(共20张PPT)
第一节 反应热
知识点 1 反应热 焓变
1.反应热和焓变
(1)反应热:在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热
效应,简称反应热。
(2)焓变:在等压条件下,化学反应过程中吸收或释放的热为反应的焓变,符号为ΔH,常用单位
为kJ·mol-1。
(3)理解焓变和反应热的关系:等压条件下,在体系仅做体积功,不做其他功的变化过程中,化学
反应的焓变等于反应热。
必备知识 清单破
2.从宏观和微观的角度解释化学反应过程中能量变化的原因
(1)宏观角度
①放热反应:体系向环境释放能量,反应体系的焓减小,ΔH为负值,即ΔH<0。
②吸热反应:体系从环境中吸收能量,反应体系的焓增大,ΔH为正值,即ΔH>0 。
(2)微观角度
若Q1>Q2,为吸热反应;若Q1知识拓展 键能指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,键能的单位是
kJ·mol-1。键能越大,断开化学键时需要的能量越多,化学键越稳定。
3.ΔH的计算方法【详见定点1】
知识点 2 中和反应反应热的测定
1.实验装置
2.实验步骤
(1)测量反应物温度(t1 ℃):用量筒分别量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1NaOH
溶液,测量两溶液温
度,并取其平均值记为t1 ℃。
(2)测量反应后体系温度(t2 ℃):使盐酸和NaOH溶液迅速在量热计内筒中混合,并用玻璃搅拌
器搅拌,记录混合溶液的最高温度为t2 ℃。
(3)重复操作2次,取温度差(t2-t1) ℃的平均值作为计算依据。
3.数据处理
所用盐酸和NaOH溶液均为稀溶液,近似认为其密度为1 g·cm-3,即盐酸和NaOH溶液的质
量均为50 g,反应后生成的溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1,生成n(H2O)=0.50 mol·L-1×0.05 L=0.02
5 mol,则生成1 mol H2O时放出的热量为 =
kJ。
4.实验注意事项
(1)防止热量散失。隔热层隔热效果要好,液体混合要迅速,不能用金属棒代替玻璃搅拌器。
(2)实验时使用强酸、强碱的稀溶液,且量取液体体积要准确。
(3)实验中使用同一温度计,测完一种溶液的温度后,温度计需水洗并擦干再去测量另一溶液
的温度,以减小实验误差。
(4)数据处理时,应将误差较大的数据舍去,通常取3次实验数据的平均值,进行计算。
知识点 3 热化学方程式
1.热化学方程式
(1)概念:表明反应所释放或吸收热量的化学方程式。
(2)意义:表明了化学反应中的物质变化和能量变化。如N2H4(l)+O2(g) N2(g)+2H2O(g)
ΔH=-534 kJ·mol-1,表示在25 ℃、101 kPa下,1 mol N2H4(g)与1 mol O2(g)完全反应生成1 mol
N2(g)和2 mol H2O(g)时,放热534 kJ。
特别提醒 对一个化学反应,ΔH的单位中“mol-1”不是指每摩尔具体物质,而是指每摩尔反
应。因此ΔH必须与化学方程式一一对应。
2.热化学方程式的书写与正误判断【详见定点2】
知识点 4 燃烧热
1.概念
在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
特别提醒 (1)可燃物的物质的量必须是1 mol;(2)可燃物燃烧的条件为101 kPa下完全燃烧;
(3)可燃物完全燃烧生成的产物必须为指定的物质,完全燃烧时不同的元素对应的指定物质:
N→N2(g),C→CO2(g),H→H2O(l)等。
2.表述方法
燃烧是放热反应,用文字叙述燃烧热时,用正值;用ΔH表示燃烧热时,要加“-”。如CH4
的燃烧热为890.3 kJ/mol或CH4的燃烧热ΔH=-890.3 kJ/mol。
3.表示物质燃烧热的热化学方程式的书写
书写表示物质燃烧热的热化学方程式时,可燃物的化学计量数为1,以此来配平热化学方
程式,其余物质的化学计量数可以为分数。如已知C2H2的燃烧热为1 299.6 kJ/mol,则表示C2H2
燃烧热的热化学方程式为C2H2(g)+ O2(g) 2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-1 299.6 kJ/mol。
知识辨析
1.化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成,所以化学反应的焓变就是化学反应
的反应热,这种说法对吗
2.常温下就能进行的反应一定是放热反应,需要加热才能进行的反应一定是吸热反应,这种说
法对吗
3.弱酸、弱碱在水溶液中电离要吸收能量,若用等浓度和等体积的氨水代替NaOH溶液与0.5
0 mol/L盐酸反应,进行中和反应反应热的测定,那么所得生成1 mol水时的ΔH< -57.3 kJ·mol-1,
这种说法对吗
4.已知C2H5OH(l)+3O2(g) 2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1 238.3 kJ/mol,据此可判断C2H5OH的
燃烧热为1 238.3 kJ/mol,这种说法对吗
一语破的
1.不对。化学反应的反应热与温度、压强等因素有关,热化学研究表明,反应没有电能、光能
等能量形式转化时,在等压条件下的反应热等于焓变。
2.不对。常温下就能进行的反应不一定是放热反应,如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于吸
热反应;有些放热反应需加热才能进行,如碳的燃烧。
3.不对。由于NH3·H2O的电离吸热,故所得生成1 mol水时的ΔH>-57.3 kJ·mol-1。
4.不对。表示燃烧热时要生成指定的物质,而该热化学方程式中生成H2O(g),故由该反应无法
判断C2H5OH的燃烧热。
关键能力 定点破
定点 1 ΔH 的计算方法
1.根据物质具有的能量计算
ΔH=E总(生成物)-E总(反应物)。
2.根据键能计算及注意事项
(1)ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出
的总能量。
(2)注意事项
①需明确反应中断键和成键情况
如反应SiO2(s)+4HF(aq) SiF4(g)+2H2O(l)中,1 mol SiO2参加反应时,反应中断裂Si—O
键、H—F键各4 mol,形成Si—F键、H—O键各4 mol。
②需明确各物质的结构式
如H2O的结构式为 ,NH3的结构式为 ,CH4的结构式为
,所以1 mol H2O、NH3、CH4中分别含有2 mol H—O键、3 mol N—H键、4 mol
C—H键。然后根据各物质的物质的量计算其键能之和。
③注意特殊物质的化学键(下表中化学键的物质的量均为1 mol物质所含)
常考物质 化学键 化学键的物质的量/mol
O2 O O 1
N2 1
CO2 C O 2
Si Si—Si 2
SiO2 Si—O 4
P4(白磷) P—P 6
N2H4 N—N 1
N—H 4
特别提醒 Si、SiO2和P4(白磷, )均为正四面体结构,但是1 mol上述三种物质中所含共
价键的物质的量不相同,在计算ΔH时,要注意化学键的物质的量,防止出错。
典例 二氧化碳回收利用是环保科学研究的热点课题。已知CO2经催化与H2反应可合成低碳
烯烃:2CO2(g)+6H2(g) CH2 CH2(g)+4H2O(g) ΔH
(1)几种物质的能量如表所示(在标准状况下,规定单质的能量为0,测得其他物质生成时的反
应热为其具有的能量):
物质 CO2(g) H2(g) CH2 CH2(g) H2O(g)
能量/kJ·mol-1 -394 0 52 -242
ΔH= kJ·mol-1。
(2)几种化学键的键能如表:
化学键 C O H—H C C H—C H—O
键能/kJ·mol-1 803 436 615 a 463
a= 。
解析 (1)ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=(52-242×4-0+394×2) kJ·mol-1=-128 kJ·mol-1。
(2)ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=(803×4+436×6-615-4a-463×8) kJ·mol-1=-128 kJ·mol-1,解得a=409.25。
答案 (1)-128 (2)409.25
定点 2 热化学方程式的书写与正误判断
1.热化学方程式的书写
特别提醒 ①热化学方程式一般不写“点燃”“加热”“高温”等反应条件。由于已经注
明了物质的聚集状态,故在热化学方程式中不再用“↑”和“↓”来标记气体生成物和难溶
生成物。
②热化学方程式中各物质的化学计量数仅表示该物质的物质的量,并不表示物质的分子数,
因此化学计量数可以是整数也可以是分数。
③可逆反应中的“ΔH”表示的是完全反应时对应的焓变。由于可逆反应不能进行彻底,若
某可逆反应按该反应的化学计量数投料进行反应,那么实际吸收或放出的热量一定比其ΔH
的绝对值小。
2.热化学方程式的正误判断第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
第2课时 热化学方程式 燃烧热
基础过关练
题组一 热化学方程式的书写及正误判断
1.下列热化学方程式书写正确的是 ( )
A.C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH=-393.5 kJ
B.CH4+2O2 CO2+2H2O ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=+285.8 kJ·mol-1
D.S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH=-269.8 kJ·mol-1
2.(易错题)1 g H2燃烧生成液态水,放出142.9 kJ的热量,下列热化学方程式正确的是 ( )
A.2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) ΔH=+571.6 kJ·mol-1
B.H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=-142.9 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
3.N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是 ( )
A.H2(g) NH3(l) ΔH=(b+c-a) kJ·mol-1
B.H2(g) NH3(g) ΔH=(a+b) kJ·mol-1
C.N2(g)+3H2(g) 2NH3(l) ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1
D.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=2(b-a) kJ·mol-1
4.下列热化学方程式正确的是 ( )
选项 已知条件 热化学方程式
A H2的燃烧热为a kJ·mol-1 H2+Cl2 2HCl ΔH=-a kJ·mol-1
B 1 mol SO2、0.5 mol O2完全反应,放出热量98.3 kJ 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-98.3 kJ·mol-1
C H+(aq)+OH-(aq) H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1 H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq) BaSO4(s)+2H2O(l) ΔH=-114.6 kJ·mol-1
D 31 g白磷固体比31 g红磷固体能量多b kJ P4(白磷,s) 4P(红磷,s) ΔH=-4b kJ·mol-1
5.书写下列反应的热化学方程式。
(1)将1 g H2在Cl2中完全燃烧,放出92.4 kJ热量: 。
(2)充分燃烧a g C2H2(g)时生成1 mol CO2(g)和0.5 mol H2O(l),放出b kJ热量: 。
(3)1 g碳单质与适量水蒸气反应生成CO和H2,吸收10.94 kJ的热量: 。
(4)热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量,CH4(g)的热值为55.625 kJ·g-1,则CH4(g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式为: 。
题组二 燃烧热
6.依据如下反应可得知相应纯物质的燃烧热的是 ( )
A.C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
B.2CH4(g)+3O2(g) 2CO(g)+4H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH=-242 kJ·mol-1
D.2H2S(g)+O2(g) 2S(s)+2H2O(l)
ΔH=-632 kJ·mol-1
7.实验测得H2和C3H8的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1和2 220 kJ·mol-1,现有1 mol H2和C3H8的混合气体,完全燃烧生成CO2和液态水时放出1 252.5 kJ的热量,则混合气体中H2和C3H8的物质的量之比是 ( )
A.2∶1 B.1∶1
C.1∶2 D.1∶4
8.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如下:
①CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ·mol-1
②CH3OH(g)+O2(g) CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1
下列说法正确的是 ( )
A.CH3OH的燃烧热为192.9 kJ·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)+O2(g) CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9 kJ·mol-1
9.已知焦炭的燃烧热为393.5 kJ·mol-1,氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,一氧化碳的燃烧热为283.0 kJ·mol-1。某同学发现在灼热的煤炭上洒少量水,煤炉中会产生淡蓝色火焰,煤炭燃烧得更旺,因此该同学得出结论“煤炭燃烧时加少量水,可使煤炭燃烧放出更多的热量”。下列有关说法不正确的是 ( )
A.反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH>-571.6 kJ·mol-1
B.CO燃烧的热化学方程式为2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH=-566.0 kJ·mol-1
C.“煤炭燃烧得更旺”是因为少量固体碳与水反应生成了可燃性气体
D.因285.8 kJ·mol-1+283.0 kJ·mol-1>393.5 kJ·mol-1,故该同学的结论是对的
10.乙烷、二甲醚的燃烧热较大,可用作燃料,乙烷、二甲醚燃烧过程中的能量变化如图所示。请回答下列问题:
(1)a= 。
(2)乙烷的燃烧热为 kJ·mol-1。
(3)写出表示二甲醚燃烧热的热化学方程式: 。
能力提升练
题组一 热化学方程式的书写及正误判断
1.(易错题)下列描述中正确的是 ( )
A.甲烷的燃烧热:CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
B.已知稀盐酸和稀NaOH溶液反应生成1 mol水的ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4溶液和Ba(OH)2溶液反应生成1 mol H2O时放出57.3 kJ的热量
C.已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,则0.5 mol N2与1.5 mol H2在一定条件下充分反应,放出热量为46.2 kJ
D.2C(s)+2O2(g) 2CO2(g) ΔH1;2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2
2.(教材深研拓展)(1)0.25 mol N2H4(l)与N2O4(l)完全反应生成氮气和气态水时,放出131.1 kJ热量。
①写出反应的热化学方程式: 。
②N2H4和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为 。
(2)航天燃料从液态变为固态,是一项重大的技术突破。铍是高效率的火箭燃料,燃烧时放出巨大的能量,已知1 kg金属铍完全燃烧放出的热量为62 700 kJ。则铍燃烧的热化学方程式是 。
题组二 对燃烧热的理解与应用
3.下表是一些常见有机物的燃烧热数值表:
化合物 燃烧热/(kJ·mol-1) 化合物 燃烧热/(kJ·mol-1)
甲烷 890.3 正丁烷 2 878.0
乙烷 1 559.8 异丁烷 2 869.6
丙烷 2 219.9 异戊烷 3 531.3
根据表格分析,下列表述正确的是 ( )
A.丙烷的燃烧热为-2 219.9 kJ·mol-1
B.稳定性:正丁烷>异丁烷
C.乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)+7O2(g) 4CO2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
D.相同物质的量的烷烃CnH2n+2,n越大,燃烧放出的热量越多
4.实验室测定有机化合物(固态或液态)的燃烧热常用弹式热量计(装置结构如图所示)。实验原理:间接法测定水吸收的热量即物质燃烧释放的热量。
某实验小组用该装置测定萘[C10H8(s)]的燃烧热,实验步骤如下:常温常压下,用分析天平称取0.64 g萘压片并放入样品盘中,密封后向钢弹中充入过量氧气,向热量计中注入1.21 kg H2O(l),用电火花引发燃烧反应并立即打开搅拌器,记录实验数据,重复实验三次。
回答下列问题:
(1)该装置中缺少的实验仪器是 (填仪器名称)。
(2)钢弹(燃烧池)采用钢制的原因是 。
(3)样品压片压太紧实会造成的结果是 ;若点火后没有立即打开搅拌器(实验仪器位置按图示摆放的情况下),可能造成测得的物质燃烧热的数值 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(4)该小组记录实验过程中温度变化值为5.1 ℃,查得水的比热容为4.18 J·g-1·℃-1,根据题给数据写出表示萘燃烧热的热化学方程式: (忽略电火花引燃时的热量及萘本身的热容误差,焓变数据保留两位小数)。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D 2.D 3.C 4.D 6.A 7.B 8.D 9.D
1.D ΔH的单位是kJ·mol-1,A错误;热化学方程式中要标出各物质的聚集状态,B错误;H2燃烧是放热反应,ΔH小于0,C错误;硫在氧气中燃烧是放热反应,该热化学方程式书写正确,D正确。
2.D 本类题需注意三点:①ΔH与化学计量数的关系;②反应物、生成物的聚集状态;③ΔH的“-”“+”。根据1 g H2燃烧生成液态水,放出142.9 kJ的热量,则1 mol氢气燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,2 mol氢气燃烧生成液态水放出571.6 kJ热量,由此可知D正确。
3.C 由题图可以看出, mol N2(g)和 mol H2(g)断键吸收的能量为a kJ,1 mol N(g)和3 mol H(g)形成1 mol NH3(g)放出的能量为b kJ,所以N2(g)+H2(g) NH3(g) ΔH=(a-b) kJ·mol-1,而1 mol NH3(g)转化为1 mol NH3(l)放出的热量为c kJ,可知N2(g)+H2(g) NH3(l) ΔH=(a-b-c) kJ·mol-1,N2(g)+3H2(g) 2NH3(l) ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1。
4.D 在101 kPa时,1 mol H2完全燃烧生成H2O(l)时放出的热量为H2的燃烧热,而不是生成HCl,A项错误;ΔH数值应与方程式中各物质的化学计量数相对应,故2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=(-98.3 kJ·mol-1)×2=-196.6 kJ·mol-1,B项错误;H2SO4与Ba(OH)2反应生成BaSO4和H2O,故H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq) BaSO4(s)+2H2O(l) ΔH<-114.6 kJ·mol-1,C项错误;31 g白磷的物质的量为0.25 mol,ΔH数值应与化学方程式中各物质的化学计量数相对应,故P4(白磷,s) 4P(红磷,s) ΔH=-4b kJ·mol-1,D项正确。
5.答案 (1)H2(g)+Cl2(g) HCl(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1
(2)2C2H2(g)+5O2(g) 4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-4b kJ·mol-1
(3)C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28 kJ·mol-1
(4)CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1
解析 (1)将1 g(0.5 mol)H2在Cl2中完全燃烧,放出92.4 kJ热量,则H2(g)+Cl2(g) HCl(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。
(2)解题导引:
则热化学方程式为2C2H2(g)+5O2(g) 4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-4b kJ·mol-1。
(3)解题导引:
则热化学方程式为C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28 kJ·mol-1。
(4)解题导引:
则热化学方程式为CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1。
6.A 燃烧热是指在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量;可燃物中某些元素的指定产物:C→CO2(g)、H→H2O(l)、S→SO2(g)、N→N2(g)(易错点),A正确。
7.B 设混合气体中H2的物质的量为n,则C3H8的物质的量为1 mol-n,根据题意,有285.8 kJ·mol-1×n+2 220 kJ·mol-1×(1 mol-n)=1 252.5 kJ,解得n≈0.5 mol,则C3H8约为0.5 mol,所以混合气体中H2和C3H8的物质的量之比是1∶1。
8.D 由②知CH3OH并不是完全燃烧,1 mol CH3OH(g)完全燃烧生成液态水和气态二氧化碳时放出的热量才是其燃烧热,A错误;反应①的ΔH>0,而图示的ΔH<0,B错误;由题给反应可知,反应①为吸热反应,而反应②为放热反应,C错误;同物质的量的同种物质,气态时所具有的能量高于液态时所具有的能量,由②推知反应:CH3OH(l)+O2(g) CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9 kJ·mol-1,D正确。
9.D 氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,则反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)的ΔH=-571.6 kJ·mol-1,由于液态水转化为气态水吸热,则反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH>-571.6 kJ·mol-1,A正确;一氧化碳的燃烧热为283.0 kJ·mol-1,2 mol一氧化碳燃烧放出566.0 kJ的热量,则CO燃烧的热化学方程式为2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH=-566.0 kJ·mol-1,B正确;“煤炭燃烧得更旺”是因为少量固体碳在高温下与水反应生成了可燃性气体氢气和CO,C正确;由于能量是守恒的,所以煤炭燃烧时加少量水,不可能使煤炭燃烧放出更多的热量,故该同学的结论是错误的,D错误。
10.答案 (1)
(2)1 560
(3)CH3OCH3(g)+3O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 455 kJ·mol-1
解析 (1)以生成物1 mol H2O(l)作基准,确定a=,b=,c=1,d=。
(2)结合题图及上述分析得C2H6(g)+O2(g) CO2(g)+H2O(l) ΔH=-520 kJ·mol-1,则乙烷的燃烧热为520 kJ·mol-1×3=1 560 kJ·mol-1。
(3)结合题图及上述分析可得CH3OCH3(g)+O2(g) CO2(g)+H2O(l) ΔH=-485 kJ·mol-1,则表示二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH3OCH3(g)+3O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 455 kJ·mol-1。
能力提升练
1.A 判断燃烧热的热化学方程式正误时注意两点:①可燃物的化学计量数是否为1;②是否生成指定的产物,如:C→CO2(g)、H→H2O(l)、S→SO2(g)、N→N2(g),A正确;在稀溶液中强酸和强碱反应生成1 mol水时的ΔH=-57.3 kJ·mol-1,酸碱中和反应的热效应不仅与生成H2O的物质的量有关,还与酸、碱的强弱有关(易错点),硫酸与氢氧化钡反应生成硫酸钡沉淀和水,有沉淀生成放出更多热量,生成1 mol水放出的热量大于57.3 kJ,B错误;N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1表示1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)时,放出热量92.4 kJ,N2和H2生成NH3的反应为可逆反应,则0.5 mol N2和1.5 mol H2反应放出的热量小于46.2 kJ,C错误;等量的C完全燃烧放出的热量大于不完全燃烧放出的热量,放热反应的焓变为负值,则ΔH1<ΔH2,D错误。
2.答案 (1)①2N2H4(l)+N2O4(l) 3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 048.8 kJ·mol-1 ②反应放出热量大、产生大量气体 (2)Be(s)+O2(g) BeO(s) ΔH=-564.3 kJ·mol-1
解析 (1)①N2H4(l)与N2O4(l)反应生成N2(g)和H2O(g),2 mol N2H4完全反应放出8×131.1 kJ=1 048.8 kJ的热量,由此可写出热化学方程式。
(2)1 kg Be的物质的量为= mol,又因为1 kg Be完全燃烧放出的热量为62 700 kJ,则1 mol Be完全燃烧放出的热量为 kJ=564.3 kJ,Be与O2反应生成BeO固体,则其热化学方程式为Be(s)+O2(g) BeO(s) ΔH=-564.3 kJ·mol-1。
3.D 丙烷的燃烧热为2 219.9 kJ·mol-1,A错误;正丁烷和异丁烷是同分异构体,等量的正丁烷比异丁烷燃烧放出的热量多,说明正丁烷含有的能量高,物质含有的能量越高,物质越不稳定,所以稳定性:正丁烷<异丁烷,B错误;乙烷燃烧热是1 559.8 kJ·mol-1,表示1 mol乙烷完全燃烧产生CO2气体和液态水,放出1 559.8 kJ的热量,则乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)+7O2(g) 4CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-3 119.6 kJ·mol-1,C错误;相同物质的量的烷烃CnH2n+2,n越大,分子中含有的C、H原子数越多,物质完全燃烧放出的热量越多,D正确。
4.答案 (1)温度计 (2)钢的导热性好,使物质燃烧产生的热量能及时传递给水(或其他合理答案) (3)样品燃烧不充分,实验结果不准确 偏小
(4)C10H8(s)+12O2(g) 10CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-5 158.96 kJ·mol-1
解析 (1)该实验需要测量温度的变化,故缺少的实验仪器是温度计。
(2)钢弹采用钢制的原因是钢的导热性好,使物质燃烧产生的热量能及时传递给水。
(3)样品压片压太紧会导致样品燃烧不充分,实验结果不准确;未打开搅拌器热量不能充分传递,温度计测出的温度偏低,燃烧热的数值偏小。
(4)根据ΔH=-=
-×10-3 kJ·J-1≈
-5 158.96 kJ·mol-1,故表示萘燃烧热的热化学方程式为C10H8(s)+12O2(g) 10CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-5 158.96 kJ·mol-1。
14第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
第1课时 反应热 焓变
基础过关练
题组一 化学反应与能量变化
1.《天工开物》中提到“明年,田有粪肥,土脉发烧,东南风助暖,则尽发炎火,大坏苗穗,此一灾也。”下列反应中能量变化与上述不一致的是 ( )
A.甲烷燃烧
B.铝热反应
C.碳酸钙高温分解
D.酸碱中和反应
2.下列民俗、诗句、谚语等包含吸热反应的是 ( )
A.千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲
B.民间焰火之最——确山打铁花
C.只要功夫深,铁杵磨成针
D.春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干
题组二 反应热与焓变
3.下列说法正确的是 ( )
A.反应热是1 mol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.任何条件下,化学反应的焓变都等于化学反应的反应热
D.在一定条件下,某一化学反应的热效应取决于反应物和生成物总能量的相对大小
4.(易错题)已知:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),反应过程中的能量变化情况如图所示,曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别表示不使用催化剂和使用催化剂的两种情况。下列判断正确的是 ( )
A.反应物的总能量低于生成物的总能量
B.该反应的ΔH=+91 kJ·mol-1
C.加入催化剂,该反应的ΔH变小
D.如果该反应生成液态CH3OH,则ΔH变小
题组三 反应热与化学键的关系
5.(教材习题改编)物质变化常常伴随着能量变化,下图表示N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中能量的变化情况,判断下列说法错误的是 ( )
A.该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量
B.2 mol气态氧原子结合生成O2(g)时,能放出498 kJ能量
C.断裂1 mol NO分子中的化学键,需要吸收632 kJ能量
D.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)的ΔH=-180 kJ·
mol-1
6.意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4分子的结构为,已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量,生成1 mol 键放出946 kJ热量。根据以上信息和数据,则由N2气体生成1 mol气态N4的ΔH为 ( )
A.+734 kJ·mol-1 B.+367 kJ·mol-1
C.-734 kJ·mol-1 D.-367 kJ·mol-1
7.相关数据如下表:
化学键 N—H Cl—Cl H—Cl
断裂1mol化学键需要吸收的能量/kJ 946 389 243 431
若反应2NH3(g)+3Cl2(g) N2(g)+6HCl(g)的反应热为ΔH,下列有关说法正确的是 ( )
A.ΔH=+450 kJ·mol-1
B.HCl比Cl2稳定
C.N—N键的键能约为315.3 kJ·mol-1
D.断裂1 mol N—H键放出389 kJ能量
8.(经典题)已知断裂1 mol化学键所需的能量:键为946 kJ、OO键为498 kJ、N—N键为193 kJ、O—H键为463 kJ,则断裂1 mol N—H键所需的能量是 ( )
A.194 kJ B.316 kJ C.391 kJ D.658 kJ
题组四 中和反应反应热的测定
9.在中和反应反应热的测定实验中,下列说法正确的是 ( )
A.本实验需要使用的仪器有容量瓶、量筒、烧杯、温度计、玻璃搅拌器
B.最好使用2支温度计,分别测量反应前酸与碱的初始温度
C.实验中用到的稀盐酸和稀NaOH溶液浓度、体积均相等
D.测定中和反应反应热时,使用玻璃搅拌器是为了加快反应速率,减小实验误差
10.某学生通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和反应的反应热,将100 mL 0.5 mol·L-1的盐酸与100 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应,回答下列问题:
已知:可以近似地认为酸碱稀溶液的密度、比热容与水的相等,c=4.18 J·g-1·℃-1。
(1)从实验装置上看,图中缺少的一种玻璃仪器是 。
(2)简易量热计如果不盖杯盖,生成1 mol H2O(l)时所测得中和反应的反应热(ΔH)将 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)实验中改用80 mL 0.50 mol·L-1的盐酸和80 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,二者所放出的热量 (填“相等”或“不相等”)。
(4)若用100 mL 0.5 mol·L-1的醋酸与100 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液进行上述实验,发现体系温度升高了3.0 ℃,该过程放出的热量为 。
(5)下列说法正确的是 (填字母)。
A.向内筒中加入稀碱时,应当迅速加入
B.将用量筒量取好的稀盐酸加入内筒后,应当快速用水冲洗量筒内壁剩余的稀盐酸至内筒中,以免造成测量误差
C.内筒洗净后,未及时烘干,直接用该内筒进行实验,对生成1 mol H2O(l)时所测得的中和反应的反应热(ΔH)无影响
能力提升练
题组一 从微观和宏观角度理解反应热
1.研究表明,在一定条件下,气态HCN(a)与CNH(b)两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.CNH(g)比HCN(g)稳定
B.HCN(g) CNH(g)为吸热反应且反应条件一定为加热
C.1 mol HCN(g)中的所有化学键全部断开需要吸收186.5 kJ的能量
D.1 mol HCN(g)转化为1 mol CNH(g)需要吸收59.3 kJ的能量
2.下列图示与对应的叙述不相符的是 ( )
(a) (b)
(c) (d)
A.(a)图可表示锌和稀硫酸反应过程中的能量变化
B.通过(b)图可知石墨比金刚石稳定
C.由(c)图可知,2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) ΔH=(a-b) kJ·mol-1
D.(d)图是某反应A→C的能量变化曲线图(E表示能量),反应中ΔH=E1+E3-E2-E4
题组二 根据断键、成键的能量变化计算ΔH
3.(经典题)已知:①SiCl4(g)+2H2(g) Si(g)+4HCl(g) ΔH1;②Si(g)+O2(g) SiO2(g) ΔH2。根据相关物质结构和表中提供的数据计算ΔH1、ΔH2分别为 ( )
SiO2的晶体结构 单质硅的晶体结构
化学键 Si—Cl H—H Si—Si
键能/(kJ·mol-1) 360 436 176
化学键 H—Cl O O Si—O
键能/(kJ·mol-1) 431 498 460
A.+236 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1
B.-116 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1
C.-116 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1
D.+236 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1
4.已知某些共价键的键能(一定条件下,气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量)如表所示,下列说法不正确的是 ( )
共价键 H—H F—F H—F H—Cl H—I
键能/(kJ·mol-1) 436 157 568 431 298
A.化学键的稳定性:H—IB.表中最易断裂的共价键是F—F
C.H2(g)+F2(g) 2HF(g) ΔH=+25 kJ·mol-1
D.431 kJ·mol-1>E(H—Br)>298 kJ·mol-1
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.A 3.D 4.D 5.D 6.A 7.B 8.C
9.D
1.C 方法1:《天工开物》中的语句中涉及反应是放热反应。甲烷的燃烧、铝热反应、酸碱中和反应皆为放热反应,碳酸钙高温分解是吸热反应,故选C。
方法2:可用排除法解题,分析选项A、B、D均为常见的放热反应;C项碳酸钙高温分解为吸热反应,与其他三项不同,故选C。
2.A A项涉及碳酸钙的分解,为吸热反应;B项是铁水燃烧发生化学反应,属于放热反应;C项涉及物质形态的变化,不是化学变化;D项涉及燃烧反应,为放热反应。
名师点津 化学与传统文化、科学技术、社会生活、环境问题密切相关,高考一般用传统文化、科学先进技术、与社会生活联系紧密的材料等作为载体命题,考查学生用化学知识解决问题的能力。
3.D 反应热是指在等温条件下,化学反应所吸收或释放的热量,对应的反应物不一定是1 mol,A错误;放热反应的ΔH<0,吸热反应的ΔH>0,B错误;恒压条件下的反应热等于焓变,C错误;一定条件下,若反应物总能量大于生成物的总能量,为放热反应,反之为吸热反应,D正确。
4.D 由题图可知,该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量,A错误;反应为放热反应,而ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量,焓变为负值,B错误;根据题图,催化剂不影响反应的ΔH,C错误;反应为放热反应,如果该反应生成液态CH3OH,会放出更多的热量,放出热量越多,ΔH越小,D正确。
易错分析 比较ΔH大小时,应考虑“+”“-”,放出热量越多,则ΔH越小;吸收热量越多,则ΔH越大。
5.D ΔH=(946+498-2×632) kJ·mol-1=+180 kJ·mol-1,该反应为吸热反应,反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量,A项正确、D项错误;相同物质的量的同一化学键断键时吸收的能量与成键时放出的能量相同,B、C项正确。
6.A N2生成1 mol气态N4的化学方程式为2N2(g) N4(g),根据ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量可得ΔH=(2×946-6×193) kJ·mol-1=+734 kJ·mol-1,A正确。
7.B ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量=[(6×389+3×243)-(946+6×431)] kJ·mol-1=-469 kJ·mol-1,A错误;由断裂1 mol化学键需要吸收的能量可推知HCl比Cl2稳定,B正确;断裂1 mol N—N键需要吸收的能量不等于断裂1 mol 键需要吸收的能量的,C错误;断裂1 mol N—H键吸收389 kJ能量,D错误。
8.C 根据图像信息,结合断键、成键时的能量变化与ΔH的关系进行分析计算:
方法1:依据题图分析,反应为N2H4(g)+O2(g) N2(g)+2H2O(g),反应的焓变ΔH1=-543 kJ·mol-1,反应的焓变=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量,设断裂1 mol N—H键吸收的能量为x kJ,则[(193+4x+498)-(946+4×463)] kJ·mol-1=-543 kJ·mol-1,解得x=391。
方法2:根据图示信息ΔH3=(-543 kJ·mol-1)-(-2 798 kJ·mol-1)=+2 255 kJ·mol-1,即断裂1 mol N2H4(g)和1 mol O2(g)中化学键吸收的总能量为2 255 kJ,设断裂1 mol N—H键吸收的能量为x kJ,1 mol N2H4中含有4 mol N—H键、1 mol N—N键,1 mol O2中含有1 mol O O键,可知4x+193+498=2 255,解得x=391。
9.D 该实验中不需要容量瓶,A错误;为了减小实验误差,该实验中最好使用同一支温度计测定温度,B错误;为确保盐酸完全反应,实验中NaOH溶液要稍过量,C错误;使用玻璃搅拌器是为了加快反应速率,使反应尽快完成,减少热量的损失,减小实验误差,D正确。
10.答案 (1)玻璃搅拌器 (2)偏大 (3)不相等 (4)2.508 kJ (5)A
解析 (1)根据简易量热计的构造可知该装置缺少的仪器是玻璃搅拌器,它的作用是搅拌,使强酸和强碱充分反应,加快反应速率。
(2)简易量热计如果不盖杯盖,会有一部分热量散失,但中和反应的焓变是负值,则生成1 mol H2O(l)时所测得中和反应的反应热(ΔH)将偏大。
(3)反应放出的热量和所用酸、碱的量有关,实验中改用80 mL 0.50 mol·L-1的盐酸和80 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液进行反应,与题述实验相比,生成水的量减少,所放出的热量减少。
(4)根据Q=cmΔt=4.18 J·g-1·℃-1×200 g×3 ℃=2 508 J=2.508 kJ,100 mL 0.5 mol·L-1的醋酸与100 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液反应生成0.05 mol水放出2.508 kJ热量。
(5)向内筒中加入稀碱时,应当快速倒入,以减少热量损失,A正确;将用量筒量取好的稀盐酸加入内筒后,不能用水冲洗量筒内剩余的稀盐酸至内筒,否则会导致盐酸加入量增多,溶液质量增大,从而造成测量误差,B错误;内筒中有残留的水,导致溶液的最高温度值偏低,从而对反应热的测定造成影响,C错误。
能力提升练
1.D 2.A 3.A 4.C
1.D 等物质的量的CNH(g)的能量比HCN(g)高,则HCN(g)比CNH(g)稳定,A错误;据图可知,HCN(g) CNH(g)为吸热反应,但反应条件不一定是加热,B错误;1 mol HCN(g)转化成过渡态吸收186.5 kJ的能量,过渡态中有化学键存在,即1 mol HCN(g)中所有化学键全部断开吸收的能量要大于186.5 kJ,C错误;据图可知,1 mol HCN(g)转化为1 mol CNH(g)需要吸收的能量为186.5 kJ-127.2 kJ=59.3 kJ,D正确。
2.A (a)图中生成物总能量高于反应物总能量,该反应为吸热反应,而锌和稀硫酸反应为放热反应,A错误;(b)图中金刚石的能量大于石墨,能量越低物质越稳定,则通过(b)图可知石墨比金刚石稳定,B正确;由(c)图可知,反应为吸热反应,2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) ΔH=(a-b) kJ·mol-1,C正确;(d)图是某反应A→C的能量变化曲线图,反应中ΔH=E1+E3-E2-E4,D正确。
3.A ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量,则ΔH1=[360×4+436×2-(176×2+431×4)] kJ·mol-1=+236 kJ·mol-1;ΔH2=(176×2+498-460×4) kJ·mol-1=-990 kJ·mol-1。
拓展延伸 以每个Si原子为研究对象,从题图中不难看出1 mol SiO2中含4 mol Si—O键;在晶体硅中,每个Si—Si键由两个硅原子形成,每个硅原子形成4个Si—Si键,所以1 mol Si中相当于含2 mol Si—Si键。
4.C 某化学键断裂时需要吸收的能量越多,该化学键越稳定,即键能越大越稳定,化学键的稳定性:H—IE(H—Br)>298 kJ·mol-1,D正确。
13
