苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应的热效应教学课件ppt

这是一份苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应的热效应教学课件ppt，共31页。PPT课件主要包含了课前导入，反应热的测量与计算，实验探究，中和热测定装置，误差分析，盖斯定律，盖斯定律的应用，能源的充分利用，燃料的选择，课堂练习等内容，欢迎下载使用。
如今，能源问题是全球关注的焦点。我们需要寻找高效、清洁的能源。化学反应中的能量变化为我们提供了一种潜在的能源来源。但是，要有效地利用这些能源，我们就必须准确地测量化学反应的反应热。只有这样，我们才能更好地设计和优化能源转化的过程，为人类的可持续发展做出贡献。
请按照下列操作步骤用简易量热计测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热。（1）用量筒量取50 mL 0.50 ml·L－1 盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度（T1）。（2）另取一量筒量取50 mL 0.50 ml·L－1氢氧化钠溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度（T2）。（3）将量筒中的氢氧化钠溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，立即盖上盖板，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅拌，观察温度计的温度变化，准确读出反应体系的最高温度（T3）并记录。（4）假设溶液的比热与水的比热相等，溶液的密度与水的密度相等，忽略量热计的比热，根据溶液温度升高的数值，计算该反应的反应热并写出热化学方程式。
在科学研究中，科学家常用量热计来测量反应热。目前，科学家已经用实验的方法精确测定了许多反应的反应热。
如果用同样的方法测定氢氧化钾溶液与盐酸反应、氢氧化钠溶液与硝酸反应的反应热，请预测其反应热是否相同并说明理由。
预测氢氧化钾溶液与盐酸反应、氢氧化钠溶液与硝酸反应的反应热相同。理由如下：这两个反应都是强酸和强碱在稀溶液中发生的中和反应，且都只生成可溶性盐和水。对于强酸和强碱的稀溶液反应，其反应的实质都是H++OH-=H20。反应热是由反应的始态和终态决定的，而这两个反应的始态都是强酸电离出的H+和强碱电离出的OH-，终态都是水，所以反应热只与生成1mlH20所放出的热量有关。在相同条件下，生成所放出的热量是相同的，即这两个反应的反应热相同。
一、测量仪器引起的误差温度计误差：原因：温度计的精度不够高、读数不准确或温度计在测量过程中未完全稳定就进行读数。影响：会导致所测温度变化值不准确，从而影响中和热的计算结果。例如，如果温度计读数偏高，会使测得的温度变化值偏小，计算出的中和热数值也会偏小。量热计（保温杯等）的保温性能不佳：原因：量热计的隔热效果不好，导致热量散失到周围环境中。影响：使得测得的温度变化值小于理论值，计算出的中和热数值偏小。因为中和热是在绝热条件下测定的，热量散失会使实际测得的反应热减少。
二、实验操作引起的误差溶液混合不完全：原因：在将酸溶液和碱溶液混合时，搅拌不充分或混合速度过慢，导致部分溶液没有充分反应。影响：使得反应不完全，实际放出的热量小于理论值，计算出的中和热偏小。酸或碱溶液的浓度不准确：原因：配制溶液时，溶质的称量不准确或溶液的体积测量有误差，导致酸或碱溶液的浓度与理论值不符。影响：如果酸或碱溶液的浓度偏大，会使反应放出的热量增多，但同时也会使溶液的体积变化增大，这两个因素对中和热的计算结果影响较为复杂。一般情况下，浓度不准确会导致中和热的计算结果出现偏差。
1840年，俄国化学家盖斯（G. H. Hess，1802—1850）在分析了许多化学反应的热效应的基础上，总结出一条规律：“一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相等的。”这个规律被称为盖斯定律（Hess's Law）
在恒压条件下，化学反应的热效应等于焓变（ΔH），而ΔH仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关。由此，盖斯定律就成为必然的结果。可见，在上述条件下，反应热效应的计算就是反应焓变的计算。在众多的化学反应中，有些反应的反应速率很小，有些伴有副反应发生，还有些不易直接进行，测定这些反应的热效应就很困难，运用盖斯定律则可以计算出它们的反应热。
【例2】已知在298 K 时，C(s)、CO(g) 燃烧的热化学方程式如下：C(s)＋O2(g)=CO2(g)① ΔH1=－393.5 kJ·ml－1 ①CO(g)＋ 1/2 O2(g)=CO2(g) ΔH2=－283.0 kJ·ml－1 ②请运用盖斯定律计算反应C(s) ＋ 1/2 O2(g)=CO(g)的焓变∆ H3。分析：C(s)与O2(g) 生成CO2(g)的反应可以一步完成（反应焓变为ΔH1），也可以看成两步完成：先生成 CO(g)（反应焓变为ΔH3），CO(g) 再与O2(g)反应生成CO2(g)（反应焓变为ΔH2）。根据盖斯定律可以得到ΔH1 =ΔH2 ＋ΔH3，则反应C(s) ＋ 1/2 O2(g)=CO(g)的焓变ΔH3 =∆ H1－ΔH2。
根据盖斯定律，直接将热化学方程式①、②左右两边分别相减，也可以求得C(s)与 O2(g) 反应生成 CO(g) 的焓变。解： C(s)＋O2(g) =CO2(g) ΔH1－） CO(g)＋ 1/2 O2(g)=CO2(g) ΔH2 C(s) ＋ 1/2 O2(g) =CO(g) ΔH3 =ΔH1 －ΔH2 ΔH3=ΔH1 －ΔH2 ＝－393.5 kJ·ml－1－ (－283.0 kJ·ml－1) ＝－110.5 kJ·ml－1答：反应C(s)＋ 12 O2 (g)=CO(g)的焓变ΔH 3为－110.5 kJ·ml－1。
能源是指可以提供能量的自然资源，是国民经济和社会发展的重要物质基础，包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐等。我国目前使用的主要能源仍然是化石燃料，但化石燃料的蕴藏量有限，且不可再生，因此，能源的开源节流是事关人类可持续发展的重大问题之一。通常我们使用的能量的主要形式是热能和电能，热能主要通过燃烧煤、石油、天然气等物质而获得。从节约能源的角度考虑，怎样衡量不同物质的燃烧效率呢？
从节约能源的角度考虑，可以通过以下几个方面来衡量不同物质的燃烧效率：一、热值定义：热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量。衡量方式：热值越高的物质，在相同质量下能释放出更多的热能，燃烧效率相对较高。二、燃烧产物二氧化碳排放：燃烧物质会产生二氧化碳等温室气体。一些物质燃烧产生的二氧化碳相对较少，对环境的影响较小。污染物排放：不同物质燃烧还可能产生其他污染物，燃烧产生污染物少的物质，燃烧效率相对较高，因为减少了处理污染物的成本和对环境的危害。
三、能量转化效率燃烧设备效率：不同的燃烧设备对同一物质的燃烧效率也会有所不同。高效的燃烧设备能够使燃料充分燃烧，提高能量转化效率。综合利用：考虑燃烧后的余热利用等综合利用方式。如果能够将燃烧产生的余热进行有效回收和利用，如用于发电、供暖等，可以提高整体的能源利用效率。四、成本效益燃料成本：不同物质的价格不同，在衡量燃烧效率时需要考虑燃料成本。即使一种物质的热值很高，但如果价格昂贵，可能在实际应用中的成本效益并不高。设备投资和维护成本：使用不同的燃料可能需要不同的燃烧设备，设备的投资和维护成本也会影响燃烧效率的衡量。
燃料燃烧过程中释放的热能是人类生产和生活所需要能量的重要来源。质量相同、组成不同的燃料，完全燃烧后释放的热不相等。人们通常用标准燃烧热或热值来衡量燃料燃烧时释放的热的多少。在101 kPa下，1 ml 物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热，1 g 物质完全燃烧的反应热叫做该物质的热值。物质完全燃烧是指物质中所含有的氮元素转化为 N2(g)，氢元素转化为 H2O(l)，碳元素转化为 CO2(g)。
所示物质的标准燃烧热可知，在101 kPa下，1 ml H2(g) 与1 ml CO(g)完全燃烧放出的热，分别为285.8 kJ和283.0 kJ，两者非常接近。对气体而言，热值较大的有H2、CH4、C2H6等。
将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要化学反应为：C＋H2O=====CO＋H2C(s)、CO(g) 和 H2(g) 完全燃烧的热化学方程式分别为：C(s)＋O2(g)=CO2(g) ΔH1=－393.5 kJ·ml－1H2(g)＋ 1/2 O2(g)=H2O(g) ΔH2=－241.8 kJ·ml－1CO(g)＋ 1/2O2(g)=CO2(g) ΔH3=－283.0 kJ·ml－1甲同学根据1 ml CO(g)和1 ml H2(g) 燃烧放出的热的总和比1ml C(s) 燃烧放出的热多，认为：“煤炭燃烧时加少量的水，可以使煤炭燃烧放出更多的热。”
乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图：
乙同学认为：“将煤转化为水煤气再燃烧放出的热与直接 燃烧煤放出的热一样多，而将煤转化为水煤气会增加消耗，因 此，将煤转化为水煤气得不偿失。” 你认为他们的观点正确吗？请将你的想法与同学交流 讨论。
甲、乙同学的观点都不正确。对于甲同学的观点：从热化学方程式来看，是一个吸热反应。煤炭燃烧时加少量的水，这个反应会吸收热量，使得煤炭燃烧放出的总热量减少而不是更多。对于乙同学的观点：根据盖斯定律，一个化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。将煤转化为水煤气再燃烧与直接燃烧煤放出的热确实是一样多。但是将煤转化为水煤气有很多好处：水煤气中的一氧化碳和氢气燃烧更充分，减少了不完全燃烧带来的能量损失和污染物排放。水煤气可以更方便地用于工业生产和家庭使用，提高了能源的利用效率和便利性。水煤气的燃烧产物相对清洁，对环境的污染较小。综上所述，甲、乙同学的观点都不正确。将煤转化为水煤气虽然在转化过程中会增加一定的消耗，但从能源利用效率、环境保护等多方面考虑，具有重要的意义。
今天的人类如何选择燃料？这是一个摆在我们面前的严峻话题。过去，我们常用一些高热值的“自然资源”（如煤、石油、天然气等）作为燃料。如19世纪前50年，人类多采用木材作为燃料；19世纪中期开始，煤的使用量逐渐上升；20世纪中期，石油、天然气的使用量占绝对优势。工业和日常生活中选择何种物质作为燃料，不仅取决于其热值大小，还与燃料的稳定性、来源、价格、运输、对环境的影响、使用的安全性等多方面因素有关，应加以综合考虑。在这些因素中，保护环境必须放在首位。化石燃料的大量使用造成的最大问题是环境污染。目前，针对煤燃烧产生硫氧化物和氮氧化物的事实，常对煤进行液化和气化处理，除去有害成分，使之转化为更清洁、更便利的燃料。又如，乙硼烷是一种热值很高的燃料（其热值是煤的2倍多），但它密度小、沸点低、难储存、毒性强，所以，在一般条件下，乙硼烷会被限制用作燃料。B2H6(g)＋3O2(g)=B2O3(s)＋3H2O(g) ΔH＝－2 033 kJ·ml－1
随着人类文明的高速发展，人类对能源的需求量迅猛增长，开发新能源成为当前国际能源研究领域的重要课题，人类理想中的新能源应具有资源丰富、可再生、无污染或少污染等特点，只有这样才能实现人类社会绿色、生态化、可持续的发展。当前，我国大力倡导“构建清洁低碳、安全高效的能源体系”，降低能耗，努力开发和研究太阳能、氢能、风能、地热能、潮汐能和生物质能等多种形式的能源及其应用。
∴ΔH＝ΔH1×2 ＋ΔH2×4 － ΔH3      ＝ － 283.0 kJ·ml-1×2 － 285.8 kJ·ml-1×4 ＋1370 kJ·ml-1 ＝ － 339.2 kJ·ml-1
2.某次发射火箭，用N2H4(肼)在NO2中燃烧，生成N2、液态H2O。已知： N2(g)+2O2(g) == 2NO2(g) ΔH1=+67.2 kJ·ml-1 N2H4(g)+O2(g) == N2(g)+2H2O(l) ΔH2= － 534 kJ·ml-1假如都在相同状态下，请写出发射火箭反应的热化学方程式。
2N2H4(g)+ 2NO2(g) == 3N2(g)+4H2O(l)
ΔH=2ΔH2 － ΔH1=－534 kJ·ml-1×2 － 67.2 kJ·ml-1
ΔH=－1135.2 kJ·ml-1
1 ml 0.5 ml 1 ml － 237.46 kJ
1 ml×2 g ·ml－1 + 0.5 ml×32 g ·ml－1 = 18 g