人教版高中化學(xué)選擇性必修1第一章課題以“火箭推進(jìn)劑”為載體解決化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)問題課件

情境活動(dòng)課課題以“火箭推進(jìn)劑”為載體解決化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)問題第一章

化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)我國(guó)目前常用的火箭推進(jìn)劑的類型、成分和特點(diǎn)目前，火箭推進(jìn)劑主要有三種類型：

液體推進(jìn)劑、固體推進(jìn)劑和混合推進(jìn)劑。(1)液體推進(jìn)劑液體推進(jìn)劑比較常用的有：四氧化二氮——肼類(偏二甲肼、一甲基肼、肼)、液氧——煤油、液氫——液氧等。

四氧化二氮——肼類推進(jìn)劑被廣泛使用，特點(diǎn)是可在室溫下儲(chǔ)存，技術(shù)成熟，可靠性高，但其燃燒效率比較低且有毒、污染環(huán)境；液氧——煤油推進(jìn)劑作為常溫推進(jìn)劑，使用方便，安全性好，且價(jià)格便宜；液氫——液氧推進(jìn)劑是當(dāng)前最有潛力的組合，其燃燒效率很高，清潔無污染，但是價(jià)格昂貴，對(duì)儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注、發(fā)動(dòng)機(jī)制造都要求更高。(2)固體推進(jìn)劑固體推進(jìn)劑是燃料和氧化劑的混合體。固體推進(jìn)劑有聚氨酯、聚丁二烯、端羥基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。固體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，使用非常安全，瞬間的爆發(fā)推力巨大，缺點(diǎn)是推力無法調(diào)節(jié)并且推進(jìn)效率低。(3)混合推進(jìn)劑混合推進(jìn)劑是液體推進(jìn)劑和固體推進(jìn)劑的混合體。它能夠像液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)那樣進(jìn)行推力調(diào)節(jié)，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，但混合推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃速低，燃燒不均勻，效率低?；顒?dòng)1

已知肼(N2H4)是一種高能燃料，液態(tài)肼在氧氣中燃燒，生成氮?dú)夂退魵?，該反?yīng)是________(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量__________(填“大于”“小于”或“等于”)生成物的總能量，斷開化學(xué)鍵________(填“吸收”或“放出”，下同)的總能量小于形成化學(xué)鍵________的總能量。若16g氣態(tài)肼在氧氣中燃燒，生成氮?dú)夂退魵?，放?67kJ熱量，試用化學(xué)反應(yīng)能量圖表示該反應(yīng)過程中能量的變化。厘清反應(yīng)熱與焓變的關(guān)系并能進(jìn)行焓變的簡(jiǎn)單計(jì)算[提示]

放熱大于吸收放出活動(dòng)2

肼(N2H4)是一種良好的火箭推進(jìn)劑，其與適當(dāng)?shù)难趸瘎?如過氧化氫、氧氣等)配合，可組成比沖最高的可貯存液體推進(jìn)劑。液態(tài)肼和液態(tài)過氧化氫混合反應(yīng)時(shí)，即產(chǎn)生大量氮?dú)夂退魵猓⒎懦龃罅繜?。若每生?molN2，放出642kJ的熱量，則消耗16g液態(tài)肼放出的熱量為多少？若N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－544kJ·mol-1，鍵能數(shù)據(jù)如下表：化學(xué)鍵N—NN—HO==OO—H鍵能/(kJ·mol-1)193391497463則氮氮三鍵的鍵能為多少？[提示]

321kJ，946kJ·mol-1。知識(shí)鏈接

計(jì)算焓變的兩種方法(1)宏觀角度計(jì)算：ΔH＝生成物總焓－反應(yīng)物總焓。(2)微觀角度計(jì)算：ΔH＝反應(yīng)物的總鍵能－生成物的總鍵能。可以簡(jiǎn)單記憶為反應(yīng)熱(ΔH)等于反應(yīng)物斷鍵吸熱與生成物成鍵放熱的代數(shù)和，吸熱取“＋”值，放熱取“－”值。活動(dòng)1

目前，火箭的液體推進(jìn)劑有液氫、液氧、偏二甲肼、四氧化二氮、硼烷等十幾種，但比較理想的環(huán)境推進(jìn)劑是液氫和液氧。由于儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)的制約，液氫和液氧的使用受到很大程度的限制。化學(xué)反應(yīng)：2H2＋O2===2H2O能量變化如圖所示，請(qǐng)寫出表示H2燃燒熱的熱化學(xué)方程式。理解燃燒熱的概念及掌握熱化學(xué)方程式的書寫方法

活動(dòng)2

火箭推進(jìn)器中盛有強(qiáng)還原劑液態(tài)肼(N2H4)和強(qiáng)氧化劑液態(tài)過氧化氫，當(dāng)它們混合反應(yīng)時(shí)，即產(chǎn)生大量氮?dú)夂退魵?，并放出大量熱。已?.4mol液態(tài)肼與足量液態(tài)過氧化氫反應(yīng)，生成氮?dú)夂退魵猓懦?56.8kJ的熱量。寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。[提示]

N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g)

ΔH＝－642kJ·mol-1。知識(shí)鏈接

1．燃燒熱的熱化學(xué)方程式書寫“三要素”(1)可燃物的化學(xué)計(jì)量數(shù)要為1。(2)元素完全燃燒生成的物質(zhì)要為指定產(chǎn)物。(3)ΔH的符號(hào)、單位要正確。2．熱化學(xué)方程式的書寫步驟及要求

蓋斯定律的應(yīng)用及ΔH大小的比較[提示]

ΔH5＜ΔH3，ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1。活動(dòng)2

發(fā)射衛(wèi)星時(shí)可用肼(N2H4)為燃料，用二氧化氮為氧化劑，這兩種物質(zhì)反應(yīng)生成氮?dú)夂退魵?。已知：N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)

ΔH1＝＋67.7kJ·mol-1N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)

ΔH2＝－534kJ·mol-1H2O(l)===H2O(g)

ΔH3＝＋44kJ·mol-1寫出氣態(tài)肼與二氧化氮反應(yīng)生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式。[提示]

2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(l)

ΔH＝－1311.7kJ·mol-1。知識(shí)鏈接

利用“加和法”確定目標(biāo)反應(yīng)的焓變第一步：確定目標(biāo)反應(yīng)，并分析目標(biāo)反應(yīng)與已知反應(yīng)的關(guān)系；第二步：調(diào)整已知熱化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)和ΔH；第三步：將調(diào)整好的熱化學(xué)方程式和ΔH進(jìn)行加和。1．火箭燃料有液氫、乙炔(C2H2)、甲烷、煤油、肼(N2H4)等?；卮鹣铝袉栴}：(1)氫燃料汽車中氫的燃燒與火箭中氫的燃燒最大的不同在于前者使用的是空氣作氧化劑，而后者使用的是液氧。①火箭中不能使用液化空氣，原因是__________________________________________________________________________________。

液化空氣中的液氮不能參與反應(yīng)，液氫燃燒時(shí)，液氮揮發(fā)帶走大量的熱量，導(dǎo)致能量損失

===H2O(g)

ΔH＝－237.46kJ·mol-1

(2)“神舟十三號(hào)”使用液態(tài)四氧化二氮和液態(tài)偏二甲肼(C2H8N2)作推進(jìn)劑。N2O4與C2H8N2的燃燒產(chǎn)物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g)，并放出大量熱，已知10.0g液態(tài)偏二甲肼與液態(tài)四氧化二氮完全燃燒可放出425kJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_________________________________________________________________________。C2H8N2(l)＋2N2O