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（A18）11-12高中化学大纲版、第三册、、第3章、第3节、化学反应中的能量变化（ 第二课时）
第二课时
［引言］从前面的学习我们知道，物质在发生化学变化的同时，也伴有能量的变化。物质的化学变化我们用化学方程式表示，那么，如果我们要同时表示出热量变化，又应该对化学方程式进行怎样的修正或补充呢？本节课我们就来探讨这个问题。
［板书］第三节 化学反应中的能量变化（第二课时）
［师］请大家分析H2与Cl2在一定条件下生成HCl的反应。
［板书］H2＋Cl2===2HCl
［问］该反应表示的含义有哪些？
［学生回答］甲：表示出反应物是什么，生成物是什么（或表示H2与Cl2反应生成HCl）
乙：表示了反应物和生成物的物质的量比（或表示1 mol H2与1 mol Cl2反应可生成2 mol HCl）。
丙：表示了反应物和生成物的粒子个数比（或表示1个H2分子与1个Cl2分子反应可生成2个HCl分子）。
丁：表示了反应物和生成物的质量比（或表示2 g H2与71 g Cl2 反应可生成73 g HCl）。
［教师总结］大家回答得都很正确。概括起来我们可以说：化学方程式只表明了反应物分子转化为生成物分子时原子重新组合的情况，即表明了化学反应中的物质变化和质量守恒。
［板书］化学方程式表明了化学反应中的物质变化和质量守恒。
［设问］从上课所学知识我们知道：1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl可放出184.6 kJ的热量，即该反应的反应热为184.6 kJ/mol，那么，上述反应式有没有给我们提供一些有关能量的信息呢？
［学生回答］没有！
［引导、设问］在我们上节课学习反应热时，我们知道，每一个具体的化学反应都对应有一个反应热。那么，我们应该怎样用反应热表示出上述反应的能量变化呢？
［学生回答］ΔH=－184.6 kJ/mol
［教师板书］H2＋Cl2===2HCl；ΔH=－184.6 kJ/mol
［问］上述表示方法是否能准确地表示出化学反应中的热量变化呢？
［甲种回答］能！
［乙种回答］不能！
［承接］到底哪一种回答正确呢？让我们先来思考以下问题：
［投影思考题］
1.1 g H2O 变成水蒸气需要升温还是降温？
2.液态水转化成气态水的过程是吸热还是放热？
3.1 g 液态水和1 g 气态水所具有的能量是否相同？谁的大？谁的小？
［学生思考后回答］1 g 液态水变成1 g 水蒸气需要升温；水变成水蒸气的过程为吸热过程；1 g 水和1 g 水蒸气所具有的能量不同，水蒸气所具有的能量大于水具有的能量。
［师］很好！事实上，水的三态变化就是水的能量发生了变化所致。水发生状态变化时的能量变化我们可图示如下：
［投影展示］
水发生状态变化时的能量变化
［讲解］由上图可以看出，冰熔化为水时，需要吸收热量，水蒸发为水蒸气时，也需要吸收热量。因此，水在蒸气状态时所具有的能量与液态或固态时所具有的能量是不相同的。也就是说，物质所具有的能量与它们的聚集状态有关。
［承转］据此回答：1 mol 气态的H2和Cl2生成HCl时，若生成HCl的状态不同，其释放的能量是否相同？并比较生成液态HCl和气态HCl时，其放出的能量何者大，何者小？
［学生思考后答］1 mol 气态的H2和Cl2反应，若生成HCl的状态不同，其释放的能量也不同；且生成液态HCl时反应放热多。
［师］十分正确！
如此说来，该形式（指黑板上：H2＋Cl2===2HCl；ΔH=－184.6 kJ/mol）能准确表示出化学反应中的热量变化吗？
［生］不能！
［追问］你觉得还应该怎样完善？
［生］表明上述反应式中各物质的状态。
［师］很好！为了简便，我们常用“s”表示固态，“l”表示液态，“g”表示气态。由于184.6 kJ/mol是1 mol 气态H2和1 mol 气态Cl2反应生成2 mol HCl 气体时的反应热，故我们可把上式完善为：
［板书］H2（g)＋Cl2(g)===2HCl(g)；ΔH=－184.6 kJ/mol
［讲解］上述式子表明：1 mol 气态H2与1 mol 气态Cl2反应生成2 mol气态HCl，放出184.6 kJ 的热量。化学上，我们把这种表明反应所放出或吸收热量的化学方程式，叫热化学方程式。
［板书］二、热化学方程式
表明反应所放出或吸收热量的化学方程式。
［讲解并板书］热化学方程式既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。
［质疑］是不是如上述这样表示就完美无缺了呢？
［学生疑惑］
［师］请大家分组讨论；化学反应中的能量变化与外界条件（温度、压强等）是否有关？
［学生讨论，并回答交流］
［教师总结］由于物质在不同条件下所具有的能量是不同的，故同一反应在不同条件下反应时，其能量变化也不同，即ΔH不同。因此，若要完整地表示一个热化学方程式，还须注明反应的温度和压强。但中学所用的ΔH的数据，一般都是在101 kPa和25℃时的数据，因此可不特别注明。但需注明ΔH的“＋”与“－”。
［投影练习］1.依据事实，写出下列反应的热化学方程式。
（1）1 mol H2（气态）与mol O2（气态）反应，生成1 mol H2O（气态），放出241.8 kJ 的热量。
（2）1 mol H2（气态）与mol O2（气态）起反应，生成1 mol H2O（液态），放出285.8 kJ的热量。
2.根据下列图示，写出反应的热化学方程式。
［说明：请学生上黑板书写，并纠正常见错误，且以上练习题答案可作为示例列于板书中］
［学生板书］1.（1）H2（g）＋O2（g）===H2O（g）；ΔH=－241.8 kJ/mol
（2）H2（g）＋O2（g）===H2O（l）；ΔH=－285.8 kJ/mol
2.(1)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g);ΔH=－41 kJ/mol
(2)CO2(g)＋H2(g)=== CO(g)＋H2O(g);ΔH=＋41 kJ/mol
［易错点：①反应热的单位为kJ/mol，有同学会错写为kJ；②未注明ΔH的“＋”“－”；③忽略了对反应物和生成物状态的标注］
［提出问题1］请大家对比分析练习1的两个热化学方程式回答：为什么在反应物和生成物相同且化学计量系数相同的情况下，其ΔH值却不同？
［生］这是由于生成水的状态不同之故！
［提出问题2］若把1 mol 的液态水变成水蒸气，需要吸收多少热量？
［生］需要吸收44 kJ的热量（285.8 kJ－241.8 kJ=44 kJ）
［师］对，亦即水的汽化热为44 kJ/mol
［提出问题3］练习1中的两个热化学方程式中出现了分数，这在化学反应方程式中是不允许的，这样表示对吗？
［讲解］答案是肯定的。原因是热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，因此，它可以是整数，也可以是分数。
请大家看下面几个热化学方程式：
［投影］H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）；ΔH=－184.6 kJ/mol
H2（g）＋Cl2（g）===HCl（g）；ΔH=－92.3 kJ/mol
2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）；ΔH=－483.6 kJ/mol
H2（g）＋O2（g）===H2O（g）；ΔH=－241.8 kJ/mol
显然，对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其ΔH也不同。对于上述相同物质的反应，前者各物质前的计量系数是后者的两倍，其对应的ΔH也是后者的两倍。
［板书］对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其ΔH也不同。
［提出问题4］现在，请大家分析对比练习2的两个热化学方程式，可得出什么结论？
［学生回答，教师板书］热化学方程式中的反应物和生成物若正好相反，则反应热的数值不变、符号相反。
［过渡］上面，我们学习了热化学方程式的意义及书写方法，根据以上内容，请大家分组讨论书写热化学方程式时的注意事项。
［学生分组讨论，并回答］
［教师总结并板书］书写热化学方程式的注意事项：
1.要注明反应的温度和压强，若反应在298 K和1.013×105 Pa 条件下进行，不予注明。
2.要注明反应物和生成物的聚集状态（或晶型）。常用s、l、g 分别表示固体、液体、气体。
3.ΔH与方程式的计量系数有关，计量系数以“mol”为单位，可以是小数或分数。
4.放热反应，ΔH为“－”，吸热反应，ΔH为“＋”。
5.ΔH的单位为kJ/mol，方程式与ΔH应用分号隔开。
［投影练习］3.下列热化学方程式书写正确的是
B.H2(g)＋O2(g)===H2O(l);ΔH=－241.8 kJ/mol
C.H2(g)＋O2(g)===H2O(g);ΔH=－285.8 kJ/mol
D.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l);ΔH=－571.6 kJ/mol
E.C（s）＋O2（g）===CO2（g）；ΔH=393.5 kJ/mol
4.已知方程式2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）；ΔH1=－571.6 kJ/mol，则关于方程式
2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）；ΔH2=？的说法中正确的是
A.方程式中化学计量数表示分子数
B.该反应ΔH2大于零
C.该反应的ΔH2=－571.6 kJ/mol
D.该反应可表示36 g 水分解时的热效应
解析：3.A项未注明反应物和生成物的状态，错误；B、C项中，氢气和氧气反应生成气态水比生成液态水放出的热量少，因为有部分热量用于水的汽化，所以B、C错误；D项正确；E项C与O2的反应为放热反应，ΔH<0，故E项错误。
答案：D
4.热化学方程式前的化学计量数只表示物质的量，而不表示分子数，所以A不正确；在书写热化学方程式时，若把反应物和生成物对换，则热效应的数值不变，符号相反，故B正确，C不正确；D项没有说明反应物的状态，故错误。
答案：B
［过渡］许多化学反应的反应热可以直接测得，但有些化学反应的反应热不能直接测得，需通过计算求得。如对于反应C（s）＋O2(g)===CO(g)(可草板书)的反应热就不能直接测得，这是因为C燃烧时不可能完全生成CO，其总有一部分CO2生成，因此这个反应的ΔH无法直接测得。
那么，是不是上述反应的反应热就无从得知了呢？非也，盖斯定律可以帮助我们间接求得。
［板书］三、盖斯定律
［师］什么是盖斯定律呢？请大家阅读课本有关内容，进行归纳、总结。
［学生阅读后回答］
［教师板书］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。
［讲解］也就是说，化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与具体反应进行的途径无关。如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热相同。
下面我们举例说明
［板书］例：已知（1）C（s）＋O2(g)===CO2(g);ΔH1=－393.5 kJ/mol
(2)CO（g）＋O2(g)===2CO2(g);ΔH2=－283.0 kJ/mol
求反应（3）C（s）＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH3。
［分析］依据盖斯定律可知：将化学方程式像代数式那样相加或相减，相应反应热也相加或相减。
［讲解并板书］
解：由已知方程式可知：
反应式（2）＋反应式（3）=反应式（1）
所以ΔH2＋ΔH3=ΔH1
ΔH3=ΔH1－ΔH2=－393.5 kJ/mol－（－283.0 kJ/mol）=－110.5 kJ/mol
［投影练习］同素异形体相互转化的反应热相当小而且转化速率较慢，有时还很不完全，测定反应热很困难。现在可根据盖斯提出的观点“不管化学过程是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的”来研究。已知：
①P4（s、白磷）＋5O2（g）===P4O10（s）；ΔH=－2983.2 kJ·mol－1
②P（s、红磷）＋O2(g)=P4O10（s）；ΔH=－738.5 kJ·mol－1，试写出白磷转化为红磷的热化学方程式 　。
［学生练习、教师巡视］
［投影给出正确答案］解：根据盖斯定律，将两个热反应方程式作如下处理：①－②×4，得：
P4（s、白磷）=4P（s、红磷）；
ΔH=ΔH1－ΔH2×4=－2983.2 kJ/mol－(－738.5 kJ/mol)×4=－29.2 kJ/mol
答案：P4（s、白磷）=4P（s、红磷）；ΔH=－29.2 kJ/mol
［教师总结］由上述计算可知：同种元素形成不同的单质（称为同素异形体）具有不同的能量，因此涉及书写该类单质的热化学方程式不仅要注明单质聚集的状态，还要注明同素异形体的名称。
［小结］本节课我们主要学习了热化学方程式的写法及一种间接求算反应热的方法——盖斯定律。
［布置作业］习题一
［板书设计］
第三节 化学反应中的能量变化（第二课时）
二、热化学方程式
表明反应所放出或吸收热量的化学方程式:
H2＋Cl2===2HCl
化学方程式表明了化学反应中的物质变化和质量守恒:
H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）；ΔH=－184.6 kJ/mol
热化学方程式既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。
1.（1）H2（g）＋O2（g）===H2O（g）；ΔH=－241.8 kJ/mol
（2）H2（g）＋O2（g）===H2O（l）；ΔH=－285.8 kJ/mol
2.(1)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g);ΔH=－41 kJ/mol
(2)CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g);ΔH=＋41 kJ/mol
对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其ΔH也不同。
热化学方程式中的反应物和生成物若正好相反，则反应热的数值不变，符号相反。
书写热化学方程式的注意事项：
1.要注明反应的温度和压强，若反应为298 K和1.013×105 Pa条件下进行，不予注明。
2.要注明反应物和生成物的聚集状态（或晶型）。常用s、l、g分别表示固体、液体、气体。
3.ΔH与方程式的计量系数有关，计量系数以“mol”为单位，可以是小数或分数。
4.放热反应，ΔH为“－”，吸热反应，ΔH为“＋”。
5.ΔH的单位为 kJ/mol，方程式与ΔH之间应用分号隔开。
三、盖斯定律
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。
例：已知（1）C(s)＋O2(g)===CO2;ΔH1=－393.5 kJ/mol
(2)CO(g)＋O2(g)===2CO2(g);ΔH2=－283.0 kJ/mol
求反应（3）C（s）＋O2（g）===CO（g）的反应热ΔH3。
解：由已知方程式可知：
反应式（2）＋反应式（3）=反应式（1）
所以ΔH2＋ΔH3=ΔH1
ΔH3=ΔH1－ΔH2=－393.5 kJ/mol－（－283.0 kJ/mol）=－110.5 kJ/mol
●教学说明
本节课是在高一教材定性研究化学反应中的能量变化的基础上，从定量角度来探讨贮存在物质中的能量与反应过程中能量变化的关系，为了能使学生温故而知新，本节课以学生熟悉的两个实验引入，并引导学生从微观角度和定量角度来进行分析，这样既能提高学生的学习兴趣，又能培养学生的分析推理能力。
在对热化学方程式的内容进行教学时，主要进行了引导学生进行探究的教学方法。这样做的目的，一是避免了教学过程中的平铺直叙，二是有利于培养学生思维的深刻性与严密性。由于学生在学习这部分内容时，极易犯的错误是“眼高手低”，为此，在教学过程中注重了对有关知识的针对性练习，并引导学生从自己练习的结果出发，对所学内容做更深一步的探讨，这样，可以加深学生对这部分内容的理解与掌握，同时也能提高其综合分析问题的能力。
在本节课的两个课时中，均注重了对图象的使用。这样做，一来可将抽象的内容形象化，二来可培养学生的识图能力，从而有利于学生透彻地理解所学知识。
由于盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义，故本节课特意学习了盖斯定律并对其运用进行示例。
●综合能力训练题
1.已知下列两个气态物质之间的反应：
C2H2（g）＋H2（g）C2H4(g) ①
2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g) ②
在降低温度时①式平衡向右移动，②式平衡向左移动，则下列三个反应：
C（s）＋2H2(g)CH4(g) ΔH=－Q1 Ⅰ
C（s）＋H2(g)C2H2(g) ΔH=－Q2 Ⅱ
C（s）＋H2(g)C2H4(g) ΔH=－Q3 Ⅲ
反应热由小到大排列正确的是（Q1、Q2、Q3均为正值）
A.Q1C.Q3解析：解答此题时，很多学生感到茫然，显得束手无策，但如果将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ式进行适当的叠合，即可顺利解答。
（Ⅲ－Ⅰ式）×2，则有：2CH4（g）C2H4（g）＋2H2（g） ΔH=2（Q1－Q3）
（Ⅲ－Ⅱ式）×2，则有：C2H2（g）＋H2（g）C2H4（g） ΔH=2（Q2－Q3）
又因降低温度时①式平衡向右移动，②式平衡向左移动，推知①式正反应为放热反应，Q2－Q3<0，即Q20，即Q1>Q3，因此Q1>Q3>Q2。
答案：D
2.把煤作为燃料可通过下列两种途径：
途径Ⅰ：C（s）＋O2（g）CO2（g） （放热Q1 kJ）
途径Ⅱ：先制水煤气：
C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g） （吸热Q2 kJ）
试回答下列问题：
（1）判断两种途径放热：途径Ⅰ放出热量 （填“大于”“等于”“小于”）途径Ⅱ放出的热量。
（2）Q1、Q2、Q3的数学关系式是 。
（3）由于制取水煤气反应里，反应物所具有的总能量 生成物所具有的总能量，那么在化学反应时，反应物就需要 能量才能转化为生成物，因此其反应条件为 。
（4）简述煤通过途径Ⅱ作为燃料的意义。
解析：本题主要考查学生对盖斯定律的运用，同时考查了学生理论联系实际的能力。
答案：（1）等于
（2）Q1=Q3－Q2
（3）低于 吸收 高温
（4）固体煤经处理变为气体燃料后，不仅在燃烧时可以大大减少SO2和烟尘对大气造成的污染，而且燃料效率高，也便于输送。
3.回答锂元素的几个问题：
①锂的密度0.53 g·cm－3，是自然界中最轻的金属，1 kg锂燃烧可放出42998 kJ的热量，如将1 kg锂通过热核反应放出的能量相当于两万吨优质煤的燃烧。写出金属锂燃烧的热化学方程式 ；根据锂的这些性质，你设想出锂可有哪方面的主要用途？
②锂的一种同位素6Li捕捉低速中子（n）能力很强，因此可用于控制 的速度；已知1 mol 6Li在原子核反应堆中用中子照射后可以得到等物质的量的氚，写出该热核反应方程式 。
解析：本题考查正确领会信息和灵活运用所给信息的能力，同时考查了正确书写热化学方程式的能力。
①根据题给信息：1 kg 锂的物质的量为：
=144.09 mol（6.94 g·mol－1为锂的摩尔质量）
则每摩尔锂燃烧可放出热量为：
42998 kJ/144.09 mol=298.4 kJ·mol－1
根据锂燃烧的化学方程式4Li＋O2===2Li2O
该反应的ΔH=－（4×298.4 kJ·mol－1）=－1193.6 kJ·mol－1
（因反应放热，故ΔH为负）
即4Li（s）＋O2（g）===2Li2O（s）；ΔH=－1193.8 kJ·mol－1
关于锂的用途，根据锂是自然界中最轻的金属，其发生热核反应1 kg锂释放出的能量相当于燃烧两万吨优质煤，不难联想其单质或化合物用途可作为火箭、导弹、宇宙飞船的推动力的固体燃料。
据题给信息：6Li捕捉低速中子能力很强，由于慢中子能引发U、U、Pu的核裂变，U、Pu是当前最常用的核燃料，因此锂可用于控制铀及核反应堆中核反应发生的速率。
②据已知条件：1 mol Li在核反应堆用中子照射后可得1 mol H，据质子、中子在核反应前后守恒关系，不难推测出还应形成1 mol He。
答案：①4Li（s）＋O2（g）===2Li2O（s）；ΔH=－1193.8 kJ·mol－1
作为火箭燃料的最佳金属之一，或用锂或锂的化合物制成固体燃料替代固体推进剂，用作火箭、导弹、宇宙飞船的推动力。
②锂及反应堆中核反应的发生；Li＋nH＋He
4.美国《科学美国人》杂志在1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了到达地球表面的太阳辐射能的几条主要去路。
如下表：
请选用以上数据：
（1）算出地球对太阳能的利用率约为
（2）算出通过光合作用每年有 千焦的太阳能转化为化学能（每年按365天计）。
（3）每年由绿色植物通过光合作用（6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2）为我们生存的环境除去了质量为A的二氧化碳，试根据能量关系列出A的计算式（列式中缺少的数据用符号表示）：A= kg；所缺数据的化学含义为 。
解析：本题是缺数据的计算题，解答这类题的关键是准确理解化学计算的基本原理，它要求我们，在学习中，应重视知识发生的过程、原理和建立过程、公式的推导过程、方法的思考过程等，而不应只重视思维结果而淡化思考过程、途径和方法。
(1)分析太阳辐射能的几条主要去路，可以知道，地球对太阳能的利用主要是水循环、大气流动和光合作用。
地球对太阳能利用的总功率为：
40000×109 kJ·s－1＋370×109kJ·s－1＋40×109 kJ·s－1＝4.041×1013 kJ·s－1
太阳辐射能的总功率为：
52000×109 kJ·s－1＋81000×109 kJ·s－1＋40410×109 kJ·s－1＝1.742×1014kJ·s－1
地球对太阳能的利用率为：
×100％=23.3％
(2)通过光合作用转化为化学能的太阳能有：
40×109kJ·s－1×365×24×3600 s＝1.26×1018kJ·s－1
(3)已知光合作用转化为化学能的总能量，计算有多少CO2发生了光合作用，还缺少一个数据，这个数据从化学方程式6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2，可以看出，应该是每消耗
6 mol CO2所需吸收的能量或每生成1 mol C6H12O6所需吸收的能量，设这个能量为Q(kJ·
mol－1)，则有：
6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2－Q
6×44 Q
A 1.26×1018kJ
A＝
答案：(1)23.3%
(2)1.26×1018
(3)A＝ Q为每生成1 mol　C6H12O6所吸收的能量

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