g) +O2(g) = H2O(g) △H =-241.8 kJ·mol—1
B.CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g) △H =-846.3 kJ·mol—1
C.C(s) + O2(g) = CO2(g) △H =-393.5 kJ·mol—1
D.C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO(g) + 4H2O(l)△H = -2044.0 kJ·mol—1
C
随堂训练
25
4.下列叙述正确的是( )
A.在25℃、101kPa时,2 g H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,则该反应热化学方程式为:2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △H = -285.8 kJ·mol—1
B.500℃、30Mpa下,将0.5 mol N2与1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为:N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H = -38.6 kJ·mol—1
C.在稀溶液中,H+(aq) + OH-(aq) = H2O(l) △H = -57.3 kJ·mol—1,若将含0.5 mol H2SO4的浓硫酸与含1 mol NaOH的溶液混合,放出的热量大于57.3 kJ
D.1 mol硫蒸气与1 mol硫粉完全燃烧放出的热量相同
C
随堂训练
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