高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第1节 化学反应的热效应（第3课时）反应焓变的计算教学设计1 鲁科版选修4（通用）

第1章第1节 化学反应的热效应第3课时反应焓变的计算【教学目标】1.知识与技能盖斯定律及其应用。2.过程与方法(1)通过“联想.质疑”等活动，训练学生的思维能力；(2)通过“活动探究”等实践活动，对学生进行定量实验的基本训练；(3)通过“交流研讨”等学生互动和师生互动活动，培养学生的动手、动脑能力以及获取、分析处理、归纳信息的能力；(4) 通过阅读“拓展视野”“资料在线”“方法导引”“追根寻源”等资料，扩大学生的知识面，增加学生全面的能力。3.情感态度与价值观使学生能从能量角度比较深刻的了解化学科学对人类的贡献，通过进一步了解化学的研究特点，激发学习的兴趣，建立基本的化学科学思维。【教学过程】反应焓变的计算方法：由盖斯定律可知，若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。因此可利用已知化学反应的热效应，通过代数的加减来求得某一反应的热效应。但运算时必须注意，欲消去的物质的种类、状态均应该相同。一、反应焓变的计弃1.盖斯定律定义：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是一样的。即化学反应的焓变只与反应的始态和终态有关，与反应的过程无关。 化学反应H2(g)O2(g)H2O(l)可看作由以下两步完成：其中，H2（g）+O2（g）= H2O（g）；H1=241.8kJ/molH2O（g）=H2O（l）；H2=44.0kJ/mol根据盖斯定律可得：H=H1H2=285.8kJ/mol2.盖斯定律的应用：对于无法或较难通过实验测得反应焓变的反应，可应用盖斯定律计算求得。3能否根据热化学方程式求参加反应的某物质放出或吸收的热量？答案：能。根据热化学方程式确定1 mol该物质参加反应时的焓变，再乘以其物质的量即可 。 【探究新知】 焓变的计算1、 利用热化学方程式求焓变热化学方程式中各物质的化学计量数应与H的数值成_比例关系，焓变与反应物或生成物的化学计量数呈同比例改变，因此可将焓变看做是热化学方程式的一个组成部分，反应的焓变与参加反应的各物质的物质的量成正比。【例1】沼气是一种能源，它的主要成分是CH4。0.5molCH4完全燃烧生成CO2和液态H2O时，放出445kJ热量，则反应CH4（g）4O2（g）CO2（g）2H2O的H _kJmol1解析0.5molCH4完全燃烧放出445kJ热量，1molCH4完全燃烧应放出890kJ热量，H-890 kJmol1。答案：-890 【深度思考1】能否将答案写作890？答案：不能，因为焓变既可以表示放热，又可以表示吸热，因此需要用“+”、“-”号加以区分。2、 利用盖斯定律求焓变 若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。 【例2】试利用298K时下述反应的实验数据，计算此温度下 2N2H4(g) + 2NO2(g) = 3N2(g) + 4H2O(g)的反应焓变。 N2（g） + 2O2（g） = 2NO2（g） H1 = + 67.7kJmol1 N2H4（g）+ O2（g） = N2（g）+ H2O（g） H2 = 534kJmol1 解析将第二个反应化学计量数与H2 同时乘以2，然后与第一个反应相减，即可得2N2H4(g) + 2NO2(g) = 3N2(g) + 4H2O(g)的焓变为H=2H2 -H1 =-1135.7 kJmol1。 【方法技巧】应用盖斯定律进行简单计算，关键在于设计反应过程。同时注意： 方程式中各物质的系数与H同等倍数的扩大或缩小。 当方程式进行加减运算时，H也同样要进行加减运算，且要带“+”、“-”符号，即总方程式的焓变等于各方程式焓变的代数和。 通过盖斯定律计算比较反应热的大小时，同样不能忽略H的符号。 当设计的反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。（5）盖斯定律的运算过程与数学上的向量运算有相似之处。3根据化学键断裂和形成过程中的能量变化来计算焓变等于破坏旧化学键吸收的能量与形成新化学键所放出的能量之差。HE(反应物的化学键断裂吸收的总能量)E(生成物的化学键形成放出的总能量)【例3】已知断裂或形成1mol共价键所需要或产生的能量称之为键能。以下是部分共价键键能数据：PP 198kJmol1，PO360kJmol1，O=O 498kJmol1。 试根据这些数据计算下面这个反应的焓变。 P4(s,白磷) + 3O2(g) = P4O6(s) H = ？ 氧原子 磷原子P4 分子结构 P4O6 分子结构 【解析】1molP4分子中含有6molp-p键，1molO2中有1mol O=O，1mol P4O6有12mol PO，因此P4(s,白磷) + 3O2(g) = P4O6(s) H = -12360+6198+3498=-1638 kJmol1。 【深度思考3】利用化学键计算反应焓变的关键是准确计算物质中含有化学键的数目。如1molH2O中含有2molH-O键，1molNH3中含有3molN-H键，1molCH4中含有4molC-H键。二、盖斯定律的理解热化学方程式焓变之间的关系aA=BH1A=BH2H2H1或H1aH2aA=BH1B=aAH2H1H2HH1H2三、利用盖斯定律书写热化学方程式特别提醒：通过热化学方程式变形时，利用“加法”不容易出错。四、学生通过几个课时的学习，应注意以下几个问题，需要熟练掌握如下几点：1书写热化学方程式良好的思维习惯(1)第一步，写出正确的化学方程式；(2)第二步，注明每一种物质的聚集状态；(3)第三步，书写H，首先确定焓变的正负，然后确定焓变的数值，最后，书写焓变的单位。2书写热化学方程式时注意的问题(1)判定反应是放热还是吸热，确定H的符号：放热为“”，吸热为“”。(2)计算反应的焓变根据题给反应物或生成物的量，计算反应的焓变，并依据焓变的数值确定各物质的化学计量数，题目中常常给出反应物的质量或浓度，需要换算成物质的量。根据化学键键能计算焓变：H反应物的键能总和生成物的键能总和。(3)正确标注反应物状态反应物和生成物的聚集状态不同，会导致反应热数值不同。因此，必须注明物质的聚集状态(s、l、g、aq)才能完整地体现出热化学方程式的意义。对于化学式形式相同的同素异形体，还必须注明物质名称，如C(金刚石，s)。五、检测题1. 已知：2CH4(g)3O2(g)=2CO(g)4H2O(g)Ha kJmol12CO(g)O2(g)=2CO2(g)H220 kJmol1CH、O=O、OH和CO键的键能分别为415 kJmol1、496 kJmol1、462 kJmol1和847 kJmol1，则a为()A780B1 560C670D1 0002. 燃煤烟气脱硫可用生物质热解气(主要成分：CO、CH4、H2)将SO2在一定条件下还原为单质硫。已知：C(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJ mol1CO2(g)C(s)=2CO(g)H2172.5 kJ mol1S(s)O2(g)=SO2(g)H3296.0 kJ mol1则反应2CO(g)SO2(g)=S(s)2CO2(g)的H为()A270 kJ mol1B862 kJ mol1C270 kJ mol1D862 kJ mol13. 已知：HCN(aq)NaOH(aq)=NaCN(aq)H2O(l)H12.1 kJmol1；HCl(aq)NaOH(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H57.3 kJmol1；则HCN在水溶液中电离的H等于()A69.4 kJmol1B45.2 kJmol1C45.2 kJmol1D69.4 kJmol14. 红磷(P)和Cl2发生反应生成PCl3和PCl5，反应过程和能量的关系如下图所示，图中的H表示生成1 mol产物的数据。已知PCl5分解生成PCl3和Cl2，该分解反应是可逆反应。下列说法正确的是()A其他条件不变，升高温度有利于PCl5的生成B反应2P(s)5Cl2(g)=2PCl5(g)对应的反应热H399 kJ/molCP与Cl2反应生成PCl3的热化学方程式为：2P(s)3Cl2(g)=2PCl3(g)H306 kJ/molD其他条件不变，对于PCl5分解生成PCl3和Cl2的反应，增大压强，PCl5的转化率减小，平衡常数K不变5. 下列依据热化学方程式得出的结论正确的是()A已知2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H483.6 kJmol1，则氢气的燃烧热为241.8 kJmol1B已知NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H57.3 kJmol1，则含40.0 g NaOH的稀溶液与稀醋酸完全中和，放出57.3 kJ的热量C已知2C(s)2O2(g)=2CO2(g)Ha；2C(s)O2(g)=2CO(g)Hb，则abD已知C(石墨，s)=C(金刚石，s)H0，则石墨比金刚石稳定6. 已知：C(s)O2(g)=CO2(g)H1CO2(g)C(s)=2CO(g)H22CO(g)O2(g)=2CO2(g)H34Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)H43CO(g)Fe2O3(s)=3CO2(g)2Fe(s)H5下列关于上述反应焓变的判断正确的是()AH10，H30BH20，H40CH1H2H3DH3H4H5参考答案1. 【解析】将已知两个反应相加，消去反应中的CO，得到新反应：2CH4(g)4O2(g)=2CO2(g)4H2O(g)H(a220)kJmol1，结合键能可求出a，即(a220)kJmol18415 kJmol14496 kJmol14847 kJmol18462 kJmol1，则a1 560。故选B项。【答案】B2. 【解析】根据盖斯定律，由可得，2CO(g)SO2(g)=S(s)2CO2(g)HH1H2H3393.5 kJ mol1172.5 kJ mol1(296.0 kJ mol1)270 kJ mol1，本题选C。【答案】C3. 【解析】HCN(aq)OH(aq)=CN(aq)H2O(l)H12.1 kJmol1H2O(l)=OH(aq)H(aq)H57.3 kJmol1上述两式相加：HCN(aq)=H(aq)CN(aq)H45.2 kJmol1。【答案】C4. 【解析】D由图可知，P和Cl2反应生成PCl5的热化学方程式是：2P(s)5Cl2(g)=2PCl5(g)H798 kJ/mol，则A、B项错误；图中的H表示生成1 mol产物的数据，C项错误；温度不变，平衡常数不变，D项正确。【答案】D5. 【解析】D在25 ，101 kPa时，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热，A错误；中和热为57.3 kJmol1，则含40.0 g NaOH的稀溶液