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第6章 化学反应与能量转化 第1节 化学反应的热效应,一、化学反应的反应热与焓变 1.反应热和焓变 (1)反应热是化学反应中_的热量; (2)焓变是_的总焓与_的总焓之差,在恒压条件下,如果反应中物质的能量变化全部转化成热能,焓变等于反应热; (3)化学反应的反应热用一定条件下的焓变表示,符号为H,单位为_。,放出或吸收,反应产物,反应物,kJmol-1,2.吸热反应与放热反应 (1)从能量高低角度理解:,对于放热反应:反应物的总能量=_+放出的热量; 对于吸热反应:反应物的总能量=_-吸收的热量,生成物的总能量,生成物的总能量,(2)从化学键角度理解:,放热,吸热,如1 mol H2分子断裂开HH键需要吸收436 kJ的能量;1 mol Cl2分子断裂开ClCl键需要吸收243 kJ的能量,形成1 mol HCl键放出431 kJ的能量,则反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)放出的热量为_。,183 kJ,二、中和反应反应热的测定“一、一、三” 1.一种仪器量热计,测定反应前后溶液的温度,使反应充分进行、体系的温度均匀,保温作用,反应容器,2.一个原理计算公式 Q=_。 其中C表示溶液及量热计的_,T1、T2分别表示_ _。 3.三个注意事项 (1)碎泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是_,减少实验过程中的热量损失。 (2)为保证酸完全中和,采取的措施是_。 (3)为使测得的数据尽可能无误差,应采用能生成可溶性盐的稀强酸与稀强碱。,-C(T2-T1),热容,反应前和反,应后体系的温度,保温隔热,碱稍过量,三、热化学方程式 1.热化学方程式 表示_和_的关系的化学方程式。 2.意义 热化学方程式不仅能够表明化学反应中的物质变化,也能表明 化学反应中的_变化。 如2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=-571.6 kJmol-1: 表示在25、101 kPa条件下,_ _。,参加反应物质的量,反应热,2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全,反应生成2 mol H2O(l)时释放571.6 kJ的能量,能量,四、盖斯定律 1.内容 不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应焓变是_。 2.应用 化学反应的反应热只与始态和终态有关,而与反应途径无关,利 用盖斯定律可以间接计算某些反应的反应热。 如:由反应物A生成产物B可以设计如下两条途径: 则H、H1、H2的关系可以表示为_。,一样的,H=H1+H2,五、能源,不可,可再,生,【思考辨析】 1.伴随着能量变化的物质变化都是化学变化。( ) 【分析】如物质在三态变化中涉及能量变化,但是不属于化学变化。 2.热化学方程式中,物质的化学计量数只代表物质的量,不代表分子个数。( ) 【分析】表示化学反应的焓变时,反应物是以摩尔为单位进行计算的,而不是以分子个数,所以热化学方程式中各物质的化学计量数只能代表物质的量,不能代表物质的分子个数。,3.同温同压下,H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的H不同。( ) 【分析】化学反应的焓变是反应物的总能量与生成物的总能量的差值,温度和压强相同时,与其他反应条件无关。同温同压下,H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的反应条件不会影响H的值。 4.在稀溶液中:H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) H=-57.3 kJmol-1,若将含0.5 mol H2SO4的浓硫酸与含 1 mol NaOH的溶液混合,放出的热量大于57.3 kJ。( ) 【分析】因为浓硫酸在稀释时还要放出一部分热量。,5.化学变化中的能量变化都是化学能和热能间的相互转化。 ( ) 【分析】化学反应中的能量变化也有化学能与光能或电能间的相互转化。 6.若已知相同条件下反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H1,反应2SO2(s)+O2(g) 2SO3(g) H2,则H1H2。( ) 【分析】SO2和O2反应生成SO3的反应是放热反应,焓变为负值,气态SO2反应时比固态SO2放出的热量多,H小,H1H2。,考点 1 热化学方程式的书写与正误判断,1.书写热化学方程式的“五步”,2.判断热化学方程式正误的“五审”,【高考警示】 在热化学方程式的书写和判断正误时,常见失误点有: (1)忽视H的正负。 (2)忽视H的数值与化学计量数有关。化学计量数发生变化时,H的数值要相应变化。 (3)忽视物质的状态不同H的数值也不同。,【典例1】(2013宁德模拟)下列有关热化学方程式的叙述正确的 是( ) A.2 g H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ的热量,该反应的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=+285.8 kJmol-1 B.已知C(石墨,s)=C(金刚石,s) H0,则金刚石不如石墨稳定 C.已知中和热为H=-57.4 kJmol-1,则稀醋酸和稀NaOH溶液反应的热化学方程式为: CH3COOH(aq)+NaOH(aq)=CH3COONa(aq)+H2O(l) H=-57.4 kJmol-1 D.已知2C(s)+2O2(g)=2CO2(g) H1; 2C(s)+O2(g)=2CO(g) H2,则H1H2,【解题指南】解答本题应该注意下面3点: (1)燃烧热需注意可燃物为1 mol,产物中H2O为液态。 (2)弱酸或弱碱电离过程中吸热,中和热数值减小。 (3)等量可燃物完全燃烧放出的热量大于不完全燃烧放出的热量。,【解析】选B。2 g H2为1 mol,而方程式中是2 mol H2反应,反应热数值不对,H2燃烧是放热反应,H应为负值,符号不对,A错;能量越低越稳定,金刚石能量比石墨高,故石墨稳定,B对;醋酸电离吸热,反应放出的热量值小于57.4,C错;C完全燃烧放出的热量大于不完全燃烧放出的热量,但是H为负值,故H1H2,D错。,【变式训练】已知:101 kPa时1 mol辛烷燃烧生成液态水时放出热量为5 518 kJ;强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1 mol H2O时放出的热量为57.3 kJ,则下列热化学方程式的书写正确的是( ) 2C8H18(l)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g) H=-11 036 kJmol-1 2C8H18(l)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(l) H=-11 036 kJmol-1 H+OH-=H2O H=-57.3 kJmol-1 2NaOH(aq)+H2SO4(aq)=Na2SO4(aq)+2H2O(l) H=-114.6 kJmol-1 A. B. C. D.只有,【解析】选C。判断热化学方程式的书写时,要注意状态、H单位、符号以及数值是否与前面的化学计量数相对应。错在水的状态,应为液态;错在没有标出是在水溶液中的反应,正确的为H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) H=-57.3 kJmol-1。,考点 2 反应焓变的计算,1.利用热化学方程式进行有关计算 根据已知的热化学方程式和已知的反应物或生成物的物质的量或反应吸收或放出的热量,可以把反应热当作“产物”,计算反应放出或吸收的热量。 2.根据计算书写热化学方程式 根据一定量的反应物或生成物的量计算出反应放出或吸收的热量,换算成1mol反应物或生成物的热效应,书写热化学方程式。,3.根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差进行计算 如H2与Cl2燃烧生成HCl的反应,H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g),断裂旧键吸收的总能量为679 kJmol-1,新键形成过程中释放的总能量为862 kJmol-1,故该反应的反应热H=679 kJmol-1 -862 kJmol-1=-183 kJmol-1。 4.利用盖斯定律计算 参照目标热化学方程式,结合原热化学方程式进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的H与原热化学方程式的H之间的换算关系。,如已知下列反应的反应热: CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) H=-870.3 kJmol-1 C(s)+O2(g)=CO2(g) H=-393.5 kJmol-1 H2(g)+ O2(g)=H2O(l) H=-285.8 kJmol-1, 2+2-得反应2C(s)+2H2(g)+O2(g)=CH3COOH(l)的H=-488.3 kJmol-1。,5.根据热化学方程式计算 反应热与化学方程式反应物分子式的化学计量数成正比。可依据热化学方程式计算一定量物质完全反应时热量的变化。,【高考警示】 在进行有关反应热的计算时常见失误点有: (1)根据已知的热化学方程式进行计算时,要清楚已知热化学方程式的化学计量数表示的物质的量与已知物质的量之间的比例关系,然后进行计算。 (2)根据化学键断裂和形成过程中的能量变化计算反应热时,须注意断键和成键的总数,必须是断键和成键时吸收或放出的总能量。 (3)当热化学方程式乘、除某一个数时,H也应乘、除某一个相同的数;方程式间进行加减运算时,H也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把H看作一个整体进行运算。,【典例2】 (2014南平模拟)科学家已获得 了极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四 面体(如图所示),与白磷分子相似。气态时, 已知断裂1 mol NN键吸收193 kJ热量,断裂1 mol NN键吸收941 kJ热量,则 ( ) A.N4与N2互称为同位素 B.1 mol N4气体转化为N2时要吸收748 kJ能量 C.N4是N2的同系物 D.1 mol N4气体转化为N2时要放出724 kJ能量,【解题指南】解答本题要注意以下两点: (1)注意N4的分子结构,1个分子中含有6个氮氮单键。 (2)注意反应热必须是断键或成键时对应的总能量。,【解析】选D。由题意知,N4和N2是氮元素的两种不同单质,二者互 为同素异形体,A、C错;由化学键及N4的结构知,N4分子转化为N2 时,1 mol N4断裂6 mol NN键,故H=1936 kJmol-1-941 2 kJmol-1=-724 kJmol-1。故1 mol N4气体转化为N2时要放出 724 kJ能量,故B项错,D项正确。,【变式训练】已知H2(g)+Br2(l)=2HBr(g) H=-72 kJmol-1,蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为 30 kJ,其他数据如下表,则表中a为( ),A.404 B.260 C.230 D.200,【解析】选D。1 mol H2(g)与1 mol Br2(g)完全反应生成 2 mol HBr(g)的H1=-(3692-436-a)=-(302-a)kJmol-1,则H=H2+H1, 即-72 kJmol-1=+30 kJmol-1+ -(302-a)kJmol-1=30 kJmol-1-302 kJmol-1+ akJmol-1,则a=200。,【典例3】(2013渭南模拟)(1)由磷灰石主要成分Ca5(PO4)3F在高温下制备黄磷(P4)的热化学方程式为: 4Ca5(PO4)3F(s)+21SiO2(s)+30C(s)= 3P4(g)+20CaSiO3(s)+30CO(g)+SiF4(g) H,已知相同条件下: 4Ca5(PO4)3F(s)+3SiO2(s)= 6Ca3(PO4)2(s)+2CaSiO3(s)+SiF4(g) H1 2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)= P4(g)+6CaO(s)+10CO(g) H2 SiO2(s)+CaO(s)=CaSiO3(s) H3 则H= (用H1、H2和H3表示)。,(2)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知: Cu(s)+2H+(aq)=Cu2+(aq)+H2(g) H1=+64.39 kJmol-1 2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g) H2=-196.46 kJmol-1 H2(g)+ O2(g)=H2O(l) H3=-285.84 kJmol-1 在H2SO4溶液中,Cu与H2O2反应生成Cu2+和H2O的热化学方程式为 _。,【解题指南】解答本题时,应注意盖斯定律在运用过程中的3个要点: (1)当反应式乘以或除以某数时,H也应乘以或除以某数。 (2)反应式进行加减运算时,H也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号。 (3)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。,【解析】(1)根据盖斯定律知H=H1+3H2+18H3。 (2)由热化学方程式+ +得: Cu(s)+2H+(aq)+H2O2(l)=Cu2+(aq)+2H2O(l) H=H1+ H2+H3 =+64.39 kJmol-1+ (-196.46 kJmol-1)+ (-285.84 kJmol-1)=-319.68 kJmol-1。 答案:(1)H1+3H2+18H3 (2)Cu(s)+H2O2(l)+2H+(aq)=Cu2+(aq)+2H2O(l) H=-319.68 kJmol-1,【变式训练】(2014泉州模拟)已知反应: H2(g)+ O2(g)=H2O(g) H1 N2(g)+O2(g)=NO2(g) H2 N2(g)+ H2(g)=NH3(g) H3 则反应2NH3(g)+ O2(g)=2NO2(g)+3H2O(g)的H等于( ) A.2H1+2H2-2H3 B.H1+H2-H3 C.3H1+2H2+2H3 D.3H1+2H2-2H3,【解析】选D。根据目标反应2NH3(g)+ O2(g)=2NO2(g)+ 3H2O(g)可知,由题给三个反应3+2-2即得上述反 应,故目标反应的H=3H1+2H2-2H3。,【备选考点】化学反应放出或吸收热量大小的比较 (1)同一反应生成物状态不同时: A(g)+B(g)=C(g) H1|H1|。,(2)同一反应反应物状态不同时: S(g)+O2(g)=SO2(g) H10 S(s)+O2(g)=SO2(g) H20,H3+H2=H1,所以|H1|H2|。,(3)两个有联系的不同反应: C(s)+O2(g)=CO2(g) H10 C(s)+1/2O2(g)=CO(g) H20,H3+H2=H1,所以|H1|H2|。,【高考警示】 (1)在比较两个反应的反应热大小时,可以采用作图法把反应物和生成物能量的相对高低表示出来,使结果一目了然,不易出错。 (2)要注意比较的是放出热量的多少,还是反应热(H)的大小,当为放热反应时,二者比较结果恰好相反。,【典例1】有以下四个热化学方程式 H2(g)+ O2(g)=H2O(g) H1=akJmol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H2=bkJmol-1 H2(g)+ O2(g)=H2O(l) H3=ckJmol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H4=dkJmol-1 下列关系式中正确的是( ) A.ad0 C.2a=b0,【解析】选C。H2在O2中燃烧为放热反应,所以a、b、c、d都小于0,B、D均不正确;比较两个方程式可知,2a=bc,故A错。,【典例2】下列各组热化学方程式中,化学反应的H前者大于后者的是( ) C(s)+O2(g)=CO2(g) H1 C(s)+ O2(g)=CO(g) H2 S(s)+O2(g)=SO2(g) H3 S(g)+O2(g)=SO2(g) H4 H2(g)+ O2(g)=H2O(l) H5 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H6 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) H7 CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s) H8 A. B. C. D.,【解析】选C。中,H均为负值,H1H4;由于反应式中的计量数不同,由于反应放 热,H H6;中前一反应H0,后一反应HH8, 故均符合题意。,
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