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选修4一二章教法学法探讨
选修4期中复习教法探讨
大朗校区曾喜英
第一章化学反应与能量
第1节化学反应与能量的变化
一、反应热与自身能量、化学键的关系
1.反应热与自身能量的关系
2.化学键与化学反应中能量变化的关系
化学反应过程是原子重新组合的过程,反应物分子内化学键的断裂需要吸收能量,生成新物质时形成新的化学键要放出能量。
二者的能量差,就决定了能量的变化。
(1)当E1>E2时,反应吸收能量;
(2)当E1 3.ΔH的计算方法 (1)ΔH=生成物所具有的总能量-反应物所具有的总能量。 (2)ΔH=断键吸收的总能量-成键释放的总能量。 1.破坏反应物中的化学键吸收的能量越小,说明反应物越不稳定,本身的能量越高。 2.形成生成物的化学键放出的能量越多,说明生成物越稳定,本身的能量越低。 下列说法正确的是( ) A.焓变单位中kJ·mol-1,是指1mol物质参加反应时的能量变化 B.当反应放热时ΔH>0,反应吸热时ΔH<0 C.一个化学反应中,当反应物的总能量大于生成物的总能量时,反应放热,ΔH为¡°-¡± D.一个化学反应中,生成物总键能大于反应物的总键能时,反应吸热,ΔH为¡°+¡± 本题易错选A,ΔH中的单位kJ/mol可理解为每摩尔的反应,是表明参加反应的各物质的物质的量与化学方程式中物质的计量数相同,而不一定是每摩尔的物质。 已知拆开1molH2、1molO2中的化学键需要消耗的能量分别为436kJ、496kJ,形成1molH—O键释放的能量为463kJ。 试说明2molH2(g)在适量O2中燃烧生成水蒸气的能量变化。 二、吸热反应与放热反应比较 类型 比较 放热反应 吸热反应 图示 实例 ¢Ù大多数化合反应 ¢Ú中和反应 ¢Û金属与酸的反应 ¢Ü燃烧反应¢Ý铝热反应 ¢Ù大多数分解反应 ¢ÚBa(OH)2·8H2O晶体与氯化铵的反应 ¢Û以C、CO为还原剂的氧化还原反应 吸热反应与放热反应与条件无必然的联系。 需加热的反应不一定是吸热反应。 有的反应开始时需加热,但反应发生后会放出一定的热量,能够维持该反应继续进行,如C+O2点燃,CO2。 由图分析,下列说法正确的是( ) A.A¡úB+C和B+C¡úA两个反 应吸收或放出的能量不等 B.A¡úB+C ΔH<0 C.A具有的焓高于B和C具有的焓的总和 D.A¡úB+C ΔH>0,则B+C¡úA ΔH<0 1.ΔH与吸热反应和放热反应的关系可用图示表示为: 2.化学反应的过程也可看成是¡°贮存¡±在物质内部的能量转化为热能等被释放出来的过程,或者是热能等转化为物质内部的能量被¡°贮存¡±起来的过程。 3.化学反应过程中一定有能量变化,但不一定都以热能的形式放出,可能还有电能、光能等其他形式。 下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( ) A.碳酸钙受热分解 B.乙醇的燃烧 C.铝粉与氧化铁粉末反应D.氧化钙与水反应 三、书写热化学方程式——¡°五注意¡± 1.注意ΔH的符号 ΔH只能写在热化学方程式的右边,且中间留空格。 若为放热反应,ΔH为¡°-¡±;若为吸热反应,ΔH为¡°+¡±。 ΔH的单位一般为kJ/mol或kJ·mol-1。 2.注意测定条件 反应热ΔH与测定条件(温度、压强等)有关,因此书写热化学方程式时应注意ΔH的测定条件。 绝大多数ΔH是在25¡æ、101kPa下测定的,可不注明温度和压强。 3.注意物质的聚集状态 反应物和产物的聚集状态不同,反应热ΔH也不同。 因此,书写热化学方程式必须注明物质的聚集状态。 气体用“g”,液体用“l”,固体用“s”,溶液用“aq”。 热化学方程式中不用标¡°¡ü¡±和¡°¡ý¡±。 4.注意化学计量数 由于ΔH与反应完成的物质的量有关,所以化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。 当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。 例如,已知: H2(g)+ O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol 则: H2O(l)===H2(g)+ O2(g) ΔH=+285.8kJ/mol。 2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ/mol。 5.注意ΔH的单位 关于ΔH的单位“kJ/mol”并不是指每摩尔具体物质反应时伴随的能量变化是多少千焦,而是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化。 1.同一物质三态变化时的能量关系为: 2.热化学方程式是表示反应已完成的量,而不管反应是否真正完成,例如,300¡æ时,氢气和碘蒸气反应的热化学方程式为H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH=-12.84kJ/mol,上式并不代表在300¡æ时,将1mol氢气和1mol碘蒸气放在一起,就有12.84kJ热量放出,而是代表有2molHI(g)生成时,才有12.84kJ热量放出。 N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。 0.25molN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时,放出133.5kJ热量。 则下列热化学方程式中正确的是( ) A. N2H4(g)+ O2(g)=== N2(g)+H2O(g);ΔH=+267kJ·mol-1 B.N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g);ΔH=-534kJ·mol-1 C.N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g);ΔH=+534kJ·mol-1 D.N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(l)ΔH=-133.5kJ·mol-1 ¡°四看法¡±快速判断热化学方程式的正误: (1)看各物质聚集状态是否正确; (2)看ΔH的¡°+¡±¡°-¡±标注是否正确; (3)看ΔH的单位是否为kJ/mol; (4)看反应热数值与化学计量数是否对应。 已知在25¡æ,101kPa下,1gC8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.4kJ能量。 表示上述反应的热化学方程式正确的是( ) A.C8H18(l)+ O2(g)===8CO2(g)+9H2O(g)ΔH=-48.4kJ/mol B.C8H18(l)+ O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l)ΔH=-5517.6kJ/mol C.C8H18(l)+ O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l)ΔH=+5517.6kJ/mol D.C8H18(l)+ O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l)ΔH=-48.4kJ/mol 四、中和热测定实验 【注意事项】 ¢Ù作为量热的仪器装置,要尽量减少热量散失。 a.其保温隔热的效果一定要好,在两烧杯缝隙中一定要塞满泡沫塑料(或纸条);b.小烧杯杯口与大烧杯杯口相平;c.泡沫塑料板上的两个小孔要恰好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过;d.可改用保温杯来做,也可用块状聚苯乙烯泡沫塑料制成与小烧杯外径相近的绝缘外套来做。 ¢Ú盐酸和NaOH溶液的浓度必须准确,本实验中NaOH溶液的浓度稍大于盐酸的浓度,两者的浓度均宜小不宜大,若浓度偏大,则测定结果误差较大。 ¢Û盐酸和NaOH溶液的体积必须准确。 ¢Ü温度计的读数要准确。 a.水银球部分要完全浸没在溶液中,且要稳定一段时间后再读数;b.读数时应谨慎细心,把握并读准温度且由同一个人来读;c.测量盐酸的温度后,要将温度计上的酸冲洗干净后再测量NaOH溶液的温度。 ¢Ý实验操作要快。 1.不同的强酸与强碱反应的中和热相同,若生成易溶性的盐,其热化学方程式都可表示为H+(aq)+OH-(aq) ===H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol。 2.弱酸弱碱参加的中和反应,因为它们的电离要吸收热量,故测得的中和热小于57.3kJ/mol。 50mL0.50mol·L-1盐酸与50mL0.55mol·L-1NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。 通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。 回答下列问题: (1)烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是_________________ _____________________________________________。 (2)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值______ (填¡°偏大¡±、¡°偏小¡±或¡°无影响¡±)。 (3)实验中改用60mL0.50mol·L-1盐酸与50mL0.55mol·L-1NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量__________(填¡°相等¡±或¡°不相等¡±),所求中和热__________(填¡°相等¡±或¡°不相等¡±),简述理由: ______ __________________________________________。 (4)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会____________(填¡°偏大¡± ¡°偏小¡±或¡°无影响¡±)。 (3)中所求中和热易错填不相等。 中和热与酸、碱的用量无关,不管酸、碱的量是多少,中和热要求是生成1molH2O放出的热量。 实验室进行中和热测定的实验时除需要大烧杯(500mL)、小烧杯(100mL)外,其他所用的仪器和试剂均正确的一组是( ) A.0.50mol·L-1盐酸,0.50mol·L-1NaOH溶液,100mL量筒1个 B.0.50mol·L-1盐酸,0.55mol·L-1NaOH溶液,100mL量筒2个 C.0.50mol·L-1盐酸,0.55mol·L-1NaOH溶液,50mL量筒1个 D.0.50mol·L-1盐酸,0.55mol·L-1NaOH溶液,50mL量筒2个 第2节燃烧热能源 一、燃烧热的理解及计算 1.对燃烧热的理解 (1)反应条件: 25¡æ和101kPa(书中给出的燃烧热数值均为此条件下测得)。 (2)物质的燃烧热要求的是纯物质。 (3)¡°完全燃烧生成稳定的氧化物¡±是指单质或化合物燃烧后变为最稳定的氧化物。 完全燃烧时,下列元素要生成对应的氧化物: C¡úCO2(g),H¡úH2O(l),S¡úSO2(g)。 C¡úCO不是完全燃烧;而S¡úSO3,SO3不是燃烧产物;生成的水为液态不能是气态。 例如,C燃烧的热化学方程式为 C(s)+ O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ/mol C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol 则C的燃烧热为393.5kJ/mol,而不是110.5kJ/mol。 (4)文字叙述燃烧热时,用正值或ΔH表示,例如,CH4的燃烧热为890.3kJ·mol-1或ΔH=-890.3kJ·mol-1。 2.表示燃烧热的热化学方程式的书写 燃烧热是以1mol纯物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写表示燃烧热的热化学方程式时,应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数,故在表示燃烧热的热化学方程式中常出现分数。 例如,C8H18燃烧的热化学方程式为: 2C8H18(l)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(l) ΔH=-11036kJ/mol,C8H18的燃烧热为5518kJ/mol,而不是11036kJ/mol,表示其燃烧热的热化学方程式为: C8H18(l)+ O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ/mol。 3.燃烧热的计算 由燃烧热定义可知: 可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量¡Á其燃烧热,即Q放=n(可燃物)¡Á|ΔH|,物质的燃烧热: ΔH=- 。 此公式中的ΔH是指物质的燃烧热,而不是指一般反应的反应热。 在写热化学方程式时要分清是写可燃物燃烧的热化学方程式还是表示可燃物燃烧热的热化学方程式。 下列说法正确的是( ) A.测定HCl和NaOH反应的中和热时,每次实验均应测量3个温度,即盐酸起始温度、NaOH起始温度和反应后终止温度 B.在25¡æ、101kPa时,1molH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ热量,H2的燃烧热为-285.8kJ/mol C.在25¡æ、101kPa时,1molC与适量O2反应生成1molCO时,放出110.5kJ热量,则C的燃烧热为110.5kJ/mol D.在稀溶液中: H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol,若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合,放出的热量等于57.3kJ 燃烧热与中和热的比较 燃烧热 中和热 相同点 ΔH<0,放热反应 ΔH<0,放热反应 不同点 ¢Ù限定可燃物(反应物)为1mol ¢Ú1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量(不同的反应物,燃烧热不同) ¢Ù限定生成物H2O为1mol ¢Ú生成1molH2O时放出的热量(不同的反应物的中和热大致相同) 以下几个热化学方程式,能表示燃烧热的热化学方程式是( ) A.C(s)+ O2(g)===CO(g) ΔH=110.5kJ/mol B.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/mol D.H2(g)+ O2(g)===H2O(g)ΔH=-241.8kJ/mol 二、能源的综合利用 1.能源的分类 按转换过程分 按利用历史分 按性质分 一次能源 常规能源 可再生能源 水能 不可再生能源 煤、石油、天然气等 新能源 可再生能源 太阳能、地热能、沼气、潮汐能、风能、生物质能等 不可再生能源 核能等 二次能源 电能、沼气、汽油、焦炭、蒸汽、工业余热等 2.化石燃料的利弊及新能源的开发 (1)煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料,它们为不可再生能源。 (2)煤作燃料的利弊: ¢Ù煤是最重要的化工原料,把煤作为燃料简单烧掉太可惜,应该综合利用。 ¢Ú煤直接燃烧时产生的CO、SO2等有毒气体及烟尘,会对环境造成严重污染。 ¢Û煤作为固体燃料,燃烧反应速率小,热利用率低且运输不方便。 ¢Ü可以通过清洁煤技术,如煤的液化和气化,以及烟气净化脱硫等,大大减轻燃煤对环境的污染,提高煤的利用率。 3.能源危机的解决方法 (1)开源节流,提高能源的利用率。 调节和优化能源结构,降低燃煤在能源结构中的比例,节约油气资源,加大科技投入。 (2)新能源的开发。 太阳能、燃料电池、风能和氢能是最有希望的新能源。 这些新能源资源丰富,有些为可再生能源,并且在使用时对环境几乎没有污染。 4.新能源的特点 (1)太阳能能量巨大,取之不尽,用之不竭,清洁无污染,不需开采和运输。 缺点是能量密度小,受地域和季节的影响大。 (2)氢能有三大优点: 一是燃烧热值高,二是资源丰富,三是无毒、无污染。 缺点是储存、运输困难。 (3)地热能蕴藏丰富,已被应用。 (4)风能是太阳能的一种转换形式,风能能量巨大。 缺点是具有不稳定性,受地区、季节、气候影响较大。 煤的液化和气化原理为C+H2O(g)高温,CO+H2,所以是化学变化而不是物理变化。 能源是人类生存和发展的重要支撑因素。 常规能源(煤、石油、天然气等)日益减少,促使人们研究能源的利用率和新能源(如太阳能、氢能、核能等)的开发。 (1)我国目前最主要的能源品种是_________________, 能源利用中存在的主要问题有___________________。 (2)为减少污染,提高燃料利用率,下列措施可以达到目的的是________(填序号,下同)。 ¢Ù将城市居民燃煤改为使用气体燃料 ¢Ú若将原来烧天然气的灶具改烧液化石油气,应增大空气进入量和减少液化气的进入量 ¢Û在农村大力发展沼气 (3)下列关于能源和作为能源的物质的叙述中错误的是________。 ¢Ù化石能源物质内部蕴贮着大量的能量 ¢Ú绿色植物进行光合作用时,将太阳能转化为化学能¡°贮存¡±起来 ¢Û物质的化学能可以在不同条件下转化为热能、电能为人类所利用 ¢Ü吸热反应没有利用价值 (4)乌克兰科学家用铜和铁混合熔化制成多孔金属,用于制作太空火箭上使用的煤油燃料雾化器,该雾化器的作用是______________________________________________ __________________________________________________________________________________________________。 本题 (2)中易漏选¢Ú,因为不清楚等体积的CH4与液化石油气(主要成分是丙烷),完全燃烧耗氧是丙烷多。 下列说法中不正确的是( ) A.化石燃料在任何条件下都能充分燃烧 B.化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO、SO2等有害气体 C.直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效果好 D.固体煤变为气体燃料后,燃烧效率将提高 第3节化学反应热的计算 一、对盖斯定律的理解 (1)从途径角度 化学反应热效应只与反应的始态和终态有关,与过程无关。 就像登山到山顶,不管选哪一条路走,从山脚到山顶,山的海拔总是不变。 (2)从反应热总值角度 若一个反应可以分几步进行,则各步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的,即反应热总值一定。 如图表示始态到终态的反应热。 则ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。 (3)从能量守恒角度 我们先从S变化到L,这时体系放出热量(ΔH1<0),然后从L变回到S,这时体系吸收热量(ΔH2>0)。 整个过程中ΔH1+ΔH2=0,能量既不会增加,也不会减少,只会从一种形式转化为另一种形式。 (4)运用盖斯定律解题的常用方法。 通常有两种方法: 其一,虚拟路径法: 如C(s)+O2(g)===CO2(g),可设置如下: ΔH1=ΔH2+ΔH3 其二,加合法: 即运用所给化学方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。 如: 求P4(白磷)¨D¡úP(红磷)的热化学方程式。 已知: P4(白磷,s)+5O2(g)===P4O10(s) ΔH1¢Ù P(红磷,s)+ O2(g)=== P4O10(s) ΔH2¢Ú 即可用¢Ù-¢Ú¡Á4得出白磷转化为红磷的热化学方程式。 1.虚拟路径法求反应热中,分路径中的量要与总路径的量一致。 2.加合法中要根据给定的反应找出要求的反应的反应物与生成物,把不需要的物质去掉。 把煤作为燃料可通过下列两种途径: 途径¢ñ C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1<0 途径¢ò 先制水煤气: C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH2>0¢Ù 再燃烧水煤气: 2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3<0¢Ú 2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH4<0¢Û 请回答下列问题: (1)判断两种途径放热: 途径¢ñ放出的热量________途径¢ò放出的热量(填¡°大于¡±、¡°等于¡±或¡°小于¡±)。 (2)ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的数学关系是____________ _____________________________________________。 (3)由于制取水煤气的反应里,反应物具有的总能量________(填¡°大于¡±¡°等于¡±或¡°小于¡±)生成物具有的总能量,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________。 应用盖斯定律设计反应过程的要点 (1)当热化学方程式乘以或除以某数时,ΔH也相应乘以或除以某数。 (2)当热化学方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带¡°+¡±、¡°-¡±符号,即把ΔH看做一个整体进行运算。 (3)通过盖斯定律计算比较反应热的大小时,同样要把ΔH看做一个整体。 (4)在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化,物质的状态由¡°固¡ú液¡ú气¡±变化时,会吸热;反之会放热。 (5)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。 实验中不能直接测出由石墨与氢气反应生成甲烷的ΔH,但可测出下面几个反应的热效应: CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH1=-890.3kJ/mol¢Ù C(石墨)+O2(g)===CO2(g)ΔH2=-393.5kJ/mol¢Ú H2(g)+ O2(g)===H2O(l)ΔH3=-285.8kJ/mol¢Û 根据盖斯定律求反应C(石墨)+2H2(g)===CH4(g) ¢Ü的ΔH4。 【解析】 方法一: 因为反应式¢Ù¢Ú¢Û和¢Ü之间有以下关系: ¢Ú+¢Û¡Á2-¢Ù=¢Ü。 所以ΔH4=ΔH2+2ΔH3-ΔH1=-393.5+2¡Á(-285.8)-(-890.3)=-74.8(kJ/mol) 方法二: 也可以设计一个途径,使反应物经过一些中间步骤最后回到产物: 可见,ΔH4=ΔH2+2ΔH3-ΔH1=-74.8kJ/mol。 二、反应热的计算 1.反应热计算的依据 (1)根据热化学方程式计算: 反应热与反应物各物质的物质的量成正比,即ΔH1=nΔH。 (2)根据反应物和生成物的能量计算: ΔH=生成物的能量和-反应物的能量和。 (3)根据反应物和生成物的键能计算: ΔH=反应物的键能和-生成物的键能和 (4)根据盖斯定律计算: 将热化学方程式进行适当的¡°加¡±、¡°减¡±等变形后,由过程的热效应进行计算、比较。 (5)根据物质的燃烧热数值计算: Q(放)=n(可燃物)¡Á|ΔH|。 (6)根据比热公式进行计算: Q=cmΔt。 2.反应热计算的常用解题方法 (1)列方程法: 先写出热化学方程式,再根据热化学方程式所体现的物质与反应热间的关系直接求算反应热。 (2)估算法: 根据热化学方程式所表示反应的热效应与混合物燃烧放出的热量,大致估算各成分的比例。 此法主要应用于解答选择题,根据题给信息找出大致范围,便可以此作依据找出答案,此法解题快速、简便。 已知: ¢ÙCH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH1;¢Ú2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2;¢Û2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH3。 常温下取体积比4¡Ã1的甲烷和氢气的混合气体11.2L(标准状况),经完全燃烧后恢复至室温,则放出的热量为( ) A.-(0.4mol¡ÁΔH1+0.05mol¡ÁΔH3) B.-(0.4mol¡ÁΔH1+0.05mol¡ÁΔH2) C.-(0.4mol¡ÁΔH1+0.1mol¡ÁΔH3) D.-(0.4mol¡ÁΔH1+0.1mol¡ÁΔH2) 本题易错选B。 因为忽略了¡°完全燃烧后恢复至室温¡±时水为液态,也易错选C,没注意2
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- 选修 一二 教法 探讨