师:同学们好,今天我们一起来学习人教版高二化学选择性必修一第一章第二节第二课时——反应热的计算。本节课我们要达成三个目标:一是学会利用热化学方程式直接求算;二是学会运用盖斯定律进行相关判断或计算;三是体会反应热在生产生活中的应用价值,形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型。
通过前面的学习,我们知道可以用热化学方程式来表征化学反应中的物质变化和能量变化。那为什么要学习反应热的计算呢?大家看,这是大国重器长征五号,它身高56.97米,起飞重量869吨,近地轨道25吨,地球同步转移轨道14吨。从它的构造图能看出,助推器燃料采用的是液氧煤油。为提供这么大的能量,需要加注多少吨燃料呢?这节课我们就尝试用所学知识寻找解决方法。
任务一,利用热化学方程式直接求算。我们先感受反应热的计算在化工生产中的应用。请翻到选择性必修一第15页,阅读例题一:在25℃和101千帕时,1摩尔硫化亚铁固体完全燃烧生成氧化铁固体和二氧化硫气体,放出853千焦的热量。这些热量在生产中充分利用,大大降低了生产成本,对节约资源、能源循环利用意义重大。
这里有两个问题:一、请写出硫化亚铁燃烧的热化学方程式;二、计算理论上1千克黄铁矿(其中硫化亚铁的含量为90%)完全燃烧放出的热量。同学们读完题后,有什么解题思路呢?解题思路指引:同学们可以从中找出求算量,再找出已知量,最后寻找求算量和已知量之间的关联点来解决问题。
回看例题一,求算量是:硫化亚铁燃烧的热化学方程式;理论上1千克黄铁矿完全燃烧放出的热量。已知量有:黄铁矿燃烧的化学方程式;25℃和101千帕时,1摩尔硫化亚铁固体完全燃烧生成氧化铁固体和二氧化硫气体时放出的热量。在寻找求算量和已知量之间的关联点之前,我们先了解以硫磺铁矿为原料生产硫酸的工艺流程。废热是人类活动中因某种需要生产制造的热能,利用结束后排放且不再利用的热。这个工艺流程打箭头的两处都会产生大量热量,怎样利用这些热量,让它不再成为废热,对降低生产成本、节约资源和能源循环利用非常重要,所以我们需要进行反应热的计算。
先分析解决第一个问题,写出硫化亚铁燃烧的热化学方程式。关联点是方程式,热化学方程式和化学方程式书写不同,化学方程式只表示物质变化,热化学方程式不但表示物质变化,同时要表示能量变化,以反应热体现。解题思路指引:先写化学方程式,然后加上物质状态和焓变,最后检查物质状态和焓变的单位及数值。请比较与课本第15页的焓变数值有何不同,有什么启示呢?同学们会发现,焓变的数值必须与化学方程式一一对应。
接着分析解决第二个问题,计算理论上1千克硫化亚铁含量为90%的黄铁矿完全燃烧放出的热量。
方法一:可以先找出物质变化,再找出伴随的能量变化。1千克含硫化亚铁90%的黄铁矿,根据质量 = 总质量×质量分数,可算出1千克黄铁矿含硫化亚铁的质量为1千克×90% = 900克。再根据公式:物质的量 = 质量÷摩尔质量,硫化亚铁的摩尔质量为120克/摩尔,可计算出900克硫化亚铁的物质的量为900克÷120克/摩尔 = 7.5摩尔。已知1摩尔硫化亚铁固体完全燃烧生成氧化铁固体和二氧化硫气体时,放出853千焦的热量,那么7.5摩尔会放出7.5摩尔×853千焦/摩尔的热量,可算出1千克黄铁矿完全燃烧放出的热量为6397.5千焦。
答题规范格式如下:
硫化亚铁的摩尔质量为120克/摩尔。
1千克黄铁矿含硫化亚铁的质量为1千克×90% = 900克。
硫化亚铁的物质的量为900克÷120克/摩尔 = 7.5摩尔。
理论上,1千克黄铁矿完全燃烧放出的热量为7.5摩尔×853千焦/摩尔 = 6397.5千焦。
方法二:解题思路指引,找出求算量(计算理论上1千克黄铁矿(硫化亚铁的含量为90%)完全燃烧放出的热量),找出已知量(通过解决第一个问题得到的硫化亚铁燃烧的热化学方程式),最后找出关联点(有物质的量的计算公式,硫化亚铁的摩尔质量为120克/摩尔,1千克黄铁矿含硫化亚铁的质量为1千克×90% = 900克)。
利用热化学方程式直接求算的思维模型是:先找出求算量,分清楚求算量是热量、热化学方程式焓变;再找出已知量,有化学方程式、热化学方程式、有焓变、有质量;最后找求算量和已知量之间的关联点,可以利用物质的量 = 质量÷摩尔质量等相关公式作为关联点。
接下来我们感受反应热的计算在生活中的应用。葡萄糖是人体所需能量的重要来源之一,100克葡萄糖会提供多少能量呢?请翻到书本第16页阅读习题二。同学们读完题后有什么解题思路呢?葡萄糖在人体组织中完全氧化时的热化学方程式已知,请计算100克葡萄糖在人体组织中完全氧化时产生的热量。解题思路指引:同学们可以从找出求算量,到找出已知量,最后寻找求算量和已知量之间的关联点来解决问题。
回到例题2,先找求算量:计算100克葡萄糖在人体组织中完全氧化时产生的热量;再找已知量:葡萄糖在人体组织中完全氧化时的热化学方程式。应用解决例题一时创建的热化学方程式直接求算的思维模型来解决这个问题。具体解题思路:找出求算量(计算100克葡萄糖在人体组织中完全氧化时产生的热量),找出已知量(葡萄糖在人体组织中完全氧化时的热化学方程式),最后找出关联点(公式:物质的量 = 质量÷摩尔质量,葡萄糖的摩尔质量为180克/摩尔)。
