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第六章化学反应与能量第六章化学反应与能量第一节化学能与热能第一节化学能与热能一、焓变反应热1.焓变与反应热(1)焓变:恒压条件下反应的热效应,用H表示。H=H(生成物)-H(反应物)。(2)焓变符号的规定:放热反应,体系能量降低,H为“-”,即H0。(3)反应热:化学反应过程中吸收或放出的能量。(4)燃烧热和中和热2.放热反应与吸热反应(1)从反应物和生成物的总能量相对大小分析:(2)从化学键变化的角度分析:化学键的断裂和形成是化学反应中发生能量变化的主要原因。化学反应中一定有化学键的断裂与生成,但有化学键断裂与生成的过程不一定是化学反应,如电离过程。化学反应一定伴随能量变化,但有能量变化的不一定是化学反应。【小题自测】(2016长春十一中月考)请认真观察图,然后回答问题。(1)图中反应是放热(填“吸热”或“放热”)反应,该反应发生时需要(填“需要”或“不需要”)提供能量,该反应的H=E2-E1(用含E1、E2的代数式表示)。(3)对于同一反应,图中虚线()与实线()相比,活化能大大降低,活化分子的百分数增多,反应速率加快,你认为最可能的原因是使用了催化剂。【解析】(1)由题图知,反应物的总能量高于生成物的总能量,故该反应是放热反应,焓变H=生成物总能量-反应物总能量=E2-E1。(2)该反应逆反应的活化能=正反应活化能-反应焓变=167.2kJ/mol-(-241.8kJ/mol)=409.0kJ/mol。(3)由题图知,只是反应物的活化能降低了,反应热不变,是使用了催化剂。二、热化学方程式1.定义:表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。2.意义:表明了化学反应中的物质变化和能量变化。3.书写步骤(1)正确写出化学方程式。(2)标注各物质状态和反应时的温度和压强。(3)标注焓变,正负号、数值和单位。4.书写注意事项(1)注明反应条件:反应热与测定条件(温度、压强等)有关。当反应是在25、101kPa下进行时,可不注明。(2)注明物质状态:常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。(3)注意符号和单位:H应包括“+”或“-”、数字和单位(kJmol-1)。(4)注意守恒关系(H与化学计量数相对应):原子守恒和得失电子守恒;能量守恒。(5)区别于普通化学方程式:一般不注“”“”及“点燃”“加热”等。(6)注意热化学方程式的化学计量数:热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量,可以是整数,也可以是分数,且化学计量数必须与H相对应,如果化学计量数加倍,则H也要加倍。【解析】A项,生成CO2放热多,但放热反应的H0,所以H1H2,正确;B项,合成氨的反应是可逆反应,放热19.3kJ热量时,实际参与反应的氮气小于0.5mol,错误;C项,水的状态标注错误,应为H2O(l);D项,能表示或计算燃烧热的热化学反应中生成的水必须为液态,错误。三、盖斯定律1.内容:不管化学反应是一步完成或分几步完成,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与终态有关,而与反应途径无关。2.图解则H=H1+H2=H3+H4+H5。3.应用:设计化学方程式,间接计算反应热。下列关于上述反应焓变的判断正确的是(C)A.H40,H5H3C.3H3=H1+H2+3H5D.3H3=H1+H2【解析】A项,物质由固态变成气态要吸热,H50,错误;B项,H1为1molH2S(g)完全燃烧的焓变,H3为1molH2S气体不完全燃烧的焓变,完全燃烧放出热量多,由于为负值,所以H1H3,错误;由盖斯定律知,3H3=H1+H2+3H5,C项正确,D项错误。下列关于上述反应焓变的判断正确的是(C)A.H40,H5H3C.3H3=H1+H2+3H5D.3H3=H1+H2【解析】A项,物质由固态变成气态要吸热,H50,错误;B项,H1为1molH2S(g)完全燃烧的焓变,H3为1molH2S气体不完全燃烧的焓变,完全燃烧放出热量多,由于为负值,所以H1H3,错误;由盖斯定律知,3H3=H1+H2+3H5,C项正确,D项错误。1.化学反应的1本质2规律(1)本质:反应物旧键断裂;生成物新键形成。(2)规律:遵循质量守恒定律、能量守恒定律。2.热化学方程式书写、判断与注意(1)热化学方程式要配平。(2)聚集状态要标明。(3)H符号要正确、数值要与计量数对应。(4)单位kJmol-1要记清。考点二考点一考点一中和热的测定2.计算公式:Q=cmT。其中,Q指中和反应放出的热量;m指反应混合液的质量;c指反应混合液的比热容;T指反应前后溶液温度的差值。3.装置 考点二考点一4.注意事项(1)小烧杯口与大烧杯口相平,以减少热量损失;在大、小烧杯之间填满隔热材料,提高保温隔热效果;大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板,不用铜质搅拌器,NaOH溶液一次倒入盐酸中,减少散热。(2)碱溶液稍过量,使酸充分反应。5.测定结果偏低的可能原因(1)仪器保温性能差是主要原因。(2)实验中忽略了小烧杯、温度计所吸收的热量。(3)计算中假定溶液比热容为4.18J/(g),密度为1g/cm3,实际上这是水的比热容和密度,酸碱溶液的比热容、密度均较此数大,所以使结果偏低。(4)实验中若用金属搅拌棒取代环形玻璃棒,会因金属传热快使测量值偏低。(5)倒入碱的动作慢,搅拌不均匀,未能及时观察温度上升等情况。考点二考点一典例1实验室用50mL0.50mol/L盐酸、50mL0.55mol/LNaOH溶液和如图所示装置进行测定中和热的实验,得到表中的数据:考点二考点一试回答下列问题:(1)实验时用环形玻璃棒搅拌溶液的方法是,不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃棒的理由是。(2)经数据处理,T2-T1=3.4,则该实验测得的中和热H=盐酸和NaOH溶液的密度按1g/cm3计算,反应后混合溶液的比热容(c)按4.18J/(g)计算。(3)若将NaOH溶液改为相同体积、相同浓度的氨水,测得中和热为H1,则H1与H的关系为H1H(填“”或“=”),理由是。考点二考点一考点二考点一【易错警示】中和热测定的要点(1)保证量热器装置保温隔热的效果。(2)盐酸和NaOH溶液浓度的配制须准确,且NaOH溶液的浓度须稍大于盐酸的浓度。为使测得的中和热更准确,HCl和NaOH溶液的浓度宜小不宜大。(3)不宜用弱酸、弱碱代替强酸、强碱来测定中和热,否则会因中和过程中电离吸热,使测得的中和热数值偏低。(4)实验操作时动作要快,以减少热量的散失。(5)实验过程要至少重复两次,取测量所得数据的平均值作为计算依据,使中和热测定结果尽量准确。考点二考点一测定中和热时,导致测定结果偏低的原因不可能是(B)A.实验装置保温、隔热效果差B.量取NaOH溶液的体积时仰视读数C.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中D.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度【解析】仰视读数导致量取的氢氧化钠溶液的体积偏多,对中和热的测定结果没有影响或导致中和热偏高,B项符合题意。考点二考点一测定中和热时,导致测定结果偏低的原因不可能是(B)A.实验装置保温、隔热效果差B.量取NaOH溶液的体积时仰视读数C.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中D.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度【解析】仰视读数导致量取的氢氧化钠溶液的体积偏多,对中和热的测定结果没有影响或导致中和热偏高,B项符合题意。考点二考点一考点二热化学方程式的正误判断“五看”判断热化学方程式的正误1.“一看”计量系数:看热化学方程式是否配平,看指定物质的系数是否为1,看表示燃烧热的反应中可燃物的系数是否为1。2.“二看”物质的聚集状态:热化学反应方程式必须标示各物质的聚集状态,常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。需看清是否标示及标示是否正确,如表示燃烧热的热化学方程式中反应生成的水必须标注为(l),即液态。热化学方程式不同于普通化学方程式,可以不标注“”“”及“点燃”“加热”等。3.“三看”H的符号:放热为“-”,吸热为“+”。4.“四看”反应热的单位:单位为kJmol-1,不为kJ。5.“五看”反应热的数值:反应热的数值必须与化学计量数相对应。当计量系数为分数或加倍时,与之对应的H也相应发生变化。考点二考点一典例2下列热化学方程式正确的是(注:H的绝对值均正确)()【解题思路】燃烧热是在一定条件下,1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,题给反应中水应该是液态,A项不正确;中和热是在一定条件下,稀溶液中,强酸和强碱反应生成1 mol水时所放出的热量,B项不正确;D项,没有注明物质的聚集状态,不正确。【参考答案】C考点二考点一【概念辨析】燃烧热、中和热、反应热(1)燃烧热、中和热都属于反应热,都可用焓变表示,单位均为kJ/mol。(2)燃烧热强调可燃物为1 mol,产物是稳定化合物,如生成的水必须为液态,碳元素转化为CO2,硫元素转化为SO2。(3)中和热强调中和反应中生成的水为1 mol。考点二考点一【解析】A项,燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物所放出的热量,错误;B项,硫酸、氢氧化钾、硫酸钾都是溶液,热化学方程式中应标注(aq),而不是(l),错误;C项,燃烧反应为放热反应,H为负,错误。【解析】本题考查的是盖斯定律的应用。根据盖斯定律可知H=3H1+H2-H3=3a+b-c,A项正确。2.(2013上海高考)将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。由此可见(B )A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B.该反应中,热能转化为产物内部的能量C.反应物的总能量高于生成物的总能量【解析】根据醋酸逐渐凝固说明该反应是吸热反应,则A、C项错误,B项正确,热化学方程式的书写要标出物质的聚集状态,D项错误。4.(1)(2015海南高考)已知丙烷的燃烧热H=-2215kJmol-1,若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水,则放出的热量约为(A)A.55kJ B.220kJC.550kJD.1108kJ(2)(2015海南高考)由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示,若生成1molN2,其H=-139kJmol-1。
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