内容正文:
第2课时 热化学方程式 燃烧热
第一节 反应热
第一章 化学反应的热效应
1
学习目标
1.了解热化学方程式的含义,掌握热化学方程式的书写原则,正确书写热化学方程式。
2.理解燃烧热的概念,掌握有关燃烧热的计算。
3.了解火箭推进剂燃料的选择。
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H2 (g) + Cl2 (g) = 2HCl(g) ΔH= -184.6 kJ/mol
H2 + Cl2 2HCl
点燃
物质变化
能量变化
一、热化学方程式
概念:表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式。
意义:能表示化学反应的物质变化又可表示能量变化。
表明:1mol气态 H2和1mol气态 Cl2反应生成了2mol气态 HCl时,放出热量184.6KJ。
1.热化学方程式
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2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g) ΔH =﹣483.6 kJ/mol
2H2+ O2 = 2H2O
点燃
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH =-57.3kJ/mol
H2(g) + O2(g) = H2O(g) ΔH =﹣241.8 kJ/mol
H2(g) + O2(g) = H2O(l) ΔH =﹣285.8 kJ/mol
2NH3(g) ⇌ N2(g)+3H2(g) ΔH = + 92.4kJ/mol
【练习】说出下列热化学方程式的含义
欢迎大家一起来找茬:
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6
2.热化学方程式的书写方法
(1)需注明反应时的温度和压强。如不注明,即指常温常压: 25℃ 101kPa。其他反应条件可省略(如点燃、加热、催化剂、高温等)。
H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH= -184.6 KJ/mol
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因为物质的聚集状态不同时,它们所具有的内能、焓也均不同。例如,冰熔化成水,需要吸收热量;水蒸发为水蒸气时,也需要吸收热量。因此,H2与O2反应生成1molH2O时所放出的热量是不同的。
6
(2)注明反应体系中反应物和生成物的聚集状态,例如:气态(g)、固态(s)、液态(l)、溶液(aq)
注意:不用“↑”和“↓”
H2(g)+ O2(g) = H2O(g) ΔH=-241.8kJ/mol
1
2
H2(g)+ O2(g) = H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol
1
2
1g冰
1g液态水
1g水蒸气
焓(H)增大
熔化
蒸发
H2O(g) = H2O(l) △H=-44kJ/mol
H2O(l) = H2O(g) △H=+44kJ/mol
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热化学方程式需注明反应物和生成物的聚集状态。物质的聚集状态不同时,它们所具有的内能、焓也不相同。
(3)化学方程的右边必须写上△H,并用空格隔开, △H:吸热用“+”,放热用:“-”,单位是kJ/mol.
H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) ΔH= -184.6 KJ/mol
H2(g) + Cl2(g) HCl(g) ΔH= -92.3 KJ/mol
(4)热化学方程式中各物质化学计量数表示各物质的物质的量,可以为整数、分数。若化学方程式中各物质的系数加倍,则△H 的数值也加倍。
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8
(5)对可逆反应,正向和逆向的△H 大小相等,符号相反
△H= −41 kJ/mol
△H= +41 kJ/mol
(6)可逆反应中的△H 是指正反应完全进行时的反应热
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-93KJ/mol
高温 高压
催化剂
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H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) ∆H =-184.6kJ/mol
∆H单位中的mol-1既不是每摩尔H2或Cl2,也不是每摩尔HCl,而是“每摩尔反应”“:1 mol H2(g)和 1 mol Cl2(g) 反应生成2 mol HCl(g),“每摩尔反应” 放出184.6kJ的热量。
1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g) ∆H=-92.3kJ/mol
0.5 mol H2 (g)和 0.5 mol Cl2 (g)反应生成1 mol HCl(g)表示“每摩尔反应”,“每摩尔反应”放出92.3kJ的热量
∆H的单位为KJ/mol,它并不是指每摩尔具体物质反应时伴随的能量变化是多少千焦,而是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化是多少千焦。
注意
[补充】ΔH 的单位中“mol-1”的含义
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一写
写出正确的化学方程式
二标
标明各物质的聚集状态
三算
计算与方程式对应的ΔH
四注
注明ΔH 的符号、大小、单位
总结
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11
【例题】沼气的主要成分是甲烷。0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O时,放出445 kJ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 = + 890 kJ/mol
B、CH4 + 2O2 = CO2 + H2O ΔH = – 890 kJ/mol
C、CH4 ( g ) + 2 O2 ( g ) = CO2 ( g ) + 2 H2O ( l ) ΔH = – 890 kJ/mol
D、 1/2CH4 ( g ) + O2 ( g ) = 1/2CO2 ( g ) + H2O ( l ) ΔH = – 890 kJ/mol
C
无状态
ΔH = – 445 kJ/mol
题型一:判断热化学方程式正误
“四看”法判断热化学方程式的正误:
一看:各物质的聚集状态是否正确;
二看:ΔH的符号“+”“-”是否与吸热 放热相一致;
三看:反应热的单位是否是kJ·mol-1;
四看:反应热数值与化学计量数是否相对应。
方法归纳:
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【课堂练习】判断热化学方程式是否正确,正确的打√,错误的打×。
(5)2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) △H = – 571.6 kJ/mol
(2)H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) △H = – 183 kJ
(3)已知强酸与强碱稀溶液发生中和反应生成1mol H2O放热57.3 kJ,则
2KOH(aq) + H2SO4(aq) = K2SO4(aq) + 2H2O(l) △H = – 57.3 kJ/mol
( )
( )
( )
( )
×
物质状态、反应条件
×
△H 单位:kJ/mol
√
×
化学计量数与△H 不成正比
(4)500℃、101kpPa下,将2 mol SO2(g)与1 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应生成
SO3(g)放热 a kJ,则2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) △H = – a kJ/mol
(1)4NH3 + 5O2 ==== 4NO + 6H2O △H = – 906.8 kJ/mol
催化剂
△
( )
×
可逆反应实际转化率<100%,热化学方程式指该反应完全进行的能量变化
题型一:判断热化学方程式正误
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【例1】依据事实,写出下列反应的热化学方程式。
1molN2(g)与适量O2(g)起反应,生成NO(g),吸收68kJ热量。
题型二:书写热化学方程式
【例2】1g 硫粉在氧气中充分燃烧放出 9.36kJ热量,写出硫燃烧的热化学方程式。
【例3】2.00gC2H2完全燃烧生成液态水和CO2放出的热量为99.6KJ,则C2H2燃烧的热化学方程式为?
2C2H2(g)+5O2(g) = 4CO2(g)+2H2O(l) △H=-2589.6KJ/mol
O2(g)+N2 (g)= 2NO (g) ΔH = +68 kJ/mol
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及时小练
2. 常温下,1 L 1 mol/L HCl和 1 L 1 mol/L NaOH溶液恰好完全反应放出
57.3 kJ的热量,写出此反应的热化学反应方程式。
1. 卫星发射时可用肼(N2H4)作燃料,1molN2H4(l)在O2(g)中燃烧,生成N2(g)和H2O(l),放出622kJ热量,写出此反应的热化学反应方程式。
HCl(aq) + NaOH(aq) == NaCl(aq) + H2O(l) ∆H=−57.3 kJ/mol
3. 25 ℃ 、1.01×105 Pa下,4 g CO在氧气中燃烧 CO2,放出 9. 6 kJ热量,写出
CO燃烧的热化学反应方程式。
2CO (g) + O2 (g) === 2CO2 (g) ∆H =-134.4 kJ/mol
N2H4(l)+O2 (g)= N2(g)+2H2O(l) ΔH = -622 kJ/mol
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【例4】已知
①H2 (g) + 1/2 O2 (g) = H2O (g) ΔH1=akJ/mol
② 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g) ΔH2= b kJ/mol
③ H2 (g) + 1/2 O2 (g) = H2O (l) ΔH3= c kJ/mol
④ 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (l) ΔH4= d kJ/mol
下列关系中正确的是( )
A.a<c<0 B.b>d>0 C.2a=b<0 D.2c=d>0
C
题型三:焓变大小比较
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在同温同压下,下列各组热化学方程式中Q2 > Q1的是 ( ) A. H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) △H=-Q1
1/2H2(g) + 1/2 Cl2(g) = HCl(g) △H=-Q2
B. C(s) + 1/2O2(g) = CO(g) △H=-Q1
C(s) + O2 (g) = CO2(g) △H=-Q2
C. 2H2(g) + O2 (g) = 2H2O(l) △H= -Q1
2H2(g) + O2 (g) = 2H2O (g) △H= -Q2
D. S(g) + O2(g) = SO2(g) △H=-Q1
S(s) + O2(g) = SO2(g) △H=-Q2
【课堂练习】
B
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由于反应的情况不同,反应热可分为燃烧热、中和热、溶解热等,其中以燃烧热的实际应用最广泛。
思考 ?
我们知道物质燃烧都会放出热量,那么是不是物质燃烧放出
的热量就叫燃烧热呢?
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二、燃烧热
1、定义:在101kPa时,lmol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
注意事项:
(1)反应条件:101kPa(书中燃烧热数据均在此条件下测得)
(2)可燃物的用量:1mol纯物质。
(3)反应程度及产物:完全燃烧生成指定产物。
完全燃烧时,不同元素对应的指定产物:C→CO2(g)、S→SO2(g)、H→H2O(1)、N→N₂(g)。
C→CO不是完全燃烧;SO3不是S的燃烧产物;若生成物中含有H2O,则H2O必须为液态。
(4) 单位:kJ·mol-1,ΔH<0
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3.意义
表示25 ℃、101 kPa时,1 mol甲烷完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时放出890.31 kJ的热量。
CH4的燃烧热为890.3 kJ·mol-1或CH4的燃烧热 ΔH=-890.3 kJ·mol-1
2.表述方法
燃烧热是反应热的一种,文字叙述燃烧热时用正值,用ΔH表示时,要加“-”
例如,CH4的燃烧热为890.3 kJ·mol-1或CH4的燃烧热 ΔH=-890.3 kJ·mol-1
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例如:C8H18的燃烧热为5518kJ·mol-1
4.表示燃烧热的热化学方程式的书写
注意:以1mol可燃物为配平标准,其余可出现分数。
表示其燃烧热的热化学方程式为:
C8H18(l)+ O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1,
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【例题】以下热化学方程式,能表示物质燃烧热的是 ( )
A
一看:可燃物的化学计量数是否为1。
二看:物质完全燃烧是否生成指定产物(如H2O(l) 、CO2、SO2等)。
三看:ΔH是否为“-”及单位是否正确。
题型三:判断热化学方程式能否表示燃烧热
方法归纳:
A.CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802.3 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-484.0 kJ·mol-1
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【练习】
下列热化学方程式中,ΔH 能正确表示物质的燃烧热的是( )
A. CH4(g)+O2(g) = CO(g)+2H2O(l) ΔH=-607.3 kJ·mol-1
B. H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH=-184.6 kJ·mol-1
C.H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol
D.2C8H18(l)+25O2(g) = 16CO2(g)+18H2O(l)ΔH=-11036 kJ·mol-1
C
产物应为CO2(g)
H2的燃烧热是指生成液态H2O的燃烧反应所放出的热量
燃料C8H18应为1 mol
燃烧热的热化学方程式
题型三:判断热化学方程式能否表示燃烧热
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【例题】0.3mol的气态高能燃料乙炔(C2H2)在氧气中完全燃烧,生成气态CO2和液态水,放出389.88kJ热量,其热化学方程式为:
其燃烧热为:
表示燃烧热的热化学方程式为:
2C2H2(g)+5O2(g) = 4CO2(g)+2H2O(l) △H= -2599.2kJ/mol
1299.6kJ/mol
C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) △H= -1299.6kJ/mol
① 燃烧放出的热量与物质的多少有关,燃烧的物质越多,放出的热量就越多,而燃烧热规定是1 mol的纯物质;
题型四:表示燃烧热的热化学方程式的书写
② 研究燃烧放出的热量并未限定燃烧产物的形态,而研究燃烧热必须是生成稳定的氧化物。
【思考】 燃烧放出的热量与燃烧热有什么不同?
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CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H= - 890.3 kJ/mol
【练习】在 101 kPa时,1.6克 CH4 完全燃烧生成CO2和液态水放出 89.03 kJ的热量,写出表示CH4燃烧热的热化学方程式。
题型四:表示燃烧热的热化学方程式的书写
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燃烧热 中和热
定义
ΔH
标准
表述方法
类型
比较
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。
强酸与强碱在稀溶液中发生中和反应生成1 mol H2O时,放出57.3 kJ的热量。
放热反应,ΔH<0 , 单位 kJ/mol
1 mol可燃物
1 mol产物水
燃烧热为a kJ·mol-1或ΔH=-a kJ·mol-1
中和热为57.3 kJ·mol-1或ΔH=-57.3 kJ·mol-1
5.燃烧热和中和热的比较
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【例】下列说法或表示方法正确的是
A.等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出热量多
B.在稀溶液中: H++OH-=H2O;△H=-57.3kJ/mol,若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合,放出的热量大于57.3kJ;
C.由C(石墨)→C(金刚石);△H=+1.19 kJ/mol 可知,金刚石比石墨稳定
D.在101kPa时,2gH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ热量,氢气燃烧的热化学方程式表示为:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=+285.8kJ/mol
B
题型五:燃烧热和中和热
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【课堂练习】下列有关热化学方程式及其叙述正确的是( )
A.乙烷的燃烧热为-1559 kJ/mo1,则乙烷燃烧热的热化学方程式为:
2C2H6(g) + 7O2(g) = 4CO2(g) + 6H2O(1) △H= – 3118 kJ/mo1
B.1mol甲醇(l)完全燃烧生成CO2和H2O(1)时放出726 kJ热量,则其燃烧的热化学方程式为 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(1) △H= – 1452 kJ/mol
C.已知2C(s) +O2(g) = 2CO(g) △H=-221kJ·mol-1,则C的燃烧热为110.5kJ/mo1
D.稀醋酸与NaOH溶液反应:H+(aq) + OH—(aq) = H2O(1) △H= – 57.3kJ/mol
B
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例题:在101 kPa时,1 mol CH4 完全燃烧生成CO2和液态H2O,放出890.3 kJ的热量,CH4的燃烧热为多少?1000 L CH4(标准状况)燃烧后所产生的热量为多少?
解:CH4(g)+2O2(g)= CO2(g)+2H2O(l); ΔH=-890.3 kJ/mol
即:CH4的燃烧热为890.3 kJ/mol。
1000 L CH4物质的量为:n(CH4) = 44.6 mol, 44.6 mol CH4 完全
燃烧放出的热量为:44.6 mol×890.3 kJ/mol=3.97×104 kJ
一定量的可燃物完全燃烧放出的热量,等于可燃物的__________乘以该物质的__________________,即Q放= ___________________。
物质的量
n(可燃物)×|ΔH|
燃烧热ΔH的绝对值
6.燃烧热的有关计算
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C
题型六:燃烧热计算
【练习】 1.5g火箭燃料二甲基肼(CH3—NH—NH—CH3)完全燃烧,放出50kJ热量。则二甲基肼的燃烧热△H为( )
【答案】 C
n=1.5 ÷ 60=1/40 mol
50×40=2000kJ
A.-1000kJ/mol
B.-1500kJ/mol
C.-2000kJ/mol
D.-3000kJ/mol
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题型六:燃烧热计算
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B
【练习】 在一定条件下,氢气和丙烷燃烧的热化学方程式为:
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
5 mol 氢气和丙烷的混合气完全燃烧时放热3847 kJ,则氢气和丙烷的体积比为( )
A.1∶3 B.3∶1 C.1∶4 D.1∶1
【解析】设H2、C3H8的物质的量分别为x、y。
x+y=5mol
571.6kJ·mol-1
2
x+2220kJ·mol-1y=3847kJ
x=3.75mol
y=1.25mol
V(H2):V(C3H8)=n(H2):n(C3H8)=3.75:1.25=3:1
题型六:燃烧热计算
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液氢-液氧
长征五号推进剂
煤油-液氧
思考与交流:长征五号火箭推进剂为什么选择液氢而不用CO呢?
火箭推进剂的发展主要着眼于能量高、排烟少、污染轻三个方面。
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33
单位质量产生热量: ≈ 13.2 kJ/g
237.5 kJ
2 g+16 g
火箭推进剂燃料的选择
H2(l) + 1/2O2(l) === H2O(g) ∆H=−237.5 kJ/mol
CO(g) + 1/2O2(g)===CO2 (g) ∆H=−283 kJ/mol
单位质量产生热量: ≈ 6.4 kJ/g
283 kJ
28 g+16 g
火箭荷载的绝大部分质量来自于推进剂,产生同样推力所需要的推进剂质量越小,火箭的荷载就越低。计算每克液氢-液氧推进剂恰好完全反应释放的热量。
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化学与生活
常见火箭推进剂
液氢-液氧 偏二甲肼-
四氧化二氮 煤油-液氧 甲烷-液氧
优点 环境友好
高能无毒
来源广泛 常温燃料
运输简单
耐冲击、耐摩擦 成本低廉
无毒无害 无毒无害
不易结焦积碳
缺点 价格较高
低温贮存较难
燃料占空间大 有毒性
有腐蚀性
污染环境 液氧需低温贮存
燃烧易结焦积碳 脱硫成本高
低温贮存
燃料占空间大
课前引入
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【例】火箭推进器中盛有强还原剂液态肼(N2H4)和强氧化剂液态双氧水,当它们混合反应时,即产生大量氮气和水蒸气,并放出大量热。已知0.4 mol液态肼与足量液态双氧水反应,生成氮气和水蒸气,放出256 kJ的热量。
(1)写出该反应的热化学方程式:__________________________________
____________________。
N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-640 kJ·mol-1
(2)此反应用于火箭推进,除释放大量热和快速产生大量气体外,还有一个很大的优点是______________________。
产物不会造成环境污染
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【练习】已知丙烷的燃烧热ΔH=-2 219.9 kJ/mol,若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8 g H2O(l),则放出的热量约为 ( )
A.55 kJ B.220 kJ C.550 kJ D.1 108 kJ
解析:丙烷的分子式是C3H8,1 mol丙烷燃烧会产生4 mol水,则丙烷完全燃烧产生1.8 g H2O(l),消耗丙烷的物质的量n(C3H8)=×n(H2O)=×=×=0.025 mol,所以反应放出的热量Q=2 219.9 kJ/mol×0.025 mol=55.4975 kJ≈55 kJ。
答案:A
$$