人教版版化学选修4名师课堂 全册知识导学含答案.docx
- 文档编号:26515425
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:117
- 大小:384.26KB
人教版版化学选修4名师课堂 全册知识导学含答案.docx
《人教版版化学选修4名师课堂 全册知识导学含答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《人教版版化学选修4名师课堂 全册知识导学含答案.docx(117页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
人教版版化学选修4名师课堂全册知识导学含答案
第一节化学反应与能量的变化
案例探究
下图是一种“即热饭盒”的结构示意图,这种饭盒携带方便,可随吃随用,使用起来非常方便。
常被用于野外郊游。
进餐时撤去底部的厚纸板,几分钟后,由于在铁粉的催化作用下,镁粉很容易跟水发生反应,反应的方程式为:
Mg+2H2O====Mg(OH)2↓+H2↑,放出大量的热,反应提供的热量使饭菜变热,人们就可以进食了。
即热饭盒的结构
问题与讨论:
1.为什么要加入铁粉?
在该反应中铁粉的作用是什么?
2.实际上,该过程构成了原电池,试分析该原电池的阴极、阳极,并写出各个电极上发生的电极反应方程式。
3.铁粉还可以用什么物质代替?
试写出几种替代物质,并对该替代物质的性质做一总结。
实际上,医用即热式加热棒(用于打点滴时对药液的加热)的原理与该饭盒结构和原理相似。
一般由铁粉、碳粉和水构成,使用前隔绝空气。
若使用时,把外层塑料膜撕开即可,然后缠绕在吊瓶的输液管上,即可起到对药液加热的作用。
自学导引
1.化学变化与能量
(1)化学反应过程中,不仅有物质的变化,还有能量的变化,这种能量变化常以________、________、________等形式表现出来。
当能量以热的形式表现时,我们把反应分为________和________。
(2)化学反应过程中同时存在着________和________的变化。
能量的释放或吸收是以________为基础的,二者密不可分,但以________为主。
能量的多少则以___________为基础。
答案:
(1)热能电能光能放热反应吸热反应
(2)物质能量发生变化的物质物质反应物和产物的质量
2.反应热,焓变
(1)________________,叫反应热,又称为________,符号用________表示,其单位常采用_______________。
(2)化学反应中能量变化的原因
化学反应的本质是________________。
任何化学反应都有反应热,这是由于在化学反应过程中,当反应物分子间的化学键________时,需要________的相互作用,这需要________能量;当________,即新化学键________时,又要________能量。
(3)吸热反应和放热反应
如果反应完成时,生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量________,这是________。
对于放热反应,由于反应后放出能量________(释放给环境)而使反应体系的能量。
因此,规定放热反应的ΔH为“________”。
反之,对于吸热反应,由于反应通过________、________等吸收能量(能量来自环境)而使反应体系的能量________。
因此,规定吸热反应的ΔH为“________”。
当ΔH为“________”或ΔH________0时,为放热反应;
当ΔH为“________”或ΔH________0时,为吸热反应。
(4)请根据下列信息分析氢气燃烧生成水蒸气时,为什么会发生能量变化?
答案:
(1)化学反应过程中所释放或吸收的能量焓变ΔHkJ·mol-1(或kJ/mol)
(2)旧键的断裂和新键的形成断裂克服原子间吸收原子重新结合生成分子时形成释放
(3)大放热反应降低“-”加热、光照升高“+”“-”“<”“+”“>”。
(4)H2和O2的旧键断裂吸收能量436kJ+249kJ=785kJ形成2mol“H—O”释放能量-930kJ。
故,该过程放出热量-ΔH=-930kJ+785kJ=-145kJ
3.热化学方程式
(1)______________________叫热化学方程式。
热化学方程式不仅表明了化学反应中的___________变化,也表明了化学反应中的___________变化。
(2)热化学方程式各物质前的化学计量数只表示___________,不表示___________,因此,它可以是___________数,也可以是___________数。
对于相同物质的反应,当化学计量数不同时,其ΔH___________。
(3)请解释下述热化学方程式表示的含义。
H2(g)+
O2(g)====H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1
若将此化学方程式中各物质的化学计量数均乘以2,热化学方程式应如何写?
答案:
(1)表示参加反应物质的量和反应热关系的化学方程式物质能量
(2)参加反应的各物质的物质的量分子个数小整不同
(3)表示1mol的氢气与0.5mol的氧气反应生成1mol液态水放出的热量为285.8kJ
2H2(g)+O2(g)====2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1
疑难剖析
一、放热反应与吸热反应
反应是吸热还是放热取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。
【例1】下列说法正确的是()
A.需要加热方能发生的反应一定是吸热反应
B.放热的反应在常温下一定很易发生
C.反应是放热的还是吸热的必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D.吸热反应在一定的条件下也能发生
解析:
化学反应的能量变化主要表现为吸热或放热。
反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。
放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。
反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。
吸热反应开始加热,反应后需不断加热才能使反应继续进行下去;放热反应开始加热,反应后会放出一定的热量,如果此热量足够大可使反应维持下去,则反应过程不需要再加热,如煤的燃烧,一旦加热使煤燃烧起来后就可继续燃烧下去,不需外界再加热。
答案:
CD
友情提示:
反应是吸热还是放热与反应开始是否需要加热无关。
【例2】在相同温度和压强下,将等质量的硫分别在足量的纯氧气中、空气中燃烧,设前者放出的热量为Q1,后者放出的热量为Q2,则Q1和Q2相对大小判断正确的是()
A.Q1=Q2B.Q1>Q2C.Q1<Q2D.无法判断
解析:
从硫在空气中燃烧比在纯氧气中的火焰明亮度差、剧烈程度缓和,可知硫在纯氧气中燃烧速率更快,发光更强。
相等质量的硫燃烧放出的能量(在相同条件下)是一定的,而发光、发热均是能量的体现形式。
根据总能量一定,发光越多,则转化为热能的部分就越少,所以等质量的硫在空气中燃烧放出的热量要比在纯氧气中燃烧放出的热量多。
答案:
C
友情提示:
化学反应过程中,通常伴有能量的变化,能量的体现形式有多种方式,所以说热能不是唯一的形式,而仅是最常见的形式。
二、化学反应中的能量变化
物质发生化学反应都伴随着能量变化(包括光、电、热等)。
【例3】下列说法正确的是()
A.物质发生化学反应都伴随着能量变化
B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量与生成物的总能量一定不同
D.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量总是高于生成物的总能量
解析:
物质发生化学反应都伴随着能量的变化,伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化,物质发生物理变化、核变化(如原子弹的爆炸)也都伴有能量变化。
在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量(设为x)与生成物的总能量(设为y)之间的关系为:
①x>y,化学反应为放热反应;②x<y,化学反应为吸热反应;③x≠y。
答案:
AC
友情提示:
该题主要考查对化学反应中的能量变化的理解与应用。
三、热化学方程式
写热化学方程式及判断其正误,要特别注意反应物和生成物的聚集状态;ΔH的正负以及ΔH的值与化学计量数的对应关系。
【例4】已知在25℃、101kPa下,1gC8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ的热量。
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=-48.40kJ·mol-1
B.C8H18(l)+
O2(g)
8CO2(g)+9H2O(l)ΔH=-5518kJ·mol-1
C.C8H18(l)+
O2(g)
8CO2(g)+9H2OΔH=+5518kJ·mol-1
D.C8H18(l)+
O2(g)
8CO2(g)+9H2O(l)ΔH=-48.40kJ·mol-1
解析:
在25℃、101kPa下,1molC8H18燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为
×114g=5518kJ。
由于在判断热化学方程式时应注明以下几点:
①标明各物质的状态,A中H2O的状态标错,A不正确;②标明反应是吸热还是放热,ΔH>0时为吸热反应,ΔH<0时为放热反应,C错;③热量数值要与化学计量数相对应,显然D错。
答案:
B
友情提示:
热化学方程式正误的判断可从状态、ΔH正负号、数值及物质的量等主要方面入手。
拓展迁移
拓展点一:
用化学键键能的大小可粗略计算化学反应的热效应
1.由键能求反应热的公式为ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。
2.生成物分子形成时释放的总能量比反应物分子断裂时吸收的总能量大,即为放热反应。
由于反应后放出的热量使反应体系的能量降低,故规定ΔH为“-”,上例中ΔH=-183kJ·mol-1,即表示1molH2与1molCl2生成2molHCl时放出183kJ的能量。
反之,即为吸热反应。
由于吸热反应要通过加热、光照等吸收能量,而使反应体系的能量升高,故规定ΔH为“+”。
如C(s)+H2O(g)====CO(g)+H2(g)ΔH=+131.5kJ·mol-1
即当ΔH为“-”或ΔH<0时,为放热反应;
当ΔH为“+”或ΔH>0时,为吸热反应。
例:
1molH2和1molCl2反应生成2molHCl的能量转化关系如图:
H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)反应的能量变化示意图
由上图看出,H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)的反应热,数值上应等于生成物分子形成时所释放的总能量(862kJ·mol-1)与反应物分子断裂时所吸收的总能量(679kJ·mol-1)的差,即放出了183kJ·mol-1的能量。
拓展点二:
体系与环境
1.体系:
被研究的物质系统称为体系。
2.环境:
体系以外的其他部分称为环境
能量在体系和环境中的转化:
在化学反应中,从反应物分子改变为生成物分子,各原子内部并没有多少变化,但原子间的结合方式发生了改变。
在这个过程中,反应物中的化学键部分或全部遭到破坏,生成物分子中新化学键形成了。
破坏旧键的能量来自于环境;同样,在形成新化学键的同时键放出能量。
释放出的能量从体系进入环境。
拓展点三:
可逆反应的热化学方程式与一般热化学反应方程式的区别。
例如:
合成氨反应的化学方程式为N2+3H2
2NH3而该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)ΔH=-92.38kJ·mol-1,热化学方程式要标注反应式中各物质的状态,反应热的变化,用ΔH表示。
热化学方程式中物质前的化学计量数代表参加反应的物质的物质的量,因此可用分数表示。
第二节燃烧热能源
案例探究
在讨论有关燃料充分燃烧的条件时,有两种意见:
甲同学认为,空气越多越好;乙同学认为,空气足量即可。
从燃料燃烧条件看,空气越多,燃料燃烧越充分。
但由于空气中含有大量不参加反应的N2,太多的空气反而带走了大量的热而导致热能利用率降低。
所以并不是空气越多一定越好,而是有一个度,即恰好满足反应比,如:
2H2+O2====2H2O,V(O2)∶V(H2)=1∶2即可。
问题与讨论:
1.燃烧的条件是什么?
是否一定要有氧参与?
2.燃料充分燃烧,是否燃料的利用率一定最高?
3.如何既能使燃料充分燃烧,又能使得燃料的利用率最高?
我们在讨论如何合理利用燃料、设计锅炉或其他燃器具时,一定要注意从多角度综合考虑,不能只考虑燃料的燃烧而忽略热量的利用率,从而实现热量的充分利用。
比如我们在设计煤气灶具时,应该按照燃料与空气的最佳配比设计燃料进气阀门和空气进气孔的尺寸。
自学导引
1.燃烧热
(1)反应热可分为__________、__________、__________等,其中以跟__________相关的__________实际应用较广。
____________________,叫做该物质的燃烧热。
单位为__________。
燃烧热通常可利用仪器由实验测得。
(2)选择燃料应从物质的燃烧热、燃料的__________、__________、__________、__________、__________、对__________的影响等方面综合考虑。
答案:
(1)燃烧热中和热溶解热燃料品质燃烧热25℃、101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量kJ·mol-1
(2)储量开采运输储存的条件价格生态环境
2.能源
(1)能源就是能提供__________的__________,它包括化石燃料、__________、__________、__________、__________以及柴草等。
化石燃料包括__________、__________和__________。
(2)我国目前的能源利用状况
①我国目前使用的重要能源是__________,它们的蕴藏量__________,而且不能__________,最终将会__________。
②基于我国目前的__________水平和__________水平,能源从开采、运输、加工到终端的利用效率都__________,浪费__________。
据统计,总效率仅为__________。
(3)解决方法
①提高现有能源的利用率
加强__________投入,提高__________水平,改善开采、运输、加工等各个环节,科学地控制燃烧反应,使燃料__________燃烧,提高能源的__________。
②开发新的能源
现在探索的新能源主要有__________、__________、__________、地热能、海洋能和生物质能等。
它们的特点是资源__________,__________再生,__________污染或__________污染。
答案:
(1)能量自然资源阳光风力流水潮汐煤炭石油天然气
(2)①化石燃料有限再生枯竭②技术管理很低很大9%
(3)①科技管理充分使用效率②太阳能风能氢能丰富可以很少不
疑难剖析
一、燃烧热
燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物所放出的热量。
常由热化学方程式求燃烧热。
1.燃烧热一般是由实验测得。
物质燃烧时放出的热量多少与外界条件(如温度、压强)有关(如果未注明条件,就是指25℃、101kPa时的热量),还与反应物和生成物的聚集状态有关。
2.定义中“1mol物质”是指1mol纯净物(单质或化合物)。
3.定义中“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。
如碳燃烧可生成一氧化碳或二氧化碳,而这里是指全部转化为二氧化碳才是稳定的氧化物。
4.因为物质燃烧都是放热反应,所以表达物质燃烧热时的ΔH均为负值,即ΔH<0。
5.燃烧热是以1mol可燃物为标准进行测量的,因此在书写燃烧热的热化学方程式时,其他物质的化学计量数可用分数表示。
【例1】由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8kJ,该反应的热化学方程式为________________。
若1g水蒸气转化为液态水放热2.444kJ,则氢气的燃烧热为__________kJ·mol-1。
解析:
18g水蒸气变成液态水,放热2.444kJ×18≈44kJ,则氢气燃烧生成1mol液态水共放热为241.8kJ+44kJ=285.8kJ。
答案:
H2(g)+
O2(g)====H2O(g)ΔH=-241.8kJ·mol-1285.8
友情提示:
①燃烧热是1mol可燃物完全燃烧时放出的热量。
②对氢气来说燃烧热应是生成液态水所放出的热量。
二、能源的充分利用和新能源的开发
化石燃料是有限的,而其燃烧产物会造成环境污染,破坏地球的生态环境,因此人们要不断提高工艺来充分利用有限的化石燃料,减少污染物的排放,还要不断探索新能源。
例如氢能、太阳能、地热能、潮汐能等。
【例2】我国锅炉燃煤采用沸腾炉逐渐增多,采用沸腾炉的好处在于()
A.增大煤炭燃烧时的燃烧热
B.减少炉中杂质气体(如SO2等)的形成
C.使得化学反应更容易进行
D.使得燃料燃烧充分,从而提高燃料的利用率
解析:
燃煤采用沸腾炉可增大燃煤与空气的接触面,使之燃烧充分,提高燃烧效率。
答案:
D
友情提示:
减少SO2的排放量可在燃烧中掺入生石灰(或石灰石),因发生反应:
CaO+SO2====CaSO3,使SO2被吸收。
【例3】利用储能介质储存太阳能的原理是:
白天在太阳光照射下某种固态盐被熔化(实际上是盐溶于自身的结晶水)吸收能量;晚间熔盐释放相应能量而凝固,这样使室温得以调节。
已知几种盐的熔点及其熔化时能量改变值如下所示:
盐
熔点/℃
质量(g)数值与相对分子质量相等的盐熔化时吸热/kJ
CaCl2·6H2O
29.0
37.3
Na2SO4·10H2O
32.4
77.0
Na2HPO4·12H2O
36.1
100.1
Na2S2O3·5H2O
48.5
49.7
下列有关说法正确的是()
A.不应选用CaCl2·6H2OB.可选用Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O
C.最好选用Na2SO4·10H2O,它更加经济D.以上皆不宜选用
解析:
(1)从提供的四种盐的熔点及熔化时吸收热量的情况来分析,应考虑其熔点以接近常温为宜,熔化及凝固时能量变化越大越好(更有利于调节室温)。
四种盐的熔点均不是很高,熔化时均能吸收较多热量,这样从化学原理上讲,四种盐理论上均可选用,则选项A、D可排除。
(2)从实际出发(屋顶承重越轻越好),应考虑单位质量的固体盐在熔化时吸热越多越好。
再以单位质量盐熔化时吸收热量的情况(Na2SO4·10H2O为77.0kJ÷322g≈0.24kJ·g-1,Na2HPO4·12H2O为100.1kJ÷358g≈0.28kJ·g-1)来看,两者热量变化值均较大,且比较接近,Na2HPO4·12H2O的热量变化值略大一些。
(3)从家庭或单位使用的角度,应是产品丰富、价格便宜的为首选材料。
从两种盐的来源来看,Na2SO4·10H2O的俗名为芒硝,是天然存在的一种物质,开采方便,价格便宜;Na2HPO4·12H2O需人工制取,其价格相对昂贵一些。
答案:
BC
友情提示:
储能物质是一类新型材料,中学教材未涉及,但从题意不难理解。
实际上本题应充分分析题意,力求把复杂问题简单化,本题并没有很深的逻辑推理,所利用的其实是最平常不过的常识。
拓展迁移
拓展点一:
一级能源与二级能源
能源可划分为一级能源和二级能源,自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源;需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。
氢气是一种高效而没有污染的二级能源,它可以由自然界中大量存在的水来制取:
2H2O(l)====2H2(g)+O2(g)ΔH=+571.6kJ·mol-1
(1)下列叙述正确的是()
A.电能是二级能源B.水力是二级能源C.天然气是一级能源D.焦炉气是一级能源
(2)已知CH4(g)+2O2(g)====2H2O(l)+CO2(g)ΔH=-890.3kJ·mol-1,1gH2和1gCH4分别燃烧后,放出的热量之比约是……()
A.1∶3.4B.1∶1.7C.2.57∶1D.4.6∶1
(3)关于用水制取二级能源氢气,以下研究方向正确的是()
A.构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质,因此,可研究在水不分解的情况下,使氢成为二级能源
B.设法将太阳光聚集,产生高温,使水分解产生氢气
C.寻找高效催化剂,使水分解产生氢气,同时释放能量
D.寻找特殊化学物质,用于开发廉价能源,以分解水制取氢气
解析:
(1)电能是二级能源,天然气、煤、石油等是一级能源。
(2)1gH2完全燃烧生成液态水放出142.9kJ的热量,1gCH4完全燃烧生成液态水放出55.6kJ的热量。
(3)水难分解,难以使H2成为二级能源,水分解产生H2,是吸热过程,不会释放能量。
答案:
(1)AC
(2)C(3)BD
拓展点二:
选择燃料的标准
考虑:
1.物质的燃烧热;2.燃料的储量;3.燃料的开采、运输;4.燃料储存的条件、价格;5.燃料对生态环境的影响。
例如:
液化石油气中的丙烷,燃烧热值高,地下石油储量丰富,开采较容易,燃烧时产生CO2、H2O对环境污染小,缺点是储存、运输不方便。
拓展点三:
燃烧热与中和热
燃烧热
中和热
定义
在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量
在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1molH2O所放出的热量
标准
1mol可燃物
1mol水
热化学方程式的书写
以燃烧1mol可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数,化学计量数常用分数表示
以生成1mol水为标准来配平其余物质的化学计量数,化学计量数常用分数表示
备注
必须生成稳定的氧化物,如碳燃烧应生成二氧化碳而不是一氧化碳,氢气燃烧应生成液态水而非气态水
强酸和强碱在稀溶液中发生中和反应时,ΔH=-57.3kJ·mol-1
拓展点四:
几种常见物质的热化学方程式
1.C(s,石墨)+O2(g)====CO2(g)ΔH=-393.kJ·mol-1
2.C(s,金刚石)+O2(g)====CO2(g)ΔH=-395kJ·mol-1
3.H2(g)+
O2(g)====H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1
4.CO(g)+
O2(g)====CO2(g)ΔH=-283kJ·mol-1
5.CH4(g)+2O2(g)====CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.31kJ·mol-1
6.CH3OH(l)+
O2(g)====CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-726.51kJ·mol-1
7.C2H6(g)+
O2(g)====2CO2(g)+3H2O(l)ΔH=-1559.8kJ·mol-1
8.C2H4(g)+3O2(g)====2CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-1411.0kJ·mol-1
9.C2H2(g)+
O2(g)====2CO2(g)+H2O(l)ΔH=-1299.6kJ·mol-1
10.CH3CH2OH(l)+3O2(g)====2CO2(g)+3H2O(l)ΔH=-1366.8kJ·mol-1
第三节化学反应热的计算
案例探究
如果你家在上海,想去北京旅游会有多条路线、多种交通工具供你选择,例如:
汽车、火车、轮船、飞机等,甚至可以中途替换,但都具有相同的目的,安全到达北京。
不管你采用何种方式到达北京,就你自身位置移动来看,都可看作从上海到了北京,初始位置和末位置不会发生变化。
化学反应中也存在类似规律。
问题与讨论:
在化学反应中,只要确定了起始和终了状态,即确定了反应物和生成物,我们可以设置不同的反应(条件)途径,最终达到相同的状态。
这一过程中,物质的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 人教版版化学选修4名师课堂 全册知识导学含答案 人教版版 化学 选修 名师 课堂 知识 导学含 答案