第一章第二节 反应热的计算 第2课时 教案 高中化学人教版（2019）选择性必修1

第二节 反应热的计算
第2课时 反应热的计算
教材分析
本节在学生已经定性地了解了化学反应与能量的关系，并通过实验学会了反应热的测量，了解了物质发生化学反应产生能量变化与物质的量的关系及燃烧热的概念的基础上，介绍了盖斯定律。本节内容分为两部分：第一部分，介绍了 盖斯定律。教科书以登山经验“山的高度与上山的途径无关”，浅显地对特定化学反应的反应热进行形象的比喻，帮助学生理解盖斯定律。然后再通过对能量守恒定律的反证来论证盖斯定律的正确性。最后通过实例使学生感受盖斯定律的应用，并以此说明盖斯定律在科学研究中的重要意义。第二部分，利用反应热的概念、盖斯定律和热化学方程式进行有关反应热的计算，通过不同类型的例题加以展示。帮助学生进步巩固概念 、应用定律、理解热化学 方程式的意义。
学情分析
处于高中学习阶段的学生，已经具备了逆向思维和举一反三的能力，而且在他们的脑海中，已经构建起化学反应与能量在宏观和微观上的联系以及其能相互转化的知识。但是这种联系已学知识与技能的能力并不完全，需要进行必要的补充和拓展来使学生有一个整体的把握。注意引导学生准确理解反应热、燃烧热、盖斯定律等，熟悉热化学方程式的书写，重视概念和热化学方程式的应用。进行有关燃烧热计算时，要强调燃烧热规定以1 mol纯物质为标准，因此须注意热化学方程式中物质的化学计量数和反应的 H相对应(物质的化学计量数常出现分数的形式)。同时还要注意物质的量、气体的体积等之间的换算关系，但关键还是应强调以1mol物质完全燃烧作标准来进行计算。有关反应热的计算与有关物质的量的计算联系很紧密，在计算过程中要注意培养学生综合运用知识的能力。可适当补充一些不同类型的习题作为课堂练习，发现问题并及时解决。不仅巩固、落实了知识和计算技能，还能通过计算的结果说明有些物质燃烧时，其 H的数值都很大。
教学目标
【知识与技能】
(1)熟练掌握热化学方程式的书写及正误判断。
(2)应用盖斯定律进行化学反应的反应热的计算。
(3)掌握反应热计算的常见题型。
【过程与方法】
综合运用反应热和盖斯定律的知识解决能量变化的实际问题。
【情感态度与价值观】
通过计算某些物质燃烧时的 H数值，进一步认识煤 、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料，唤起学生对资源利用和环境保护的意识和责任感。
教学重难点
反应热的计算，盖斯定律的应用。
教学过程
一、导入新课
【导入】上节课我们学习了盖斯定律的相关内容，结合前两节内容，今天我们一起探究有关反应热的计算的常见题型。
二、讲授新课
【板书】二、反应热的计算
教学环节一 热化学方程式的书写及正误判断
【板书】1.热化学方程式的书写及正误判断
【典例1】化学反应N2+3H22NH3的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是(　　)
A.N2(g)+3H2(g)=2NH3(l)　ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)　ΔH=2(b-a)kJ·mol-1
C.N2(g)+H2(g)=NH3(l)　ΔH=(b+c-a)kJ·mol-1
D.N2(g)+H2(g)=NH3(g)　ΔH=(a+b)kJ·mol-1
解析：通过图分析起点 mol N2(g)+ mol H2(g)，变化三阶段为①吸收能量a kJ；②放出能量b kJ；③放出能量c kJ到1 mol NH3(l)。故可得热化学方程式：
N2(g)+H2(g)=NH3(l)　ΔH= (a-b-c) kJ·mol-1。
答案：A
【变式训练1】已知在1.01×105 Pa、298 K条件下，2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ的热量，下列热化学方程式正确的是(　　)
A.H2O(g)=H2(g)+O2(g)　ΔH=+242 kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)　ΔH=-484 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g)=H2O(g)　ΔH=+242 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)　ΔH=+484 kJ·mol-1
解析：2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ热量，则1 mol 氢气燃烧生成水蒸气应放出×484 kJ=242 kJ热量；放热反应ΔH为“-”，各物质的状态分别是H2(g)、O2(g)、H2O(g)；B项中的H2O的状态应为气态；C、D项中ΔH的符号应为“-”；A项是逆向进行的反应，ΔH为“+”，数值相等。故应选A。
答案：A
【变式训练2】在298 K时通过实验测得如下数据，写出下列反应的热化学方程式。
(1)NO2(g)与H2O(l)反应生成2 mol HNO3(aq)时，放出138 kJ热量。
________________________________________________________。
(2)1 mol C2H5OH(l)与适量O2(g)反应，生成CO2(g)和H2O(l)，放出1366.8 kJ热量。
________________________________________________________。
(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)发生反应，生成Al2O3(s)放出1669.8 kJ热量。
________________________________________________________。
答案：(1)3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g)　ΔH=-138 kJ·mol-1
(2)C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1
(3)2Al(s)+O2(g)=Al2O3(s)　ΔH=-1 669.8 kJ·mol-1
【归纳】热化学方程式的书写及正误判断时，应注意以下几个方面：
1.注明各物质的聚集状态。聚集状态之间的变化有能量变化，如H2与O2反应分别生成1 mol的气态水和1 mol 的液态水放出的热量不同，即ΔH的数值不同。
2.热化学方程式中的化学计量数仅表示该物质的物质的量，不表示微粒个数，故可以是整数也可以是分数。
3.热化学方程式是指反应已完成的量，而ΔH的值也与反应完成的量有关，故方程式中的化学计量数必须与ΔH相对应。
4.对于可逆反应的情况，正反应与逆反应的ΔH数值相等，符号相反。尤其注意合成氨的反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1是指生成2 mol NH3(g)时放出92.4 kJ的热量，而不是3 mol H2(g)与1 mol N2(g)混合在一定条件下反应就可放出92.4 kJ的热量，其实际放出的热量小于92.4 kJ。
教学环节二 利用盖斯定律进行反应热的计算
【典例2】发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料，用二氧化氮为氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。已知：
①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)　ΔH1=+67.7 kJ·mol-1
②N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-534 kJ·mol-1
试计算1 mol肼和二氧化氮完全反应时放出的热量为　　　　kJ；写出肼与二氧化氮反应的热化学方程式：_____________________。
解析：由题意知：
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)　ΔH1=+67.7 kJ·mol-1　①
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-534 kJ·mol-1　②
根据盖斯定律，要在反应物中消去O2并得到N2H4和NO2的反应。
令②×2-①得：
2N2H4(g)-N2(g)=2N2(g)+4H2O(g)-2NO2(g)　ΔH=2ΔH2-ΔH1
整理得：2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=2ΔH2-ΔH1=-534 kJ·mol-1×2-67.7 kJ·mol-1= -1135.7 kJ·mol-1
则1 mol N2H4完全反应放出的热量为=567.85 kJ。
答案：567.85　2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1135.7 kJ·mol-1
【变式训练3】已知下列两个热化学方程式：
H2(g)+O2(g)=H2O(l)　ΔH= -285.8 kJ·mol-1
C3H8(g)+5O2(g)=4H2O(l)+3CO2(g)　ΔH= -2220.0 kJ·mol-1
(1)实验测得H2和C3H8的混合气体共5 mol，完全燃烧生成液态水时放热6264.5 kJ，则混合气体中H2和C3H8的体积比是　　　　。
(2)已知：H2O(l)=H2O(g)　ΔH= +44.0 kJ·mol-1，写出丙烷燃烧生成CO2和气态水的热化学方程式：_________________。
解析：(1)混合气体共5 mol完全燃烧时，放出6264.5 kJ的热量，由热化学方程式计算出n(H2)：n(C3H8)=1：1。
(2)丙烷燃烧生成4 mol水，当生成气态水时，放出的热量减少，ΔH=-(2220.0-44×4)kJ·mol-1=-2044.0 kJ·mol-1。
答案：(1)1∶1　(2)C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-2 044.0 kJ·mol-1
【归纳】利用盖斯定律进行问题分析时，常采用热化学方程式加合法和虚拟途径法。
(1)虚拟途径法：先根据题意虚拟转化过程，然后根据盖斯定律列式求解，即可求得待求的反应热。
(2)加合法：根据需要将热化学方程式进行代数转换，然后进行加减运算，得出所需要的热化学方程式。转换时应注意各物质的化学计量数与ΔH的数值同等倍数的改变，ΔH的符号也作相应的改变。
(设计意图：进一步熟悉盖斯定律的应用)
教学环节三 根据化学键的键能计算反应热
【典例3】已知H—H键的键能为436 kJ·mol-1，Cl—Cl键的键能为243 kJ·mol-1，H—Cl键的键能为431 kJ·mol-1，则H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的反应热(ΔH)等于(　　)
A.-183 kJ·mol-1 B.183 kJ·mol-1
C.-862 kJ·mol-1 D.862 kJ·mol-1
解析：根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能知：ΔH=436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1-2×431 kJ·mol-1=-183 kJ·mol-1。
答案：A
【变式训练4】根据下表的键能的数据，可计算出CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)的ΔH为(　　)
化学键 O=O C—H O—H C=O
键能/kJ·mol-1 497 414 463 803
A.-379 kJ·mol-1 B.-808 kJ·mol-1
C.-1656 kJ·mol-1 D.-2532 kJ·mol-1
解析：依题意有：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=(4×414+2×497-2×803-4×463)kJ·mol-1=-808 kJ·mol-1。
答案：B
【归纳】化学键的键能是形成(或拆开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。反应热与键能的关系为ΔH=反应物总键能-生成物总键能。
(设计意图：明确反应热与键能的定量关系为ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能，提高同学们答题的正确率)
【典例4】已知：2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1，计算每生产1万吨98%的浓硫酸所需要的SO3的质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量。
解析：1万吨98%的浓硫酸所含H2SO4的质量为104×106 g×98%=9.8×109 g。设需要的SO3的质量为x，反应放出的热量为y。由
H2SO4　~ SO3 ~　ΔH
98 g　　　　80 g　　196.6 kJ·mol-1×
9.8×109 g 　 x　　 　y
可得：x==8.0×109 g=8.0×103 t，y==9.83×109 kJ。
答案：8.0×103 t　9.83×109 kJ
【变式训练5】已知：1.00 g CH4完全燃烧生成液态水和CO2放出59.6 kJ热量，C2H2的燃烧热ΔH=-1298.3 kJ·mol-1。试计算CH4的燃烧热和1 kg C2H2在O2中完全燃烧(生成液态水和CO2)所放出的热量。
【变式训练5】答案：ΔH=-(16 g·mol-1×59.6 kJ·g-1)=-953.6 kJ·mol-1；Q=×1298.3 kJ·mol-1≈5.0×104 kJ
【归纳】热化学方程式中ΔH与各物质的物质的量对应成比例，已知热化学方程式，便可计算一定量的反应物发生反应所放出的热量或放出一定量的热量时消耗或生成的物质的质量、体积和物质的量。
三、课堂小结
通过本节课对反应热常见计算题型的练习，希望同学们能综合运用反应热和盖斯定律的相关知识，解决能量变化的实际问题。
板书设计
反应热的计算
1.热化学方程式的书写及正误判断
2.利用盖斯定律进行反应热的计算
3.根据化学键的键能计算反应热
4.依据热化学方程式计算反应热。
教学反思
本节课最大的亮点是运用大量的习题，巩固强化学生对盖斯定律的理解和应用。并且以典型题目为例，教授学生解这一类题的方法，使他们能做到举反三。通过课堂反馈情况来看，主要问题还是集中在计算上。一是学生计算速度慢，再就是计算准确率低。针对这些问题，课下应布置一此有关反应热的计算题目进行强化训练，不至于学生见到这类题型就害怕而不愿意做。