高一化学 1.5 化学反应与能量课件.ppt

第一讲基本概念 基本理论第五课时化学反应与能量 知识精讲 考点一 反应热与热化学方程式1 反应热 1 定义 化学反应中放出或吸收的热量 2 焓变 在恒压条件下化学反应的热效应 符号为 H 单位为kJ mol kJ mol 1 放热反应的 H0 3 常见放热反应 可燃物的燃烧 酸碱中和反应 大多数化合反应 金属跟酸的置换反应 物质的缓慢氧化 知识精讲 4 常见吸热反应 大多数分解反应 盐的水解和弱电解质的电离 Ba OH 2 8H2O与NH4Cl反应 碳和水蒸气 C和CO2的反应 2 燃烧热 1 定义 在101kPa时 1mol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 2 单位 kJ mol或 kJ mol 1 知识精讲 3 意义 C的燃烧热为393 5kJ mol 表示在250C101kPa条件下 1molC完全燃烧生成CO2 g 放出393 5kJ的热量 4 用热化学方程式表示为 C s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 5 物质燃烧一定放热 故物质燃烧的 H一定为负值 3 中和热 1 概念 在稀溶液中 酸跟碱发生中和反应而生成1molH2O 这时的反应热叫中和热 2 中和热的表示 H aq OH aq H2O l H 57 3kJ mol 知识精讲 理解中和热时注意 稀溶液是指溶于大量水的离子 中和热不包括离子在水溶液中的生成热 电解质电离的吸热所伴随的热效应 中和反应的实质是H 和OH 化合生成H2O 若反应过程中有其他物质生成 这部分反应热也不在中和热内 4 中和热的测定 1 实验用品 大烧杯 500mL 小烧杯 100mL 温度计 两个量筒 50mL 泡沫塑料或纸条 泡沫塑料板或硬纸板 中心有两个小孔 环形玻璃搅拌棒 知识精讲 2 测量方法与步骤 测量原理 H n m酸 m碱 c t终 t始 操作步骤a 量取50mL0 50mol L的盐酸 倒入小烧杯中 测定其温度 记作t HCl 然后将温度计上的酸用水冲洗干净 洗液不倒入小烧杯 知识精讲 b 用另一个量筒最取50mL0 55mol LNaOH溶液 测定其温度 记作t NaOH 然后将温度计上的碱用水冲洗干净 c 先将温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯中 然后把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯中 注意不要洒到外面 用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液并准确读取混合溶液的最高温度 记作t终 d 重复上述实验两次 取测量所得数据的平均值作为计算数据 5 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 知识精讲 2 意义 表明化学反应中的物质变化和能量变化 如H2 g O2 g H2O g H 241 8kJ mol 1表示的意义 在25 101kPa条件下 1molH2 g 与0 5molO2 g 发生反应生成1molH2O g 时放出241 8kJ的热量 3 书写 H只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边 并用 隔开 放热反应 H为0 H的单位一般为kJ mol 注意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 并不表示物质的个数 因此化学计量数可以是整数 也可以是分数 知识精讲 反应物和产物的聚集状态不同 反应热数值以及符号都可能不同 因此 必须注明物质的聚集状态 s l g 才能完整地体现出热化学方程式的意义 热化学方程式中不用 和 且一般不写反应条件 由于 H与反应完成物质的量有关 所以方程式中化学式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 当反应向逆向进行时 其反应热与正反应的反应热数值相等 符号相反 如 相同条件 温度 压强 下 相同物质的化学反应 互逆反应 不一定是可逆反应 正向进行的反应和逆向进行的反应 其反应热 H数值相等 符号相反 方法精讲 1 使用燃烧热的概念时要理解下列要点 1 规定是在101kPa压强下测出热量 书中提供的燃烧热数据都是在101kPa下测定出来的 因为压强不同 反应热有所不同 2 规定可燃物的物质的量为1mol 因此 表示可燃物的燃烧热的热化学方程式中 可燃物的化学计量数为1 其他物质的化学计量数常出现分数 例如 C8H18的燃烧热为5518kJ mol 1 用热化学方程式表示则为C8H18 l O2 g 8CO2 g 9H2O l H 5518kJ mol 1 3 规定生成物为稳定的氧化物 例如C CO2 H H2O l S SO2等 C s O2 g CO g H 110 5kJ mol 1C s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 1C的燃烧热为393 5kJ mol 1 而不是110 5kJ mol 1 方法精讲 4 叙述燃烧热时 用正值 在热化学方程式中用 H表示时取负值 例如 CH4的燃烧热为890 3kJ mol 1 而 H 890 3kJ mol 1且必须以1mol可燃物燃烧为标准 2 从能量和键能角度再认识反应热 1 根据能量守恒 反应的 H 生成物的能量之和 反应物的能量之和 当反应物的能量之和大于生成物的能量之和 化学反应放热 H0 方法精讲 2 化学反应中存在旧键断裂和新键形成的过程 且旧键断裂吸收热量 新键形成过程中放出热量 化学反应的能量变化取决于吸收和放出热量的多少 当吸收热量大于放出的热量时反应吸热 当放出的热量大于吸收的热量时 反应放热 且反应的 H 反应物的键能之和 生成物的键能之和 3 热化学方程式正误的判断 1 看方程式是否配平 2 看各物质的聚集状态是否正确 3 看 H的 符号是否正确 4 看反应热的单位是否为kJ mol 1 5 看反应热的数值与化学计量数是否对应 方法精讲 典例精讲 例1 下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是 A 生成物能量一定低于反应物总能量B 放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率C 应用盖斯定律 可计算某些难以直接测量的反应焓变D 同温同压下 H2 g Cl2 g 2HCl g 在光照和点燃条件下的 H不同 答案 C 解析 生成物的总能量低于反应总能量的反应 是放热反应 若是吸热反应则相反 故A错 反应速率与反应是吸热还是放热没有必然的联系 故B错 C是盖斯定律的重要应用 正确 根据 H 生成物的焓 反应物的焓可知 焓变与反应条件无关 故D错 典例精讲 例2 下列热化学方程式书写正确的是 H的绝对值均正确 A S s O2 g SO3 g H 315kJ mol 1 燃烧热 B NaOH aq HCl aq NaCl aq H2O l H 57 3kJ mol 1 中和热 C C2H5OH 3O2 2CO2 3H2O H 1368 8kJ mol 1 反应热 D 2H2O g 2H2 g O2 g H 483 6kJ mol 1 反应热 答案 B 解析 选项A中根据燃烧热的定义可知产物应是SO2 选项C中热化学方程式没有标明各物质的聚集状态 选项D中 H应为正值 例3 下列关于热化学反应的描述中正确的是 A 已知H aq OH aq H2O l H 57 3kJ mol 1 则H2SO4和Ba OH 2反应的反应热 H 2 57 3 kJ mol 1B 燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH g O2 g CO2 g 2H2 g H 192 9kJ mol 1 则CH3OH g 的燃烧热为192 9kJ mol 1C H2 g 的燃烧热是285 8kJ mol 1 则2H2O g 2H2 g O2 g H 571 6kJ mol 1D 葡萄糖燃烧热是2800kJ mol 1 则C6H12O6 s 3O2 g 3CO2 g 3H2O l H 1400kJ mol 1 典例精讲 答案 D 解析 本题考查热化学方程式的有关知识 关键在于明确有关反应热的各种概念及热化学方程式的书写方法及正误判断 H2SO4和Ba OH 2反应时还生成BaSO4沉淀 故反应热还应包括BaSO4沉淀的生成热 A错 甲醇蒸气的燃烧热是1molCH3OH g 完全燃烧生成液态水和二氧化碳所放出的热量 B错 燃烧热的定义是1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物所放出的热量 C错 葡萄糖的燃烧热是2800kJ mol 1 故C6H12O6 s 3O2 g 3CO2 g 3H2O l H 1400kJ mol 1 D正确 典例精讲 考题精练 1 在25 1 01 105Pa下 将22gCO2通入到750mL1 0mol L的NaOH溶液中充分反应 放出xkJ热量 已知该条件下 1molCO2通入到2L1 0mol LNaOH溶液中充分反应 放出ykJ的热量 则CO2与NaOH溶液反应生成NaHCO3的热化学方程式正确为 A CO2 g NaOH aq NaHCO3 aq H 2y x kJ molB CO2 g NaOH aq NaHCO3 aq H 4x y kJ molC CO2 g NaOH aq NaHCO3 aq H 2x y kJ molD CO2 g NaOH aq 2NaHCO3 aq H 8x 2y kJ mol 考题精练 考点 B 解析 试题分析 根据题意 22gCO2通入1mol LNaOH溶液750mL中充分反应 n CO2 22g 44g mol 0 5mol n NaOH 1mol L 0 75L 0 75mol 该反应既生成碳酸钠又生成碳酸氢钠 方程式为2CO2 3NaOH NaHCO3 Na2CO3 H2O 由0 5molCO2反应放出热量为xkJ 则2molCO2反应放出热量为4xkJ 即热化学反应方程式为2CO2 g 3NaOH aq NaHCO3 aq Na2CO3 aq H2O l H 4xkJ mol 又1molCO2通入1mol LNaOH溶液2L中充分反应放出ykJ的热量 则热化学方程式为2NaOH aq CO2 g Na2CO3 aq H2O l H ykJ mol 由盖斯定律可知 可得 NaOH aq CO2 g NaHCO3 aq H 4x y kJ mol 答案选B 2 下列有关热化学方程式的叙述正确的是 A 已知2H2 g O2 g 2H2O g H 483 6kJ mol 1 则氢气的燃烧热为241 8kJ mol 1B 已知C 石墨 s C 金刚石 s H 1 9kJ mol 1 则金刚石比石墨稳定C 含0 5molNaOH的稀溶液与稀醋酸完全中和 放出26 7kJ的热量 则表示该反应中和热的热化学方程式为 OH aq H aq H2O l H 53 4kJ mol 1D 已知2H2S g O2 g 2S g 2H2O l H1 2H2S g 3O2 g 2SO2 g 2H2O l H2 则 H1 H2 考题精练 考题精练 答案 D 解析 A 燃烧热是在一定条件下 1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量 氢气的稳定产物是液态水 A错误 B 已知C 石墨 s C 金刚石 s H 1 9kJ mol 1 这说明金刚石的能量高于石墨 能量越低越稳定 则石墨比金刚石比稳定 B错误 C 醋酸是弱电解质 存在电离平衡 电离吸热 则中和热的实际数值大于53 4 C错误 D 硫化氢完全燃烧放热多 放热越多 H越小 则 H1 H2 D正确 答案选D 考题精练 3 已知 某温度下 合成氨工业合成塔中每产生2molNH3 放出92 2kJ热量 下列相关叙述正确的是 A 加入高效催化剂可提高氨气的产率B 断裂1molN H键吸收的能量约等于391kJC 该工业合成氨的热化学方程式为N2 g 3H2 g 2NH3 g H 92 2kJD 该温度下合成塔中放入2molN2和6molH2 达平衡后放出的热量为184 4kJ 考题精练 答案 B 解析 试题分析 催化剂只能加快化学反应速率 不能使化学平衡移动 A项错误 H E 反应物键能之和 E 生成物键能之和 即 92 2kJ mol 1 945 8kJ mol 1 436kJ mol 1 3 6E N H 解得E N H 391kJ mol 1 B项正确 C项中热化学反应方程式中 H的单位错误 由于反应是可逆的 不能反应彻底 2molN2和6molH2达平衡后放出的热量小于184 4kJ D项错误 知识精讲 考点二 反应热的相关计算盖斯定律1 盖斯定律 1 盖斯定律的提出1840年 瑞士化学家盖斯 G H Hess 1802 1850 通过大量实验证明 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和终态有关 而与反应的途径无关 2 盖斯定律的应用盖斯定律的应用价值在于可以根据已准确测定的反应热来求知实验难测或根本无法测定的反应热 它在热化学方程式中的主要应用在于求未知反应的反应热 物质蒸发时所需能量的计算 不完全燃烧时损失热量的计算 2 化学反应热的计算 1 根据盖斯定律进行计算 知识精讲 利用关系图找出反应热之间的关系 找起点和终点 起点是A 终点是C 找途径 一个是A B C 一个是A C 列式 H3 H1 H2 2 根据键能进行计算化学反应中最主要的变化是旧化学键发生断裂和新化学键的形成 化学反应中能量的变化也主要决定于这两个方面吸热与放热 可以通过键能计算 H 反应热 反应物的键能总和 生成物键能总和 知识精讲 方法精讲 1 利用盖斯定律进行 H计算时的注意事项应用盖斯定律进行简单计算时 关键在于设计反应过程 同时注意 1 参照新的热化学方程式 目标热化学方程式 结合原热化学方程式 一般2 3个 进行合理 变形 如热化学方程式颠倒 乘除以某一个数 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与原热化学方程式之间 H的换算关系 2 当热化学方程式乘 除以某一个数时 H也应相应地乘 除以某一个数 方程式进行加减运算时 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 3 将一个热化学方程式颠倒书写时 H的符号也随之改变 但数值不变 2 根据键能计算方法的理解为方便记忆 可作如下理解 断裂旧化学键需吸热 用 号表示 形成新化学键则放热 用 号表示 化学反应的热效应等于反应物和生成物键能的代数和 即 H 反应物的键能总和 生成物键能总和 方法精讲 典例精讲 例1 已知下列反应的热化学方程式6C s 5H2 g 3N2 g 9O2 g 2C3H5 ONO2 3 l H12H2 g O2 g 2H2O g H2C s O2 g CO2 g H3H2O g H2O l H4则反应4C3H5 ONO2 3 l 12CO2 g 10H2O l O2 g 6N2 g 的 H为 A 12 H3 5 H2 2 H1 10 H4B 2 H1 5 H2 12 H3 10 H4C 12 H3 5 H2 2 H1 10 H4D H1 5 H2 12 H3 10 H4 典例精讲 答案 A 解析 根据盖斯定律 将所给热化学方程式中的C s H2O g H2 g 消去 2C3H5 ONO2 3 l 5H2 g 3N2 g 3O2 g 6CO2 g H 6 H3 H1 2H2 g O2 g 2H2O l H H2 2 H4 所以4C3H5 ONO2 3 l 12CO2 g 10H2O l O2 g 6N2 g 的 H为12 H3 5 H2 2 H1 10 H4 答案选A 典例精讲 例2 2015新课标 卷理综化学 甲醇是重要的化工原料 又可称为燃料 利用合成气 主要成分为CO CO2和H2 在催化剂的作用下合成甲醇 发生的主反应如下 CO g 2H2 g CH3OH g H1 CO2 g 3H2 g CH3OH g H2O g H2 CO2 g H2 g CO g H2O g H3回答下列问题 典例精讲 已知反应 中的相关的化学键键能数据如下 由此计算 H1 kJ mol 1 已知 H2 58kJ mol 1 则 H3 kJ mol 1 典例精讲 答案 99 41 解析 反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值 则根据表中数据和反应的化学方程式CO g 2H2 g CH3OH g 可知反应热 H1 1076kJ mol 2 436kJ mol 3 413kJ mol 343kJ mol 465kJ mol 99kJ mol 1 根据盖斯定律可知 即可得到反应 则 H3 58kJ mol 99kJ mol 41kJ mol 1 考题精练 1 已知 2H2 g O2 g 2H2O g H1 3H2 g Fe2O3 s 2Fe s 3H2O g H2 2Fe s 3 2O2 g Fe2O3 s H3 2Al s 3 2O2 g Al2O3 s H4 2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s H5下列关于上述反应焓变的判断正确的是 A H1 0 H3 0B H5 0 H4 H3C H1 H2 H3D H3 H4 H5 典例精讲 答案 B 解析 A 反应2Fe s 3 2O2 g Fe2O3 s 为放热反应 H3 0 错误 B 反应2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s 为放热反应 H5 0 铝比铁活泼 具有的能量高 等量的铝与氧气反应放出的热量比等量的铁多 H4 H3 正确 C 根据盖斯定律 2 3 H1 H2 H3 2 3 错误 根据盖斯定律 H3 H4 H5 错误 2 已知 P4 s 6Cl2 g 4PCl3 g H akJ mol 1P4 s 10Cl2 g 4PCl5 g H bkJ mol 1P4具有正四面体结构 PCl5中P Cl键的键能为ckJ mol 1 PCl3中P Cl键的键能为1 2ckJ mol 1下列叙述正确的是 A P P键的键能大于P Cl键的键能B 可求Cl2 g PCl3 g PCl5 s 的反应热 HC Cl Cl键的键能kJ mol 1D P P键的键能为kJ mol 1 考题精练 典例精讲 答案 C 解析 不同物质中P Cl的键能不同 无法与P P的键能比较 故A项错误 B项中PCl5的状态为固态 与已知反应状态不同 无法求算 故B项错误 式减去 式 消去了P4 可得4Cl2 g 4PCl3 g 4PCl5 g H b a kJ mol 1 把键能带入 H的表达式可得 4E Cl Cl 4 3 1 2kJ mol 1 4 5CkJ mol 1 b a kJ mol 1 得出E Cl Cl b a 5 6c 4kJ mol 1 故C项正确 式 5减去 式 3 消去了Cl2 可得2P4 g 12PCl5 g 20PCl3 g H 5a 3b kJ mol 1 把键能带入 H的表达式可得 2 6E P P 12 5ckJ mol 1 20 3 1 2c 5a 3b kJ mol 1 得出E P P 5a 3b 12c 12kJ mol 1 故D项错误