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燃烧热计算教学中预设与生成

  • 投稿仁言
  • 更新时间2015-09-04
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文/王双桂

【摘 要】预设利用盖斯定律和燃烧热可以求出某些反应的反应热,过程复杂,耗时长,结果不准确,在实际教学中和学生共同探讨,结合能量最低原理中的稳定状态进行假设,燃烧热即为该燃料的能量,计算起来方便得多。尤其适用于未给定热化学方程式的相关试题。最后生成稳态法在燃烧热计算中的应用技巧。

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关键词 燃烧热;盖斯定律;稳态法

一、预设背景:

据《2013年普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明(理科·课程标准实验版)》必考内容P204(5)⑦要求:理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变得简单计算。并附:题型示例P211例6和P212例7

例6、已知:H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(1)的燃烧热分别是:-285.8kJ/mol、-1411.0kJ/mol和-1366.8kJ/mol。则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的△H为 ()

A.-44.2kJ/molB.+44.2kJ/mol

C.-330kJ/molD.+330kJ/mol

【答案】A 【说明】本题涉及化学反应与能量变化,主要考查考生对于化学反应热和盖斯定律的理解和简单计算的能力。

例7、工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO,已知CH4、H2和CO的燃烧热(ΔH)分别为-890.3kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1和-283.0kJ·mol-1,则生成1 m3(标准状况)CO所需热量为_______。

【答案】5.52×103kJ 【说明】本题以光气制备和分解的研究与应用为情景,考查了中学课程中一些基本物质的制备反应,并且除涵盖运用燃烧热数据计算反应热之外,还要求考生能够正确理解和运用平衡常数、转化率、平均反应速率的概念及其计算,特别是根据相关数据关系图来正确判断温度、浓度等的变化对反应速率及化学平衡的影响。

二、预设过程:(盖斯定律法)

1.例6预设过程

(1)写出H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(1)的燃烧热的化学方程式

①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)

H1=-285.8 kJ·mol-1

②C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)

H2=-1411.0 kJ·mol-1

③C2H5OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H3=-1366.8kJ·mol-1

(2)写出目标反应:C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(1)△H

(3)比较目标反应和已知反应,利用盖斯定律:

△H=△H2-△H3

=-1411.0kJ·mol-1-(-1366.8kJ·mol-1)

=-44.2kJ/mol

2.例7预设过程

(1)写出CH4(g)H2(g)、和CO的燃烧热的化学方程式

①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)

△H=-890.3kJ·mol-1

②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H1=-285.8kJ·mol-1

③CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H3=-283.0kJ·mol-1

(2)写出目标反应:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H

(3)比较目标反应和已知反应,利用盖斯定律:

△H=△H1-△H2×2-△H3×2

=-890.3kJ·mol-1-(-285.8kJ·mol-1×2)-(-283.0kJ·mol-1×2)

=247.3kJ/mol

1000L/22.4mol·L-1×247.3kJ/mol/2=5.52×103kJ

三、生成过程及理论基础

例6:C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(1)△H

1411.0 0 1366.8 -44.2

例7:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H

890.30 283.0×2 285.8×2247.3

1000L/22.4mol·L-1×247.3kJ/mol/2=5.52×103kJ

燃烧热是指1mol某物质完全燃烧生成稳定化合物时所放出的热量,以CH4(g)燃烧热为例:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ·mol-1,其中:O2(g)、CO2(g)和H2O(l)为稳定的物质,把他们的能量假设为0,则据反应热的概念知此假设情况下,CH4(g)的能量为890.3kJ,

则:例6用稳态法理解为:

据C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)

△H2=-1411.0kJ·mol-1知C2H4(g)的能量为1411.0kJ。

据C2H5OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)

△H3=-1366.8kJ·mol-1知C2H5OH(1)的能量为1366.8kJ。

则目标反应:C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(1)的△H为:C2H5OH(1)的能量为1366.8与C2H4(g)的能量为1411.0的差值:-44.2kJ/mol。

则:例7用稳态法理解为:

据CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ·mol-1知CH4(g)的能量为890.3kJ。

据H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H1=-285.8kJ·mol-1知H2(g)的能量为285.8kJ。

据CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H3=-283.0kJ·mol-1知CO (g)的能量为283.0kJ。

则目标反应:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)的△H为:2mol CO(g)和2molH2(g)的能量和与1molCH4(g)的能量的差:285.8×2+283.0×2-890.3=247.3kJ/mol。

故:生成1m3的CO(g)所吸收的热量为:1000L/22.4mol·L-1×247.3kJ/mol/2=5.52×103kJ

为890.3kJ。

四、具体应用、使用范围及优点

1.应用:(1)实验测得,1g液态乙醇在足量的氧气中燃烧生成二氧化碳和液态水时放出热29.7kJ热量,试写出乙醇燃烧的热化学方程式 。

(2)已知C2H4的燃烧热(△H)为-1411.0kJ·mol-1、1molH2O(g)转化为H2O(1)时放出44.0kJ热量,1molCH3CH2OH(g)转变为1molCH3CH2OH(1)时放出54.8kJ热量,乙烯和水蒸气加成,每生成1mol的乙醇蒸汽放出的热量为_____kJ

用稳态法理解为:由(1)知CH3CH2OH(l)的能量为1366.2kJ,结合(2)知C2H5OH(g)的能量为1366.2kJ+54.8kJ=1421kJ,由(2)知C2H4(g)的能量为1411.0kJ,则目标反应:C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g)的△H为:C2H5OH(g)的能量与C2H4(g)的能量和H2O(g)的差,1421kJ-(1411.0kJ+44.0kJ)=34kJ.

2.使用范围:

(1)只给燃烧热,未给热化学方程式。(2)燃料之间的相互转化。

3.优点

(1)计算量小 (2)正确率高 (3)思维上升一个层次 (4)节约写热化学方程式的时间

该法大大节约了学生思考和计算的时间,也可避免计算过程中出现的错误,这也是高考理综考试追求的最高境界,也为燃烧热计算开辟了一个新的里程。

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参考文献

[1]《2013年普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明(理科·课程标准实验版)》

(作者单位:贵州省实验中学)