高中化学化学反应与能量.docx
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高中化学化学反应与能量
§选修四-化学反应原理
化学反应与能量
一．知识解读
一、焓变反应热
1．反应热：
一定条件下，一定物质的量的反应物之间完全反应所放出或吸收的热量
2．焓变（ΔH）的意义：
在恒压条件下进行的化学反应的热效应
（1）.符号：
△H
（2）.单位：
kJ/mol
3.产生原因：
化学键断裂——吸热化学键形成——放热
放出热量的化学反应。
（放热>吸热）△H为“-”或△H<0
吸收热量的化学反应。
（吸热>放热）△H为“+”或△H>0
☆常见的放热反应：
①所有的燃烧反应②酸碱中和反应
③大多数的化合反应④金属与酸的反应
⑤生石灰和水反应⑥浓硫酸稀释、氢氧化钠固体溶解等
☆常见的吸热反应：
①晶体Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl②大多数的分解反应
③以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应④铵盐溶解等
二、热化学方程式
书写化学方程式注意要点:
①热化学方程式必须标出能量变化。
②热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态（g,l,s分别表示固态，液态，气态，水溶液中溶质用aq表示）
③热化学反应方程式要指明反应时的温度和压强。
④热化学方程式中的化学计量数可以是整数，也可以是分数
⑤各物质系数加倍，△H加倍；反应逆向进行，△H改变符号，数值不变
三、燃烧热
1．概念：
25℃，101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量。
燃烧热的单位用kJ/mol表示。
※注意以下几点：
①研究条件：
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）
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．强酸与强碱的中和反应其实质是H+和OH-反应，其热化学方程式为：
H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）ΔH=－57.3kJ/mol
3．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。
4．中和热的测定实验
五、盖斯定律
1．内容：
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，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的。
二．习题演练
例1：
（04GD）已知葡萄糖的燃烧热是2804kJ/mol，当它氧化生成1g水时放出的热量是（）
A．26．0kJB．51.9kJC．155.8kJD．467.3kJ
例2：
（03QG）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）+1/2O2（g）ΔH=+242kJ/molB．2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）ΔH=-484kJ/mol
C．H2（g）+
O2（g）=H2O（g）ΔH=+242kJ/molD．2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）ΔH=+484kJ/mol
例3．（08SH）已知：
H2（g）+F2（g）→2HF（g）+270kJ，下列说法正确的是（）
A．2L氟化氢气体分解成1L氢气与1L氟气吸收270kJ热量
B．1mol氢气与1mol氟气反应生成2mol液态氟化氢放出热量小于270kJ
C．在相同条件下，1mol氢气与1mol氟气的能量总和大于2mol氟化氢气体的能量
D．1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270kJ热量
例4．（07JS07）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是
①CH3OH（g）＋H2O（g）=CO2（g）＋3H2（g）∆H=+49.0kJ·mol－1
②CH3OH（g）＋
O2（g）=CO2（g）＋2H2（g）∆H=－192.9kJ·mol－1
下列说法正确的是
A．CH3OH的燃烧热为192.9kJ·mol－1
B．反应①中的能量变化如图所示
C．CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
D．根据②推知反应：
CH3OH（l）+1/2O2（g）=CO2（g）+2H2（g）的H＞－192.9kJ·mol－1
例5．（07QG）已知：
①1molH2分子中化学键断裂时需要吸收436kJ的能量；②1molCl2分子中化学键断裂时需要吸收243kJ的能量；③由H原子和Cl原子形成1molHCl分子时释放431kJ的能量；下列叙述正确的是
A．氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式是H2（g）＋Cl2（g）=2HCl（g）
B．氢气和氯气反应生成2mol氯化氢气体，反应的∆H=183kJ/mol
C．氢气和氯气反应生成2mol氯化氢气体，反应的∆H=－183kJ/mol
D．氢气和氯气反应生成1mol氯化氢气体，反应的∆H=－183kJ/mol
例6．（07GD）灰锡（以粉末状存在）和白锡是锡的两种同素异形体，已知：
①Sn（s、白）＋2HCl（aq）＝SnCl2（aq）＋H2（g）；∆H1
②Sn（s、灰）＋2HCl（aq）＝SnCl2（aq）＋H2（g）；∆H2
③Sn（s、灰）
Sn（s、白）；∆H3＝＋2.1kJ/mol；
下列说法正确的是（）
A．∆H1＞∆H2B．锡在常温下以灰锡状态存在C．灰锡转化为白锡的反应是放热反应
D．锡制器皿长期处于低于13.2℃的环境中，会自行毁坏
例7：
（06江苏）下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH前者大于后者的是（）
1C（s）+O2（g）=CO2（g）；ΔH1C（s）+
O2（g）=CO（g）；ΔH2
2S（s）+O2（g）=SO2（g）；ΔH3S（g）+O2（g）=SO2（g）；ΔH4
3H2（g）+
O2（g）=H2O（l）；ΔH52H2（g）+O2（g）=2H2O（l）；ΔH6
4CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（s）；ΔH7CaO（s）+H2O（l）=Ca（OH）2（s）；ΔH8
A．①B．④C．②③④D．①②③
例8．（08年重庆理综）化学反应N2＋3H2＝2NH3的能量变化如下图所示，该反应的热化学方程式是
A．N2（g）＋3H2（g）＝2NH3（l）；⊿H＝2（a—b—c）kJ·mol－1
B．N2（g）＋3H2（g）＝2NH3（g）；⊿H＝2（b—a）kJ·mol－1
C．
N2（g）＋
H2（g）＝NH3（l）；⊿H＝（b＋c—a）kJ·mol－1
D．
N2（g）＋
H2（g）＝NH3（g）；⊿H＝（a＋b）kJ·mol－1
化学反应与能量答案解析
1.答案：
A。
解析：
在101kPa时，C6H12O6（s）+6O2（g）→6CO2（g）+6H2O（l）；ΔH=-2804kJ/mol
6*182804
1x=2804/108=26.0
2.答案：
A。
解析：
根据题意书写热化学方程式为：
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）ΔH=-484kJ/mol----------------
（1）式
（1）式变形一：
2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）ΔH<-484kJ/mol---------------
（2）式
（1）式变形二：
H2（g）+
O2（g）=H2O（g）ΔH=-242kJ/mol----------------（3）式
（3）式变形为：
H2O（g）=H2（g）+1/2O2（g）ΔH=+242kJ/mol
3.答案：
C。
解析：
热化学方程式H2（g）+F2（g）→2HF（g）+270kJ的含义如下：
①．该反应是放热反应。
②．在相同条件下，1mol氢气与1mol氟气的能量总和大于2mol氟化氢气体的能量
③．ΔH=E（反应物的键能总和）—E（生成物的键能总和）
=（H—H键的键能）+（F—F键的键能）—2（H—F键的键能）
=—270kJ/mol
④．1mol氢气与1mol氟气反应生成2mol气态氟化氢放出热量等于270kJ
⑤．1mol氢气与1mol氟气反应生成2mol液态氟化氢放出热量大于270kJ
⑥．NA个氢气分子与NA个氟气分子反应生成2NA氟化氢气体分子放出热量270kJ
⑦．NA个氢气分子与NA个氟气分子反应生成2NA氟化氢液体分子放出热量大于270kJ
4.答案：
D．
解析：
CH3OH（g）＋
O2（g）=CO2（g）＋2H2（g）∆H=－192.9kJ·mol－1-------------------------------
（1）式
2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）（放热反应）ΔH=-484kJ/mol---------------------------------------
（2）式
CH3OH燃烧的热化学方程式为：
CH3OH（g）＋
O2（g）=CO2（g）＋2H2O（l）ΔH=x----------------------（3）式
CH3OH（l）＋
O2（g）=CO2（g）＋2H2（g）∆H>－192.9kJ·mol－1-------------------------------（4）式
根据该斯定律：
（1）式+
（2）式=（3）式，x=（－192.9kJ·mol－1）+（-484kJ/mol）<－192.9kJ·mol－1
CH3OH的燃烧热大于192.9kJ·mol－1
热化学方程式①CH3OH（g）＋H2O（g）=CO2（g）＋3H2（g）∆H=+49.0kJ·mol－1的含义：
①．该反应是吸热反应。
②．在该条件下，1molCH3OH（g）和1molH2O（g）所具有的能量小于1molCO2（g）和3molH2（g）所具有的能量。
（反应①中的能量变化如图所示是错误的）
结合①②CH3OH转变成H2的过程可能是吸收能量或放出能量
5.答案：
C．
解析：
ΔH=E（反应物的键能总和）—E（生成物的键能总和）
=436kJ/mol+243kJ/mol－2×431kJ/mol=－183kJ/mol
氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式及其含义：
H2（g）＋Cl2（g）=2HCl（g）∆H=－183kJ/mol
①．定性描述：
氢气和氯气反应生成氯化氢气体的反应是放热反应。
②．定性描述：
1mol氢气和1mol氯气所具有的能量比2mol氯化氢气体所具有的能量大。
③．定量描述：
氢气和氯气反应生成2mol氯化氢气体，反应的∆H=－183kJ/mol
④．定量描述：
氢气和氯气反应生成1mol氯化氢气体，反应的∆H=－91.5kJ/mol
⑤．定量描述：
NA个H2分子和NA个Cl2分子反应生成2NA个HCl分子是放热183kJ
6.答案：
D．
解析：
白锡与盐酸反应的热化学方程式为：
Sn（s、白）＋2HCl（aq）＝SnCl2（aq）＋H2（g）∆H1--------
（1）式
灰锡与盐酸反应的热化学方程式为：
Sn（s、灰）＋2HCl（aq）＝SnCl2（aq）＋H2（g）∆H2---------
（2）式
（1）式变形为：
SnCl2（aq）＋H2（g）=Sn（s、白）＋2HCl（aq）－∆H1--------（3）式
（2）式和（3）式叠加，得到：
Sn（s、灰）
Sn（s、白）；∆H3＝∆H2－∆H1=＋2.1kJ/mol>0--------------------------------------（4）式
根据（4）式得出结论：
①．∆H2>∆H1，A选项错误。
②．t>13.2℃时，以白锡状态存在，常温石25℃，锡在常温下以白锡状态存在。
③．灰锡转化为白锡的反应是吸热反应。
④．t<13.2℃时，以灰锡状态存在，题干已知信息灰锡以粉末状存在，锡制器皿长期处于低于13.2℃的环境中，会变成粉末，自行毁坏。
7.答案：
C.分析：
①碳的燃烧反应是放热反应，ΔH<0；等质量的碳完全燃烧生成二氧化碳时放出的热量比不完全燃烧生成一氧化碳时放出的热量多，放热越多，ΔH越小，ΔH1<ΔH2。
②等质量的气态硫单质完全燃烧生成二氧化硫时放出的热量比固态硫单质完全燃烧生成二氧化硫时放出的热量多，放出的热量越多，ΔH越小，ΔH4<ΔH3。
③都生成液态水的前提下，氢气的质量越大，放出的热量越多，ΔH越小，ΔH6<ΔH5。
④碳酸钙受热分解是吸热反应，ΔH>0；氧化钙溶于水是放热反应，ΔH<0,ΔH8<ΔH7。
综上所述：
选择②③④。
8.解析：
根据图示信息得出如下热化学反应式：
molN2（g）＋
molH2（g）＝1molN+3molH⊿E=akJ------------------------------
（1）式
1molNH3（g）=1molN+3molH⊿E=bkJ-----------------------------
（2）式
1molNH3（l）=1molNH3（g）⊿E=ckJ-----------------------------（3）式
（2）式变换为：
1molN+3molH=1molNH3（g）⊿E=—bkJ---------------------------（4）式
（3）式变换为：
1molNH3（g）=1molNH3（l）⊿E=—ckJ---------------------------（5）式
生成1molNH3（l）的反应过程为：
molN2（g）＋
molH2（g）
1molN+3molH
1molNH3（g）
NH3（l）。
得出如下的热化学方程式：
N2（g）＋3H2（g）＝2NH3（l）；⊿H＝2（a—b—c）kJ·mol－1，A选项正确。
N2（g）＋3H2（g）＝2NH3（g）；⊿H＝2（a—b）kJ·mol－1，B选项错误。
N2（g）＋
H2（g）＝NH3（l）；⊿H＝（a—b—c）kJ·mol－1，C选项错误。
N2（g）＋
H2（g）＝NH3（g）；⊿H＝（a—b）kJ·mol－1，D选项错误。
§选修四-化学反应原理
化学反应速率和化学平衡
一．知识解读
一、化学反应速率
1.化学反应速率（v）
⑴定义：
用来衡量化学反应的快慢，单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化
⑵表示方法：
单位时间内反应浓度的减少或生成物浓度的增加来表示
⑶计算公式：
v=Δc/Δt（υ：
平均速率，Δc：
浓度变化，Δt：
时间）单位：
mol/（L·s）
⑷影响因素：
①决定因素（内因）：
反应物的性质（决定因素）
②条件因素（外因）：
反应所处的条件
2.
※注意：
（1）、参加反应的物质为固体和液体，由于压强的变化对浓度几乎无影响，可以认为反应速率不变。
（2）、惰性气体对于速率的影响
①恒温恒容时：
充入惰性气体→总压增大，但是各分压不变，各物质浓度不变→反应速率不变
②恒温恒体时：
充入惰性气体→体积增大→各反应物浓度减小→反应速率减慢
二、化学平衡
（一）1.定义：
化学平衡状态：
一定条件下，当一个可逆反应进行到正逆反应速率相等时，更组成成分浓度不再改变，达到表面上静止的一种“平衡”，这就是这个反应所能达到的限度即化学平衡状态。
2、化学平衡的特征
逆（研究前提是可逆反应）
等（同一物质的正逆反应速率相等）
动（动态平衡）
定（各物质的浓度与质量分数恒定）
变（条件改变，平衡发生变化）
3、判断平衡的依据
判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据
例举反应
mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）
混合物体系中
各成分的含量
①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定
平衡
②各物质的质量或各物质质量分数一定
平衡
③各气体的体积或体积分数一定
平衡
④总体积、总压力、总物质的量一定
不一定平衡
正、逆反应
速率的关系
①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA，即V（正）=V（逆）
平衡
②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC，则V（正）=V（逆）
平衡
③V（A）:
V（B）:
V（C）:
V（D）=m:
n:
p:
q，V（正）不一定等于V（逆）
不一定平衡
④在单位时间内生成nmolB，同时消耗了qmolD，因均指V（逆）
不一定平衡
压强
①m+n≠p+q时，总压力一定（其他条件一定）
平衡
②m+n=p+q时，总压力一定（其他条件一定）
不一定平衡
混合气体平均相对分子质量Mr
①Mr一定时，只有当m+n≠p+q时
平衡
②Mr一定时，但m+n=p+q时
不一定平衡
温度
任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他不变）
平衡
体系的密度
密度一定
不一定平衡
其他
如体系颜色不再变化等
平衡
（二）影响化学平衡移动的因素
1、浓度对化学平衡移动的影响
（1）影响规律：
在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减少生成物的浓度，都可以使平衡向正方向移动；增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以使平衡向逆方向移动
（2）增加固体或纯液体的量，由于浓度不变，所以平衡_不移动_
（3）在溶液中进行的反应，如果稀释溶液，反应物浓度__减小__，生成物浓度也_减小_，V正_减小__，V逆也_减小__，但是减小的程度不同，总的结果是化学平衡向反应方程式中化学计量数之和_大_的方向移动。
2、温度对化学平衡移动的影响
影响规律：
在其他条件不变的情况下，温度升高会使化学平衡向着___吸热反应______方向移动，温度降低会使化学平衡向着_放热反应__方向移动。
3、压强对化学平衡移动的影响
影响规律：
其他条件不变时，增大压强，会使平衡向着__体积缩小___方向移动；减小压强，会使平衡向着___体积增大__方向移动。
注意：
（1）改变压强不能使无气态物质存在的化学平衡发生移动
（2）气体减压或增压与溶液稀释或浓缩的化学平衡移动规律相似
4.催化剂对化学平衡的影响：
由于使用催化剂对正反应速率和逆反应速率影响的程度是等同的，所以平衡__不移动___。
但是使用催化剂可以影响可逆反应达到平衡所需的_时间_。
5.勒夏特列原理（平衡移动原理）：
如果改变影响平衡的条件之一（如温度，压强，浓度），平衡向着能够减弱这种改变的方向移动。
三、化学平衡常数
（一）定义：
在一定温度下，当一个反应达到化学平衡时，___生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数____比值。
符号：
__K__
（二）使用化学平衡常数K应注意的问题：
1、表达式中各物质的浓度是__变化的浓度___，不是起始浓度也不是物质的量。
2、K只与__温度（T）___有关，与反应物或生成物的浓度无关。
3、反应物或生产物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度是固定不变的，可以看做是“1”而不代入公式。
4、稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度不必写在平衡关系式中。
（三）化学平衡常数K的应用:
1、化学平衡常数值的大小是可逆反应__进行程度__的标志。
K值越大，说明平衡时_生成物___的浓度越大，它的___正向反应__进行的程度越大，即该反应进行得越__完全___，反应物转化率越_高___。
反之，则相反。
一般地，K>_105__时，该反应就进行得基本完全了。
2、可以利用K值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。
（Q：
浓度积）
Q_〈__K:
反应向正反应方向进行;
Q__=_K:
反应处于平衡状态;
Q_〉__K:
反应向逆反应方向进行
3、利用K值可判断反应的热效应
若温度升高，K值增大，则正反应为__吸热___反应
若温度升高，K值减小，则正反应为__放热___反应
＊四、等效平衡
1、概念：
在一定条件下（定温、定容或定温、定压），只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的百分含量均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。
2、分类
（1）定温，定容条件下的等效平衡
第一类：
对于反应前后气体分子数改变的可逆反应：
必须要保证化学计量数之比与原来相同；同时必须保证平衡式左右两边同一边的物质的量与原来相同。
第二类：
对于反应前后气体分子数不变的可逆反应：
只要反应物的物质的量的比例与原来相同即可视为二者等效。
（2）定温，定压的等效平衡
只要保证可逆反应化学计量数之比相同即可视为等效平衡。
五、化学反应进行的方向
1、反应熵变与反应方向：
（1）熵:
物质的一个状态函数，用来描述体系的混乱度，符号为S.单位：
J•••mol-1•K-1
（2）体系趋向于有序转变为无序，导致体系的熵增加，这叫做熵增加原理，也是反应方向判断的依据。
.
（3）同一物质，在气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小。
即S（g）〉S（l）〉S（s）
2、反应方向判断依据
在温度、压强一定的条件下，化学反应的判读依据为：
ΔH-TΔS〈0反应能自发进行
ΔH-TΔS=0反应达到平衡状态
ΔH-TΔS〉0反应不能自发进行
注意：
（1）ΔH为负，ΔS为正时，任何温度反应都能自发进行
（2）ΔH为正，ΔS为负时，任何温度反应都不能自发进行
二．习题演练
例1．（08TJ）对平衡CO2（g）
CO2（aq）；△H=-19.75kJ/mol，为增大二氧化碳气体在水中的溶解度，应采用的方法是（）
A．升温增压B．降温减压
C．升温减压D．降温增压
例2.（08HN）X、Y、Z三种气体，取X和Y按1：
1的物质的量之比混合，放入密闭容器中发生如下反应：
X+2Y
2Z，达到平衡后，测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3：
2，则Y的转化率最接近于（）
A．33%B．40%C．50%D．65%
例3.08BJ）工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：
SiCl4（g）＋2H2（g）===Si（s）＋4HCl（g）；△H＝＋QkJ·mol－1（Q＞0）
某温度、压强下，将一定量的反应物通入密闭容器进行以上的反应（此条件下为可逆反应），下列叙述正确的是（）
A．反应过程中，若增大压强能提高SiCl4的转化率
B．若反应开始时SiCl4为1mol，则达到平衡时，吸收热量为QkJ
C．反应至4min时，若HCl的浓度为0.12mol·L－1，则H2的反应速率为0.03mol/（L·min）
D．当反应吸收热量为0.025QkJ时，生成的HCl通入100mL1mol·L－1的NaOH恰好反应
例4.（08GD）将H2（g）和Br2（g）充入恒容密闭容器，恒温下发生反应H2（g）+Br2（g）
2HBr（g）
g平衡时Br2（g）的转化率为a；若初始条件相同，绝热下进行上述反应，平衡时Br2（g）的转化率为b。
a与b的关系是（）
A．a＞bB．
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