第2课时 反应焓变的计算
基础过关练
题组一 盖斯定律
1.依据图示关系,推测下列说法不正确的是 ( )
A.石墨燃烧是放热反应
B.1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多
C.C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
D.化学反应的ΔH与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
2.工业上乙烯催化氧化制乙醛的某一反应原理为2CH2CH2(g)+O2(g) 2CH3CHO(aq),其反应热为ΔH,该反应原理可以拆解为如下三步反应:
反应Ⅰ.CH2CH2(g)+PdCl2(aq)+H2O(l) CH3CHO(aq)+Pd(s)+2HCl(aq) ΔH1
反应Ⅱ.…
反应Ⅲ.4CuCl(s)+O2(g)+4HCl(aq) 4CuCl2(aq)+2H2O(l) ΔH3
若反应Ⅱ的反应热为ΔH2,且ΔH=2ΔH1+2ΔH2+ΔH3,则反应Ⅱ的热化学方程式为 ( )
A.PdCl2(aq)+2CuCl(s) Pd(s)+2CuCl2(aq) ΔH2
B.2Pd(s)+4CuCl2(aq) 2PdCl2(aq)+4CuCl(s) ΔH2
C.Pd(s)+2CuCl2(aq) PdCl2(aq)+2CuCl(s) ΔH2
D.2PdCl2(aq)+4CuCl(s) 2Pd(s)+4CuCl2(aq) ΔH2
题组二 利用化学键计算反应热
3.有反应4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g),已知2 mol O2被还原时,放出a kJ的热量,且知断开1 mol OO键需要吸收b kJ的热量,断开1 mol Cl—Cl键需要吸收c kJ的热量。则断开1 mol H—O键比断开1 mol H—Cl键所需能量高 ( )
A. kJ
C. kJ
4.(易错题)下表是断裂1 mol指定化学键所需的能量数据。
化学键 P—P P—O OO PO
所需能量/kJ 198 360 498 x
(1)已知1 mol白磷完全燃烧生成固态P4O10的反应热ΔH=-2 982 kJ·mol-1,白磷(P4)、P4O6、P4O10结构如图所示,则上表中x= 。
(2)0.5 mol白磷(P4)与O2反应生成固态P4O6,放出的热量为 kJ。
能力提升练
题组一 利用盖斯定律计算焓变或确定焓变关系
1.向Na2CO3溶液中滴加盐酸,反应过程中能量变化如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.反应HC(aq)+H+(aq) CO2(g)+H2O(l)为放热反应
B.C(aq)+2H+(aq) CO2(g)+H2O(l) ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3
C.ΔH1>ΔH2,ΔH2<ΔH3
D.H2CO3(aq) HC(aq)+H+(aq) ΔH<0
2.已知NH4X(X为卤素原子)有关转化过程的能量关系如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.ΔH1>0
B.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0
C.因为NH4Cl固体溶于水吸热,所以ΔH6<0
D.已知:Br—Br键的键能大于I—I键的键能。相同条件下的ΔH2+ΔH3+ΔH5,NH4Br比NH4I的大
3.在298 K、1.01×105 Pa下,将0.5 mol CO2通入750 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液中充分反应,测得反应放出x kJ的热量。已知在该条件下,1 mol CO2通入1 L 2 mol·L-1 NaOH溶液中充分反应放出y kJ的热量,则CO2与NaOH溶液反应生成NaHCO3的热化学方程式正确的是 ( )
A.CO2(g)+NaOH(aq) NaHCO3(aq) ΔH=-(2y-x)kJ·mol-1
B.CO2(g)+NaOH(aq) NaHCO3(aq) ΔH=-(2x-y)kJ·mol-1
C.CO2(g)+NaOH(aq) NaHCO3(aq) ΔH=-(4x-y)kJ·mol-1
D.2CO2(g)+2NaOH(l) 2NaHCO3(l) ΔH=-(8x-2y)kJ·mol-1
4.(1)工业上制二甲醚(CH3OCH3)是在一定温度、压强和催化剂作用下进行的。
反应器中发生了下列反应:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1=-90.7 kJ·mol-1
②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5 kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.2 kJ·mol-1
反应器中的总反应可表示为3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g)+CO2(g),则该反应的ΔH= 。
(2)乙烷在一定条件下可发生如下反应:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH,相关物质的摩尔燃烧焓如表所示:
物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g)
摩尔燃烧焓ΔH/( kJ·mol-1) -1 560 -1 411 -286
ΔH= kJ·mol-1。
题组二 反应热的综合计算
5.科学家已获得了气态N4,其空间结构为正四面体形(如图所示)。已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ能量,断裂1 mol 键吸收946 kJ能量。下列说法正确的是 ( )
A.N4属于一种新型化合物
B.N4(g) 2N2(g) ΔH=+734 kJ·mol-1
C.N4(g)比N2(g)更稳定
D.以N4(g)为原料替代N2(g)合成等量NH3(g)时,会放出更多的热量
6.回答下列问题:
(1)已知:ⅰ.4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-115.6 kJ·mol-1
ⅱ.H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g) ΔH=-184 kJ·mol-1
①H2与O2反应生成气态水的热化学方程式为 。
②断开1 mol H—O键所需能量为 kJ。
(2)已知反应4Al(s)+3TiO2(s)+3C(s) 2Al2O3(s)+3TiC(s) ΔH=-1 176 kJ·mol-1,反应过程中,每转移1 mol电子放出的热量为 。
(3)氮气与氢气反应合成氨的能量变化如图所示,则N2(g)+3H2(g) 2NH3(l) ΔH= 。
7.25 ℃、101 kPa下,磷与氯气反应时各状态间的能量(单位为kJ·mol-1)变化如图所示。已知:E1=E2-274.4 kJ·mol-1=E3-495.2 kJ·mol-1=E4-626 kJ·mol-1=E5-1 703.6 kJ·mol-1=E6-1 774 kJ·mol-1。
回答下列问题:
(1)依据图示写出各反应的焓变:
6Cl2(g)+P4(白磷,s) 4PCl3(g) ΔH1= ;
5Cl2(g)+2P(红磷,s) 2PCl5(g) ΔH2= ;
Cl2(g)+PCl3(l) PCl5(s) ΔH3= 。
(2)已知25 ℃、101 kPa下:
①P4(白磷,s)+5O2(g) 2P2O5(s) ΔH4
②4P(红磷,s)+5O2(g) 2P2O5(s) ΔH5
则ΔH4 (填“>”“=”或“<”)ΔH5。
(3)黑磷是磷的另一种同素异形体,已知P4(白磷,s) 4P(黑磷,s) ΔH=-157.2 kJ·mol-1,则红磷、白磷、黑磷的稳定性从高到低的顺序为
(填名称)。
(4)25 ℃、101 kPa下 ,将1.86 g红磷在2.24 L(已换算成标准状况)Cl2中引燃,生成了大量的白色烟雾,完全反应后,若红磷和Cl2均无剩余且生成的每种产物均只有一种状态,此时放出的热量为 kJ。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.C 3.A
1.C 根据图示,C(石墨,s)+O2(g) CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1,ΔH1<0,是放热反应,故A正确;根据图示,C(石墨,s)+O2(g) CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1①,CO(g)+O2(g) CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ·mol-1②,根据热化学方程式可知,都是放热反应,1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,C(石墨)放热多,根据盖斯定律,①-②×2可得C(石墨,s)+CO2(g) 2CO(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2,故B正确、C不正确;化学反应的焓变与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,故D正确。
2.C 由题干信息可知,ΔH=2ΔH1+2ΔH2+ΔH3,故ΔH2=,根据盖斯定律可知,反应Ⅱ=,故反应Ⅱ为Pd(s)+2CuCl2(aq) PdCl2(aq)+2CuCl(s) ΔH2,选C。
3.A ΔH=断裂反应物的化学键吸收的总能量-形成生成物的化学键放出的总能量。根据题意可知,1 mol O2被还原时,反应放出 kJ的热量,即4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=- kJ·mol-1。设断开1 mol H—O键所需能量为x kJ,断开1 mol H—Cl键所需能量为y kJ,则有4y+b-(2c+4x)=-,解得x-y=,则断开1 mol H—O键比断开1 mol H—Cl键所需能量高 kJ,故选A。
4.答案 (1)585 (2)819
解析 (1)由题意可知,白磷完全燃烧生成P4O10的热化学方程式为P4(s)+5O2(g) P4O10(s) ΔH=-2 982 kJ·mol-1,由ΔH=断裂反应物的化学键吸收的总能量-形成生成物的化学键放出的总能量可得:(198×6+498×5) kJ·mol-1-(12×360+4x) kJ·mol-1=-2 982 kJ·mol-1,解得x=585。
(2)白磷燃烧生成P4O6的热化学方程式为P4(s)+3O2(g) P4O6(s) ΔH=(198×6+498×3) kJ·mol-1-12×360 kJ·mol-1=-1 638 kJ·mol-1,则0.5 mol白磷与氧气反应生成固态P4O6放出的热量为0.5 mol×1 638 kJ·mol-1=819 kJ。
易错分析
在计算焓变时,需要判断化学键数目,如本题中的白磷(P4)、P4O6、P4O10,根据题给结构可确定1 mol物质中所含各化学键的物质的量。
能力提升练
1.B 2.C 3.C 5.D
1.B 由题图可知,溶液中HC(aq)与H+(aq)反应生成CO2(g)和H2O(l)的反应,反应物总能量小于生成物总能量,为吸热反应,A错误;由题图可得①C(aq)+H+(aq) HC(aq) ΔH1,②HC(aq)+H+(aq) H2CO3(aq) ΔH2,③H2CO3(aq) CO2(g)+H2O(l) ΔH3,根据盖斯定律,①+②+③可得C(aq)+2H+(aq) CO2(g)+H2O(l) ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,B正确;由题图可知,ΔH1、ΔH2均小于0且|ΔH1|>|ΔH2|,故ΔH1<ΔH2,C错误;H2CO3(aq) HC(aq)+H+(aq)与HC(aq)+H+(aq) H2CO3(aq)互为逆过程,两个过程的焓变符号相反,ΔH2<0,故ΔH>0,D错误。
2.C
3.C 0.5 mol CO2通入750 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液中生成碳酸钠和碳酸氢钠,物质的量之比为1∶1,放出的热量为x kJ,热化学方程式为2CO2(g)+3NaOH(aq) NaHCO3(aq)+Na2CO3(aq)+H2O(l) ΔH=-4x kJ·mol-1①;1 mol CO2通入1 L 2 mol·L-1 NaOH溶液中生成碳酸钠,放出的热量为y kJ,热化学方程式为2NaOH(aq)+CO2(g) Na2CO3(aq)+H2O(l) ΔH=-y kJ·mol-1②;根据盖斯定律可知,①-②得CO2(g)+NaOH(aq) NaHCO3(aq) ΔH=-(4x-y)kJ·mol-1;故选C。
4.答案 (1)-246.1 kJ·mol-1 (2)+137
解析 (1)第1步:快速分析目标方程式的反应物和生成物,判断是已知方程式的反应物还是生成物,同侧相加,异侧相减。
第2步:看目标方程式中没有出现而已知方程式中出现的物质,需要乘以适当的系数消去。
第3步:应用盖斯定律将①×2+②+③可得3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=2ΔH1+ΔH2+ΔH3=-246.1 kJ·mol-1。
(2)第1步:分析所求的ΔH,需根据已知摩尔燃烧焓数据书写对应的热化学方程式:
(ⅰ)C2H6(g)+O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 560 kJ·mol-1
(ⅱ)C2H4(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1 411 kJ·mol-1
(ⅲ)H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=-286 kJ·mol-1
第2步:根据目标方程式联立已知方程式:
由(ⅰ)-(ⅱ)-(ⅲ)得C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH=+137 kJ·mol-1。
5.D N4属于单质,A错误;1 mol N4气体中含有6 mol N—N键,可生成2 mol N2(含有2 mol 键),则1 mol N4气体转变为N2时,化学键断裂吸收的热量为6×193 kJ=1 158 kJ,形成化学键放出的热量为2×946 kJ=1 892 kJ,所以反应放热,放出的热量为1 892 kJ-1 158 kJ=734 kJ,则N4(g) 2N2(g) ΔH=-734 kJ·mol-1,B错误;等质量的N4(g)比N2(g)能量高,则N4(g)不如N2(g)稳定,C错误;2 mol N2转化为1 mol N4需要吸收734 kJ的热量,则以N4(g)为原料替代N2(g)合成等量NH3(g)时,放出的热量变多,D正确。
6.答案 (1)①2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1 ②462.9
(2)98 kJ
(3)2(a-b-c) kJ·mol-1
解析 (1)①ⅰ+ⅱ×2得2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=-115.6 kJ·mol-1-184 kJ·mol-1×2=-483.6 kJ·mol-1。
②设断开1 mol H—O键所需能量为x kJ,根据ΔH=断裂反应物的化学键吸收的总能量-形成生成物的化学键放出的总能量可得,(2×436+496-4×x) kJ·mol-1=-483.6 kJ·mol-1,x=462.9,即断开1 mol H—O键所需能量为462.9 kJ。
(2)该反应转移12 mol电子时,放出的热量为1 176 kJ,则反应过程中每转移1 mol电子放出的热量为=98 kJ。
(3)由题图可知, mol N2(g)和 mol H2(g)的化学键断裂吸收的总能量为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,NH3(g) NH3(l) ΔH=-c kJ·mol-1,则N2(g)+3H2(g) 2NH3(l) ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1。
7.答案 (1)-1 148 kJ·mol-1 -714.6 kJ·mol-1 -123.8 kJ·mol-1 (2)< (3)黑磷>红磷>白磷 (4)19.364
解析 (1)由题图可知,ΔH1=E4-E6=(E1+626 kJ·mol-1)-(E1+1 774 kJ·mol-1)=-1 148 kJ·mol-1;ΔH2==-714.6 kJ·mol-1;ΔH3==-123.8 kJ·mol-1。(2)由题图可知,白磷转化为红磷的反应为P4(白磷,s) 4P(红磷,s) ΔH=E5-E6=(E1+1 703.6 kJ·mol-1)-(E1+1 774 kJ·mol-1)=-70.4 kJ·mol-1,由盖斯定律可知,①-②得P4(白磷,s) 4P(红磷,s) ΔH=ΔH4-ΔH5<0,ΔH4<ΔH5。(3)根据(2)可知P4(白磷,s) 4P(红磷,s) ΔH=-70.4 kJ·mol-1 ⅰ,则等质量时具有的能量:白磷>红磷;P4(白磷,s) 4P(黑磷,s) ΔH=-157.2 kJ·mol-1 ⅱ,则等质量时具有的能量:白磷>黑磷;根据盖斯定律,ⅰ-ⅱ可得4P(黑磷,s) 4P(红磷,s) ΔH=+86.8 kJ·mol-1,则等质量时具有的能量:红磷>黑磷,物质的能量越高稳定性越差,故物质的稳定性:黑磷>红磷>白磷。(4)由题图可知,2P(红磷,s)+3Cl2(g) 2PCl3(l) ΔH6==-604.2 kJ·mol-1,2P(红磷,s)+5Cl2(g) 2PCl5(s) ΔH7==-851.8 kJ·mol-1,设Cl2与红磷反应生成PCl3(l)为x mol、生成PCl5(s)为y mol,由题意可得:①(x+y) mol=,②(3x+5y) mol=×2,解得x=0.05、y=0.01,则反应放出的热量为×0.05 mol=19.364 kJ。
13第1章 化学反应与能量转化
第1节 化学反应的热效应
第1课时 反应热 内能变化与焓变
基础过关练
题组一 化学反应的反应热
1.航天飞船可用肼(N2H4)作燃料,其反应方程式为N2H4+2H2O2 N2↑+4H2O,能量变化如图。下列说法错误的是 ( )
A.所有化学反应均伴随能量变化
B.该反应过程中的能量全部转化为热能
C.该反应为放热反应
D.该反应过程中旧键断裂吸收的能量小于新键形成释放的能量
2.《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.乙醇燃烧 B.碳酸钙高温分解
C.铝热反应 D.酸碱中和
题组二 化学反应的内能变化和焓变
3.下列属于氧化还原反应且反应过程与图示一致的是 ( )
A.葡萄糖在人体内缓慢氧化
B.NaHCO3和稀盐酸反应
C.NaOH溶液与盐酸反应
D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应
4.(教材习题改编)在恒温恒容的密闭体系中,H2(g)与I2(g)反应生成HI(g),该反应体系的内能变化如图所示(没做电功等其他功),回答下列问题:
(1)该反应体系的ΔU (填“>”“<”或“=”,下同)0。
(2)W 0。
(3)该反应体系的反应热Q= 。
题组三 热化学方程式的意义及书写
5.(经典题)已知298 K时,合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.0 kJ·mol-1。下列有关说法正确的是 ( )
A.该条件下,充入1 mol N2与3 mol H2,反应放出的热量为92 kJ
B.该条件下,每生成1 mol NH3(l),放出的热量小于46 kJ
C.在该反应中每形成6 mol N—H键,放出的热量为92 kJ
D.该反应的ΔH与各物质状态有关,与化学计量数无关
6.根据能量关系示意图,下列说法正确的是 ( )
A.C+O2 CO2 ΔH=-393.5 kJ·mol-1
B.C(s)+O2(g) CO(g) ΔH=-221.2 kJ·mol-1
C.2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH=-565.8 kJ·mol-1
D.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,则CO的热值为10.1 kJ·mol-1
7.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: 。
题组四 中和反应反应热的测定实验及误差分析
8.在测定中和反应反应热的实验中,下列说法正确的是 ( )
A.使用搅拌器是为了加快反应速率,减小实验误差
B.为了准确测定反应混合溶液的温度,实验中温度计水银球应与容器底部接触
C.在测定中和反应反应热的实验中,将NaOH溶液缓缓倒入盛有盐酸的内筒中
D.在测定中和反应的反应热实验中需要使用的仪器有天平、量筒、烧杯、温度计、搅拌器等
9.下列关于中和反应反应热的测定实验描述错误的是 ( )
A.实验中用稍过量NaOH,目的是确保酸完全反应
B.温度计测量了盐酸的温度后,用水冲洗干净并擦干后再测量NaOH溶液的温度
C.用玻璃搅拌器搅拌时应围绕温度计旋转做圆周运动
D.在测定中和反应反应热的过程中,每一组实验至少需要测定并记录温度3次
10.某同学设计如图所示实验,探究反应中的能量变化。
下列判断正确的是 ( )
A.由实验可知,(a)、(b)所涉及的反应都是放热反应
B.将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量有所增加
C.实验(c)中将环形玻璃搅拌棒改为铁质搅拌棒对实验结果没有影响
D.若用NaOH固体测定中和反应的反应热,则测得的中和反应的反应热的绝对值偏高
能力提升练
题组一 能量变化与焓变
1.CO和水蒸气在催化剂表面反应生成氢气的反应过程如图所示,已知状态4能量最低。下列说法正确的是 ( )
A.过程Ⅰ中有非极性键的断裂,过程Ⅲ中有非极性键的形成
B.过程Ⅱ需要吸收能量,过程Ⅲ需要吸收能量
C.该反应的ΔH>0
D.每生成1 mol H2转移2 mol e-
2.利用CO2(g)与H2(g)反应生成CH3OCH3(g)和H2O(g)有利于实现碳中和,其反应过程中的能量变化如图所示。下列有关该反应的说法正确的是 ( )
A.在绝热密闭容器中进行,则反应过程中体系温度会降低
B.生成液态H2O,则ΔH减小
C.消耗0.4 mol CO2(g)和1.2 mol H2(g)时,该反应放出49.08 kJ热量
D.CH3OCH3(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) ΔH=-122.7 kJ·mol-1
题组二 中和反应反应热的测定实验综合考查
3.用如图所示的装置测定中和反应的反应热。实验药品:100 mL 0.50 mol·L-1盐酸、100 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液、100 mL 0.55 mol·L-1氨水。已知:NH3·H2O电离时吸热。
实验步骤:
①量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸,测量温度;
②量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,测量温度;
③将盐酸和NaOH溶液都倒入内筒中,测量混合液的最高温度。
实验数据如下:
实验 序号 起始温度T1/℃ 终止温度 T2/℃
盐酸 NaOH溶液 平均值
1 25.0 25.2 28.5
2 24.9 25.1 28.4
3 25.5 26.5 31.8
回答下列问题:
(1)从实验装置上看,还缺少 (填仪器名称),该仪器 (填“不能”或“能”)用铜质搅拌器代替。
(2)实验所用酸、碱溶液的密度均可近似看作1 g·mL-1,且酸碱中和后的溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1,计算该实验中生成1 mol水时的反应热ΔH= kJ·mol-1。
(3)某同学利用上述装置测得中和反应的反应热ΔH偏大,可能的原因是 (填字母)。
A.测完盐酸的温度计直接测NaOH溶液温度
B.做该实验时室内温度较高
C.NaOH溶液一次性迅速倒入
D.杯盖未盖严
(4)若用50 mL 0.55 mol·L-1氨水代替NaOH溶液进行上述实验,计算该实验中生成1 mol水时的反应热ΔH与(2)相比 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.B 2.B 3.A 5.C 6.C 8.A 9.C 10.D
1.B 化学反应过程中存在化学键的断裂和形成,断裂化学键吸收能量,形成化学键放出能量,所有化学反应均伴随能量变化,A正确;该反应为放热反应,说明旧键断裂吸收的能量小于新键形成释放的能量,但不是化学能都转化为热能,还转化成光能等,B错误,C、D正确。
2.B 由“尽发炎火”可知,发生放热反应。A、C、D项均为放热反应,B项为吸热反应。
3.A 图示表示的是放热反应,题干要求必须属于氧化还原反应,排除B、C、D选项;葡萄糖在人体内缓慢氧化为氧化还原反应,且为放热反应,A正确。
归纳总结
常见的放热反应有:
(1)活泼金属与H2O或酸的反应;
(2)酸碱中和反应;
(3)燃烧反应;
(4)多数化合反应,如CaO+H2O Ca(OH)2;
(5)铝热反应,如2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe。
4.答案 (1)< (2)= (3)-13 kJ
解析
5.C 该反应是可逆反应,1 mol N2与3 mol H2不能完全反应,放出的热量小于92 kJ,A错误;NH3(g)→NH3(l)放出热量,每生成1 mol NH3(l)放出的热量大于46 kJ,B错误;每生成2 mol NH3(g),即形成6 mol N—H键,放出的热量为92 kJ,C正确;反应的ΔH与化学计量数有关,D错误。
6.C 物质没有注明聚集状态,A项错误;ΔH=-(393.5-282.9) kJ·mol-1=-110.6 kJ·mol-1,B项错误;ΔH=(-282.9×2) kJ·mol-1=-565.8 kJ·mol-1,C项正确;根据热值的概念可知,热值单位不是 kJ·mol-1,D项错误。
7.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。
方法点津
书写热化学方程式的“五步骤”
8.A 用搅拌器搅拌,能加快反应速率,减小实验误差,A正确;用温度计测反应混合溶液的温度,温度计水银球不能接触容器底部,B错误;将NaOH溶液缓缓倒入盛有盐酸的内筒中,会使热量损失大,求得的反应放出的热量偏小,C错误;测定中和反应的反应热实验中不需要天平,D错误。
9.C 实验中用稍过量NaOH,目的是确保酸完全反应,A正确;用温度计测量盐酸的温度后,为防止盐酸和NaOH反应放热,温度计应用水冲洗干净并擦干,再测量NaOH溶液的温度,B正确;玻璃搅拌器是环形的,搅拌时应该上下移动,使酸碱溶液混合均匀,C错误;在测定中和反应反应热的过程中,每一组实验至少需要测定并记录温度3次,分别是反应前酸溶液的温度、反应前碱溶液的温度、反应后混合溶液的最高温度,D正确。
10.D (a)是铝与盐酸的反应,是放热反应,(b)是Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应,是吸热反应,A项错误;铝粉和铝片均为铝单质,等质量的铝片和铝粉与足量盐酸反应,放出的热量相同,B项错误;相较于环形玻璃搅拌棒,铁质搅拌棒导热性强,会造成热量损失,对实验结果有影响,C项错误;NaOH固体溶解时要放出热量,最终测得的中和反应的反应热的绝对值偏高,D项正确。
能力提升练
1.D 图解:
2.B 由能量变化示意图可知,该反应为放热反应,在绝热密闭容器中进行时,体系温度会升高,A错误;等量液态H2O比气态H2O的能量低,生成液态H2O时放热更多,则ΔH减小,B正确;2 mol CO2(g)和6 mol H2(g)反应生成1 mol CH3OCH3(g)和3 mol H2O(g),放出122.7 kJ热量,0.4 mol CO2(g)和1.2 mol H2(g)反应,放出的热量为=24.54 kJ,C错误;CH3OCH3(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) ΔH=+122.7 kJ·mol-1,D错误。
3.答案 (1)玻璃搅拌器 不能
(2)-56.8
(3)AD
(4)偏大
解析 (1)要使液体混合均匀且充分反应,需要搅拌,该装置中还缺少玻璃搅拌器;铜的导热性强,不能用铜质搅拌器代替玻璃搅拌器。
(2)三次实验ΔT分别为3.4 ℃、3.4 ℃、5.8 ℃,实验3数值误差太大,应舍去,则ΔT=3.4 ℃,生成0.025 mol H2O时,ΔH=-cmΔT=-4.18 J·g-1·℃-1×(100 mL×1 g·mL-1)×3.4 ℃=-1 421.2 J≈-1.42 kJ,则生成1 mol H2O时ΔH=-=-56.8 kJ·mol-1。
(3)在测定碱液的温度时,温度计上残留的酸会与碱反应放热,一方面所测碱液的温度不准确,另一方面酸碱混合后放出的热量减少,测定的中和反应的反应热ΔH偏大,A符合题意;做该实验时室内温度较高,若隔热层隔热效果较好,对所测中和反应的反应热ΔH没有影响,B不符合题意;NaOH溶液一次性迅速倒入为正确操作,不会使测定的中和反应的反应热ΔH偏大,C不符合题意;杯盖未盖严,导致热量损失过多,测定的中和反应的反应热ΔH偏大,D符合题意。
(4)NH3·H2O电离吸热,则反应放出的热量减少,计算生成1 mol水时的反应热ΔH与(2)相比偏大。
13(共27张PPT)
1.反应热
(1)概念:当化学反应在一定的温度下进行时,反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度
下的热效应,简称反应热。
(2)符号:用Q表示,反应吸热时,Q取正值;反应放热时,Q取负值。
第1节 化学反应的热效应
知识点 1 化学反应的反应热
必备知识 清单破
第1章 化学反应与能量转化
2.实验测定中和反应的反应热
(1)实验装置——简易量热计
(2)实验原理:Q=-C(T2-T1),式中C表示溶液及量热计的热容(在不发生化学反应和物质聚集状
态不变的条件下,物质吸收热量,温度每升高1 K所吸收的热量,称为该物质的热容),T1、T2分
别表示反应前和反应后体系的温度。
(3)注意事项
①实验时动作要迅速,隔热和保温效果要好,尽量减少热量损失。
②要使用同一支温度计。测量酸、碱溶液及混合液的温度时,测量完一种溶液的温度后,温
度计必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。
③应当使用强酸、强碱的稀溶液,因为弱酸、弱碱在水溶液中不能完全电离,且弱酸、弱碱
的电离是吸热过程,使所测得的反应热数值偏小。
④测量中和反应的反应热时不能使用浓的强酸、强碱,因为浓的强酸、强碱溶于水时一般放
热,使测得的反应热数值偏大。
⑤实验时所用的强酸、强碱溶液配好后要充分冷却至室温后才能使用。
⑥为了减小误差,重复实验2~3次。
1.化学反应的内能变化
(1)内能:体系内物质所含各种微观粒子的能量总和。
(2)影响因素:物质的种类、数量及聚集状态,体系的温度、压强等。
(3)符号:U。
(4)内能变化:ΔU=U(反应产物)-U(反应物)。
U(反应产物)>U(反应物),反应吸收能量;U(反应产物)(5)内能变化与反应热的关系
ΔU=Q+W
①化学反应体系与环境进行能量交换可以以热和功的形式呈现。
②若反应过程中体系没有做功,则ΔU=Q。
知识点 2 化学反应的内能变化与焓变
2.化学反应中能量变化的本质
化学反应发生时旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成释放的能量不相等,其关系可
用如图表示:
若E反E2,则反应吸收能量,体系内能增加,为吸热反应。若E反>E生或E1放出能量,体系内能降低,为放热反应。
3.化学反应的焓变
(1)焓、焓变
(2)反应热与反应焓变的关系
①等压条件下,反应热等于焓变。
表达式:ΔH=Qp。
②反应焓变与吸热反应和放热反应的关系
4.热化学方程式
(1)意义:不仅表明了化学反应中物质的变化,也表明了化学反应中能量的变化。如:
表示在25 ℃、101 kPa条件下,2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成2 mol液态水时放出571.
6 kJ的能量。
(2)书写热化学方程式的注意事项及正误判断【详见定点2】
知识拓展 摩尔燃烧焓及燃烧热
(1)摩尔燃烧焓:指在一定反应温度和压强条件下,1 mol纯物质完全氧化为同温下的指定产物
时的焓变,并指定物质中所含有的氮元素氧化为N2(g)、氢元素氧化为H2O(l)、碳元素氧化为
CO2(g)。人们常用摩尔燃烧焓来衡量一种燃料燃烧释放热量的多少。
(2)燃烧热: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。如天然气是清
洁能源,其主要成分是CH4,表示甲烷燃烧热的热化学方程式为:
1.从反应途径的角度理解盖斯定律
一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的。换句话说,在
一定条件下,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.从能量守恒角度理解盖斯定律
3.盖斯定律的意义:应用盖斯定律可以间接计算出反应很慢的、不容易直接发生的或者伴有
副反应发生的反应的反应热。
知识点 3 盖斯定律
知识拓展 使用催化剂,改变了反应历程,但反应体系的始态和终态不变,反应热不变。如图
所示:
定点 4 焓变的计算【详见定点3】
1.化学反应中内能的变化就是化学反应的反应热。这种说法正确吗 ( )
如果反应过程中体系没有做功(反应前后体系体积不变且没有做电功等其他功),化
学反应中内能的变化等于化学反应的反应热;反之,两者不等。
2.在室温下,分别测定等浓度等体积的NaOH溶液与盐酸反应、KOH溶液与盐酸反应、
NaOH溶液与稀硝酸反应的反应热,所测得的上述三个中和反应的反应热相同。这种说法正
确吗 ( )
参加反应的物质都是强酸、强碱,三个反应的离子方程式都是H++OH- H2O,反应
都在室温下进行,且参加反应的n(H+)和n(OH-)都相同,所以反应热也相同。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
√
提示
3.热化学方程式中ΔH的单位是 kJ·mol-1,其中 mol-1是指每摩尔反应物或生成物。这种说法正
确吗 ( )
ΔH的单位是 kJ·mol-1,其中 mol-1不是指每摩尔反应物或生成物,而是指每摩尔反应,
即反应完成时参加反应的各物质的物质的量的数值与热化学方程式中各物质化学式前的化
学计量数相同。
4.对于H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)与H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g),点燃和光照的条件下进行反应的
ΔH相同。这种说法正确吗 ( )
对于H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)与H2(g) +Cl2(g) 2HCl(g),由于两个反应中生成物和
反应物的状态及化学计量数都相同,只是反应条件不同,而反应条件对反应物、生成物的焓
值无影响,所以同一反应在不同反应条件下的焓变相等,即焓变与反应条件无关。
提示
√
提示
1.直接比较法
(1)吸热反应的ΔH肯定比放热反应的大(前者大于0,后者小于0)。
(2)物质燃烧时,可燃物物质的量越大,燃烧放出的热量越多;等量的同种可燃物完全燃烧所放
出的热量肯定比不完全燃烧所放出的热量多。
(3)生成等量的液态水时,强酸和强碱的稀溶液反应比弱酸和强碱、弱碱和强酸或弱酸和弱
碱的稀溶液反应放出的热量多。
(4)因可逆反应不能进行完全,当按热化学方程式中化学计量数投料时反应放出或吸收的热
量小于相应热化学方程式中焓变的数值。如:N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.3 kJ·mol-1,
当向密闭容器中充入1 mol N2、3 mol H2时,反应达到平衡时放出的热量小于92.3 kJ。
关键能力 定点破
定点 1 反应热的大小比较方法
2.盖斯定律比较法
(1)同一反应的生成物状态不同时:A(g)+B(g) C(g) ΔH1<0,A(g)+B(g) C(l) ΔH2<0,
因C(g) C(l)的ΔH<0,所以ΔH1>ΔH2。
(2)同一反应的反应物状态不同时:4P(g)+5O2(g) 2P2O5(g) ΔH1<0,4P(s)+5O2(g) 2P2O5
(g) ΔH2<0,因P(g) P(s)的ΔH<0,所以ΔH1<ΔH2。
(3)两个有联系的不同反应相比较:C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1<0,C(s)+ O2(g) CO(g)
ΔH2<0,设CO(g)+ O2(g) CO2(g) ΔH3,根据盖斯定律,可得ΔH2+ΔH3=ΔH1,因为ΔH3<0,所以
ΔH1<ΔH2。
①
3.图示比较法
②
①等量的S(g)、S(s)分别与O2(g)反应生成SO2(g),前者放热多,则ΔH1<ΔH2。
②H2(g)与O2(g)反应分别生成等量的H2O(g)、H2O(l),生成H2O(l)时放出的能量多,则ΔH1<ΔH2。
1.热化学方程式书写的注意事项
(1)注意反应的ΔH与测定条件(温度、压强)有关,因此书写热化学方程式时应注明ΔH的测定
条件,对于在25 ℃、101 kPa下进行的反应,可不注明温度和压强。
(2)注意热化学方程式中各物质的化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量,并不
表示物质的分子数或原子数,因此化学计量数可以是整数也可以是分数。
(3)热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数改变,则ΔH
也要按比例改变,即化学计量数与ΔH数值的绝对值成正比。
(4)当反应逆向进行时,则ΔH改变符号,但数值的绝对值不变。
(5)注意反应物、生成物的聚集状态不同,ΔH数值以及符号都可能不同,因此必须注明物质的
聚集状态(s、l、g、aq)。化学式相同的同素异形体或同分异构体除标明状态外还需标明其
定点 2 书写热化学方程式的注意事项及正误判断
名称,如金刚石应表示为“C(s,金刚石)”,葡萄糖应表示为“C6H12O6(s,葡萄糖)”,这是因为同
素异形体或同分异构体的化学式虽然相同,但结构不同,因此具有的能量也不同。
(6)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,所以在热化学方程式中不再用“↑”“↓”来标记气体生成物和难溶生成物。
(7)在书写某物质的摩尔燃烧焓的热化学方程式时,一要注意可燃物的化学计量数应为1,且以
燃烧1 mol该物质为标准来配平其余物质的化学计量数;二要注意有关元素是否完全燃烧生
成指定产物,如碳元素转化为CO2(g)、氢元素转化为H2O(l)、硫元素转化为SO2(g)。
2.热化学方程式正误判断的“六看”
(1)看方程式是否配平。
(2)看各物质的聚集状态是否正确。
(3)看ΔH的“+”“-”是否正确。
(4)看反应热的单位是否正确。
(5)看ΔH的数值与化学计量数是否对应。
(6)看是否符合概念,如表示摩尔燃烧焓的热化学方程式中可燃物的化学计量数必须是1。
典例 按要求书写热化学方程式。
(1)合成氨反应常使用铁触媒提高反应速率。如图为有、无铁触媒时,反应的能量变化示意
图。写出该反应的热化学方程式: 。
(2)已知25 ℃,101 kPa时:1 mol葡萄糖[C6H12O6(s)]完全反应生成CO2(g)和H2O(l),放出2 804 kJ
热量。则25 ℃时,CO2(g)与H2O(l)经光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的热化学方程式为 。
(3)298 K时,1 g H2燃烧生成H2O(g)放热121 kJ,1 mol H2O(l)蒸发吸热44 kJ,表示H2燃烧热的热
化学方程式为 。
解析： (1)根据图像中反应物与生成物的能量,得合成氨的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-(a-b) kJ·mol-1。
(2)分析题给条件,掌握正、逆反应的ΔH数值的绝对值相同,符号相反是解题关键。
(3)阅读题给信息,联系燃烧热的概念解答本题。
答案： (1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-(a-b) kJ·mol-1
(2)6CO2(g)+6H2O(l) C6H12O6(s)+6O2(g) ΔH=+2 804 kJ·mol-1
(3)H2(g)+ O2(g) H2O(l) ΔH=-286 kJ·mol-1
1.根据热化学方程式进行计算
根据热化学方程式计算焓变时常用的方法有关系式法、差量法、方程组法等,在列比例
式时,一定要做到两个量的单位“上下一致,左右相当”。 例如对于反应:aA(g)+bB(g)
cC(g) +dD(g) ΔH=-q kJ·mol-1,有: = = = = (n为物质的量变化量,Q指反应
过程中能量变化的数值)。
2.根据反应物和生成物的总能量计算
ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量。
3.根据反应物和生成物的化学键计算
ΔH=断裂反应物中化学键吸收的总能量-形成生成物中化学键释放的总能量。计算焓变时一
些常考物质中所含化学键的信息如下表(化学键的物质的量均为1 mol物质所含):
定点 3 焓变的计算
常考物质 化学键 化学键的物质的量/mol
CH4 C—H 4
N2H4 N—N 1
N—H 4
石墨 C—C 1.5
金刚石 C—C 2
CO2 C O 2
SiO2 O—Si 4
Si Si—Si 2
P4(白磷) P—P 6
4.根据盖斯定律进行计算
(1)虚拟途径法:先根据题意虚拟转化过程,然后根据盖斯定律列式求解,即可求得待求反应的
反应热。如:求C(s)+ O2(g) CO(g)的ΔH,可根据如图所示转化过程,ΔH=ΔH1-ΔH2。
(2)加和法:将所给热化学方程式进行简单运算得到所求的热化学方程式,反应热也作相应的
运算。流程如图:
