选修四第一章课前预习1
一、对反应热、燃烧热和中和热
1.反应热:反应热的符号为 ,单位为 。使用反应热时注意:若比较不同反应过程中的反应热,是指△H的相对大小,包含“+”、“一”的比较;若比较不同反应放出或吸收的热量,则是指△H的绝对值的相对大小。
类型比较 放热反应 吸热反应
定义
形成原因 反应物具有的总能量 生成物具有的总能量 生成物具有的总能量 反应物具有的总能量
与化学键强弱的关系 生成物分子 时 的总能量大于反应物分子 时 的总能量 生成物分子 时 的总能量小于反应物分子 时 的总能量
表示方法 △H 0 △H 0
图示
常见反应 燃烧、中和、金属和酸的反应、铝热反应等,放热反应有的开始时需要加热以使反应启动。 大多数反应过程需要持续加热,如CaCO3分解等大多数分解反应,H2和I2、S、P等不活泼的非金属化合,CO2和C的反应。吸热反应中有的不需要加热:Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl固体反应,
2.燃烧热:在101 kPa时,l mol物质完全燃烧生成 的 物时所放出的热量,单位kJ·mol-1。
(1)燃烧热是以1 mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写燃烧的热化学方程式时,一般以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数;
(2)燃烧产物必须是稳定的氧化物,如C—CO2、H2—H2O(l)、N—N2等。
3.中和热:在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O时的反应热。
(1)稀溶液是指物质溶于大量水;
(2)中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离的吸热所伴随的热效应;
(3)中和反应的实质是H+和OH-化合生成H2O,即H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l);△H=-57.3 kJ·mol-1
【典例分析】
1、下列说法正确的是 ( )
A.大多数化合反应是释放能量的反应B.大多数分解反应是吸收能量的反应
C.释放能量的反应都不需要加热 D.吸收能量的反应都需要加热。
分析:释放能量的反应(比如Fe+S==FeS)在反应没有开始以前也需要加热,达到反应所需要的最低温度,待反应发生后不必再加热,反应释放的热量可以使反应继续进行下去;而Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸收能量的反应,但反应并不需要加热。所以C、D错误。正确选项为A、B。
2、下列说法中正确的是 ( )
A.干冰汽化需要吸收大量的热,这个变化是吸收能量的反应
B.酒精可用作燃料,说明酒精燃烧是释放能量的反应
C.木炭需要加热到一定温度才燃烧,所以木炭燃烧是吸收能量的反应
D.释放能量的反应一定是反应物的总能量高于生成物的总能量
分析:干冰汽化是物理变化,不是化学反应,不能说是吸收或释放能量的“反应”其它如冰融化、水结冰、摩擦生热、电炉通电,都是物理变化,不能讨论是什么“反应”的问题,所以A错误;由例1的解析可以看出B正确、C错误;如果反应物的总能量高于生成物的总能量,则是释放能量的反应,如果反应物的总能量低于生成物的总能量,则是吸收能量的反应,所以D正确。正确选项BD。
3、根据热化学方程式:S(s) + O2(g)= SO2(g) △H = -297.23 kJ·mol-1,下列说法正确的是
A.1 mol SO2 (g)的能量总和大于1 mo S(s)和1 mol O2(g)的能量总和
B.1 mol SO2(g)的能量总和小于1 mol S(s)和1 mol O2(g)的能量总和
C.S(g) + O2(g) = SO2(g) △H = -Q kJ·mol-1;Q的值大于297.23
D.S(g) + O2(g)= SO2(g) △H = -Q kJ·mol-1;Q的值等于297.23
分析:S(s) + O2(g)= SO2(g) △H = -297.23 kJ·mol-1是表示S的燃烧热的热化学方程式。根据“放热反应的实质是反应物的总能量高于生成物的总能量”可知,1 mol SO2(g)的能量总和小于1 mol S(s)和1 mol O2(g)的能量总和,则A项正确,B项错误;根据“盖斯定律”,S(s) + O2(g)=SO2(g)可以看作是通过“S(s)= S(g)(此过程是吸热的,设焓变为△H1,则△H1>0) ”与“S(g) + O2(g) = SO2(g)(△H = -Q kJ·mol-1)”两个过程实现,反应热等于两个过程的热效应的叠加,即:- 297.23 kJ·mol-1 = -Q kJ·mol-1+△H1,则:Q > 297.23。
答案BC。
4、在下列各说法中,正确的是
A.△H > 0表示放热反应,△H < 0表示吸热反应
B.热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量,可以是分数
C.1 mol H2SO4与1 mol Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀时放出的热叫做中和热
D.1 mol H2与0.5 mol O2反应放出的热就是H2的燃烧热
分析:A项,△H > 0表示吸热反应,△H < 0表示放热反应;C项,“中和热”是指在稀溶液中,酸和碱发生中和反应,生成1 mol水时放出的热量。1 mol H2SO4与1 mol Ba(OH)2反应生成2 mol水,放出的热大于中和热;D项,在101 kPa时,1 mol H2与0.5 mol O2反应,生成液态水时放出的热才是H2的燃烧热;题中没有说明生成的水的聚集状态,不行。答案B。
二、热化学方程式的书写(重点内容)
1.热化学方程式的定义:
2.书写热化学方程式的步骤:在书写热化学方程式时一般遵循三步:先正确书写化学反应方程式,并标出各物质的 ;再按化学方程式中物质系数(即为该物质消耗的物质的量)进行计算,以得出反应中能量的变化;最后确定反应热的正负号,如果是放热反应则为 ,如果是吸热反应则为 。
3.书写热化学方程式的注意事项:(1) 反应放出或吸收的热量的多少与外界的温度和压强有关,需要注明,不注明的指101kPa和25℃时的数据;(2)物质的聚集状态不同,反应吸收和放出的热量不同,因此要注明反应物和生成物的聚集状态。常以g、s、l、aq分别表示气、固、液态及水溶液;(3)热化学方程式中的热量数据,是与各化学计量数为物质的量时相对应的,不是几个分子反应的热效应。因此式中化学计量数可以是整数,也可以是分数。一般出现分数时是以某一反应物或生成物为“1mol”时其它物质才出现的;(4)无论热化学方程式中化学计量数为多少,△H的单位总是KJ/mol,但△H的数值与反应式中的化学计量数有关。
4.热化学方程式的正误判断的方法:(1)看反应物、生成物状态(2)看热化学方程式热量与计量数是否对应;(3)看能量符号“+”“-”是否正确;(4)看热化学方程式后能量的单位。
【典例分析】
5、下列对热化学方程式1/2 H2(g)+1/2 I2(g)=HI(g);△H =+26kJ·mol-1的叙述中,正确的是( )
A.1mol氢气和1mol碘蒸气完全反应需要吸收26kJ的热量
B.1个氢分子和1个碘分子完全反应需要吸收52kJ的热量
C.1molH2(g)与1molI2(g)完全反应生成2mol的HI气体需吸收52kJ的热量
D.1/2 molH2(g)与1/2 molI2(g)完全反应放出26kJ的热量
分析:热化学方程式的具体形式是表示一定物质的量的、一定聚集状态的反应物完全反应生成一定聚集状态的生成物时的放热、吸热情况。只要依据书写热化学方程式的六点注意事项,对于本例题就不难作出判断。在A、B、D三个选项中均未指明生成物的状态;且D将反应错认为是放热反应;A则未将反应的化学计量数与△H正确对应起来;B则无视热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数的前提。因此合理答案只有C。
6、已知充分燃烧a g乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水,并放出热量b kJ,则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是
A. 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l);ΔH=-2b kJ / mol
B. C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l);ΔH=2b kJ / mol
C. 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l);ΔH=-4b kJ / mol
D. 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l);ΔH=b kJ / mol
分析:以上各式中化学计量数及物质状态标注都正确;该反应放热,△H应为负值;生成1mol二氧化碳气体,放出热量 bkJ,则又生成4mol二氧化碳气体,放出热量4bkJ。 答案A
三、反应热大小比较
1.同一反应生成物的状态不同时:
A(g)十B(g)=C(g) △H1<0 A(g)+B(g)=C(1) △H2<0
解释:由盖斯定律的C状态改变的热化学方程式为C(g)=C(1) △H3< ,因为△H3= 所以△H2<△H1
2.同一反应热状态不同时:
S(g)+O2(g)=SO2(g);△H1<0 S(s)+O2(g)=SO2(g);△H2<0
解释:由盖斯定律的S状态改变的热化学方程式为S(g)=S(s);△H3< ,所以△H l △H2
3.两个有联系的不同反应相比
C(s)+O2(g)=CO2(g);△H1<0 C(s)+ eq \o(\s\up 4(),\s\do 6(2))O2(g)=CO (g);△H2<0
解释:由盖斯定律可写出反应的热化学方程式:CO(g)+O2(g)=CO2(g);△H3= ,由于△H3<0,所以△H l △H2
四、盖斯定律及其应用(重点内容)
1.定义: 这就是盖斯定律。
2.简单计算:应用盖斯定律进行简单计算,关键在于设计反应过程,同时注意:⑴ 当反应式乘以或除以某数时,△H也应乘以或除以某数。⑵ 反应式进行加减运算时,△H也同样要进行加减运算,且要带“+”、“-”符号,即把△H看作一个整体进行运算。⑶ 通过盖斯定律计算比较反应热的大小时,同样要把△H看作一个整体。⑷ 在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。⑸ 当设计的反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
【典例分析】
7、已知25℃、101kPa下,石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为:C(石墨)+O2(g)=CO2(g);△H=-393.51KJ mol-1,C(金刚石)+O2(g)=CO2(g);△H=-395.41KJ mol-1,据此判断,下列说法中正确的是( )
A.由石墨制备金刚石是吸热反应;石墨的能量比金刚石的低
B.由石墨制备金刚石是吸热反应;石墨的能量比金刚石的高
C.由石墨制备金刚石是放热反应;石墨的能量比金刚石的低
D.由石墨制备金刚石是放热反应;石墨的能量比金刚石的高
分析:△H=(-393.51+395.41)KJ mol-1=1.9KJ mol-1,即石墨转化为金刚石是吸热反应,据反应热=反应物分子断裂化学键时吸收的总能量-生成物分子形成化学键时释放出的总能量=生成物总能量-反应物总能量,可知石墨的能量更低,石墨较稳定(能量越低越稳定)。故答案为A项。
8、0.3mol气态高能燃料乙硼烷(分子式B2H6),在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5kJ的热量,则其热化学方程式为________________。又已知H2O(l)=H2O(g)△H =+44kJ·mol-1,则11.2L标准状况下的乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是____kJ。
分析:1mol B2H6(g)完全燃烧,生成液态水放出的热量为649.5 kJ÷0.3=2165 kJ。因此热化学方程式为B2H6(g)+3O2(g)=B2O3(s)+3H2O(l)△H =-2165kJ·mol-1。若反应生成的3molH2O(l)全部转化为气态水,则需吸收热量44kJ·mol-1×3mol=132kJ,则0.5molB2H6(g)完全燃烧生成气态水时放出的热量为:(2165kJ-132kJ)×0.5 =1016.5kJ。
9、1840年前后,俄国科学家盖斯(Hess)指出,一个化学反应的热效应,仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关,而与中间步骤无关,这就是著名的“盖斯定理”。现已知,在101 KPa下,CH4(g)、H2(g)、C(s)的燃烧热分别为890.83 kJ·mol-1、285.83 kJ·mol-1和393.51 kJ·mol-1,则反应C(s) + 2 H2(g) = CH4(g)的反应热△H =____,根据以上信息,你认为“盖斯定理”在我们确定一些化学反应的反应热时有何重要意义_________________________。
分析:CH4(g)、H2(g)、C(s)在101 KPa下燃烧的热化学方程式分别为:① CH4(g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O(l),ΔH1= -890.36 kJ·mol-1② H2(g) +1/2O2(g) = 2 H2O(l),ΔH2 = -285.83 kJ·mol-1③ C(s) + O2(g) = CO2(g),ΔH3 = -393.51 kJ·mol-1根据“盖斯定理”,③ + ② × 2 - ① 得:④ C(s) + 2 H2(g) = CH4(g),ΔH = ΔH3 + 2 ΔH2–ΔH1 = -74.81 kJ·mol-1。
答案:△H = - 74.81 kJ·mol-1;对于一些很难用实验方法直接测定热量的化学反应的反应热可以用“盖斯定理”间接测定。
【强化练习】
1.下列说法中,正确的是( )
A.在化学反应中,发生物质变化的同时不一定发生能量变化
B.ΔH 〉0表示放热反应,ΔH〈0表示吸热反应
C.ΔH的大小与热化学方程式中的计量数无关
D.反应产物的总焓大于生成物的总焓时,ΔH 〉0
2.热化学方程式中化学式前的化学计量数表示( )
A.分子个数 B.原子个数 C.物质的质量 D.物质的量
3.下列物质加入水中,显著放热的是( )
A.生石灰 B.固体NaOH C.无水乙醇 D.固体NH4NO3
4.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.任何放热反应在常温条件下一定能自发进行C.反应物和生成物所具有的总焓决定了反应是放热还是吸热
D.吸热反应在一定条件下(如常温、加热等)也能发生反应。
5.沼气是一种能源,它的主要成分是CH4。0.5molCH4完全燃烧生成CO2和液态水时放出445KJ的热量,则下列热化学方程式中正确的是( )
A.2CH4(g)+4O2(g)== 2CO2(g)+4H2O(l); ΔH=+890kJ·mol-1
B. CH4(g)+2O2(g)== CO2(g)+2H2O(l); ΔH=+890kJ·mol-1
C. CH4(g)+2O2(g)== CO2(g)+2H2O(l); ΔH=–890kJ·mol-1
D. 1/2CH4(g)+ O2(g)== 1/2CO2(g)+ H2O(l); ΔH=–890kJ·mol-1
6.今有如下三个热化学方程式:
H2(g)+1/2O2(g)=2H2O(g);ΔH=aKJ·mol-1, H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);ΔH== bkJ·mol-1,2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);ΔH== ckJ·mol-1,关于它们的下列表述正确的是( )
A.它们都是吸热反应 B.a、b和c均为正值 C.a== b D.2b== c
7.已知下列三个热化学方程式:
①C(s)+H2O(g)== CO(g)+H2(g);ΔH=+131.5KJ·mol-② H2(g)+Cl(g)== 2HCl(g);ΔH=-92.3KJ·mol-③ H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);ΔH=–241.8kJ·mol-1则上述三个反应的反应热大小关系正确的是( )
A.① 〉② 〉③ B. ③ 〉② 〉① C. ③ 〉① 〉② D. ① 〉③ 〉②
8.1gH2燃烧生成液态水放出142.9KJ的热量,表示该反应的热化学方程式正确的是( )A. 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);ΔH=–142.9kJ·mol-1
B. 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); ΔH=–571.6kJ·mol-1
C. 2H2+O2=2H2O; ΔH=-571.6kJ·mol-1
D. H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g); ΔH= –285.8kJ·mol-1
9.同温同压下,下列各热化学方程式中热量数值最小的是( )
A.2A(l)+B(l)== 2C(g);ΔH=+Q1
B. 2A(g)+B(g)== 2C(g);ΔH=+Q2
C. 2A(g)+B(g)== 2C(l);ΔH=+Q3
D. 2A(l)+B(l)== 2C(l);ΔH=+Q4
10.酒精燃烧的化学方程式为:C2H6O+3O2→2CO2+3H2O,完全燃烧一定量的无水酒精,放出的热量Q,为完全吸收生成的CO2,消耗8mol·L-1的NaOH溶液50mL时恰好生成正盐。则燃烧1mol无水酒精所放出的热量为( )
A.0.2Q B.0.1Q C.5Q D.10Q
11.下列反应既属于氧化还原反应,又是吸热反应的是( )
A.铝片与稀盐酸反应 B.灼热的碳与CO2反应
C.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应D.甲烷在氧气中的燃烧反应
12.已知在25℃,101kPa下,lgC8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是( )
A C8H18(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g) △H=–48.40kJ·mol-1
B C8H18(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1) △H=–5518kJ·mol-1
C C8H18(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1) △H=+5518kJ·mol-1
D C8H18(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1) △H=–48.40kJ·mol-1
13.发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料和二氧化氮做氧化剂,两者反应生成氮气和气态水。已知:
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g);H =67.7kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+ 2H2O (g);H =-534kJ·mol-1
1/2H2(g)+1/2F2(g)=HF(g);H =-269kJ·mol-1
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);H =-242kJ·mol-1
肼和二氧化氮反应的化学方程式及反应释放的热量为______。有人认为若用氟代替二氧化氮作氧化剂,则反应释放的能量更大,则反应的化学方程式和反应释放的热量为____________。
14.由金红石(TiO2)制取单质Ti,涉及到的步骤为:TiO2 → TiCl4 Ti
已知:①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=―393.5kJ/mol②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=―566kJ/mol③TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(s)+O2(g) △H=+141kJ/m则TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(s)+2CO(g)的△H= 。
15.盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得,但可通过间接的方法测定。现根据下列的5个反应(由氨气、HCl和水制备NH4C1水溶液)。请判断反应④的反应热_______。
①NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s) △H=-176kJ/mol
②NH3(g)+H2O(l)=NH3(aq)△H=-35.1kJ/mol
③HCl(g)+H2O(l)=HCl(aq) △H=-72.3kJ/mol
④NH4C1(s)+H2O(1)=NH4C1(aq)
⑤NH3(aq)+HCl(aq)=NH4C1(aq) △H=-52.3kJ/mol
参考答案
一、对反应热、燃烧热和中和热
1.△H, kJ·mol-1。
类型比较 放热反应 吸热反应
定义 化学反应过程中释放能量的反应 化学反应过程中吸收能量的反应
形成原因 大于 大于
与化学键强弱的关系 成键,释放,,断键,吸收 成键,释放,断键,吸收,
表示方法 < >
图示
常见反应
2.稳定,氧化,
二、热化学方程式的书写
1.表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式,叫做热化学方程式。
2.状态,负,正。
三、反应热大小比较
1.0,△H2-△H1,<
2. 0,<
3. <,△H1-△H2, <
四、盖斯定律及其应用
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,这就是盖斯定律。
【强化练习】
1.D 2.D 3.AB 4.CD 5.C 6.D 7.C 8.B 9.C 10D. 11.B 12.B
13.N2H4(g)+NO2(g)=3/2N2(g)+2H2O2(g);△H=-567kJ·mol-1 N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g);△H =-1126kJ·mol-1
14.△H=-80kJ/mol
15.△H=-16.3kJ/mol