1.1.2　热化学方程式　反应焓变的计算 课件(共40张PPT)2023-2024学年高二化学鲁科版选择性必修1

(共40张PPT)
第1章　化学反应与能量转化
第1节　第2课时　热化学方程式　反应焓变的计算
素 养 目 标
1.掌握热化学方程式的书写,从而形成变化观念与平衡思想的学科核心素养。
2.理解盖斯定律的内容,体验证据推理与模型认知的学科核心素养。
3.熟悉常见化学反应热的计算方法,能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算,培养证据推理与模型认知的学科核心素养。
基础落实 必备知识全过关
重难探究 能力素养全提升
目录索引
基础落实 必备知识全过关
一、热化学方程式
1.定义:把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来的式子。
2.意义:热化学方程式不仅表明了物质的变化,还表示了能量的变化。
3.实例:298 K时,1 mol H2(g)和0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(l)放热285.8 kJ,此反应的热化学方程式可表示为
H2(g)+ O2(g) ==H2O(l)　ΔH(298 K)=-285.8 kJ· mol-1。
必备知识
【微思考】热化学方程式中各物质化学式前的系数代表的意义是什么
提示热化学方程式中各物质化学式前的系数仅表示物质的量,因此可以是整数或分数,而普通的化学方程式中各物质化学式前的系数只能是整数。
二、反应焓变的计算
1.盖斯定律
(1)定义:一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成,反应热都是一样的。
(2)盖斯定律的特点。
①化学反应的焓变只与反应的始态和终态有关,与反应的途径无关。
②反应焓变一定。如下图由A→B有两种途径:
则有ΔH1=ΔH2+ΔH3。
2.盖斯定律的应用
(1)科学意义:对于无法或较难通过实验测定的反应的焓变,可应用
盖斯定律计算求得。
(2)利用已知反应的焓变求未知反应的焓变。
若一个化学反应的热化学方程式可由另外几个化学反应的热化学方程式相加减而得到,则该化学反应的焓变可由另外几个化学反应的焓变相加减而得到。
三、能源
1.自然界中,能为人类提供能量的物质或物质运动统称为能源。包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能、核能、化石燃料等。
2.我国的能源结构不平衡、资源分布不均衡。目前,我国能源消费快速增长,消费结构以煤为主,以石油、天然气为辅,以水能、核能、风能、太阳能为补充。
3.为了实现能源的可持续发展,一方面必须“开源”,即开发核能、风能、太阳能等新能源;另一方面需要“节流”,加大节能减排的力度,提高能源利用效率。
四、摩尔燃烧焓
1.定义:在一定反应温度和压强条件下,1 mol纯物质完全氧化为同温下的指定产物时的焓变。
2.意义:摩尔燃烧焓可用来衡量一种燃料燃烧释放热量的多少。
3.注意:指定物质中所含有的氮元素氧化为N2(g)、氢元素氧化为H2O(l)、碳元素氧化为CO2(g)。
自我检测
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)热化学方程式中物质的化学式前面的系数代表分子数或物质的量。
(　　)
(2)反应H2(g)+ O2(g) ==H2O(l)和2H2(g)+O2(g) ==2H2O(l)的ΔH相同。
(　　)
(3)相同条件下,等质量的S(s)和S(g)完全燃烧释放的热量不同。(　　)
(4)在 中,存在关系式:ΔH1=ΔH2+ΔH3。(　　)
√
×
×
×
(5)相同条件下,等物质的量的S(g)和S(s)分别完全燃烧,后者放出热量多。
(　　)
(6)反应焓变(ΔH)的大小与热化学方程式中物质的化学式前面的系数无关。(　　)
(7)利用盖斯定律可以计算通过实验难以测定的反应的反应热。(　　)
(8)化石燃料属于不可再生能源。(　　)
√
×
×
√
重难探究 能力素养全提升
探究一　热化学方程式
问题探究
热化学方程式与普通化学方程式的意义有什么不同
提示 普通化学方程式只表明化学反应中的物质变化;热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化,而且表明了化学反应中的能量变化。
归纳拓展
“四步”突破热化学方程式的书写
应用体验
视角1 热化学方程式的正误判断
1.下列事实与对应的方程式不相符的是(　　)
A.已知:4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(g)　ΔH<0,灼热的铂丝与NH3、O2混合气接触,铂丝继续保持红热
B.已知:2NO2(g)(红棕色) N2O4(g)(无色)　ΔH<0,将“NO2球”浸泡在冷水中,颜色变深
C.因H+(sq)+OH-(aq)═H2O(l)
ΔH=-57.3 kJ·mol-1,故向含0.1 mol HCl的盐酸中加入4.0 g NaOH固体,放出的热量大于5.73 kJ
D.甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890.3 kJ·mol-1,则甲烷的摩尔燃烧焓ΔH=-890.3 kJ·mol-1
B
解析 灼热的铂丝与NH3、O2混合气接触,铂丝继续保持红热,说明该反应是放热反应,则ΔH<0,故A正确;正反应放热,将“NO2球”浸泡在冷水中,降低温度平衡正向移动,则颜色变浅,故B错误;NaOH溶解放出热量,所以放出的热量大于5.73 kJ,故C正确;甲烷的摩尔燃烧焓ΔH=-890.3 kJ·mol-1,故D正确。
视角2 热化学方程式的书写
2.写出下列条件下反应的热化学方程式。
(1)1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2气体,放出890.3 kJ的热量,该反应的热化学方程式为_____________________________________________。
(2)0.3 mol的气态乙硼烷(分子式B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5 kJ的热量,该反应的热化学方程式为
___________________________________________________________。
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ· mol-1
B2H6(g)+3O2(g)═B2O3(s)+3H2O(l)　ΔH=-2 165 kJ· mol-1
(3)下图是1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化的示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: __________________________。
NO2(g)+CO(g)═CO2(g)+NO(g)　ΔH=-234 kJ· mol-1
解析(1)1 mol CH4完全燃烧需要2 mol O2,生成1 mol CO2和2 mol液态H2O,故热化学方程式为CH4(g)+2O2(g) ==CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ· mol-1。
(2)1 mol乙硼烷在氧气中燃烧生成固态三氧化二硼和液态水放出的热量为649.5 kJ× =2 165 kJ,则其热化学方程式为B2H6(g)+3O2(g) ==B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ· mol-1。
(3)由题图可知其热化学方程式为NO2(g)+CO(g) ==CO2(g)+NO(g)　
ΔH=E1-E2=134 kJ· mol-1-368 kJ· mol-1=-234 kJ· mol-1。
易错警示 书写热化学方程式的注意事项
(1)不能忽视ΔH的正负。
(2)不能忽视ΔH的数值与物质化学式前面的系数有关,物质化学式前面的系数发生变化时,ΔH的数值要相应变化。
(3)物质的状态不同,ΔH的数值也不同。
3.25 ℃、101 kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的摩尔燃烧焓依次是ΔH=-393.5 kJ·mol-1、
ΔH=-285.8 kJ·mol-1、ΔH=-890.3 kJ·mol-1、ΔH=-2 800 kJ·mol-1,则下列热化学方程式正确的是(　　)
A.C(s)+ O2(g)==CO(g)　ΔH=-393.5 kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g) ==2H2O(g)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g) ==CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-890.3 kJ·mol-1
D. C6H12O6(s)+3O2(g) ==3CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 400 kJ·mol-1
D
解析 根据摩尔燃烧焓的定义中生成指定产物的含义可知,C→CO2(g), H→H2O(l),故只有D正确。
探究二　盖斯定律的应用
问题探究
依据盖斯定律,分析下图中物质转化过程中各焓变之间有什么关系
提示 ΔH1=ΔH2+ΔH3
归纳拓展
1.虚拟路径法:设计合理的反应途径,求某反应的ΔH
ΔH=ΔH1+ΔH2或ΔH=ΔH3+ΔH4+ΔH5。
2.加和法:由已知热化学方程式写目标热化学方程式
应用体验
视角1 虚拟路径法
1.盖斯定律指出:化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各反应产物)有关,而与具体反应进行的途径无关。物质A在一定条件下可发生一系列转化,由图判断下列关系错误的是(　　)
A.A→F,ΔH=-ΔH6
B.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=1
C.C→F,|ΔH|=|ΔH1+ΔH2+ΔH6|
D.|ΔH1+ΔH2+ΔH3|=|ΔH4+ΔH5+ΔH6|
B
解析 A→F过程与F→A过程相反,两个过程反应的焓变绝对值相等,符号相反,A项正确;B项中整个变化过程起始物和终态物均为A物质,能量变化为0,故ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0,B项错误;F→C的ΔH=ΔH6+ΔH1+ΔH2,则C→F的ΔH=-(ΔH1+ΔH2+ΔH6),二者绝对值相等,C项正确;A→D的ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,D→A的ΔH=ΔH4+ΔH5+ΔH6,二者绝对值相等,D项正确。
视角2 加和法
2.已知:2Zn(s)+O2(g)═2ZnO(s)　ΔH=-701.0 kJ·mol-1, 2Hg(l)+O2(g)═2HgO(s)　ΔH=-181.6 kJ·mol-1。则反应Zn(s)+HgO(s)═ZnO(s)+Hg(l)的ΔH为(　　)
A.+519.4 kJ·mol-1 B.+259.7 kJ·mol-1
C.-259.7 kJ·mol-1 D.-519.4 kJ·mol-1
C
解析 由题给热化学方程式可得:①Zn(s)+ O2(g)═ZnO(s)　ΔH=-350.5 kJ·mol-1;②Hg(l)+ O2(g) ═HgO(s)　ΔH=-90.8 kJ·mol-1。根据盖斯定律,由①-②可得:Zn(s)+HgO(s) ═ZnO(s)+Hg(l)　ΔH=(-350.5 kJ·mol-1)-(-90.8 kJ·mol-1)=-259.7 kJ·mol-1。
3.相同温度和压强下,关于反应的ΔH,下列判断正确的是(　　)
A.ΔH1>0,ΔH2>0 B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH1>ΔH2,ΔH3>ΔH2 D.ΔH2=ΔH3+ΔH4
C
解析 环己烯、1,3 环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应,因此,ΔH1<0,ΔH2<0,A项错误。苯分子中没有碳碳双键,其中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的共价键,因此,其与氢气完全加成的反应热不等于环己烯、1,3 环己二烯分别与氢气发生的加成反应的反应热之和,即ΔH3≠ΔH1+ΔH2,B项错误。环己烯、1,3 环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应,ΔH1<0,ΔH2<0,由于1 mol 1,3 环己二烯与氢气完全加成后消耗的氢气是等量环己烯的2倍,故其放出的热量更多,其ΔH1>ΔH2;苯与氢气发生加成反应生成1,3 环己二烯的反应为吸热反应(ΔH4>0),根据盖斯定律可知,苯与氢气完全加成的反应热ΔH3=ΔH4+ΔH2,因此ΔH3>ΔH2,C项正确。根据盖斯定律可知,苯与氢气完全加成的反应热ΔH3=ΔH4+ΔH2,因此ΔH2=ΔH3-ΔH4,D项错误。
4.(2023黑龙江佳木斯高二校考)MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):
已知:离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。下列说法不正确的是(　　)
A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0
B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0
C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)
D.对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3
C
解析 镁离子半径小于钙离子半径,因此碳酸镁中离子键比碳酸钙中离子键更强,则ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3),且ΔH1表示断键过程,断键吸热,故ΔH1大于0,故A正确;由题图可知ΔH2表示 断键生成O2-、CO2的过程,为吸热过程,且ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3),故B正确;由图示可知,根据盖斯定律得:ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3,由于MgCO3和CaCO3的ΔH不同,所以ΔH1(CaCO3)+ ΔH2(CaCO3)-ΔH3(CaO)≠ΔH1(MgCO3)+ΔH2(MgCO3)-ΔH3(MgO),由题图可知ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3),所以ΔH1(CaCO3)-ΔH3(CaO)≠ΔH1(MgCO3)-ΔH3(MgO),即:ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)≠ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO),故C错误;由图示可知,根据盖斯定律得:ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3>0,则ΔH1+ΔH2>ΔH3,故D正确。
探究三　反应焓变的大小比较
问题探究
相同物质的量的氢气和氧气反应生成气态水和液态水,哪个过程放出的热量多 为什么 反应的焓变哪个大
提示 生成液态水放出的热量多;因为气态水变成液态水即气态水液化过程也要放出热量;生成气态水时的焓变大。
归纳拓展
比较焓变大小的四种方法
(1)根据反应物或反应产物的状态(同温、同压)比较焓变。
①同一反应的反应物状态不同:
S(g)+O2(g) ==SO2(g)　ΔH1,S(s)+O2(g) ==SO2(g)　ΔH2,则ΔH1<ΔH2
②同一反应的反应产物状态不同:
2H2(g)+O2(g) ==2H2O(g)　ΔH1,2H2(g)+O2(g) ==2H2O(l)　ΔH2,则ΔH1>ΔH2
(2)根据反应物的物质的量比较焓变。
物质的量越多,对放热反应,放热越多,ΔH越小;对吸热反应,吸热越多,ΔH越大。
H2(g)+Cl2(g) ==2HCl(g)　ΔH1, H2(g)+ Cl2(g) ==HCl(g)　ΔH2,则ΔH1<ΔH2
(3)根据ΔH的符号比较。
CaCO3(s) ==CaO(s)+CO2(g)　ΔH1,CaO(s)+H2O(l) ==Ca(OH)2(s)　ΔH2,ΔH1>0,ΔH2<0,所以ΔH1>ΔH2。
(4)可利用盖斯定律来判定,如由盖斯定律可得出ΔH1-ΔH2=ΔH3,若已知ΔH3>0,可求出ΔH1>ΔH2。
应用体验
视角1 图像法
1.已知正丁烷燃烧可发生如下反应:
上述反应中,属于正丁烷燃烧热的热化学方程式为____(填序号),ΔH1~ΔH5最大的是____、最小的是____。
⑤
ΔH3
ΔH5
解析 根据题意,可绘制上述反应中反应物和生成物的相对能量大小,如图所示:
反应⑤放出的热量最多,则ΔH5最小;反应③放出的热量最少,则ΔH3最大。
视角2 综合比较法
2.在同温同压下,下列各组热化学方程式中ΔH1>ΔH2的是(　　)
A.2H2(g)+O2(g) ==2H2O(l)　ΔH1;2H2(g)+O2(g) ==2H2O(g)　ΔH2
B.S(g)+O2(g) ==SO2(g)　ΔH1;S(s)+O2(g) ==SO2(g)　ΔH2
C
解析A项,物质的燃烧反应是放热反应,其焓变是负值,液态水变为气态水的过程是吸热的,故ΔH1<ΔH2,故A不符合题意;B项,物质的燃烧反应是放热的,所以焓变是负值,固体硫变为气态硫需要吸收热量,所以ΔH1<ΔH2,故B不符合题意;C项,碳单质完全燃烧生成二氧化碳放热多于不完全燃烧生成一氧化碳放热,反应的焓变是负值,故ΔH1>ΔH2,故C符合题意;D项,化学反应方程式中化学式前面的系数加倍,焓变数值加倍,放热反应焓变是负值,ΔH1=2ΔH2,故ΔH1<ΔH2,故D不符合题意。
3.已知①H2(g)+ O2(g) ==H2O(g) ΔH1=a kJ· mol-1
②2H2(g)+O2(g) ==2H2O(g)　 ΔH2=b kJ· mol-1
③H2(g)+ O2(g) ==H2O(l)　 ΔH3=c kJ· mol-1
④2H2(g)+O2(g) ==2H2O(l)　ΔH4=d kJ· mol-1
下列关系式正确的是(　　)
A.ad>0 C.2a=b<0 D.2c=d>0
C
解析氢气燃烧是放热反应,ΔH<0;生成液态水比生成气态水时放出的热量多,ΔH更小,即cb>d;②中各物质的物质的量是①中的2倍,则ΔH2=2ΔH1,即b=2a。
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