(共11张PPT)
从家用燃料到
火箭推进剂的选择
第一章 化学反应的热效应
第2节 反应热的计算
一、创设情境，温故设疑
1.火箭为什么能够升空？利用物理、化学知识交流火箭升空的原因。
2.为什么燃料燃烧可以放出热量？分析燃料燃烧放出热量的原因并用图示表示。
3.画出燃料燃烧的能量-过程示意图。
二、设疑引入盖斯定律
常见的燃料有哪些？
列举常见的燃料
书写指定物质的热化学方程式
（p.124附录I）
某些物质的燃烧热(25 ℃，101 kPa)
名称 化学式(状态) ΔH/(kJ ·mol-1)
石墨 C(s) -393.5
金刚石 C(s) -395.0
氢气 H2(g) -285.8
一氧化碳 CO(g) -283.0
甲烷 CH4(g) -890.3
甲醇 CH3OH(l) -726.5
乙烷 C2H6(g) -1 559.8
乙烯 C2H4(g) -1 411.0
乙炔 C2H2(g) -1 299.6
乙醇 C2H5OH(l) -1366.8
丙烷 C3H8(g) -2 219.9
苯 C6H6(l) -3 267.5
二、设疑引入盖斯定律
2C(s)+O2(g)=2CO(g)的反应热无法直接测定，但这个反应热是冶金工业中非常有用的数据，应该如何获得呢？
盖斯定律：一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成的，其反应热是相同的。
S(s)+O2(g)
SO2(g)
S(g)+O2(g)
H1=-2968kJ/mol
H2
H3
请确定 H1、 H2、 H3三者的关系。
二、设疑引入盖斯定律
例题1；以CO和H2为原料合成甲醇是工业上的成熟方法，直接以CO2为原料生产甲醇是目前的研究热点。我国科学见用CO2人工合成淀粉时，第一步就需要将CO2转化为甲醇。
已知：①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H1=-90.5kJ/mol
②CO(g)+H2O(g) CO2(g) +H2(g) H1=-41.1kJ/mol
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H1=-483.6kJ/mol
写出CO2(g) 和H2(g)合成甲醇的热化学方程式 。
二、设疑引入盖斯定律
例题2：二甲醚（CH3OCH3）是重要的化工原料，可用CO和H2制得，总反应的热化学方程式如下：
2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) H=-206.0kJ/mol
工业上采用“一步法”，通过复合催化剂使下列甲醇合成和甲醇脱水反应同时进行。
I.甲醇合成反应： ，
II.甲醇脱水反应：
2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) H=-24.0kJ/mol
请补全甲醇合成反应的热化学方程式。
三、迁移应用，选择燃料
（1）为什么家用燃料通常是以CH4为主的天然气？选择的标准是什么？
（2）分析火箭推进剂燃料的选择标准和家用燃料有哪些异同？
四、资料展示，形成认识
火箭推进剂的优缺点是什么？
四、资料展示，形成认识
火箭推进剂的优缺点是什么？
资料1：肼（N2H4）及其甲基衍生物在常温下是液体，剧毒，当点燃时，迅速进而完全燃烧，并放出大量的热。其他的氧化剂如N2O4（沸点24℃）、H2O2、HNO3等也能发生类似的氧化燃烧反应。
“长征二号”采用四氧化二氮/偏甲基肼作为推进剂，其特点是相对易存储。四氧化二氮和肼接触后发生自燃，反应热化学方程式为：
N2O4(l)+2N2H4(l)=3N2(g)+4H2O(g) H=-1038.7kJ/mol
偏二甲肼（C2H8N2）和四氧化二氮反应的热化学方程式为：
C2H8N2(l)+2N2H4(l)=2CO2(g)+3N2(g)+4H2O(g) H=-2250kJ/mol
资料2：超低温存储燃料，“长征五号”重型运载火箭首次采用-252℃和-183℃的液氧推进剂，箭体内部温度极低，还实现了无毒无污染发射。为了打造这枚“冰箭”，我国科研人员花费了10多年时间，突破了200多个技术难关。
资料3:“长征七号”火箭采用液氧没有作为推进剂。煤油突出特点是成本低、无毒环保、性能较高，和液氧在一起成为最佳拍档。存在的不足是：比冲347秒较氢氧的457秒差距非常大；没有燃烧会因为存在不同程度的积碳影响重复使用；没有作为冷却剂，受到结焦温度低的限制。
比冲：单位推进剂所产生的冲量，是用于衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数。比冲相差10%则运载能力相差30%
四、资料展示，形成认识
对比常用火箭推进剂的优缺点，并归纳总结选择推进剂所需要考虑的因素。
液氢-液氧 偏二甲肼-四氧化二氮 煤油-液氧
优点 环境友好 来源广 高能无毒 常温燃料 运输简单 耐冲击 成本低廉
无毒无害
缺点 价格较高 低温储存较难 有毒性 有腐蚀性 污染环境 液氧需低温储存
燃烧易结焦积碳
选择推进剂所需要考虑的因素：（1）化学反应焓变高；（2）比热大，化学稳定性好；（3）比重大、无毒、无腐蚀性等。
课堂小结
从家用燃料到火箭推进剂的选择
应用
反应热
燃烧热
直接测定
间接计算
盖斯定律
概念
应用：选择家用燃料、火箭推进剂等
H1= H2+ H3
C(s)+O2(g)
CO2(g)
CO(g)+O2(g)
H1
H2
H3
H3= H1- H2(共10张PPT)
基于能量的转化与物质转化路径的选择开发利用氢能
第一章 化学反应的热效应
第2节 反应热的计算
一、基于实际问题，引出课题
为什么称液氢、液氧为火箭燃料的“皇冠”？
与煤油、液氧推进剂相比，液氢、液氧推进剂的优势有哪些？
不足主要是什么？
液氢-液氧 偏二甲肼-四氧化二氮 煤油-液氧
优点 环境友好 来源广 高能无毒 常温燃料 运输简单 耐冲击 成本低廉
无毒无害
缺点 价格较高 低温储存较难 有毒性 有腐蚀性 污染环境 液氧需低温储存
燃烧易结焦积碳
物质转化：原料易得、产物无污染
能量转化：氢气燃烧所释放的能量可能比其他能量高
二、建立“物质转化和能量转化”模型
工业上如何大规模制取氢气呢？
H2与O2反应生成 1 mol 水蒸气，放出241.8 kJ 的热量，写出该反应的热化学方程式。若 1 g 水蒸气转 化为液态水，放出2.444 kJ的热量，计算H2O(l) =H2(g)+O2(g)的ΔH。
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)。已知：
①C(s) + O2(g)=CO(g) ΔH1=-110.5 kJ/mol
②H2(g) + O2(g)=H2O(g) ΔH2=-241.8 kJ/mol
③C(s) + O2(g)=CO2(g) ΔH3=-393.5 kJ/mol
请写出一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式。
甲烷制氢气反应为CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)，甲烷C-H键键能为435 kJ/mol，水分子中H-O键键能为480 kJ/mol，一氧化碳中C-O键键能为326kJ/mol，氢气分子中H-H键键能为436 kJ/mol，请计算上述反应的ΔH。
水分解制氢气
水煤气制氢气
天然气制氢气
二、建立“物质转化和能量转化”模型
工业上如何大规模制取氢气呢？
水分解制氢气
资料：当温度高于2250℃，水分解才比较明显，当温度高达4400℃时，反应才能比较彻底地进行，无论是产生还是维持这样的高温在技术上都是困难的。在高温下氢气和氧气很难及时分离，导致氧气的产率低。因此直接热分解水几乎是不可行的。
寻找转化路径以“降低水直接热分解的高能耗，并将H2和O2及时分离”。
请选择具体的物质来实现上述过程。
H2O(l) =H2(g)+O2(g)
ΔH=+571.6kJ/mol
A
B
C
H1
H2
H3
二、建立“物质转化和能量转化”模型
寻找物质实现“降低水直接热分解高能耗并将H2和O2及时分离”。
水分解制氢气
1.从氧化还原的角度：选择还原剂结合H2O中的O形成氧化物，同时释放H2，再将氧化物分解得到O2，即可实现H2和O2的分离。同时从能量转化的角度降低直接反应的高耗能。
2.已知铁与水蒸气的反应：3Fe(s)+4H2O(g)=Fe3O4(s)+4H2(g)，
再利用盖斯定律即可得到第二步反应2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g)
H2O(l) =H2(g)+O2(g)
ΔH=+571.6kJ/mol
2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g)
3FeO(s)+H2O(l)=Fe3O4(s)+H2(g)
Fe3O4的分解温度大约为1500℃，工业上通常采用太阳光来驱动；
FeO和H2O反应所需温度小于800℃
二、建立“物质转化和能量转化”模型
Zn/ZnO循环 SnO/SnO2循环
2ZnO(s)→2Zn(g)+O2(g) Zn(s)+H2O(g)→ZnO(s)+H2(g) SnO2(s)→SnO(g)+O2(g)
SnO(s)+H2O(g)→SnO2(s)+H2(g)
总结上述过程，用循环图的形式表示上述过程。
Fe3O4
FeO
能量
O2
H2
I
II
H2O
三、应用模型
甲烷与水蒸气反应制取氢气是工业上制取氢气的重要反应：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH=+205.9kJ/mol，该反应的产物CO和H2难以直接分离，同时高温导致积碳等问题影响氢气的产率，请设计一条利用甲烷与水蒸气反应能够降低成本制取高纯氢的转化路径。
氧化剂
还原剂
CH4
CO
H2O
H2
I
II
H2O
氧化床
还原床
MeOn
MeOm
热量
H2,CO
H2,H2O
CxHyO2
H2O
双床系统化学链重整直接制氢
三、应用模型
在工业生产中是不是循环的步骤越多越好？
反应步骤越多工艺就越复杂，物质损失和能量损失也越多。
反应II
反应I
太阳能
H2SO4
O2
SO2
H2O
反应III
太阳能
HI
I2
H2
三步循环——热化学硫碘循环水分解制氢系统
四、归纳整合，迁移应用
本节课通过对物质和能量转化路径的设计和分析，得到什么启示？
依据盖斯定律设计循环路径，实现产物的分离以及能耗的降低。根据生产生活中的需求调控化学反应中物质转化路径和能量转化路径，使转化向着我们需要的方向进行。
加油！
少年人！
课堂小结
基于能量的转化与物质转化路径的选择开发利用氢能
H2O(l) =H2(g) + O2(g) ΔH=+571.6kJ/mol
A
B
C
H1
H2
H3
Fe3O4
FeO
能量
O2
H2
I
II
H2O
