从宏观微观角度掌握反应热.docx
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从宏观微观角度掌握反应热
从宏观、微观角度掌握反应热
1.理解化学反应热效应的两种角度
(1)从微观的角度说,是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值,如下图所示:
a表示旧化学键断裂吸收的能量;
b表示新化学键形成放出的能量;
c表示反应热。
(2)从宏观的角度说,是反应物自身的能量与生成物能量的差值,在上图中:
a表示活化能;
b表示活化分子结合成生成物所释放的能量;
c表示反应热。
2.反应热的量化参数——键能
反应热与键能的关系
反应热:
ΔH=E1-E2或ΔH=E4-E3,即ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和,或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。
题组一 正确理解概念
1.正误判断,正确的划“√”,错误的划“×”。
(1)在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。
该反应中化学能全部转化为热能(×)
(2015·江苏,4D)
(2)向汽油中添加甲醇后,该混合燃料的热值不变(×)
(2014·浙江理综,7D)
(3)催化剂能改变反应的焓变(×)
(2012·江苏,4B改编)
(4)催化剂能降低反应的活化能(√)
(2012·江苏,4C改编)
(5)同温同压下,H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同(×)
(2010·山东理综,10D)
2.下列关于反应热和热化学反应的描述中正确的是( )
A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1
B.CO(g)的燃烧热是283.0kJ·mol-1,则2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+2×283.0kJ·mol-1
C.氢气的燃烧热为285.5kJ·mol-1,则电解水的热化学方程式为2H2O(l)
2H2(g)+O2(g) ΔH=+285.5kJ·mol-1
D.1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
答案 B
解析 在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态H2O时的反应热叫做中和热,中和热是以生成1mol液态H2O为基准的,A项错误;CO(g)的燃烧热是283.0kJ·mol-1,则CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0kJ·mol-1,则2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-2×283.0kJ·mol-1,逆向反应时反应热的数值相等,符号相反,B项正确;电解2mol水吸收的热量和2molH2完全燃烧生成液态水时放出的热量相等,C项中的ΔH应为+571.0kJ·mol-1;在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时(水应为液态)所放出的热量是该物质的燃烧热,D项错误。
失误防范
“三热”是指反应热、燃烧热与中和热,可以用对比法深化对这三个概念的理解,明确它们的区别和联系,避免认识错误。
(1)化学反应吸收或放出的热量称为反应热,符号为ΔH,单位常用kJ·mol-1,它只与化学反应的计量系数、物质的聚集状态有关,而与反应条件无关。
中学阶段研究的反应热主要是燃烧热和中和热。
(2)燃烧热:
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。
单位:
kJ·mol-1。
需注意:
①燃烧热是以1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量来定义的,因此在书写燃烧热的热化学方程式时,一般以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数;②燃烧产物必须是稳定的氧化物,如C→CO2、H2→H2O(l)等。
(3)中和热:
在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态H2O时的反应热。
需注意:
①稀溶液是指物质溶于大量水中;②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应;③中和反应的实质是H+和OH-化合生成H2O,即H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
题组二 “式形相随”理解反应热
3.[2014·北京理综,26(3)①]已知:
2NO2(g)N2O4(g) ΔH1
2NO2(g)N2O4(l) ΔH2
下列能量变化示意图中,正确的是(选填字母)______。
答案 A
解析 等质量的N2O4(g)具有的能量高于N2O4(l),因此等量的NO2(g)生成N2O4(l)放出的热量多,只有A项符合题意。
4.[2015·海南,16(3)]由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示,若生成1molN2,其ΔH=________kJ·mol-1。
答案 -139
5.[2014·浙江理综,27(3)]煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2,严重破坏生态环境。
采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定,从而降低SO2的排放。
但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,降低了脱硫效率。
相关反应的热化学方程式如下:
CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)
ΔH1=218.4kJ·mol-1(反应Ⅰ)
CaSO4(s)+4CO(g)CaS(s)+4CO2(g)
ΔH2=-175.6kJ·mol-1(反应Ⅱ)
假设某温度下,反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2),则下列反应过程能量变化示意图正确的是________。
答案 C
6.(2015·上海,8)已知H2O2在催化剂作用下分解速率加快,其能量随反应进程的变化如下图所示。
下列说法正确的是( )
A.加入催化剂,减小了反应的热效应
B.加入催化剂,可提高H2O2的平衡转化率
C.H2O2分解的热化学方程式:
H2O2―→H2O+
O2+Q
D.反应物的总能量高于生成物的总能量
答案 D
解析 催化剂不会影响反应的热效应和平衡转化率;C项,热化学方程式应标明状态。
题组三 “一式”解决反应热的计算
7.
(1)[2015·浙江理综,28
(1)]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
已知:
化学键
C—H
C—C
C===C
H—H
键能/kJ·mol-1
412
348
612
436
计算上述反应的ΔH=________kJ·mol-1。
答案 124
解析 设“
”部分的化学键键能为akJ·mol-1,则ΔH=(a+348+412×5)kJ·mol-1-(a+612+412×3+436)kJ·mol-1=124kJ·mol-1。
(2)[2015·全国卷Ⅰ,28(3)]已知反应2HI(g)===H2(g)+I2(g)的ΔH=+11kJ·mol-1,1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量,则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为____________kJ。
答案 299
解析 形成1molH2(g)和1molI2(g)共放出436kJ+151kJ=587kJ能量,设断裂2molHI(g)中化学键吸收2akJ能量,则有2a-587=11,得a=299。
[另解:
ΔH=2E(H—I)-E(H—H)-E(I—I),2E(H—I)=ΔH+E(H—H)+E(I—I)=11kJ·mol-1+436kJ·mol-1+151kJ·mol-1=598kJ·mol-1,则E(H—I)=299kJ·mol-1。
]
8.(2014·重庆理综,6)已知:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=akJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1
H—H、O===O和O—H键的键能分别为436、496和462kJ·mol-1,则a为( )
A.-332B.-118
C.+350D.+130
答案 D
解析 根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。
根据题中给出的键能可得出热化学方程式:
③2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH3=(2×436+496-4×462)kJ·mol-1,即③2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH3=-480kJ·mol-1,题中②2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH2=-220kJ·mol-1,(②-③)×
得①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH1=(ΔH2-ΔH3)×
,即a=(-220+480)×
=130,选项D正确。
失误防范
利用键能计算反应热,要熟记公式:
ΔH=反应物总键能-生成物总键能,其关键是弄清物质中化学键的数目。
在中学阶段要掌握常见单质、化合物中所含共价键的数目。
原子晶体:
1mol金刚石中含2molC—C键,1mol硅中含2molSi—Si键,1molSiO2晶体中含4molSi—O键;分子晶体:
1molP4中含有6molP—P键,1molP4O10(即五氧化二磷)中,含有12molP—O键、4molP===O键,1molC2H6中含有6molC—H键和1molC—C键。
考点二 热化学方程式的书写与判断
1.两个模板
(1)热化学方程式的书写模板
步骤1 写方程
写出配平的化学方程式。
步骤2 标状态
用s、l、g、aq标明物质的聚集状态。
步骤3 标条件
标明反应物的温度和压强(101kPa、25℃时可不标注)。
步骤4 标ΔH
在方程式后写出ΔH,并根据信息注明ΔH的“+”或“-”。
步骤5 标数值
根据化学计量数计算写出ΔH的数值。
(2)热化学方程式书写的正误判断模板
步骤1 审“+”“-”
放热反应一定为“-”,吸热反应一定为“+”。
步骤2 审单位
单位一定为“kJ·mol-1”,易漏写或错写成“kJ”。
步骤3 审状态
物质的状态必须正确,特别是溶液中的反应易写错。
步骤4 审数值的对应性
反应热的数值必须与方程式的化学计量数相对应,即化学计量数与ΔH成正比。
当反应逆向时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
步骤5 审是否符合概念
如注意燃烧热和中和热的概念以及与此相关的热化学方程式。
2.两个注意
(1)注意同素异形体转化的名称问题
对于具有同素异形体的物质,除了要注明聚集状态之外,还要注明物质的名称。
如①S(单斜,s)+O2(g)===SO2(g)
ΔH1=-297.16kJ·mol-1
②S(正交,s)+O2(g)===SO2(g)
ΔH2=-296.83kJ·mol-1
③S(单斜,s)===S(正交,s)
ΔH3=-0.33kJ·mol-1
(2)注意可逆反应中的反应热及热量变化问题
由于反应热是指反应完全时的热效应,所以对于可逆反应,其热量要小于反应完全时的热量。
题组一 热化学方程式的书写
1.
(1)[2014·大纲全国卷,28
(1)]化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。
回答下列问题:
已知AX3的熔点和沸点分别为-93.6℃和76℃,AX5的熔点为167℃。
室温时AX3与气体X2反应生成1molAX5,放出热量123.8kJ。
该反应的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)[2014·天津理综,7(4)]晶体硅(熔点1410℃)是良好的半导体材料。
由粗硅制纯硅过程如下:
Si(粗)
SiCl4
SiCl4(纯)
Si(硅)
写出SiCl4的电子式:
________________;在上述由SiCl4制纯硅的反应中,测得每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量,写出该反应的热化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)[2015·安徽理综,27(4)]NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g),在25℃、101kPa下,已知每消耗3.8gNaBH4(s)放热21.6kJ,该反应的热化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)[2015·天津理综,7(4)]随原子序数递增,八种短周期元素(用字母x等表示)原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如下图所示。
根据判断出的元素回答问题:
已知1mole的单质在足量d2中燃烧,恢复至室温,放出255.5kJ热量,写出该反应的热化学方程式:
_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)AX3(l)+X2(g)===AX5(s)
ΔH=-123.8kJ·mol-1
(2)
SiCl4(g)+2H2(g)
Si(s)+4HCl(g) ΔH=+0.025akJ·mol-1
(3)NaBH4(s)+2H2O(l)===NaBO2(s)+4H2(g)
ΔH=-216kJ·mol-1
(4)2Na(s)+O2(g)===Na2O2(s)
ΔH=-511kJ·mol-1
题组二 热化学方程式的正误判断
2.正误判断,正确的划“√”,错误的划“×”。
(1)甲烷的标准燃烧热为-890.3kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3kJ·mol-1(×)
(2)500℃、30MPa下,将0.5molN2和1.5molH2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)
ΔH=-38.6kJ·mol-1(×)
(3)C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=-1367.0kJ·mol-1(燃烧热)(×)
(4)NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)
ΔH=+57.3kJ·mol-1(中和热)(×)
(5)25℃、101kPa时,强酸、强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3kJ·mol-1,则
2H+(aq)+SO
(aq)+Ba2+(aq)+2OH-(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l) ΔH=-114.6kJ·mol-1(×)
解题心得
热化学方程式书写或判断易出现的错误
1.未标明反应物或生成物的状态而造成错误。
2.反应热的符号使用不正确,即吸热反应未标出“+”号,放热反应未标出“-”号,从而导致错误。
3.漏写ΔH的单位,或者将ΔH的单位写为kJ,从而造成错误。
4.反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。
5.对燃烧热、中和热的概念理解不到位,忽略其标准是1mol可燃物或生成1molH2O(l)而造成错误。
考点三 盖斯定律的多角度应用
1.定律内容
一定条件下,一个反应不管是一步完成,还是分几步完成,反应的总热效应相同,即反应热的大小与反应途径无关,只与反应的始态和终态有关。
2.常用关系式
热化学方程式
焓变之间的关系
aA===B ΔH1
A===
B ΔH2
ΔH2=
ΔH1或
ΔH1=aΔH2
aA===B ΔH1
B===aA ΔH2
ΔH1=-ΔH2
ΔH=ΔH1+ΔH2
题组一 利用盖斯定律求焓变
1.(2015·重庆理综,6)黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为
S(s)+2KNO3(s)+3C(s)===K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=xkJ·mol-1
已知:
碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1
S(s)+2K(s)===K2S(s) ΔH2=bkJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)===2KNO3(s) ΔH3=ckJ·mol-1,则x为( )
A.3a+b-cB.c-3a-b
C.a+b-cD.c-a-b
答案 A
解析 由碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1,得①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=akJ·mol-1,将另外两个热化学方程式依次编号为②、③,目标反应可由①×3+②-③得到,所以ΔH=3ΔH1+ΔH2-ΔH3,即x=3a+b-c。
2.(2013·新课标全国卷Ⅱ,12)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)ΔH1
2H2S(g)+SO2(g)===
S2(g)+2H2O(g)ΔH2
H2S(g)+
O2(g)===S(g)+H2O(g)ΔH3
2S(g)===S2(g)ΔH4
则ΔH4的正确表达式为( )
A.ΔH4=
(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
B.ΔH4=
(3ΔH3-ΔH1-ΔH2)
C.ΔH4=
(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
D.ΔH4=
(ΔH1-ΔH2-3ΔH3)
答案 A
解析 给题中方程式依次编号为①、②、③、④,[①+②-③×3]×
得2S(g)===S2(g) ΔH4=
(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
3.[2015·江苏,20
(1)]烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。
O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为
NO(g)+O3(g)===NO2(g)+O2(g)
ΔH=-200.9kJ·mol-1
NO(g)+
O2(g)===NO2(g)
ΔH=-58.2kJ·mol-1
SO2(g)+O3(g)===SO3(g)+O2(g)
ΔH=-241.6kJ·mol-1
反应3NO(g)+O3(g)===3NO2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
答案 -317.3
解析 对所给的三个热化学方程式由上到下依次标记为①、②、③,由反应①和②可知O2是中间产物,①+②×2消去O2,可得目标反应,故目标反应的ΔH=-200.9kJ·mol-1+(-58.2kJ·mol-1)×2=-317.3kJ·mol-1。
答题模板
叠加法求焓变
步骤1 “倒”
为了将方程式相加得到目标方程式,可将方程式颠倒过来,反应热的数值不变,但符号相反。
这样,就不用再做减法运算了,实践证明,方程式相减时往往容易出错。
步骤2 “乘”
为了将方程式相加得到目标方程式,可将方程式乘以某个倍数,反应热也要相乘。
步骤3 “加”
上面的两个步骤做好了,只要将方程式相加即可得目标方程式,反应热也要相加。
题组二 多角度比较焓变大小
4.(2014·新课标全国卷Ⅱ,13)室温下,将1mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)
CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。
则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3
B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2
D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
答案 B
解析 1molCuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,为吸热反应,故ΔH1>0,1molCuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,为放热过程,故ΔH2<0,1molCuSO4·5H2O(s)溶于水可以分为两个过程,先分解成1molCuSO4(s)和5mol水,然后1molCuSO4(s)再溶于水,CuSO4·5H2O的分解为吸热反应,即ΔH3>0,根据盖斯定律得到关系式ΔH1=ΔH2+ΔH3,分析得到答案:
ΔH1<ΔH3。
5.已知下列热化学方程式:
①H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH1=akJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2=bkJ·mol-1
③H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH3=ckJ·mol-1
④2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH4=dkJ·mol-1
下列关系式中正确的是( )
A.ad>0
C.2a=b<0D.2c=d>0
答案 C
解析 H2的燃烧反应是放热反应,ΔH<0,故a、b、c、d都小于0,B、D错;反应③与反应①相比较,产物的状态不同,H2O(g)转化为H2O(l)为放热反应,所以a>c,A错;反应②的化学计量数是①的2倍,②的反应热也是①的2倍,b=2a<0,C对。
6.(2014·江苏,10)已知:
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1
CO2(g)+C(s)===2CO(g) ΔH2
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3
4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH4
3CO(g)+Fe2O3(s)===3CO2(g)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A.ΔH1>0,ΔH3<0B.ΔH2>0,ΔH4>0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
答案 C
解析 A项,C(s)、CO(g)在O2(g)中燃烧生成CO2,均为放热反应,则有ΔH1<0、ΔH3<0;B项,CO2(g)与C(s)在高温条件下反应生成CO(g),该反应为吸热反应,则有ΔH2>0,Fe(s)与O2(g)反应生成Fe2O3(s)为放热反应,则有ΔH4<0;C项,将五个热化学方程式依次编号为①、②、③、④、⑤,根据盖斯定律,由②+③可得①,则有ΔH1=ΔH2+ΔH3;D项,将五个热化学方程式依次编号为①、②、③、④、⑤,根据盖斯定律,由③×3-⑤×2可得④,则有ΔH4=3ΔH3-2ΔH5。
方法归纳
反应热大小比较
1.利用盖斯定律比较。
2.同一反应的生成物状态不同时,如A(g)+B(g)===C(g) ΔH1,A(g)+B(g)===C(l) ΔH2,则ΔH1>ΔH2。
3.同一反应的同一反应物状态不同时,如A(s)+B(g)===C(g) ΔH1,A(g)+B(g)===C(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2。
4.两个有联系的反应相比较时,如C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1①,C