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专题14 化学反应与能量一反应热 焓变 1定义：化学反应过程中吸收或放出的能量都属于反应热，又称为焓变（H），单位kJ/mol。解释：旧键的断裂：吸收能量 ；新键的形成：放出能量，某一化学反应是吸热反应还是放热反应取决于上述两个过程能量变化的相对大小。吸热：吸收能量放出能量；放热：吸收能量放出能量。2. 化学反应中能量变化与反应物和生成物总能量的关系3 放热反应：放出热量的化学反应，(放热吸热)H0；吸热反应，吸收热量的化学反应(吸热放热) H0。【学习反思】 常见的放热、吸热反应：常见的放热反应有a 燃烧反应 b 酸碱中和反应c活泼金属与水或酸的反应 d大多数化合反应 常见的吸热反应有：a 氢氧化钡晶体和氯化铵晶体混合发生反应 b CO2+C = 2COc 大多数的分解反应H0时反应放热；H 0时反应吸热。 【概括总结】焓变反应热在化学反应过程中，不仅有物质的变化，同时还伴有能量变化。1焓和焓变焓是与物质内能有关的物理量。单位：kJmol1，符号：H。焓变是在恒压条件下，反应的热效应。单位：kJmol1，符号：H。2化学反应中能量变化的原因化学反应的本质是反应物分子中旧化学键断裂和生成物生成时新化学键形成的过程。任何化学反应都有反应热，这是由于在化学反应过程中，当反应物分子间的化学键断裂时，需要克服原子间的相互作用，这需要吸收能量；当原子重新结合成生成物分子，即新化学键形成时，又要释放能量。H反应物分子中总键能生成物分子中总键能。3放热反应与吸热反应当反应完成时，生成物释放的总能量与反应物吸收的总能量的相对大小，决定化学反应是吸热反应还是放热反应。(1)当H为“”或H0时，为吸热反应，反应体系能量升高。4反应热思维模型：(1) 放热反应和吸热反应 放热反应 吸热反应(2) 反应热的本质以H2(g)Cl2(g)=2HCl(g) H186 kJmol1为例E1：E(HH)E(ClCl) ； E2：2E(HCl) ；HE1E2例1在其他条件相同时，反应N2+O22NO分别在有、无催化剂时的能量变化与反应进程如下图所示：下列说法中正确的是A 该反应为放热反应B 加入催化剂可以改变反应的焓变C 加入催化剂可以改变反应的活化能D 0.1mol N2和0.1molO2充分反应吸热18.26 kJ【答案】C例2反应2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) H = a kJ/mol，能量变化如图所示。下列说法中，不正确的是（）A 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(l) H a kJ/molB 过程II可能使用了催化剂，使用催化剂不可以提高SO2的平衡转化率C 反应物断键吸收能量之和小于生成物成键释放能量之和D 将2molSO2(g) 和1mol O2(g)置于一密闭容器中充分反应后放出或吸收的热量小于a kJ【答案】A例3化学反应A2(g)B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是()A 每生成2 mol AB(g)吸收b kJ热量B 反应热H(ab) kJmol1C 该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量D 断裂1 mol AA键和1 mol BB键，放出a kJ能量【答案】B【解析】A、形成化学键放出热量，每生成2分子AB放出bkJ热量，选项A错误；B、该反应焓变=断裂化学键吸收热量-形成化学键所放出热量，所以焓变为H=+（a-b）kJ/mol；选项B正确；C、反应是吸热反应，依据能量守恒可知，反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，选项C错误；D、断裂1molA-A键和1molB-B键，吸收a kJ能量，选项D错误。二热化学方程式1概念：能表示参加反应的物质变化和能量变化的关系的化学方程式叫做热化学方程式。2表示意义(1)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。(2)热化学方程式中的化学计量数，表示实际参加反应的反应物的物质的量和实际生成的生成物的物质的量。(3)热化学方程式中的反应热与反应物、生成物的化学计量数相对应。3书写热化学方程式的注意事项 C(固) + H2O(气) = CO(气) + H2(气) H= +131.3 kJ/mol(1)标集聚状态（固、液、气）(2)右端标热量数值和符号： 吸热用“”，放热用：“”。(3)系数单位是“摩”，而不是“个”；也不能表示物质的量之比。(4)系数可用分数，但热量值要相应变化。如：2H2(气) + O2(气) = 2H2O(液) H= 571.6 kJ/molH2(气) + 1/2 O2(气) = H2O(液) H= 285.8 kJ/mol(5)不注明条件，即指250C 、1.01105Pa【拓展延伸】1.比较“反应热”或H的大小时，必须带“”“”符号，比较“燃烧热”或“中和热”时，只需比较数值大小即可。2参加反应的物质的量不同，则反应热的数值也会发生相应的变化，如1 mol H2完全燃烧生成液态水时放出285.8 kJ的热量，2 mol H2完全燃烧生成液态水时则放出571.6 kJ的热量。3对于可逆反应，如3H2(g)N2(g) 2NH3(g)H92.4 kJ/mol，是指生成2 mol NH3时放出92.4 kJ的热量，而不是3 mol H2和1 mol N2混合，在一定条件下反应就可放出92.4 kJ的热量，实际3 mol H2和1 mol N2混合，在一定条件下反应放出的热量小于92.4 kJ，因为该反应的反应物不能完全转化为生成物。4同一反应中物质的聚集状态不同，反应热数值大小也不同。例如，S(g)O2(g)=SO2(g)H1Q1；S(s)O2(g)=SO2(g)H2Q2，可以理解成固态硫变成气态硫后再发生变化，而由固态到气态是需要吸收能量的，所以Q1Q2、H1H2。故当同一反应中只由于聚集状态不同比较反应热的大小时，反应物为固态时放出的热量少，生成物为固态时放出的热量多。5. 反应物的量相同，生成物的状态不同，反应热数值大小也不相同。如：例如：H2 (气) + 1/2 O2 (气) = H2O (g) H= 241.8kJ/molH2(气) + 1/2 O2(气) = H2O (l) H= 285.8 kJ/mol【拓展升华】热化学方程式是表示参加反应的物质的量与反应热关系的化学方程式。热化学方程式的书写除了遵循书写化学方程式的要求外，应侧重从以下几个方面予以考虑：1检查H符号的正误放热反应的H为“”，吸热反应的H为“”，单位是kJ/mol，逆反应的H与正反应的H数值相同，符号相反。2检查是否注明物质的聚集状态必须注明每种反应物和生成物的聚集状态，同一个化学反应，物质的聚集状态不同，H数值不同。3检查H的数值与化学计量数是否对应H的大小与反应物的物质的量的多少有关，相同的反应，化学计量数不同时，H不同。4特殊反应热书写表示燃烧热的热化学方程式时，可燃物的化学计量数为1，产物应为完全燃烧生成稳定的化合物，如C燃烧生成CO2而不是CO、H2燃烧生成的是H2O(l)而不是H2O(g)。例4下列有关热化学方程式书写及对应表述均正确的是A 浓H2SO4与0.1 molL1NaOH反应：H(aq)OH(aq)=H2O(l) H57.3 kJmol1B 密闭容器中，9.6 g硫粉与11.2 g铁粉混合加热充分反应，放出19.12 kJ热量。则Fe(s)S(s)=FeS(s)H95.6 kJmol1C 已知1 mol氢气完全燃烧生成液态水所放出的热量为285.5 kJ，则水分解的热化学方程式：2H2O(l)=2H2(g)O2(g)H285.5 kJmol1D 已知2C(s)O2(g)=2CO(g)H221 kJmol1，则可知C的燃烧热H110.5 kJmol1【答案】B例5下列有关热化学方程式及其叙述正确的是A 氢气的燃烧热为-285.5 kJ/mol，则水电解的热化学方程式为：2H2O(l) =2H2(g)+O2(g) H=+285.5 kJ/molB lmol甲烷完全燃烧生成CO2和H2O(l)时放出890 kJ热量，它的热化学方程式为：1/2CH4(g)+O2(g)= 1/2CO2(g)+H2O(l) H=-445 kJ/molC 已知2C(s)+O2(g)=2CO(g) H=-221 kJmol-1，则C(s)的燃烧热为-110. 5kJ/molD HF与NaOH 溶液反应：H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) H=-57.3 kJ/mol【答案】B例6下列叙述或书写正确的是A 2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）H=-4836kJmol1，则1mol氢气的燃烧热大于241.8 kJmol1B H2（g）+F2（g）=2HF（g）H=-270kJmol1，则相同条件下，2molHF气体的能量大于1mol氢气和1mol 氟气的能量之和C 含200g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出287kJ的热量，则表示该中和反应的热化学方程式为NaOH+HCl=NaCl+H2OH=-574kJmol1D 500、30MPa时，发生反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g） H=-386kJmol1。在此条件下将15molH2和过量N2充分反应，放出热量193kJ【答案】A【解析】A、 2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）H=-4836kJmol1，水由气体变成液体要放出热量，则1mol氢气的燃烧热大于241.8 kJmol1，故A正确；B、从热化学方程式H2（g）+F2（g）=2HF（g）H=-270 kJmol1可知，反应放热，即1 mol氢气与1 mol氟气的总能量大于2 mol氟化氢的总能量，故B错误；C、热化学方程式没有标明物质的状态，故C错误；D、H2的物质的量为1.5mol，完全消耗1.5mol氢气会放出19.3kJ热量，由于该反应为可逆反应，氢气不可能完全转化成氨气，所以放出的热量小于19.3kJ，D错误。三. 燃烧热1. 定义：在101 kPa时，1 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。单位kJ/mol。2. 在理解物质燃烧热的定义时，要注意以下几点：（1） 研究条件： 101 kPa，温度通常是25。（2）反应程度：完全燃烧，产物是稳定的氧化物。如HH2O(l)而不是H2O(g)、CCO2(g)而不是CO、SSO2(g)而不是SO3。（3） 燃烧热是以1 mol可燃物作为标准来进行测定的，因此书写表示燃烧热的热化学方程式时，应以1 mol可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数，其他物质的化学计量数常出现分数。（4） 燃烧热的含义：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)H=-285.8kJ/mol，H2的燃烧热为285.8kJ/mol所表示的含义： 。特别提醒：因燃烧热、中和热是确定的放热反应，具有明确的含义，故在表述时不用带负号，如CH4的燃烧热为890KJ/mol。强酸与强碱反应的中和热为57.3kJ/mol。四. 中和热1. 定义：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应，生成1mol水时的反应热叫做中和热。2. 中和热的表示：H+(aq) +OH-(aq)=H2O (l)；H=-57.3kJmol。3. 要点条件：稀溶液。反应物：（强）酸与（强）碱。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。生成1mol水，中和反应的实质是H+和OH-化合生成 H20，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。放出的热量： 57.3kJ/mol五. 燃烧热和中和热的区别与联系相同点燃烧热中和热能量变化放热反应HH0 , 单位 kJ/mol不同点反应物的量可燃物为1mol可能是1mol也可以是0.5mol(或不限)生成物的量不限量H2O 1mol反应热的含义1mol反应物完全燃烧时放出的热量;不同的物质燃烧热不同酸碱中和生成1molH2O时放出的热量,强酸强碱间的中和反应中和热大致相同,均约为57.3kJ/mol（2） 中和热的测定步骤： 用大、小烧杯、泡沫塑料、温度计和环形搅拌棒组装反应装置。(也可在保温杯中进行) 用量筒量取50mL0.5mol的盐酸倒入小烧杯中并用温度计测量温度，记入下表。 用另一量筒量取50mL0.55mol的NaOH溶液并测量温度，记入下表。 把温度计和环形搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯，用环形搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记为最终温度，记入下表。 重复实验两次，取测量所得数据的平均值作为计算依据。 根据实验数据计算中和热。（具体计算不要求）在理解中和热的概念时，要注意以下几点：研究条件：稀溶液（常用aq来表示稀溶液）； 反应物：酸与碱 ； 生成物及其物质的量：1 mol H2O； 放出热量：H0 单位：kJ/mol。在书写物质在溶液中发生化学反应的方程式时，我们常用aq来表示稀溶液，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、物质的溶解热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。例7下列说法正确的是A 吸热反应一定不能自发进行B 由 C(s，石墨)= C(s，金刚石) H= +1.9kJmol1，可知金刚石比石墨稳定C S(s)+O2(g)=SO2(g) H1， S(g)+ O2(g)=SO2( g) H2，则H1H2D 已知 H+(aq)+OH(aq)=H2O(l)；H=-57.3kJmol1，则 0.5mol H2SO4 与 0.5mol B a(OH)2 反应一定放出 57.3kJ 热量【答案】C例8已知反应：101kPa时，2C(s)+O2(g)=2CO(g)；H= -221 kJ/mol稀溶液中，H+(aq)+OH(aq)=H2O(l)；H= -57.3 kJ/mol下列结论正确的是A 碳的燃烧热为-221 kJ/molB 中和热H为 -57.3 kJ/molC 稀H2SO4与稀Ba(OH)2溶液反应的中和热H为-57.3 kJ/molD 稀CH3COOH与稀NaOH溶液反应生成1 mol水，放出57.3 kJ热量【答案】B六. 反应热的计算1. 盖斯定律的内容:不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应热相同。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。归纳总结：反应物A变为生成物D，可以有两个途径： 由A直接变成D，反应热为H； 由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为H1、H2、H3。如下图所示：则有H=H1+H2+H3盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得，但利用盖斯定律不难间接计算求得。【深度讲解】应用盖斯定律进行简单计算的注意事项： 当反应方程式乘以或除以某数时，H也应乘以或除以该数。 反应方程式进行加减时，H也同样进行加减运算，且计算过程中要带“+”“-”。 运用盖斯定律进行计算并比较反应热的大小时，同样要把H看做一个整体。 在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的变化，状态由固到液到气变化时，会吸热；反之会放热。 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。运用盖斯定律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。 不论一步进行还是分步进行，始态和终态完全一致，盖斯定律才成立。 某些物质只是在分步反应中暂时出现，最后应该恰好消耗完。2根据反应物和生成物的键能计算反应热：H=反应物的总键能生成物的总键能【深度解读】 计算时一定要注意是什么化学键，单键还双键，一个分子中有多少个共价键。如1molSi晶体中含有2molSi-Si共价键。 有时还要利用题目中的条件构造一个新的热化学方程式或关系式，如可根据燃烧热的定义，写出热化学方程式，再结合题目中的热化学方程式，利用盖斯定律进行计算。3应用盖斯定律:不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应热是相同。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。因为有些反应进行得很慢,有些反应不容易直接发生，这给测定反应热造成了困难.此时如果应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反应热计算出来。例9NF3是一种温室气体，其存储能量的能力是CO2的12 00020 000倍，在大气中的寿命可长达740年，如表所示是几种化学键的键能：化学键NNFFNF键能/kJ/mol946154.8283.0下列说法中正确的是（ ）A 过程N2(g)2N(g)放出能量B 过程N(g)3F(g)NF3(g)放出能量C 反应N2(g)3F2(g)=2NF3(g)的H0D NF3吸收能量后如果没有化学键的断裂与生成，仍可能发生化学反应【答案】B例10已知：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g) Ha kJmol1,2C(s)O2(g)=2CO(g) H220 kJmol1,HH、O=O和OH键的键能分别为436、496和462 kJmol1，则a为()A 332 B 118 C 350 D 130【答案】D【解析】根据H=反应物的键能总和-生成物的键能总和，反应2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）H=2E（HH）+E（O=O）-4E（OH）=2436kJ/mol+496kJ/mol-4462kJ/mol=-480kJ/mol，将反应编号，2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）H=-480kJ/mol（），2C（s）+O2（g）=2CO（g）H=-220kJ/mol（），应用盖斯定律，将（-）2得，C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）H=（-220kJ/mol）-（-480kJ/mol）2=+130kJ/mol，即a=+130，答案选D。例11白磷与氧气可发生如下反应:P4+5O2=P4O10已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为:PP a kJmol-1、PO b kJmol-1、P=O c kJmol-1、O=O d kJmol-1。根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的H，其中正确的是( )A (4c+12b-6a-5d) kJmol-1 B (6a+5d-4c-12b) kJmol-1C (4c+12b-4a-5d) kJmol-1 D (4c+5d-4a-12b) kJmol-1【答案】B
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