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(rèn)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(yùn)藏、開采和運(yùn)輸、資源綜合利用以及環(huán)境保護(hù)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(yùn)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(yán)重污染?？梢酝ㄟ^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(yùn)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(fèi)，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(yùn)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(yùn)輸方面，很不方便，需要裝、卸、運(yùn)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(fèi)，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(yùn)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(jìn)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(jìn)行再加工，結(jié)果是既浪費(fèi)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(yán)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(yán)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?xì)獾陌l(fā)展方向？答案：1.首先，因氣體易擴(kuò)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(yùn)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(yán)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?xì)猱a(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(fèi)，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(jì)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(jìn)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(jì)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(fù)極：H22OH2e2H2O（氧化反應(yīng)）正極：O22H2O4e4OH（還原反應(yīng)）總反應(yīng)式：2H2O2=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(dá)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(jī)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(qiáng)。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(yùn)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(jī)械能?？偨Y(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(yuǎn)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(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時也有利于環(huán)境保護(hù)。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(jìn)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(jìn)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：H<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);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(qiáng)酸、強(qiáng)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(qiáng)酸、強(qiáng)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(qiáng)酸強(qiáng)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）；H=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?。看鸢福翰荒埽恢泻蜔岬臄?shù)值不為57.3 kJ/mol，一般偏小（因為弱電解質(zhì)的電離多為吸熱）。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。導(dǎo)致130.20 kJ/mol257.32 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(qiáng)酸，Ca（OH）2不是強(qiáng)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(qiáng)酸，中和過程中電離有熱效應(yīng)；Ca（OH）2不是強(qiáng)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)；H=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?jǐn)?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(jìn)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(jìn)行了研討，并重點學(xué)習(xí)了中和熱的知識，同時認(rèn)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：H<0 單位：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(jìn)行對比討論和學(xué)習(xí)時，還可提高他們的經(jīng)濟(jì)效益觀念。另外，本節(jié)課在進(jìn)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(jìn)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(jìn)行討論和辯論。