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(共30张PPT)
专题1 化学反应与能量变化
第一单元 化学反应的热效应
1.1.2反应热的测量与计算
核心素养目标
科学态度与社会责任：
养成严谨、求实的实验态度，认识能源对社会发展的重要性，树立合理利用能源、开发新能源的社会责任意识，助力 “双碳” 目标达成。
证据推理与模型认知：
依据实验数据推理反应热数值，构建反应热测量与计算模型；运用盖斯定律模型，推导复杂反应的焓变，理解能源利用中能量转化规律。
变化观念与平衡思想：
理解反应热与反应条件、路径的关系，认识能源转化、利用过程中的能量变化，形成化学变化伴随能量变化的观念，关注能源可持续发展。
教学重难点
重点
掌握简易量热计测量反应热的原理与操作，能进行数据处理和热化学方程式书写。
理解盖斯定律内涵，熟练运用盖斯定律计算难以直接测定的反应热。
知晓标准燃烧热概念，认识能源分类、现状及新能源开发意义，理解能源充分利用的方法。
难点
准确分析量热计实验误差，深入理解反应热测量原理与盖斯定律本质。
灵活运用盖斯定律解决复杂反应焓变计算问题，辩证分析能源利用的利弊与策略。
课前导入
生活里我们能直观感受到化学反应的能量变化，像燃料燃烧放热、暖宝宝发热 。但这些能量变化具体是多少，又该如何精准测量和计算呢？比如，我们常用的燃料，不同种类燃烧释放的热量有啥差异，怎么科学评估能源利用效率？今天，咱们就从反应热的测量与计算入手，探究化学反应能量变化的奥秘，还会聊聊能源的充分利用，看看化学如何为解决能源问题助力，一起开启奇妙的化学能量之旅吧！
01
反应热的测量与计算
实验原理
通过测定一定量的稀盐酸和NaOH溶液在反应前后的温度变化，依据Q=CΔT（C为反应体系的热容，ΔT为反应前后体系的温度变化）计算反应放出的热，再计算生成1molH2O时的反应热
也可以写成mcΔT，即mc=C，其中m为溶液的质量，c为溶液的比热
通常情况下，热容指一定量的物质温度升高1℃所需吸收的热，单位是J/C
实验装置
(1)实验装置
(2)仪器各部分的作用
①搅拌器或环形玻璃搅拌棒的作用是使反应物混合均匀，充分接触。
②保温层的作用是减少热量的散失。
③温度计的作用是测定反应前后反应体系的温度。
实验步骤
(1)用量筒量取50 mL 0.50 mol·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 mol·L－1 NaOH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，并准确读出反应体系的最高温度（t3）。
实验数据处理
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。
①反应体系的温度变化：Δt= t3-/(℃)
②反应体系的热容：C=(VHCl·ρHCl+ VNaOH·ρNaOH)×4.18/(J·℃-1)
③反应热ΔH= /(kJ·mol-1)
注意事项
(1)使用隔热层（碎泡沫塑料或纸条）及杯盖——减少热量损失。
(2)量取反应物，测反应前温度——要用NaOH稀溶液、稀盐酸。
(3)混合反应物，测反应后温度——测反应后混合液的最高温度。
(4)重复实验2~3次，减小系统误差。
提高反应热准确度的措施
(1)实验中用温度计先后测量酸溶液、碱溶液及混合溶液的温度时，使用同一支温度计可减小实验误差，且测量完一种溶液后，温度计必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。温度计的水银球要完全浸入溶液中，且要稳定一段时间后再记下读数。
(2)反应物应一次性迅速加入，且避免有液体溅出。
(3)实验操作时动作要快，尽量减少热量的损失。
(4)重复实验3次，取3次实验数据的平均值。
导致反应热测定存在误差的原因
(1)量取溶液的体积不准确。
(2)温度计读数有误(如未读取到混合溶液的最高温度，就记为终止温度)。
(3)实验过程中有液体溅出。
(4)混合酸、碱溶液时，动作缓慢。
(5)隔热层隔热效果不好，实验过程中有热量损失。
(6)测过酸溶液的温度计未用水清洗便立即去测碱溶液的温度。
(7)溶液浓度不准确。
(8)没有进行重复实验。
盖斯定律
1840年，俄国化学家盖斯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
盖斯定律的应用
利用已知反应焓变求未知反应焓变。
一个反应的化学方程式可由另外几个化学方程式相加减得到，则该化学反应的焓变也可以由几个化学反应焓变的相加减而得到。
恒压条件下，化学反应的反应热仅与反应的起始状态和最终状态有关，而与反应的途径无关。如图所示：ΔH＝ΔH1+ΔH2 = ΔH3+ΔH4+ΔH5。
盖斯定律的应用
【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) ΔH1=－393.5 kJ·mol－1 ①
CO(g)＋ 1/2 O2(g)=CO2(g) ΔH2=－283.0 kJ·mol－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。
盖斯定律的应用
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·mol－1－ (－283.0 kJ·mol－1)
＝－110.5 kJ·mol－1
答：反应C(s)＋ 12 O2 (g)=CO(g)的焓变ΔH 3为－110.5 kJ·mol－1
02
能源的充分利用
能源
→能源的概念：
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。
→能源的开发：
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。
燃烧热
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 mol 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)。
燃烧热
一些物质的标准燃烧热(25℃) 名称 化学式 △H/(kJ ·mol- ) 名称 化学式 △H/(kJ ·mol- )
氢气 H2 (g) -285.8 乙烷 C2H6 (g) -1559.8
一 氧化 碳 CO(g) -283.0 乙烯 C2H4 (g) -1411.0
甲烷 CH4 (g) -890.3 乙炔 C2H2(g) -1299.6
甲醇 CH3OH(1) -726.5 蔗糖 C6H12O6 (s) -5640.9
乙醇 C2H5OH(1) -1366.8 苯 C6H6 (1) -3267.5
所示物质的标准燃烧热可知，在101 kPa下，1 mol H2(g) 与1 mol 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。
燃料的选择
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·mol－1
燃料的选择
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。
03
课堂小结
04
课堂练习
1.某同学通过实验测出稀盐酸和稀NaOH溶液(碱稍过量)反应生成1 mol水的反应热ΔH＝－52.3 kJ·mol－1，造成这一结果的原因不可能的是(　　)
A．实验装置保温、隔热效果差
B．用量筒量取盐酸时仰视读数
C．分多次将NaOH溶液倒入量热计的内筒中
D．用测量盐酸的温度计直接测定NaOH溶液的温度
B
2.在298 K、100 kPa时，已知：
2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g) 　 ΔH1
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) 　ΔH2
2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3
则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是(　　)
A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2　　　　B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2
A
3．强酸和强碱稀溶液的中和反应反应热可表示为H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
已知：①HCl(aq)＋NH3·H2O(aq)===NH4Cl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－a kJ·mol－1
②HCl(aq)＋NaOH(s)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－b kJ·mol－1
③HNO3(aq)＋KOH(aq)===KNO3(aq)＋H2O(l) ΔH＝－c kJ·mol－1
则a、b、c三者的大小关系为(　　)
A．a＞b＞c B．b＞c＞a C．a＝b＝c D．无法比较
B
4．如图为两种制备硫酸的途径(反应条件略)。下列说法不正确的是(　　)

A．途径①和途径②的反应热是相等的
B．含1 mol H2SO4的浓溶液和含1 mol H2SO4的稀溶液，分别与足量的NaOH溶液反应，二者放出的热量是相等的
C．1 mol S在空气中燃烧放出的热量等于在纯氧中燃烧放出的热量
D．若ΔH1<ΔH2＋ΔH3，则2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)为放热反应
B
感谢您的聆听

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