高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第2节燃烧热中和热能源化学反应热的计算学案.docx
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高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第2节燃烧热中和热能源化学反应热的计算学案
燃烧热 中和热 能源化学反应热的计算
明考纲
1.了解燃烧热、中和热的概念。
2.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。
了解化学在解决能源危机中的重要作用。
3.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。
析考情
近几年高考对本节的考查,主要考点有三个:
一是燃烧热、中和热等概念的判断,主要以热化学方程式书写形式进行考查;二是考查盖斯定律在反应热计算中的应用;三是结合生产、生活考查新能源的开发利用。
盖斯定律是高考命题热点。
考点
燃烧热和中和热
1.燃烧热
(1)概念:
在101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
单位一般用kJ·mol-1(或kJ/mol)表示。
注意:
①压强——101kPa。
②量——可燃物的物质的量为1mol。
③完全燃烧。
④产物——元素完全燃烧时对应的稳定氧化物:
C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g)等。
(2)意义:
例如,C的燃烧热是393.5kJ·mol-1,表示在25℃,101kPa条件下1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。
(3)燃烧热热化学方程式的书写原则
燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写它的热化学方程式时,应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。
例如:
C8H18(l)+
O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1,即C8H18的燃烧热为5518kJ·mol-1。
(4)燃烧热的计算:
Q放=n(可燃物)×|ΔH|
式中:
Q放为可燃物燃烧反应放出的热量;n为可燃物的物质的量;ΔH为可燃物的燃烧热。
2.中和热
(1)概念:
在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol_H2O时的反应热叫做中和热。
注意:
①溶液的浓度——稀溶液。
②量——产物的物质的量为1molH2O。
③用离子方程式可表示为H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
(2)中和热热化学方程式的书写原则
中和热是以稀的强酸和强碱溶液反应生成1mol水时所放出的热量来定义的,因此在书写热化学方程式时,应以生成1molH2O为标准来配平其余物质的化学计量数,如硫酸与氢氧化钠溶液反应,用热化学方程式可表示为
H2SO4(aq)+NaOH(aq)===
Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
(3)中和热的测定实验
①装置如图(在横线上填出仪器的名称)
②注意事项
a.碎泡沫塑料及泡沫塑料板的作用是保温隔热,防止热量散失。
b.为保证酸、碱完全中和,常使碱(或酸)稍稍过量。
c.实验中若使用弱酸或弱碱,会使测得数值偏小。
(4)测定原理
ΔH=-
(其中:
c=4.18J·g-1·℃-1=4.18×10-3kJ·g-1·℃-1;n为生成H2O的物质的量)
易错警示
(1)反应热、燃烧热、中和热均有单位,单位均为kJ·mol-1。
(2)中和热是一定值,即ΔH=-57.3kJ·mol-1,燃烧热、中和热的数值与参加反应的量的多少无关,但在分析时要注意反应物及生成物的状态及类别(强酸、强碱、弱酸、弱碱)。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)向汽油中添加甲醇后,该混合燃料的热值不变。
( )
(2)1molH2燃烧放出的热量为H2的燃烧热。
( )
(3)甲烷的标准燃烧热ΔH=-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。
( )
(4)已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,则Ca(OH)2和HCl反应的反应热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1。
( )
提示
(1)×
(2)× (3)× (4)×
题组一燃烧热、中和热的含义及正确表述
1.25℃,101kPa时,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1,辛烷的燃烧热ΔH=-5518kJ·mol-1。
下列热化学方程式书写正确的是( )
A.2H+(aq)+SO
(aq)+Ba2+(aq)+2OH-(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l)ΔH=-57.3kJ·mol-1
B.C8H18(l)+
O2(g)===8CO2(g)+9H2O(g)ΔH=-5518kJ·mol-1
C.KOH(aq)+
H2SO4(aq)===
K2SO4(aq)+H2O(l)ΔH=-57.3kJ·mol-1
D.2C8H18(g)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(l)ΔH=-5518kJ·mol-1
答案 C
解析 A项,生成的是2molH2O(l),且生成了难溶的B2SO4;B项,应生成H2O(l);D项,辛烷应为1mol。
2.下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,则稀H2SO4和Ba(OH)2稀溶液反应生成2molH2O的反应热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1
B.燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)+
O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9kJ·mol-1,则CH3OH(g)的燃烧热为192.9kJ·mol-1
C.H2(g)的燃烧热是285.8kJ·mol-1,则2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6kJ·mol-1
D.葡萄糖的燃烧热是2800kJ·mol-1,则
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1400kJ·mol-1
答案 D
解析 稀H2SO4和Ba(OH)2稀溶液反应时还生成了BaSO4沉淀,故反应热还应包括BaSO4沉淀的生成热,A错;甲醇蒸气的燃烧热是1molCH3OH(g)完全燃烧生成液态水和二氧化碳所放出的热量,该方程式中生成的是H2,而不是液态水,B错;若ΔH=+571.6kJ·mol-1,则热化学方程式中的水应该为液态,C错;葡萄糖的燃烧热是2800kJ·mol-1,故
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1400kJ·mol-1,D正确。
题组二中和热测定误差分析和数据处理
3.利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下:
①用量筒量取30mL0.50mol·L-1硫酸溶液倒入小烧杯中,测出硫酸溶液的温度;②用另一量筒取50mL0.50mol·L-1NaOH溶液,并用同一温度计测出其温度;③将NaOH溶液倒入小烧杯中,设法使之混合均匀,测得混合液最高温度。
回答以下问题:
(1)为什么所用H2SO4溶液要稍过量?
________________________________________________________。
(2)倒入NaOH溶液的正确操作是________(填序号)。
A.沿玻璃棒缓慢倒入 B.分三次少量倒入
C.一次迅速倒入
(3)使硫酸溶液与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________(填序号)。
A.用温度计小心搅拌
B.揭开硬纸片用玻璃棒搅拌
C.轻轻地振荡烧杯
D.用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
(4)写出该反应的热化学方程式[生成1molH2O(l)时的反应热为-57.3kJ·mol-1]________________。
(5)某学生的记录数据如表所示:
①请填写表格中的空白
温度
次数
起始温度t1/℃
终止温度t2/℃
温度差平均值
(t2-t1)/℃
H2SO4
NaOH
平均值
1
26.2
26.0
26.1
30.1
2
27.0
27.4
27.2
33.3
3
25.9
25.9
25.9
29.8
4
26.4
26.2
26.3
30.4
②近似认为0.50mol·L-1NaOH溶液和0.50mol·L-1硫酸溶液的密度都是1.0g·mL-1,中和后生成溶液的比热容c=4.18J/(g·℃)。
则生成1molH2O(l)时的反应热ΔH=________(取小数点后一位)。
③上述实验数值结果与-57.3kJ·mol-1有偏差,产生偏差的原因不可能是(填字母)________。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
(6)________(填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液代替氢氧化钠溶液,理由是______________________________________________。
(7)若将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1L1mol·L-1的稀盐酸恰好完全反应,其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为________。
答案
(1)确保NaOH被完全中和
(2)C
(3)D
(4)H2SO4(aq)+2NaOH(aq)===Na2SO4(aq)+2H2O(l)
ΔH=-114.6kJ·mol-1
(5)①4.0 ②-53.5kJ·mol-1 ③b
(6)不能 H2SO4与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应热
(7)ΔH1=ΔH2<ΔH3
解析
(1)实验中用稍微过量的H2SO4以保证NaOH完全被中和。
(2)为了减少热量损失,倒入NaOH溶液应一次迅速倒入,若分次或缓慢加入,会使热量散失。
(3)温度计不能用于搅拌液体,搅拌过程中要防止热量散失。
(4)书写时注意ΔH与化学计量数相对应。
(5)①由于第2次数据误差太大,计算时要舍去,取1,3,4三次实验数据的平均值。
②Q=cmΔt=4.18J/(g·℃)×(50+30)g×4.0℃=1.3376kJ
则生成1molH2O时放出的热量=
=53.5kJ·mol-1。
ΔH=-53.5kJ·mol-1。
③放出的热量少于57.3kJ·mol-1,应该是反应过程中造成了热量损失,而量取NaOH溶液时仰视读数,使NaOH溶液的体积偏大,产生的热量也增多,故b项符合题意。
(6)因为硫酸与Ba(OH)2溶液反应生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应热,故不能用Ba(OH)2溶液代替氢氧化钠溶液。
(7)稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离,它们的中和热相同,稀氨水中的溶质是弱电解质,它与盐酸的反应中一水合氨的电离要吸收热量,故中和热要小一些(注意中和热与ΔH的关系)。
★总结提升
正确理解中和热,注意操作与计算细节
(1)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。
(2)酸碱溶液应当用稀溶液(0.1~0.5mol·L-1)。
若溶液浓度过大,溶液中阴、阳离子间的相互牵制作用越大,电离程度达不到100%,这样使酸碱中和时产生的热量会消耗一部分补偿电离时所需的热量,造成较大误差。
(3)使用两只量筒分别量取酸和碱。
(4)使用同一支温度计分别先后测量酸、碱及混合液的最高温度,测完一种溶液后,必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。
(5)取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算,而不是结果的平均值,计算时应注意单位的统一。
考点
盖斯定律、反应热的计算
1.盖斯定律
(1)内容:
对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的。
即:
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。
(2)意义:
间接计算某些反应的反应热。
已知在25℃、101kPa时:
①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1,
②2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221kJ·mol-1,
则CO(g)+
O2(g)===CO2(g)的ΔH为-283kJ·mol-1。
(3)应用
转化关系
反应热间的关系
aA
B、A
B
ΔH1=aΔH2
A
B
ΔH1=-ΔH2
ΔH=ΔH1+ΔH2
2.反应热的计算
(1)主要依据
热化学方程式、键能、盖斯定律及燃烧热、中和热等。
(2)主要方法
①根据热化学方程式计算
反应热与反应物和生成物各物质的物质的量成正比。
②根据反应物和生成物的总能量计算
ΔH=E生成物-E反应物
③依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算
ΔH=E反应物的化学键断裂吸收的能量-E生成物的化学键形成释放的能量
④根据盖斯定律计算
化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关,而与反应的途径无关。
即如果一个反应可以分步进行,则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的。
应用盖斯定律常用以下两种方法。
a.热化学方程式相加或相减,如由
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1;
C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH2;
可得2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=2(ΔH1-ΔH2)
b.合理设计反应途径,如
,则ΔH=ΔH1+ΔH2。
⑤根据物质燃烧热数值计算
Q(放)=n(可燃物)×|ΔH|
⑥根据比热公式进行计算
Q=c·m·ΔT
1.已知:
HCN(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH=-12.1kJ·mol-1;HCl(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH=-55.6kJ·mol-1,则HCN在水溶液中电离的ΔH=________。
若知道H2SO4(aq)与Ba(OH)2(aq)反应的ΔH=-1584.2kJ·mol-1,则SO
(aq)+Ba2+(aq)===BaSO4(s) ΔH=________。
提示 +43.5kJ·mol-1 -1473kJ·mol-1
2.
物质A在一定条件下可发生一系列转化,完成下列填空。
①A→F,ΔH=________
②ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=________
③C→F,|ΔH|____|ΔH1+ΔH2+ΔH6|(填“>”“<”或“=”)
④|ΔH1+ΔH2+ΔH3|____|ΔH4+ΔH5+ΔH6|(填“>”“<”或“=”)
提示 ①-ΔH6 ②0 ③= ④=
题组一利用盖斯定律书写热化学方程式
1.
(1)[2015·福建高考]已知:
Al2O3(s)+3C(s)===2Al(s)+3CO(g) ΔH1=+1344.1kJ·mol-1
2AlCl3(g)===2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1169.2kJ·mol-1
由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为________。
(2)[2014·四川高考]已知:
25℃、101kPa时,
Mn(s)+O2(g)===MnO2(s)ΔH=-520kJ·mol-1
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-297kJ·mol-1
Mn(s)+S(s)+2O2(g)===MnSO4(s)ΔH=-1065kJ·mol-1
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是________。
(3)[2013·课标全国卷Ⅰ]二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。
由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(ⅰ)CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)ΔH1=-90.1kJ·mol-1
(ⅱ)CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-49.0kJ·mol-1
水煤气变换反应:
(ⅲ)CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)ΔH3=-41.1kJ·mol-1
二甲醚合成反应:
(ⅳ)2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH4=-24.5kJ·mol-1
由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为______________________________________。
答案
(1)Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g)ΔH=+174.9kJ·mol-1
(2)MnO2(s)+SO2(g)===MnSO4(s)ΔH=-248kJ·mol-1
(3)2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-204.7kJ·mol-1
解析
(1)根据盖斯定律,由题中第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+1344.1kJ·mol-1-1169.2kJ·mol-1=+174.9kJ·mol-1。
(2)设所给热化学方程式依次为①②③,根据盖斯定律,由③-②-①可得:
MnO2(s)+SO2(g)===MnSO4(s) ΔH=-1065kJ·mol-1+297kJ·mol-1+520kJ·mol-1=-248kJ·mol-1。
(3)由CO与H2直接制备CH3OCH3的方程式为2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g),再由盖斯定律可知反应热ΔH=2ΔH1+ΔH4=2×(-90.1kJ·mol-1)+(-24.5kJ·mol-1)=-204.7kJ·mol-1
★总结提升
利用盖斯定律书写热化学方程式
题组二利用盖斯定律比较反应热
2.已知:
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
则a、b、c、d间的大小关系为________________。
答案 b=2a>d=2c
解析 根据盖斯定律可知,由①式乘以2可以得到②式,故b=2a,由③式乘以2可以得到④式,故d=2c,由①式减去③式可得到H2O(l)===H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH3=a-c,该过程吸收热量,故a-c>0,a>c,综上可得b=2a>d=2c。
★总结提升
(1)在比较反应热(ΔH)的大小时,要带符号比较。
对于放热反应,放出的热量越多,ΔH反而越小。
(2)要注意比较的是放出热量的多少,还是反应热(ΔH)的大小,对于一个放热反应,二者比较的结果相反。
题组三利用盖斯定律计算反应热
3.[2013·海南高考]已知下列反应的热化学方程式:
6C(s)+5H2(g)+3N2(g)+9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH3
则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)+10H2O(g)+O2(g)+6N2(g)的ΔH为( )
A.12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1B.2ΔH1-5ΔH2-12ΔH3
C.12ΔH3-5ΔH2-2ΔH1D.ΔH1-5ΔH2-12ΔH3
答案 A
解析 分别给已知方程式编号,由盖斯定律可知所给方程式由③×12+②×5-①×2得到,故ΔH=12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1。
4.
(1)[2015·江苏高考]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。
(2)[2014·课标全国卷Ⅰ]甲醇脱水反应
2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH1=-23.9kJ·mol-1
甲醇制烯烃反应 2CH3OH(g)===C2H4(g)+2H2O(g)ΔH2=-29.1kJ·mol-1
乙醇异构化反应 C2H5OH(g)===CH3OCH3(g)ΔH3=+50.7kJ·mol-1
则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g)===C2H5OH(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
(3)[2013·江苏高考]白磷(P4)可由Ca3(PO4)2、焦炭和SiO2在一定条件下反应获得。
相关热化学方程式如下:
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)===6CaO(s)+P4(s)+10CO(g)ΔH1=+3359.26kJ·mol-1
CaO(s)+SiO2(s)===CaSiO3(s)ΔH2=-89.61kJ·mol-1
2Ca3(PO4)2(s)+6SiO2(s)+10C(s)===6CaSiO3(s)+P4(s)+10CO(g)ΔH3
则ΔH3=________kJ·mol-1。
答案
(1)-317.3
(2)-45.5 (3)+2821.6
解析
(1)根据盖斯定律,由题中第一个热化学方程式+第二个热化学方程式×2,可得3NO(g)+O3(g)===3NO2(g) ΔH=-200.9kJ·mol-1-58.2kJ·mol-1×2=-317.3kJ·mol-1。
(2)将题给反应依次编号为①、②、③,①-②-③即得C2H4(g)+H2O(g)===C2H5OH(g),故ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3=-23.9kJ·mol-1-(-29.1kJ·mol-1)-(+50.7kJ·mol-1)=-45.5kJ·mol-1。
(3)根据盖斯定律得:
ΔH3=ΔH1+6ΔH2=+3359.26kJ·mol-1+6×(-89.61kJ·mol-1)=+2821.6kJ·mol-1。
考点
能源
1.概念
能提供能量的自然资源。
2.发展阶段
柴草时期→化石能源时期→多能源结构时期。
3.能源的分类
4.能源问题
(1)我国目前使用的主要能源是化石燃料,它们的蕴藏量有限,而且不能再生,最终将会枯竭。
(2)化石燃料的大量使用带来严重的环境污染问题。
5.解决能源问题的措施
(1)提高能源的使用效率
①改善开采、运输、加工等各个环节。
②科学控制燃烧反应,使燃料充分燃烧。
一是保证燃烧时有适当过量的空气,如鼓入空气、增大O2浓度等。
二是保证燃料与空气有足够大的接触面积,如将固体粉碎成粉末,使液体喷成雾状等。
(2)开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“