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专题五化学反应中的热效应,化学（浙江选考专用）,考点一化学能与热能热化学方程式,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,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 、101 kPa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+6O2 b.化学能热能 (C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6 C6H12O6+6O2 6CO2+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+6nO2 6nCO2+5nH2O 2)生物化学转换 +nH2O nC6H12O6 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 3)热化学转换 C6H12O6 3CH4+3CO2 +nH2O 3nCH4+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:,五、标准燃烧热与热值 1.标准燃烧热 (1)概念:在101 kPa时,1 mol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1 mol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1 mol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 、101 kPa时,1 g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50 mL 0.50 molL-1盐酸,倒入小烧杯中,用温度计测量盐酸的温度。再量取50 mL 0.50 molL-1 NaOH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。,2.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。,考点二盖斯定律及反应热的有关计算,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1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1(2018浙江宁波镇海中学高三选考模拟,19)已知1 g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=-393.5 kJmol-1 B.转化的热化学方程式为: 2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)H=-565.8 kJmol-1,C.由CCO的热化学方程式为: 2C(s)+O2(g) 2CO(g)H=-110.6 kJmol-1 D.CO的热值为10.1 kJg-1 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=-393.5 kJmol-1,A正确;转化是COCO2, 热化学方程式为CO(g)+O2(g) CO2(g)H=-282.9 kJmol-1,B正确; CCO的热化学方程式为C(s)+O2(g) CO(g)H=-(393.5 kJmol-1 -282.9 kJmol-1)=-110.6 kJmol-1,即2C(s)+O2(g) 2CO(g)H=-221.2 kJmol-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10.1 kJg-1,D正确。,答案C 1-1(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-1,B.断裂0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)中所有的化学键释放a kJ热量 C.2NH3(l) N2(g)+3H2(g)H=2(b+c-a)kJmol-1 D.若合成氨反应使用催化剂,反应放出的热量增多 答案C 解析由图像知,0.5 mol N2(g)+1.5 mol H2(g)1 mol N(g)+3 mol H(g)吸收a kJ 的能量,1 mol N(g)+3 mol H(g)1 mol NH3(g)放出b kJ 能量,1 mol N(g)+3 mol H(g)1 mol NH3(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2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 ,101 kPa时: CaO(s)+H2SO4(l) CaSO4(s)+H2O(l)H=-271 kJ/mol 5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l)H=-937 kJ/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)H1 ClO-(aq)+S(aq) S(aq)+Cl-(aq)H2 CaSO4(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=。,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(1)Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l) 5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g) H=-418 kJ/mol (2)H1+H2-H3 2-1已知: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)H=a kJmol-1 2C(s)+O2(g) 2CO(g)H=-220 kJmol-1,HH、O O和OH键的键能分别为436 kJmol-1、496 kJmol-1和 462 kJmol-1,则a为() A.-332B.-118C.+350D.+130 答案D 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。,
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