铝热反应-PPT课件

湖南省株洲市北京师范大学附属学校G0909 田鸣秋 指导老师：袁觉
实验人员：田鸣秋 陈婉玲
实验日期：2010年4月20日
2006年青藏铁路的全线通车，开启了我 国ห้องสมุดไป่ตู้路业新的纪元。在像青藏那样环境 艰难的地区因为条件的限制，铁路的修 建十分困难，那么铁轨的焊接是怎样完 成的呢？
实验目的：探究铝热反应与铁轨的焊接
实验结论：铝热反应可以放出大量的热 从而获得高熔点金属单质使钢管连接起来
问题与讨论
1.问题： 滤纸为什么需要湿润？ 讨论： 可能因为纸漏斗内反应剧烈放热量大，为 防止实验仪器的损害且水蒸发吸热 2.问题： 超氧化钾的作用？ 讨论： 镁条燃烧放热，使超氧化钾释放出氧气 加剧铝热反应
3.问题： 为什么焊接没有成功？ 讨论： 1.可能钢管保温措施没有做好，只用泥包裹还是会有 大量热量散失，还可以通过缩短漏斗与钢管的距离减 少热量散失；
2.得到的热量可能没使得钢管接头处局部融化从而焊 接不牢固；
3.虽然添加了二氧化锰，碳粒使最终生成为含锰含碳 的合金，但材质还是不够优良硬度不强，也可能是含 碳过多使生成合金过脆，易断裂。
实验感想： 在实验过程中我们了解到铁路修建的艰难和 很多生产生活的奥秘与诀窍。化学不仅仅是一门 在实验室研究的学科，在实验室中的每一次尝试 与努力都与我们的实际生产生活有着紧密的联系。 就铝热反应而言，我们只有把反应的特点联 想、应用到建设中去它才有实际的价值与意义。 这次的实验相当不容易，过程中我也发现了自己 操作上的一些不妥当与不熟练，但这个实验对我 来说更是一次很好的尝试和学习机会。所以我最 大的收获就是——在学习生活中只有我们感想敢 做才能造就科学发展的新纪元。
5.用酒精灯点燃打磨光亮的镁条插入固体中 现象：镁条剧烈燃烧，固体粉末发生微小爆炸同时纸 漏斗被烧穿，有熔融物落下 结论：漏斗内发生剧烈反应放出大量热使铁，锰等融 成熔融物

D．②④⑥
8
认识化学反应的本质 为什么有的反应会放出热量,有的反应要吸收能量.
9
1．焓与焓变
返回
2．反应热 当化学反应在一定压强、温度下进行时，反应放出或吸收的热量，叫做反 应热。又称焓变。
返回
从物质能量角度分析
反应物的总能量高
放
出 能 量
放 热
生成物的总能量高 吸 收吸 能热 量
生成物的总能量低
1 mol 分子中的化学键断裂时需要吸收
436
a
369
的能量/kJ
则表中a为( )
A．404
B．260 C．230 C
D．200
16
第一课时 总结 常见的放热反应和吸热反应 1、常见放热反应
◦ （1）活泼金属与水或者酸的反应，如钠与水的反应； ◦ （2）酸碱中和反应，如烧碱与稀硫酸的反应； ◦ （3）燃烧反应，如各类燃料的燃烧； ◦ （4）多数化合反应，如氢气与氯气的化合反应 ◦ （5）缓慢氧化 ◦ （6）铝热反应
系能量
．＋
>
升高
21
练习
22
常见的放热反应和吸热反应放热反应1大部分化合反应2可燃物的燃烧3酸碱中和反应4金属与酸或水反应5缓慢氧化6铝热反应吸热反应1大部分的分解反应如caco高温分解2需要持续加热的反应如nh还原cuo二氧化锰与浓盐酸反应制cl10h2o反应bbaohcl的反应c
第一章 化学反应与能量 第一课时 焓变与反应热
A．铝片与稀H2SO4反应
B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
C
C．灼热的炭与CO2反应
D．甲烷在O2中的燃烧反应
7
C 下列变化中属于吸热反应的是( )
①液态水汽化

（3）点燃镁条。观察现象。
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1.教材中铝热反应实验的设计
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一、实验在教材中的设计与不足
2.教材中铝热反应实验的不足
（1）镁条不易点燃，引燃时间长。
（2）实验过程中产生大量的烟，
不环保。
（3）反应过剧烈，火星四溅，存
在安全隐患。 （4）铁水流动和红热现象被滤纸 遮挡，学生几乎观察不到。
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谢谢！
（1）在铝热剂上依次加入少量镁粉、过氧化钠、蔗糖，滴加1-2滴 浓硫酸引燃，观察现象； （2）在铝热剂上依次加入少量镁粉、包裹有过氧化钠的棉花，滴 加2-3滴水引燃，观察现象； （3）在铝热剂上依次加入少量镁粉、包裹有过氧化钠的棉花，用 导管（或长吸管）吹气引燃，观察现象；
4.反应完全后，将其放入盛有冷水的水槽中冷却，取出焊 接好的两枚铁钉。
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二、实验的改进
课本实验
铝热剂 m(Fe2O3)：m(Al)=5:2 引燃剂 实验 装置 镁条、氯酸钾
改进实验
m(Fe2O3)：m(Al)=7:2 镁粉、过氧化钠、蔗糖、浓硫酸 或镁粉、过氧化钠、棉花 废旧的试管
两张滤纸叠成漏斗状
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改进实验步骤
1.将盛满沙子的蒸发皿架在三脚架上；在小试管内装入一 定量的沙子，在沙子中插入两支去掉钉帽的铁钉 ; 2.装入质量比为7:2的氧化铁粉末与铝粉混合物，并敦实; 3.引燃铝热剂（3种方法）：
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三、改进实验的优点
课本实验(不足)
铝热剂 m(验（优点）
m(Fe2O3)：m(Al)=7:2
镁粉、过氧化钠、蔗糖、浓硫酸 镁条、氯酸钾 引燃剂 或镁粉、过氧化钠、棉花 引燃时间长 能快速引燃、增加趣味性 实验 两张滤纸叠成漏斗状 废旧的小试管 装置 不能观察到铁水流动 能观察到铁水流动, 在野外焊接钢轨原理一目了然 安全与 滤纸易燃,产生大量烟 反应剧烈程度适中，安全性好， 环保 铁珠飞溅,有安全隐患 明显减少污染，变废为宝

总结归纳
金属与O2反应
K Ca Na Mg Al Zn Fe SnPbCuHg Ag Pt Au
常温迅速 成膜或加热 加热能反应
不反应
２.铝与Ｓ、Ｃl2等反应
2Al
+
3Ｓ
△
=
Al2S3
2Al + 3Cl2 =△ 2AlCl3
二、铝与盐的溶液反应： 能置换出CuSO4、AgNO3等溶液中的金属
2Al + 3Cu2+ = 2Al3+ + 3Cu
（1）易拉罐变瘪的原因是什么？写出（ 反应的离子 方程式；NaOH溶液吸收CO2 ，罐内压强减小，外界 压强将易拉罐压瘪。CO2 + 2OH- = CO32-+ H2O
（2）易拉罐又鼓起来的原因是什么？写出反应的离子 方程式。 Al表面氧化膜溶解后，Al与NaOH溶液反应产生 H2，罐内压强又增大。2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2 ↑
反应历程： 0
+1
+3
0
2Al＋6H2 O 2Al(OH)3＋3H2 ↑ ①
Al(OH)3 ＋NaOH NaAlO2＋2H2O ②
偏铝酸钠
①＋②×2可得：
0
＋1
＋3
0
2Al＋6H2O＋2NaOH 2NaAlO2＋4H2O＋3H2↑
请仔细分析以上反应是属于哪种类型的反应？ 试判断方程式中各物质充当的角色？
实验序号
甲
乙
丙
合金质量/mg 510
770
918
气体体积/mL 560
672
672
则下列说法正确的是( C )
A．甲组和乙组的实验中，盐酸均是过量的 B．盐酸的物质的量浓度为0.8 mol/L C．合金中镁铝的物质的量之比为1∶1 D．丙组中铝的物质的量为0.009 mol

.
常见的放热反应
燃烧、酸碱中和、活泼金属与水或酸反应、铝热反应、 多数化合反应、原子结合为分子等
2NO2
N2O4
△H <0
催化剂
2SO2+O2 ∆ 2SO3
催化剂
N2+3H2 高温高压 2NH3
△H <0 △H <0
4NH3+5O2=催=化∆=剂=4NO+6H2O △H <0
.
常见的吸热反应
多数分解反应、盐类的水解反应、金属的冶炼(铝热除 外)、分子拆成原子等。
_体___—____,_固l _体__—____，__溶_s液__— ____）____a_q_____________.
(3)化学方程式中各物质前的化学计量数只表示 物质，的因量此， 在必要时可用简单的分数表示；
(4) 要标明热量变化: 用表示 △。H若为放热反应，ΔH为 “ ”；—若为吸热反应，ΔH为“ ”。ΔH+的单位一般
高温
C+CO2 2CO
高温
C+H2O(g)
CO+H2
放电
N2+O2
2NO
Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl BaCl2+2NH3↑+10H2O
.
1.反应热与焓变 反应热：在化学反应过程中，当反应物和生成物具 有相同温度时，所放出或吸收的热量
焓变：在恒温恒压的条件下，化学反应过程中所放 出或吸收的热量
符号： △H
单位： kJ·mol-1
.
反应过程中能量变化曲线图：
能
量
生成物
吸收
热量
能 量 反应物
放出
热量
反应物

【案例示范】 【典例】(2020·武汉高二检测)我们将稀溶液中强酸 与强碱发生中和反应生成1 mol H2O时所释放的热量称 为中和热,已知在稀溶液中,强酸和强碱每生成1 mol水 放出57.3 kJ的热量。如图是某化学小组组装的中和热 简易测定装置。请回答有关中和反应的问题。
(1)用0.1 mol Ba(OH)2配成稀溶液与足量稀硝酸反应, 能放出____________ kJ热量。
【母题追问】 (1)上题实验中能否用硫酸代替硝酸? 提示:不能。硫酸与Ba(OH)2反应会有BaSO4沉淀产生,反应热不 是中和热。 (2)怎样用玻璃搅拌器搅拌溶液?不能用铜质搅拌棒代替的理 由是什么? 提示:实验时应用玻璃搅拌器上下搅动。因为铜传热快,热量 损失大,所以不能用铜质搅拌棒代替玻璃搅拌器。
【迁移·应用】 1. (2020·淄博高二检测)如图是某兴趣小组组装的中 和热测定装置,分别取40 mL 0.50 mol·L-1盐酸与 40 mL 0.55 mol·L-1氢氧化钠溶液进行中和热的测定, 已知弱酸、弱碱电离需要吸热。下列说法错误的是
()
A.稍过量的氢氧化钠是为了确 保盐酸完全反应 B.仪器A的名称是玻璃搅拌器 C.在测定中和热的每次实验中, 至少需要测定并记录3次温度 D.用氨水代替氢氧化钠溶液,其结果也是相同的
【解析】选D。测定中和热时,为了使氢离子或者氢氧 根离子完全反应,需要让其中一种反应物稍稍过量,A正 确;仪器A是玻璃搅拌器,B正确;在测定中和热的每次实 验中,至少需要测定并记录3次温度从而减小误差,C正 确;一水合氨是弱碱,电离吸热,从而影响测定结果,D错 误。
2.(2019·合肥高二检测)将V1 mL 1.0 mol·L-1 HCl溶 液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录 溶液温度,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2= 50 mL)。下列叙述正确的是 ( )

探究铝热反应
实验现象：
1.镁条剧烈燃烧， 2.火花四溅， 3.放出大量的热， 4.同时纸漏斗被烧穿，有灼热 熔融物落入沙中，待熔融物冷 却后变黑色固体。
探究铝热反应
应用
1、冶炼难熔的金属 2、焊接钢轨等大截面钢材部件 3、军事上可以制作铝热弹等强杀伤性的武器 4、传统的烟火剂
探究铝热反应
•
铝热反应十分激烈，所以点燃后难以熄灭。若在 钢等其他金属物上点燃，还会熔穿金属物，加剧反 应。故常被用于制作燃烧弹，可以熔穿装甲。 铝热反应过程中放出的热可以使高熔点金属熔 化并流出，故铝热法广泛运用于焊接抢险工程之中 。另外，铝热法也是冶炼钒、铬、锰等高熔点金属 的重要手段。
铝热反应配平技巧： 取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数，即可
快速配平，如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中，可取Fe3O4和Al2O3
中氧的最小公倍数12，则Fe3O4前应为3Al2O3前应为4，底下 便可得到Al为4，Fe为9.
探究铝热反应
实验步骤：
1.取一张圆形滤纸，倒入5克炒干的氧化铁粉末，再 倒入2克铝粉。
•
探究铝热反应
除此之外，其他的金属单质与金属氧化物混合之 后点燃，也会发生强烈的氧化还原反应，效果类似 于铝热反应。其中的金属单质可以是铝、镁、钙、 钛、硅、硼，而金属氧化物可以是三氧化二硼、二 氧化硅、三氧化二铬、二氧化锰、三氧化二铁、四 氧化三铁、氧化铜和四氧化三铅等。有时这些反应 也根据反应中的还原剂而被称为“镁热法”、“硅 热法”、“钙热法”、“碳热法”等等
此外，铝热反应还可以表示铝元素置换其他金属元 素（如锰等）的氧化物置换出该金属元素
探究铝热反应
•
实验装置

3. 将折好的滤纸架在铁圈上，下面放置盛 沙的蒸发皿，把混合均匀的氧化铁粉末 和铝粉倒入纸漏斗中。
4. 再在上面加少量氯酸钾，并在混合物中间 插一根镁条，
5. 点燃镁条，观察发生的现象。
2021/3/9
2
1.氧化铁和铝粉要混合均匀。 2.纸滤斗要保证四周都有四层，（第二个滤纸
下口用水湿透，再将两个合并） 3.注意安全，装置离远点再点火。
实验原理：
高温
2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe
实验仪器：
圆形滤纸、酒精灯、坩埚钳、
铁架台、铁圈、蒸发皿
实验药品：
2021/3/9
氯酸钾(KClO3)、氧化铁（Fe2O3 ） 镁条、铝粉、细沙
1Hale Waihona Puke 1. 取一张圆形滤纸，倒入5克炒干的氧化铁(Fe2O3)粉末， 再倒入2克铝粉、将两者混合均匀。
2. 用两张圆形滤纸，分别折叠成漏斗状，将其中一个取出， 在底部撕一个孔，用水润湿下面一点，再跟另一个漏斗套 在一起，使四周都有3层。
该实验有一定的危险性，请同学们注意安全！
2021/3/9
3
放映结束 感谢各位的批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
2021/3/9
4

达标检测
2.氢气在氧气中燃烧，在反应中破坏1molH－H键消 耗的能量为Q1kJ，破坏1molO = O键消耗的能量为 Q2kJ，形成1molH－O键释放的能量为Q3kJ。 下列关系式中正确的是（ ） A. 2Q1 + Q2 > 4Q3 B. 2Q1 + Q2 < 4Q3 C. Q1 + Q2 < Q3 D. Q1 + Q2 = Q3
减少热量散失，降低实验误差。
二、中和反应反应热的测定
2.实验测量
(1)测量反应物的温度
步骤一 用量筒量取50 mL 0.50 mol/L盐酸，打开杯盖，倒入量 热计的内筒，盖上杯盖，插入温度计，测量并记录盐酸的温度(数据 填入下表)。用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备用。
防止残留的酸与碱反应，导致测量的t2数据不准。
中和反应反应热是反应热的一种！！！
课堂检测
2、在测定中和热的实验中，下列说法正确的是（A） A．使用环形玻璃搅拌器是为了加快反应速率，减小实验误差 B．为了准确测定反应混合溶液的温度，实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触 C．用 0.5mol·L－1NaOH 溶液分别与 0.5mol·L－1 的盐酸、醋酸溶液反应，如所 取的溶液体积相等，则测得的中和热数值相同 D．在测定中和热实验中需要使用的仪器有量筒、烧杯、酒精灯、温度计等
步骤二 用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液①，用 温度计测量并记录NaOH溶液的温度(数据填入下表)。
为了保证HCl被完全中和
二、中和反应反应热的测定
2.实验测量 (2)测量反应后体系的温度
步骤三
打开杯盖，将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒，立即盖上杯盖， 插入温度计，用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度 变化，将最高温度记为反应后体系的温度(t2)。

(1)所有的化学反应都伴有能量的变化，伴有能量变化的一定是化学反应。 ΔH的正、负与物质能量和吸热、放热反应的关系
放热反应：ΔH为“－”，ΔH<0，含义：物质能量减小。
放出391×3KJ热量
放热反应：ΔH为“－”，ΔH<0，含义：物质能量减小。
<
>
生成物的总键能
新键生成放出的能量
生成物的总键能
思考和讨论：3、一定温度、压强、状态的物质具有一
பைடு நூலகம்能量反应物H
(1)放热反应
放出 热量
ΔH<0 放热反应
生成物H
(2)吸热反应
能量 吸收 热量
生成物H
ΔH>0 吸热反应
反应物H
ΔH的正、负与物质能量和吸热、放热反应的关系 放热反应：ΔH为“－”，ΔH<0，含义：物质能量减小。 吸热反应：ΔH为“＋”，ΔH>0，含义：物质能量增加。
思考和讨论：试用键能和物质能量表示出ΔH的计算式： 键能表示： ΔH= 反应物的总键能 － 生成物的总键能
思考和讨论：2、结合化学键与能量变化，什么情况下 是吸热反应或放热反应？
放出414×4KJ热量
则2xkJ-(436kJ+151kJ)=+11kJ
放热反应： 反应物的总键能 化学反应中能量变化的表现形式：热能、电能、光能等，主要以热能形式体现。
反应物的总键能
生成物的总键能
活泼金属与酸或水的反应
化学反应中能量变化的表现形式：热能、电能、光能等，主要以热能形式体现。
kJ·mol-1，1
mol
H2(放g)、热1 m反ol应I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436
kJ、151
kJ的能量，则1

探究实验 【数据处理】
一、知识讲解——反应热 焓变
中和反应反应热的测定
（1）取盐酸温度和NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度（t1）。计算温度差
（ t2－t1），将数据填入下表。
实验次数 1
反应物的温度 /℃
盐酸
NaOH
反应前体系 的温度
t1/℃
反应后体系 的温度
t2/℃
温度差 (t2－t1)/℃
分别表示固体、液体和气体。 意义：
热化学方程式不仅表示化学反应中的物质变化，也表明了能量变化。
一、知识讲解——热化学方程式的书写 2、中和热
在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时的反应热（即 放出的热量）称为中和热。
3、热化学方程式与普通化学方程式的区别
普通化学方程式
热化学方程式
一、知识讲解——热化学方程式的书写 2、书写热化学方程式的问题
（5）注意ΔH的单位：ΔH的单位“kJ·mol-1”并不是指每摩尔具体物质反应时 伴随的能量变化，而是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计量其 物质的量时伴随的能量变化。
（6）热化学方程式一般不写反应条件。
1、燃烧热
一、知识讲解——燃烧热
三、练习
3．适量H2(g)在1 mol O2(g)中完全燃烧，生成2 mol H2O(l)，放出571.6 kJ的热 量。请写出表示H2燃烧热的热化学方程式。
H2(g)＋ O2(g) === H2O(l) ΔH = -285.8 kJ/mol
三、练习
4．氢能是一种理想的绿色能源。有科学家预言，氢能有可能成为人类未来的 主要能源。 （1）为什么说氢能是一种理想的绿色能源？ （2）请根据附录I所提供的燃烧热数据，计算相同质量的氢气、甲烷、乙醇在 25 ℃和101 kPa时完成燃烧放出的热量，据此说明氢气作为能源的优点。 （3）查阅资料，了解氢能在利用过程中需要解决的技术难题，以及氢能利用 的发展前景。