【鼎尖教案】高中化学(大纲版)第三册第三单元化学反应中的物质变化和能量变化第四节燃烧热和中和热.pdf

第四节 燃烧热和中和热 教学目标 1.使学生理解燃烧热，并掌握有关燃烧热的计算。2.使学生理解中和热。3.常识性介绍使用化石燃料的利弊及新能源的开发。4.培养学生综合分析问题的能力和理论联系实际的能力。5.培养学生的经济效益观念。教学重点 燃烧热和中和热的概念、有关燃烧热的计算；学生综合分析问题能力的培养。教学难点 燃烧热和中和热的热化学方程式化学计量数可能为分数的情况；有关煤作燃料利弊问题的讨论。教学方法 启发、讲解、练习、阅读、讨论、对比等。教具准备 投影仪 课时安排 共两课时 第一课时：燃烧热的概念及其应用。第二课时：中和热、化石燃料的利弊及新能源的开发。教学过程 第一课时 复习巩固 投影练习若 2.6 g 乙炔（C2H2，气态）完全燃烧生成液态水和 CO2（g）时放热 130 kJ。则乙炔燃烧的热化学方程式为 。学生练习，教师巡视，并选取有代表性的解答让学生书于黑板 分析：乙炔的摩尔质量为 26 g/mol，所以 2.6 g 为 0.1 mol，则 1 mol 乙炔完全燃烧放热 1300 kJ 学生草板书 C2H2（g）25O2（g）=2CO2（g）H2O（l）；H=1300 kJ/mol 2C2H2（g）5O2（g）=4CO2(g)2H2O(l);H=2600 kJ/mol 讲解 刚才我们所做练习实质上是考查反应热的计算和热化学方程式的写法的，由以上结果可以看出，每一个具体的反应式对应有一个反应热。导入由于反应的情况不同，反应热可分为多种，如燃烧热、中和热、溶解热及溶液中离子的生成热，本节课我们就来学习反应热中的燃烧热和中和热。板书第四节 燃烧热和中和热 一、燃烧热 质疑什么是燃烧热？是不是物质燃烧放出的热量就叫燃烧热呢？请大家看课本有关内容进行回答。学生看课本后回答 教师板书在 101 kPa 时，1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。讲解燃烧热通常可由实验测得。强调在理解物质燃烧热的定义时，要注意以下几点：讲解并板书研究条件：101 kPa 反应程度：完全燃烧，产物是稳定的氧化物。燃烧物的物质的量：1 mol 研究内容：放出的热量。（H0，单位 kJ/mol）讲解在未有特别说明的情况下，外界压强一般指 101 kPa；所谓完全燃烧也是完全氧化，它是指物质中的下列元素完全转变成对应的稳定物。如：板书CCO2(g)、HH2O（l）、SSO2（g）投影练习 分析以下几个热化学方程式，哪个是表示固态碳和气态氢气燃烧时的燃烧热的？为什么？A.C（s）21O2（g）=CO(g);H=110.5 kJ/mol B.C（s）O2（g）=CO2(g);H=393.5 kJ/mol C.2H2(g)O2(g)=2H2O(l);H=571.6 kJ/mol D.H2(g)21O2(g)=H2O(g);H=241.8 kJ/mol 解析：A 项 C（s）燃烧未生成稳定氧化物 CO2(g)，故其反应热不能叫燃烧热；B 项符合燃烧热的定义；C 项 H2虽然转变成了稳定的氧化物 H2O（l），但由于其反应热表示的是 2 mol H2 完全燃烧时的热量变化，故不能叫燃烧热；D 项参加燃烧的 H2虽然是 1 mol，但其生成 H2O（g），而不是 H2O（l），故它的反应热也不为 H2的燃烧热。追问你能根据题中信息写出表示 H2燃烧热的热化学方程式吗？请一位同学上黑板书写 学生板书H2（g）21O2（g）=H2O（l）；H=285.8 kJ/mol 据乙炔燃烧的两个热化学方程式（草板书内容）提问乙炔的燃烧热应是多少？生1300 kJ/mol 师亦即表示乙炔燃烧热的热化学方程式可表示为：板书C2H2(g)25O2(g)=2CO2（g）H2O（l）；H=1300 kJ/mol 讲解由上面两个热化学方程式可知，表示燃烧热的热化学方程式中，物质的系数常出现分数，这是由于燃烧热是以 1 mol 可燃物为标准来进行测量的缘故。板书由于计算燃烧热时，可燃物质是以 1 mol 作为标准来计算的，所以热化学方程式的化学计量系数常出现分数。讲解 无论从实践的观点还是从科学研究的观点来看，利用热化学方程式进行计算都是很重要的。通过计算，可以知道某个化学反应完成时需要吸收或放出多少热量，以便更好地控制反应条件，充分利用能源。对于可燃物的燃烧反应来讲，由于它们都是放热反应，因此可以通过对燃烧热的计算，来了解燃烧反应为我们所提供的热量。过渡下面，我们通过例题来巩固燃烧热的概念并了解它的一些应用。板书二、燃烧热的计算及应用 投影例题1.在 101 kPa 时，1 mol CH4 完全燃烧生成 CO2和液态 H2O，放出 890.3 kJ的热量，CH4的燃烧热为多少？1000 L CH4（标准状况）燃烧后所产生的热量为多少？2.葡萄糖是人体所需能量的重要来源之一。葡萄糖燃烧的热化学方程式为：C6H12O6（s）6O2（g）=6CO2（g）6H2O（l）；H=2 800 kJ/mol 葡萄糖在人体组织中氧化的热化学方程式与它燃烧的热化学方程式相同。计算 100 g 葡萄糖在人体中完全氧化时所产生的热量。学生解答，教师巡视 投影展示正确答案及解题步骤 1.解析：根据题意，在 101 kPa 时，1 mol CH4完全燃烧的热化学方程式为：CH4（g）2O2（g）=CO2（g）2H2O（l）；H=890.3 kJ/mol 即 CH4的燃烧热为 890.3 kJ/mol。1 000 L CH4（标准状况）的物质的量为：n(CH4)=1m4mol22.4LL1000)CH(VV=44.6 mol 1 mol CH4 完全燃烧放出 890.3 kJ 的热量，44.6 mol CH4 完全燃烧放出的热量为：44.6 mol890.3 kJ/mol=3.97104 kJ 答案：CH4的燃烧热为 890.3 kJ/mol，1 000 L CH4（标准状况）完全燃烧产生的热量为3.97104 kJ。2.解析：根据题意，葡萄糖的燃烧热为 2 800 kJ/mol。100 g 葡萄糖的物质的量为：n(C6H12O6)=161266126mol180gg100)OHC()OHC(Mm=0.556 mol 1 mol C6H12O6完全燃烧放出 2 800 kJ 的热量，0.556 mol C6H12O6完全燃烧放出的热量为：0.556 mol2 800 kJ/mol=1 557 kJ 答案：100 g 葡萄糖在人体中完全氧化时产生 1 557 kJ 的热量。教师总结 以上例题 1 主要体现了反应热的概念及其计算；例题 2 反映了人体新陈代谢过程中热量的变化。过渡下面，我们用燃烧热的知识来对与日常生活密切相关的管道煤气进行研究。投影 已知 CO、H2、CH4是管道煤气中的三种主要成分，它们的燃烧热分别为：282.5 kJ/mol、285.8 kJ/mol、890.3 kJ/mol，它们在管道煤气中所占的体积分数约为 H2：50%、CO：15%、CH4：18%，请从热值贡献、燃烧性能和生产成本等方面加以比较。你对管道煤气的配比有何建议？参考资料：煤加工成煤气的化学原理。把煤转化成煤气的方法很多，主要有：（1）发生炉煤气：由热空气和灼热的煤反应制得，其可燃成分主要是一氧化碳，同时含有较多量的氮气。CO2CO2 CO2C高温2CO 发生炉煤气生产容易，价格低廉，但热值太低（3.84.6 MJ/m3），且一氧化碳有毒，所以它仅是管道煤气的次要气源。（2）水煤气：将水蒸气鼓入灼热的煤粉，得到的气体叫水煤气，其可燃成分是一氧化碳和氢气。CH2O高温COH2 由于这是一个吸热反应，故必须交替鼓入空气和水蒸气，才能维持炉温。水煤气的热值也不高（为 1.011.3 MJ/m3），也是管道煤气的次要气源。（3）干馏煤气（焦炉气）：即煤干馏得到的气体产品，其可燃成分主要是甲烷和氢气，同时得到副产品焦炭和煤焦油。干馏煤气热值高（约为 19.1 MJ/m3），是管道煤气的主要气源。一个大型的煤气厂，有多种类型的制气设备，一般是将上述数种气源气体掺混，使之达到一定的热值和良好的燃烧性质，才贮于大型贮气柜中，送入城市煤气管道网络。学生分组讨论，各抒己见，各组派代表回答、交流 参考答案：（1）热值贡献比较：管道煤气中，氢气的含量最高，其热值贡献是否最大呢？我们要作具体的计算才能回答这一问题。先根据三种成分的大体比例确定 1 个含量数值，如H2 50%、CO 15%、CH4 18%，然后作近似计算。燃烧 1 m3管道煤气，其中 H2产生的热量：4.22%501000285.5=6.37103 kJ；CO 产生的热量：4.22%151000282.5=1.89103 kJ；CH4产生的热量：4.22%181000890.3=7.15103 kJ。由此可知，CH4的含量虽然只占 18%，但热值的贡献最大。H2占 50%，其热量贡献仍低于 CH4，CO 的热值贡献最小。（2）燃烧性能比较：气体的燃烧性能与该气体的扩散速度有关，H2、CO 和 CH4中，H2的相对分子质量最小，气体密度最小，故而有最大的扩散速度和最好的燃烧性能。平时实验中，可以观察到 H2的火焰很长，而燃烧平稳。管道煤气中较多量的 H2保证了良好的燃烧性能。（3）生产成本比较：从生产角度看，发生炉煤气的成本最低，干馏煤气的成本最高，我们可以理解为：CO 成本低，CH4的成本高。如果在煤气中增加 CO 的含量，固然可以降低煤气的价格，但 CO 有毒且热值低，故此做法不可取。建议属开放性答案，只要学生建议合理，教师均应鼓励。如：往管道煤气中直接配入天然气，以提高其热值；增加 H2的比例，提高其燃烧性能；找出一种更好的催化剂，使煤与水反应并尽可能多地转化为 CH4和 H2；为了防止煤气中毒，可在煤气进入管道之前，把 CO 分离出去，以供它用等等。过渡 刚才我们所提到的管道煤气的主要原料是煤，它与石油、天然气均属化石燃料，它们也是目前世界上所需能量的主要来源。下面，我们就来探讨一下使用化石燃料的利弊问题。板书三、使用化石燃料的利弊 讲解广义地讲，能够发生燃烧反应放出热量的物质都可称为燃料。各种燃料的化学能在燃烧过程中转化为热能，给人类社会提供了巨大的能量，保证了人类社会不断发展和进步。请大家阅读以下资料：投影资料 目前世界上所需的能量主要来自化石燃料石油、天然气和煤。化石燃料贮存了太阳的能量，当化石燃料完全燃烧生成二氧化碳和水时，该贮存的能量又以热的形式被释放出来。化石燃料是国民经济的命脉。化石燃料的生成可追溯到 200 万到 52000 万年以前，而人类的诞生仅仅 50100 万年。石油最初被人类利用始于照明，自 1782 年瑞士人发明煤油灯到1853 年全球普遍使用，石油所发挥的功能几乎全是照明。然而石油对于人类真正的美丽却在另外两个功能中，其中之一就是作为动力能源。石油被人们亲切地称为“工业的血液”，被誉为“流体黄金”。除此之外，常用的化石燃料还有煤等，它被称为“工业的粮食”。讲解煤的主要成分是碳（C），石油的重要裂解产物之一汽油的主要成分是辛烷（C8H18），天然气的主要成分是甲烷（CH4），它们发生燃烧反应的热化学方程式分别如下：投影 C（s）O2（g）=CO2（g）；H=393.5 kJ/mol C8H18(l)225O2(g)=8CO2(g)9H2O(l);H=5 518 kJ/mol CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l);H=890.3 kJ/mol 讲解由 C、C8H18、CH4的燃烧热可知，它们燃烧时都能放出很大的热量，因此煤、石油、天然气是当今世界上重要的化石燃料。我国是世界上少数以煤为主要能源的国家，请大家结合课本 44 页煤的论点，并查阅相关资料，从资源蕴藏、开采和运输、资源综合利用以及环境保护等方面进行利弊分析，以备下节课我们进行研讨。小结本节课我们主要学习了燃烧热的概念、计算及应用。布置作业 习题：一、三 2、5*列举出你所知道的新型能源 课后思考题 请同学们自己动手，算一算，将 1 壶水（以 4 升计），从 25加热至 100，用液化气和管道煤气哪一种更合算？（热量利用率以 70%计）查阅资料：管道煤气热值 15.6 MJ/m3，每立方米（即 1 个字）0.90 元；液化气热值 47.3 MJ/kg，每千克 2.60 元。水的比热容为 4.18 kJ/(kg)。答案：烧开一壶水需要热量 Q 为：Q=mc t=4 kg4.18 kJ/(kg)（10025）=1254 kJ=1.254 MJ 需要管道煤气的体积为：370%/mMJ 15.6MJ 254.1=0.115 m3 需要花费：0.115 m30.90 元/m3=0.103 元 需要液化气的质量为：70%/kgMJ 47.3MJ 254.1=0.038 kg 需要花费：0.038 kg2.60 元/kg=0.098 元 结论：两者从经济角度考虑，差别不大。分析：可从煮沸时间长短、是否有毒、使用是否方便等方面进行分析。板书设计 第四节 燃烧热和中和热 一、燃烧热 在 101 kPa 时，1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。研究条件：101 kPa 反应程度：完全燃烧，产物是稳定的氧化物。CCO2(g)、HH2O（l）、S SO2（g）燃烧物的物质的量：1 mol 研究内容：放出的热量（H0，单位,kJ/mol）H2（g）21O2(g)=H2O(l);H=285.8 kJ/mol C2H2(g)25O2(g)=2CO2(g)H2O(l);H=1300 kJ/mol 由于计算燃烧热时，可燃物质是以 1 mol 作为标准来计算的，所以热化学方程式的化学计量系数常出现分数。二、燃烧热的计算及应用 三、使用化石燃料的利弊