人教版 A版（2019） 高中化学选择性必修一 第一章 化学反应的热效反应 第二节 反应热的计算 第1课时 盖斯定律 教学设计1（表格式）
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| 名称 | 人教版 A版（2019） 高中化学选择性必修一 第一章 化学反应的热效反应 第二节 反应热的计算 第1课时 盖斯定律 教学设计1（表格式） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 190.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-06-15 23:20:30 | ||
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文档简介
优秀教案系列
第二节 反应热的计算
第1课时 盖斯定律
教学目标
1.理解盖斯定律的含义,认识同一个化学反应的反应热与反应进行的途径无关。
2.能运用盖斯定律解决具体问题,体会盖斯定律在科学研究中的重要作用。
评价目标
1.通过对具体实例的分析,诊断并发展学生的化学反应中的能量守恒观。
2.通过运用盖斯定律进行反应热的简单计算,诊断并发展学生的化学计算水平。
重点、难点
重点:盖斯定律的理解和应用。
难点:盖斯定律的理解。
教法、学法
类比法、化学史法。
课时安排
建议1课时
教学准备
学案、多媒体课件。
教学设 计主题 教师活动 学生活动 设计意图
引入 展示生活中天然气燃烧、酒精灯燃烧以及木炭燃烧等图片。提出问题,思考: 天然气、酒精等完全燃烧的反应热可以通过实验直接测定,一氧化碳的燃烧热也可以直接测定,但是氧气不足时,碳在氧气中生成一氧化碳的同时总会生成二氧化碳,因此反应热没法直接测定。木炭不完全燃烧生成CO的燃烧热又如何得到呢 观看图片,积极思考。 结合学生对反应热已有的认识,通过情境实例,引发学生对反应热理论计算的思考,为提出盖斯定律做好铺垫。
一、盖斯定律的概念及理解 【思考1】通过对比热化学方程式①②③,分析焓变和热化学方程式间的关系。 ①H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH1=-241.8 kJ·mol-1 ②H2O(g)H2O(l) ΔH2=-44 kJ·mol-1 ③H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1 【过渡】这是个别现象还是普遍规律 【科学史话】盖斯生平事迹与贡献。 其实早在1836年,俄国化学家盖斯就已经通过大量的实验总结出了这样一条规律:不管化学反应是一步还是分几步完成,其反应热是相同的。1840年以热的加和性守恒定律形式发表。这就是举世闻名的盖斯定律,它奠定了热化学基础。 【思考2】生活中有哪些现象和盖斯定律相似 【评价】师生共同评价学生代表的回答,思考登山过程中有哪些物理量是相同的 【总结】师生共同概括总结,只要起点和终点确定,位移和重力势能的变化是相等的,与途径无关。 【分组讨论】小组讨论设计反应物A生成产物B的路径。 【评价】展示部分小组成果,师生共同评价其合理性。A点相当于化学模型中反应体系的始态,B点相当于反应体系的终态,山的高度相当于化学反应的反应热。 【总结】盖斯定律的图解和盖斯定律的本质。 化学反应的焓变(ΔH),只与反应的始态和终态有关,而与反应的路径无关。 学生分组讨论,由学生代表作典型发言,其他学生补充。 ③式=①式+②式。 ΔH3=ΔH1+ΔH2=-285.8 kJ·mol-1 在课本上圈出盖斯定律的内容。 【任务1】学生分组展开讨论,小组代表展示讨论结果:爬山、上学等。 学生分组展开讨论,小组代表展示讨论结果:高度、位移、势能。 【任务2】学生分组讨论,合作设计由A生成B的各种途径。 结合生活模型,深入理解盖斯定律的含义。 由实例分析,让学生体会能量变化是以物质变化为基础的,加深对能量守恒的认识;通过学生的讨论发言和教师总结,帮助学生理解盖斯定律的本质。 学习科学家的学习精神和科研精神,并从介绍中获取关键信息。 从生活模型到能量守恒定律角度建立模型,从感性到理性,从理论角度论证盖斯定律,帮助学生形成能量守恒观,逐步构建证据推理与模型认知的核心素养。
二、盖斯定律的应用 【过渡】化学反应的“路径图”不但可以表达盖斯定律,也能用于计算反应热。 【思考3】已知表示C(石墨,s)、CO的燃烧热的ΔH分别为-393.5 kJ·mol-1、-283 kJ·mol-1,设计合理“路径”计算碳不完全燃烧生成一氧化碳的ΔH。 C(石墨,s)+O2(g)CO(g) ΔH= kJ·mol-1 【评价】展示部分小组答案,师生共同评价。 【点拨】盖斯定律在生产、生活和科研中有着重要意义。有些反应进行得很慢,有些反应不容易发生,有些反应的产品不纯(有副反应发生),给测定反应热造成了困难。此时应用盖斯定律,就可以间接把它们的反应热计算出来。 【总结】明确“起点”和“终点”,运用盖斯定律设计合理反应“路径”计算ΔH。 【评价练习】已知表示CH4、CO的燃烧热的ΔH分别为-890.3 kJ·mol-1、-283 kJ·mol-1,设计“路径”计算:CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)的反应热。抽查部分学生并做及时点评。 【过渡】盖斯定律在发表时称为热的加和性守恒定律。它奠定了热化学计算的基础,使化学方程式像普通代数方程那样可以进行运算,从而根据已经准确测定的热力学数据计算难以测定的反应热。运用盖斯定律时,除了用设计“路径”的方式,还可以用加和的方式计算反应热。请小组同学合作交流,计算出④式的反应热,并归纳计算的步骤。 【思考4】运用盖斯定律计算反应热。 ①CH3COOH(l)+2O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-870.3 kJ·mol-1 ②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1 ③H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1 试计算下列反应的反应热: ④2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l) ΔH4= 【评价】对学生作答进行实物投影,师生共同评价作答情况,及时纠正学生出现的问题。 【总结】根据盖斯定律,运用“消元法”计算ΔH的步骤。 1.定物质:目标方程式中没有的物质就是要消去的物质。 2.调系数:通过乘或除使要消去的物质的系数相同,ΔH同时改变相同倍数。 3.“同减异加”:要消去的物质在方程式同侧时相减,在方程式异侧时相加,ΔH同时(带正、负号)相减或相加。 【链接高考】丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题: 正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下: ①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) ΔH1 已知: ②C4H10(g)+O2(g)C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1 ③H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1 反应①的ΔH1为 kJ·mol-1。 学习盖斯定律的应用方法,体会在生产和科研中的重要意义。 设计反应: C(s)+O2(g)CO(g)的“路径”图,并计算ΔH。小组同学合作交流,学生代表成果汇报。ΔH=-110.5 kJ·mol-1。 学生独立思考,完成练习。 小组同学合作交流,学生代表成果汇报。 学生回答: ΔH4=-488.3 kJ·mol-1。 学生认真聆听,理解并整理。 活学活用新授课知识;感受盖斯定律在高考中的应用。 认识燃料的燃烧能量损耗,融入节能意识。通过具体题例理解盖斯定律,明白反应热与途径无关,总结利用盖斯定律计算反应热的基本方法。 及时跟进练习,巩固学习成果,并及时诊断评价学生对盖斯定律理解与应用的掌握水平。 引导学生利用盖斯定律解决问题,并及时纠正学生在做题时出现的错误,引导学生明确解题模式:审题→分析→求解。理解物质变化对反应热的影响,层层深入地加深理解,符合学生的认知规律。 让学生了解高考对盖斯定律考查的一般形式,在提升核心素养的过程中同时提高备考解题能力。
二、盖斯 定律的 应用
课堂总结 引导学生总结本节课所学内容,并交流收获。 学生小组讨论,然后组内讨论学习体会,小组代表展示讨论结果。 学生回顾总结,加深对盖斯定律的理解;巩固落实新授课内容。
1.完成学案中的“核心素养专练”。
2.总结运用盖斯定律计算反应热的步骤。
本节课是在学习了反应热基本知识的基础上进行的反应热的计算,主要是盖斯定律的理解和应用。前面学习了反应热的定量描述及测定,但有些反应的反应热还是不能直接测出,形成学生认知的递进,引起学生的思考,引出盖斯定律。盖斯定律是教学的重点,且相对抽象,应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,引导学生尝试利用盖斯定律理论计算反应热的问题,从能量守恒的观点对盖斯定律加以阐释,使学生对盖斯定律的学习从直觉认识上升为理性认识。
本节课主要目标是使学生掌握运用盖斯定律进行化学反应热的计算。通过师生研讨,总结出利用盖斯定律计算反应热的方法,进一步认识化学反应的规律和特点。设置适当的问题,层层递进,最终培养学生从个别问题总结一般方法的能力,利用盖斯定律解决实际生产、生活中的问题。
第二节 反应热的计算
第1课时 盖斯定律
1.内容
2.应用:计算反应热
(1)设计“路径”法
(2)“消元法”
①定物质:总式中不含有的物质
②调系数:ΔH同时改变相同倍数
③同减异加:ΔH带符号相加减
3.意义:间接计算不易直接测量的反应热
盖斯(G.H.Hess,1802~1850),俄国化学家。1802年8月7日生于瑞士日内瓦,1850年12月12日卒于俄国圣彼得堡。3岁随父侨居俄国,并在俄国受教育。1825年于多尔帕特大学获医学专业证书,同时受到了化学和地质学的基础教育。1826年,在瑞典斯德哥尔摩J.J.贝采利乌斯的实验室工作并从其学习化学。到俄国后在乌拉尔作地质勘探工作,后在伊尔库茨克做医生并研究矿物。1830年当选为圣彼得堡科学院院士,专门研究化学,任圣彼得堡工艺学院理论化学教授并在中央师范学院和矿业学院讲授化学。1838年成为俄国科学院院士。盖斯早期研究了巴库附近的矿物和天然气,发现了蔗糖氧化生成糖二酸。他研究了炼铁中的热现象,做了大量的量热工作。1836年,他发现在任何一个化学反应过程中,不论该反应过程是一步完成还是分成几步完成,反应所放出的总热量相同,并于1840年将“热的加和性守恒定律”公之于世,后被称为盖斯定律。此定律为能量守恒定律的先驱。当一个反应不能直接发生时,应用此定律可间接求得反应热。因此,盖斯也是热化学的先驱者。著有《纯粹化学基础》(1834),曾用作俄国教科书达40年。盖斯定律(Hess's law)指在定压或定容条件下的任意化学反应,在不做其他功时,不论是一步完成的还是几步完成的,其热效应总是相同的(反应热的总值相等)。有些反应的反应热通过实验测定有困难,则可以用盖斯定律间接计算出来。盖斯定律的本质:化学方程式按一定化学计量数比加和时,其反应热也按该化学计量数比加和。
1.盖斯是热化学的奠基人,他于1840年提出盖斯定律。对这一定律的理解,以下说法不正确的是( )
A.同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同
B.利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热
C.根据盖斯定律,热化学方程式中ΔH直接相加即可得总反应热
D.可以用已经精确测定的反应热效应来计算难于测量或不能测量的反应的热效应
答案 C
解析 反应热与反应的条件无关,同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同,A正确;有些反应很慢,有些反应有副反应,其反应热通过实验测定有困难,可以用盖斯定律间接计算出来,B正确;方程式按一定系数比加和时,其反应热也按该系数比加和,C错误;可以用已经精确测定的反应热效应来计算难于测量或不能测量的反应的热效应,D正确。
2.已知:①H2O(g)H2O(l) ΔH1=-a kJ·mol-1
②C2H5OH(g)C2H5OH(l) ΔH2=-b kJ·mol-1
③C2H5OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g) ΔH3=-c kJ·mol-1
根据盖斯定律判断:若使46 g液态无水酒精完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为( )
A.(b-a-c)kJ B.(3a-b+c)kJ C.(a-3b+c)kJ D.(b-3 a-c)kJ
答案 B
解析 ①H2O(g)H2O(l) ΔH1=-a kJ·mol-1,②C2H5OH(g)C2H5OH(l) ΔH2=-b kJ·mol-1,③C2H5OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g) ΔH3=-c kJ·mol-1,根据盖斯定律可知,①×3-②+③得C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=(-3a+b-c) kJ·mol-1,即1 mol液态乙醇完全燃烧并恢复至室温,放出的热量为(3a-b+c) kJ,而46 g液态乙醇的物质的量是 1 mol,所以完全燃烧并恢复至室温,放出的热量为(3a-b+c)kJ。
3.实验中不能直接测出由石墨和氢气生成甲烷反应的ΔH,但可测出CH4燃烧反应的ΔH1,根据盖斯定律求ΔH4= 。
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-890.3 kJ·mol-1 (1)
C(石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1 (2)
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1 (3)
C(石墨)+2H2(g)CH4(g) ΔH4= (4)
答案 -74.8 kJ·mol-1
解析 利用盖斯定律时,可以通过已知反应经过简单的代数运算得到所求反应,以此来算得所求反应的反应热。也可以设计一个途径,使反应物经过一些中间步骤最终得到产物:
因为反应式(1)(2)(3)和(4)之间有以下关系:
(2)+(3)×2-(1)=(4),所以ΔH4=ΔH2+2ΔH3-ΔH1=-393.5 kJ·mol-1+2×(-285.8 kJ·mol-1)-(-890.3 kJ·mol-1)=-74.8 kJ·mol-1。
4.现根据下列3个热化学方程式:
Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH1=-24.8 kJ·mol-1①
3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH2=-47.2 kJ·mol-1②
Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g) ΔH3=+640.4 kJ·mol-1③
写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学方程式: 。
答案 CO(g)+FeO(s)Fe(s)+CO2(g) ΔH=-218 kJ·mol-1
解析 由盖斯定律可知,(①×3-②-③×2)×得到反应CO(g)+FeO(s)Fe(s)+CO2(g)
ΔH=[(-24.8 kJ·mol-1×3)-(-47.2 kJ·mol-1)-(+640.4×2)]×=-218 kJ·mol-1,故答案为CO(g)+FeO(s)Fe(s)+CO2(g) ΔH=-218 kJ·mol-1。
1.油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=+94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=-484 kJ·mol-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)S2(g)+2H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1。
答案 +170
解析 根据盖斯定律可知,④式=(①式+②式)×-③式,即ΔH4=(ΔH1+ΔH2)×-ΔH3=(-1 036 kJ·mol-1+94 kJ·mol-1)×+484 kJ·mol-1=+170 kJ·mol-1。
2.探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:ΔH3= kJ·mol-1。
答案 +40.9
解析 根据盖斯定律可得Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,则ΔH3=+40.9 kJ·mol-1。
3.联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:
①2O2(g)+N2(g)N2O4(l) ΔH1
②N2(g)+2H2(g)N2H4(l) ΔH2
③O2(g)+2H2(g)2H2O(g) ΔH3
④2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g) ΔH4=-1 048.9 kJ·mol-1
上述反应热效应之间的关系式为ΔH4= ,联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为 。
答案 2ΔH3-2ΔH2-ΔH1 反应放热量大、产生大量气体
解析 根据盖斯定律知,反应③×2-反应②×2-反应①即可得反应④,则ΔH4=2ΔH3-2ΔH2-ΔH1。联氨具有强还原性,N2O4具有强氧化性,二者易发生自发的氧化还原反应,反应放出大量的热并产生大量气体,所以联氨和N2O4可用作火箭推进剂。
4.室温下,将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2,CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
答案 B
解析 CuSO4·5H2O(s)CuSO4(aq)+5H2O(l) ΔH1>0
CuSO4(s)CuSO4(aq) ΔH2<0
CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3
由盖斯定律:ΔH3=ΔH1-ΔH2,则ΔH3>0。
则ΔH3>ΔH2,A项错误;ΔH3>ΔH1,B项正确;ΔH2=ΔH1-ΔH3,C项错误;ΔH1+ΔH2<ΔH3,D项错误。
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第二节 反应热的计算
第1课时 盖斯定律
教学目标
1.理解盖斯定律的含义,认识同一个化学反应的反应热与反应进行的途径无关。
2.能运用盖斯定律解决具体问题,体会盖斯定律在科学研究中的重要作用。
评价目标
1.通过对具体实例的分析,诊断并发展学生的化学反应中的能量守恒观。
2.通过运用盖斯定律进行反应热的简单计算,诊断并发展学生的化学计算水平。
重点、难点
重点:盖斯定律的理解和应用。
难点:盖斯定律的理解。
教法、学法
类比法、化学史法。
课时安排
建议1课时
教学准备
学案、多媒体课件。
教学设 计主题 教师活动 学生活动 设计意图
引入 展示生活中天然气燃烧、酒精灯燃烧以及木炭燃烧等图片。提出问题,思考: 天然气、酒精等完全燃烧的反应热可以通过实验直接测定,一氧化碳的燃烧热也可以直接测定,但是氧气不足时,碳在氧气中生成一氧化碳的同时总会生成二氧化碳,因此反应热没法直接测定。木炭不完全燃烧生成CO的燃烧热又如何得到呢 观看图片,积极思考。 结合学生对反应热已有的认识,通过情境实例,引发学生对反应热理论计算的思考,为提出盖斯定律做好铺垫。
一、盖斯定律的概念及理解 【思考1】通过对比热化学方程式①②③,分析焓变和热化学方程式间的关系。 ①H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH1=-241.8 kJ·mol-1 ②H2O(g)H2O(l) ΔH2=-44 kJ·mol-1 ③H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1 【过渡】这是个别现象还是普遍规律 【科学史话】盖斯生平事迹与贡献。 其实早在1836年,俄国化学家盖斯就已经通过大量的实验总结出了这样一条规律:不管化学反应是一步还是分几步完成,其反应热是相同的。1840年以热的加和性守恒定律形式发表。这就是举世闻名的盖斯定律,它奠定了热化学基础。 【思考2】生活中有哪些现象和盖斯定律相似 【评价】师生共同评价学生代表的回答,思考登山过程中有哪些物理量是相同的 【总结】师生共同概括总结,只要起点和终点确定,位移和重力势能的变化是相等的,与途径无关。 【分组讨论】小组讨论设计反应物A生成产物B的路径。 【评价】展示部分小组成果,师生共同评价其合理性。A点相当于化学模型中反应体系的始态,B点相当于反应体系的终态,山的高度相当于化学反应的反应热。 【总结】盖斯定律的图解和盖斯定律的本质。 化学反应的焓变(ΔH),只与反应的始态和终态有关,而与反应的路径无关。 学生分组讨论,由学生代表作典型发言,其他学生补充。 ③式=①式+②式。 ΔH3=ΔH1+ΔH2=-285.8 kJ·mol-1 在课本上圈出盖斯定律的内容。 【任务1】学生分组展开讨论,小组代表展示讨论结果:爬山、上学等。 学生分组展开讨论,小组代表展示讨论结果:高度、位移、势能。 【任务2】学生分组讨论,合作设计由A生成B的各种途径。 结合生活模型,深入理解盖斯定律的含义。 由实例分析,让学生体会能量变化是以物质变化为基础的,加深对能量守恒的认识;通过学生的讨论发言和教师总结,帮助学生理解盖斯定律的本质。 学习科学家的学习精神和科研精神,并从介绍中获取关键信息。 从生活模型到能量守恒定律角度建立模型,从感性到理性,从理论角度论证盖斯定律,帮助学生形成能量守恒观,逐步构建证据推理与模型认知的核心素养。
二、盖斯定律的应用 【过渡】化学反应的“路径图”不但可以表达盖斯定律,也能用于计算反应热。 【思考3】已知表示C(石墨,s)、CO的燃烧热的ΔH分别为-393.5 kJ·mol-1、-283 kJ·mol-1,设计合理“路径”计算碳不完全燃烧生成一氧化碳的ΔH。 C(石墨,s)+O2(g)CO(g) ΔH= kJ·mol-1 【评价】展示部分小组答案,师生共同评价。 【点拨】盖斯定律在生产、生活和科研中有着重要意义。有些反应进行得很慢,有些反应不容易发生,有些反应的产品不纯(有副反应发生),给测定反应热造成了困难。此时应用盖斯定律,就可以间接把它们的反应热计算出来。 【总结】明确“起点”和“终点”,运用盖斯定律设计合理反应“路径”计算ΔH。 【评价练习】已知表示CH4、CO的燃烧热的ΔH分别为-890.3 kJ·mol-1、-283 kJ·mol-1,设计“路径”计算:CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)的反应热。抽查部分学生并做及时点评。 【过渡】盖斯定律在发表时称为热的加和性守恒定律。它奠定了热化学计算的基础,使化学方程式像普通代数方程那样可以进行运算,从而根据已经准确测定的热力学数据计算难以测定的反应热。运用盖斯定律时,除了用设计“路径”的方式,还可以用加和的方式计算反应热。请小组同学合作交流,计算出④式的反应热,并归纳计算的步骤。 【思考4】运用盖斯定律计算反应热。 ①CH3COOH(l)+2O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-870.3 kJ·mol-1 ②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1 ③H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1 试计算下列反应的反应热: ④2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l) ΔH4= 【评价】对学生作答进行实物投影,师生共同评价作答情况,及时纠正学生出现的问题。 【总结】根据盖斯定律,运用“消元法”计算ΔH的步骤。 1.定物质:目标方程式中没有的物质就是要消去的物质。 2.调系数:通过乘或除使要消去的物质的系数相同,ΔH同时改变相同倍数。 3.“同减异加”:要消去的物质在方程式同侧时相减,在方程式异侧时相加,ΔH同时(带正、负号)相减或相加。 【链接高考】丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题: 正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下: ①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) ΔH1 已知: ②C4H10(g)+O2(g)C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1 ③H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1 反应①的ΔH1为 kJ·mol-1。 学习盖斯定律的应用方法,体会在生产和科研中的重要意义。 设计反应: C(s)+O2(g)CO(g)的“路径”图,并计算ΔH。小组同学合作交流,学生代表成果汇报。ΔH=-110.5 kJ·mol-1。 学生独立思考,完成练习。 小组同学合作交流,学生代表成果汇报。 学生回答: ΔH4=-488.3 kJ·mol-1。 学生认真聆听,理解并整理。 活学活用新授课知识;感受盖斯定律在高考中的应用。 认识燃料的燃烧能量损耗,融入节能意识。通过具体题例理解盖斯定律,明白反应热与途径无关,总结利用盖斯定律计算反应热的基本方法。 及时跟进练习,巩固学习成果,并及时诊断评价学生对盖斯定律理解与应用的掌握水平。 引导学生利用盖斯定律解决问题,并及时纠正学生在做题时出现的错误,引导学生明确解题模式:审题→分析→求解。理解物质变化对反应热的影响,层层深入地加深理解,符合学生的认知规律。 让学生了解高考对盖斯定律考查的一般形式,在提升核心素养的过程中同时提高备考解题能力。
二、盖斯 定律的 应用
课堂总结 引导学生总结本节课所学内容,并交流收获。 学生小组讨论,然后组内讨论学习体会,小组代表展示讨论结果。 学生回顾总结,加深对盖斯定律的理解;巩固落实新授课内容。
1.完成学案中的“核心素养专练”。
2.总结运用盖斯定律计算反应热的步骤。
本节课是在学习了反应热基本知识的基础上进行的反应热的计算,主要是盖斯定律的理解和应用。前面学习了反应热的定量描述及测定,但有些反应的反应热还是不能直接测出,形成学生认知的递进,引起学生的思考,引出盖斯定律。盖斯定律是教学的重点,且相对抽象,应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,引导学生尝试利用盖斯定律理论计算反应热的问题,从能量守恒的观点对盖斯定律加以阐释,使学生对盖斯定律的学习从直觉认识上升为理性认识。
本节课主要目标是使学生掌握运用盖斯定律进行化学反应热的计算。通过师生研讨,总结出利用盖斯定律计算反应热的方法,进一步认识化学反应的规律和特点。设置适当的问题,层层递进,最终培养学生从个别问题总结一般方法的能力,利用盖斯定律解决实际生产、生活中的问题。
第二节 反应热的计算
第1课时 盖斯定律
1.内容
2.应用:计算反应热
(1)设计“路径”法
(2)“消元法”
①定物质:总式中不含有的物质
②调系数:ΔH同时改变相同倍数
③同减异加:ΔH带符号相加减
3.意义:间接计算不易直接测量的反应热
盖斯(G.H.Hess,1802~1850),俄国化学家。1802年8月7日生于瑞士日内瓦,1850年12月12日卒于俄国圣彼得堡。3岁随父侨居俄国,并在俄国受教育。1825年于多尔帕特大学获医学专业证书,同时受到了化学和地质学的基础教育。1826年,在瑞典斯德哥尔摩J.J.贝采利乌斯的实验室工作并从其学习化学。到俄国后在乌拉尔作地质勘探工作,后在伊尔库茨克做医生并研究矿物。1830年当选为圣彼得堡科学院院士,专门研究化学,任圣彼得堡工艺学院理论化学教授并在中央师范学院和矿业学院讲授化学。1838年成为俄国科学院院士。盖斯早期研究了巴库附近的矿物和天然气,发现了蔗糖氧化生成糖二酸。他研究了炼铁中的热现象,做了大量的量热工作。1836年,他发现在任何一个化学反应过程中,不论该反应过程是一步完成还是分成几步完成,反应所放出的总热量相同,并于1840年将“热的加和性守恒定律”公之于世,后被称为盖斯定律。此定律为能量守恒定律的先驱。当一个反应不能直接发生时,应用此定律可间接求得反应热。因此,盖斯也是热化学的先驱者。著有《纯粹化学基础》(1834),曾用作俄国教科书达40年。盖斯定律(Hess's law)指在定压或定容条件下的任意化学反应,在不做其他功时,不论是一步完成的还是几步完成的,其热效应总是相同的(反应热的总值相等)。有些反应的反应热通过实验测定有困难,则可以用盖斯定律间接计算出来。盖斯定律的本质:化学方程式按一定化学计量数比加和时,其反应热也按该化学计量数比加和。
1.盖斯是热化学的奠基人,他于1840年提出盖斯定律。对这一定律的理解,以下说法不正确的是( )
A.同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同
B.利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热
C.根据盖斯定律,热化学方程式中ΔH直接相加即可得总反应热
D.可以用已经精确测定的反应热效应来计算难于测量或不能测量的反应的热效应
答案 C
解析 反应热与反应的条件无关,同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同,A正确;有些反应很慢,有些反应有副反应,其反应热通过实验测定有困难,可以用盖斯定律间接计算出来,B正确;方程式按一定系数比加和时,其反应热也按该系数比加和,C错误;可以用已经精确测定的反应热效应来计算难于测量或不能测量的反应的热效应,D正确。
2.已知:①H2O(g)H2O(l) ΔH1=-a kJ·mol-1
②C2H5OH(g)C2H5OH(l) ΔH2=-b kJ·mol-1
③C2H5OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g) ΔH3=-c kJ·mol-1
根据盖斯定律判断:若使46 g液态无水酒精完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为( )
A.(b-a-c)kJ B.(3a-b+c)kJ C.(a-3b+c)kJ D.(b-3 a-c)kJ
答案 B
解析 ①H2O(g)H2O(l) ΔH1=-a kJ·mol-1,②C2H5OH(g)C2H5OH(l) ΔH2=-b kJ·mol-1,③C2H5OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g) ΔH3=-c kJ·mol-1,根据盖斯定律可知,①×3-②+③得C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=(-3a+b-c) kJ·mol-1,即1 mol液态乙醇完全燃烧并恢复至室温,放出的热量为(3a-b+c) kJ,而46 g液态乙醇的物质的量是 1 mol,所以完全燃烧并恢复至室温,放出的热量为(3a-b+c)kJ。
3.实验中不能直接测出由石墨和氢气生成甲烷反应的ΔH,但可测出CH4燃烧反应的ΔH1,根据盖斯定律求ΔH4= 。
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-890.3 kJ·mol-1 (1)
C(石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1 (2)
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1 (3)
C(石墨)+2H2(g)CH4(g) ΔH4= (4)
答案 -74.8 kJ·mol-1
解析 利用盖斯定律时,可以通过已知反应经过简单的代数运算得到所求反应,以此来算得所求反应的反应热。也可以设计一个途径,使反应物经过一些中间步骤最终得到产物:
因为反应式(1)(2)(3)和(4)之间有以下关系:
(2)+(3)×2-(1)=(4),所以ΔH4=ΔH2+2ΔH3-ΔH1=-393.5 kJ·mol-1+2×(-285.8 kJ·mol-1)-(-890.3 kJ·mol-1)=-74.8 kJ·mol-1。
4.现根据下列3个热化学方程式:
Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH1=-24.8 kJ·mol-1①
3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH2=-47.2 kJ·mol-1②
Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g) ΔH3=+640.4 kJ·mol-1③
写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学方程式: 。
答案 CO(g)+FeO(s)Fe(s)+CO2(g) ΔH=-218 kJ·mol-1
解析 由盖斯定律可知,(①×3-②-③×2)×得到反应CO(g)+FeO(s)Fe(s)+CO2(g)
ΔH=[(-24.8 kJ·mol-1×3)-(-47.2 kJ·mol-1)-(+640.4×2)]×=-218 kJ·mol-1,故答案为CO(g)+FeO(s)Fe(s)+CO2(g) ΔH=-218 kJ·mol-1。
1.油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=+94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=-484 kJ·mol-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)S2(g)+2H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1。
答案 +170
解析 根据盖斯定律可知,④式=(①式+②式)×-③式,即ΔH4=(ΔH1+ΔH2)×-ΔH3=(-1 036 kJ·mol-1+94 kJ·mol-1)×+484 kJ·mol-1=+170 kJ·mol-1。
2.探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:ΔH3= kJ·mol-1。
答案 +40.9
解析 根据盖斯定律可得Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,则ΔH3=+40.9 kJ·mol-1。
3.联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:
①2O2(g)+N2(g)N2O4(l) ΔH1
②N2(g)+2H2(g)N2H4(l) ΔH2
③O2(g)+2H2(g)2H2O(g) ΔH3
④2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g) ΔH4=-1 048.9 kJ·mol-1
上述反应热效应之间的关系式为ΔH4= ,联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为 。
答案 2ΔH3-2ΔH2-ΔH1 反应放热量大、产生大量气体
解析 根据盖斯定律知,反应③×2-反应②×2-反应①即可得反应④,则ΔH4=2ΔH3-2ΔH2-ΔH1。联氨具有强还原性,N2O4具有强氧化性,二者易发生自发的氧化还原反应,反应放出大量的热并产生大量气体,所以联氨和N2O4可用作火箭推进剂。
4.室温下,将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2,CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
答案 B
解析 CuSO4·5H2O(s)CuSO4(aq)+5H2O(l) ΔH1>0
CuSO4(s)CuSO4(aq) ΔH2<0
CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3
由盖斯定律:ΔH3=ΔH1-ΔH2,则ΔH3>0。
则ΔH3>ΔH2,A项错误;ΔH3>ΔH1,B项正确;ΔH2=ΔH1-ΔH3,C项错误;ΔH1+ΔH2<ΔH3,D项错误。
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