第五节 化学反应与热能

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五节 化学反应与热能,1,3.,准确书写热化学方程式，并能进行正误判断。,1.,了解化学反应中的能量变化，吸热反应、放热反应、反应热、燃烧热、中和热及新能源的开发等概念及相关知识。,2.,掌握有关燃烧热、中和热的简单计算。,【,学习目标,】,2,课前检测,B,1,、下列说法正确的是,( )A,、物质发生反应时放出的热量来源于对反应的加热,B,、化学反应除了生成新物质外，还发生能量变化。,C,、化学反应中放出的热才是反应热,D,、化学反应总是放出热量,3,D,2,、下列说法正确的是,( ),A,、需要加热方能发生的反应一定是吸热反应,B,、放热反应在常温下一定很容易发生,C,、化学反应中放出的热量一定等于吸收的热量,D,、吸热反应在一定条件下也能发生,4,3. (04,江苏,),下列说法或表示法正确的是,:,A.,若将等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出热量多。,B.,由“,C(,石墨,)C(,金刚石,),；,H=+ 119kJ/mol”,可知，金刚石比石墨稳定 。,C.,在稀溶液中：,H,+,(aq) +OH,(aq) =H,2,O (l);,H=-57.3kJ/mol,，若将含,0.5mol,的浓硫酸与含,1mol NaOH,的溶液混合，放出的热量大于,57.3kJ,D.,在,101kPa,时，,2g H,2,完全燃烧生成液态水，放出,285.8kJ,热量，氢气燃烧的热化学方程式表示为：,2H,2,(g)+O,2,(g)=2H,2,O(l);,H=+285.8kJ/mol,C,5,4. (05,全国卷,I),已知充分燃烧,a g,乙炔气体时生成,1mol,二氧化碳气体和液态水，并放出热量,b kJ,，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是,:,A. 2C,2,H,2,(g)+5O,2,(g) = 4CO,2,(g)+2H,2,O(1);,H=,4b kJ/mol,B. C,2,H,2,(g)+ O,2,(g) = 2CO2(g)+H2O(1);,H =2b kJ/mol,C. 2C,2,H,2,(g)+5O,2,(g) = 4CO,2,(g)+2H,2,O(1);,H=,2b kJ/mol,D. 2C,2,H,2,(g)+5O,2,(g) = 4CO,2,(g)+2H,2,O(1);,H=b kJ/mol,A,6,4.,已知,CH,4,(g)+2O,2,(g) = CO,2,(g)+2H,2,O(1);,H=,Q,1,2H,2,(g)+O,2,(g) = 2H,2,O(g);,H=,Q,2,2H,2,(g)+O,2,(g) = 2H,2,O(1);,H=,Q,3,常温下，取体积比为,4:1,的甲烷和,H,2,的混合气体,112L(,标况,),，经完全燃烧后恢复到常温，则放出的热量为,:,A. 4Q,1,+0.5Q,3,B. 4Q,1,+0.5Q,2,C. 4Q,1,+Q,3,D. 4Q,1,+2Q,2,A,7,5,、已知：,101 kPa,时辛烷的燃烧热为,5518kJmol,1,，强酸与强碱在稀溶液中发生反应时的中和热为,57.3kJmol,1,，则下列热化学方程式书写正确的是,:, C,8,H,18,(1)+ O,2,(g)=8CO,2,(g)+9H,2,O(1);,H=+5518kJmol,1, C,8,H,18,(1)+ O,2,(g)=8CO,2,(g)+9H,2,O(1);,H=,5518kJmol,1,8,解析,:,本题是对燃烧热、中和热概念的考查。,燃烧热、中和热均,H 0,故错, ,应为,H,+,(aq)+OH,(aq)=H,2,O(l),；,H=,57.3kJmol,1, H,+,+OH,-,= H,2,O;,H=,57.3kJmol,1, NaOH(aq)+1/2H,2,SO,4,(aq) =1/2Na,2,SO,4,(aq)+H,2,O(1);,H=+57.3kJmol,1,A. B. C. D.,只有,D,9,1.,化学反应与能量变化,一、化学反应中的能量变化,化学反应的本质是,，在,的过程中要,能量，而在,的过程,中要,能量。所以在化学反应过程中不仅存在,变化，同时也伴随着,变化。,旧键断裂、新键形成,旧键断裂,新键形成,吸收,释放,能量,物质,10,2,、放热反应与,吸热反应,在化学反应中应满足,和,，能量不会凭空产生或消失；能量的变化只是从一种形式转变为另一种形式。,如化学能转化为,等，但在化学反应中能量的变化主要体现为,的变化。,能量守恒,质量守恒,热能、光能、电能,热能,11,放热反应：,有热量放出的化学反应。,吸热反应：,有热量吸收的化学反应。,12,当反应物的总能量低于生成物的总能量，则吸收热量。,当反应物和生成物两者能量相近，则吸、放热不明显。,当反应物的总能量高于生成物的总能量，则放出热量。,13,能量,反应过程,生成物,反应物,反应热,E,1,E,2,自由原子自由离子,能量,反应过程,生成物,反应物,反应热,E,1,E,2,自由原子自由离子,放热反应,吸热反应,E,断裂旧键,E,形成新键,3,、放热反应与,吸热反应的比较,14,1,下列说法正确的是（ ）,A,需加热方能发生的反应一定是吸热反应,B,放热反应在常温下一定很易发生,C,反应是吸热还是放热必须看反应物和生成物具有的总能量的相对大小,D,吸热反应在一定条件下也能发生,CD,练习,15,2.,已知反应,A,B,C,D,为放热反应，对该反应,的下列说法中正确的是（ ）,A. A,的能量一定高于,C,B. B,的能量一定高于,D,C. A,和,B,的总能量一定高于,C,和,D,的总能量,D.,该反应为放热反应，故不必加热就一定能发生,C,16,二、反应热与焓变,化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以热量（或换算成相应的热量）来表述，叫做,反应热,，又称为“,焓变,”。,符号：用,H,表示，单位：一般采用,kJ/mol,1,、概念,焓,(H),：是一个与内能,(U),有关的状态函数，其值无法确定。,焓变,(H),：,H = H,生成物,H,反应物,(,宏观,),，大多数反应的焓变可通过实验直接测定。,17,2,、体系与环境,被研究的物质系统称为,体系,，而体系以外的部分称为,环境,。,对化学反应而言：,若为放热反应，反应物总能量,大于,生成物总能量，反应体系对环境,释放,能量，导致体系的能量,减少，,因此规定放热反应的,H,为负；,0,。,18,3,、反应热与键能的关系：,由化学反应的本质可知，断裂旧键需要吸收能量，形成新键要释放能量，因而化学反应的热效应,H =,反应物总键能,生成物总键能（微观）。,例如：已知,H,H,键能为,436kJ,，,Cl,Cl,键能为,243kJ,，,H,Cl,键能为,431kJ,，在反应,H,2,（,g,）,+ Cl,2,（,g,）,2HCl,（,g,）的反应热为：,H = 436,kJ/mol,+243,kJ/mol,2431,kJ/mol,=,183kJ/mol,19,三、热化学方程式,1.,概念：,表明化学反应热效应的化学方程式称为热化学方程式。,2.,表示意义：热化学方程式不仅表明了化学反应中的,物质变化,，也表明了化学反应中的,能量变化,。,20,3,、热化学方程式的书写,热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，只表示物质的量的多少，它可以是整数也可以是分数。,H,只能写在化学方程式的右边，并用“；”隔开。若为放热反应,H,为“”，若为吸热反应,H,为 “”，单位一般为,kJ/mol,。,需注明反应的温度和压强,（,25,、,101kPa,可不标）。,21,反应物和产物的聚集状态不同，反应热的数值以及符号都可能不同，因此必须注明物质的聚集状态（,g,、,l,、,s,）才能完整地体现出热化学方程式的意义。注热化学方程式中不用“”和“”。,由于,H,与反应完成物质的量相关，所以反应的,H,必须与方程式中化学式前面的计量系数相对应，如果化学计量数加倍，则,H,也要相应加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。（充分体现能量变化是建立在物质变化基础之上）,22,1,、当,1mol,气态,H,2,与,1mol,气态,Cl,2,反应,生成,2mol,气态,HCl,，放出,184.6KJ,的热,量，请写出该反应的热化学方程式。,H,2,(,g,) + Cl,2,(,g,) =2HCl(,g,),H,=-184.6KJ/mol,例 题,1/2H,2,(,g,) +1/2 Cl,2,(,g,) =HCl(,g,),H,=-92.3KJ/mol,这样书写也是对的,23,1,、,5,克碳酸钙分解时吸收,8.885kJ,热量。,2,、,1molC,与适量的水蒸气反应，需吸收,131.3kJ,的热量。,练习：写出下列反应的热化学方程式,。,CaCO,3,(s),CaO (s) +,CO,2,(g);,H,=+177.7kJ,/mol,C(s) +H,2,O,(g),CO (g) +,H,2,(g);,H,=+131.3kJ,/mol,24,4,、,57,克辛烷完全燃烧放出,2759 kJ,的热量。,3,、,1.00L0.1mol/LH,2,SO,4,溶液与足量稀的氢氧化钠溶液反应放出,11.46kJ,的热量。,2NaOH (aq) +H,2,SO,4,(aq),Na,2,SO,4,(aq) +2H,2,O (l);,H,=-114.6kJ,/mol,C,8,H,18,(g)+25,/2,O,2,(g) =8CO,2,(g)+9H,2,O(1),；,H=,5518,kJ/mol,25,5,、,1g,硫粉在氧气中充分燃烧放出,9.36kJ,热量，写出硫燃烧的热化学方程式。,6,、,4g CO,在氧气中燃烧生成,CO,2,，放出,9. 6kJ,热量，写出,CO,燃烧的热化学方程式。,S(s) +O,2,(g),SO,2,(g) ,H,=-299.52kJ /mol,CO(g) +1/2O,2,(g),CO,2,(g) ,H,= - 67.2kJ /mol,26,四、燃烧热和中和热,根据反应类型和研究对象的不同，反应热可分为生成热、分解热、电离热、燃烧热、中和热、溶解热等多种类型。我们需着重掌握,燃烧热和中和热,两种类型。,（一）燃烧热,1,、概念：在,25 ,、,101kPa,时，,l mol,纯,物质完全燃烧生成,稳定的氧化物,时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。,27,【,思考,】,燃烧放出的热量与燃烧热有什么不同？, 燃烧放出的热量与物质的多少有关，燃烧的物质越多，放出的热量就越多，而燃烧热规定是,1 mol,的可燃物；, 研究燃烧放出的热量并未限定燃烧产物的形态，而研究燃烧热必须是生成稳定的氧化物。所以，不同量的同一物质完全燃烧，放出的热量可能不同，但燃烧热相等。,燃烧放出的热量,Q,与燃烧热的换算：,Q=nHc,，,n,为可燃物的物质的量；,Hc,为可燃物的燃烧热,。,28,2,、注意：,研究条件：,25 ,101 kPa,反应程度：完全燃烧，产物是,稳定的氧化物,。,燃烧物的物质的量：,1 mol,研究内容：放出的热量。（,H0,，单位,kJ/mol,）,在未有特别说明的情况下，外界压强一般指,25 ,101 kPa.,所谓完全燃烧也是完全氧化，它是指物质中的下列元素完全转变成对应的稳定物,如,: C,CO2(g),、,H,H2O,（,l,）、,S,SO2,（,g,）、,H2 S,SO2,（,g,）,29,4,、有关燃烧热的计算,例,1,：,10g,硫磺在氧气中完全燃烧生成气态,SO,2,，放出的热量能使,500gH,2,O,温度由,18,升至,62.4,，则硫磺的燃烧热为,，热化学方程式为,。（已知每克水温度每升高,1 ,所需热量为,4.18J,）,3,、研究物质燃烧热的意义,了解化学反应完成时产生热量的多少，以便更好地控制反应条件，充分利用能源。,297,kJmol,-1,S,(s),O,2,(g),SO,2,(g) H,297,kJmol,-1,30,例,2,：,0.3mol,的气态高能燃料乙硼烷（,B,2,H,6,）在氧气中燃烧，生成固态,B,2,O,3,和液态水，放出,649.5kJ,热量，其热化学方程式为,已知；,H,2,O,（,l,）,= H,2,O,（,g,）,H=,44kJ/mol,，则,11.2L,（标准状况,),乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出热量是,kJ,。,B,2,H,6,(g),3O,2,(g),B,2,O,3,(s),3H,2,O(l),；,H,2165,kJmol,-1,1016.5,31,练习：下列式子能表示相应物质的燃烧热的是,A,、,CH,4,(g)+2O,2,(g)=CO,2,(g)+2H,2,O(g);,H=-890.31kJ/mol,B,、,2C(s)+O,2,(g)=2CO(g); H=-224.0kJ/mol,C,、,C(s)+O,2,(g)=CO,2,(g) ; H=-395.0kJ/mol,D,、,C,2,H,5,OH(l)+3O,2,(g)=2CO,2,(g)+3H,2,O(l) ;,H=-1366.8kJ/mol,CD,32,（二）中和热,1,、定义：在,稀溶液,中，酸跟碱发生中和反应，生成,1mol,水,时的反应热。,强酸和强碱反应，实质都是,H,+,+OH,-,= H,2,O,，中和热都为,57.3kJ/mol,的热量（中学阶段我们只讨论强酸和强碱反应的中和热）。,2,、注意：, 条件稀溶液,（一般是指浓度均,1mol /L,）,若是浓溶液，则在中和时还要考虑溶液的稀释，此时除发生中和反应外，,稀释过程也要放出热量,，影响中和热的数值。,33, 57.3kJ/mol,是指强酸与强碱反应生成,1mol,水时的中和热。,思考,:,若是强酸跟弱碱或弱酸跟强碱发生中和反应，中和热也是,57.3kJ/mol,吗？为什么？,答：若是强酸跟弱碱或弱酸跟强碱发生中和反应，中和热将小于,57.3kJ/mol,。因为： 弱电解质反应时会不断电离，电离时要吸热； 生成的盐会水解，水解也要吸热。,34,限定的量是指生成,1mol,水，因此书写热化学方程式时，其它物质的化学计量数可用分数表示；, 中和反应都是放热反应，所以表达中和热时的,H,均为负值。如：,NaOH(aq)+1/2 H,2,SO,4,(aq),= 1/2 Na,2,SO,4,(aq),+ H,2,O(l) H,=,57.3kJ/mol,35,【,例,】,：强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应：,H,+,(aq)+OH,(aq)=H,2,O(l) H= 57.3KJ/mol,，,向,1L0.5mol/L,的,NaOH,溶液中加入下列物质：稀醋酸浓硫酸稀硝酸恰好完全反应时的热效应,H1,、,H2,、,H3,的关系正确的是,A,：,H1,H2,H3,B,：,H1,H3,H2,C,：,H3,H2, H1,D,：,H1,H3,H2,D,36,3,、有关中和热的计算,28.65,28.65,例：已知,H+(aq)+OH-(aq)=H,2,O(l),H=,57.3kJ/mol,，求下列中和反应中放出的热量。,（,1,）用,20gNaOH,配稀溶液跟足量稀盐酸反应,放出,kJ,的热量。,（,2,）用,28gKOH,配稀溶液跟足量稀硝酸反应，放出,kJ,的热量。,37,实验用品仪器 ：,大烧杯（,500ml,） 、小烧杯（,100ml,） 、温度计 、量筒（,50ml,、,2,只 ）、环形玻璃搅拌棒、 硬纸板或泡沫塑料板（有,2,孔）、泡沫塑料或碎纸条,盐酸（,0.50mol/L,）氢氧化钠溶液（,0.55mol/L,）,4.,中和热的测定,实验原理 ：通过测量中和反应前后酸碱溶液的温度，利用,Q=mC,（,t,2,t,1,）进行计算，得出中和反应放出的热量。,38,实验步骤：, 先量取,50mL 0.50 mol/L,的,HCl,，倒入小烧杯中，用温度计测量盐酸的温度（,t,1,），然后用另一支量筒量取,50mL 0.55 mol/L,的,NaOH,溶液，同时测量其温度尽量使两者温度相近。, 准备绝热装置, 将温度计和环形搅拌棒放入小烧杯中，并将,NaOH,溶液一次倒入小烧杯中，盖上硬纸板，轻轻搅拌溶液，并准确记录混合溶液的最高温度，记为（,t,2,）,39, 重复实验两次，取测量所得数据的平均值进行计算。,计算时注意：,C(H,2,O)=4.18J,（,g J,）,1,0.50mol/L,的盐酸和,0.55mol/LNaOH,的密度均记为,1.0g/mL,，由此可得计算公式为：,40,中和热的准确值是,57.3kJ/mol,实际实验结果却比,57.3kJ/mol,小，分析实际值偏小的可能原因,1.,塑料泡沫隔热效果差,2.,混合后搅拌不充分,3.,混合后过早读数,4.,混合时溶液外溅,41,燃烧热,中和热,相同点,能量变化,H,不同点,标准,含义,1mol,反应物完全燃烧时放出的热量；不同反应物，燃烧热不同。,生成,1mol,水时放出的热量；强酸与强碱的中和热都约为,57.3kJ/mol,。,放热反应,H,0,；单位：,kJ/mol,1mol,可燃物,生成,1mol,水,小结：燃烧热和中和热的区别与联系,42,五、盖斯定律,化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。即：,反应热只与物质的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与变化的途径无关。,所谓物质的状态包括温度、物质的量以及聚集状态。,43,例如，由反应物,A,转变为生成物,B,可以有两条途径：,1,、由,A,直接生成,B,，反应热为,H,1,2,、由,A,生成,C,，反应热为,H,2,；再由,C,生成,B,，反应热为,H,3,。,则：,H,1,=,H,2,+,H,3,A,B,C,H,1,H,2,H,3,44,练习：,1,、已知：,试写出白磷转化为红磷的的化学方程式,P,4,(s,、白磷,)=4P,（,s,、红磷）,;,H,29.2kJ/mol,45,2,、已知下列的热化学方程式：,C(s)+O,2,(g)=CO,2,(g) ; H=-393.5kJ/mol,，,2CO(g)+O,2,(g)=2CO,2,(g) ; H=-566.0kJ/mol,试计算,1mol,固态炭粉燃烧生成一氧化碳放出的热量，并书写热化学方程式,C(s)+1/2O,2,(g)=CO (g) H=-110.5kJ/mol,或：,2C(s)+O,2,(g)=2CO (g) H=-221kJ/mol,46,3,、,已知：,C(s) + O,2,(g) = CO,2,(g),；,H =,393.5 kJ/mol, 2CO(g) + O,2,(g) = 2CO,2,(g),；,H =,566 kJ/mol,TiO,2,(s)+2Cl,2,(g,）,= TiCl,4,(s) + O,2,(g),；,H = +141 kJ/mol,则,TiO,2,(s) + 2Cl,2,(g) + 2C(s)= TiCl,4,(s) + 2CO(g),的,H = _,。,- 80kJ/mol,47,4,、在一定条件下，,CO,和,CH,4,燃烧的热化学方程式分别为：,2CO (g)+O,2,(g)=2CO,2,(g),; ,H,=,566kJ/mol,CH,4,(g)+2O,2,(g)=CO,2,(g)+2H,2,O(l),;,H,=,890kJ/mol,由,1molCO,和,3mol CH4,组成的混合气在上述条件下充分燃烧时，释放的热量为（ ）,A,2912kJ B,2953kJ,C,3236kJ D,3867kJ,B,48,5,、已知热化学方程式,C(s)+O,2,(g)=CO,2,(g) ; H=-393.5kJ/mol,，,C(s)+1/2O,2,(g)=CO(g) ; H=-110.5kJ/mol,现有,80t,纯炭不完全燃烧，所得气体中,CO,占,3/4,体积，与,80t,纯炭完全燃烧相比较，此反应损失了多少热量？,49,6,、发射卫星用肼,N,2,H,4,为燃料和,NO,2,作氧化剂，两者反应生成,N,2,和,H,2,O(g),。已知：,N,2,(g)+2O,2,(g)=2NO,2,(g);,H,=+,67.2kJ/mol,N,2,H,4,(g)+O,2,(g)=,N,2,(g)+ 2H,2,O (g),;,H,=,534kJ/mol,那么发射卫星时，燃烧,1mol,肼放出的热量,是,kJ,。,567.6,50,7,、在同温同压下，下列各组热化学方程式中，,H,1, ,H,2,的是,(,),。,(A) 2H,2,(g)+O,2,(g),2H,2,O(g) H,1,2H,2,(g)+O,2,(g),2H,2,O(l) H,2,(B) S(g)+O,2,(g),SO,2,(g) H,1,S(s)+O,2,(g),SO,2,(g) H,2,(C) C(s)+1/2O,2,(g),CO,(g) H,1,C(s)+O,2,(g),CO,2,(g) H,2,(D) H,2,(g)+Cl,2,(g),2HCl(g) H,1,1/2H,2,(g)+1/2Cl,2,(g),HCl(g) H,2,AC,51,