苏教版高中化学选修四课件：1.1.2反应热的测量与计算 能源的充分利用.ppt

1、第2课时 反应热的测量与计算 能源的充分利用 【目标定位目标定位】 1.1.初步学习测定化学反应的反应热的实验方法初步学习测定化学反应的反应热的实验方法, ,能正确分析误能正确分析误 差产生的原因差产生的原因, ,并能采取适当措施减小误差。并能采取适当措施减小误差。 2.2.知道盖斯定律的内容知道盖斯定律的内容, ,能运用盖斯定律计算化学反应的反应能运用盖斯定律计算化学反应的反应 热。热。 3.3.了解标准燃烧热、热值的概念。了解标准燃烧热、热值的概念。 4.4.了解常见的节能措施及节能的意义。了解常见的节能措施及节能的意义。 5.5.了解化学在解决能源危机中的重要作用及常用的节能方法。了解化

2、学在解决能源危机中的重要作用及常用的节能方法。 【基础清单基础清单】 一、反应热的测量与计算一、反应热的测量与计算 1.1.反应热的测量反应热的测量: : (1)(1)原理原理: :反应热反应热 H= =- -cmcm t t。 c:c:反应溶液的比热容反应溶液的比热容, ,指单位质量的某种物质温度升高指单位质量的某种物质温度升高_ 时所吸收的热量。时所吸收的热量。 t:t:反应体系的温度变化。反应体系的温度变化。 11 (2)(2)仪器仪器简易量热计。简易量热计。 测定反应前后溶液的温度测定反应前后溶液的温度 使反应充分进行、体系的温度均匀使反应充分进行、体系的温度均匀 保温作用保温作用 反

3、应容器反应容器 2.2.反应热的计算反应热的计算盖斯定律盖斯定律: : (1)(1)内容内容: :一个化学反应一个化学反应, ,无论是一步完成无论是一步完成, ,还是分几步完成还是分几步完成, ,其其 总的热效应是总的热效应是_的。的。 (2)(2)本质本质: :化学反应的焓变只与反应的化学反应的焓变只与反应的_和和_有有 关关, ,而与反应的途径无关。如图所示而与反应的途径无关。如图所示: : 完全相同完全相同 起始状态起始状态 最终状态最终状态 H1 1+ + H2 2 H3 3+ + H4 4+ + H5 5 (3)(3)应用应用: :运用盖斯定律可以方便地计算出不易测定的反应的热运用盖

4、斯定律可以方便地计算出不易测定的反应的热 效应。若一个反应的化学方程式可由另外几个反应的化学方程效应。若一个反应的化学方程式可由另外几个反应的化学方程 式相加减得到式相加减得到, ,则该反应的焓变亦可以由这几个反应的焓变则该反应的焓变亦可以由这几个反应的焓变_ _而得到。而得到。 相相 加减加减 二、能源的充分利用二、能源的充分利用 1.1.能源能源: : (1)(1)我国主要能源及使用形式我国主要能源及使用形式: :我国目前使用的主要能源是我国目前使用的主要能源是_ _,_,使用的能量的主要形式是使用的能量的主要形式是_和和_。 (2)(2)新能源新能源: :主要包括太阳能、氢能、核能、风能

5、、生物质能主要包括太阳能、氢能、核能、风能、生物质能 、 、 地热能地热能 、潮汐能等。 、潮汐能等。 化石化石 燃料燃料 电能电能 热能热能 2.2.衡量燃料燃烧放出热量大小的物理量衡量燃料燃烧放出热量大小的物理量: : (1)(1)标准燃烧热标准燃烧热: :在在101 kPa101 kPa下下,_,_物质完全燃烧的反应热。物质完全燃烧的反应热。 (2)(2)热值热值:_:_物质完全燃烧所放出的热量。物质完全燃烧所放出的热量。 1 mol1 mol 1 g1 g 【思考辨析思考辨析】 1.1.判断正误判断正误: : (1)(1)化石燃料主要包括石油、煤和天然气化石燃料主要包括石油、煤和天然气

6、, ,它们蕴藏量无限它们蕴藏量无限, ,可可 以再生。以再生。 ( ( ) ) 分析分析: :化石燃料蕴藏量有限化石燃料蕴藏量有限, ,不可再生。不可再生。 (2)(2)化学反应的焓变与反应途径密切相关。化学反应的焓变与反应途径密切相关。 ( )( ) 分析分析: :化学反应的焓变只与反应的始态、终态有关化学反应的焓变只与反应的始态、终态有关, ,与过程无关。与过程无关。 (3)(3)在在101 kPa101 kPa时时,1 mol H,1 mol H2 2完全燃烧生成完全燃烧生成1 mol1 mol水蒸气时所放出水蒸气时所放出 热量称为氢气的标准燃烧热。热量称为氢气的标准燃烧热。 ( )(

7、) 分析分析: :完全燃烧时完全燃烧时H H2 2应转化为应转化为H H2 2O(l)O(l)而不是而不是H H2 2O(g)O(g)。 2.2.问题思考问题思考: : (1)CH(1)CH4 4的标准燃烧热的标准燃烧热 H= =- -890.3 kJ890.3 kJmolmol- -1 1, ,所表示的含义是所表示的含义是 什么什么? ? 分析分析: :表示表示2525、101 kPa101 kPa时时,1 mol CH,1 mol CH4 4完全燃烧生成完全燃烧生成COCO2 2(g)(g)和和 H H2 2O(l)O(l)所放出的热量为所放出的热量为890.3 kJ890.3 kJ。 (

8、2)(2)如何理解标准燃烧热中的如何理解标准燃烧热中的“完全燃烧完全燃烧”? ? 分析分析: :完全燃烧生成稳定的氧化物是指在常温常压下能稳定存完全燃烧生成稳定的氧化物是指在常温常压下能稳定存 在的氧化物在的氧化物, ,如如C C转化成转化成COCO2 2(g),S(g),S转化成转化成SOSO2 2(g),H(g),H2 2转化成转化成 H H2 2O(l)(O(l)(注意注意: :氢的燃烧产物不能是气态氢的燃烧产物不能是气态) )。 【知识链接知识链接】 生物质能生物质能 太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式, ,即以生物质即以生物质 为载体

9、的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用, , 可转化为常规的固态、液态和气态燃料可转化为常规的固态、液态和气态燃料, ,取之不尽、用之不竭取之不尽、用之不竭, , 是一种可再生能源是一种可再生能源, ,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质 能的原始能量来源于太阳。能的原始能量来源于太阳。 地热能地热能 大部分是来自地球深处的可再生性热能大部分是来自地球深处的可再生性热能, ,它起源于地球的熔融它起源于地球的熔融 岩浆和放射性物质的衰变。还有一小部分能量来自太阳岩浆和放射性物质的衰变。还有一小部分能量

10、来自太阳, ,大约大约 占总的地热能的占总的地热能的5%,5%,表面地热能大部分来自太阳。地下水的深表面地热能大部分来自太阳。地下水的深 处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后, ,把热量从地下深处把热量从地下深处 带至近表层。地热能不但是无污染的清洁能源带至近表层。地热能不但是无污染的清洁能源, ,而且如果热量而且如果热量 提取速度不超过补充的速度提取速度不超过补充的速度, ,那么热能是可再生的。那么热能是可再生的。 一、标准燃烧热和中和热一、标准燃烧热和中和热 1.1.标准燃烧热的含义标准燃烧热的含义: : 2.2.标准燃烧热与中和热的比较标准燃烧热与中和

11、热的比较: : 标准燃烧热标准燃烧热 中和热中和热 相相 同同 点点 能量能量 变化变化 放热反应放热反应 H及及 其单位其单位 H= =- -akJakJmolmol- -1 1(a0)(a0) 不不 同同 点点 反应物反应物 的量的量 1 mol1 mol可燃物可燃物 不一定为不一定为1 mol1 mol 生成物生成物 的量的量 不一定为不一定为1 mol1 mol 1 mol1 mol水水 反应热反应热 的含义的含义 101 kPa101 kPa时时,1 mol,1 mol 纯物质完全燃烧时纯物质完全燃烧时 所放出的热量所放出的热量; ;不不 同的反应物同的反应物, ,标准标准 燃烧热不

12、同燃烧热不同 在稀溶液里在稀溶液里, ,强酸与强碱发强酸与强碱发 生中和反应生成生中和反应生成1 mol1 mol水时水时 所释放的热量所释放的热量; ;不同的反应不同的反应 物物, ,中和热大致相同中和热大致相同 【知识备选知识备选】能源的分类能源的分类 标准标准 分类分类 定定 义义 举举 例例 按转按转 换过换过 程分程分 一次一次 能源能源 从自然界直接取得从自然界直接取得 的自然资源的自然资源 煤、原油、天然气等化煤、原油、天然气等化 石能源石能源, ,水能、风能、水能、风能、 生物质能、太阳能等生物质能、太阳能等 二次二次 能源能源 一次能源经过加工一次能源经过加工 转换后获得的能

13、源转换后获得的能源 各种石油制品、煤气、各种石油制品、煤气、 蒸汽、电力、氢能、沼蒸汽、电力、氢能、沼 气等气等 标准标准 分类分类 定定 义义 举举 例例 按性按性 质分质分 可再可再 生能生能 源源 可持续再生可持续再生, ,永远利永远利 用的一次能源用的一次能源 风能、水能、生物质风能、水能、生物质 能、太阳能、潮汐能能、太阳能、潮汐能 等等 非再非再 生能生能 源源 经过亿万年形成的经过亿万年形成的 短期内无法恢复的短期内无法恢复的 能源能源 石油、煤、天然气等石油、煤、天然气等 化石能源化石能源, ,核能核能 标准标准 分类分类 定定 义义 举举 例例 按利按利 用历用历 史分史分

14、常规常规 能源能源 在一定历史时期和科在一定历史时期和科 学技术水平下学技术水平下, ,已被人已被人 们广泛利用的能源们广泛利用的能源 煤、石油、天然气、煤、石油、天然气、 水能、生物质能等水能、生物质能等 新能新能 源源 随着科技的不断发展随着科技的不断发展, , 才开始被人类采用先才开始被人类采用先 进的方法加以利用的进的方法加以利用的 古老能源以及新发展古老能源以及新发展 的利用先进技术所获的利用先进技术所获 得的能源得的能源 地热能、氢能、核地热能、氢能、核 能、风能、太阳能、能、风能、太阳能、 海洋能等海洋能等 标准标准 分类分类 定定 义义 举举 例例 按来按来 源分源分 来自太阳

15、辐射的能量来自太阳辐射的能量 太阳能、煤、石油、太阳能、煤、石油、 天然气、生物质能、天然气、生物质能、 风能风能 来自地球内部的能量来自地球内部的能量 地热能、核能、水能地热能、核能、水能 来自天体的引力能量来自天体的引力能量 潮汐能潮汐能 【思思悟悟】 (1)(1)已知氢气的标准燃烧热为已知氢气的标准燃烧热为 H= =- -285.8 kJ285.8 kJmolmol- -1 1, ,应该怎样应该怎样 计算计算10 g10 g氢气完全燃烧生成稳定氧化物放出的能量呢氢气完全燃烧生成稳定氧化物放出的能量呢? ? 提示提示: :根据可燃物的燃烧热计算可燃物完全燃烧放出的热量公根据可燃物的燃烧热计

16、算可燃物完全燃烧放出的热量公 式式: :放出的热量放出的热量Q=n(=n(可燃物可燃物) )|H( (可燃物可燃物)|,10 g)|,10 g氢气的物氢气的物 质的量为质的量为5 mol,5 mol,则放出的热量为则放出的热量为Q=5 mol=5 mol- -285.8 kJ285.8 kJmolmol- -1 1 =1 429 kJ=1 429 kJ。 (2)(2)已知已知H H+ +OH+OH- -=H=H2 2O O H= =- -57.3 kJ57.3 kJmolmol- -1 1。0.5 mol 0.5 mol H H2 2SOSO4 4和和0.5 mol Ba(OH)0.5 mol

17、 Ba(OH)2 2完全反应放出的热量也是完全反应放出的热量也是57.3 kJ57.3 kJ吗吗? ? 提示提示: :不是。中和热的实质是不是。中和热的实质是H H+ +、OHOH- -结合生成结合生成H H2 2O O。若反应过程。若反应过程 中有其他物质生成中有其他物质生成( (如生成沉淀或难电离的其他物质等如生成沉淀或难电离的其他物质等),),这部这部 分反应热不应计在中和热内。分反应热不应计在中和热内。H H2 2SOSO4 4和和Ba(OH)Ba(OH)2 2反应生成了反应生成了BaSOBaSO4 4 沉淀。沉淀。 二、盖斯定律的应用二、盖斯定律的应用 1.1.加合法加合法: : (

18、1)(1)方法方法: :运用所给热化学方程式通过加减运用所给热化学方程式通过加减( (或乘除或乘除) )的方法得到的方法得到 所求热化学方程式所求热化学方程式, ,同时反应热也做相应的变化。同时反应热也做相应的变化。 (2)(2)举例。举例。 已知已知: : 2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(g) O(g) H1 1= =- -483.6 kJ483.6 kJmolmol- -1 1 H H2 2O(g)=HO(g)=H2 2O(l)O(l) H2 2= =- -44.0 kJ44.0 kJmolmol- -1 1 写出写出H H2 2(g)+ O(g)

19、+ O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l)O(l)的热化学方程式的热化学方程式 根据盖斯定律根据盖斯定律: :将将 + +便得出便得出 H H2 2(g)+ O(g)+ O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l)O(l) H= = H1 1 + + H2 2=(=(- -483.6 kJ483.6 kJmolmol- -1 1) ) + + ( (- -44.0 kJ44.0 kJmolmol- -1 1)=)=- -285.8 kJ285.8 kJmolmol- -1 1 所求热化学方程式为所求热化学方程式为 H H2 2(g)+ O(g)+ O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l)

20、O(l) H= =- -285.8 kJ285.8 kJmolmol- -1 1。 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2.2.虚拟路径法虚拟路径法: : (1)(1)原理原理: :先根据题意虚拟转化过程先根据题意虚拟转化过程, ,然后根据盖斯定律列式求然后根据盖斯定律列式求 解解, ,即可求得待求的反应热。可表示如下即可求得待求的反应热。可表示如下 若反应物若反应物A A变为生成物变为生成物D,D,可以有两个途径可以有两个途径: : 则有则有 H= = H1 1+ + H2 2+ + H3 3 (2)(2)实例。实例。 已知下列两个热化学方程式已知下列两个热化学方程式: : P

21、P4 4(s,(s,白磷白磷)+5O)+5O2 2(g)=P(g)=P4 4O O10 10(s) (s) H1 1= =- -2 983.2 kJ2 983.2 kJmolmol- -1 1 P(s,P(s,红磷红磷)+ O)+ O2 2(g)= P(g)= P4 4O O10 10(s) (s) H2 2= =- -738.5 kJ738.5 kJmolmol- -1 1 5 4 1 4 若要写出白磷转化为红磷的热化学方程式可虚拟如下过程若要写出白磷转化为红磷的热化学方程式可虚拟如下过程: : 根据盖斯定律根据盖斯定律: : H= = H1 1+(+(- - H2 2) )4 4 = =-

22、 -2 983.2 kJ2 983.2 kJmolmol- -1 1+738.5 kJ+738.5 kJmolmol- -1 14 4 = =- -29.2 kJ29.2 kJmolmol- -1 1, , 则白磷转化为红磷的热化学方程式为则白磷转化为红磷的热化学方程式为 P P4 4(s,(s,白磷白磷)=4P(s,)=4P(s,红磷红磷) ) H= =- -29.2 kJ29.2 kJmolmol- -1 1。 【思思悟悟】 (1)(1)已知已知C(s)+ OC(s)+ O2 2(g)=CO(g)(g)=CO(g) H1 1=?=? CO(g)+ OCO(g)+ O2 2(g)=CO(g)

23、=CO2 2(g)(g) H2 2= =- -283.0 kJ283.0 kJmolmol- -1 1 C(s)+OC(s)+O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g)(g) H3 3= =- -393.5 kJ393.5 kJmolmol- -1 1 如何求如何求 H1 1? ? 提示提示: :几个化学方程式的关系几个化学方程式的关系: :+ += =; ;则则H1 1+H2 2=H3 3, , 即即H1 1=H3 3- -H2 2= =- -393.5 kJ393.5 kJmolmol- -1 1+ 283.0 kJ+ 283.0 kJmolmol- -1 1= = - -110.5 k

24、J110.5 kJmolmol- -1 1 1 2 1 2 (2)(2)已知已知:2H:2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l)O(l) H1 1= =- -571.6 kJ571.6 kJmolmol- -1 1; ; 2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(g)O(g) H2 2= =- -483.6 kJ483.6 kJmolmol- -1 1; ;求求H H2 2O(l)O(l) =H=H2 2O(g)O(g) H3 3=?=? 提示提示: :若写出若写出H H2 2O(l)=HO(l)=H2 2O(g)O(g) H3

25、 3=?=?可虚拟如下过程可虚拟如下过程, , 根据盖斯定律根据盖斯定律:H3 3=(=(H2 2- -H1 1)/2=)/2= - -483.6 kJ483.6 kJmolmol- -1 1- -( (- -571.6 kJ571.6 kJmolmol- -1 1)/2=)/2= 44 kJ44 kJmolmol- -1 1。 类型一类型一 标准燃烧热和中和热标准燃烧热和中和热 【典例典例】下列关于热化学反应的描述中正确的是下列关于热化学反应的描述中正确的是 ( ( ) ) A.500A.500、30 MPa30 MPa下下, ,将将0.5 mol N0.5 mol N2 2和和1.5 mo

26、l H1.5 mol H2 2置于密闭的容置于密闭的容 器中充分反应生成器中充分反应生成NHNH3 3(g),(g),放热放热19.3 kJ,19.3 kJ,其热化学方程式为其热化学方程式为 N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g) 2NH(g) 2NH3 3(g) (g) H= =- -38.6 kJ38.6 kJmolmol- -1 1 B.HClB.HCl和和NaOHNaOH反应的中和热反应的中和热 H= =- -57.3 kJ57.3 kJmolmol- -1 1, ,则则H H2 2SOSO4 4和和 Ca(OH)Ca(OH)2 2反应的中和热反应的中和热 H=2=2( (-

27、 -57.3)kJ57.3)kJmolmol- -1 1 C.CO(g)C.CO(g)的标准燃烧热的标准燃烧热 H= =- -283.0 kJ283.0 kJmolmol- -1 1, ,则反应则反应2CO2CO2 2(g)(g) =2CO(g)+O=2CO(g)+O2 2(g)(g)的的 H=2=2283.0 kJ283.0 kJmolmol- -1 1 D.1 molD.1 mol乙醇燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是乙醇乙醇燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是乙醇 的标准燃烧热的标准燃烧热 【解题指南解题指南】解答本题时要注意以下两点解答本题时要注意以下两点: : (1)(1)完全

28、燃烧时完全燃烧时CCOCCO2 2,HH,HH2 2O(l)O(l)。 (2)(2)中和热不包括溶解热、沉淀热等。中和热不包括溶解热、沉淀热等。 【解析解析】选选C C。A A项项, ,热化学方程式所对应的反应热是指反应物热化学方程式所对应的反应热是指反应物 完全转化为生成物时的热量变化。题干中反应放出完全转化为生成物时的热量变化。题干中反应放出19.3 kJ19.3 kJ的的 热量时热量时,N,N2 2和和H H2 2并不能完全转化为并不能完全转化为NHNH3 3, ,故故1 mol N1 mol N2 2和和3 mol H3 mol H2 2若若 完全反应完全反应, ,放出的热量应大于放出

29、的热量应大于38.6 kJ,38.6 kJ,故故A A错错;B;B项项, ,因本反应中因本反应中 生成了生成了CaSOCaSO4 4沉淀沉淀, ,形成沉淀时也会放出热量形成沉淀时也会放出热量, ,故故H H1 1 C.C.浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应的中和热为浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应的中和热为 H= = - -57.3 kJ57.3 kJmolmol- -1 1 D.D.稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol1 mol水水, ,放出放出57.3 kJ57.3 kJ热热 量量 【解析解析】选选A A。A A项项,1 mol C(s),1 mol C(s)完全燃烧生成完全燃烧生成COCO2 2时放出的热量时放出的热量 大于不完全燃烧生成大于不完全燃烧生成COCO时放出的热量时放出的热量, ,所以若碳的标准燃烧热所以若碳的标准燃烧热 用用H3 3来表示来表示, ,则则H3 30)。 b.b.将煤转化为水煤气作为燃料和煤直接燃烧相比有很多优点将煤转化为水煤气作为燃料和煤直接燃烧相比有很多优点, , 你能列举其中的两个优点吗你能列举其中的两个优点吗? ? 提示提示: :减少污染减少污染, , 燃烧充分燃烧充分, , 方便运输方便运输( (任选任选2 2点即可点即可) )。