2019-2020年高中化学第三册必修+选修燃烧热和中和热(I).doc

2019-2020年高中化学第三册必修+选修燃烧热和中和热(I)引言上节课我们主要介绍了燃烧热的概念、计算及应用，同时了解到化石燃料对当今世界的重要性，本节课我们以我们较熟悉的煤为例，来探讨以煤为燃料的利弊问题，同时认识另一种反应热中和热。板书第四节 燃烧热和中和热（第二课时）三、使用化石燃料的利弊有关煤作燃料的探讨师请大家参考以下论点，并利用你所查阅到的资料，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，对煤作燃料的问题提出你的观点。投影给出P44有关煤的论点投影讨论：下面列出的是有关煤作燃料利弊问题的一些主要论点，请参考这些论点，并准备有关材料，简要论述你对该问题的看法。煤是我国储量最多的能源资源，应充分利用该资源为我国的社会主义建设服务。据有人估计，我国的煤炭储量足够使用几百年。煤的形成需经过数亿年的时间，用一些就少一些，不可再生。煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。煤是发热量很高的固体燃料，我国煤炭资源相对比较集中，开采成本较低，用煤作燃料合算。煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低，且运输不方便。煤直接燃烧时产生SO2等有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染。可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤燃烧的热利用率。煤大量开采时，会造成地面塌陷。学生分组讨论，并派代表用简短的语言论述本组的观点参考观点：资源蕴藏方面：煤是我国储量最多的能源资源，应充分利用，但由于煤为不可再生能源，故使用过程中应减少不必要的浪费，并提高其能量利用率，同时应加快开发新能源。开采和运输方面：我国煤炭资源相对比较集中，开采成本较低，这从我国的大、中、小型煤矿繁多即可说明，且一般的煤矿工人不需要多么高深的技术；但煤在大量开采时，又会造成地面塌陷；在运输方面，很不方便，需要装、卸、运等诸多环节，且开采出来的煤在贮存时便有部分变质，造成资源浪费，同时造成环境污染，这从煤矿周围的空气质量普遍不佳（尤其是粉尘）即可证明，故应大大提高清洁煤技术，使煤通过气化等手段而变得易于运输。资源综合利用：煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低，我们国家的煤，在进行综合利用时的办法主要是煤的干馏和煤的气化、液化，但在此过程中，却有相当多的副产物不能有效利用，如在炼焦过程中产生的焦炉气、煤焦油等，我们都没有很好地进行再加工，结果是既浪费了资源，又污染了环境。因此，积极开展煤的综合利用十分重要。污染环境方面：由于煤中除了主要元素C外，还含有少量的H、S、N、O等元素，煤在直接燃烧时会产生SO2、氮氧化物及烟尘等，严重影响空气质量且易导致酸雨、温室效应等，从而使环境受到严重污染，故通过清洁煤技术（如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等），大大减少燃煤对环境造成的污染，势在必行。提高煤燃烧的热利用率、开发新的能源也是大势所趋。议一议1.城市家用燃料使用气体燃料比使用煤、煤球等固体燃料有什么好处？2.推广使用天然气（相对于管道煤气和液化气）为什么是城市燃气的发展方向？答案：1.首先，因气体易扩散，故气体燃料与空气混合充分，容易发生完全燃烧，与固体燃料相比有较高的能量利用率。其次，气体燃料便于管道运输、使用方便（易点燃、易熄灭）、无渣无尘、清洁卫生。第三，固体煤中含有硫、氮等杂质，直接燃煤，会产生大量二氧化硫、氮氧化物（NOx）、粉尘，造成大气污染，住宅环境、居室空气的污染则更严重。2.管道煤气是一种清洁燃料，然而这是相对于住宅、居室环境而言的，从城市大环境看，并没有改善城市大气的污染程度。原因很简单，制造煤气要燃煤，使用煤气没有降低城市的煤炭消耗量，原来一家一户煤球炉的废气仅仅变成由数家煤气厂排放而已。液化气是发热量最高的优质清洁燃料，但液化气使用不便，且要消耗宝贵的石油资源，天然气则是一种既有管道煤气的方便，又有液化气无毒、发热量高的优点且不易爆的燃料，所以，推广使用天然气是城市燃气产业的发展方向。想一想1.工业上常用把煤块粉碎、液体燃料喷成雾状，而使燃料充分燃烧，这种方法是否适合家用？2.从能量守恒的角度看，把煤加工成煤气，是否能增加煤的发热量？答案：1.不适合 2.不能总结我国目前的主要燃料是煤和石油，它们主要是由碳、氢等元素组成的混合物。煤和石油深加工后，可得到重要的化工原料。目前，我国对煤、石油的深加工能力不足，造成能源的巨大浪费，同时它们中含的硫、氮等元素经燃烧后可产生一些有毒气体，污染环境。因此，为使我国经济持续发展，必须发展合理的能源结构，对化石燃料进行深加工，同时发展新型的能源。板书四、新能源的开发讲解据专家分析，最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能等。这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，在使用时对环境没有污染或很少污染。因此，它们都是很有发展前途的能源，在21世纪的能源中将会占据越来越重要的地位。投影展示学生收集来的有代表性的能源资料，亦可放有关能源的录像带（如中央电视台的科技博览科技之光等栏目的内容）1.燃料电池：主要指氢、氧燃料电池。其产生电流的原理为：负极：H22OH2e2H2O（氧化反应）正极：O22H2O4e4OH（还原反应）总反应式：2H2O2=2H2O即氢气的燃烧反应，但在燃料电池中没有火焰，而是产生电流。除氢气外，甲烷、煤气、天然气都能作为燃料电池的燃料。燃料电池的优点，首先是能量利用率高，可达70%；其次，可节约大量的金属。然而，要使燃料电池产生平稳的电流并不容易。氢气、氧气必须要有特殊的催化剂才能在电极上发生上述反应，而这类催化剂的研制十分困难，价格昂贵，因此，目前燃料电池仅应用于人造卫星、航天飞机等尖端科技领域。2.氢能：氢能是一种理想的、极有前途的二次能源。氢能有许多优点：氢的原料是水，资源丰富；氢燃烧时反应速率快，燃烧热值大；氢燃烧的产物是水，不污染环境，是最干净的燃料。另外，氢能的应用范围广，适应性强。3.太阳能：太阳能是一种取之不尽、用之不竭又无污染的能源。太阳能来自氢聚变成氦的核反应。估计地球表面接受来自太阳的巨大能量每年总共有51021 kJ，只要能利用它的万分之一，就可满足目前世界上所需的能量。对太阳能的收集和利用主要有三种方式：光热转换，光电转换和光化学转换。4.风能：风能是指空气在流动过程中所产生的能量。它是可以不断再生的能源，也是没有污染的清洁能源。大气运动的能量来源于太阳辐射，由于太阳辐射受地球纬度的影响，所以使风能具有地区差异性。风能较为广泛的利用是将之转化为电能或机械能。总结新型能源除了上述几种外，还有生物能、核能、地热能、潮汐能等。它们的共同特点是资源丰富、可以再生、没有污染或少污染，它们是远有前景，近有实效的能源。我国长期面临能源供不应求的局面，人均能源水平低，同时能源利用率低，单位产品能耗高。所以，必须用节能来缓解供需矛盾，促进经济发展，同时也有利于环境保护。因此节能是我国的一项基本国策。在节能的同时我们也要积极开展各种新型能源的研究和探索。过渡以上讨论话题多与燃烧热有关，由于燃烧现象的热量变化比较明显，故易于测量，但也有许多化学反应的热量变化并不明显。如酸、碱中和反应的反应热。那么，是不是它们就无法测量了呢？非也！我们仍然可以通过实验对其进行测量。下面我们要讲的中和热，就与酸、碱的中和反应密切相关。板书五、中和热设问中和热是否就是酸、碱发生中和反应的反应热呢？请大家阅读课本有关内容，进行回答。学生看完课本后回答教师板书1.在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1 mol H2O，这时的反应热叫做中和热。师在理解中和热的概念时，要注意以下几点：讲解并板书研究条件：稀溶液反应物：酸与碱生成物及其物质的量：1 mol H2O放出热量：H0 单位：kJ/mol讲解在书写物质在溶液中发生化学反应的方程式时，我们常用aq来表示稀溶液，稀溶液是指溶于大量水的离子。中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。投影练习写出下列反应的热化学方程式：实验测得：（1）1 L 1 mol/L 稀盐酸跟1 L 1 mol/L NaOH溶液起中和反应放出57.3 kJ热量。（2）1 L 1 mol/L KOH 溶液中和1 L 1 mol/L HNO3溶液，放出57.3 kJ的热量。（3）1 L 1 mol/L H2SO4溶液与2 L 1 mol/L NaOH 溶液完全反应，放出114.6 kJ的热量。学生练习，教师巡视请一位同学把结果写于黑板学生板书（1）NaOH（aq）HCl（aq）=NaCl（aq）H2O(l);H=57.3 kJ/mol（2）KOH（aq）HNO3（aq）=KNO3（aq）H2O（l）；H=57.3 kJ/mol（3）2NaOH（aq）H2SO4（aq）=Na2SO4（aq）2H2O（l）；H=114.6 kJ/mol设问第（1）个反应的反应热是多少？中和热是多少？第（2）个反应呢？学生答反应（1）、（2）的反应热和中和热均为57.3 kJ/mol追问反应（3）的情况又怎样呢？学生思考后回答反应（3）的反应热为114.6 kJ/mol，中和热为57.3 kJ/mol（）问为什么它的反应热与中和热不同呢？生因为中和热要求反应生成的H2O为1 mol，而反应（3）生成H2O为2 mol，故其中和热应为反应热的二分之一。师很好！比较这三个反应的异同，可得出什么结论？学生分组讨论后回答结论：不同点：不同酸、碱之间的反应。相同点：同为强酸、强碱之间的中和反应；它们的中和热相同。问为什么不同的强酸、强碱之间发生中和反应，其中和热的数值相同？答因为它们反应的实质相同，即均为H与OH结合成H2O的反应。师十分正确！于是，强酸强碱发生中和反应的实质及中和热我们可表示如下：H（aq）OH（aq）=H2O（l）；H=57.3 kJ/mol议一议若是有弱酸和弱碱参加的中和反应，能用上式表示吗？其中和热的数值还为57.3 kJ/mol吗？若不是，偏大还是偏小？答案：不能；中和热的数值不为57.3 kJ/mol，一般偏小（因为弱电解质的电离多为吸热）。想一想已知NaOH（aq）HCl（aq）=NaCl（aq）H2O（l）；H=57.32 kJ/mol。Ca（OH）2（aq）H2SO4（aq）=CaSO4（s）2H2O(l);H=130.20 kJ/mol。导致130.20 kJ/mol257.32 kJ/mol的因素是 。分析：本题考查学生对中和热实质的理解。CaSO4沉淀（不是以离子形式存在于大量水中）有热效应，HSO不是强酸，Ca（OH）2不是强碱，即不是独立的H和OH。解答：因为生成CaSO4沉淀有热效应；又HSO不是强酸，中和过程中电离有热效应；Ca（OH）2不是强碱，中和过程中电离为Ca2和OH时也有热效应。讲解由于中和热是以生成1 mol H2O 所放出的热量来定义的，故在书写它们的热化学方程式时，应以生成1 mol H2O（l）为标准来配平其余物质的化学计量数。例如：上述反应式（3）可写为板书NaOH（aq）H2SO4（aq）=Na2SO4（aq）H2O(l)；H=57.3 kJ/mol师即表示中和热的化学反应方程式中也可以出现分数。过渡我们知道，中和热和燃烧热都是反应热中的一种。那么，它们之间有什么异同呢？板书2.中和热和燃烧热的比较。师请大家分组讨论，得出结果。学生讨论教师把学生的讨论结果进行投影归纳投影中和热与燃烧热的比较。小结本节课我们主要对化石燃料中煤的利弊进行了研讨，并重点学习了中和热的知识，同时认识了几种新能源。布置作业习题 四复习题：二、6板书设计第四节 燃烧热和中和热（第二课时）三、使用化石燃料的利弊有关煤作燃料的探讨四、新能源的开发五、中和热1.在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1 mol H2O，这时的反应热叫做中和热。研究条件：稀溶液反应物：酸与碱生成物及其物质的量：1 mol H2O放出热量：H0 单位：kJ/mol（1）NaOH（aq）HCl（aq）=NaCl（aq）H2O（l）；H=57.3 kJ/mol（2）KOH（aq）HNO3（aq）=KNO3（aq）H2O（l）；H=57.3 kJ/mol（3）2NaOH（aq）H2SO4（aq）=Na2SO4（aq）2H2O（l）；H=114.6 kJ/molNaOH（aq）H2SO4（aq）=Na2SO4（aq）H2O(l);H=57.3 kJ/molH（aq）OH（aq）=H2O(l);H=57.3 kJ/mol2.中和热和燃烧热的比较教学说明本节教材是反应热和热化学方程式的继续和拓宽。教学中，除了对燃烧热和中和热的概念及燃烧热的计算作为重点教学内容外，还重点培养了学生综合分析问题的能力。本节课设计时，以学生比较熟悉的管道煤气和煤为话题，展开讨论，这样，既可调动学生思维的积极性，又可培养学生理论联系实际的能力，还可提高学生的学习兴趣。当他们在进行对比讨论和学习时，还可提高他们的经济效益观念。另外，本节课在进行教学设计和作业设计时，还充分注意了对学生探究能力的培养，意在培养学生学习的自主性。在教学内容顺序上，特意把“使用化石燃料的利弊及新能源的开发”提在了“中和热”的前面进行讲授，这主要是为了和前面所学燃烧热更好地衔接，同时突出燃料与能源的关系，且中和热的内容调到后面讲，可使学生对“中和热的测定”的实验原理能更好地理解。另外，教师也可结合课后的备课资料组织学生对有关燃料和能源的问题进行讨论和辩论。