内容正文:
主题九化学反应与能量
第一讲 化学反应的热效应
|内|容|与|目|标|
1.知道常见的吸热反应和放热反应,了解反应热、焓变的概念以及反应热产生的原因。
2.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。
3.了解燃烧热的含义及能源利用。
4.了解中和反应反应热测定的原理及操作。
5.掌握盖斯定律的内容及意义,并能进行有关反应热的计算。
第1课时 反应热 热化学方程式
逐点清(一) 反应热 焓变
系统教材·固本强基
1.化学反应的实质和特征
2.反应热、焓变
(1)反应热:在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量。
(2)焓变:①焓(H):与内能有关的物理量。②焓变(ΔH):生成物的焓与反应物的焓之差。表示为ΔH=H(生成物)-H(反应物)。
(3)焓变与反应热的关系:在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变,常用ΔH表示反应热,单位是 。
3.放热反应与吸热反应
(1)从能量的高低角度理解
其中ΔH=E(生成物的总能量)-E(反应物的总能量)
(2)从化学键角度理解
利用键能计算焓变(ΔH),通过ΔH的正、负可以轻松判断化学反应是吸热还是放热。ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和。
4.常见的吸热反应和放热反应
吸热反应(ΔH>0)
放热反应(ΔH<0)
①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
②大多数的分解反应
③盐类水解
④C和H2O(g)、C和CO2的反应
①中和反应
②燃烧反应
③金属与酸或氧气的反应
④铝热反应
⑤酸性氧化物或碱性氧化物与水的反应
⑥大多数的化合反应
基本能力自查
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)物质发生化学变化时一定伴随能量变化 ( )
(2)有化学键断裂的变化一定是化学反应,且反应吸热 ( )
(3)在常温下,吸热反应不能发生,放热反应可以发生 ( )
2.为了研究化学反应A+BC+D的能量变化情况,某同学设计了如图所示装置。当向盛有A的试管中滴加试剂B时,看到U形管中甲处液面下降乙处液面上升。试回答下列问题:
(1)该反应为 (填“放热”或“吸热”)反应。
(2)A和B的总能量比C和D的总能量 (填“高”或“低”)。
(3)反应物化学键断裂吸收的能量 (填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。
3.(人教必修2 P41 T4改编)一定条件下,石墨转化为金刚石需要吸收能量。
(1)金刚石比石墨 (填“稳定”或者“不稳定”),等质量的金刚石和石墨完全燃烧, 放出的热量更多。
(2)化学反应的本质是有新物质生成,物质的变化是化学反应的基本特征之一。化学反应的另一基本特征是 ,通常表现为 的释放和吸收。
自我备注
迁移应用·深化学习
题点(一) 化学反应中的能量变化
1.下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是 ( )
A.铝片与稀盐酸反应
B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
C.甲烷在氧气中的燃烧反应
D.灼热的炭与水蒸气反应
2.(2025·吉林市调研)1868年狄青和洪特发现了用空气中的氧气来氧化氯化氢气体制取氯气的方法:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。该反应的能量变化如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.该反应为吸热反应
B.若H2O为液态,则生成物总能量将变大
C.该反应发生时向环境释放能量
D.断裂旧化学键吸收的总能量大于形成新化学键所释放的总能量
题点(二) 能量变化图像分析
3.丙烷与溴原子能发生以下两种反应:
①CH3CH2CH3(g)+Br·(g) CH3CH2CH2·(g)+HBr(g)
②CH3CH2CH3(g)+Br·(g) CH3HCH3(g)+HBr(g)
反应过程的能量变化如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.反应①与②均为吸热反应
B.反应②使用了催化剂
C.产物中CH3CH2CH2·(g)的含量比CH3HCH3(g)低
D.CH3CH2CH2·(g)转变为CH3HCH3(g)放出热量
4.(2025·山东青岛高三检测)理论研究表明,在101 kPa和298 K下,HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.一分子HCN中的总键能比一分子HNC的总键能小
B.该异构化反应的ΔH=+59.3 kJ·mol-1
C.过渡态不稳定,故无法观察也无法分离
D.使用催化剂可以改变活化分子百分数
5.臭氧层中O3分解过程如图所示,回答下列问题。
(1)ΔH (填“>”或“<”)0。
(2)催化反应①是 (填“吸热”或“放热”,下同)反应,催化反应②是 反应。
(3)总反应的活化能是 ,催化反应①的活化能是 ,催化反应②对应的逆反应的活化能是 ,总反应对应的逆反应活化能为 。
逐点清(二) 热化学方程式
系统教材·固本强基
1.热化学方程式的概念
表示参加反应的 和 的关系的化学方程式。
2.热化学方程式的意义
不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的 变化。例如:H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1,表示在25 ℃和1.01×105 Pa时,1 mol H2(g)和 mol O2(g)完全反应生成 H2O(l),放出285.8 kJ的热量。
3.热化学方程式的书写
基本能力自查
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ ( )
(2)1 mol H2完全燃烧生成H2O(l)时放出243 kJ的热量,则反应的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-243 kJ·mol-1 ( )
2.氢气燃烧产物无污染,热值高,被认为是未来的理想能源。已知11.2 L(标准状况)氢气燃烧生成液态水时放出142.9 kJ的热量,则表示氢气燃烧的热化学方程式为 。
自我备注
迁移应用·深化学习
牛刀小试
1.根据热化学方程式:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-297.23 kJ·mol-1,下列说法正确的是 ( )
A.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
B.加入合适的催化剂,可增加单位质量的硫燃烧放出的热量
C.S(g)+O2(g)SO2(g)ΔH1=-Q1 kJ·mol-1;Q1的值小于297.23
D.足量的硫粉与标准状况下1 L氧气反应生成1 L二氧化硫气体时放出297.23 kJ热量
2.在25 ℃、101 kPa下,煤炭、氢气、天然气和甲醇(CH3OH)等几种燃料的热值(指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量)依次是33 kJ·g-1、143 kJ·g-1、56 kJ·g-1、23 kJ·g-1,则下列热化学方程式书写正确的是 ( )
A.H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=+286 kJ·mol-1
B.C(s)+O2(g)CO(g) ΔH=-396 kJ·mol-1
C.CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-736 kJ·mol-1
D.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-896 kJ·mol-1
3.依据事实,写出下列反应的热化学方程式。
(1)合成氨反应常使用铁触媒提高反应速率。如下图为有、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 ℃、100 kPa时,1 mol葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),放出2 804 kJ热量,写出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:
。
(3)分析下列图像,按要求书写热化学方程式。
①图甲表示的是NO2(g)和CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)的过程中能量变化示意图,请写出NO2(g)和CO(g)反应的热化学方程式: 。
②图乙表示一定条件下,在水溶液中1 mol Cl-、Cl(x=1、2、3、4)的能量相对大小,
Ⅰ.D是 (填离子符号)。
Ⅱ.BA+C反应的热化学方程式为 (用离子符号表示)。
练后补强
谨记书写热化学方程式时的注意事项
符号
放热反应ΔH为“-”,吸热反应ΔH为“+”
单位
一定为“kJ·mol-1”,易错写成“kJ”或漏写
状态
物质的状态必须正确,特别是溶液中的反应易写错
数值
对应性
反应热的数值必须与热化学方程式中的化学计量数相对应,即化学计量数与ΔH成正比;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
逐点清(三) 中和反应反应热和燃烧热 能源
系统教材·固本强基
1.中和反应反应热
(1)实验装置
(2)实验步骤
绝热装置组装→量取一定体积酸、碱稀溶液→测反应前酸、碱液温度→混合酸、碱液测反应时最高温度→重复2~3次实验→求平均温度差(t终-t始)→计算中和反应反应热ΔH。
(3)数据处理
ΔH=-
c=4.18 J·g-1·℃-1=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1。
2.燃烧热
(1)概念:在25 ℃ 101 kPa下, mol纯物质 生成指定产物时所放出的热量。
(2)意义:衡量燃料燃烧时放出热量的多少。
(3)熟记常见元素完全燃烧生成的指定产物
元素
C
H
S
N
指定产物及状态
CO2(g)
H2O(l)
SO2(g)
N2(g)
3.能源及利用
基本能力自查
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)H2燃烧过程中热能转化为化学能 ( )
(2)化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能 ( )
(3)根据2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1可知,H2的燃烧热为241.8 kJ·mol-1 ( )
(4)中和反应反应热测定过程中,若选用稀硫酸与稀Ba(OH)2溶液发生中和反应,实验测定的中和热ΔH偏大 ( )
2.“液态阳光”是利用太阳能等可再生能源将二氧化碳还原为可储存的甲醇(CH3OH)等液态燃料,其原理如图所示:
(1)图中的能量转化方式有几种类型?
(2)甲醇燃烧时化学能能不能完全转化为热能?
迁移应用·深化学习
题点(一) 中和反应反应热的测定
1.(2025·西安雁塔区期末检测)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)、(c)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减少
C.实验(c)中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器对实验结果没有影响
D.若改用浓NaOH溶液测定中和反应反应热,则测定结果数值偏高
2.用50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应反应热的测定。
已知:实验中盐酸和氢氧化钠溶液的密度均为1 g·cm-3,中和反应后溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。
回答下列问题:
(1)a仪器名称 ;b仪器名称 ;不能用铜丝搅拌器代替玻璃搅拌器的理由是 。
(2)如果测量NaOH溶液温度后不把温度计上的碱用水冲洗干净,就直接测量盐酸的温度,则测得的ΔH (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)若简易量热计不盖杯盖,则所测得中和反应反应热的绝对值 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(4)若四次平行操作测得终止温度与起始温度的温差(T2-T1)分别为①3.2 ℃、②4.3 ℃、③3.3 ℃、④3.4 ℃,则最终代入计算式的温差数据为 ℃。已知反应过程中放出的热量Q可用公式Q=cmΔt计算,则该反应放出热量 J(结果保留一位小数)。
(5)该实验结果与理论值ΔH=-57.3 kJ·mol-1不一致,其原因可能是 (填标号)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定盐酸的温度
c.分多次把NaOH溶液缓慢倒入盛有盐酸的小烧杯中
d.量取NaOH溶液读数时眼睛与液体凹面最低处相平
e.未使用仪器b搅拌溶液
题点(二) 燃烧热
3.(2025·天津北辰高三检测)已知煤炭的燃烧热为393.15 kJ·mol-1,氢气的燃烧热为242 kJ·mol-1,一氧化碳的燃烧热为283 kJ·mol-1。某同学发现在灼热的煤炭上洒少量水,煤炉中会产生淡蓝色火焰,煤炭燃烧得更旺,因此该同学得出结论:煤炭燃烧时加少量水,可使煤炭在燃烧时放出更多的热量。下列有关说法正确的是 ( )
A.表示氢气燃烧热的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-484 kJ·mol-1
B.表示CO燃烧热的热化学方程式为2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1
C.“煤炭燃烧得更旺”是因为少量固体碳转化成了可燃性气体
D.因242 kJ·mol-1+283 kJ·mol-1>393.15 kJ·mol-1,故该同学的结论是对的
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