1.1 第2课时 热化学方程式　燃烧热 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

1.1 第2课时 热化学方程式　燃烧热
【学习目标】
1.通过对比分析了解热化学方程式的含义及书写热化学方程式的注意事项,建立从定性到定量描述化学反应中的能量变化的思维模型。
2.通过练习体会书写热化学方程式时容易出现的错误,在实践中体验和完善对热化学方程式的认识。
3.通过交流讨论认识燃烧热的概念,掌握表示燃烧热的热化学方程式的书写和有关燃烧热的简单计算,培养学生的计算能力。
【自主预习】
一、热化学方程式
1.定义
表明化学反应所释放或吸收的　　　　的化学方程式,叫作热化学方程式。
2.意义
不仅表示化学反应中的　　　　变化,也表明了化学反应中的　　　　变化。
例如:H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)　ΔH=-184.6 kJ·mol-1,表明在25 ℃、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184.6 kJ的热量。
3.热化学方程式与普通化学方程式的区别
化学方程式 热化学方程式
化学计量数 是整数,既表示微粒数又表示该物质的物质的量 既可以是整数,也可以是分数,只表示物质的物质的量
状态 不要求注明 必须在化学式后面注明
ΔH的正负号及单位 无 必须注明
意义 表明了化学反应中的物质变化 不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化
4.热化学方程式的书写
(1)写出相应的化学方程式。热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数只表示其　　　　　　　　,可以是整数或　　　　。
(2)标注反应的温度和压强。若没有特殊说明,通常是指25 ℃、101 kPa,不用标明反应条件(如“加热”、“高温”或“催化剂”等)。
(3)标注各物质聚集状态。在物质后面用括号标注各物质的聚集状态:气体用“　　　　”,液体用“　　　　”,固体用“　　　　”,溶液用“　　　　”。
(4)标注ΔH的正负。化学方程式后面一般空一格标注ΔH,若为放热反应,ΔH为“　　　　”;若为吸热反应,ΔH为“　　　　”。
(5)计算ΔH的数值。根据化学方程式中的化学计量数计算出ΔH的数值。ΔH的单位是　　　　。
5.ΔH的单位中“ mol-1”的含义
对一个化学反应,ΔH的单位中“mol-1”不是指每摩尔具体物质,而是指“　　　　　　”。因此ΔH必须与化学方程式一一对应。
二、燃烧热
1.定义
在　　　　时,1 mol纯物质完全燃烧生成　　　　　时所放出的热量,单位为　　　　　。
(1)条件:　　　　　　　　　　。
(2)可燃物的用量:　　　　　。
(3)指定产物:碳元素变为　　　　　,氢元素变为　　　　　,硫元素变为　　　　　,氮元素变为　　　　　等。
(4)含义:如H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1的含义是　　　　　　　　　　　　　　　。
2.表达方式
(1)符号表达:物质燃烧一定　　　热量,用ΔH表示时,一定为　　　值,如H2的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1。
(2)语言叙述:在用语言叙述时,不带“　　　　”,如H2的燃烧热为285.8 kJ ·mol-1。
【参考答案】一、1.热量　2.物质　能量　4.(1)物质的量　分数　(3)g　l　s　aq　(4)-　+
(5)kJ·mol-1或kJ/mol　5.每摩尔反应
二、1.101 kPa　指定产物　kJ·mol-1或kJ/mol
(1)101 kPa,通常温度为25 ℃　(2)1 mol
(3)CO2(g)　H2O(l)　SO2(g)　N2(g)
(4)在25 ℃、101 kPa时,1 mol H2 完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ的热量
2.(1)放出　负　(2)-
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ。 (　　)
(2)S(s)+O2(g) SO2(g)　ΔH=+296.8 kJ·mol-1。(　　)
(3)在101 kPa下,1 mol纯物质完全燃烧所放出的热量就是其燃烧热。 (　　)
(4)已知2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-483.6 kJ·mol-1,则氢气的燃烧热ΔH=-241.8 kJ·mol-1。 (　　)
(5)若H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=a kJ·mol-1,2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=b kJ·mol-1,则反应热的关系:2a(6)氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)+O2(g)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1。 (　　)
(7)500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-38.6 kJ·mol-1。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
(7)×
2.热化学方程式中的化学计量数表示的意义是什么 使用时,应注意什么问题
【答案】热化学方程式中的化学计量数表示物质的量,可以是整数,也可以是分数。热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH的值相对应,即化学计量数与ΔH成正比。当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
3.什么是燃烧热 理解燃烧热的概念时需注意哪些事项
【答案】燃烧热是指在101 kPa下,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。燃烧热研究的条件是101 kPa;可燃物的用量是1 mol;反应的程度是完全燃烧,产物是指定产物[C变为CO2(g),H变为H2O(l),S变为SO2(g),N变为N2(g)等]。
【合作探究】
任务1：热化学方程式的书写
情境导入　自热食品,是指不依赖电、火等方式加热,而用自带发热包加热的预包装食品。如自热米饭、自热火锅等。使用时,只需将特制的发热包放在食盒底部,再加入一杯凉水,即可制作出热气腾腾的食物。自热火锅里面的加热包主要成分是焙烧硅藻土、铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、盐、生石灰、碳酸钠等,不同的品牌可能存在成分上的差别。
问题生成
1.(1)你知道自然火锅加热的原理吗 请写出反应的化学方程式。
【答案】自热火锅加热的原理都是生石灰遇水变成熟石灰,从而释放热能并产生水蒸气,达到煮熟食物的作用;CaO+H2OCa(OH)2。
(2)自热材料是利用了化学反应原理,能量如何转化
【答案】化学能转化为热能。
(3)化学反应一般都有反应热,如何表示化学反应的反应热呢
【答案】热化学方程式。
2.反应热与物质的什么因素有关 书写热化学方程式时应该怎样做
【答案】与物质的聚集状态有关,所以书写热化学方程式时,需注明物质的聚集状态。
3.已知:1.28 g液态肼与足量的液态过氧化氢反应,生成氮气和水蒸气,放出25.6 kJ的热量。写出该反应的热化学方程式。
【答案】1.28 g肼的物质的量n(N2H4)==0.04 mol,其与H2O2反应产生N2、水蒸气时放出的热量为25.6 kJ,则1 mol肼发生上述反应放出热量Q==640 kJ,故该反应的热化学方程式为N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)　　ΔH=-640 kJ·mol-1。
【核心归纳】
1.“五步”突破热化学方程式的书写
2.书写热化学方程式的注意点
(1)需注明环境的温度和压强(25 ℃、101 kPa,可不注明)。
(2)应注明反应物和生成物的状态。
(3)对于相同的反应,当化学计量数不同时,其ΔH不同。
(4)注意可逆反应的热效应
可逆反应中的“ΔH”表示的是完全反应时对应的焓变值。若按该反应的化学计量数投料进行反应,由于可逆反应不能进行彻底,因此吸收或放出的热量一定比ΔH的绝对值小。
【典型例题】
【例1】已知1 mol N2(g)中的化学键断裂时需要吸收946 kJ的能量,1 mol O2(g)中的化学键断裂时需要吸收498 kJ的能量,1 mol NO (g)中的化学键形成时释放632 kJ的能量,N2(g)与O2(g)反应生成NO (g)的热化学方程式为(　　)。
A.N2(g)+O2(g)2NO(g)　 ΔH=-812 kJ·mol-1
B.N2(g)+O2(g)2NO(g)　 ΔH=-180 kJ·mol-1
C.N2(g)+O2(g)2NO(g)　 ΔH=+812 kJ·mol-1
D.N2(g)+O2(g)2NO(g)　 ΔH=+180 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】断裂1 mol N2(g)和1 mol O2(g)中化学键吸收的能量分别为946 kJ、498 kJ,形成1 mol NO(g)中化学键释放出632 kJ能量。则焓变=断键吸收的总能量-成键放出的总能量=(946+498-632×2) kJ·mol-1=+180 kJ·mol-1,故该反应的热化学方程式为N2(g)+O2(g)2NO(g)　 ΔH=+180 kJ·mol-1。
【例2】书写给定条件下的热化学方程式。
(1)1 mol C2H4(g)与适量O2(g)反应,生成CO2(g)和H2O(l),放出1411 kJ的热量。
(2)0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时,放出133.5 kJ热量。
(3)1 g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2,吸收10.94 kJ热量。
(4)23 g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃,恰好完全反应,生成27 g液态水和22.4 L (标准状况)CO2并放出683.5 kJ 的热量。
【答案】(1)C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1411 kJ·mol-1
(2)N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534 kJ·mol-1
(3)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28 kJ·mol-1
(4)C2H6O(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1367 kJ·mol-1
方法技巧：热化学方程式正误判断的方法
任务2：认识并应用燃烧热
情境导入　航空航天技术的发展水平是一个国家科技实力的重要体现,我国是世界上能够独立完成火箭发射的国家之一。衡量火箭的发射能力很重要的一个技术指标就是能把多大的有效载荷发射到外太空,这取决于火箭发动机的功率,这里火箭巨大的推动力来自化学燃料燃烧时释放出的巨大能量。二甲基肼(CH3NHNHCH3)是一种常见的液体火箭燃料,25 ℃、101 kPa ,1.5 g火箭燃料二甲基肼与N2O4完全燃烧放出50 kJ热量。
问题生成
1.二甲基肼完全燃烧生成的指定产物有哪些
【答案】N2(g)、CO2(g)和H2O(l)。
2.写出二甲基肼燃烧热的热化学方程式。表示燃烧热的ΔH一定为负值吗 该怎么描述二甲基肼的燃烧热
【答案】该反应燃烧热的热化学方程式为C2H8N2(l)+2N2O4(l)3N2(g)+2CO2(g)+4H2O(l)　ΔH=-2000 kJ·mol-1;燃烧热的ΔH一定为负值,因为燃烧属于放热反应,所以ΔH<0;可以描述成二甲基肼的燃烧热为2000 kJ·mol-1或燃烧热ΔH=-2000 kJ·mol-1等形式。
3.表示燃烧热的热化学方程式与普通的热化学方程式有何不同
【答案】表示燃烧热的热化学方程式应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数,而普通的热化学方程式对化学计量数没有特别要求。
4.可燃物的物质的量发生变化,其燃烧热改变吗 如何配平表示可燃物燃烧热的热化学方程式
【答案】不改变。燃烧热指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,与参加反应的可燃物的物质的量多少无关。配平表示可燃物燃烧热的热化学方程式时,先把可燃物的化学计量数定为1,再配平其他物质。
5.相同条件下,1 mol二甲基肼与2 mol二甲基肼完全燃烧生成液态水所放出的热量有何关系 分别用1 mol 二甲基肼与2 mol 二甲基肼完全燃烧放出的热量所计算出的二甲基肼的燃烧热是否相同
【答案】相同条件下,2 mol二甲基肼完全燃烧生成液态水所放出的热量是1 mol 二甲基肼完全燃烧生成液态水所放出热量的2倍。分别用1 mol 二甲基肼与2 mol 二甲基肼完全燃烧放出的热量所计算出的二甲基肼燃烧热相同。
【核心归纳】
燃烧热与中和反应反应热的比较
燃烧热 中和反应反应热
相同点 能量变化 放热反应 放热反应
ΔH及其单位 ΔH<0,kJ·mol-1 ΔH<0,kJ·mol-1
不同点 反应物的量 1 mol 不一定为1 mol
生成物的量 不一定为1 mol H2O:1 mol
反应热的含义 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 在稀溶液里,酸与碱发生中和反应生成1 mol水时所释放的热量
【典型例题】
【例3】将0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(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热量,该反应的热化学方程式为 　。
【答案】B2H6(g)+3O2(g)B2O3(s)+3H2O(l)　ΔH=-2165 kJ·mol-1
【解析】0.3 mol气态B2H6燃烧时放出649.5 kJ能量,则1 mol气态B2H6燃烧时放出649.5 kJ×=2165 kJ能量,因此该反应的热化学方程式为B2H6(g)+3O2(g)B2O3(s)+3H2O(l)　ΔH=-2165 kJ·mol-1。
【例4】已知下列两个热化学方程式:
2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1
C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2220 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)H2的燃烧热ΔH=　　　　,C3H8的燃烧热ΔH=　　　　。
(2)1 mol H2和2 mol C3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为　　　　。
(3)现有H2和C3H8的混合气体共5 mol,完全燃烧时放热3846.75 kJ,则在混合气体中H2和C3H8的体积之比为　　　　。
【答案】(1)-285.8 kJ·mol-1　-2220 kJ·mol-1
(2)4725.8 kJ　(3)3∶1
【解析】(1)根据燃烧热的概念知,H2、C3H8的燃烧热ΔH分别为-285.8 kJ·mol-1、-2220 kJ·mol-1。(2)完全燃烧释放的总能量Q放=1 mol×285.8 kJ·mol-1+2 mol×2220 kJ·mol-1=4725.8 kJ。(3)设H2、C3H8的物质的量分别为n1、n2,则有:
解得n1= mol,n2= mol,在相同p、T条件下,V(H2)∶V(C3H8)=n(H2)∶n(C3H8)=3∶1。
方法技巧：书写或判断表示物质燃烧热的热化学方程式要做到“三看”
一看可燃物的化学计量数是否为1。
二看燃烧后是否生成指定产物:看碳元素完全燃烧生成的氧化物是否为CO2(g),看氢元素完全燃烧生成的氧化物是否为H2O(l),看硫元素完全燃烧生成的氧化物是否为SO2(g)等。
三看ΔH符号是否为“-”及单位是否正确。
【随堂检测】
课堂基础
1.101 kPa 下,H2O(l)H2(g)+O2(g) ΔH=+285.8 kJ·mol-1。
下列说法不正确的是(　　)。
A.液态水变为水蒸气破坏的是分子间作用力
B.水分解为氢气和氧气,断键吸收的总能量大于成键放出的总能量
C.标准状况下,11.2 L水中含共用电子对总数为6.02×1023
D.101 kPa 下,H2O(g)H2(g)+O2(g)　ΔH<+285.8 kJ·mol-1
【答案】C
【解析】A项,液态水变为水蒸气是气化,破坏的是分子间作用力,正确;B项,水分解是吸热反应,断键吸收的总能量大于成键放出的总能量,正确;C项,标准状况下,水不是气态,不能用气体摩尔体积进行相关计算,错误;D项,H2O由液态变为气态要吸收热量,故气态水分解吸收热量更少,正确。
2.下列有关热化学方程式及其叙述正确的是(　　)。
A.H2的燃烧热ΔH为-285.8 kJ·mol-1,则H2O电解的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)+O2(g)　 ΔH=+285.8 kJ·mol-1
B.3.2 g CH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出178 kJ的热量,其热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890 kJ·mol-1
C.已知2C(s)+O2(g)2CO(g)　ΔH=-221 kJ·mol-1,则C的燃烧热ΔH=-110.5 kJ·mol-1
D.均含有1 mol的HF溶液与NaOH溶液反应放热57.3 kJ:H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　 ΔH=-57.3 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】A项,H2的燃烧热ΔH为-285.8 kJ·mol-1,则H2O电解的热化学方程式为H2O(l)H2(g)+ O2(g)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1,错误;B项,3.2 g CH4为0.2 mol,则1 mol CH4完全燃烧放热890 kJ,热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890 kJ·mol-1,正确;C项,该反应中生成的是一氧化碳,不是碳完全燃烧的指定产物,故C的燃烧热ΔH不为-110.5 kJ·mol-1,错误;D项,HF是弱酸,存在电离平衡,电离过程吸热,均含有1 mol的HF与NaOH反应放出的热量小于57.3 kJ,则H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH>-57.3 kJ·mol-1,错误。
3.计算填空:
(1)在25 ℃、101 kPa时,H2在1.00 mol O2中完全燃烧生成2.00 mol H2O(l)放出571.6 kJ的热量。则H2的燃烧热为　　　　。
(2)已知: CH4的燃烧热为890 kJ·mol-1,H2和CH4的混合气体112 L(标准状况下)完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为3694.75 kJ,则混合气体中H2和CH4的体积比为　　　　。
【答案】(1)285.8 kJ·mol-1　(2)1∶3
【解析】(1)H2的燃烧热应以燃烧1 mol H2所放出的热量为标准,当H2完全燃烧生成2.00 mol H2O(l)时,需燃烧2.00 mol H2,故H2的燃烧热为=285.8 kJ·mol-1。
(2)设混合气体中H2和CH4的物质的量分别为x和y,则有:
解得x=1.25 mol,y=3.75 mol
则n(H2)∶n(CH4)=1∶3。
对接高考
4.(2016·海南卷,6)油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:C57H104O6(s)+80O2(g)57CO2(g)+52H2O(l)
已知燃烧1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为(　　)。
A.3.8×104 kJ·mol-1　　　　 B.-3.8×104 kJ·mol-1
C.3.4×104 kJ·mol-1 D.-3.4×104 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】燃烧热指的是1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物所放出的热量。燃烧1 kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104kJ,则燃烧1 mol油酸甘油酯释放出热量×1 mol≈3.4×104 kJ,即油酸甘油酯的燃烧热ΔH=-3.4×104kJ·mol-1。
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