化学反应与能量的变化.docx

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化学反应与能量的变化

化学反应与能量的变化

一、焓变与反应热

1、定义：

在化学反应过程中放出或吸收的热量，通常叫做反应热,,又称为“焓变”

2、符号：

用

表示。

3、单位：

一般采用KJ／mol。

4、可直接测量，测量仪器叫量热计。

5、研究对象：

一定压强下，在敞口容器中发生的反应所放出或吸收的热量。

6、反应热产生的原因：

[设疑]例如：

H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）。

实验测得1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时放出184．6kJ的热量，从微观角度应如何解释?

[析疑]

（1）化学键断裂时需要吸收能量。

吸收总能量为：

436kJ+243kJ=679KJ

（2）化学键形成时需要释放能量。

释放总能量为：

431kJ+431KJ=862KJ

（3）反应热的计算：

862KJ-679kJ=183kJ

7、反应的表示方法

（1）放热反应：

即有热量放出的化学反应，其反应物的总能量大于生成物的总能量。

（2）吸热反应：

即吸收热量的化学反应，其反应物的总能量小于生成物的总能量。

化学反应中的能量变化示意图对于该“示意图”可理解为下列形式：

放热反应ΔH为“—”或ΔH〈0吸热反应ΔH为“+”或ΔH〉0

8、△H计算的三种表达式

（1）△H==E（化学键断裂所吸收的总能量）—E（化学键生成所释放的总能量）

（2）△H==E（生成的总能量）–E（反应物的总能量）

（3）△H==反应物的键能之和–生成物的键能之和

注意：

化学键断裂或生成所吸收或放出的能量叫做化学键的键能。

反应键能越小，稳定性越弱，能量就越高破坏它需要的能量就越小；生成物的键能越大，稳定性越强，能量就越低，释放的能量就越大，故需要放出能量，△H为负，反应之为正。

△H有正负之分，因此比较△H大小时，要连同“+”、“-”包含在内，类似于数学上的正负数比较，如果只比较反应放出热量变化，则只比较数值大小。

【小结】若反应放热，说明反应物所具有的总能量>生成物所具有的总能量△H<0，反应物的稳定性<生成物的稳定性。

若反应吸热，说明反应物所具有的总能量<生成物所具有的总能量△H>0，反应物的稳定性>生成物的稳定性，物质所具有的总能量越高物质越不稳定。

二、热化学方程式

1．定义：

表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。

如：

H2（g）＋I2（g）

2HI（g）；△H=－14.9kJ/mol

例题：

H2（g）＋

O2（g）=H2O（g）；△H=-241.8kJ/mol，表示lmol气态H2和

mol气态O2反应生成lmol水蒸气，放出241.8kJ的热量。

（在101kPa和25℃时）H2（g）十

O2（g）＝H2O（l）；△H=-285.8kJ/mol，表示lmol气态H2与

mo气态O2反应在101kPa和25℃时，生成lmol液态水，放出285.8kJ的热量。

[小结]描述在一定条件下，一定量某状态下的物质，充分反应后所吸收或放出热量的多少。

[意义]不仅表明了化学反应中的物质变化，页表明了化学反应中的能量的变化

2．书写热化学方程式的注意事项：

（1）需注明反应的温度和压强。

因反应的温度和压强不同时，其△H不同。

例如：

H2（g）＋

O2（g）=H2O（g）；△H=-241.8kJ/molH2（g）十

O2（g）＝H2O（l）；△H=-285.8kJ/mol

从上述两个热化学方程式可看出，lmolH2反应生成H2O（l）比生成H2O（g）多放出44kJ/mol的热量。

产生的热量为什么不同？

（2）要注明反应物和生成物的状态。

物质的聚集状态，与它们所具有的能量有关。

通常气体用“g”、液体用”l”、固体用“s”、溶液用“aq”，且热化学方程式通常不用“↑”、“↓”。

例如：

H2（g）+C12（g）=2HCl（g）；△H=-184.6kJ/mol

H2（g）+

Cl2（g）=HCl（g）；△H＝－92.3kJ/mol

（3）热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，它可以是整数也可以是分数。

对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其△H也不同。

［注意］热化学方程式是表示反应已完成的量，而不管反应是否真正完成。

△H与反应完成的物质的量有关，而方程式中化学计量数只表示物质的量的多少，并不表示物质的分子数或原子数，所以化学计量数必须与△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。

[点击试题]

［例1］已知在25℃，101kPa下，1g

（辛烷）燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量．表示上述反应的热化学方程式正确的是

A．

；△H＝－48.40kJ/mol

B．

；△H＝－5518kJ/mol

C．

；△H＝+5518kJ/mol

D．

；△H＝－11036kJ/mol

答案BD

[例2]在同温同压下，下列各组热化学方程式中Q2>Ql的是（）

A．2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）；△H=－Q1

2H2（g）+O2（g）=2H2O

（1）；△H=－Q2

B．S（g）+O2（g）=SO2（g）；△H=－Q1

S（s）+O2（s）=SO2（g）；△H=－Q2

C．C（s）+

O2（g）=CO（g）；△H=－Q1

C（s）+O2（g）=CO2（s）；△H=－Q2

D．H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）；△H=－Q1

H2（g）+

Cl2（g）=HCl（g）；△H=－Q2

[解析]首先分析同一物质不同聚集状态转化时的能量变化，其次分析不同聚集状态在反应物中和在生成物中对反应热的影响，最后得出比较结论。

A中因H2O（g）→H2O（”放热，故Q2>Ql；B中S（S）→S（g）吸热，而且S在燃烧时必须由固态变为气态才能燃料，故Q2Q1；D中在聚集状态完全相同的条件下，可燃物H2的量与燃烧热的值成正比，因此Q2=1/2Q1[答案]AC。

[例3]已知（l）

＝H2O（g）△H1＝akJ·

（2）

＝2H2O（g）△H2＝bkJ·

（3）

＝H2O（l）△H3＝ckJ·

（4）

＝2H2O（l）△H4＝dkJ·

下列关系式中正确的是（）

A．a＜c＜0B．b＞d＞0C．2a＝b＜0D．2c＝d＞0

[解析]氢气跟氧气化合反应是放热反应，再根据反应物中的物质的量关系进行比较可以得出a、b、c、d之间的大小关系。

[答案]C。

[例4]、已知：

C（s）+O2（g）=CO2（g）；

=-393．5kJ／mol

H2（g）+

O2（g）=H20（g）；

=-241．5KJ／mol

欲得相同热量，需充分燃烧C和H2的质量比约为（A）。

A．12：

3．25B．3．25：

12C．1：

1D．6：

1

[分析]欲得相同热量，设C的质量为x（C），H2质量为y（H2），则有：

选项为A

[例5]、已知两个热化学方程式：

2H2（g）+O2（g）=2H20（l）；

=-571．6KJ／mol

C3H8（g）+5O2（g）=3CO2（g）+4H20（l）；

=-2220kJ／mol

实验测得H2和C3H8的混合气体共5mol，完全燃烧时放热3847KJ,则混合气体中H2与C3H8的体积比是（B）。

A．1：

3B．3：

1C．1：

4D．1：

1

[分析]设H2物质的量为n（H2），则n（C3H8）为5mol-n（H2），则有

·n（H2）+2220kJ／mol

[5mol-n（H2）]=3847kI，则，n（H2）=3.75mol;

n（C3H8）=1.25mol。

又因

，选项为B

三、中和反应反应热的测定

定义：

在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1molH2O时的反应热叫中和热。

在中学阶段，只讨论强酸和强碱反应的中和热。

1、实验原理：

V酸=V碱=50mL。

c酸=0.50mol/Lc碱=0.55mol/L

ρ酸=ρ碱=1g/cm3c=4.18J/（g·℃）

Q=mcΔt　①

Q=（V酸ρ酸＋V碱ρ碱）·c·（t2－t1）②

Q=0.418（t2－t1）kJ③

H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）

生成1mol水时反应热为

实验2-3：

在50mL烧杯中加入20mL2mol/L的盐酸，测其温度。

另用量筒量取20mL2mol/LNaOH溶液，测其温度，并缓缓地倾入烧杯中，边加边用玻璃棒搅拌。

观察反应中溶液温度的变化过程，并作好记录。

盐酸温度/℃NaOH溶液温度/℃中和反应后温度/℃

t（HCl）t（NaOH）t2

数据处理：

△H＝Q/n＝cm△t/n

其中：

c＝4.18J/（g•℃），m为酸碱溶液的质量和，△t＝t2－t1，t1是盐酸温度与NaOH溶液温度的平均值，n为生成水的物质的量。

2、注意事项：

1.大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？

填碎纸条的作用是什么？

对此装置，你有何更好的建议？

答：

两杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而减少热量损失；填碎纸条的作用是为了达到保温隔热、减少实验过程中热量损失的目的。

若换用隔热、密封性能更好的装置（如保温杯）会使实验结果更准确。

2.温度计上的酸为何要用水冲洗干净？

冲洗后的溶液能否倒入小烧杯？

为什么？

答：

因为该温度计还要用来测碱液的温度，若不冲洗，温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散失，故要冲洗干净；冲洗后的溶液不能倒入小烧杯，若倒入，会使总溶液的质量增加，而导致实验结果误差。

*

3.实验中所用HCl和NaOH的物质的量比为何不是1∶1而是NaOH过量？

若用HCl过量行吗？

答：

为了保证0.50mol/L的盐酸完全被NaOH中和，采用0.55mol/LNaOH溶液，使碱稍稍过量。

若使盐酸过量（氢氧化钠溶液极易吸收空气中的CO2,所以氢氧化钠物质的量偏多的部分与CO2反应了,因此保证了盐酸与氢氧化钠物质的量的比可达1:

1）。

4.酸、碱混合时，为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？

答：

因为本实验的关键是测反应的反应热，若动作迟缓，将会使热量损失而使误差增大。

5、实验中若用弱酸代替强酸，或用弱碱代替强碱，因中和过程中电离吸热，会使测得中和热的数值偏低。

6、要使用同一支温度计。

分别先后测量酸、碱及混合液的温度时，测定一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。

温度计的水银球部分要完全浸入溶液中，且要稳定一段时间再记下读数。

7、实验中所用的盐酸和氢氧化钠溶液配好后要充分冷却至室温，才能使用。

8、操作时动作要快，尽量减少热量的散失。

9、实验时亦可选用浓度体积都不相同的酸碱溶液进行中和热的测定，但在计算时，应取二者中量小的一种，因为过量的酸碱并不参加中和反应。

基础提升

一、书写下列反应的热化学方程式

1、2molCu（s）与适量O2（g）反应生成CuO（s），放出314kJ热量；

2、1g硫粉在氧气中充分燃烧放出9.36kJ热量，写出硫燃烧的热化学方程式。

3、燃烧ag乙醇（液态）生成CO2气体和液态H2O，放出热量为QkJ，经测定ag乙醇与足量Na反应能生成H25.6L（标准状况下），则乙醇燃烧的热化学方程式表示正确的是（）

A．C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）；△H=-QkJ/mol

B．C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）；△H=-

QkJ/mol

C．

C2H5OH（l）+

O2（g）=CO2（g）+

H2O（l）；△H=-QkJ/mol

D．C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）；△H=-2QkJ/mol

4、已知1mol甲烷燃烧放出890.3KJ的热量，在标准状况下，1m3甲烷完全燃烧可放出的热量为（）

A、890.3KJB、39745.5KJC、1979KJD、19855KJ

5、燃烧ag乙醇（液态）生成CO2气体和液态H2O，放出热量为QkJ，经测定ag乙醇与足量Na反应能生成H25.6L（标准状况下），则乙醇燃烧的热化学方程式表示正确的（）

A.C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H20（l）；

=-QkJ／mol

B．C2H50H（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H20

（1）；

=-

QkJ／mol

C．

C2H50H（l）十

O2（g）=CO2（g）+

H2O（l）；

=-QLJ／mol

D.C2H50H（l）十3O2（g）=2CO2（g）+3H20（l）；

=-2QkJ／mol

6、已知金刚石、石墨燃烧的热化学方程式：

C（s、金刚石）+O2（g）=CO2（g）；

=-395．4kJ／mol，

C（s、石墨）+02（g）=C02（g）；

=-393．51KJ／mol。

则石墨转化为金刚石的反应热

=_____kJ／mol，两物质比较，石墨__较为稳定

答案：

6C、D7、B、C8、+1，9，石墨

巩固提升

1．下列说法正确的是（）

A．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

B．任何放热反应在常温条件下一定能发生反应

C．反应物和生成物所具有的总能量决定了放热还是吸热

D．吸热反应只能在加热的条件下才能进行

2．下列说法正确的是（）

A．热化学方程式的计量数只表示分子的个数

B．热化学方程式中只需标明生成物的状态

C．反应热指的是反应过程中放出或吸收的热量

D．有能量变化的不一定是化学变化

3．根据热化学方程式：

S（l）+O2（g）=SO2（g）ΔH=－293.23kJ/mol分析下列说法中正确的是（）

A．S（s）+O2（g）=SO2（g），反应放出的热量大于293.23kJ/mol

B．S（g）+O2（g）=SO2（g），反应放出的热量小于293.23kJ/mol

C．1molSO2的键能的总和小于1mol硫和1mol氧气的键能之和

D．1molSO2的键能的总和大于1mol硫和1mol氧气的键能之和

4．下列说法正确的是（）

A．焓变是指1mol物质参加反应时的能量变化

B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH<0

C．加热条件下发生的反应均为吸热反应

D．一个化学反应中，当反应物质能量大于生成物能量时，反应放热，ΔH为“—”

5．同温同压下，已知下列各反应为放热反应，下列各热化学方程式中放热最少的是（）

A．2A（l）+B（l）=2C（g）ΔH1

B．2A（g）+B（g）=2C（g）ΔH2

C．2A（g）+B（g）=2C（l）ΔH3

D．2A（l）+B（l）=2C（l）ΔH4

6．热化学方程式中化学式前的化学计量数表示（）

A．分子个数B．原子个数C．物质的质量D．物质的量

7．在相同温度和压强下，将32g硫分别在纯氧中和空气中完全燃烧，令前者热效应为

ΔH1，后者热效应为ΔH2，则关于ΔH1和ΔH2的相对大小正确的是（）

A．ΔH1=ΔH2B．ΔH1>ΔH2C．ΔH1<ΔH2D．无法判断

9．已知在1×105Pa，298K条件下，2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ热量，下列热化学方程式正确的是（）

A．H2O（g）＝H2（g）+

O2（g）ΔH=+242kJ/mol

B．2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）ΔH=－484kJ/mol

C．H2（g）+

O2（g）=H2O（g）ΔH=－242kJ/mol

D．2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）ΔH=＋484kJ/mol

10．有如下三个反应方程式（）

H2（g）＋

O2（g）＝H2O（g）ΔH＝akJ/mol

H2（g）＋

O2（g）＝H2O（l）ΔH＝bkJ/mol

2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）ΔH＝ckJ/mol

关于它们的下列叙述正确的是（）

A．它们都是吸热反应B．a、b、c均为正值C．a＝bD．2b＝c

11．含NaOH20.0g的稀溶液与足量的稀盐酸反应，放出28.7kJ的热量，表示该反应的热化学方程式是（）

A．NaOH（aq）＋HCl（aq）＝NaCl（aq）＋H2O（l）；ΔH＝＋28.7kJ/mol

B．NaOH（aq）＋HCl（aq）＝NaCl（aq）＋H2O（l）；ΔH＝－28.7kJ/mol

C．NaOH（aq）＋HCl（aq）＝NaCl（aq）＋H2O（l）；ΔH＝＋57.4kJ/mol

D．NaOH（aq）＋HCl（aq）＝NaCl（aq）＋H2O（l）；ΔH＝－57.4kJ/mol

12．已知方程式2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）ΔH1＝－571.6kJ/mol，则关于方程式

2H2O（l）＝2H2（g）＋O2（g）；ΔH2＝?

的说法正确的是（）

A．方程式中化学计量数表示分子数B．该反应的ΔH2大于零

C．该反应ΔH2＝－571.6kJ/molD．该反应与上述反应属于可逆反应

13．断裂以下的物质需要能量最多的是（）

A．HClB．HBrC．HID．HAt

14．下列叙述中正确的是（）

A．实现H2→H+H的变化，要放出能量

B．液态水变成气态水要吸收能量

C．金刚石在一定条件变成石墨要吸收能量

D．CaO和水反应过程中焓变大于0

15．表示正反应是吸热反应的图像是（）

16．写出下列反应的热化学方程式。

（1）6.0g石墨与适量的水蒸气反应生成二氧化碳气体和氢气，吸收56.7kJ热量。

。

（2）3molNO2气体溶于水生成HNO3和NO气体，放出138kJ热量

。

17．火箭推进器中盛有强还原剂液态肼（N2H4）和强氧化剂液态双氧水。

当把0.4mol液态肼和0.8molH2O2混合反应，生成氮气和水蒸气，放出256.652kJ的热量（相当于25℃、101kPa下测得的热量）。

（1）反应的热化学方程式为。

（2）又已知H2O（l）＝H2O（g）ΔH＝+44kJ/mol。

则16g液态肼与液态双氧水反应生成液态水时放出的热量是kJ。

（3）此反应用于火箭推进，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很大的优点是。

18．用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：

（1）从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品

是。

（2）烧杯间填满碎纸条的作用是。

（3）大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值（填“偏大、偏小、无影响”）

（4）如果用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。

（5）用相同浓度和体积的氨水（NH3·H2O）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”）。

19．已知：

H2（g）+

O2（g）=H2O（g），反应过程中能

量变化如图所示，请回答下列问题。

（1）a、b、c分别代表什么意义？

a：

；b：

；

c：

。

（2）该反应是（填“放热”或“吸热”），ΔH0（填“>”“<”或“=”）。

【能力提升】

20．由金红石（TiO2）制取单质Ti，涉及到的步骤为：

TiO2→TiCl4Ti

已知①C（s）+O2（g）＝CO2（g）ΔH＝―393.5kJ/mol②2CO（g）+O2（g）＝2CO2（g）

ΔH＝―566kJ/mol③TiO2（s）+2Cl2（g）＝TiCl4（g）+O2（g）ΔH＝+141kJ/mol

则TiO2（s）+2Cl2（g）+C（s）＝TiCl4（g）+2CO（g）的ΔH＝。

反应TiCl4+2Mg＝2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是。

第一节化学反应与能量的变化

1．C2．D3．D4．D5．A6．D7．B8．B9．AC10．D11．D12．B13．A14．B15．A

16．C（石墨，s）+2H2O（g）＝CO2（g）+2H2（g）ΔH＝+113.4kJ

3NO2（g）+2H2O（g）＝2HNO3（aq）+NO（g）ΔH＝－138kJ

17．

（1）N2H4（l）+2H2O2（l）＝N2（g）+4H2O（g）ΔH＝－641.563KJ/mol

（2）408.8

（3）产物不会造成环境污染。

18．

（1）环形玻璃搅拌棒

（2）减少实验过程中的热量损失（3）偏小

（4）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（5）偏小

19．

（1）代表旧化学键断裂吸收的能量代表生成新键放出的能量代表反应热

（2）放热<

20．—80kJ/mol防止高温下Mg（Ti）与空气中的O2（或CO2、N2）作用