化学反应中的能量变化.docx
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化学反应中的能量变化
化学反应中的能量变化
重点、难点：
1.化学反应中的能量变化
2.热化学方程式的书写
3.燃烧热和中和热的概念
4.燃烧热的计算
知识分析：
（一）反应热
1.概念：
在化学反应过程中放出或吸收的热量，通常叫做反应热。
反应热用符号△H表示，单位一般采用kJ/mol
2.放热反应和吸热反应的比较。
（二）热化学方程式
1.概念：
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。
2.表示意义：
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。
例如：
H2（g）+
O2（g）=H2O（g）；△H＝－241.8kJ/mol
表示1mol气态H2与
mol气态O2反应生成1mol水蒸气，放出241.8kJ的热量。
3.热化学方程式的书写
与普通化学方程式相比，书写热化学方程式除了要遵循书写化学方程式的要求外还应注意以下五点：
①△H只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边，并用“；”隔开。
若为放热反应，△H为“－”；若为吸热反应，△H为“＋”。
△H的单位一般为kJ/mol。
②注意反应热△H与测定条件（温度、压强等）有关。
因此书写热化学方程式时应注明△H的测定条件。
绝大多数△H是在25℃、101325Pa下测定的，可不注明温度和压强。
③注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的量，并不表示物质的分子或原子数。
因此化学计量数可以是整数、也可以是分数。
④注意反应物和产物的聚集状态不同，反应热△H不同。
因此，必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。
气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。
热化学方程式中不用↑和↓。
⑤注意热化学方程式是表示反应已完成的数量。
由于△H与反应完成物质的量有关，所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与△H相对应，如果化学计量数加倍，则△H也要加倍。
当反应向逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。
例如：
已知H2（g）+
O2（g）=H2O（l）；△H＝－285.8kJ/mol，则
H2O（l）=H2（g）+
O2（g）；△H＝+285.8kJ/mol
2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）；△H＝－571.6kJ/mol
（三）燃烧热
1.概念：
在101kPa时，1mol物质燃烧生成稳定的氧化物的时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。
燃烧热的单位一般用kJ/mol表示。
2.注意：
燃烧热是反应热的一种形式。
使用燃烧热的概念时要理解下列要点。
①规定是在101kPa压强下测出热量。
书中提供的燃烧热数据都是在101kPa下测定出来的。
因为压强不同，反应热有所不同。
②规定可燃物的物质的量为1mol（这样才有可比性）。
因此，表示可燃物的燃烧热的热化学方程式中，可燃物的化学计量数为1，其他物质的化学计量数常出现分数。
例如，C8H18的燃烧热为5518kJ/mol，用热化学方程式表示则为C8H18（l）+
O2（g）=8CO2（g）+9H2O（l）；△H＝－5518kJ/mol。
③规定生成物为稳定的氧化物。
例如，H2O
（1）是稳定氧化物而H2O（g）不是稳定氧化物；CO2是稳定氧化物，而CO不是稳定氧化物。
因此，既要关注哪些氧化物是稳定氧化物，还要关注物质的状态必须是稳定的状态。
例如：
1mol碳燃烧生成CO时放出的热不是燃烧热，CO不稳定，可继续燃烧生成CO2。
C（s）+
O2（g）=CO（g）；△H＝－110.5kJ/mol
C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H＝－393.5kJ/mol
C的燃烧热为393.5kJ/mol而不是110.5kJ/mol。
④叙述燃烧热时，用正值，在热化学方程式中用△H表示时取负值。
例如，CH4的燃烧热为890.3kJ/mol，而△H＝－890.3kJ/mol。
必须以1mol可燃物燃烧为标准。
3.表示的意义：
例如C的燃烧热为393.5kJ/mol，表示在101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。
4.研究燃烧热的意义
在工业生产上，许多过程需要热，这些热大多数是通过可燃物燃烧来产生。
热多了既浪费同时也可能对生产不利，热少了不能满足工业生产的要求对生产也不利。
因此，研究燃烧热，可实现合理使用能源，充分利用能源，节约能源，减少环境污染。
（四）中和热
1.概念：
在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1molH2O，这时的反应热叫中和热。
2.中和热的表示：
H+（aq）＋OH－（aq）＝H2O（l）；△H＝－57.3kJ/mol。
3.注意：
①这里的稀溶液一般要求酸溶液中的c（H+）≤1mol/L，碱溶液中的c（OH－）≤1mol/L。
这是因浓酸溶液和浓碱溶液相互稀释时会放出热量。
②在中学化学主要研究强酸与强碱反应的中和热。
强酸与强碱的中和反应其实质是H+和OH－反应（即与酸、碱的种类无关），通过许多次实验测定，1molH+和1molOH－反应生成1molH2O时，放出热量57.3kJ。
其热化学方程式为
H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）；△H＝－57.3kJ/mol
因此，下列中和反应的△H相同，都为－57.3kJ/mol。
③有弱酸或弱碱参加的中和反应，其中和热的数值都小于57.3。
例如，下列中和反应的△H的数值都小于57.3。
这是因为反应时弱酸或弱碱发生电离需要吸收热量。
④中和热是以生成1molH2O为基准，因为表示中和热的热化学方程式中，水的化学计量数为1，其酸、碱或盐的化学计量数可以为分数。
必须以生成1mol水为标准；中和反应对象为稀溶液；强酸与强碱中和时生成1molH2O均放热57.3kJ，弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。
（五）测定：
1.装置：
2.原理：
△H×n＝（m酸+m碱）·C·（t终—t始）
3.操作步骤：
（1）装置的组装（见上图）
（2）量取50mL0.50mol/L盐酸，倒入小烧杯中，测定温度得t（HCl）记录并将温度计上的酸用水冲洗干净（洗液不进小烧杯）。
（3）用另一个量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，测定温度得t（NaOH），记录。
（4）先将温度计和搅拌棒放入小烧杯中，然后把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯中（注意不要洒到外面），用环形搅棒轻轻搅动溶液并准确读取混合溶液的最高温度t终，记录。
（5）重复实验两次，取测量所得数据的平均值用为计算依据。
（6）根据实验数据计算：
（7）说明：
采用0.55mol/LNaOH溶液是确保HCl反应完全而生成0.025molH2O，若采用弱酸或弱碱，将导致测定的中和热数值偏低。
（六）盖斯定律及其应用
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，而与具体反应进行的途径无关，如果一个反应可以分几步进行，则各分步及反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的，这就是盖斯定律。
例如：
可以通过两种途径来完成。
如上图表：
已知：
H2（g）+
O2（g）=H2O（g）；△H1＝－241.8kJ/mol
H2O（g）＝H2O（l）；△H2＝－44.0kJ/mol
根据盖斯定律，则
△H＝△H1＋△H2＝－241.8kJ/mol＋（－44.0kJ/mol）＝－285.8kJ/mol
其数值与用量热计测得的数据相同。
（七）使用化石燃料的利弊及新能源的开发
1.重要的化石燃料：
煤、石油、天然气
2.煤作燃料的利弊问题
（1）煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。
（2）煤直接燃烧时产生SO2等有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染。
（3）煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低，且运输不方便。
（4）可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤燃烧的热利用率。
3.新能源的开发
（1）调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油气资源，加强科技投入，加快开发水电、核电和新能源等就显得尤为重要和迫切。
（2）最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能等。
这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，对环境没有污染或污染少。
【典型例题】
题型一：
反应热的含义及放热反应与吸热反应的判断
[例1]下列变化过程，属于吸热反应的是（）
（1）液氨汽化
（2）将胆矾加热变为白色粉末（3）浓硫酸稀释（4）氨催化氧化生成一氧化氮（5）酸碱中和生成水（6）FeCl3溶于水显酸性
A.
（1）
（2）（6）B.
（1）
（2）（4）（6）
C.
（2）（6）D.
（2）（4）（6）
答案：
D
解析：
本题考查的关键点是对放热（吸热）反应及放热（吸热）过程的理解，只要抓住前者必需是化学变化，后者则主要是物理变化。
[例2]下列物质加入水中，显著地放热的是（）
A.固体NaOHB.生石灰C.尿素颗粒D.固体NH4NO3
答案：
A、B
解析：
解此题的关键是看清放热两字，注意此题所研究的不一定是放热的化学反应，放热过程也可。
[例3]“碘受热升华，破坏的是分子间作用力，未破坏I—I共价键，因此未发生吸热反应”的说法是否正确？
答案：
见解析。
解析：
化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应，把吸收热量的化学反应叫做吸热反应。
而碘升华属物理变化未发生化学反应，因此上述说法正确。
方法精要：
反应热是指化学反应过程中吸收或放出的热量。
反应热用△H表示，且△H为负值时表示放热，△H为正值时表示吸热。
易混知识点是：
放热（吸热）反应与放热（吸热）过程是不同的两组概念。
放热（吸热）反应是化学变化，而后者主要是物理变化。
题型二：
有关热化学反应方程式的书写及相应反应的计算
1.已知一定量的物质参加反应放出的热量，写出其热化学反应方程式。
[例1]将0.3mol的气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ热量，该反应的热化学方程式为_____________。
又已知：
H2O（g）＝H2O（l）；△H2＝－44.0kJ/mol，则11.2L（标准状况）乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是_____________kJ。
答案：
见解析。
解析：
0.3mol乙硼烷完全燃烧生成液态水放出649.5kJ热量，则1mol乙硼烷完全燃烧放出的热量为：
因此乙硼烷燃烧的热化学反应方程式为：
。
由于1mol水汽化需吸热44kJ，则3mol液态水全部汽化应吸热：
，所以1mol乙硼烷完全燃烧产生气态水时放热：
，则11.2L（标准状况）乙硼烷完全燃烧产生气态水放出热量是：
。
2.根据一定量的物质参加反应放出的热量（或根据已知的热化学方程式），进行有关反应热的计算。
[例2]已知：
；△H＝－393.5kJ/mol
；△H＝－241.8kJ/mol欲得到相同的热量，需分别燃烧固体碳和氢气的质量比约为（）
A.2:
3.25B.12:
3.25C.1:
1D.393.5:
241.8
答案：
B
解析：
由题意可列得方程
3.由热化学方程式中物质的聚集状态，生成物的种类及反应物物质的量的多少不同，比较反应热数值的大小。
[例3]在同温同压下，下列各组热化学方程式中，
的是
A.
B.
C.
D.
答案：
A、C
解析：
反应热数值的大小与反应物、生成物的种类有关，与反应物物质的量的多少有关，与反应物和生成物的聚集状态有关，还与反应时的外界条件有关。
A选项：
生成物的状态不同，由于从气态水到液态水会放热，所以生成液态水比生成气态水放出的热多即
；B选项：
反应物的状态不同，由于从固态硫到气态硫要吸热，所以气态硫燃烧放出的热量比固态硫燃烧放出的热量多，即
；C选项：
生成物的种类不同，由于CO与O2反应生成CO2要放出热量，故
；D选项：
反应物的物质的量不同，前一反应的物质的量是后一反应的物质的量的2倍，故
，即
。
方法精要：
1.要注意反应物和生成物的聚集状态，因为物质呈现哪一种聚集状态，与它们所具有的能量有关。
即：
反应物的物质相同、状态不同，△H也不同。
2.要注明反应发生时的温度及压强（若为同素异形体，要注明名称）。
因为△H的大小与反应的温度、压强有关。
但中学所用的△H的数据，一般都是在101kPa和25℃。
3.化学方程式中的化学计量数不表示分子个数，而是表示参加反应的各物质的物质的量，故化学计量数可以是整数也可以是分数，相同物质的化学反应，当化学计量数改变时，其△H也相应的改变。
4.△H表示：
在热化学方程式中
的“+”与“－”一定要注明，“+”代表吸热，“－”代表放热。
5.要注意反应热的单位：
反应热的单位是kJ/mol，mol的基本单元不是某一反应物或生成物的分子（或原子等），而是按反应方程式所示的哪些粒子的特定组合。
6.明确反应热之间的“加与减”，不管化学反应一步完成或分步完成，这个过程的反应热是相同的。
所以热化学反应方程式，可以像数学方程式一样进行“加与减”。
7.涉及反应热的计算，可把热量视为一种特殊的物质，同样可列比例计算。
题型三：
燃烧热、中和热的判断、求算及测量
[例1]下列说法正确的是（）
A.在101kPa时，1mol物质完全燃烧时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热；
B.酸和碱发生中和反应生成1mol水，这时的反应热叫中和热；
C.燃烧热或中和热是反应热的种类之一；
D.在稀溶液中，1molCH3COOH和1molNaOH完全中和时放出的热量为57.3kJ。
答案：
C
解析：
本题旨在考查对燃烧热、中和热的定义的理解，特别是两概念中应注意的问题，故不难确定答案为C。
[例2]在101kPa时，H2与1.00molO2完全燃烧，生成2.00mol液态水，放出571.6kJ的热量，表示氢气燃烧热的热化学反应方程式为____________。
答案：
见解析。
解析：
燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧时放出的热量。
据2H2（g）+O2（g）=2H2O知燃烧1molH2应放出285.8kJ热量，即燃烧的热方程式为：
H2（g）+
O2（g）=H2O（l）；△H＝－285.8kJ/mol
[例3]中和热的测定实验中将50mL0.5mol/L的盐酸改为60mL0.5mol/L盐酸所放出的热量与所求中和热与未改前是否相等？
怎样判断？
解析：
计算放出的热量：
，由于原反应中碱稍过量，现增大盐酸的量，生成的水增多，放出的热量增多，因此放热不等，又由于△H=Q/n（H2O），Q增大，n（H2O）增多，而比值不变，因此中和热值不变。
中和热相等也可从概念判断得出：
中和热是指酸与碱发生中和反应生成1mol水所放出的热量，与酸碱的用量无关。
例4、已知下列热化学方程式：
①Fe2O3（s）+3CO（g）＝2Fe（s）+3CO2（g）△H1＝－26.7KJ/mol
②3Fe2O3（s）+CO（g）＝2Fe3O4（s）+CO2（g）△H2＝－50.75KJ/mol
③Fe3O4（s）+CO（g）＝3FeO（s）+CO2（g）△H3＝－36.5KJ/mol
不用查表，计算反应FeO（s）+CO（g）＝Fe（s）+CO2（g）的焓变。
解析：
由盖斯定律可知，若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。
因此可利用已知化学反应的热效应，通过代数的加减来求得某一反应的热效应。
但运算时必须注意，欲消去的物质的种类、状态均应该相同，否则不能消去。
答案：
7.28KJ/mol
点评：
盖斯定律究竟如何具体应用，热化学方程式的相加减与相应焓变的相加减应保持相对的一致性。
方法精要：
1.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。
2.中和热：
在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1molH2O时的反应热。
3.易混知识点如下：
（1）燃烧热：
反应物的量是1mol（氧气的量不限），生成物的量不限量，而中和热反应物的量不限量生成物中的H2O是1mol。
（2）燃烧热中生成物必需是稳定的氧化物；中和热是在稀溶液中进行的。
【模拟试题】（答题时间：
45分钟）
1.为减少汽车对城市大气的污染，近年来中国成功地开发了以新燃料作能源的“绿色汽车”。
这种汽车可避免有毒的有机铅、苯和苯的同系物以及多环芳烃的排放，保护环境。
这种“绿色汽车”的燃料是（）
A.甲醇B.油C.柴油D.重油2.中国锅炉燃煤采用沸腾炉逐渐增多，采用沸腾炉好处在于（）
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3.下列选项中说明乙醇作为燃料的优点的是（）
①燃烧时发生氧化反应②充分燃烧的产物不污染环境③乙醇是一种再生能源④燃烧时放出大量的热
A.①②③B.①②④C.①③④D.②③④
4.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：
NH4ClO4=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5.下列说法正确的是（）
A.1molH2SO4与1mol
完全中和所放出的热量为中和热
B.在101kPa时，1mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热
C.由C（石墨）→C（金刚石）；△H=+119kJ/mol可知，金刚石比石墨稳定
D.等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出热量多
6.一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是（）
A.0.5QB.QC.2QD.5Q7.今有如下三个热化学方程式：
H2（g）+
O2（g）=H2O（g）；△H=akJ/mol
H2（g）+
O2（g）=H2O（l）；△H=bkJ/mol2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）；△H=ckJ/mol
关于它们的下列表述，正确的是（）
A.它们都是吸热反应B.a、b和c均为正值
C.反应热的关系：
a=bD.反应热的关系：
2b=c
8.已知下列两个热化学方程式：
C（s）＋O2（g）＝CO2（g）；ΔH=－393.5kJ/mol
2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（g）；ΔH=－483.6kJ/mol
现有0.2mol炭粉和氢气组成的悬浮气体，在氧气中完全燃烧，共放出63.53kJ的热量。
则炭与氢气的物质的量之比是（）
A.1:
1 B.1:
2 C.2:
3 D.3:
29.下列热化学方程式中△H代表燃烧热的是（）
A.
；△H1
B.
；△H2
C.
；△H3
D.
；△H4
10.已知下列热化学方程式：
；
；
则
与
的关系是_______________________________________。
11.0.3mol气态高能燃料乙硼烷（
）在氧气中完全燃烧生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ热量。
（1）乙硼烷的燃烧热为_______________________________________。
（2）乙硼烷燃烧的热化学方程式为_______________________________________。
12.1836年俄国化学家盖斯提出了化学反应的热效应仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关，而与中间步骤无关。
按此规律，结合下述反应方程式，填空。
已知：
（1）
；△H＝－176kJ/mol
（2）
；△H＝－35.1kJ/mol
（3）
；△H＝－72.3kJ/mol
（4）
；△H＝－52.3kJ/mol
则（5）
；△H＝_______________。
13.已知下列热化学方程式：
；△H＝－258.8kJ/mol
；△H＝－2220.0kJ/mol
5mol
和
的混合气体，完全燃烧时放热3847kJ，则混合气体中
和
的体积比为多少？
14.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。
当它们混合反应时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量的热。
已知0.4mol液态肼与足量的液态双氧水反应，生成氮气和水蒸气，放出256.652KJ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。
15.50mL0.50mol/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）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。
（5）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；用50mL0.50mol/LNaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数
值会（均填“偏大”、“偏小”、“无影响”）。
【试题答案】
1.A2.CD3.D4.D5.D6.C7.D8.A9.CD
10.
11.
（1）－2165kJ/mol
（2）
；△H＝－2165kJ/mol
提示：
燃烧放热为：
。
12.16.3kJ/mol
提示：
根据盖斯定律，将已知方程相加减，消去中间产物即可：
（2）+（3）+（4）－
（1）＝（5）
13.3∶1
14.
（1）N2H4（l）+2H2O2（l）=N2（g）+4H2O（g）；△H=－641.63KJ/mol
（2）408.815（3）产物不会造成环境污染。
15.
（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；偏小
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