课件36张PPT。第一节 化学反应与能量的变化第1课时 化学反应与能量的变化目标导航预习导引目标导航预习导引1.化学反应的实质与特征
(1)实质:反应物化学键断裂和生成物化学键形成。
(2)特征:既有物质变化,又有能量变化。
(3)能量转化形式通常有热能、光能和电能等,但主要表现为热能的变化。
2.焓变 反应热
(1)反应热。
当化学反应在一定的温度下进行时,反应所吸收或放出的热量称为该反应在此温度下的热效应,简称反应热。
(2)焓变。
焓是与内能有关的物理量,用符号H表示,焓变就是生成物与反应物的焓值差,用符号ΔH表示,单位常用kJ·mol-1或kJ/mol。反应在 恒压条件下进行时,反应的热效应等于焓变。目标导航预习导引3.化学反应能量变化的原因
化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。若E1>E2,则化学反应吸收能量,ΔH>0;
若E1(1)定义:表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式,叫做热化学方程式。热化学方程式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。
(2)意义:表示在25 ℃、101 kPa,1 mol H2与 完全反应生成 1 mol液态水时放出的热量为285.8 kJ。?
(3)注意:热化学方程式中各物质前的化学计量数只表示物质的量,不表示分子个数,因此,它可以是整数,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不同。目标导航预习导引深度思考
判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。
(1)放热反应不需要加热就能反应,吸热反应不加热就不能反应。 ( )
(2)物质发生化学变化都伴有能量的变化。 ( )
(3)伴有能量变化的物质变化都是化学变化。 ( )
(4)吸热反应在任何条件下都不能发生。 ( )
(5)Na转化为Na+时,吸收的能量就是该过程的反应热。 ( )
(6)水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热。 ( )
(7)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同。 ( )
(8)可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化,与反应是否可逆无关。 ( )
解析:(6)是物理变化过程,其能量变化不能称为反应热。(7)焓变与反应条件无关。× √ × × × × × √ 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要一、焓变与反应热
1.焓变与反应热的关系
恒温、恒压下进行的化学反应,如果反应中物质的能量变化全部转化为热能(除了因体积改变而做的功外,没有转化为电能、光能等其他形式的能量),则反应的焓变就等于该反应的反应热。
2.反应热单位kJ/mol或kJ·mol-1的含义
反应放出或吸收的热量用ΔH表示,“kJ”——放出或吸收热量,“mol-1”——符合反应计量关系的任何化学反应,称为每摩尔反应,不是指1 mol反应物。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要3.吸热反应与放热反应的比较 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要4.常见的放热反应和吸热反应
常见的放热反应: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。
常见的吸热反应:①大多数分解反应;②盐的水解;③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应;④C和H2O(g)、C和CO2的反应。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.相同质量的硫粉在空气中燃烧和在纯氧中燃烧,哪一个放出的热量多,为什么?
答案:在空气中燃烧放出的热量多,因在纯氧中燃烧火焰明亮,转化成的光能多,故放出的热量少。
2.需要加热才能进行的反应一定是吸热反应吗?常温下就能进行的反应一定是放热反应吗?
答案:化学反应过程究竟是吸热还是放热与反应条件没有直接关系,不能根据反应条件判断一个化学反应是放热反应还是吸热反应。有些放热反应常温下就能进行,如酸碱中和反应;有些放热反应常温下不能进行,如碳的燃烧;有些吸热反应常温下就能进行,如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应;有些吸热反应常温下不能进行,需要加热才能进行,如碳酸钙的分解反应。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要3.物质的键能、内能与其稳定性有什么关系?
答案:物质的键能越小,其内能越高,稳定性越差;反之,键能越大,其内能越低,稳定性越强。
对某一反应,ΔH=H(生成物)-H(反应物)=E(吸)-E(放),则E(吸)+H(反应物)=H(生成物)+E(放),可见H(反应物)越小E(吸)越大,反应物的稳定性就越强。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例1】 下列变化一定是放热的化学反应的是( ) C.形成化学键时共放出能量862 kJ的化学反应
D.能量变化如图所示的化学反应解析:A项,气态水变成液态水放出热量,但属于物理变化;B项,该反应为分解反应,是吸热反应;C项,未告诉断裂化学键吸收的能量,无法判断该反应是吸热反应还是放热反应;D项,反应物的总能量大于生成物的总能量,故该反应为放热反应。
答案:D迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.由右图分析,有关叙述正确的是( )
A.A→B+C和B+C→A两个反应吸收或放出的能量不等
B.A→B+C是放热反应
C.A具有的能量高于B和C具有的能量总和
D.A→B+C是吸热反应,则B+C→A必然是放热反应
解析:本题考查化学反应中的能量变化,由图可知,B和C具有的能量总和高于A的能量,则反应B+C→A一定是放热反应;反之,A→B+C则是吸热反应。根据能量守恒定律,两反应的反应热在数值上相等,符号相反。
答案:D迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.已知化学反应A2(g)+B2(g)==2AB(g)的能量变化如图所示,下列叙述中正确的是( )
?
A.每生成2分子AB吸收b kJ热量
B.该反应焓变为ΔH=+(a-b) kJ·mol-1
C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量
D.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键,放出a kJ能量迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:化学反应A2(g)+B2(g)==2AB(g)的能量变化依据图像分析,结合反应前后能量守恒可知,反应物能量之和小于生成物的能量之和,该反应是吸热反应,反应过程中断裂化学键需要吸收能量,形成化学键放出热量,焓变为ΔH=+(a-b) kJ·mol-1,故B项正确。
答案:B迁移应用典题例解思考探究一二知识精要二、热化学方程式的书写与判断
1.热化学方程式的书写步骤
写出化学方程式(不注明条件及气体、沉淀符号)?依据信息注明物质状态?计算焓变数值?写出焓变ΔH符号、数值及单位迁移应用典题例解思考探究一二知识精要2.书写热化学方程式的注意事项 迁移应用典题例解思考探究一二知识精要迁移应用典题例解思考探究一二知识精要3.可逆反应热化学方程式的含义
热化学方程式表示反应已完成的量,需分析投料是否真正完全反应,例如,300 ℃时,H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH=-12.84 kJ·mol-1,并非“300 ℃,将1 mol 氢气和1 mol碘蒸气混合,就有12.84 kJ热量放出”,而是“有2 mol HI(g)生成时,才有12.84 kJ热量放出。”迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.下列热化学方程式表示的意义是否相同? 答案:由于两个热化学方程式中产物水的状态不同,因此a与b的数值也不相同,两个热化学方程式表示的意义不同。2.已知2H2(g)+O2(g)==2H2O(l) ΔH1,2H2O(l)==2H2(g)+O2(g) ΔH2,ΔH1和ΔH2有什么关系?
答案:2 mol H2(g)和1 mol O2(g)的总能量与2 mol H2O(l)的能量的差值是不变的,即|ΔH1|=|ΔH2|;但反应物和生成物互换,反应的放热和吸热的过程发生了改变,ΔH1=-ΔH2。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例2】 写出下列反应的热化学方程式:
(1)1 mol C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),放出1 366.8 kJ热量: 。?
(2)1 mol C(石墨)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收131.3 kJ热量:? 。?
(3)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物,放出22.67 kJ的热量:? 。?迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.已知在25 ℃、101 kPa下,1 g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40 kJ的热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是( )迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:在25 ℃、101 kPa下,1 mol C8H18燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为 ×114 g=5 518 kJ。解答该题关键要看三点:答案:B 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.下列对H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g) ΔH(298 K)=-184.6 kJ·mol-1的叙述正确的是( )
A.1分子H2和1分子Cl2反应,放出热量184.6 kJ
B.1 mol H2(g)完全反应生成2 mol HCl(g),放出的热量为184.6 kJ
C.在25 ℃、101 kPa的条件下,1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g),放出的热量为184.6 kJ
D.在25 ℃、101 kPa的条件下,1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g),吸收的热量为184.6 kJ
解析:热化学方程式中ΔH的值与具体化学反应相对应,在反应中各物质前的化学计量数不再表示粒子数目,只表示物质的“物质的量”,所以A项中分子个数的说法是错误的。在描述反应热时应说明外界条件,而B项中没有说明温度和压强,该说法也是错误的。ΔH<0,反应放热而非吸热,D项错误。
答案:C思悟升华易错警示案例探究焓变与化学键键能的关系
通常把拆开(或形成)1 mol某化学键所吸收(或释放)的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可用于估算化学反应的反应热(ΔH),化学反应的ΔH等于反应物中旧化学键的键能之和与生成物中新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据,供计算使用。工业上的高纯硅可通过下列反应制取:
SiCl4(g)+2H2(g)==Si(s)+4HCl(g),该反应的反应热(ΔH)为 ( )
A.+412 kJ·mol-1 B.-412 kJ·mol-1
C.+236 kJ·mol-1 D.-236 kJ·mol-1思悟升华易错警示案例探究审题:反应热产生的根本原因是化学键的断裂和形成,反应物中化学键的断裂需要吸热,而生成物中化学键的形成会放热,它们的差值就是反应热,解题的关键在于正确判断1 mol物质所含化学键的数目。
解析:SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算,而产物硅属于原子晶体,可根据原子晶体的结构计算晶体硅中共价键的数目。1 mol晶体硅中所含的Si—Si键为2 mol,即制取高纯硅反应的反应热ΔH=4×360 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-(2×176 kJ·mol-1+4×431 kJ·mol-1)=+236 kJ·mol-1。
答案:C思悟升华易错警示案例探究正确判断反应物或生成物中共价键的数目是解决此类题目的关键。要熟悉中学化学常见的原子晶体结构:1 mol金刚石晶体中含2 mol C—C键,1 mol二氧化硅晶体含4 mol Si—O键。分子晶体:1 mol分子中所含的共价键,如1 mol CH3—CH3分子含有6 mol C—H键和1 mol C—C键。思悟升华易错警示案例探究计算ΔH应熟记三种基本计算公式:
(1)ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量
(2)ΔH=反应物的总键能之和-生成物的总键能之和
(3)ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量课件24张PPT。第2课时 中和反应反应热的测定目标导航预习导引目标导航预习导引1.中和反应
(1)定义:酸和碱生成盐和水的反应。
(2)实质:酸电离产生的H+和碱电离产生的OH-反应生成H2O。强酸和强碱生成可溶性盐和水的离子反应方程式为H++OH-==H2O。
2.中和热
(1)定义:在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应而生成1 mol H2O时所释放的能量叫中和热。?
(2)注意:①稀溶液:是指存在大量水的溶液。②量的标准:必须是生成1 mol水。?
(3)对于强酸和强碱的稀溶液生成可溶性盐的反应,中和热基本上是相等的,表示为:H+(aq)+OH-(aq)==H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。目标导航预习导引3.中和反应反应热的测定
(1)实验目的:测定强酸与强碱反应的反应热,
体验化学反应的热效应。
(2)实验原理:通过测量一定量的酸碱溶液在反应前后温度的变化,计算反应放出的热量,由此求得中和热。
(3)实验仪器装置。
①将下列实验装置中各仪器(或物品)的名称填在横线上。
?
②实验过程中,还需要的其他仪器有50 mL量筒(2个)。?目标导航预习导引(4)实验测量数据。
①初始温度(t1)
用一量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸,倒入小烧杯中并测量其 温度;用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液并测量其温度,取两温度平均值为t1。
②终止温度(t2)
把套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯中,盖好盖板。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,并准确读取混合溶液的最高温度,记录终止温度为t2。
③重复实验操作三次,记录每次的实验数据,取其平均值作为计算依据。目标导航预习导引 (5)实验数据处理。
盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液,其密度近似地认为都是1 g·cm-3,反应后溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。该实验中盐酸和NaOH溶液反应放出的热量是0.418(t2-t1) kJ,中和热为____________________。目标导航预习导引深度思考
判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。
(1)中和热一定是强酸跟强碱反应放出的热量。( )
(2)1 mol酸与1 mol碱完全反应放出的热量是中和热。 ( )
(3)在稀溶液中,酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时所释放的能量叫做中和热。 ( )
(4)表示中和热的离子方程式为H++OH-==H2O ΔH=-57.3 kJ·mol-1。 ( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)×迁移应用典题例解一二知识精要一、中和热的理解
1.定义
在稀溶液中,酸和碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时所释放的热量为中和热。
2.对中和热的理解
(1)定义中的“稀溶液”一般是指酸、碱的物质的量浓度均小于或等于1 mol·L-1的溶液,因为溶液混合时会产生溶解热效应而影响中和热的测定。
(2)中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时吸热所伴随的热效应。
实验测得生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量是指强酸、强碱在稀溶液中发生中和反应生成可溶性盐时的中和热,有弱酸或弱碱参加的中和反应,实验测出的中和热一般低于57.3 kJ·mol-1,因为弱电解质在反应中会继续电离,电离时要吸热。迁移应用典题例解一二知识精要 (3)中和反应的实质是H+和OH-结合生成H2O,若反应过程中有其他物质生成,这部分反应热也不在中和热内。
(4)强酸与强碱反应的中和热的表示:
H+(aq)+OH-(aq)== H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
(5)中和热是以生成1 mol H2O所放出的热量来定义的,因此在书写中和热的热化学方程式时,就以生成1 mol H2O为标准来配平其余物质的化学计量数。如:迁移应用典题例解一二知识精要【例1】 已知强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热化学方程式为:H+(aq)+OH-(aq)==H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,又知弱电解质的电离是吸热过程。向1 L 0.5 mol·L-1的NaOH溶液中加入下列物质:①稀醋酸;②浓硫酸;③稀硝酸,恰好完全反应。其焓变ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系是( )
A.ΔH1>ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3<ΔH2
C.ΔH1=ΔH3>ΔH2 D.ΔH1>ΔH3>ΔH2
解析:因为醋酸是弱电解质,电离时吸热,浓硫酸溶于水时放热,故与相同物质的量的NaOH发生中和反应时放出的热量Q(浓硫酸)>Q(稀硝酸)>Q(稀醋酸),又因放热反应中,ΔH为负值,即ΔH=-Q,故ΔH2<ΔH3<ΔH1,因而选D。
答案:D迁移应用典题例解一二知识精要迁移应用典题例解一二知识精要含有11.2 g KOH的稀溶液与1 L 0.1 mol·L-1的H2SO4溶液反应,放出11.46 kJ的热量,表示该反应中和热的热化学方程式为( )解析:中和热是以生成1 mol H2O(l)所放出的热量来定义的,故书写中和热的热化学方程式时,应以生成1 mol H2O(l)为标准来配平其余物质的化学计量数,故答案为D。
答案:D迁移应用典题例解思考探究一二知识精要二、中和热的测定
1.测定中和反应反应热的步骤迁移应用典题例解思考探究一二知识精要2.实验关键和应当注意的细节 迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.测量盐酸温度的温度计在测NaOH溶液温度之前用水冲洗干净的原因是什么?
答案:测量盐酸温度的温度计上沾有少量盐酸,如果不用水冲洗干净,测量NaOH溶液的温度时,少量盐酸与NaOH反应放热,使测得的温度高于NaOH溶液的实际温度。
2.酸、碱溶液混合时,为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入?
答案:因为本实验的关键是减少热量损失,若动作迟缓,将会使热量损失而使误差增大。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要3.实验中所用HCl和NaOH的物质的量比为何不是1∶1,而是NaOH过量?若用HCl过量行吗?
答案:为了保证50 mL、0.50 mol·L-1的盐酸完全被NaOH中和,采用50 mL、0.55 mol·L-1 NaOH溶液,使碱稍稍过量。若使盐酸过量,也能达到目的。
4.用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液的目的是什么?
答案:用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,让NaOH和盐酸尽可能地完全反应并且使反应产生的热量均匀传递,保证测量的温度准确。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例2】 实验室用50 mL 0.5 mol·L-1盐酸、50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液和如下图所示装置进行测定中和热的实验,得到下表中的数据:迁移应用典题例解一二思考探究知识精要完成下列问题:
(1)实验时用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液的方法是 ,不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是 ? 。?
(2)经数据处理,t2-t1=3.4 ℃,则该实验测得的中和热ΔH= [盐酸和NaOH溶液的密度按1 g·cm-3计算,反应后混合溶液的比热容(c)按4.18 J·(g·℃)-1计算]。?
(3)若将NaOH溶液改为相同体积、相同浓度的氨水,测得中和热为ΔH1,则ΔH1和ΔH的关系为:ΔH1 (填“>”“<”或“=”)ΔH,理由是 ? 。?迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:(1)对于本实验,让氢氧化钠和盐酸尽可能地完全反应是减小误差的一个方面,所以实验时用环形玻璃搅拌棒上下搅动(以防将温度计损坏);做好保温工作是减小误差的另一个重要方面,而选用铜丝搅拌棒会散热较快,热量损失多。
(2)ΔH=-[100 g×4.18×10-3 kJ·(g·℃)-1×3.4 ℃]÷0.025 mol≈-56.8 kJ·mol-1。
(3)因为弱电解质的电离过程是吸热的,将NaOH溶液改为相同体积、相同浓度的氨水后反应放出的热量减少,所以ΔH1>ΔH。
答案:(1)上下搅动 铜传热快,热量损失大
(2)-56.8 kJ·mol-1
(3)> NH3·H2O电离吸热迁移应用典题例解一二思考探究知识精要实验室进行中和热的测定实验时除需要大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)外,其他所用的仪器和试剂均正确的一组是( )
A.0.50 mol·L-1盐酸,0.50 mol·L-1 NaOH溶液,100 mL量筒1个
B.0.50 mol·L-1盐酸,0.55 mol·L-1 NaOH溶液,100 mL量筒2个
C.0.50 mol·L-1盐酸,0.55 mol·L-1 NaOH溶液,50 mL量筒1个
D.0.50 mol·L-1盐酸,0.55 mol·L-1 NaOH溶液,50 mL量筒2个
解析:本实验中为了保证0.50 mol·L-1的盐酸完全被中和,采用0.55 mol·L-1 NaOH溶液,使碱稍过量,故A项不符合;所需酸、碱量均为50 mL,故B项不符合;酸、碱分别用不同的量筒量取,故C项不符合。
答案:D思悟升华案例探究中和反应反应热的测定实验中产生误差的原因
?
50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH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:思悟升华案例探究(1)从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃用品是 。?
(2)烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是? 。?
(3)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。?
(4)实验中改用60 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量 (填“相等”或“不相等”),所求中和热 (填“相等”或“不相等”),简述理由 ? 。?思悟升华案例探究审题:本实验成功的关键是准确测量反应前后的温度,因此必须减小热量损失。中和热是测定生成1 mol H2O时放出的热量,反应无论生成多少水,计算结果均
要转化为生成1 mol水所放出的热量。
解析:(1)中和热的测定实验所用装置必须保温、绝热且可使体系温度尽快达到一致,故缺少的仪器应为环形玻璃搅拌棒。(2)碎泡沫塑料的作用为减少实验过程中的热量损失。(3)不盖硬纸板会损失部分热量,故所测结果偏低。(4)由中和热概念可知,中和热是以生成1 mol水为标准的,而与酸、碱的用量无关。
答案:(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 中和热是指稀溶液中酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O所放出的热量,与酸、碱的用量无关思悟升华案例探究中和反应的反应热(ΔH)测定结果往往偏高的可能原因:
(1)用大小两个烧杯组装量热器时,两个烧杯不相平、纸板孔偏大、搅拌不均匀等都可导致结果(ΔH)偏高。
(2)倒入NaOH溶液不够快,使热量有损失。
(3)仪器保温性能差。
(4)忽略了仪器所吸收的热量。
(5)酸、碱溶液的比热容、密度均比水的大,但计算时近似按水的进行计算。课件27张PPT。第二节 燃烧热 能源目标导航预习导引目标导航预习导引1.燃烧热
(1)定义:101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。?
(2)表达形式:①符号:ΔH为“-”或ΔH<0;②单位:kJ·mol-1。
(3)意义:例如:C的燃烧热为393.5 kJ·mol-1,表示为101 kPa时,1 mol C完全燃烧生成CO2时放出393.5 kJ的热量。?目标导航预习导引2.能源
(1)定义:能提供能量的资源。
(2)分类。
①常规能源:即化石燃料,包括煤、石油、天然气。
②新能源:包括太阳能、氢能、地热能、风能、海洋能、 生物质能等。
(3)我国能源的现状与解决途径:
①现状:主要能源是化石燃料,能源的利用率低。
②解决途径:开源节流,即开发新的能源和节约现有的能源,提高能源的利用率。
(4)新能源的优势:新能源资源丰富,可以再生,没有污染或很少污染。目标导航预习导引深度思考
判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。
(1)1 mol可燃物在任何条件下完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量即为该可燃物的燃烧热。 ( )
(2)燃烧热随化学方程式前的化学计量数的改变而改变。( )
(3)1 mol H2完全燃烧生成水蒸气放出的热量叫H2的燃烧热。 ( )
(4)12 g碳在O2中燃烧产生稳定的CO气体,放出的总热量为碳的燃烧热。 ( )
(5)化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能。 ( )
(6)人类利用的能源都是通过化学反应获得的。 ( )
(7)开发利用各种新能源,减少对化石燃料的依赖,可以降低空气中PM2.5的含量。 ( )
(8)低碳生活注重节能减排,尽量使用太阳能等代替化石燃料,减少温室气体的排放。 ( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√ (8)√迁移应用典题例解一二思考探究知识精要一、燃烧热概念的理解和简单计算
1.燃烧热的定义
101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热,单位为kJ·mol-1。
2.表示燃烧热的热化学方程式
燃烧热是以1 mol纯物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写表示燃烧热的热化学方程式时,应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数,故在其热化学方程式中常出现分数。如: ΔH=-285.8 kJ·mol-1,即H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要3.理解燃烧热需要注意的问题
(1)燃烧热是反应热的一种,其ΔH为“-”或ΔH<0。
(2)101 kPa时,可燃物完全燃烧,生成物必须是稳定的氧化物,如C完全燃烧生成CO2(g),而生成CO(g)属于不完全燃烧。又如H2燃烧生成液态水,而不是水蒸气。
(3)燃烧热通常是由实验测得的,以1 mol纯物质作为标准进行测量。
4.有关燃烧热的计算
燃烧热是以1 mol纯物质完全燃烧放出的热量来定义的,因此计算燃烧反应释放的热量时应先计算出可燃物的物质的量n(可燃物),然后根据该可燃物的燃烧热(ΔH)来计算燃烧反应所释放的热量。其计算公式为Q放=n(可燃物)×|燃烧热的ΔH|。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.石墨和金刚石都是碳的单质,它们的燃烧热是否相等?为什么?
答案:不相等。因为等物质的量的石墨和金刚石具有的能量不相等,等物质的量的石墨和金刚石燃烧时,金刚石放出的热量多于石墨。
2.已知氢气的燃烧热为ΔH=-285.8 kJ·mol-1,应该怎样计算10 g氢气完全燃烧生成稳定氧化物放出的能量呢?
答案:根据可燃物的燃烧热计算可燃物完全燃烧放出的热量公式为放出的热量Q=n(可燃物)×|ΔH(可燃物)|,10 g氢气的物质的量为5 mol,则放出的热量为Q=5 mol×|-285.8 kJ·mol-1|=1 429 kJ。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例1】 (1)在101 kPa时,4 g硫粉在氧气中完全燃烧生成二氧化硫,放出37 kJ的热量,硫的燃烧热为 ,硫燃烧的热化学方程式为 。?
(2)在101 kPa时,氢气在1 mol氧气中完全燃烧,生成2 mol液态水,放出571.6 kJ的热量,氢气的燃烧热为 ,表示氢气燃烧热的热化学方程式为 。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.下列热化学方程式表达正确的是( ) 解析:A项,水的状态为气态,故不能表示燃烧热,错误;B项,中和热的ΔH为负值,错误;D项,没有注明物质的聚集状态,错误。
答案:C迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.下列说法正确的是( )
A.101 kPa时,0.5 mol CH4完全燃烧放出445.15 kJ的热量,则表示其燃烧热的热化学方程式是CH4(g)+2O2(g)==2H2O(l)+CO2(g) ΔH=-445.15 kJ·mol-1
B.25 ℃、101 kPa时,1 mol S和2 mol S的燃烧热相等
C.CO是不稳定的氧化物,它能继续和氧气反应生成稳定的CO2,所以CO的燃烧反应一定是吸热反应
D.1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热迁移应用典题例解一二思考探究知识精要解析:在表示某物质燃烧热的热化学方程式中,ΔH表示1 mol此物质完全燃烧时放出的热量,故A项错误;燃烧热指在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,与实际燃烧的物质的量无关,故B项正确;碳不完全燃烧产生的CO是一种良好的气体燃料,其燃烧反应一定是放热反应,故C项错误;燃烧热是温度和压强的函数,未指明温度和压强谈燃烧热无意义,且若1 mol碳不完全燃烧所放出的热量也不能称为燃烧热。
答案:B迁移应用典题例解思考探究一二知识精要二、能源
1.能源的含义
凡是能提供某种形式能量的物质,统称为能源。它是人类取得能量的来源,包括已开采出来的可供使用的自然资源与经过加工或转移的能量的来源。迁移应用典题例解思考探究一二知识精要2.能源的分类 迁移应用典题例解思考探究一二知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.燃料充分燃烧的条件有哪些?
答案:燃料充分燃烧的条件:有足够的空气;有足够大的接触面积。
2.如何提高燃料的利用率?
答案: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,提高煤燃烧的利用率。迁移应用典题例解一二思考探究知识精要【例2】 “能源分类相关图”如图所示,四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是( )
?
A.煤炭、石油、潮汐能 B.水能、生物质能、天然气
C.太阳能、风能、沼气 D.地热能、海洋能、核能
解析:煤炭、石油、天然气属于化石燃料,是不可再生能源,A、B两项错误;地热能、核能来自地球本身,潮汐能来自月球的吸引,绝大多数海洋能源自太阳能,D项错误。
答案:C迁移应用典题例解一二思考探究知识精要迁移应用典题例解一二思考探究知识精要1.下列选项中说明乙醇作为燃料的优点是( )
①燃烧时发生氧化反应 ②充分燃烧的产物不污染环境 ③乙醇是一种可再生能源 ④燃烧时放出大量热量
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
解析:有机物燃烧时都发生氧化反应,这并不是乙醇作为燃料的优点。
答案:D迁移应用典题例解一二思考探究知识精要2.“优化结构、提高效益和降低消耗、保护环境”,这是我国国民经济和社会发展的基础性要求。你认为下列说法不正确的是( )
A.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
B.将煤转化成气体燃料可以有效地减少引起“温室效应”的气体的产生
C.研制开发以水代替有机溶剂的化工涂料
D.加快太阳能、风能、生物质能、海洋能等清洁能源的开发利用
答案:B思悟升华易错警示案例探究有关燃烧热计算的一题多解
已知:2H2(g)+O2(g)==2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1;C3H8(g)+5O2(g)==3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2 220 kJ·mol-1
设有氢气和丙烷的混合气体5 mol,完全燃烧时放出热量3 847 kJ,则混合气体中氢气与丙烷的体积比是 ( )
A.1∶3 B.3∶1 C.1∶4 D.1∶1
审题:本题为反应热和混合物的计算问题。可利用设未知数法求算,也可利用平均值法求算。思悟升华易错警示案例探究方法一:常规解法——列方程组。设混合气体中氢气和丙烷的物质的量分别为x和y,由燃烧的热化学方程式可知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,丙烷的燃烧热为2 220 kJ·mol-1,则可得下列方程组:
?
?
解得x≈3.75 mol,y≈1.25 mol
方法二:估算法(仅适用于选择题)。由题意可知:H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,C3H8的燃烧热为2 220 kJ·mol-1,5 mol混合气体完全燃烧共放出3 847 kJ的热量。由此可得C3H8的物质的量一定小于2 mol,则H2的物质的量一定大于3 mol,故H2与C3H8的体积比一定大于3∶2,从而选出正确答案。思悟升华易错警示案例探究方法三:混合物相关计算的另一种常规思维方法是十字交叉法。5 mol混合气体的平均燃烧热为3 847 kJ÷5 mol=769.4 kJ·mol-1,有:
?
得n(H2)∶n(C3H8)=1 450.6 kJ·mol-1∶483.6 kJ·mol-1≈3∶1,故二者的体积之比为3∶1。
答案:B思悟升华易错警示案例探究在进行反应热ΔH的相关计算中,必须注意热化学方程式中指定反应物的化学计量数与ΔH的对应关系。如2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1,热化学方程式中的ΔH是指2 mol H2燃烧生成2 mol H2O(g)时放出的热量,解题时易忽略。思悟升华易错警示案例探究计算可燃物燃烧过程中所放出的热量可用公式:放出的热量=可燃物的物质的量×燃烧热,或把燃烧热作为一项,列比例式进行计算。具体计算过程可以灵活选用:①列方程或方程组;②十字交叉法;③估算法等。课件29张PPT。第三节 化学反应热的计算目标导航预习导引目标导航预习导引1.盖斯定律
(1)内容:不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应热是 相同的。或者说,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)从能量守恒定律理解:
从S→L,ΔH1<0,体系放热;
从L→S,ΔH2>0,体系吸热;
根据能量守恒,ΔH1+ΔH2=0。
(3)应用:因为有些反应进行得很慢,有些反应不容易直接发生,有些反应的产品不纯,这给测定反应热造成了困难。应用盖斯定律,就可以间接地把它们的反应热计算出来。目标导航预习导引2.反应热的计算
(1)计算依据。
反应热的计算依据有热化学方程式、盖斯定律和燃烧热的数据。
(2)举例。ΔH1=ΔH+ΔH2
则:ΔH=ΔH1-ΔH2=-393.5 kJ·mol-1-(-283.0 kJ·mol-1)=-110.5 kJ·mol-1?目标导航预习导引深度思考
判断下列描述的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。
(1)一个反应一步完成或分几步完成,两者相比,经过的步骤越多,放出的热量越多。 ( )
(2)化学反应的过程,既遵循质量守恒定律,也遵循能量守恒定律。 ( )
(3)不同的热化学方程式之间,因反应的物质不同,故热化学方程式不能相加减。 ( )× √ × 目标导航预习导引× √ 迁移应用典题例解一二知识精要一、盖斯定律及其应用
1.盖斯定律的含义
不管化学反应是一步完成还是分几步完成,其热效应是相同的,它只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关,即热化学方程式是可以加减的。迁移应用典题例解一二知识精要2.利用盖斯定律解答该类题目的步骤
(1)加和法。迁移应用典题例解一二知识精要(2)途径法。
举例:
若反应物A变为生成物D,可以有两个途径:
途径Ⅰ:由A直接变成D,反应热为ΔH;
途径Ⅱ:由A经过B变成C,再由C变成D,每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。
?
途径Ⅰ称为“逆时针方向”途径,途径Ⅱ称为“顺时针方向”途径;两种途径反应热总和相等。
则有:ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。迁移应用典题例解一二知识精要【例1】 已知下列热化学方程式: 由此可知反应Zn(s)+HgO(s)==ZnO(s)+Hg(l)的ΔH3的值是( )
A.-441.8 kJ·mol-1 B.-254.6 kJ·mol-1
C.-438.9 kJ·mol-1 D.-260.4 kJ·mol-1答案:D 解析: 迁移应用典题例解一二知识精要迁移应用典题例解一二知识精要1.A2+B2==2AB的反应历程可以看作如下过程(ΔH表示该过程的能量变化):
Ⅰ.A2==A+A ΔH1
Ⅱ.B2==B+B ΔH2
Ⅲ.A+B==AB ΔH3
则下列说法中正确的是( )
A.当ΔH3+(ΔH1+ΔH2)>0时,该反应是吸热反应
B.当2ΔH3+(ΔH1+ΔH2)>0时,该反应是放热反应
C.当2ΔH3+(ΔH1+ΔH2)<0时,该反应是放热反应
D.当 ΔH3+(ΔH1+ΔH2)<0时,该反应是吸热反应迁移应用典题例解一二知识精要解析:A2+B2==2AB的反应可虚拟路径如下:
?
据盖斯定律可知:ΔH=(ΔH1+ΔH2)+2ΔH3,
若(ΔH1+ΔH2)+2ΔH3>0,该反应为吸热反应,
若(ΔH1+ΔH2)+2ΔH3<0,该反应为放热反应,C项正确。
答案:C迁移应用典题例解一二知识精要2.已知热化学方程式:C(s,金刚石)+O2(g)==CO2(g) ΔH1=-395.41 kJ·mol-1,C(s,石墨)+O2(g)== CO2(g) ΔH2=-393.51 kJ·mol-1。则由金刚石转化为石墨时的热化学方程式为 ,由热化学方程式可知,更稳定的物质是 。?迁移应用典题例解一二知识精要解析:本题要从热化学方程式推测物质的稳定性,前提是推出金刚石转化为石墨的焓变。根据盖斯定律,将题中的关系设计为如图所示:
则ΔH=ΔH1-ΔH2=-1.9 kJ·mol-1,即金刚石转化为石墨要放出热量,能量是降低的,故石墨比金刚石稳定。
答案:C(s,金刚石)==C(s,石墨) ΔH=-1.9 kJ·mol-1 石墨迁移应用典题例解一二二、反应热的计算
1.反应热计算的依据和类型
(1)根据热化学方程式计算:所求热化学方程式的反应热的绝对值与已知热化学方程式的反应热的绝对值成正比,即|ΔH求|=n|ΔH|,即化学计量数加倍,反应热的绝对值加倍,化学计量数减半,反应热的绝对值减半。
(2)根据反应物和生成物的能量计算:
ΔH=生成物的能量总和-反应物的能量总和。
(3)根据反应物和生成物的键能计算:
ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。
(4)根据盖斯定律计算:将已知热化学方程式进行适当的变形后,通过“加”“减”进行计算、比较。知识精要迁移应用典题例解一二(5)根据物质的燃烧热数值计算:
Q(放)=n(可燃物)×|燃烧热的ΔH|。
(6)根据比热公式进行计算:Q=cmΔt。知识精要迁移应用典题例解一二2.反应热的计算技巧
(1)热化学方程式与数学上的方程式相似,可以移项,同时改变正、负号;各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。
(2)根据盖斯定律,可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH做相加或相减等运算,得到一个新的热化学方程式。
(3)同一反应的正反应、逆反应的反应热数值相等,符号相反。知识精要迁移应用典题例解一二知识精要【例2】 氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。(1)上图是N2(g)和H2(g)反应生成1 mol NH3(g)过程中能量的变化示意图,请写出N2和H2反应的热化学方程式: 。?迁移应用典题例解一二知识精要(2)若已知下列数据 试根据表中及图中数据计算N—H键的键能 kJ·mol-1。?
(3)用NH3催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。已知:
4NH3(g)+3O2(g)==2N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-a kJ·mol-1 ①
N2(g)+O2(g)==2NO(g) ΔH2=-b kJ·mol-1 ②
求:若1 mol NH3还原NO至N2,则该反应过程中的反应热ΔH3= (用含a、b的式子表示) kJ·mol-1。?迁移应用典题例解一二知识精要解析:(1)由图像可知,该反应为放热反应,且生成1 mol NH3(g)时,放出的热量为(300-254) kJ=46 kJ。故N2和H2反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1。
(2)设N—H键的键能为x,故反应热ΔH=-92 kJ·mol-1=(3×435+943) kJ·mol-1-6×x,
x=390 kJ·mol-1。
(3)将②×3,反写,然后再与①相加,可得,
4NH3(g)+6NO(g)==5N2(g)+6H2O(g),故其反应热ΔH=(3b-a) kJ·mol-1,故1 mol NH3还原NO至N2,反应热为
答案:(1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1 (2)390 迁移应用典题例解一二知识精要迁移应用典题例解一二知识精要答案:C 迁移应用典题例解一二知识精要解析:氢气的燃烧热的热化学方程式:
?
ΔH=ΔH1+ΔH2=-241.8 kJ·mol-1+(-44.0 kJ·mol-1)=-285.8 kJ·mol-1
答案:氢气的燃烧热的ΔH为-285.8 kJ·mol-1。迁移应用典题例解一二知识精要3.(2015山东理综,30,节选)合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能,在配合氢能的开发中起着重要作用。
贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应。温度为T时,该反应的热化学方程式为? 。?
已知温度为T时:CH4(g)+2H2O(g)==CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165 kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1
答案:CO(g)+3H2(g)==CH4(g)+H2O(g) ΔH=-206 kJ·mol-1方法归纳案例探究应用盖斯定律比较反应热的大小
比较下列各组热化学方程式中ΔH的大小。(1)S(s)+O2(g)==SO2(g) ΔH1
S(g)+O2(g)==SO2(g) ΔH2 ΔH1 ΔH2?
(2)CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l) ΔH1
CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) ΔH2 ΔH1 ΔH2?
解析:(1)中两式相减得:S(s)==S(g) ΔH=ΔH1-ΔH2>0(固态硫变为硫蒸气是吸热过程),所以ΔH1>ΔH2(相同条件下,1 mol气态硫比1 mol固态硫燃烧放出的热量多);(2)中两式相减得:2H2O(g)==2H2O(l) ΔH=ΔH1-ΔH2<0(水蒸气变为液态水是放热过程),所以ΔH1<ΔH2(相同条件下,生成2 mol液态水比生成2 mol水蒸气放出的热量多)。
答案:(1)> (2)<方法归纳案例探究在进行ΔH的大小比较中,必须带着“正号”和“负号”作比较。
(1)同一反应生成物状态不同时
A(g)+B(g)==C(g) ΔH1<0
A(g)+B(g)==C(l) ΔH2<0
按以下思路分析:
?
A(g)+B(g)
?
得ΔH1+ΔH3=ΔH2,因为ΔH均小于0,所以ΔH2<ΔH1。方法归纳案例探究(2)同一反应反应物状态不同时
S(g)+O2(g)==SO2(g) ΔH1<0
S(s)+O2(g)==SO2(g) ΔH2<0
按以下思路分析:
?
ΔH2+ΔH3=ΔH1,因为ΔH3小于0,所以ΔH1<ΔH2。方法归纳案例探究(3)两个有联系的不同反应相比较 课件14张PPT。专题一专题二正确书写热化学方程式应注意的问题
热化学方程式是表示参加反应物质的量与反应热的关系的化学方程式。热化学方程式的书写除了遵循书写化学方程式的要求外,还应注意以下几点:
1.ΔH只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边。若为放热反应ΔH为“-”;若为吸热反应ΔH为“+”。ΔH的单位一般为kJ·mol-1。
2.注意反应热ΔH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ΔH的测定条件。在25 ℃、101 kPa下测定的ΔH,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。专题一专题二4.注意反应物和产物的聚集状态不同,反应热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)才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式不用“↑”和“↓”,一般也不加“△”、点燃等条件。
5.注意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,相同的反应如果化学计量数加倍,则|ΔH|也要加倍。当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
6.书写表示燃烧热的热化学方程式时,可燃物的化学计量数为1;产物应为101 kPa下完全燃烧生成的稳定氧化物。如C燃烧应生成CO2,而不是CO;H2燃烧生成的是H2O(l),而不是H2O(g)。书写中和热的热化学方程式时,生成水的化学计量数为1。
7.同素异形体之间转化的热化学方程式中应注明物质的状态和名称。如C(石墨,s)==C(金刚石,s) ΔH=a kJ·mol-1。专题一专题二【例1】 25 ℃、101 kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热的ΔH依次是-393.5 kJ·mol-1、-285.8 kJ·mol-1、-890.3 kJ·mol-1、-2 800 kJ·mol-1,则下列热化学方程式正确的是( )专题一专题二解析:本题主要考查燃烧热的概念和热化学方程式书写的正误判断。燃烧热是在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。由此分析各选项可知:A项中生成物应是二氧化碳,而不是一氧化碳;B项中的生成物水应是液态而不是气态,且ΔH=-571.6 kJ·mol-1;C项中的生成物水应是液态而不是气态。故A、B、C三项均不正确。
答案:D专题一专题二迁移训练1 红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。
?
回答下列问题:
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式为 。?
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为 。?
(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3= ,P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的ΔH4 (填“>”“<”或“=”)ΔH3。?专题一专题二专题一专题二反应热的大小比较及计算
1.反应热的大小比较
比较反应热的大小,一般从以下几个方面考虑:
(1)比较反应热或ΔH的大小时,必须带“+”“-”号,比较“燃烧热”“中和热”时,只需比较数值大小即可。
(2)参加反应的物质的量不同,则反应热的数值也会发生相应的变化,如1 mol H2完全燃烧生成液态水时放出285.8 kJ的热量,2 mol H2完全燃烧生成液态水时放出571.6 kJ的热量。专题一专题二(3)对于可逆反应,如3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)
ΔH=-92.2 kJ·mol-1,是指生成2 mol NH3(g)时放出92.2 kJ的热量,而不是3 mol H2(g)和1 mol N2(g)混合在一定条件下反应就可放出92.2 kJ的热量,实际上3 mol H2(g)和1 mol N2(g)混合在一定条件下反应放出的热量小于92.2 kJ,因为该反应的反应物不能完全转化为生成物。
(4)同一反应中物质的聚集状态不同,反应热数值大小也不同。
(5)中和热为稀溶液中酸和碱生成1 mol H2O时所释放的热量。但当酸为浓硫酸时,由于浓硫酸溶解放热,此时生成1 mol H2O时放出的热量大于57.3 kJ。专题一专题二2.反应热的计算
(1)根据热化学方程式计算:反应热与反应物各物质的物质的量成正比。
(2)根据反应物和生成物的总能量计算:ΔH=E(生成物)-E(反应物)。
(3)根据键能计算:ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。
(4)根据盖斯定律计算: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,而与反应的途径无关。如果一个反应可以分步进行,则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的。
(5)根据物质燃烧热数值计算:Q=n(可燃物)×燃烧热。专题一专题二【例2】 比较下列反应或过程中的热量或反应热的相对大小。则a、b、c、d间的大小关系为 。?
(2)若向三份等体积0.100 0 mol·L-1 NaOH溶液中分别加入①稀醋酸,②浓硫酸,③稀硝酸至恰好完全反应,则上述过程中的焓变ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为 。?
(3)已知胆矾溶于水时,溶液温度降低。在室温下将1 mol无水硫酸铜制成溶液时,放出热量为Q1 kJ,而胆矾分解的热化学方程式是CuSO4·5H2O(s)==CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH=+Q2 kJ·mol-1,则Q1与Q2的大小关系为 。?专题一专题二解析:(1)由于该反应为放热反应,且H2O(g)==H2O(l) ΔH<0,故有2a=b>2c=d。
(2)由于CH3COOH电离吸热,浓硫酸稀释时放热,故有ΔH1>ΔH3>ΔH2。
(3)根据题意可得如下转化关系:
?
故有:ΔH=+Q2 kJ·mol-1-Q1 kJ·mol-1>0,即:Q2>Q1。
答案:(1)2a=b>2c=d
(2)ΔH1>ΔH3>ΔH2
(3)Q2>Q1专题一专题二A.-824.4 kJ·mol-1B.-627.6 kJ·mol-1
C.-744.7 kJ·mol-1D.-169.4 kJ·mol-1
解析:题目考查盖斯定律的应用。解答过程中要仔细观察已知反应和待求反应之间的关系,从而通过热化学方程式进行加、减合并求算待求反应的ΔH。
把题给的两个方程式变换为答案:A 第一章过关检测
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分。每小题只有一个选项符合题意)
1.能源是当今社会发展的三大支柱之一,有专家指出:如果对燃料燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能让它们重新组合,使之能够实现下图所示循环,那么不仅可以消除燃烧产物对大气的污染,还可以节约燃料,缓解能源危机。在此构想的物质循环中太阳能最终转化为( )
A.化学能 B.热能
C.生物质能 D.电能
解析:从题图中可看出:太阳能→化学能→热能。
答案:B
2.下列说法正确的是( )
A.所有的放热反应都能在常温常压下进行
B.胆矾加热变为白色粉末属于放热反应
C.天然气燃烧时,其化学能全部转化为热能
D.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
答案:D
3.下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是( )
A.生成物总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.根据盖斯定律,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)在光照和点燃条件的ΔH不同
解析:生成物的总能量低于反应物的总能量的反应,是放热反应,若相反则是吸热反应,故A项错;反应速率与反应是吸热还是放热没有必然的联系,故B项错;C项是盖斯定律的重要应用,正确;根据ΔH=生成物的焓-反应物的焓,可知,焓变与反应条件无关,故D项错。
答案:C
4.下列关于反应能量的说法正确的是( )
A.Zn(s)+CuSO4(aq)ZnSO4(aq)+Cu(s) ΔH=-216 kJ·mol-1,则反应物的总能量大于生成物的总能量
B.若一定条件下,AB ΔH<0,说明A物质比B物质稳定
C.101 kPa时,2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,则H2的燃烧热为571.6 kJ·mol-1
D.H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,含1 mol NaOH的溶液与含0.5 mol H2SO4的浓硫酸混合后放出57.3 kJ的热量
解析:ΔH<0,说明该反应为放热反应,A项正确;物质所具有的能量越低其稳定性越好,B物质更稳定,B项错误;燃烧热是101 kPa下,1 mol该物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量,C项错误;在稀溶液中的强酸和强碱反应生成1 mol H2O和可溶性盐才放出57.3 kJ热量,D项错误。
答案:A
5.下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1
B.碳与二氧化碳的反应既是吸热反应,又是化合反应
C.热化学方程式中化学计量数可表示分子个数
D.1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
解析:中和热是指稀溶液中酸和碱反应生成1 mol H2O放出的热量,A项错;热化学方程式中化学计量数只表示物质的量,C项错;101 kPa下,1 mol CH4燃烧生成液态水和二氧化碳所放出的热量才是甲烷的燃烧热,D项错。
答案:B
6.已知:C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1
CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH2
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH3
4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s) ΔH4
3CO(g)+Fe2O3(s)3CO2(g)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A.ΔH1>0,ΔH3<0
B.ΔH2>0,ΔH4>0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
解析:根据反应特点,碳燃烧放热,ΔH1<0;二氧化碳和碳反应吸热,ΔH2>0;CO燃烧放热,ΔH3<0;铁和氧气反应放热,ΔH4<0;CO还原氧化铁放热,ΔH5<0;由盖斯定律知ΔH1=ΔH2+ΔH3,3ΔH3=ΔH4+2ΔH5,C项正确,D项错误。
答案:C
7.标准状况下,气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知H—H、H—O和OO键的键焓ΔH分别为436 kJ·mol-1、463 kJ·mol-1、495 kJ·mol-1,下列热化学方程式正确的是( )
A.H2O(g)H2(g)+O2(g)
ΔH=-485 kJ·mol-1
B.H2O(g)H2(g)+O2(g)
ΔH=+485 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH=+485 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH=-485 kJ·mol-1
解析:根据“H—H、H—O和OO键的键焓ΔH分别为436 kJ·mol-1、463 kJ·mol-1、495 kJ·mol-1”,可以计算出2 mol H2和1 mol O2完全反应生成2 mol H2O(g)产生的焓变是436 kJ·mol-1×2+495 kJ·mol-1×1-463 kJ·mol-1×4=-485 kJ·mol-1,所以该过程的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-485 kJ·mol-1,D项正确。
答案:D
8.室温下,将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是( )(导学号52110074)
A.ΔH2>ΔH3
B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2
D.ΔH1+ΔH2=ΔH3
解析:CuSO4·5H2O(s)溶于水使溶液温度降低,该过程为吸热过程:CuSO4·5H2O(s)Cu2+(aq)+S(aq)+5H2O(l) ΔH1>0;
CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,该过程为放热过程:CuSO4(s)Cu2+(aq)+S(aq) ΔH2<0;
CuSO4·5H2O(s)受热分解的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3
根据盖斯定律可知:ΔH3=ΔH1-ΔH2>0。根据上述分析,ΔH2<0,ΔH3>0,所以A项错误;ΔH3=ΔH1-ΔH2(ΔH2<0),所以ΔH3>ΔH1,B项正确;ΔH3=ΔH1-ΔH2,C项错误;ΔH1+ΔH2<ΔH3,D项错误。
答案:B
9.利用含碳化合物合成新燃料是发展低碳经济的重要方法,已知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)过程能量情况如下图所示,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( )(导学号52110075)
A.该反应的ΔH=+91 kJ·mol-1
B.加入催化剂,该反应的ΔH变小
C.反应物的总能量大于生成物的总能量
D.如果该反应生成液态CH3OH,则ΔH增大
解析:由图示可知该反应反应物的总能量大于生成物的总能量,故ΔH应为负值,A项错,C项正确;加入催化剂改变反应历程不改变始态和终态物质的能量,ΔH不变,B项错;如果生成液态CH3OH,放出的能量增多,ΔH减小,D项错。
答案:C
10.已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,CO(g)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-282.8 kJ·mol-1,现有CO、H2和CO2组成的混合气体112.0 L(标准状况),经完全燃烧后放出的总热量为851.4 kJ,并生成18 g液态水。则燃烧前混合气体中CO的体积分数为( )
A.80% B.40%
C.60% D.20%
解析:由题意H2(g)~H2O(l),则反应前V(H2)=×22.4 L·mol-1=22.4 L,H2燃烧放出的热量Q=571.6× kJ=285.8 kJ,则V(CO)=×22.4 L·mol-1=44.8 L,故CO的体积分数=×100%=40%。
答案:B
二、非选择题(本题共3小题,共40分)
11.(14分)能源危机是当前全球性的问题,“开源节流”是应对能源危机的重要举措。
(1)下列做法有助于能源“开源节流”的是 (填序号)。?
a.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
b.大力开采煤、石油和天然气以满足人们日益增长的能源需求
c.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源,减少使用煤、石油等化石燃料
d.减少资源消耗,增加资源的重复使用、资源的循环再生
(2)金刚石和石墨均为碳的同素异形体,它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,在氧气充足时燃烧生成二氧化碳,反应中放出的热量如图所示。
①在通常状况下,金刚石和石墨中 (填“金刚石”或“石墨”)更稳定,石墨的燃烧热为 。?
②12 g石墨在一定量空气中燃烧,生成气体36 g,该过程放出的热量为 。?
(3)已知:N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol-1、497 kJ·mol-1。
N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=180.0 kJ·mol-1。
NO分子中化学键的键能为 kJ·mol-1。?
(4)综合上述有关信息,请写出CO和NO反应的热化学方程式: 。?
解析:(2)①石墨的能量更低,更稳定。石墨的燃烧热指101 kPa下1 mol石墨完全燃烧生成CO2时放出的热量。②12 g石墨和24 g氧气反应,即1 mol C和0.75 mol O2反应,则生成0.5 mol CO和0.5 mol CO2,放出热量0.5 mol×110.5 kJ·mol-1+0.5 mol×393.5 kJ·mol-1=252.0 kJ。(3)ΔH=E(N2键能)+E(O2键能)-2E(NO键能),2E(NO键能)=946 kJ·mol-1+497 kJ·mol-1-180.0 kJ·mol-1,E(NO键能)=631.5 kJ·mol-1。(4)已知:2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566.0 kJ·mol-1,N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=180.0 kJ·mol-1,目标反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)可由前者减后者获得,则ΔH=-746.0 kJ·mol-1。
答案:(1)acd
(2)①石墨 393.5 kJ·mol-1 ②252.0 kJ
(3)631.5
(4)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)
ΔH=-746.0 kJ·mol-1
12.(12分)(1)甲烷自热重整是先进的制氢方法,包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应体系中同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要化学反应有:
化学方程式
焓变
ΔH/(kJ·mol-1)
甲烷
氧化
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
ΔH1
CH4(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)
-322.0
蒸汽
重整
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
206.2
CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)
165.0
①反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的ΔH= kJ·mol-1。?
②1 mol甲烷完全燃烧的反应热为ΔH2,则ΔH2 (填“>”“<”或“=”)ΔH1。?
(2)物质(t-BuNO)2在正庚烷溶剂中发生如下反应:(t-BuNO)22(t-BuNO) ΔH。实验测得该反应的ΔH=+50.5 kJ·mol-1,活化能Ea=90.4 kJ·mol-1。下列能量关系图合理的是 。?
(3)汽车尾气中主要含有CO、NO2、SO2、CO2,目前采用在汽车排气装置中安装一个净化器,可以有效地将尾气中的有害气体转化。如:CO(g)+NO2(g)NO(g)+CO2(g)
ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)
2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)
ΔH=-b kJ·mol-1(b>0)
则用标准状况下的3.36 L CO还原NO2至N2(CO完全反应)的整个过程中放出的热量为 (用含有a和b的代数式表示) kJ。?
解析:(1)①由蒸汽重整的两个反应可知,利用第二个反应减去第一个反应则得出该反应的反应热为ΔH=(165.0-206.2) kJ·mol-1=-41.2 kJ·mol-1。②1 mol甲烷完全燃烧的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH2。生成液态水比生成气态水释放出的热量多,故ΔH2<ΔH1。
(2)由实验测得该反应的反应热ΔH=+50.5 kJ·mol-1,可知该反应是吸热反应,则反应物的总能量低于生成物的总能量,可排除能量关系图B和C。又依据活化能Ea=90.4 kJ·mol-1,Ea-ΔH<50.5 kJ·mol-1,能量关系图A中,Ea-ΔH>50.5 kJ·mol-1,Ea与ΔH的比例不对。而能量关系图D是合理的,故选D。
(3)CO(g)+NO2(g)NO(g)+CO2(g) ΔH=-a kJ·mol-1乘以2得2CO(g)+2NO2(g)2NO(g)+2CO2(g) ΔH=-2a kJ·mol-1与2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-b kJ·mol-1相加即得4CO(g)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g)
ΔH=-(2a+b) kJ·mol-1,n(CO)==0.15 mol,所以放出的热量为×(2a+b) kJ。
答案:(1)①-41.2 ②< (2)D (3)
13.(14分)某化学兴趣小组要完成中和热的测定。
(1)实验桌上备有大、小两个烧杯、泡沫塑料、泡沫塑料板、胶头滴管、环形玻璃搅拌棒、0.5 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1NaOH溶液,实验尚缺少的玻璃用品是 、 。?
(2)实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒? (填“能”或“否”),其原因是 ? 。?
(3)他们记录的实验数据如下:
实验用品
溶液温度
中和热
t1
t2
ΔH
①
50 mL
0.55 mol·L-1
NaOH溶液
50 mL
0.5 mol·L-1
HCl溶液
20 ℃
23.3 ℃
②
50 mL
0.55 mol·L-1
NaOH溶液
50 mL
0.5 mol·L-1
HCl溶液
20 ℃
23.5 ℃
已知:Q=cm(t2-t1),反应后溶液的比热容c为4.18 kJ·℃-1·kg-1,各物质的密度均为1 g·cm-3。
①计算完成上表。
②根据实验结果写出NaOH溶液与HCl溶液反应的热化学方程式: 。?
(4)若用KOH代替NaOH,对测定结果 (填“有”或“无”)影响;若用醋酸代替HCl做实验,对测定结果 (填“有”或“无”)影响。?
解析:(1)中和热测定的关键是减少热量损失,需要的仪器除题目中的仪器外,还需量取液体体积的仪器量筒。测量液体温度的仪器温度计。
(2)否;铜丝易传导热,会增大热量散失。
(3)①由题意知:①中t2-t1=23.3 ℃-20 ℃=3.3 ℃。
②中t2-t1=23.5 ℃-20 ℃=3.5 ℃
故=3.4 ℃。
由Q=cm(t2-t1)=4.18 kJ·℃-1·kg-1×0.1 kg×3.4 ℃=1.42 kJ
则ΔH=-=-=-56.8 kJ·mol-1
②NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l)
ΔH=-56.8 kJ·mol-1
(4)KOH、NaOH都是强碱,对结果无影响。而用CH3COOH代替HCl,由于CH3COOH为弱酸,电离需吸热,故对测定结果有影响。
答案:(1)量筒 温度计
(2)否 金属易导热,热量散失多,导致误差偏大
(3)①-56.8 kJ·mol-1
②NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l)
ΔH=-56.8 kJ·mol-1
(4)无 有
课时训练1 化学反应与能量的变化
基础夯实
1.下列说法正确的是( )
A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B.化学反应中的能量变化都表现为热量变化
C.任何放热反应在常温下一定能发生
D.反应物和生成物所具有的总能量的高低决定了反应是放热还是吸热
解析:化学反应中的能量变化主要表现为热量变化,也常伴随光能等的变化,B项错误;反应是放热还是吸热,主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小,与是否需要加热没有直接关系,开始时需要加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应,A、C两项错误,D项正确。
答案:D
2.已知2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571. 6 kJ·mol-1,则关于方程式2H2O(l)2H2(g)+O2(g)的ΔH的说法中正确的是( )
A.方程式中的化学计量数表示分子数
B.该反应ΔH>0
C.该反应ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D.该反应可表示36 g水分解时的热效应
解析:在书写热化学方程式时,若反应物和生成物对换,则ΔH的符号变化,数值不变,故B项正确,C项不正确;D项未注明水的状态。
答案:B
3.热化学方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
ΔH=+131.3 kJ·mol-1表示( )
A.碳和水反应吸收131.3 kJ能量
B.1 mol碳和1 mol水反应生成1 mol一氧化碳和1 mol氢气并吸收131.3 kJ热量
C.1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气并吸收131.3 kJ热量
D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3 kJ
解析:依据反应热的概念,表示按照热化学方程式计量数的物质的量反应时吸收或放出的热量,单位是 kJ·mol-1,该热化学方程式表示1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气并吸收131.3 kJ的热量,特别要指明水的状态。
答案:C
4.已知:CH3CH2CH2CH3(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2 878 kJ·mol-1
(CH3)2CHCH3(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)
ΔH=-2 869 kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.正丁烷分子储存的能量大于异丁烷分子
B.正丁烷的稳定性大于异丁烷
C.异丁烷转化为正丁烷的过程是一个放热过程
D.异丁烷分子中的碳氢键比正丁烷的多
答案:A
5.反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行:①A+B→X(ΔH>0),②X→C(ΔH<0)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )(导学号52110067)
解析:①A+B→X ΔH>0,X具有的能量大于A、B能量总和,A、C两项错误;②X→C ΔH<0,A+B→C
ΔH<0,C具有的能量小于X具有的能量,也小于A、B能量总和,D项正确,B项错误。
答案:D
6.有如下三个热化学方程式
H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH2=b kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH3=c kJ·mol-1
关于它们的下列表述正确的是( )(导学号52110068)
A.它们都是吸热反应 B.a、b、c均为正值
C.a=b D.2b=c
解析:H2的燃烧是放热反应,a、b、c均为负值,A、B选项错误;生成液态的水放出的热量更多,故a>b,生成2 mol液态水放出的热量应是生成1 mol液态水时放出热量的2倍,故2b=c,答案:选D。
答案:D
7.已知断开1 mol H—H键吸收的能量为436 kJ,断开1 mol H—N键吸收的能量为391 kJ,根据化学方程式:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4 kJ·mol-1,则断开1 mol N≡N键吸收的能量是( )
A.431 kJ·mol-1 B.945.6 kJ·mol-1
C.649 kJ·mol-1 D.869 kJ·mol-1
解析:ΔH=反应物中断键吸收的总能量-生成物中成键释放的总能量。
所以-92.4 kJ·mol-1=436 kJ·mol-1×3+E(N≡N)-2×391 kJ·mol-1×3,
故E(N≡N)=945.6 kJ·mol-1。
答案:B
8.根据热化学方程式:S(s)+O2(g)SO2(g)
ΔH=a kJ·mol-1(a=-297.2)。分析下列说法,其中不正确的是( )
A.S(s)在O2(g)中燃烧的反应是放热反应
B.S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH=b kJ·mol-1,则a>b
C.1 mol SO2(g)所具有的能量低于1 mol S(s)与1 mol O2(g)所具有的能量之和
D.16 g固体硫在空气中充分燃烧,可吸收148.6 kJ的热量
解析:由题中条件可知:反应的热效应ΔH=a kJ·mol-1=-297.2 kJ·mol-1,可知该反应为放热反应,故D项错误。
答案:D
能力提升
9.已知:H2(g)+O2(g)H2O(g),反应过程中能量变化如图所示,请回答下列问题。
(1)a、b、c分别代表什么意义?
a: ;?
b: ;?
c: 。?
(2)该反应是 (填“放热”或“吸热”)反应,ΔH (填“>”“<”或“=”)0。?
(3)若c=241.8 kJ·mol-1,请写出反应的热化学方程式: 。?
解析:反应物中旧键断裂吸收的能量,使原子的能量升高,原子重新组合得到生成物,即新键生成放出的能量,两者的差值就是反应热,因为该反应中放出的热量大于吸收的热量,故反应为放热反应,ΔH<0。根据书写热化学方程式的规则结合c的数值,该反应的热化学方程式为H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1。
答案:(1)代表旧键断裂吸收的能量 代表新键生成放出的能量 代表反应热 (2)放热 <
(3)H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1
课时训练2 中和反应反应热的测定
基础夯实
1.化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化,下图能表示NaOH溶液与稀硫酸发生中和反应过程中能量变化的是( )
解析:中和反应是放热反应,NaOH和H2SO4的能量之和比Na2SO4和水的能量之和大,故B项正确。
答案:B
2.已知H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。推测含1 mol HCl的稀溶液与通入1 mol NH3的稀溶液反应放出的热量( )
A.大于57.3 kJ B.等于57.3 kJ
C.小于57.3 kJ D.无法确定
解析:本题考查的是中和反应的反应热,NH3·H2O是弱碱,电离过程要吸热,使得反应放出的热量小于中和热。
答案:C
3.在进行中和热的测定实验中,下列操作错误的是( )
A.反应前酸、碱溶液的温度要相同
B.测量溶液温度的温度计要一直插在溶液中
C.为了使反应均匀进行,可以向酸(碱)中分次加入碱(酸)
D.为了使反应更完全,可以使酸或碱适当过量
解析:本实验的关键是减少热量损失,若分次加入酸(或碱),会使热量损失多而使误差增大。
答案:C
4.在测定中和热的实验中,下列说法正确的是( )
A.使用环形玻璃搅拌棒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小烧杯底部接触
C.用0.5 mol·L-1 NaOH溶液分别与0.5 mol·L-1的盐酸、醋酸溶液反应,如所取的溶液体积相等,则测得的中和热数值相同
D.在测定中和热实验中需要使用的仪器有托盘天平、量筒、烧杯、滴定管、温度计
答案:A
5.将V1 mL 1.00 mol·L-1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如右图所示(实验中始终保持V1+V2=50)。下列叙述正确的是( )(导学号52110069)
A.做该实验时环境温度为22 ℃
B.该实验表明化学能可以转化为热能
C.NaOH溶液的浓度约为1.00 mol·L-1
D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应
解析:从图中曲线可以看出,温度为22 ℃时,V1为5,则V2为45,此时已经开始发生反应,所以22 ℃一定不是做该实验时环境的温度,A项错;从曲线随V1增多而升高,随反应的进行,溶液温度升高说明反应放热,化学能转化为热能,B项正确;当V1=30时温度最高,说明此时两者恰好完全反应,则c(NaOH)==1.50 mol·L-1,C项错;该实验不能证明有水生成的其他反应也是放热的,D项错。
答案:B
6.为了测定酸碱反应的中和热,计算时至少需要的数据是( )
①酸溶液的浓度和体积 ②碱溶液的浓度和体积
③比热容 ④反应后溶液的质量 ⑤生成水的物质的量 ⑥反应前后温度变化 ⑦操作所需的时间
A.①②③⑥ B.①③④⑤
C.③④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥⑦
解析:由中和反应的反应热Q=-cm(t2-t1)可以看出此时需要知道③④⑥;然后换算成中和热,也就是需要求算生成1 mol水时的反应热,所以还需要知道⑤,但是实际操作中可以利用①②计算得出生成水的物质的量。
答案:C
7.下列热化学方程式正确的是( )
A.C2H5OH+3O22CO2+3H2O ΔH=-1 367.0 kJ·mol-1
B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=+57.3 kJ·mol-1
C.S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-269.8 kJ·mol-1
D.2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-116.2 kJ
解析:A项,未标明各物质的聚集状态,B项,NaOH和HCl的反应为放热反应,ΔH<0,D项中ΔH的单位是“kJ·mol-1”而不是“kJ”。
答案:C
8.将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。由此可见( )
A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
B.该反应中,热能转化为产物内部的能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应的热化学方程式为NH4HCO3+HClNH4Cl+CO2↑+H2O ΔH>0
解析:根据醋酸逐渐凝固说明该反应是吸热反应,反应物的总能量低于生成物的总能量,热能转化为产物内部的能量,则A、C两项错误,B项正确;热化学方程式的书写要标明物质的状态,D项错误。
答案:B
能力提升
9.下列有关能量的判断或表示方法正确的是( )(导学号52110070)
A.从C(石墨)C(金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1,可知金刚石比石墨更稳定
B.相同条件下,等物质的量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,前者放出热量更多
C.由H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,可知含1 mol CH3COOH的溶液与含1 mol NaOH的溶液混合,放出的热量为57.3 kJ
D.2 g H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,则氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
解析:从C(石墨)C(金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1,可知金刚石的能量比石墨的高,则石墨更稳定,A项错误;等物质的量的硫蒸气的能量大于硫固体,相同条件下完全燃烧硫蒸气放出热量更多,B项正确;醋酸是弱酸,电离要吸热,与氢氧化钠反应时放出的热量比强酸少,C项错误;由题意知1 mol氢气完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,则氢气燃烧的热化学方程式应为2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,D项错误。
答案:B
10.写出下列反应的热化学方程式。
(1)16 g CH4(g)与适量O2(g)反应生成CO2(g)和H2O(l),放出890.3 kJ热量 。?
(2)1 L 1 mol·L-1 KOH溶液中和1 L 1 mol·L-1 HNO3溶液,放出57.3 kJ热量 。?
(3)12 g C(s)与适量O2(g)反应生成CO2(g),放出393.5 kJ热量 。?
(4)氢气与碘蒸气反应,生成1 mol碘化氢气体时,吸收25.59 kJ热量 。?
(5)1 mol葡萄糖[C6H12O6(s)]在人体中完全氧化,生成CO2(g)和H2O(l)产生2 800 kJ热量 。?
答案:(1)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
(2)KOH(aq)+HNO3(aq)KNO3(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
(3)C(s)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-393.5 kJ·mol-1
(4)H2(g)+I2(g)2HI(g)
ΔH=+51.18 kJ·mol-1
(5)C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-2 800 kJ·mol-1
课时训练3 燃烧热 能源
基础夯实
1.下列各组物质的燃烧热相等的是( )
A.碳和一氧化碳 B.1 mol碳和2 mol碳
C.3 mol乙烯和苯 D.淀粉和纤维素
解析:燃烧热是指在101 kPa时1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量,因此燃烧热只与物质有关,与物质的物质的量无关,选B。
答案:B
2.关于能源,以下说法中不正确的是( )
A.煤、石油、天然气等燃料属不可再生能源
B.煤、石油、水煤气可从自然界直接获取,属一级能源
C.风能是一级能源、新能源、可再生能源
D.潮汐能来源于月球引力做功
解析:煤、石油、天然气等化石燃料蕴藏量有限,不可再生,最终将会枯竭,A项正确;煤、石油等可从自然界直接获取,属一级能源,但水煤气是由焦炭与H2O(g)在高温下反应制取,属二级能源,B项错误;太阳能既是一级能源、新能源,还是可再生能源,C项正确;潮汐能来自于月球引力,D项正确。
答案:B
3.充分燃烧一定量的丁烷气体放出的热量为Q kJ。完全吸收它生成的CO2气体生成正盐,需5 mol·L-1的KOH溶液100 mL,则丁烷的燃烧热(单位为kJ·mol-1)为( )
A.16Q B.8Q C.4Q D.2Q
解析:由题意可得关系式:
C4H10~4CO2~8KOH~4K2CO3
1 8
x 5 mol·L-1×0.1 L=0.5 mol
得x= mol,即得 mol丁烷充分燃烧放出热量Q kJ,则1 mol 丁烷充分燃烧会放出16Q kJ的热量,故选A项。
答案:A
4.下列表示可燃物的燃烧热的热化学方程式是( )
A.NH3(g)+O2(g)NO(g)+H2O(g) ΔH=-a kJ·mol-1
B.C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-b kJ·mol-1
C.2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-c kJ·mol-1
D.CH3CH2OH(l)+O2(g)CH3CHO(l)+H2O(l) ΔH=-d kJ·mol-1
解析:根据燃烧热的定义:在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量,叫该物质的燃烧热。A中水为气态,C中CO为2 mol,D中产物中应生成CO2,故B项符合题意。
答案:B
5.甲烷是一种高效清洁的新能源,0.25 mol CH4完全燃烧生成液态水时放出222.5 kJ热量,则下列热化学方程式中正确的是( )
A.2CH4(g)+4O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=+890 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1
D.2CH4(g)+4O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1
解析:甲烷燃烧为放热反应,所以A、B两项错。注意ΔH与方程式中甲烷的物质的量相对应。
答案:C
6.下列说法中不正确的是( )
A.化石燃料在任何条件下都能充分燃烧
B.化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO、SO2等有害气体
C.直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效果好
D.固体煤变为气体燃料后,燃烧效率将提高
解析:化石燃料只有在适当的温度和有氧气存在的情况下才能燃烧。化石燃料不经处理直接燃烧可产生污染物CO、SO2等有害气体。化石燃料(煤)经深加工后变为气体燃料,不仅减少SO2对大气的污染,而且能提高燃烧效率。
答案:A
7.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(导学号52110071)
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的燃烧热的ΔH=-192.9 kJ·mol-1
B.反应①中的能量变化如上图所示
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
解析:反应②中H2(g)不是稳定的氧化物,A项不正确;反应①为吸热反应,而图示反应为放热反应,B项不正确;据题给反应①、②可知,CH3OH转变成H2的过程可以吸收能量,也可以放出能量,C项不正确;由于CH3OH在气态时比在液态时能量高,可知等量CH3OH(l)比CH3OH(g)反应时放出热量少,即D项正确。
答案:D
能力提升
8.下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1
B.吸热反应一定需要加热才能发生
C.1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
D.CO燃烧热的ΔH=-283.0 kJ·mol-1,则2CO2(g)2CO(g)+O2(g)的ΔH=+566.0 kJ·mol-1
解析:中和热是指酸与碱的稀溶液完全反应生成1 mol H2O时所放出的热量,A项错误;吸热反应不一定需要加热才能发生,如氢氧化钡晶体和氯化铵固体的反应等,B项错误;燃烧热是指在101 kPa时1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量,C项中甲烷燃烧生成气态水不属于稳定的氧化物,C项错误;D项中CO燃烧是放热反应,则2CO2(g)2CO(g)+O2(g)为吸热反应,且生成2 mol CO,ΔH=2×283.0 kJ· mol-1,D项正确。
答案:D
9.按要求写热化学方程式:
(1)已知稀溶液中,1 mol H2SO4与NaOH溶液恰好完全反应时,放出114.6 kJ热量,写出表示H2SO4与NaOH反应的中和热的热化学方程式: 。?
(2)25 ℃、101 kPa条件下充分燃烧一定量的丁烷气体放出热量为Q kJ,经测定,将生成的CO2通入足量澄清石灰水中产生25 g白色沉淀,写出表示丁烷燃烧热的热化学方程式: 。?
解析:(1)由中和热的定义可知,1 mol NaOH与 mol H2SO4反应生成1 mol水时放热57.3 kJ。
(2)CO2通入澄清石灰水中产生25 g白色沉淀,即n(CO2)=0.25 mol,则n(C4H10)= mol,1 mol丁烷完全燃烧放出热量16Q kJ。
答案:(1)H2SO4(aq)+NaOH(aq)
Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
(2)C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)
ΔH=-16Q kJ·mol-1
课时训练4 化学反应热的计算
基础夯实
1.下列关于盖斯定律描述不正确的是( )
A.化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关,也与反应的途径有关
B.盖斯定律遵守能量守恒定律
C.利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热
D.利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热
解析:化学反应的反应热只与反应体系的始态与终态有关,与反应途径无关。
答案:A
2.已知化学反应的热效应只与反应物的初始状态和生成物的最终状态有关,下列各反应热关系中不正确的是( )
A.A→F ΔH=-ΔH6
B.A→D ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3
C.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0
D.ΔH1+ΔH6=ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5
解析:F→A,ΔH=+ΔH6,A→F,ΔH=-ΔH6,A项正确;其余三项根据盖斯定律易判断出B、C两项正确,D项错误。
答案:D
3.已知3.6 g碳在6.4 g氧气中燃烧,至反应物耗尽,放出X kJ热量。已知单质碳燃烧热的ΔH为-Y kJ· mol-1,则1 mol C与O2反应生成CO的反应热ΔH为( )(导学号52110072)
A.-(5X-0.5Y) kJ· mol-1
B.-Y kJ· mol-1
C.-(10X-Y) kJ· mol-1
D.+(10X-Y) kJ· mol-1
解析:由3.6 g C与6.4 g O2完全反应,可知生成CO2与CO的物质的量之比为1∶2。设36 g C按此方式反应,则生成1 mol CO2和2 mol CO,单质碳燃烧热的ΔH为-Y kJ·mol-1,则1 mol C与O2生成CO的反应热为-(10X-Y) kJ·mol-1,即-(5X-0.5Y) kJ·mol-1,A项正确。
答案:A
4.已知热化学方程式:SO2(g)+O2(g)SO3(g)
ΔH=-98.32 kJ·mol-1,在容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,充分反应,最终放出的热量( )
A.=196.64 kJ
B.=98.32 kJ
C.<196.64 kJ
D.>196.64 kJ
解析:热化学方程式中的反应热是指反应物按所给形式完全进行时的反应热。2 mol SO2和1 mol O2如果彻底反应则应放出196.64 kJ的热量,而该反应为可逆反应,所以放出的热量小于196.64 kJ。
答案:C
5.1 mol乙醇完全燃烧的反应热为ΔH1,1 mol甲醇完全燃烧的反应热为ΔH2,且ΔH1<ΔH2,若乙醇和甲醇的混合物1 mol完全燃烧,反应热为ΔH3,则乙醇和甲醇的物质的量之比为( )(导学号52110073)
A. B.
C. D.
解析:应用十字交叉法求算:
所以,乙醇、甲醇的物质的量之比为。
答案:B
6.已知:HCN(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH=-12.1 kJ·mol-1;HCl(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH=-55.6 kJ·mol-1,则HCN在水溶液中电离的ΔH等于( )
A.-67.7 kJ·mol-1
B.-43.5 kJ·mol-1
C.+43.5 kJ·mol-1
D.+67.7 kJ·mol-1
解析:由题意可知,①HCN(aq)+OH-(aq)H2O(l)+CN-(aq) ΔH=-12.1 kJ·mol-1
②H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-55.6 kJ·mol-1。
对比①、②两个热化学方程式可知,反应①比反应②放热少的原因是HCN是弱酸,电离过程吸热。1 mol HCN比1 mol HCl与NaOH反应时少放出43.5 kJ的热量,故HCN在水溶液中电离的ΔH等于+43.5 kJ·mol-1,所以选C。
答案:C
7.肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示,已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ):N≡N为942、OO为500、N—N为154,则断裂1 mol N—H键所需的能量(kJ)是( )
A.194 B.391
C.516 D.658
解析:利用图示可知肼和氧气变成原子时断键需要的能量为2 752 kJ-534 kJ=2 218 kJ。1 mol肼和1 mol氧气断键变为原子时要断裂1 mol N—N,4 mol N—H,1 mol OO键,所以1 mol×154 kJ·mol-1+4 mol×(N—H键的键能)+1 mol×500 kJ·mol-1=2 218 kJ,解得N—H键的键能为391 kJ·mol-1,所以断裂1 mol N—H键所需的能量是391 kJ,选B。
答案:B
能力提升
8.(1)在101 kPa时,1 mol CH4完全燃烧生成CO2和液态水,放出890 kJ的热量。
①CH4的燃烧热为 ,表示燃烧热的热化学方程式为 ;?
②1 000 L CH4(标准状况)燃烧后所产生的热量为 。?
(2)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如:CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574 kJ·mol-1,CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1 160 kJ·mol-1。
写出CH4将NO2还原为N2的热化学方程式: 。?
解析:(1)①根据题意,CH4的燃烧热为890 kJ·mol-1。②1 000 L CH4(标准状况)的物质的量为n(CH4)==44.6 mol。1 mol CH4完全燃烧放出890 kJ的热量,44.6 mol CH4完全燃烧放出的热量为44.6 mol×890 kJ·mol-1=3.97×104 kJ。
(2)将两个已知的热化学方程式相加再除以2即得热化学方程式:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867 kJ·mol-1。
答案:(1)①890 kJ·mol-1
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1 ②3.97×104 kJ
(2)CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867 kJ·mol-1
9.(1)(2015课标全国Ⅱ卷)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3
已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键
H—H
C—O
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1 076
465
413
由此计算ΔH1= kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3= kJ·mol-1。?
(2)已知:①甲醇脱水反应 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH1=-23.9 kJ·mol-1
②甲醇制烯烃反应 2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-29.1 kJ·mol-1
③乙醇异构化反应 C2H5OH(g)CH3OCH3(g)
ΔH3=+50.7 kJ·mol-1
则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)的ΔH= kJ·mol-1。?
答案:(1)-99 +41
(2)-45.5
