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2019-2020年高中化學(xué)第三冊必修+選修燃燒熱和中和熱(I) ［引言］上節(jié)課我們主要介紹了燃燒熱的概念、計算及應(yīng)用，同時了解到化石燃料對當(dāng)今世界的重要性，本節(jié)課我們以我們較熟悉的煤為例，來探討以煤為燃料的利弊問題，同時認識另一種反應(yīng)熱——中和熱。 ［板書］第四節(jié) 燃燒熱和中和熱（第二課時） 三、使用化石燃料的利弊 有關(guān)煤作燃料的探討 ［師］請大家參考以下論點，并利用你所查閱到的資料，從資源蘊藏、開采和運輸、資源綜合利用以及環(huán)境保護等方面，對煤作燃料的問題提出你的觀點。 ［投影給出P44有關(guān)煤的論點］ ［投影］ 討論：下面列出的是有關(guān)煤作燃料利弊問題的一些主要論點，請參考這些論點，并準(zhǔn)備有關(guān)材料，簡要論述你對該問題的看法。 煤是我國儲量最多的能源資源，應(yīng)充分利用該資源為我國的社會主義建設(shè)服務(wù)。 據(jù)有人估計，我國的煤炭儲量足夠使用幾百年。 煤的形成需經(jīng)過數(shù)億年的時間，用一些就少一些，不可再生。 煤是重要的化工原料，把煤作燃料簡單燒掉太可惜，應(yīng)該綜合利用。 煤是發(fā)熱量很高的固體燃料，我國煤炭資源相對比較集中，開采成本較低，用煤作燃料合算。 煤作為固體燃料，燃燒反應(yīng)速率小，熱利用效率低，且運輸不方便。 煤直接燃燒時產(chǎn)生SO2等有毒氣體和煙塵，對環(huán)境造成嚴重污染。 可以通過清潔煤技術(shù)，如煤的液化和氣化，以及實行煙氣凈化脫硫等，大大減少燃煤對環(huán)境造成的污染，提高煤燃燒的熱利用率。 煤大量開采時，會造成地面塌陷。 ［學(xué)生分組討論，并派代表用簡短的語言論述本組的觀點］ 參考觀點： 資源蘊藏方面：煤是我國儲量最多的能源資源，應(yīng)充分利用，但由于煤為不可再生能源，故使用過程中應(yīng)減少不必要的浪費，并提高其能量利用率，同時應(yīng)加快開發(fā)新能源。 開采和運輸方面：我國煤炭資源相對比較集中，開采成本較低，這從我國的大、中、小型煤礦繁多即可說明，且一般的煤礦工人不需要多么高深的技術(shù)；但煤在大量開采時，又會造成地面塌陷；在運輸方面，很不方便，需要裝、卸、運等諸多環(huán)節(jié)，且開采出來的煤在貯存時便有部分變質(zhì)，造成資源浪費，同時造成環(huán)境污染，這從煤礦周圍的空氣質(zhì)量普遍不佳（尤其是粉塵）即可證明，故應(yīng)大大提高清潔煤技術(shù)，使煤通過氣化等手段而變得易于運輸。 資源綜合利用：煤作為固體燃料，燃燒反應(yīng)速率小，熱利用效率低，我們國家的煤，在進行綜合利用時的辦法主要是煤的干餾和煤的氣化、液化，但在此過程中，卻有相當(dāng)多的副產(chǎn)物不能有效利用，如在煉焦過程中產(chǎn)生的焦?fàn)t氣、煤焦油等，我們都沒有很好地進行再加工，結(jié)果是既浪費了資源，又污染了環(huán)境。因此，積極開展煤的綜合利用十分重要。 污染環(huán)境方面：由于煤中除了主要元素C外，還含有少量的H、S、N、O等元素，煤在直接燃燒時會產(chǎn)生SO2、氮氧化物及煙塵等，嚴重影響空氣質(zhì)量且易導(dǎo)致酸雨、溫室效應(yīng)等，從而使環(huán)境受到嚴重污染，故通過清潔煤技術(shù)（如煤的液化和氣化，以及實行煙氣凈化脫硫等），大大減少燃煤對環(huán)境造成的污染，勢在必行。提高煤燃燒的熱利用率、開發(fā)新的能源也是大勢所趨。 ［議一議］1.城市家用燃料使用氣體燃料比使用煤、煤球等固體燃料有什么好處？ 2.推廣使用天然氣（相對于管道煤氣和液化氣）為什么是城市燃氣的發(fā)展方向？ 答案：1.首先，因氣體易擴散，故氣體燃料與空氣混合充分，容易發(fā)生完全燃燒，與固體燃料相比有較高的能量利用率。 其次，氣體燃料便于管道運輸、使用方便（易點燃、易熄滅）、無渣無塵、清潔衛(wèi)生。 第三，固體煤中含有硫、氮等雜質(zhì)，直接燃煤，會產(chǎn)生大量二氧化硫、氮氧化物（NOx）、粉塵，造成大氣污染，住宅環(huán)境、居室空氣的污染則更嚴重。 2.管道煤氣是一種清潔燃料，然而這是相對于住宅、居室環(huán)境而言的，從城市大環(huán)境看，并沒有改善城市大氣的污染程度。原因很簡單，制造煤氣要燃煤，使用煤氣沒有降低城市的煤炭消耗量，原來一家一戶煤球爐的廢氣僅僅變成由數(shù)家煤氣廠排放而已。 液化氣是發(fā)熱量最高的優(yōu)質(zhì)清潔燃料，但液化氣使用不便，且要消耗寶貴的石油資源，天然氣則是一種既有管道煤氣的方便，又有液化氣無毒、發(fā)熱量高的優(yōu)點且不易爆的燃料，所以，推廣使用天然氣是城市燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。 ［想一想］1.工業(yè)上常用把煤塊粉碎、液體燃料噴成霧狀，而使燃料充分燃燒，這種方法是否適合家用？ 2.從能量守恒的角度看，把煤加工成煤氣，是否能增加煤的發(fā)熱量？ ［答案：1.不適合 2.不能］ ［總結(jié)］我國目前的主要燃料是煤和石油，它們主要是由碳、氫等元素組成的混合物。煤和石油深加工后，可得到重要的化工原料。目前，我國對煤、石油的深加工能力不足，造成能源的巨大浪費，同時它們中含的硫、氮等元素經(jīng)燃燒后可產(chǎn)生一些有毒氣體，污染環(huán)境。因此，為使我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，必須發(fā)展合理的能源結(jié)構(gòu)，對化石燃料進行深加工，同時發(fā)展新型的能源。 ［板書］四、新能源的開發(fā) ［講解］據(jù)專家分析，最有希望的新能源是太陽能、燃料電池、風(fēng)能和氫能等。這些新能源的特點是資源豐富，且有些可以再生，為再生性能源，在使用時對環(huán)境沒有污染或很少污染。因此，它們都是很有發(fā)展前途的能源，在21世紀的能源中將會占據(jù)越來越重要的地位。 ［投影展示學(xué)生收集來的有代表性的能源資料，亦可放有關(guān)能源的錄像帶（如中央電視臺的《科技博覽》《科技之光》等欄目的內(nèi)容）］ 1.燃料電池：主要指氫、氧燃料電池。其產(chǎn)生電流的原理為： 負極：H2＋2OH－－2e－2H2O（氧化反應(yīng)） 正極：O2＋2H2O＋4e－4OH－（還原反應(yīng)） 總反應(yīng)式：2H2＋O2===2H2O 即氫氣的燃燒反應(yīng)，但在燃料電池中沒有火焰，而是產(chǎn)生電流。除氫氣外，甲烷、煤氣、天然氣都能作為燃料電池的燃料。 燃料電池的優(yōu)點，首先是能量利用率高，可達70%；其次，可節(jié)約大量的金屬。然而，要使燃料電池產(chǎn)生平穩(wěn)的電流并不容易。氫氣、氧氣必須要有特殊的催化劑才能在電極上發(fā)生上述反應(yīng)，而這類催化劑的研制十分困難，價格昂貴，因此，目前燃料電池僅應(yīng)用于人造衛(wèi)星、航天飛機等尖端科技領(lǐng)域。 2.氫能：氫能是一種理想的、極有前途的二次能源。氫能有許多優(yōu)點：氫的原料是水，資源豐富；氫燃燒時反應(yīng)速率快，燃燒熱值大；氫燃燒的產(chǎn)物是水，不污染環(huán)境，是最干凈的燃料。另外，氫能的應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強。 3.太陽能：太陽能是一種取之不盡、用之不竭又無污染的能源。太陽能來自氫聚變成氦的核反應(yīng)。估計地球表面接受來自太陽的巨大能量每年總共有51021 kJ，只要能利用它的萬分之一，就可滿足目前世界上所需的能量。對太陽能的收集和利用主要有三種方式：光—熱轉(zhuǎn)換，光—電轉(zhuǎn)換和光—化學(xué)轉(zhuǎn)換。 4.風(fēng)能：風(fēng)能是指空氣在流動過程中所產(chǎn)生的能量。它是可以不斷再生的能源，也是沒有污染的清潔能源。大氣運動的能量來源于太陽輻射，由于太陽輻射受地球緯度的影響，所以使風(fēng)能具有地區(qū)差異性。風(fēng)能較為廣泛的利用是將之轉(zhuǎn)化為電能或機械能。 ［總結(jié)］新型能源除了上述幾種外，還有生物能、核能、地?zé)崮?、潮汐能等。它們的共同特點是資源豐富、可以再生、沒有污染或少污染，它們是遠有前景，近有實效的能源。 我國長期面臨能源供不應(yīng)求的局面，人均能源水平低，同時能源利用率低，單位產(chǎn)品能耗高。所以，必須用節(jié)能來緩解供需矛盾，促進經(jīng)濟發(fā)展，同時也有利于環(huán)境保護。因此節(jié)能是我國的一項基本國策。在節(jié)能的同時我們也要積極開展各種新型能源的研究和探索。［過渡］以上討論話題多與燃燒熱有關(guān)，由于燃燒現(xiàn)象的熱量變化比較明顯，故易于測量，但也有許多化學(xué)反應(yīng)的熱量變化并不明顯。如酸、堿中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。那么，是不是它們就無法測量了呢？非也！我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^實驗對其進行測量。下面我們要講的中和熱，就與酸、堿的中和反應(yīng)密切相關(guān)。 ［板書］五、中和熱 ［設(shè)問］中和熱是否就是酸、堿發(fā)生中和反應(yīng)的反應(yīng)熱呢？ 請大家閱讀課本有關(guān)內(nèi)容，進行回答。 ［學(xué)生看完課本后回答］ ［教師板書］1.在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1 mol H2O，這時的反應(yīng)熱叫做中和熱。 ［師］在理解中和熱的概念時，要注意以下幾點： ［講解并板書］ 研究條件：稀溶液 反應(yīng)物：酸與堿 生成物及其物質(zhì)的量：1 mol H2O 放出熱量：ΔH<0 單位：kJ/mol ［講解］在書寫物質(zhì)在溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方程式時，我們常用aq來表示稀溶液，稀溶液是指溶于大量水的離子。 中和熱不包括離子在水溶液中的生成熱、物質(zhì)的溶解熱、電解質(zhì)電離的吸熱所伴隨的熱效應(yīng)。 ［投影練習(xí)］寫出下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式： 實驗測得：（1）1 L 1 mol/L 稀鹽酸跟1 L 1 mol/L NaOH溶液起中和反應(yīng)放出57.3 kJ熱量。 （2）1 L 1 mol/L KOH 溶液中和1 L 1 mol/L HNO3溶液，放出57.3 kJ的熱量。 （3）1 L 1 mol/L H2SO4溶液與2 L 1 mol/L NaOH 溶液完全反應(yīng)，放出114.6 kJ的熱量。 ［學(xué)生練習(xí)，教師巡視］ ［請一位同學(xué)把結(jié)果寫于黑板］ ［學(xué)生板書］ （1）NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O(l);ΔH=－57.3 kJ/mol （2）KOH（aq）＋HNO3（aq）===KNO3（aq）＋H2O（l）；ΔH=－57.3 kJ/mol （3）2NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋2H2O（l）；ΔH=－114.6 kJ/mol ［設(shè)問］第（1）個反應(yīng)的反應(yīng)熱是多少？中和熱是多少？第（2）個反應(yīng)呢？ ［學(xué)生答］反應(yīng)（1）、（2）的反應(yīng)熱和中和熱均為57.3 kJ/mol ［追問］反應(yīng)（3）的情況又怎樣呢？ ［學(xué)生思考后回答］反應(yīng)（3）的反應(yīng)熱為114.6 kJ/mol，中和熱為57.3 kJ/mol（） ［問］為什么它的反應(yīng)熱與中和熱不同呢？ ［生］因為中和熱要求反應(yīng)生成的H2O為1 mol，而反應(yīng)（3）生成H2O為2 mol，故其中和熱應(yīng)為反應(yīng)熱的二分之一。 ［師］很好！ 比較這三個反應(yīng)的異同，可得出什么結(jié)論？ ［學(xué)生分組討論后回答］ 結(jié)論：不同點：不同酸、堿之間的反應(yīng)。 相同點：同為強酸、強堿之間的中和反應(yīng)；它們的中和熱相同。 ［問］為什么不同的強酸、強堿之間發(fā)生中和反應(yīng)，其中和熱的數(shù)值相同？ ［答］因為它們反應(yīng)的實質(zhì)相同，即均為H＋與OH－結(jié)合成H2O的反應(yīng)。 ［師］十分正確！于是，強酸強堿發(fā)生中和反應(yīng)的實質(zhì)及中和熱我們可表示如下： H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）；ΔH=－57.3 kJ/mol ［議一議］若是有弱酸和弱堿參加的中和反應(yīng)，能用上式表示嗎？其中和熱的數(shù)值還為57.3 kJ/mol嗎？若不是，偏大還是偏小？ 答案：不能；中和熱的數(shù)值不為57.3 kJ/mol，一般偏?。ㄒ驗槿蹼娊赓|(zhì)的電離多為吸熱）。 ［想一想］已知NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）；ΔH=－57.32 kJ/mol。 Ca（OH）2（aq）＋H2SO4（aq）===CaSO4（s）＋2H2O(l);ΔH=－130.20 kJ/mol。 導(dǎo)致130.20 kJ/mol≠257.32 kJ/mol的因素是 。 分析：本題考查學(xué)生對中和熱實質(zhì)的理解。CaSO4沉淀（不是以離子形式存在于大量水中）有熱效應(yīng)，HSO不是強酸，Ca（OH）2不是強堿，即不是獨立的H＋和OH－。 解答：因為生成CaSO4沉淀有熱效應(yīng)；又HSO不是強酸，中和過程中電離有熱效應(yīng)；Ca（OH）2不是強堿，中和過程中電離為Ca2＋和OH－時也有熱效應(yīng)。 ［講解］由于中和熱是以生成1 mol H2O 所放出的熱量來定義的，故在書寫它們的熱化學(xué)方程式時，應(yīng)以生成1 mol H2O（l）為標(biāo)準(zhǔn)來配平其余物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)。例如：上述反應(yīng)式（3）可寫為 ［板書］NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋H2O(l)；ΔH=－57.3 kJ/mol ［師］即表示中和熱的化學(xué)反應(yīng)方程式中也可以出現(xiàn)分數(shù)。 ［過渡］我們知道，中和熱和燃燒熱都是反應(yīng)熱中的一種。那么，它們之間有什么異同呢？ ［板書］2.中和熱和燃燒熱的比較。 ［師］請大家分組討論，得出結(jié)果。 ［學(xué)生討論］ ［教師把學(xué)生的討論結(jié)果進行投影歸納］ ［投影］中和熱與燃燒熱的比較。 ［小結(jié)］本節(jié)課我們主要對化石燃料中煤的利弊進行了研討，并重點學(xué)習(xí)了中和熱的知識，同時認識了幾種新能源。 ［布置作業(yè)］習(xí)題 四 復(fù)習(xí)題：二、6 ［板書設(shè)計］ 第四節(jié) 燃燒熱和中和熱（第二課時） 三、使用化石燃料的利弊 有關(guān)煤作燃料的探討 四、新能源的開發(fā) 五、中和熱 1.在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1 mol H2O，這時的反應(yīng)熱叫做中和熱。 研究條件：稀溶液 反應(yīng)物：酸與堿 生成物及其物質(zhì)的量：1 mol H2O 放出熱量：ΔH<0 單位：kJ/mol （1）NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）；ΔH=－57.3 kJ/mol （2）KOH（aq）＋HNO3（aq）===KNO3（aq）＋H2O（l）；ΔH=－57.3 kJ/mol （3）2NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋2H2O（l）；ΔH=－114.6 kJ/mol NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋H2O(l);ΔH=－57.3 kJ/mol H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O(l);ΔH=－57.3 kJ/mol 2.中和熱和燃燒熱的比較 ●教學(xué)說明 本節(jié)教材是反應(yīng)熱和熱化學(xué)方程式的繼續(xù)和拓寬。教學(xué)中，除了對燃燒熱和中和熱的概念及燃燒熱的計算作為重點教學(xué)內(nèi)容外，還重點培養(yǎng)了學(xué)生綜合分析問題的能力。本節(jié)課設(shè)計時，以學(xué)生比較熟悉的管道煤氣和煤為話題，展開討論，這樣，既可調(diào)動學(xué)生思維的積極性，又可培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，還可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)他們在進行對比討論和學(xué)習(xí)時，還可提高他們的經(jīng)濟效益觀念。 另外，本節(jié)課在進行教學(xué)設(shè)計和作業(yè)設(shè)計時，還充分注意了對學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，意在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。 在教學(xué)內(nèi)容順序上，特意把“使用化石燃料的利弊及新能源的開發(fā)”提在了“中和熱”的前面進行講授，這主要是為了和前面所學(xué)燃燒熱更好地銜接，同時突出燃料與能源的關(guān)系，且中和熱的內(nèi)容調(diào)到后面講，可使學(xué)生對“中和熱的測定”的實驗原理能更好地理解。 另外，教師也可結(jié)合課后的備課資料組織學(xué)生對有關(guān)燃料和能源的問題進行討論和辯論。