专题五第一单元.docx

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专题五第一单元

专题五　化学反应与能量变化

第一单元　化学反应中的热效应

1．能说明化学反应中能量转化的原因，知道化学变化中常见的能量转化形式。

2．了解化学能与热能的相互转化及其应用。

了解吸热反应、放热反应、反应热（焓变）的概念。

3．能正确书写热化学方程式，能用盖斯定律进行简单化学反应热的计算。

4．了解提高燃料的燃烧效率的重要性。

认识化学在解决能源危机中的重要作用。

一、反应热、焓变

1．反应热：

在化学过程反应中，当反应物和生成物具有相同温度时，所吸收或放出的热量称为化学反应的反应热。

2．焓变

（1）定义：

在恒温、恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变。

（2）表示符号：

ΔH

（3）单位：

通常采用kJ·mol－1

3．放热反应与吸热反应

一个化学反应是吸收能量还是出能量，取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。

（1）吸热反应：

反应物总能量低于生成物总能量，该过程中热能转化为化学能，ΔH>0。

常见吸热反应有：

①大多数分解反应；②盐的水解和弱电解质的电离；

③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水、C和CO2的反应。

（2）放热反应：

反应物总能量高于生成物总能量。

该过程中化学能转化为热能，ΔH<0。

常见放热反应有：

①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；

④金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化。

吸热反应一定需要加热才能进行吗？

放热反应一定不需要加热就能进行，对吗？

提示　化学反应表现为吸热还是放热，与反应开始是否需要加热无关，需要加热才发生的反应不一定是吸热反应（如C＋O2

CO2），吸热反应也能自发进行，如Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl。

二、热化学方程式

1．概念：

能够表示反应热的化学方程式叫热化学方程式。

2．表示的意义：

不仅表示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。

如2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1，表示在常温常压下2_mol_H2（g）和1_mol_O2（g）完全反应生成2mol液态水时放出571.6kJ的热量。

三、中和热与标准燃烧热

1．中和热

（1）概念：

在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成1_mol_H2O（l）时所释放的热量。

（2）中学阶段只讨论强酸和强碱的中和热，强酸与强碱的中和反应实质是H＋和OH－反应，其热化学方程式为H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

（3）中和热的测定

①装置（如下图）

②酸、碱的选择

Ⅰ.酸与碱：

要选择强酸、强碱；二者浓度相近，且都约0.5mol·L－1左右（过浓，会有溶解热；过稀，温差小，测量误差大）；二者配好后要冷却至室温才能使用。

Ⅱ.为了保证酸、碱完全中和，常采用碱或酸中一种稍过量的方法。

③操作注意事项（为了减少误差）

Ⅰ.操作要快、隔热效果要好，以确保热量尽可能少的散失。

Ⅱ.环状搅拌棒不能用易导热的金属制品，以防热量通过金属传导而扩散。

搅拌时，可上下搅动。

Ⅲ.在测量酸、碱、混合溶液的温度时，要使用同一支温度计，且数据稳定后再记录下最高温度。

测量酸液的温度后，在测量碱液之前，要洗净温度计上的酸。

Ⅳ.实验要重复做2次，取测量数据（温度差Δt）的平均值作计算依据。

④测定原理

ΔH＝－

其中Q＝mc·Δt，水的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1。

2．标准燃烧热

（1）概念：

在101kPa的压强下，1_mol物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热。

单位为kJ·mol－1。

（2）表示的意义：

如CH4（g）＋O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890.31kJ·mol－1，表示在25℃、101kPa的条件下，1_molCH4气体完全燃烧生成气态CO2和液态H2O时放出的热量为890.31kJ。

四、盖斯定律

1．含义

一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相同的。

即一个化学反应的焓变仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关。

2．应用

间接计算某些反应（某些反应热无法直接测得）的反应热。

若某个化学反应可由另外几个反应的化学方程式相加而得到，那么该化学反应的焓变即为这几个化学反应的焓变的代数和。

如

ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5

两个概念

1．中和热概念的理解

（1）中和热不是指1mol酸与1mol碱中和的热效应，而是指“生成1molH2O”的热效应。

（2）中和热不包括浓溶液稀释、电解质溶解、电离、生成沉淀所产生的热效应。

（3）强酸和强碱反应的中和热为57.3kJ·mol－1。

若强酸和弱碱或弱酸和强碱反应的中和热一般小于57.3kJ·mol－1，因为它们在中和反应过程中进一步电离需吸热，使中和反应中所放出热量被消耗一部分。

2．标准燃烧热概念的理解

（1）完全燃烧是指物质中的下列元素完全转变为对应的物质：

N→N2（g），C→CO2（g），H→H2O（l）。

如C燃烧的热化学方程式为C（s）＋

O2（g）===CO（g）

ΔH＝－110.5kJ·mol－1，C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1，C的标准燃烧热为393.5kJ·mol－1。

（2）计算标准燃烧热时，可燃物质是以1mol作为标准来计算的，所以热化学方程式的化学计量数可用分数表示。

如C8H18燃烧的热化学方程式为：

2C8H18（l）＋25O2（g）===16CO2（g）＋18H2O（l）　ΔH＝－11036kJ·mol－1，C8H18的标准燃烧热为5518kJ·mol－1，而不是11036kJ·mol－1。

所以表示C8H18标准燃烧热的热化学方程式为C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）　ΔH＝－5518kJ·mol－1。

两种方法

1．热化学方程式的书写原则

（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ΔH不同。

但中学化学中所用的ΔH的数据，一般都是在101kPa和25℃时的数据，因此可不特别注明。

但需注明ΔH的“＋”与“－”。

（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。

例如：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8kJ·mol－1；H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1。

从上述两个热化学方程式可明显看出，由1molH2反应生成H2O（l）比生成H2O（g）多放出44kJ的热量，是因为1molH2O（g）本身能量比1molH2O（l）本身能量多44kJ。

（3）热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，它表示物质的量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ΔH也不同。

例如：

H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－184.6kJ·mol－1，

H2（g）＋

Cl2（g）===HCl（g）　ΔH＝－92.3kJ·mol－1。

2．利用盖斯定律计算反应热的思路

我的体会

热化学方程式的书写一是要注意反应物和生成物的状态，二是要注意写单位，三是注意系数与焓变数值成比例。

盖斯定律计算反应热时，关键是找出目标反应，利用已知反应加减得到目标反应，反应热同样得到。

我的警示

一定要注意吸热反应不一定需要加热就可以进行，如氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应。

同一个反应向正逆两个方向进行时，一个释放能量，另一个必然吸收能量，但能量的绝对值相等。

热化学方程式往往是接受容易，书写难。

“难”主要体现在书写不完整。

（1）漏写反应物或生成物的聚集状态，主要是没有认识到反应热与物质的聚集状态有关。

（2）漏写ΔH的“＋”、“－”或将其混淆，关键是没有认识到“＋”、“－”分别表示吸收或放出热量后使反应本身的能量升高或降低了。

（3）未注意到：

化学计量数不同，其反应热的数值也不相同。

H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－184.6kJ·mol－1；

H2（g）＋

Cl2（g）===HCl（g）　ΔH＝－92.3kJ·mol－1。

（2012·宿迁模拟）下列热化学方程式书写正确的是（ΔH的绝对值均正确）（　　）。

A．C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）

ΔH＝－1367.0kJ·mol－1（标准燃烧热）

B．NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）

ΔH＝＋57.3kJ·mol－1（中和热）

C．S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH＝－269kJ·mol－1（反应热）

D．2NO2===O2＋2NO　ΔH＝＋116.2kJ·mol－1（反应热）

审题视角　了解热化学方程式的书写原则和注意点，掌握中和热、标准燃烧热的特点。

解析　1.[能力定向]热化学方程式的书写能力、标准燃烧热、中和热的判断能力。

2．[解题思路]A中生成的水不是液态水，故A中ΔH不能表示标准燃烧热；中和反应为放热反应，故B中ΔH应为负值；D中热化学方程式没有标明各物质的聚集状态。

答案　C

·“判断热化学方程式的正误主要是“四看”

一看：

化学反应原理是否正确，如标准燃烧热和中和热的热化学方程式是否符合标准燃烧热和中和热的概念。

二看：

状态是否标明。

三看：

反应热ΔH的符号是否正确。

四看：

反应热的数值与化学计量数是否对应。

在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ，下列热化学方程式正确的是（　　）。

A．CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝＋725.8kJ·mol－1

B．2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝－1452kJ·mol－1

C．2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝－725.8kJ·mol－1

D．2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝＋1452kJ·mol－1

解析　由1gCH3OH放出热量为22.68kJ可知，1molCH3OH即32g放出的热量为

≈725.8kJ·mol－1。

因CH3OH燃烧为放热过程，故ΔH＜0，A、D错误；热化学方程式中反应热应与反应方程式中物质的化学计量数相匹配，故C中2molCH3OH放出热量为725.8×2kJ，B正确，C错误。

答案　B

1．化学反应焓变的计算

（1）根据热化学方程式计算：

反应热与反应物各物质的量成正比。

（2）根据反应物和生成物的能量之和计算：

ΔH＝生成物的能量之和－反应物的能量之和。

（3）根据反应物和生成物的键能之和计算：

ΔH＝反应物键能之和－生成物的键能之和。

（4）根据盖斯定律计算：

将热化学方程式进行适当的“加”、“减”等变形后，由过程的热效应进行计算、比较。

（5）根据物质燃烧放热的数值计算：

Q（放）＝n（可燃物）×|ΔH|。

2．焓变的比较

热化学方程式中反应热的比较要带符号比较。

对于放热反应的反应热，ΔH<0，为负值，放热越多，|ΔH|越大，ΔH越小；吸热反应的反应热，ΔH>0，为正值，吸热越多，ΔH越大。

如H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH1＝－241.8kJ·mol－1；H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH2＝－285.8kJ·mol－1后者放出的热量多，但ΔH比较要带符号，所以ΔH1>ΔH2。

（2012·泰州模拟）己知：

NH3·H2O（aq）与H2SO4（aq）反应生成1mol正盐的ΔH＝－24.2kJ·mol－1；强酸、强碱的稀溶液反应的中和热的ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

则NH3·H2O在水溶液中电离的ΔH等于（　　）。

A．－69.4kJ·mol－1B．－45.2kJ·mol－1

C．＋69.4kJ·mol－1D．＋45.2kJ·mol－1

审题视角　中和热热化学方程式的书写、盖斯定律应用。

解析　1.[能力定向]盖斯定律的计算能力。

2．[解题思路]根据题意先写出热化学离子方程式：

NH3·H2O（aq）＋H＋（aq）===NH

（aq）＋H2O（l）

ΔH＝－12.1kJ·mol－1①，

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1②。

根据盖斯定律①－②得　NH3·H2O（aq）===NH

（aq）＋OH－（aq）　ΔH＝＋45.2kJ·mol－1，由此可知选项D正确。

答案　D

·利用盖斯定律书写热化学方程式的思路

先确定待求的反应方程式→找出待求方程式中各物质在已知方程式中的位置→根据待求方程式中各物质的系数和位置对已知方程式进行处理，得到变形后的新方程式→将新得到的方程式进行加减（反应热也需要相应加减）→写出待求的热化学方程式。

已知：

①Fe2O3（s）＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）

ΔH1＝＋234.1kJ·mol－1

②C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－393.5kJ·mol－1

则2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s）的ΔH是（　　）。

A．－824.4kJ·mol－1B．－627.6kJ·mol－1

C．－744.7kJ·mol－1D．－169.4kJ·mol－1

解析　

×（方程式②）－（方程式①），得：

2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s），所以：

ΔH＝

ΔH2－ΔH1

＝

×（－393.5kJ·mol－1）－（＋234.1kJ·mol－1）

＝－824.4kJ·mol－1。

答案　A

（2012·无锡调研）白磷与氧可发生如下反应：

P4（s）＋5O2（g）===P4O10（s）。

已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：

P—PakJ·mol－1、P—ObkJ·mol－1、P===OckJ·mol－1、O===OdkJ·mol－1。

根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是（　　）。

A．（6a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1

B．（4c＋12b－6a－5d）kJ·mol－1

C．（4c＋12b－4a－5d）kJ·mol－1

D．（4a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1

审题视角　根据结构判断物质的化学键数，结合公式求解。

解析　1.[能力定向]结构分析能力、计算能力。

2．[解题思路]ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝6（P—P）＋5（O===O）－12（P—O）－4（P===O），代入数

据可得选项A正确。

答案　A

已知：

1molP4O6中只含有12molP—O键，试求：

（1）反应P4（s，白磷）＋3O2（g）===P4O6（s）的ΔH＝____________________________________；

（2）反应P4O6（s）＋2O2（g）===P4O10（s）的ΔH＝_______________________________________。

解析　

（1）ΔH＝6（P—P）＋3（O===O）－12（P—O）＝（6a＋3d－12b）kJ·mol－1

（2）P4O6（s）＋2O2（g）===P4O10（s）可由反应P4（s）＋5O2（g）===P4O10（s）减去P4（s）＋3O2（g）===P4O6（s）获得，则ΔH＝2d－4ckJ·mol－1

答案　

（1）（6a＋3d－12b）kJ·mol－1

（2）2d－4ckJ·mol－1

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）　ΔH1

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2

②S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH3

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH4

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH5

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH6

④CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH7

CaO（s）＋H2O（l）===Ca（OH）2（s）　ΔH8　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．①B．④C．②③④D．①②③

解析　碳与氧气反应放热，即ΔH1<0，ΔH2<0，CO再与O2作用时又放热，前者放出热量多，所以ΔH1<ΔH2；等量的固态硫变为气态硫蒸气时吸收热量，故在与O2作用产生同样多的SO2时，气态硫放出的热量多，即ΔH3>ΔH4；发生同样的燃烧反应，物质的量越多，放出的热量越多，故ΔH5>ΔH6；碳酸钙分解吸收热量，ΔH7>0，CaO与H2O反应放出热量，ΔH8<0，显然ΔH7>ΔH8。

答案　C

1．（2011·上海，3）据报道，科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。

下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是（　　）。

解析　水的分解是个吸热过程，催化剂的使用降低了反应的活化能。

答案　B

2．（2010·山东，10）下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是（　　）。

A．生成物能量一定低于反应物总能量

B．放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率

C．应用盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应焓变

D．同温同压下，H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH不同

解析　放热反应是生成物总能量较低，吸热反应是生成物总能量较高，现没指明是吸热还是放热，所以A项错。

化学反应速率与该反应是放热反应还是吸热反应没有关系，B项错。

在同温同压下，同一反应的ΔH只与始态、终态有关，与反应过程中的条件无关，D项错。

答案　C

3．（2011·海南，11）某反应的ΔH＝＋100kJ·mol－1，下列有关该反应的叙述正确的是（　　）。

A．正反应活化能小于100kJ·mol－1

B．逆反应活化能一定小于100kJ·mol－1

C．正反应活化能不小于100kJ·mol－1

D．正反应活化能比逆反应活化能大100kJ·mol－1

解析　反应过程与能量关系如图：

E1为正反应活化能，E2为逆反应活化能，则有E1＝E2＋ΔH＝100kJ·mol－1＋E2＞100kJ·mol－1，C项正确；ΔH＝E1－E2＝100kJ·mol－1，D项正确。

答案　CD

4．（2011·上海，11）根据碘与氢气反应的热化学方程式

①I2（g）＋H2（g）2HI（g）　ΔH＝－9.48kJ·mol－1

②I2（s）＋H2（g）2HI（g）　ΔH＝＋26.48kJ·mol－1

下列判断正确的是（　　）。

A．254gI2（g）中通入2gH2（g），反应放热9.48kJ

B．1mol固态碘与1mol气态碘所含的能量相差17.00kJ

C．反应①的产物比反应②的产物稳定

D．反应②的反应物总能量比反应①的反应物总能量低

解析　由于反应是可逆反应，不能进行到底，A错误；B项中应相差35.96kJ；C项中产物相同。

答案　D

1．（2010·全国Ⅱ，7）下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式（25℃，101kPa）：

①C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（l）

ΔH＝－2878kJ·mol－1

②C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（g）

ΔH＝－2658kJ·mol－1

③C4H10（g）＋

O2（g）===4CO（g）＋5H2O（l）

ΔH＝－1746kJ·mol－1

④C4H10（g）＋

O2（g）===4CO（g）＋5H2O（g）

ΔH＝－1526kJ·mol－1

由此判断，正丁烷的标准燃烧热ΔH是（　　）。

A．－2878kJ·mol－1B．－2658kJ·mol－1

C．－1746kJ·mol－1D．－1526kJ·mol－1

解析　标准燃烧热是指1mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量；CO不是稳定氧化物，排除③、④；气态水不是稳定的氧化物，排除②。

只有①符合，故选A。

答案　A

2．（2009·四川，9）25℃、101kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3kJ·mol－1，辛烷的标准燃烧热为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．KOH（aq）＋

H2SO4（aq）===

K2SO4（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

C．C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（g）

ΔH＝－5518kJ·mol－1

D．2C8H18（g）＋25O2（g）===16CO2（g）＋18H2O（l）　ΔH＝－5518kJ·mol－1

解析　中和热是指在25℃，101kPa时，稀溶液发生中和反应生成1molH2O时所放出的热量，强酸与强碱的稀溶液中和热为57.3kJ·mol－1。

A中生成的是2molH2O，且生成沉淀，所以A错误。

B项符合中和热的定义且符合热化学方程式的书写要求，正确。

C项中H2O（g）不符合标准燃烧热需生成“稳定的氧化物”的定义，C错误。

D项中ΔH的值应为－（2×5518）kJ·mol－1。

答案　B

1．（2011·海南，5）已知：

2Zn（s）＋O2（g）===2ZnO（s）　ΔH＝－701.0kJ·mol－1

2Hg（l）＋O2（g）===2HgO（s）　ΔH＝－181.6kJ·mol－1

则反应Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）的ΔH为（　　）。

A．＋519.4kJ·mol－1B．＋259.7kJ·mol－1

C．－259.7kJ·mol－1D．－519.4kJ·mol－1

解析　利用题干中的第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式得：

2Zn（s）＋2HgO（s）===2ZnO（s）＋2Hg（l）　ΔH＝－519.4kJ·mol－1，然后再将各化学计量数缩小一半得Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）　ΔH＝－259.7kJ·mol－1，故答案为C。

答案　C

2．（2010·全国新理综，11）己知：

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等于（　　）。

A．－67.7kJ·mol－1B．－43.5kJ·mol－1

C．＋43.5kJ·mol－1D．＋67.7kJ·mol－1

解析　由题意知：

HCN（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）＋CN－（aq）　ΔH1＝－12.1kJ·mol－1　H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH2＝－55.6kJ·m