化學總第二部分 五 化學反應中的熱效應

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1、專題五化學反應中的熱效應化學（浙江選考專用）考點一考點一 化學能與熱能熱化學方程式化學能與熱能熱化學方程式知識梳理知識梳理一、放熱反應和吸熱反應1.概念(1)放熱反應:放出熱量的化學反應。(2)吸熱反應:吸收熱量的化學反應。2.常見的放熱反應和吸熱反應(1)常見的放熱反應:燃燒反應;大多數(shù)化合反應;活潑金屬與水或酸的反應;酸堿中和反應。(2)常見的吸熱反應:大多數(shù)分解反應;一些晶體的反應,如氯化銨與氫氧化鋇晶體反應;需要持續(xù)加熱的反應,如C與CO2反應、C與H2O(g)反應等。考點清單溫馨提示反應條件與放熱、吸熱的關系不同的化學反應發(fā)生的條件不同,放熱反應和吸熱反應均能在一定條件下發(fā)生。反應開

2、始需要加熱的反應可能是吸熱反應,也可能是放熱反應。吸熱反應若開始時加熱,反應后需要不斷加熱才能使反應繼續(xù)進行。開始時加熱,反應后會放出一定的熱量,如果此熱量能夠使反應繼續(xù)進行,則反應過程中不需要再加熱,該反應為放熱反應。由此可見,反應是吸熱反應還是放熱反應與反應的條件沒有必然的聯(lián)系,而是取決于反應物和生成物具有的總能量的相對大小。二、反應熱和焓變1.定義:在化學反應過程中,當反應物和生成物具有相同溫度時,所吸收或放出的熱量稱為化學反應的反應熱。在恒溫、恒壓的條件下,化學反應過程中吸收或釋放的熱量稱為反應的焓變。2.符號及單位:符號用H表示,單位常采用kJ/mol或kJmol-1。3.表示方法:

3、吸熱反應的H0;放熱反應的H0。4.化學反應中能量變化的原因(1)從化學鍵的變化來看若化學鍵斷開時吸收的能量大于化學鍵形成時放出的能量,則反應為吸熱反應;若化學鍵斷開時吸收的能量小于化學鍵形成時放出的能量,則反應為放熱反應。H=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和(2)從能量的高低來看當反應物的總能量小于生成物的總能量時,反應過程中需要吸收能量;當反應物的總能量大于生成物的總能量時,反應過程中需要釋放能量。如圖所示:H=生成物的總能量-反應物的總能量圖示a、b、c表示的意義微觀宏觀a表示斷裂舊化學鍵吸收的熱量;b表示形成新化學鍵放出的熱量;c表示反應熱a表示活化能;b表示活化分子結(jié)合成生成物所釋

4、放的能量;c表示反應熱5.反應熱的本質(zhì)三、熱化學方程式1.定義:能夠表示反應熱的化學方程式。2.書寫要求(1)注明反應的溫度和壓強(25、101kPa下進行的反應可不注明)。(2)注明反應物和生成物的狀態(tài):固態(tài)(s)、液態(tài)(l)、氣態(tài)(g)或溶液(aq)。(3)熱化學方程式中各物質(zhì)前的化學計量數(shù)只表示物質(zhì)的量,而不表示分子個數(shù)(或原子個數(shù)),因此可以用整數(shù)或簡單分數(shù)表示。3.書寫熱化學方程式應注意的問題(1)熱化學方程式中不用“”和“”,不用“”而用“”表示。(2)熱化學方程式能反映出該反應已完成的數(shù)量。由于H與反應物的物質(zhì)的量有關,所以熱化學方程式中物質(zhì)前面的化學計量數(shù)必須與H相對應,如果化

5、學計量數(shù)加倍,則H也要加倍。當反應向逆反應方向進行時,其反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等,符號相反。(3)H單位中的“kJmol-1”并不是指每摩爾具體物質(zhì),而是指給定形式的具體反應。(4)無論化學反應是否可逆,熱化學方程式中的反應熱都表示反應進行到底時的能量變化。四、能源的充分利用1.燃料的充分燃燒(1)化石燃料主要包括煤、石油、天然氣。(2)可燃物燃燒的條件是與O2接觸、溫度達到著火點。(3)充分燃燒的必要條件是O2要充足,與O2的接觸面積要大。(4)不充分燃燒則產(chǎn)熱少,浪費資源,污染環(huán)境。2.煤作燃料的利弊問題(1)煤是重要的化工原料,把煤作燃料簡單燒掉太可惜,應該綜合利用。(2)煤直接燃

6、燒時產(chǎn)生SO2等有毒氣體和煙塵,對環(huán)境造成嚴重污染。(3)煤作為固體燃料,燃燒反應速率慢,熱利用效率低,且運輸不方便。(4)可以通過清潔煤技術,如煤的液化和氣化,以及實行煙氣凈化脫硫等,大大減少燃煤對環(huán)境造成的污染,提高煤燃燒的熱利用率。3.新能源的開發(fā)(1)調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),降低燃煤在能源結(jié)構(gòu)中的比例,節(jié)約油氣資源,加強科技投入,加快開發(fā)新能源等顯得尤為重要和迫切。(2)最有希望的新能源是太陽能、風能、氫能和燃料電池等。這些新能源的特點是資源豐富,且有些可以再生,對環(huán)境沒有污染或污染少。4.太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用(1)太陽能的利用綠色植物的光合作用是太陽能的主要利用形式,地球上每年通

7、過光合作用儲存的太陽能,相當于全球能耗的10倍左右。主要能量轉(zhuǎn)化形式如下:a.光能化學能6CO2+6H2OC6H12O6+6O2b.化學能熱能(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6C6H12O6+6O26CO2+6H2O(2)生物質(zhì)能的利用農(nóng)業(yè)廢棄物(如植物的秸稈、枝葉)、水生植物、油料植物、城市與工業(yè)有機廢棄物、動物糞便等物質(zhì)中蘊藏著豐富的能量,我們把這些來自植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量叫做生物質(zhì)能。生物質(zhì)能利用的主要方式有:1)直接燃燒(C6H10O5)n+6nO26nCO2+5nH2O2)生物化學轉(zhuǎn)換+nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH+2CO23)熱化學轉(zhuǎn)換C

8、6H12O63CH4+3CO2+nH2O3nCH4+3nCO2(3)氫能的開發(fā)和利用制氫氣的原料是水,氫氣燃燒的產(chǎn)物只有水,因此氫氣是一種理想的清潔燃料。常見的氫能的開發(fā)和利用方式如下:6105(C H O)n淀粉6105(C H O)n淀粉五、標準燃燒熱與熱值1.標準燃燒熱(1)概念:在101kPa時,1mol物質(zhì)完全燃燒的反應熱叫該物質(zhì)的標準燃燒熱。(2)注意事項:標準燃燒熱是以1mol物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量來定義的,因此在書寫標準燃燒熱的熱化學方程式時,應以1mol可燃物為標準來配平其余物質(zhì)的化學計量數(shù)。燃燒產(chǎn)物應為完全燃燒后生成的穩(wěn)定物質(zhì)。如:CCO2(g)、HH2O(l)、NN2(

9、g)、SSO2(g)、ClHCl(g)。物質(zhì)燃燒一定是放熱反應,故H中符號一定為負。2.熱值:25、101kPa時,1g物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量叫做該物質(zhì)的熱值。六、中和熱的測定1.測定方法(1)準備絕熱裝置:在大燒杯底部墊碎泡沫塑料(或紙條),使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然后在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料(或紙條)。大燒杯上用泡沫塑料板(或硬紙板)作蓋兒,在其中間開兩個小孔,正好使溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒通過,如圖所示。(2)量取反應物的體積,測量其溫度:先量取50mL0.50molL-1鹽酸,倒入小燒杯中,用溫度計測量鹽酸的溫度。再量取50mL0.50molL-1NaOH溶液,用溫度

10、計測量其溫度,然后求溫度的平均值,并記為t1。(3)測量反應后的溫度(t2):把溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次性倒入小燒杯中,立即蓋上蓋兒,用環(huán)形玻璃攪拌棒不斷攪拌,觀察溫度計的溫度示數(shù)變化,并準確讀取混合溶液的最高溫度,記為終止溫度t2。(4)重復實驗:重復實驗23次,取測量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計算依據(jù)。(5)根據(jù)數(shù)據(jù)計算中和熱:H=-kJmol-1。210.418(tt)0.0252.注意事項(1)保溫效果一定要好,小燒杯杯口與大燒杯杯口要相平。(2)鹽酸與NaOH溶液的濃度要準確。(3)宜用有0.1分度的溫度計,溫度計水銀球應浸沒在溶液中。(4)測

11、量反應物的溫度時,測量完鹽酸的溫度后,應將溫度計清洗一下再去測量NaOH溶液的溫度,防止酸、堿反應造成誤差?？键c二考點二 蓋斯定律及反應熱的有關計算蓋斯定律及反應熱的有關計算知識梳理知識梳理一、蓋斯定律1.內(nèi)容:通過大量實驗證明,不管化學反應是一步完成還是分幾步完成,其反應熱是相同的。換句話說,化學反應的反應熱只與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關,而與反應的途徑無關。2.應用:很多反應很難直接測其反應熱,可用蓋斯定律間接計算。二、反應熱的計算1.根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)計算H=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能2.根據(jù)熱化學方程式計算反應熱與反應物或生成物的物質(zhì)的量成正比3.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算H=-Q=-(Ct)(C代

12、表溶液及量熱計的總熱容,單位為J/)或H=-Q=-(cmt)c代表反應物的比熱容,單位為J/(g)。4.利用蓋斯定律進行計算方法方法1 熱化學方程式的正誤判斷方法熱化學方程式的正誤判斷方法判斷一個熱化學方程式是否正確,主要從以下四個方面入手:(1)各物質(zhì)的化學式是否正確,化學方程式是否符合客觀事實;(2)各物質(zhì)的聚集狀態(tài)是否注明;(3)化學方程式是否配平;(4)H是否與化學方程式中各物質(zhì)前的化學計量數(shù)相對應,其符號和數(shù)值是否正確。例例1(2018浙江寧波鎮(zhèn)海中學高三選考模擬,19)已知1g物質(zhì)完全燃燒時所放出的熱量叫做該物質(zhì)的熱值。有以下能量轉(zhuǎn)化圖,下列說法不正確的是()突破方法A.轉(zhuǎn)化的熱化

13、學方程式為:C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5kJmol-1B.轉(zhuǎn)化的熱化學方程式為:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-565.8kJmol-1C.由CCO的熱化學方程式為:2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-110.6kJmol-1D.CO的熱值為10.1kJg-1解析解析由題給物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化圖可得:轉(zhuǎn)化是CCO2,熱化學方程式為C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5kJmol-1,A正確;轉(zhuǎn)化是COCO2,熱化學方程式為CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-282.9kJmol-1,B正確;CCO的熱化學方程式為C(s)+O2(g)CO(g)H=-(3

14、93.5kJmol-1-282.9kJmol-1)=-110.6kJmol-1,即2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.2kJmol-1,C錯誤;由熱值的定義結(jié)合能量轉(zhuǎn)化圖可知CO的熱值為,即10.1kJg-1,D正確。1212282.9kJ28g答案答案 C1-1(2017浙江“七彩陽光”聯(lián)盟高三期中聯(lián)考,19)根據(jù)合成氨反應的能量變化圖,下列有關說法正確的是()A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-2(a-b)kJmol-1B.斷裂0.5molN2(g)和1.5molH2(g)中所有的化學鍵釋放akJ熱量C.2NH3(l)N2(g)+3H2(g)H=2(b+c-a)kJ

15、mol-1D.若合成氨反應使用催化劑,反應放出的熱量增多答案答案 C解析解析由圖像知,0.5molN2(g)+1.5molH2(g)1molN(g)+3molH(g)吸收akJ的能量,1molN(g)+3molH(g)1molNH3(g)放出bkJ能量,1molN(g)+3molH(g)1molNH3(l)放出(b+c)kJ能量。根據(jù)H=反應物的總鍵能之和-生成物的總鍵能之和,再由圖像可知,反應物的總能量大于生成物的總能量,合成氨反應為放熱反應。A項中H=2(a-b)kJmol-1,A錯誤;B項,斷裂化學鍵需吸收能量,B錯誤;2NH3(l)N2(g)+3H2(g)H=2(b+c-a)kJmol

16、-1,C正確;D項,催化劑不能改變化學反應的熱效應,D錯誤。方法方法2 有關反應熱的計算有關反應熱的計算1.應用蓋斯定律計算反應熱蓋斯定律是指一個化學反應無論是一步完成,還是分幾步完成,反應的總熱效應相同。即反應熱只與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關,而與反應途徑無關。此定律的主要應用是用已知反應的反應熱來推知相關反應的反應熱。例如,在如圖所示的關系中,反應AB可看成反應AC和CB相加,所以反應的焓變有如下關系:H=H1+H2。溫馨提示應用蓋斯定律進行簡單計算的注意事項(1)設計合理的反應過程。(2)當反應式乘以或除以某數(shù)時,H也應乘以或除以該數(shù)。(3)反應式進行加減運算時,H也同樣要進行加減運算,且

17、計算過程中要帶“+”“-”符號。(4)通過應用蓋斯定律進行計算來比較反應熱的大小時,同樣要把H看為一個整體。(5)在設計的反應過程中常會遇到同一物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化,狀態(tài)由固液氣變化時,會吸熱;反之會放熱。(6)當設計的反應逆向進行時,其反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等,符號相反。運用蓋斯定律的關鍵在于分析總反應可由哪些中間過程構(gòu)成,化簡要細心,計算時H(帶“+”“-”)也要參與運算。2.根據(jù)反應物和生成物的總能量計算反應熱H=E(生成物)-E(反應物)。3.從鍵能的角度計算反應熱H=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和。例例2(1)(2016四川理綜,11節(jié)選)工業(yè)上常用磷精礦Ca5(P

18、O4)3F和硫酸反應制備磷酸。已知25,101kPa時:CaO(s)+H2SO4(l)CaSO4(s)+H2O(l)H=-271kJ/mol5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l)H=-937kJ/mol則Ca5(PO4)3F和硫酸反應生成磷酸的熱化學方程式是。(2)(2016課標,27節(jié)選)已知下列反應:SO2(g)+2OH-(aq)S(aq)+H2O(l)H1ClO-(aq)+S(aq)S(aq)+Cl-(aq)H2CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq)H3則反應SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO

19、4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的H=。23O23O24O24O解析解析(1)將已知熱化學方程式依次編號為、,根據(jù)蓋斯定律,5-可推出Ca5(PO4)3F和硫酸反應生成磷酸的熱化學方程式。(2)將題給熱化學方程式依次編號為、,根據(jù)蓋斯定律,由+-可得反應:SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq),故H=H1+H2-H3。答案答案(1)Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l)5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g)H=-418kJ/mol(2)H1+H2-H32-1已知:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)H=akJmol-12C(s)+O2(g)2CO(g)H=-220kJmol-1HH、OO和OH鍵的鍵能分別為436kJmol-1、496kJmol-1和462kJmol-1,則a為()A.-332B.-118C.+350D.+130答案答案 D解析解析將題中兩個熱化學方程式按題給順序依次編號為和,依據(jù)蓋斯定律,-2得:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-(220+2a)kJmol-1,代入相關數(shù)據(jù)得:(2436+496)-4462=-(220+2a),解得a=+130,D項正確。