北京专用2019版高考化学一轮复习第17讲化学能与热能课件.ppt

第17讲化学能与热能 一 化学反应中能量变化的有关概念及计算1 反应热 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 2 符号 H 3 常用单位 kJ mol或kJ mol 1 4 测量 可用量热计测量 5 表示方法吸热反应 H 0 放热反应 H 0 教材研读 6 产生原因化学反应过程中旧键断裂吸收的能量与新键形成放出的能量不相等 故化学反应均伴随着能量变化 2 燃烧热和中和热 1 燃烧热 101kPa时 1mol 纯物质完全燃烧生成 稳定的氧化物时所放出的热量 名师点睛a 燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的 因此在书写表示燃烧热的热化学方程式时 以燃烧1mol物质为标准来确定其余物质的化学计量数 b 燃烧产物必须是稳定的氧化物 如CCO2 H2H2O l 等 2 中和热 在 稀溶液中 酸和碱发生中和反应生成 1mol水时的反应热 名师点睛 1 强酸和强碱的稀溶液发生反应 其中和热是相等的 都约是57 3kJ mol 1 H aq OH aq H2O l H 57 3kJ mol 1 2 强酸和弱碱或弱酸和强碱的稀溶液发生反应 中和热一般小于57 3kJ mol 1 因为弱电解质的电离是吸热的 3 中和反应的实质是H 和OH 结合生成H2O 若反应过程中有其他物质生成 如生成不溶性物质 难电离物质等 这部分反应热不在中和热之内 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 可燃物与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 3 燃料的燃烧 1 化石燃料主要包括煤 石油 天然气等 4 放热反应和吸热反应 特别提示 1 化学反应表现为吸热或放热与反应开始是否需要加热无关 需要加热的反应不一定是吸热反应 如C O2CO2为放热反应 不需要加热的反应也不一定是放热反应 如Ba OH 2 8H2O和NH4Cl的反应为吸热反应 2 吸热反应和放热反应均为化学反应 浓硫酸的稀释 NaOH固体溶于水放热 NH4NO3固体溶于水吸热 但它们不属于化学反应 因此不属于吸热反应或放热反应 自测1判断正误 正确的划 错误的划 1 物质发生化学变化时都伴有能量的变化 2 化学变化中的能量变化都是化学能和热能间的相互转化 3 伴有能量变化的物质变化都是化学变化 4 水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热 5 NH4NO3固体溶于水时吸热 属于吸热反应 6 放热反应不需要加热就能发生 吸热反应不加热就不能发生 7 甲烷的燃烧热 H 890 3kJ mol 则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O g H 890 3kJ mol 8 在稀溶液中 H aq OH aq H2O l H 57 3kJ mol 若将含0 5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合 放出的热量大于57 3kJ 二 热化学方程式1 定义表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式 2 表示意义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 例如 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 表示25 101kPa时 2molH2 g 和1molO2 g 完全反应生成2molH2O l 放出571 6kJ的热量 3 书写要求 1 注明反应的 温度和 压强 25 101kPa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 水溶液 aq 3 热化学方程式的化学计量数只表示物质的 物质的量 而不代表 分子或原子个数 因此可以写成分数 自测2 1 怎样理解可逆反应中的反应热 2 已知2SO2 g O2 g 2SO3 g H 196 64kJ mol 1 向一固定容积的密闭容器中通入2molSO2 1molO2 达到平衡时放出的热量为Q1kJ 在同样条件下 向该容器中通入2molSO3 达到平衡时 吸收的热量为Q2kJ 则Q1和Q2的关系为 答案 1 无论化学反应是否可逆 热化学方程式中的反应热 H都表示反应进行到底 完全转化 时的能量变化 如2SO2 g O2 g 2SO3 g H 196 64kJ mol 1 表示2molSO2 g 和1molO2 g 完全转化为2molSO3 g 时放出196 64kJ热量 2 Q1 Q2 196 64 自测3判断下列热化学方程式书写是否正确 正确的划 错误的划 1 CaCO3 s CaO s CO2 g H 177 7kJ 2 C s H2O g CO g H2 g H 131 3kJ mol 1 3 C s O2 g CO g H 110 5kJ mol 1 4 CO g O2 g CO2 g H 283kJ mol 1 5 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 1 6 500 30MPa下 将0 5molN2 g 和1 5molH2 g 置于密闭容器中充分反应生成NH3 g 放热19 3kJ 其热化学方程式为N2 g 3H2 g 2NH3 g H 38 6kJ mol 1 三 盖斯定律1 内容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 它只与反应体系的 始态和 终态有关 而与反应途径无关 2 应用间接计算某些反应的反应热 自测4物质A在一定条件下可发生一系列转化 完成下列填空 1 A F的 H H6 或 H1 H2 H3 H4 H5 2 H1 H2 H3 H4 H5 H6 0 3 C F的 H H1 H2 H6 填 或 下同 4 H1 H2 H3 H4 H5 H6 自测5在1200 时 天然气脱硫工艺中会发生下列反应 H2S g O2 g SO2 g H2O g H12H2S g SO2 g S2 g 2H2O g H2H2S g O2 g S g H2O g H32S g S2 g H4则 H4的表达式为 A H4 H1 H2 3 H3 B H4 3 H3 H1 H2 C H4 H1 H2 3 H3 D H4 H1 H2 3 H3 答案A将前三个热化学方程式依次编号为 作如下变化 2得2S g S2 g H4 H1 H2 2 H3 即A项正确 考点突破 考点一热化学方程式的书写 考点三有关反应热的计算 考点二反应热大小的比较 特别提示 1 热化学方程式中不用 和 不用 而用 表示 考点一热化学方程式的书写 具体反应 3 无论化学反应是否可逆 热化学方程式中的反应热 H都表示反应进行到底时的能量变化 4 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 如 H2 g Cl2 g 2HCl g H1 2HCl g H2 g Cl2 g H2则有 H1 H2 2 H单位中的 mol 1 并不是指每摩尔具体物质 而是指给定形式的 典例1通过以下反应可获得新型能源二甲醚 CH3OCH3 下列说法的是 C s H2O g CO g H2 g H1 akJ mol 1 CO g H2O g CO2 g H2 g H2 bkJ mol 1 CO2 g 3H2 g CH3OH g H2O g H3 ckJ mol 1 2CH3OH g CH3OCH3 g H2O g H4 dkJ mol 1A 反应 为反应 提供原料气B 反应 也是CO2资源化利用的方法之一C 反应CH3OH g CH3OCH3 g H2O l 的 H kJ mol 1 D 反应2CO g 4H2 g CH3OCH3 g H2O g 的 H 2b 2c d kJ mol 1 C 答案C反应 产生的H2和CO2可以作为反应 的原料 故A正确 反应 产生了甲醇 是CO2资源化利用的一种方法 故B正确 根据反应 知 CH3OH g CH3OCH3 g H2O g 的 H kJ mol 1 但选项反应中水为液态 故 H不等于kJ mol 1 故C错误 根据盖斯定律 2 2 可得2CO g 4H2 g CH3OCH3 g H2O g 的 H 2b 2c d kJ mol 1 故D正确 技法总结 五审 判断热化学方程式的正误 1 1CH4的燃烧热为890kJ mol 1 下列热化学方程式正确的是 A CH4 g 2O2 g 2H2O g CO2 g H 890kJ mol 1B CH4 2O22H2O CO2 H 890kJ mol 1C CH4 g 2O2 g 2H2O l CO2 g H 890kJ mol 1D CH4 g 2O2 g 2H2O g CO2 g H 890kJ mol 1 C 答案C甲烷的燃烧为放热反应 H 0 且表示燃烧热时 生成的水应为液态 1 2依据事实 写出下列反应的热化学方程式 1 SiH4是一种无色气体 遇到空气能发生爆炸性自燃 生成SiO2和液态H2O 已知室温下2gSiH4自燃放出热量89 2kJ SiH4自燃的热化学方程式为 2 在25 101kPa下 一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量QkJ 其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100gCaCO3沉淀 则乙醇燃烧的热化学方程式为 3 已知化学反应A2 g B2 g 2AB g 的能量变化如图所示 请写出该反应的热化学方程式 4 化学反应N2 3H22NH3的能量变化如图所示 试写出N2 g 和H2 g 反应生成NH3 l 的热化学方程式 答案 1 SiH4 g 2O2 g SiO2 s 2H2O l H 1427 2kJ mol 1 2 C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H 2QkJ mol 1 3 A2 g B2 g 2AB g H a b kJ mol 1 4 N2 g 3H2 g 2NH3 l H 2 c b a kJ mol 1解析 1 2gSiH4自燃放出热量89 2kJ 则1molSiH4自燃放出热量1427 2kJ 故热化学方程式为SiH4 g 2O2 g SiO2 s 2H2O l H 1427 2kJ mol 1 2 根据C原子守恒有 C2H5OH 2CO2 2CaCO3 生成100gCaCO3沉淀时 参加反应的乙醇为0 5mol 据此可写出反应的热化学方程式 3 由图可知 生成物总能量高于反应物总能量 故该反应为吸热反应 1 直接比较法依据规律 经验和常识直接判断不同反应的反应热的大小的方法称为直接比较法 1 吸热反应的 H肯定比放热反应的 H大 前者大于0 后者小于0 2 等量的可燃物完全燃烧所放出的热量肯定比不完全燃烧所放出的热量多 3 产物相同时 A g 燃烧放出的热量比等量的A s 燃烧放出的热量多 反应物相同时 生成B l 放出的热量比生成等量的B g 放出的热量多 4 生成等量的水时 强酸和强碱的稀溶液反应比弱酸和强碱或弱碱和强酸或弱酸和弱碱的稀溶液反应放出的热量多 考点二反应热大小的比较 5 对于可逆反应 因反应不能进行完全 实际反应过程中放出或吸收的热量要小于理论值 例如 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 197kJ mol 则向密闭容器中通入2molSO2 g 和1molO2 g 反应达到平衡后 放出的热量要小于197kJ 2 盖斯定律比较法 1 同一反应的生成物状态不同时A g B g C g H1 0A g B g C l H2 0C g C l H3 0因为 H3 H2 H1 0所以 H2 H1 也可以按以下思路分析 C g C l C l H1 H3 H2 H1 0 H2 0 H3 0所以 H2 H1 2 同一反应的反应物状态不同时S g O2 g SO2 g H1 0S s O2 g SO2 g H2 0S g S s H3 0 H2 H3 H1 H1 0 H2 0 H3 0所以 H1 H2 3 两个有联系的不同反应相比C s O2 g CO2 g H1 0C s O2 g CO g H2 0C s CO2 g C s CO g CO2 g H2 H3 H1 H1 0 H2 0 H3 0 所以 H1 H2 并且据此可写出下面的热化学方程式 CO g O2 g CO2 g H3 H1 H2 典例2已知 H2 g O2 g H2O g H1 akJ mol 1 2H2 g O2 g 2H2O g H2 bkJ mol 1 H2 g O2 g H2O l H3 ckJ mol 1 2H2 g O2 g 2H2O l H4 dkJ mol 1下列关系式中正确的是 A ad 0C 2a b0 C 答案C氢气燃烧是放热反应 H小于0 放出的热量越多 H越小 由于液态水的能量低于等量气态水的能量 所以氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量多 因此 2c d 2a b 0 方法指导利用状态 迅速比较反应热的大小若反应为放热反应 1 当反应物的物质的量和状态相同 生成物的状态不同时 生成固体放热最多 生成气体放热最少 2 当反应物的状态不同 反应物的物质的量和生成物的状态相同时 固体反应放热最少 气体反应放热最多 3 在比较反应热 H 的大小时 应带符号比较 对于放热反应 放出的热量越多 H反而越小 2 1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 H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 D 答案DA项 氢气的燃烧热是指1molH2 g 完全燃烧生成H2O l 放出的热量 而选项中所给反应的产物是气态水 B项 由石墨转变为金刚石的反应为吸热反应 说明石墨的能量低于金刚石的能量 故石墨比金刚石稳定 C项 醋酸是弱电解质 在离子方程式中应写化学式 D项 H2S g 完全燃烧比不完全燃烧放出的热量多 放出的热量越多 则 H越小 故 H1 H2 2 2下列推论正确的是 A S g O2 g SO2 g H1 S s O2 g SO2 g H2 则 H1 H2B C 石墨 s C 金刚石 s H 1 9kJ mol 1 则由石墨制取金刚石的反应是吸热反应 金刚石比石墨稳定C NaOH aq HCl aq NaCl aq H2O l H 57 4kJ mol 1 则含20gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全反应 放出的热量为28 7kJD 2C s O2 g 2CO g H 221kJ mol 1 则碳的燃烧热等于110 5kJ mol 1 C 答案CA项 第二个反应放出的热量较第一个反应少 所以 H1 H2 B项 物质具有的能量越低越稳定 故石墨的稳定性大于金刚石 D项 碳的燃烧热是指1molC s 完全燃烧生成CO2 g 放出的热量 1 应用盖斯定律计算反应热的注意事项 1 设计合理的反应过程 2 当反应方程式乘以或除以某数时 H也应乘以或除以该数 3 反应方程式进行加减运算时 H也要进行加减运算 且计算过程中要带 4 应用盖斯定律进行计算并比较反应热的大小时 同样要把 H看作一个整体 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 考点三有关反应热的计算 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 如右图所示 反应A B可看成反应A C和C B的和 所以反应的焓变有如下关系 H H1 H2 2 根据化学键键能计算 H 反应物的键能总和 生成物的键能总和 3 根据反应物和生成物的能量计算 H 生成物具有的总能量 反应物具有的总能量 图 H E2 E1 0 该反应为放热反应 图 H E3 E1 0 该反应为放热反应 典例3已知 CH3OH g O2 g CO2 g 2H2 g H 192 9kJ mol 1 H2 g O2 g H2O l H 285 8kJ mol 1则CH3OH g O2 g CO2 g 2H2O l 的 H为 A 478 7kJ mol 1B 764 5kJ mol 1C 478 7kJ mol 1D 764 5kJ mol 1 B 答案B依据盖斯定律 由 2可得目标反应 则 H 192 9kJ mol 1 285 8kJ mol 1 2 764 5kJ mol 1 3 1常温下 1mol化学键形成 或断裂 的能量用E表示 根据表中信息判断 下列说法正确的是 A H2 g Cl2 g 2HCl g H 247kJ mol 1B H g Cl g HCl g H 432kJ mol 1C 1molH2 g 与1molCl2 g 的总能量高于2molHCl g 的总能量D 用电子式表示HCl的形成过程 C 答案CA项 H 反应物的总键能 生成物的总键能 所以H2 g Cl2 g 2HCl g 的 H 436kJ mol 1 243kJ mol 1 2 432kJ mol 1 185kJ mol 1 B项 形成化学键释放热量 所以H g Cl g HCl g 的 H 432kJ mol 1 C项 H2 g Cl2 g 2HCl g 为放热反应 所以1molH2 g 与1molCl2 g 的总能量高于2molHCl g 的总能量 D项 HCl为共价化合物 用电子式表示HCl的形成过程为H H 3 2某温度时 N2与H2反应过程中的能量变化如图所示 下列叙述正确的是 A a曲线是加入催化剂时的能量变化曲线B 向密闭容器中通入1molN2 g 3molH2 g 充分反应放出的热量小于92kJC 由图可知 断开1mol氮氮三键与1mol氢氢键吸收的能量和小于形成1mol氮氢键所放出的能量D 反应物的总能量低于生成物的总能量 B 答案BA项 催化剂能降低反应的活化能 b曲线表示使用了催化剂 B项 N2和H2的反应为可逆反应 不能进行到底 故放出的热量小于92kJ C项 由图可知 断开1mol氮氮三键与3mol氢氢键吸收的能量和小于形成6mol氮氢键所放出的能量 D项 此反应是放热反应 反应物的总能量高于生成物的总能量