化学总第二部分 五 化学反应中的热效应

专题五化学反应中的热效应化学（浙江选考专用）考点一考点一 化学能与热能热化学方程式化学能与热能热化学方程式知识梳理知识梳理一、放热反应和吸热反应1.概念(1)放热反应:放出热量的化学反应。(2)吸热反应:吸收热量的化学反应。2.常见的放热反应和吸热反应(1)常见的放热反应:燃烧反应;大多数化合反应;活泼金属与水或酸的反应;酸碱中和反应。(2)常见的吸热反应:大多数分解反应;一些晶体的反应,如氯化铵与氢氧化钡晶体反应;需要持续加热的反应,如C与CO2反应、C与H2O(g)反应等。考点清单温馨提示反应条件与放热、吸热的关系不同的化学反应发生的条件不同,放热反应和吸热反应均能在一定条件下发生。反应开始需要加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。吸热反应若开始时加热,反应后需要不断加热才能使反应继续进行。开始时加热,反应后会放出一定的热量,如果此热量能够使反应继续进行,则反应过程中不需要再加热,该反应为放热反应。由此可见,反应是吸热反应还是放热反应与反应的条件没有必然的联系,而是取决于反应物和生成物具有的总能量的相对大小。二、反应热和焓变1.定义:在化学反应过程中,当反应物和生成物具有相同温度时,所吸收或放出的热量称为化学反应的反应热。在恒温、恒压的条件下,化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变。2.符号及单位:符号用H表示,单位常采用kJ/mol或kJmol-1。3.表示方法:吸热反应的H0;放热反应的H0。4.化学反应中能量变化的原因(1)从化学键的变化来看若化学键断开时吸收的能量大于化学键形成时放出的能量,则反应为吸热反应;若化学键断开时吸收的能量小于化学键形成时放出的能量,则反应为放热反应。H=反应物的键能总和-生成物的键能总和(2)从能量的高低来看当反应物的总能量小于生成物的总能量时,反应过程中需要吸收能量;当反应物的总能量大于生成物的总能量时,反应过程中需要释放能量。如图所示:H=生成物的总能量-反应物的总能量图示a、b、c表示的意义微观宏观a表示断裂旧化学键吸收的热量;b表示形成新化学键放出的热量;c表示反应热a表示活化能;b表示活化分子结合成生成物所释放的能量;c表示反应热5.反应热的本质三、热化学方程式1.定义:能够表示反应热的化学方程式。2.书写要求(1)注明反应的温度和压强(25、101kPa下进行的反应可不注明)。(2)注明反应物和生成物的状态:固态(s)、液态(l)、气态(g)或溶液(aq)。(3)热化学方程式中各物质前的化学计量数只表示物质的量,而不表示分子个数(或原子个数),因此可以用整数或简单分数表示。3.书写热化学方程式应注意的问题(1)热化学方程式中不用“”和“”,不用“”而用“”表示。(2)热化学方程式能反映出该反应已完成的数量。由于H与反应物的物质的量有关,所以热化学方程式中物质前面的化学计量数必须与H相对应,如果化学计量数加倍,则H也要加倍。当反应向逆反应方向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。(3)H单位中的“kJmol-1”并不是指每摩尔具体物质,而是指给定形式的具体反应。(4)无论化学反应是否可逆,热化学方程式中的反应热都表示反应进行到底时的能量变化。四、能源的充分利用1.燃料的充分燃烧(1)化石燃料主要包括煤、石油、天然气。(2)可燃物燃烧的条件是与O2接触、温度达到着火点。(3)充分燃烧的必要条件是O2要充足,与O2的接触面积要大。(4)不充分燃烧则产热少,浪费资源,污染环境。2.煤作燃料的利弊问题(1)煤是重要的化工原料,把煤作燃料简单烧掉太可惜,应该综合利用。(2)煤直接燃烧时产生SO2等有毒气体和烟尘,对环境造成严重污染。(3)煤作为固体燃料,燃烧反应速率慢,热利用效率低,且运输不方便。(4)可以通过清洁煤技术,如煤的液化和气化,以及实行烟气净化脱硫等,大大减少燃煤对环境造成的污染,提高煤燃烧的热利用率。3.新能源的开发(1)调整和优化能源结构,降低燃煤在能源结构中的比例,节约油气资源,加强科技投入,加快开发新能源等显得尤为重要和迫切。(2)最有希望的新能源是太阳能、风能、氢能和燃料电池等。这些新能源的特点是资源丰富,且有些可以再生,对环境没有污染或污染少。4.太阳能、生物质能和氢能的利用(1)太阳能的利用绿色植物的光合作用是太阳能的主要利用形式,地球上每年通过光合作用储存的太阳能,相当于全球能耗的10倍左右。主要能量转化形式如下:a.光能化学能6CO2+6H2OC6H12O6+6O2b.化学能热能(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6C6H12O6+6O26CO2+6H2O(2)生物质能的利用农业废弃物(如植物的秸秆、枝叶)、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等物质中蕴藏着丰富的能量,我们把这些来自植物及其加工产品所贮存的能量叫做生物质能。生物质能利用的主要方式有:1)直接燃烧(C6H10O5)n+6nO26nCO2+5nH2O2)生物化学转换+nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH+2CO23)热化学转换C6H12O63CH4+3CO2+nH2O3nCH4+3nCO2(3)氢能的开发和利用制氢气的原料是水,氢气燃烧的产物只有水,因此氢气是一种理想的清洁燃料。常见的氢能的开发和利用方式如下:6105(C H O)n淀粉6105(C H O)n淀粉五、标准燃烧热与热值1.标准燃烧热(1)概念:在101kPa时,1mol物质完全燃烧的反应热叫该物质的标准燃烧热。(2)注意事项:标准燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写标准燃烧热的热化学方程式时,应以1mol可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数。燃烧产物应为完全燃烧后生成的稳定物质。如:CCO2(g)、HH2O(l)、NN2(g)、SSO2(g)、ClHCl(g)。物质燃烧一定是放热反应,故H中符号一定为负。2.热值:25、101kPa时,1g物质完全燃烧所放出的热量叫做该物质的热值。六、中和热的测定1.测定方法(1)准备绝热装置:在大烧杯底部垫碎泡沫塑料(或纸条),使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条)。大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖儿,在其中间开两个小孔,正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过,如图所示。(2)量取反应物的体积,测量其温度:先量取50mL0.50molL-1盐酸,倒入小烧杯中,用温度计测量盐酸的温度。再量取50mL0.50molL-1NaOH溶液,用温度计测量其温度,然后求温度的平均值,并记为t1。(3)测量反应后的温度(t2):把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次性倒入小烧杯中,立即盖上盖儿,用环形玻璃搅拌棒不断搅拌,观察温度计的温度示数变化,并准确读取混合溶液的最高温度,记为终止温度t2。(4)重复实验:重复实验23次,取测量所得数据的平均值作为计算依据。(5)根据数据计算中和热:H=-kJmol-1。210.418(tt)0.0252.注意事项(1)保温效果一定要好,小烧杯杯口与大烧杯杯口要相平。(2)盐酸与NaOH溶液的浓度要准确。(3)宜用有0.1分度的温度计,温度计水银球应浸没在溶液中。(4)测量反应物的温度时,测量完盐酸的温度后,应将温度计清洗一下再去测量NaOH溶液的温度,防止酸、碱反应造成误差。考点二考点二 盖斯定律及反应热的有关计算盖斯定律及反应热的有关计算知识梳理知识梳理一、盖斯定律1.内容:通过大量实验证明,不管化学反应是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的。换句话说,化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。2.应用:很多反应很难直接测其反应热,可用盖斯定律间接计算。二、反应热的计算1.根据键能数据计算H=反应物的总键能-生成物的总键能2.根据热化学方程式计算反应热与反应物或生成物的物质的量成正比3.根据实验数据计算H=-Q=-(Ct)(C代表溶液及量热计的总热容,单位为J/)或H=-Q=-(cmt)c代表反应物的比热容,单位为J/(g)。4.利用盖斯定律进行计算方法方法1 热化学方程式的正误判断方法热化学方程式的正误判断方法判断一个热化学方程式是否正确,主要从以下四个方面入手:(1)各物质的化学式是否正确,化学方程式是否符合客观事实;(2)各物质的聚集状态是否注明;(3)化学方程式是否配平;(4)H是否与化学方程式中各物质前的化学计量数相对应,其符号和数值是否正确。例例1(2018浙江宁波镇海中学高三选考模拟,19)已知1g物质完全燃烧时所放出的热量叫做该物质的热值。有以下能量转化图,下列说法不正确的是()突破方法A.转化的热化学方程式为:C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5kJmol-1B.转化的热化学方程式为:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-565.8kJmol-1C.由CCO的热化学方程式为:2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-110.6kJmol-1D.CO的热值为10.1kJg-1解析解析由题给物质能量转化图可得:转化是CCO2,热化学方程式为C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5kJmol-1,A正确;转化是COCO2,热化学方程式为CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-282.9kJmol-1,B正确;CCO的热化学方程式为C(s)+O2(g)CO(g)H=-(393.5kJmol-1-282.9kJmol-1)=-110.6kJmol-1,即2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.2kJmol-1,C错误;由热值的定义结合能量转化图可知CO的热值为,即10.1kJg-1,D正确。1212282.9kJ28g答案答案 C1-1(2017浙江“七彩阳光”联盟高三期中联考,19)根据合成氨反应的能量变化图,下列有关说法正确的是()A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-2(a-b)kJmol-1B.断裂0.5molN2(g)和1.5molH2(g)中所有的化学键释放akJ热量C.2NH3(l)N2(g)+3H2(g)H=2(b+c-a)kJmol-1D.若合成氨反应使用催化剂,反应放出的热量增多答案答案 C解析解析由图像知,0.5molN2(g)+1.5molH2(g)1molN(g)+3molH(g)吸收akJ的能量,1molN(g)+3molH(g)1molNH3(g)放出bkJ能量,1molN(g)+3molH(g)1molNH3(l)放出(b+c)kJ能量。根据H=反应物的总键能之和-生成物的总键能之和,再由图像可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,合成氨反应为放热反应。A项中H=2(a-b)kJmol-1,A错误;B项,断裂化学键需吸收能量,B错误;2NH3(l)N2(g)+3H2(g)H=2(b+c-a)kJmol-1,C正确;D项,催化剂不能改变化学反应的热效应,D错误。方法方法2 有关反应热的计算有关反应热的计算1.应用盖斯定律计算反应热盖斯定律是指一个化学反应无论是一步完成,还是分几步完成,反应的总热效应相同。即反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应途径无关。此定律的主要应用是用已知反应的反应热来推知相关反应的反应热。例如,在如图所示的关系中,反应AB可看成反应AC和CB相加,所以反应的焓变有如下关系:H=H1+H2。温馨提示应用盖斯定律进行简单计算的注意事项(1)设计合理的反应过程。(2)当反应式乘以或除以某数时,H也应乘以或除以该数。(3)反应式进行加减运算时,H也同样要进行加减运算,且计算过程中要带“+”“-”符号。(4)通过应用盖斯定律进行计算来比较反应热的大小时,同样要把H看为一个整体。(5)在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化,状态由固液气变化时,会吸热;反之会放热。(6)当设计的反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。运用盖斯定律的关键在于分析总反应可由哪些中间过程构成,化简要细心,计算时H(带“+”“-”)也要参与运算。2.根据反应物和生成物的总能量计算反应热H=E(生成物)-E(反应物)。3.从键能的角度计算反应热H=反应物的键能总和-生成物的键能总和。例例2(1)(2016四川理综,11节选)工业上常用磷精矿Ca5(PO4)3F和硫酸反应制备磷酸。已知25,101kPa时:CaO(s)+H2SO4(l)CaSO4(s)+H2O(l)H=-271kJ/mol5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l)H=-937kJ/mol则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是。(2)(2016课标,27节选)已知下列反应:SO2(g)+2OH-(aq)S(aq)+H2O(l)H1ClO-(aq)+S(aq)S(aq)+Cl-(aq)H2CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq)H3则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的H=。23O23O24O24O解析解析(1)将已知热化学方程式依次编号为、,根据盖斯定律,5-可推出Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式。(2)将题给热化学方程式依次编号为、,根据盖斯定律,由+-可得反应:SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq),故H=H1+H2-H3。答案答案(1)Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l)5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g)H=-418kJ/mol(2)H1+H2-H32-1已知:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)H=akJmol-12C(s)+O2(g)2CO(g)H=-220kJmol-1HH、OO和OH键的键能分别为436kJmol-1、496kJmol-1和462kJmol-1,则a为()A.-332B.-118C.+350D.+130答案答案 D解析解析将题中两个热化学方程式按题给顺序依次编号为和,依据盖斯定律,-2得:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-(220+2a)kJmol-1,代入相关数据得:(2436+496)-4462=-(220+2a),解得a=+130,D项正确。