化学反应与能量.docx
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化学反应与能量
年级
高二
学科
化学
编稿老师
邸静
课程标题
化学反应与能量
一校
林卉
二校
黄楠
审核
张美玲
一、考点突破
1.了解化学反应中的能量变化,及吸热反应、放热反应、反应热、燃烧热、中和热等概念。
2.掌握热化学方程式的含义,正确书写热化学方程式。
3.了解新能源的开发。
二、重难点提示
重点:
化学反应中的能量变化,热化学方程式的书写,燃烧热、中和热的概念。
难点:
焓变,△H的“+”与“-”,热化学方程式的书写。
知识网络
一、焓变、反应热
1.定义:
化学反应过程中所释放或吸收的能量都属于反应热,又称为焓变(ΔH),单位kJ/mol。
化学反应中为什么会伴随能量变化?
(微观解释)
旧键的断裂:
吸收能量
新键的形成:
放出能量
总能量的变化取决于上述两个过程能量变化的相对大小。
吸热:
前者>后者
放热:
前者<后者
2.放热反应:
放出热量的化学反应。
(放热>吸热)ΔH<0
吸热反应:
吸收热量的化学反应。
(吸热>放热)ΔH>0
3.反应热大小的比较:
(1)同一反应生成物状态不同时,如:
2H2(g)+O2(g)=2H2O
(1);H12H2(g)+O2(g)=2H2O(g);H2
因为气体变液体会放热,故:
H1<H2
(2)同一反应反应物状态不同时,如:
S(g)+O2(g)=SO2(g);H1S(s)+O2(g)=SO2(g);H2
因为固体变气体会吸热,故:
H1<H2
(3)两个相联系的不同反应比较,如:
C(s)+O2(g)=CO2(g);H1C(s)+1/2O2(g)=CO(g);H2
可以设计成:
C(s)
CO(g)
CO2(g),故:
H1<H2
二、热化学方程式
1.定义:
能表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式
例如:
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)ΔH=-241.8kJ/mol
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH=-285.8kJ/mol
2.书写要点:
C(S)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)ΔH=+131.3kJ/mol
①标聚集状态(固、液、气),热化学方程式中不用“↑”“↓”。
②要注明反应的温度、压强,在化学方程式的右端注明反应热,H<0时为放热反应,H>0时为吸热反应,H的符号(“+”和“-”)和单位(kJ/mol)。
由于绝大多数反应的H是在常温常压下测定的,因此,可不注明温度和压强。
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(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/mol
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH=-285.8kJ/mol
三、中和热与燃烧热
1.中和热
⑴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。
⑵中和热的表示:
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l);△H=-57.3kJ/mol。
⑶要点
①条件:
稀溶液。
稀溶液是指溶于大量水中的离子。
②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。
③生成1mol水,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放出的热量:
57.3kJ/mol
⑷中和热的测定
中和反应实验时的注意事项:
①所用装置要尽可能做到保温、隔热
②所用药品溶液浓度的配制必须准确,且浓度要尽可能的小
③为保证盐酸完全被氢氧化钠中和,须使氢氧化钠的浓度稍大于盐酸溶液的浓度
④温度计刻度要小点,读数要尽可能准确,且估读至小数点后两位
⑤水银球部位一定要完全浸没在溶液中,且要稳定一段时间后再读数,以提高测量的精度
⑥两次读数的时间间隔要短,这样才能读到最高温度,即最终温度
⑦实验操作时动作要快,以尽量减少热量的损失
⑧中和反应时只能用环形玻璃搅拌棒搅拌,不能用一般的玻璃棒搅拌(以免打破温度计的水银球),也不能用铜搅拌棒(铜散热快,使测得的温度不准)
⑨可采用多次测量取平均值的方法,减少实验误差。
2.燃烧热
⑴定义:
在25℃,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,叫做该物质的燃烧热。
燃烧热通常可利用仪器由实验测得。
⑵要点:
①研究条件:
25℃,101kPa
②反应程度:
完全燃烧,产物是稳定的氧化物。
③燃烧物的物质的量:
1mol
④研究内容:
放出的热量。
(ΔH<0,单位kJ/mol)
⑤在未有特别说明的情况下,外界压强一般指25℃,101kPa.所谓完全燃烧也是完全氧化,它是指下列物质完全转变成对应的稳定物。
如:
C→CO2(g)、H2→H2O(l)、S→SO2(g)
四、能源
一级能源:
指自然界中以现成形式存在,不经任何改变或转换的天然能源资源。
如化石能源、流水、潮汐等。
二级能源:
需依靠其他能源的能量间接制取的能源。
如氢能、电能等。
能力提升类
例1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.放热的反应在常温下一定很易发生
C.反应是放热的还是吸热的必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D.吸热反应在一定的条件下也能发生
一点通:
化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热。
反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。
放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。
反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。
吸热反应开始时需加热,反应后仍需不断加热才能使反应继续进行下去;放热反应开始时需加热,反应后会放出一定的热量,如果此热量足够大且可使反应维持下去,则反应过程不需要再加热,如煤的燃烧,一旦加热使煤燃烧起来后就可继续燃烧下去,不需外界再加热。
答案:
CD
例2已知在
条件下,2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ的热量,下列热化学方程式正确的是()
一点通:
热化学方程式的书写要求与普通方程式的区别有三:
①一定要标明各物质的状态,B选项中水为液态,排除。
②计量系数可用分数表示其实际物质的量,且与热量成正比。
③用△H表示时,吸热,其值为正;放热,其值为负。
反应生成水蒸气是放热反应,△H应为负值,而其逆反应的△H则为正值。
故排除C、D,而选A。
答案:
A
综合运用类
例1已知:
。
推测含1molHCl的稀溶液与含
的稀溶液反应放出的热量()
A.大于57.3kJB.等于57.3kJ
C.小于57.3kJD.无法确定
一点通:
本题考查的是中和热的概念。
是弱碱,反应中电离要吸热,使得此时放出的热量小于中和热。
答案:
C
例2(重庆)25℃,101kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是
,则下列热化学方程式正确的是()
A.
B.
C.
D.
一点通:
A.根据燃烧热的定义,燃烧产物应是二氧化碳;B.氢气燃烧是放热反应(
);C.甲烷的燃烧产物是气态二氧化碳和液态水。
答案:
D
思维拓展类
例1在相同温度和压强下,将32g硫分别在纯氧气中和空气中完全燃烧,令前者放出热量为
,后者放出热量为
,则关于
的相对大小正确的判断是()
A.
B.
C.
D.无法判断
一点通:
根据硫的性质可知:
硫在纯氧气中燃烧比在空气中旺、反应剧烈,结果是放出热量集中,产生温度较高,于是,得到结论B,这是把温度与热量混淆的结果。
再仔细一些发现,硫是相同质量、相同状态,氧气也是相同质量及相同状态,只是反应时剧烈程度不同,放热时间不同,产生温度不同,放热数值应是相同的,于是得到结论A。
事实是相同的反应物具有相同的能量,相同的生成物具有相同的能量,两种环境下反应时,反应物与生成物之间的能量差别也是相同的。
但能量是守恒的,这些能量并不一定完全以热量形式放出,第一种情况下反应剧烈,产生的“明亮的蓝紫色火焰”较第二种情况下产生的“微弱的淡蓝色火焰”以光能形式释放的能量要多。
故以热量形式放出的能量就应较在空气中放出的热量少些。
答案:
C
例2已知化学键的键能是指形成1mol化学键放出的能量或断裂1mol化学键吸收的能量.P-P的键能为198kJ/mol,氧气分子的键能为498kJ/mol,P-O的键能为360kJ/mol,已知P4O6的结构如图。
P4(g)+3O2(g)=P4O6(g);试求△H=。
A.+1638kJ/molB.-1638kJ/mol
C.-126kJ/molD.+126kJ/mol
一点通:
比较反应物分子化学键断裂时吸收的总能量与生成物分子化学键形成时释放的总能量的相对大小,可分析得出反应是放热还是吸热。
若吸收的总能量大于释放的总能量,则为吸热反应;若释放的总能量大于吸收的总能量,则为放热反应。
白磷分子为正四面体,分子中有6个P-P键,与氧气作用形成P4O6,是在每个P-P键中间插一个氧原子,形成12个P-O键。
则每个反应中吸收的总能量为:
6×198+3×498=2682,放出的总能量为:
12×360=4320,说明释放的能量大于吸收的能量,反应为放热反应,△H=-1638kJ/mol
答案:
B
例3阿伏加德罗常数值记为NA,则关于C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l);H=-1300kJ/mol的下列说法中,正确的是:
A.有10NA个电子转移时,吸收1300kJ的能量
B.有8NA个碳氧共用电子对生成时,放出1300kJ的能量
C.有NA个水分子生成且为液体时,吸收1300kJ的能量
D.有2NA个碳氧双键生成时,放出1300kJ的能量
一点通:
本题将氧化还原反应、物质的量与微粒数、反应热结合起来考查。
反应:
C2H2(g)+
O2(g))=2CO2(g)+H2O(l);H=-1300kJ/mol,为放热反应的氧化还原反应。
每摩乙炔参加反应,转移的电子数为10NA,放出1300kJ的热量,由于CO2的结构为:
O=C=O,故有4NA个碳氧双键生成时,有8NA个碳氧共用电子对生成,放出1300kJ的能量。
答案:
B
1.常见的放热反应有:
(1)活泼金属与
或酸的反应。
如:
2
(2)酸碱中和反应。
如:
(3)燃烧反应。
如:
(4)多数化合反应。
如:
2.常见的吸热反应有:
(1)多数的分解反应,如:
(2)
(3)
(4)
3.进行反应热计算时应注意以下几点:
⑴反应热数值与各物质的化学计量数成正比,因此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时,其反应热的数值应同时作相同倍数的改变;
⑵热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热;单位始终为kJ/mol;
⑶正、逆反应的反应热数值相等,符号相反。
反应热、燃烧热、中和热的比较
反应热
中和热
燃烧热
含义
化学反应过程中放出或吸收的热量
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应而生成1molH2O(l)时所放出的热量
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
反应特点
任何反应
中和反应
燃烧反应
物质状态
物质的状态要确定
稀溶液
生成物在常温下为稳定态
方程式配平标准
任意物质的量
以生成1molH2O(l)为标准
以燃烧1mol可燃物为标准
△H符号
放热取负值、吸热取正值
负值
负值
能量数值的描述
必须指出是放热还是吸热或使用正负值或用△H表示
直接描述热量的变化时不必再指明是放出的热量,可用△H表示
说明
①△H=∑E(生成物)-∑E(反应物)②△H的值与书写形式有关,单位一般是“kJ·mol-1”
①电离吸热、溶解时吸热或放热②稀强酸与稀强碱反应的中和热为57.3kJ·mol-1
稳定的氧化物如CO2、SO2、H2O、P2O5等
①在中学阶段,如果不指明条件就默认为通常状况,比较△H的相对大小时要考虑其数值的“+”“-”问题②用弱酸或弱碱的稀溶液进行中和反应时,每生成1molH2O(l)放出的热量小于57.3kJ
(答题时间:
60分钟)
一、选择题
1.下列反应一定属于吸热反应的是
A.酸碱中和反应B.盐类水解反应
C.制
的反应D.制
的反应
2.已知H—H键的键能为436kJ/mol,H—N键的键能为391kJ/mol,根据化学方程式:
N2+3H2=2NH3;ΔH=-92.4kJ/mol,则N≡N键的键能是
A.431kJ/molB.946kJ/mol
C.649kJ/molD.869kJ/mol
3.在同温同压下,下列各组热化学方程式中,Q1 A.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-Q12H2(g)+O2(g)=2H2O(g);△H=-Q2 B.S(g)+O2(g)=SO2(g);△H=-Q1S(s)+O2(g)=SO2(g);△H=-Q2 C.C(s)+0.5O2(g)=CO(g);△H=-Q1C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-Q2 D.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g);△H=-Q10.5H2(g)+0.5Cl2(g)=HCl(g);△H=-Q2 4.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,后者放出的热量多 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++OH-=H2O;H=-57.3kJ/mol,若将含0.5mol浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合,放出的热量大于57.3kJ D.在101kPa时,2gH2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: 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);H=+285.8kJ/mol 5.已知25℃、101kPa下,石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为 据此判断,下列说法中正确的是 A.由石墨制备金刚石是吸热反应;石墨的能量比金刚石的低 B.由石墨制备金刚石是吸热反应;石墨的能量比金刚石的高 C.由石墨制备金刚石是放热反应;石墨的能量比金刚石的低 D.由石墨制备金刚石是放热反应;石墨的能量比金刚石的高 6.中国锅炉燃煤采用沸腾炉逐渐增多,采用沸腾炉的好处在于 A.增大煤炭燃烧时的燃烧热并形成清洁能源 B.减少炉中杂质气体(如SO2等)的形成C.提高煤炭的热效率并减少CO的排放 D.使得燃料燃烧充分,从而提高燃料的利用率 7.航天飞机用铝粉与高氯酸铵(NH4ClO4)的混合物为固体燃料,点燃时铝粉氧化引发高氯酸铵反应,其方程式可表示为: 2NH4ClO4=N2↑+4H2O+Cl2↑+2O2↑;△H<0 下列对此反应的叙述中错误的是 A.上述反应属于分解反应B.上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行C.反应从能量变化上说,主要是化学能转变为热能和动能D.在反应中高氯酸铵只能起氧化剂作用 8.一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出的热量为Q,它所生成的CO2用过量饱和石灰水完全吸收,可得100gCaCO3沉淀,则完全燃烧1mol无水乙醇时放出的热量为 A.0.5QB.QC.2QD.5Q 9.在相同温度下,两个反应放出的热量分别用 表示, 则下列关系正确的是() A. B. C. D. *10.分析下面的能量变化示意图,下列热化学方程式正确的是: A.2A(g)+B(g)=2C(g);H=a(a>0) B.2A(g)+B(g)=2C(g);H=a(a<0) C.2A+B=2C;H=a(a<0) D.2C=2A+B;H=a(a>0) 二、填空题 11.通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。 键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可用于估算化学反应的反应热(ΔH),化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。 化学键 Si-O Si-Cl H-H H-Cl Si-Si Si-C 键能/kJ·mol-1 460 360 436 431 176 347 请回答下列问题: ⑴比较下列两组物质的熔点高低(填“>”或“<”): SiC_________________Si;SiCl4_____________SiO2。 ⑵工业用高纯硅可通过下列反应制取: SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g),该反应的反应热ΔH=______________kJ·mol-1。 12.火箭的主要燃料是“偏二甲肼”,已知该化合物由C、H、N三种元素组成,WC=40%,WH=13.33%,其分子量为60。 通过结构分析可知,该物质分子中有一个氮原子以 存在,且不与H原子直接相连。 燃料的氧化剂是N2O4,燃烧产物只有CO2、H2O、N2,5.00g“偏二甲肼”完全燃烧时可放出212.5kJ热量。 (1)“偏二甲肼”的分子式,它的结构简式。 (2)写出燃料燃烧的热化学方程式。 13.如图所示,把试管放入盛有25℃饱和石灰水的烧杯中,试管中开始放入几小块镁片,再滴入5mL盐酸,试回答下列问题。 ⑴实验中观察到的现象是________________________________________________。 ⑵产生上述现象的原因是________________________________________________。 ⑶写出有关反应的离子方程式____________________________________。 ⑷由实验推知, 溶液和 的总能量____________(填“大于”、“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。 14.50mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。 通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。 回答下列问题: ⑴从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃用品是。 ⑵烧杯间填满碎纸条的作用是。 ⑶大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值将(填“偏大”、“偏小”、“无影响”)。 ⑷实验中60mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量(填“相等”、“不相等”),所求中和热(填“相等”、“不相等”),简述理由。 ⑸用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会________(填“偏大”、“偏小”、“无影响”);用50mL0.50mol/LNaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会(填“偏大”、“偏小”、“无影响”)。 一、选择题 1.B2.B3.C4.C5.A6.CD7.D8.C9.C *10.B解析: 本题考查的是反应热的判断。 若2A(g)+B(g)为反应物,则为放热反应,H<0;若2A(g)+B(g)为生成物,则为吸热反应,H>0。 在书写热化学方程式时还要注意反应物和生成物的状态。 综上所述,本题的答案为B。 二、填空题 11.⑴><⑵+236 12.⑴分子式: C2H8N2结构简式: (CH3)2NNH2 ⑵C2H8N2(l)+2N2O4(l)→2CO2(g)+4H2O(l)+3N2(g);△H=-2550kJ/mol 13.⑴①镁片上有大量气泡产生;②镁片逐渐溶解;③烧杯中溶液变浑浊 ⑵镁与盐酸反应产生 ,该反应为放热反应, 在水中的溶解度随温度的升高而减小,故析出 固体 ⑶ ⑷小于 14.⑴环形玻璃搅拌棒⑵减少实验过程中的热量损失⑶偏小 ⑷不相等;相等;因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1molH2O所放出的热量,与酸碱的用量无关⑸偏小;偏小
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- 化学反应 能量