1.1 反应热 第2课时(培优讲义)化学人教版选择性必修1
2026-07-16
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摘要:
本高中化学讲义聚焦“热化学方程式”与“燃烧热”核心知识点,先梳理热化学方程式的定义、书写规则(聚集状态、计量数意义、ΔH标注),再衔接燃烧热的概念及表示方法,构建从反应热一般表示到特定反应热类型的学习支架。
资料通过进阶典例(如硫酸工业能量变化分析)、解题点睛(ΔH与反应进度关系)及对点练习,培养学生科学思维(证据推理)与科学探究能力,结合火箭推进剂等实例渗透科学态度与责任,课中辅助教师突破难点,课后助力学生巩固知识、查漏补缺。
内容正文:
第一章
化学反应的热效应
第一节 反应热
第2课时 热化学方程式 燃烧热
考点 1 热化学方程式
1.热化学方程式
表明反应所______或______的热量的化学方程式,表明了化学反应中的______变化和______变化。
2.热化学方程式的书写
(1)写出化学方程式并注明各物质的聚集状态。
热化学方程式的化学计量数表示的是____________,可以是______或______。
物质的聚集状态:固态用“_____”,液态用“_____”,气体用“_____”,溶液用“____”。
(2)注明反应时的温度和压强。常用的ΔH的数据,一般都是____________时的数据,可以不特别注明。
(3)用ΔH表示化学反应热,ΔH必须与化学方程式一一对应,注意“+”“-”和单位________。
(4)ΔH的单位中“mol-1”的含义
对一个化学反应,ΔH的单位中“mol-1”不是指每摩尔具体物质,而是指“每摩尔______”。
【进阶典例】硫酸工业中的钒催化剂参与反应的相对能量变化如图所示,下列热化学方程式错误的是( )
A.V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g) ΔH=-24 kJ·mol-1
B.2VOSO4(s) V2O4(s)+2SO3(g) ΔH=+200 kJ·mol-1
C.2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-352 kJ·mol-1
D.V2O5(s)+SO2(g)+SO3(g) 2VOSO4(s) ΔH=-376 kJ·mol-1
解题点睛
(1)可逆反应中的“ΔH”表示的是完全反应时对应的焓变值。若按该反应的化学计量数投料进行反应,由于可逆反应不能进行彻底,那么吸收或放出的热量一定比该值小。
(2)热化学方程式中的物质必须注明聚集状态,不用标“↑”“↓”,也不用标明反应条件(如加热、高温、催化剂等),而写发生反应时的温度和压强。
(3)ΔH的单位为kJ·mol-1,注意“+”“-”且与化学方程式一一对应。
(4)ΔH的数值与化学方程式的书写形式有关。
(5)ΔH单位中的“mol—1”指反应进度为1 mol,此时各种反应物消耗掉的物质的量,各种生成物的物质的量,在数值均等于热化学方程式中各自的化学计量数。
(6)同素异形体之间转化的热化学方程式(如金刚石和石墨)除了要注明物质的聚集状态之外,还要注明物质的名称。
【拔高典例】(25-26高二上·广东广州·阶段检测)下列有关热化学方程式的叙述正确的是
A.已知 , ,则
B.已知稀溶液中, ,则稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量
C.同温同压下,反应在光照和点燃条件下的不同
D.已知常温常压下1 mol的和1 mol 充分反应放出热量14.9 kJ,则该过程的热化学方程式为
【对点练1】(25-26高二上·贵州·阶段检测)一定条件下,甲烷可消除NO的污染,发生的反应为 ,下列说法正确的是
A.每断裂0.4 mol C-H键,此时放出的热量为
B.每转移0.8 mol电子,此时消耗11.2 g NO(g)
C.该反应的反应物的键能总和小于生成物的键能总和
D.该反应中,每生成0.2 mol,同时消耗2.24 L
【对点练2】(25-26高二上·海南·期中)氨是最基本的化工原料之一,用途广泛。已知: ;键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量;无催化剂时合成氨反应的能量变化与反应过程示意图如下。
下列叙述错误的是
A.若、的键能分别为、,
B.图中的
C.
D.
考点 2 燃烧热
1.燃烧热
(1)概念:在101 kPa时,______纯物质完全燃烧生成__________时所放出的热量。单位:________。
(2)表示燃烧热的热化学方程式的书写
由于燃烧热是以1 mol纯物质完全燃烧放出的热量来定义的,因此在书写热化学方程式时,可燃物的化学计量数为____,以此来配平热化学方程式,其余物质的化学计量数常出现分数。
2.正确理解“燃烧热”
(1)物质的燃烧热用焓变表示时都为____值,通常可以通过实验测得。
(2)反应条件:100 kPa(书中给出的燃烧热数据均在此条件下测得)。
(3)可燃物的用量:______纯物质。
(4)反应程度及产物:完全燃烧时,不同元素对应的指定产物:C → _____;H →_____;S → ______;N →______。
【进阶典例】化学反应中的能量变化,通常主要表现为热量的变化。下列相关表述正确的是( )
A.一定条件下,将0.5 mol H2和0.5 mol I2(g)置于密闭容器中充分反应生成HI放热a kJ,其热化学方程式为H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH=-2a kJ·mol-1
B.在101 kPa时,2 g H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ热量,表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
C.S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1 S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2 ΔH1>ΔH2
D.HCl和NaOH反应的中和反应反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则0.5 mol H2SO4和足量Ba(OH)2溶液反应的ΔH=-57.3 kJ·mol-1
解题点睛
理解燃烧热和中和反应反应热的注意事项
(1)中和热是酸、碱的稀溶液反应生成1 mol液态H2O放出的热量,稀强酸溶液与稀的强碱反应的中和热为为57.3 kJ·mol-1。浓硫酸稀释时放热,与碱反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ。当中和反应有沉淀生成时,生成1 mol H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ。
(2)对于中和热、燃烧热,由于它们反应放热是确定的,其焓变(ΔH)为负值。
(3)当用热化学方程式表示中和热时,生成H2O(l)的物质的量必须是1 mol,当用热化学方程式表示燃烧热时,可燃物的物质的量必须为1 mol。
(4)燃烧热概念中的“完全燃烧生成稳定氧化物”是指单质或化合物燃烧后变为最稳定的物质。完全燃烧时,下列元素要生成对应的物质:C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g),N→N2(g)等。
(5)根据燃烧热计算物质完全燃烧放出的热量:Q=n(可燃物)×|ΔH|,其中ΔH代表燃烧热。
【拔高典例】(25-26高二上·福建福州·期中)下列关于热化学反应方程式的描述正确的是
A.若2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1;2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
B.若C(金刚石,s)=C(石墨,s) ΔH= -1.9 kJ·mol-1,则石墨比金刚石更稳定
C.若H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH= -57.3 kJ·mol-1 ,则NaOH固体和HCl反应的反应热 ΔH= -57.3 kJ·mol-1
D.若C2H2(g)的燃烧热ΔH= -1299.6 kJ·mol-1,则乙炔燃烧的热化学方程式为:2C2H2(g)+5O2(g)=== 4CO2(g)+2H2O(g) ΔH= -2599.2 kJ·mol-1
【对点练1】已知25 ℃,101 kPa下,1 mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.0 kJ
①H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH1=-57.3 kJ·mol-1
②2CH3OH(l)+3O2(g)===4H2O(g)+2CO2(g) ΔH2=-1 277.0 kJ·mol-1
下列有关说法错误的是( )
A.若反应②中CH3OH变为气态,则该反应的反应热ΔH>ΔH2
B.CH3OH(l)的燃烧热ΔH=-726.5 kJ·mol-1
C.CH3COOH(aq)+NaOH(aq)===CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH>-57.3 kJ·mol-1
D.液态水变为水蒸气过程中需要克服分子间作用力
【对点练2】(25-26高二上·广西百色·期末)关于化学反应与能量的说法正确的是
A.化学反应必然伴随发生能量变化,能量变化必然伴随发生化学反应
B.在25℃和101 kPa下,强酸和强碱稀溶液的中和热为,则稀硫酸与稀氢氧化钡溶液反应生成1mol液态水时放出热量等于57.3 kJ
C.25℃和101 kPa下,氨气的燃烧热为,则氨气燃烧热的热化学方程式可表示为:
D.已知C(s,石墨)=C(s,金刚石),则石墨比金刚石稳定
1.下列依据热化学方程式得出的结论正确的是( )
选项
热化学方程式
结论
A
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1
反应物的总能量比生成物的总能量低
B
OH-(aq)+H+(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
含1 mol NaOH的稀溶液与浓H2SO4完全中和,放出的热量小于57.3 kJ
C
2C(s)+2O2(g)===2CO2(g) ΔH=-a kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-b kJ·mol-1
a>b
D
C(s,石墨)===C(s,金刚石) ΔH=+1.5 kJ·mol-1
金刚石比石墨稳定
2.氢气是一种清洁能源,下图是H2和O2反应生成H2O的能量变化示意图,由图可知下列说法中正确的是( )
A.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
B.生成2 mol H2O(g)需要吸收483.6 kJ的能量
C.H2和O2具有的总能量比H2O所具有的总能量高
D.H2O(g)―→H2O(l),断键吸收的能量小于成键释放的能量
3.反应2C(s)+O2(g)===2CO(g)的能量变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.12 g C(s)与一定量O2(g)反应生成14 g CO(g)放出的热量为110.5 kJ
B.该反应的热化学方程式为2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221 kJ·mol-1
C.由图可得,C(s)的燃烧热为110.5 kJ·mol-1
D.该反应的反应热等于CO分子中化学键形成时所释放的总能量与O2分子中化学键断裂时所吸收的总能量的差
4.N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是( )
A.N2(g)+H2(g)NH3(l) ΔH=(b+c-a) kJ·mol-1
B.N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH=(a+b) kJ·mol-1
C.N2(g)+3H2(g)2NH3(l) ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1
D.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=2(b-a) kJ·mol-1
5.油酸甘油酯(相对分子质量为884)在体内代谢时可发生如下反应:C57H104O6(s)+80O2(g)=== 57CO2(g)+52H2O(l)。已知燃烧1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ,油酸甘油酯的燃烧热约为( )
A.3.8×104 kJ·mol-1 B.-3.8×104 kJ·mol-1
C.3.4×104 kJ·mol-1 D.-3.4×104 kJ·mol-1
6.下列说法或表示方法正确的是( )
A.高级脂肪酸在体内发生氧化反应,吸收能量
B.热化学方程式中各物质前的化学计量数可以是整数,也可以是分数
C.在25 ℃和101 kPa时,H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1,H2的燃烧热为241.8 kJ·mol-1
D.若2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 478 kJ·mol-1,则CH3OH(l)的燃烧热为739 kJ·mol-1
7.实验测得:101 kPa时,1 mol H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ的热量;1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出890.3 kJ的热量。下列热化学方程式的书写正确的是( )
①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890.3 kJ·mol-1
②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
④2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
A.仅有① B.仅有②④
C.仅有② D.全部符合要求
8.天然气作为一种清洁能源,能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%、二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%,有助于减少酸雨形成。天然气的主要成分为甲烷,在25 ℃、1.01×105 Pa时,1 g CH4燃烧时生成CO2与液态H2O,放出55.6 kJ的热量,则CH4的燃烧热ΔH为( )
A.55.6 kJ·mol-1 B.889.6 kJ·mol-1
C.-889.6 kJ·mol-1 D.-444.8 kJ·mol-1
9.实验测得H2和C3H8的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1和2 220 kJ·mol-1,现有1 mol H2和C3H8的混合气体,完全燃烧生成CO2和液态水时放出1 252.5 kJ的热量,则混合气体中H2和C3H8的物质的量之比是 ( )
A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4
10.(1)0.25 mol N2H4(l)与N2O4(l)完全反应生成氮气和气态水时,放出131.1 kJ热量。
①写出该反应的热化学方程式:_____________________________________。
②N2H4(l)和N2O4(l)可作为火箭推进剂的主要原因为________________________。
(2)航天燃料从液态变为固态,是一项重大的技术突破。铍是高效率的火箭燃料,燃烧时放出巨大的能量,已知1 kg金属铍完全燃烧放出的热量为62 700 kJ,则铍燃烧的热化学方程式为
___________________________________________________________。
1.工业生产硫酸的过程中,SO2在接触室中被催化氧化为SO3气体,已知该反应为放热反应。现将2 mol SO2、1 mol O2充入一密闭容器中充分反应后,放出热量98.3 kJ,此时测得SO2的转化率为50%,则下列热化学方程式正确的是( )
A.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·mol-1
B.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-98.3 kJ·mol-1
C.SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=+98.3 kJ·mol-1
D.SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-49.2 kJ·mol-1
2.红磷P(s)和Cl2发生反应生成PCl3和PCl5,反应过程和能量关系如图所示。图中ΔH表示生成1 mol产物的焓变数据。下列热化学方程式不正确的是( )
A.2P(s)+3Cl2(g)===2PCl3(g) ΔH=-612 kJ·mol-1
B.PCl3(g)===P(g)+Cl2(g) ΔH=+306 kJ·mol-1
C.PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1
D.2P(s)+5Cl2(g)===2PCl5(g) ΔH=-798 kJ·mol-1
3.下列关于热化学反应的描述正确的是( )
A.已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热为ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1
B.燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1,则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol-1
C.已知2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+484 kJ·mol-1,则H2(g)的燃烧热是242 kJ·mol-1
D.葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·mol-1,则C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 400 kJ·mol-1
4.热化学方程式中的ΔH实际上是热力学中的一个物理量,叫做焓变,其数值和符号与反应物和生成物的总能量有关,也与反应物和生成物的键能有关。
(1)图甲表示的是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。
(2)图乙表示氧族元素中的氧、硫、硒、碲在生成1 mol气态氢化物时的焓变数据,根据焓变数据可确定a、b、c、d分别代表哪种元素,试写出硒化氢在热力学标准态下,发生分解反应的热化学方程式:
。
5.(25-26高一下·山东青岛·期中)完成下列各题:
(1)已知CH3OH(l)的燃烧热,CH3OH(l)(g)=CO2(g)+2H2(g) kJ·mol-1,则a___________(填“<”“>”或“=”)726.5。
(2)将Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层,生成HCl和CO2,当有1 mol Cl2参与反应时释放出145.0 kJ热量,写出该反应的热化学方程式:_________________________________________________。
(3)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧,所得物质可作耐高温材料:4Al(s)+3TiO2(s)+3C(s)=2Al2O3(s)+3TiC(s) ΔH=-1176.0 kJ·mol-1,则反应过程中,每转移1 mol电子放出的热量为___________。
(4)CO2与H2在某催化剂的作用下反应如图所示:
化学键
键能/(kJ·mol-1)
436
326
803
464
414
写出该反应的热化学方程式:___________________________________________________。
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第一章
化学反应的热效应
第一节 反应热
第2课时 热化学方程式 燃烧热
考点 1 热化学方程式
1.热化学方程式
表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式,表明了化学反应中的物质变化和能量变化。
2.热化学方程式的书写
(1)写出化学方程式并注明各物质的聚集状态。
热化学方程式的化学计量数表示的是物质的量,可以是整数或分数。
物质的聚集状态:固态用“s”,液态用“l”,气体用“g”,溶液用“aq”。
(2)注明反应时的温度和压强。常用的ΔH的数据,一般都是25 ℃和101 kPa时的数据,可以不特别注明。
(3)用ΔH表示化学反应热,ΔH必须与化学方程式一一对应,注意“+”“-”和单位kJ·mol-1。
(4)ΔH的单位中“mol-1”的含义
对一个化学反应,ΔH的单位中“mol-1”不是指每摩尔具体物质,而是指“每摩尔反应”。
【进阶典例】硫酸工业中的钒催化剂参与反应的相对能量变化如图所示,下列热化学方程式错误的是( )
A.V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g) ΔH=-24 kJ·mol-1
B.2VOSO4(s) V2O4(s)+2SO3(g) ΔH=+200 kJ·mol-1
C.2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-352 kJ·mol-1
D.V2O5(s)+SO2(g)+SO3(g) 2VOSO4(s) ΔH=-376 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】由反应物总能量高于生成物总能量可知,为放热反应,则V2O4(s)+SO3(g) V2O5(s)+SO2(g) ΔH=-24 kJ·mol-1,A项正确;途径②的ΔH=+[24-(-176)]kJ·mol-1=+200 kJ·mol-1,2VOSO4(s) V2O4(s)+2SO3(g) ΔH=+400 kJ·mol-1,B项错误;途径①的反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,2 mol V2O5反应放出能量为2×176=352 kJ,则2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-352 kJ·mol-1,C项正确;根据盖斯定律,由反应V2O4(s)+SO3(g) V2O5(s)+SO2(g) ΔH=-24 kJ·mol-1加上2VOSO4(s) V2O4(s)+2SO3(g) ΔH=+400 kJ·mol-1可得2VOSO4(s) V2O5(s)+SO2(g)+SO3(g) ΔH=+376 kJ·mol-1,则V2O5(s)+SO2(g)+SO3(g) 2VOSO4(s) ΔH=-376 kJ·mol-1,D项正确。
解题点睛
(1)可逆反应中的“ΔH”表示的是完全反应时对应的焓变值。若按该反应的化学计量数投料进行反应,由于可逆反应不能进行彻底,那么吸收或放出的热量一定比该值小。
(2)热化学方程式中的物质必须注明聚集状态,不用标“↑”“↓”,也不用标明反应条件(如加热、高温、催化剂等),而写发生反应时的温度和压强。
(3)ΔH的单位为kJ·mol-1,注意“+”“-”且与化学方程式一一对应。
(4)ΔH的数值与化学方程式的书写形式有关。
(5)ΔH单位中的“mol—1”指反应进度为1 mol,此时各种反应物消耗掉的物质的量,各种生成物的物质的量,在数值均等于热化学方程式中各自的化学计量数。
(6)同素异形体之间转化的热化学方程式(如金刚石和石墨)除了要注明物质的聚集状态之外,还要注明物质的名称。
【拔高典例】(25-26高二上·广东广州·阶段检测)下列有关热化学方程式的叙述正确的是
A.已知 , ,则
B.已知稀溶液中, ,则稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量
C.同温同压下,反应在光照和点燃条件下的不同
D.已知常温常压下1 mol的和1 mol 充分反应放出热量14.9 kJ,则该过程的热化学方程式为
【答案】A
【解析】A.碳完全燃烧生成比不完全燃烧生成CO释放更多热量,更小,因此,A正确;B.醋酸是弱酸,电离需吸热,导致中和反应放热量小于57.3 kJ,B错误;C.仅与始态和终态有关,与反应条件无关,光照或点燃的条件下相同,C错误;D.14.9 kJ是实际反应放热量,而热化学方程式的应基于完全反应的理论值,题中反应为可逆反应未完全进行,因此理论放出的热量大于14.9 kJ,则 ,D错误;故答案选A。
【对点练1】(25-26高二上·贵州·阶段检测)一定条件下,甲烷可消除NO的污染,发生的反应为 ,下列说法正确的是
A.每断裂0.4 mol C-H键,此时放出的热量为
B.每转移0.8 mol电子,此时消耗11.2 g NO(g)
C.该反应的反应物的键能总和小于生成物的键能总和
D.该反应中,每生成0.2 mol,同时消耗2.24 L
【答案】C
【解析】A.每断裂0.4 mol C-H键对应0.1 mol甲烷反应,放热应为116 kJ,而非1160 kJ·mol-1(单位错误且数值不符),A错误;B.转移0.8 mol电子对应0.1 mol甲烷反应,消耗NO为0.4 mol(质量12 g),而非11.2 g,B错误;C.为负,说明反应为放热反应,说明反应物总键能小于生成物总键能,C正确;D.生成0.2 mol 需消耗0.1 mol ,但未说明气体体积是否在标准状况下,无法确定体积为2.24 L,D错误;故答案选C。
【对点练2】(25-26高二上·海南·期中)氨是最基本的化工原料之一,用途广泛。已知: ;键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量;无催化剂时合成氨反应的能量变化与反应过程示意图如下。
下列叙述错误的是
A.若、的键能分别为、,
B.图中的
C.
D.
【答案】A
【解析】A.若、的键能分别为、,由图可判断,,A错误;B.由图可知,生成1mol 的能量变化:,,B正确;C. ,则 ,C正确;D. ,以及 ,可判断 ,D正确;故选A。
考点 2 燃烧热
1.燃烧热
(1)概念: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。单位:kJ·mol-1。
(2)表示燃烧热的热化学方程式的书写
由于燃烧热是以1 mol纯物质完全燃烧放出的热量来定义的,因此在书写热化学方程式时,可燃物的化学计量数为1,以此来配平热化学方程式,其余物质的化学计量数常出现分数。
2.正确理解“燃烧热”
(1)物质的燃烧热用焓变表示时都为负值,通常可以通过实验测得。
(2)反应条件:100 kPa(书中给出的燃烧热数据均在此条件下测得)。
(3)可燃物的用量:1mol纯物质。
(4)反应程度及产物:完全燃烧时,不同元素对应的指定产物:C → CO2(g);H →H2O(l);S → SO2(g);N → N2(g)。
【进阶典例】化学反应中的能量变化,通常主要表现为热量的变化。下列相关表述正确的是( )
A.一定条件下,将0.5 mol H2和0.5 mol I2(g)置于密闭容器中充分反应生成HI放热a kJ,其热化学方程式为H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH=-2a kJ·mol-1
B.在101 kPa时,2 g H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ热量,表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
C.S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1 S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2 ΔH1>ΔH2
D.HCl和NaOH反应的中和反应反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则0.5 mol H2SO4和足量Ba(OH)2溶液反应的ΔH=-57.3 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】H2(g)+I2(g)2HI(g)为可逆反应,生成1 mol HI(g)时放热大于a kJ,故热化学方程式为I2(g)+H2(g)2HI(g) ΔH<-2a kJ·mol-1,A项错误;在101 kPa时,生成1 mol液态水放出285.8 kJ热量,故表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1,B项正确;等量的硫蒸气比等量固态S的能量高,燃烧生成二氧化硫气体时比固态硫燃烧放出的热量多,焓变为负值时,放出热量越多,焓变越小,故ΔH1<ΔH2,C项错误;H2SO4和Ba(OH)2反应除生成H2O外还会生成BaSO4沉淀,故ΔH≠-57.3 kJ·mol-1,D项错误。
解题点睛
理解燃烧热和中和反应反应热的注意事项
(1)中和热是酸、碱的稀溶液反应生成1 mol液态H2O放出的热量,稀强酸溶液与稀的强碱反应的中和热为为57.3 kJ·mol-1。浓硫酸稀释时放热,与碱反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ。当中和反应有沉淀生成时,生成1 mol H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ。
(2)对于中和热、燃烧热,由于它们反应放热是确定的,其焓变(ΔH)为负值。
(3)当用热化学方程式表示中和热时,生成H2O(l)的物质的量必须是1 mol,当用热化学方程式表示燃烧热时,可燃物的物质的量必须为1 mol。
(4)燃烧热概念中的“完全燃烧生成稳定氧化物”是指单质或化合物燃烧后变为最稳定的物质。完全燃烧时,下列元素要生成对应的物质:C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g),N→N2(g)等。
(5)根据燃烧热计算物质完全燃烧放出的热量:Q=n(可燃物)×|ΔH|,其中ΔH代表燃烧热。
【拔高典例】(25-26高二上·福建福州·期中)下列关于热化学反应方程式的描述正确的是
A.若2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1;2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
B.若C(金刚石,s)=C(石墨,s) ΔH= -1.9 kJ·mol-1,则石墨比金刚石更稳定
C.若H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH= -57.3 kJ·mol-1 ,则NaOH固体和HCl反应的反应热 ΔH= -57.3 kJ·mol-1
D.若C2H2(g)的燃烧热ΔH= -1299.6 kJ·mol-1,则乙炔燃烧的热化学方程式为:2C2H2(g)+5O2(g)=== 4CO2(g)+2H2O(g) ΔH= -2599.2 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】A.生成液态水比气态水释放更多热量,ΔH2更小(更负),故ΔH1>ΔH2,A错误;B.金刚石转化为石墨放热,说明石墨能量更低更稳定,B正确;C.NaOH固体溶解会额外放热,反应热ΔH应小于-57.3 kJ·mol-1,C错误;D.燃烧热要求生成H2O(l),而选项中生成H2O(g),不符合定义,正确的是:2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) ΔH= -2599.2 kJ·mol-1,D错误;故选B。
【对点练1】已知25 ℃,101 kPa下,1 mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.0 kJ
①H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH1=-57.3 kJ·mol-1
②2CH3OH(l)+3O2(g)===4H2O(g)+2CO2(g) ΔH2=-1 277.0 kJ·mol-1
下列有关说法错误的是( )
A.若反应②中CH3OH变为气态,则该反应的反应热ΔH>ΔH2
B.CH3OH(l)的燃烧热ΔH=-726.5 kJ·mol-1
C.CH3COOH(aq)+NaOH(aq)===CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH>-57.3 kJ·mol-1
D.液态水变为水蒸气过程中需要克服分子间作用力
【答案】A
【解析】若反应②中CH3OH变为气态,则反应物总能量增加,则同样条件下燃烧,放出热量多,即反应热ΔH<ΔH2,故A错误;1 mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.0 kJ,可得③H2O(l)===H2O(g) ΔH=44 kJ·mol-1,根据盖斯定律,由②-4×③可得2CH3OH(l)+3O2(g)===4H2O(l)+2CO2(g) ΔH=-1 453.0 kJ·mol-1,则CH3OH(l)的燃烧热ΔH=-726.5 kJ·mol-1,故B正确;CH3COOH是弱电解质,电离吸热,故1 mol NaOH与1 mol CH3COOH反应时放出热量小于57.3 kJ,即CH3COOH(aq)+NaOH(aq)===CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH>-57.3 kJ·mol-1,故C正确;液态水变为水蒸气过程中分子间距发生变化,需要克服分子间作用力,故D正确。
【对点练2】(25-26高二上·广西百色·期末)关于化学反应与能量的说法正确的是
A.化学反应必然伴随发生能量变化,能量变化必然伴随发生化学反应
B.在25℃和101 kPa下,强酸和强碱稀溶液的中和热为,则稀硫酸与稀氢氧化钡溶液反应生成1mol液态水时放出热量等于57.3 kJ
C.25℃和101 kPa下,氨气的燃烧热为,则氨气燃烧热的热化学方程式可表示为:
D.已知C(s,石墨)=C(s,金刚石),则石墨比金刚石稳定
【答案】D
【解析】A.化学反应必然伴随能量变化,但能量变化不一定伴随化学反应(如物理变化中的吸热或放热过程),A错误;B.中和热指生成1 mol水时的热量,但稀硫酸与稀氢氧化钡反应生成BaSO4沉淀会额外放热,总放热量大于57.3 kJ,B错误;C.燃烧热要求生成指定产物,而选项中产物为NO(g),未完全燃烧,不符合燃烧热定义,C错误;D.ΔH > 0表明石墨转化为金刚石吸热,石墨能量更低、更稳定,D正确;故答案为D。
1.下列依据热化学方程式得出的结论正确的是( )
选项
热化学方程式
结论
A
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1
反应物的总能量比生成物的总能量低
B
OH-(aq)+H+(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
含1 mol NaOH的稀溶液与浓H2SO4完全中和,放出的热量小于57.3 kJ
C
2C(s)+2O2(g)===2CO2(g) ΔH=-a kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-b kJ·mol-1
a>b
D
C(s,石墨)===C(s,金刚石) ΔH=+1.5 kJ·mol-1
金刚石比石墨稳定
【答案】C
【解析】由热化学方程式可知该反应为放热反应,反应物的总能量比生成物的总能量高,故A错误;浓硫酸溶于水放热,则用浓硫酸与NaOH溶液反应生成1 mol水,放出的热量大于57.3 kJ,故B错误;2 mol碳单质完全燃烧时放出的热量更多,a>b,故C正确;石墨转化为金刚石吸热,说明石墨的能量低于金刚石,而物质能量越低越稳定,故D错误。
2.氢气是一种清洁能源,下图是H2和O2反应生成H2O的能量变化示意图,由图可知下列说法中正确的是( )
A.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
B.生成2 mol H2O(g)需要吸收483.6 kJ的能量
C.H2和O2具有的总能量比H2O所具有的总能量高
D.H2O(g)―→H2O(l),断键吸收的能量小于成键释放的能量
【答案】A
【解析】由图示知,反应物的总能量比生成物的总能量高,为放热反应,A项正确;由图示知,生成2 mol H2O(g)需要放出483.6 kJ的能量,B项错误;由图示知,2 mol H2和1 mol O2具有的总能量比2 mol H2O所具有的总能量高,C项错误;H2O(g)―→H2O(l)过程中需要放出热量,属于物理变化,只是状态改变,没有化学键断裂,D项错误。
3.反应2C(s)+O2(g)===2CO(g)的能量变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.12 g C(s)与一定量O2(g)反应生成14 g CO(g)放出的热量为110.5 kJ
B.该反应的热化学方程式为2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221 kJ·mol-1
C.由图可得,C(s)的燃烧热为110.5 kJ·mol-1
D.该反应的反应热等于CO分子中化学键形成时所释放的总能量与O2分子中化学键断裂时所吸收的总能量的差
【答案】B
【解析】由题图可知,生成1 mol CO(g)放出热量为110.5 kJ,则生成14 g CO(g)(即0.5 mol)放出的热量为110.5 kJ·mol-1×0.5 mol=55.25 kJ,A错误;生成1 mol CO(g)放出热量为110.5 kJ,则反应2C(s)+O2(g)===2CO(g)的ΔH=-110.5 kJ·mol-1×2=-221 kJ·mol-1,B正确;题图中是C(s)燃烧生成CO(g),不能据此确定C(s)的燃烧热,C错误;根据反应热与键能的关系,该反应的反应热等于CO分子中化学键形成时所释放的总能量与O2分子和C(s)中化学键断裂时所吸收的总能量的差,D错误。
4.N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是( )
A.N2(g)+H2(g)NH3(l) ΔH=(b+c-a) kJ·mol-1
B.N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH=(a+b) kJ·mol-1
C.N2(g)+3H2(g)2NH3(l) ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1
D.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=2(b-a) kJ·mol-1
【答案】C
【解析】由题图可以看出, mol N2(g)和 mol H2(g)断键吸收的能量为a kJ,1 mol N(g)和3 mol H(g)形成1 mol NH3(g)放出的能量为b kJ,所以N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH=(a-b) kJ·mol-1,而1 mol NH3(g)转化为1 mol NH3(l)放出的热量为c kJ,可知N2(g)+H2(g)NH3(l) ΔH=(a-b-c) kJ·mol-1,即N2(g)+3H2(g)2NH3(l) ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1。
5.油酸甘油酯(相对分子质量为884)在体内代谢时可发生如下反应:C57H104O6(s)+80O2(g)=== 57CO2(g)+52H2O(l)。已知燃烧1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ,油酸甘油酯的燃烧热约为( )
A.3.8×104 kJ·mol-1 B.-3.8×104 kJ·mol-1
C.3.4×104 kJ·mol-1 D.-3.4×104 kJ·mol-1
【答案】C
【解析】燃烧热是指在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,则1 mol油酸甘油酯的燃烧热为×884 g·mol-1≈3.4×104 kJ·mol-1。
6.下列说法或表示方法正确的是( )
A.高级脂肪酸在体内发生氧化反应,吸收能量
B.热化学方程式中各物质前的化学计量数可以是整数,也可以是分数
C.在25 ℃和101 kPa时,H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1,H2的燃烧热为241.8 kJ·mol-1
D.若2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 478 kJ·mol-1,则CH3OH(l)的燃烧热为739 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】高级脂肪酸在体内发生氧化反应,放出能量,A错误。
7.实验测得:101 kPa时,1 mol H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ的热量;1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出890.3 kJ的热量。下列热化学方程式的书写正确的是( )
①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890.3 kJ·mol-1
②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
④2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
A.仅有① B.仅有②④
C.仅有② D.全部符合要求
【答案】B
【解析】解答本题时要注意:(1)产物的状态;(2)ΔH的数值要与热化学方程式中物质的化学计量数保持一定比例关系;(3)ΔH的符号,吸热反应为“+”,放热反应为“-”。本题中②④正确。
8.天然气作为一种清洁能源,能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%、二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%,有助于减少酸雨形成。天然气的主要成分为甲烷,在25 ℃、1.01×105 Pa时,1 g CH4燃烧时生成CO2与液态H2O,放出55.6 kJ的热量,则CH4的燃烧热ΔH为( )
A.55.6 kJ·mol-1 B.889.6 kJ·mol-1
C.-889.6 kJ·mol-1 D.-444.8 kJ·mol-1
【答案】C
【解析】在25 ℃、1.01×105 Pa时,1 g CH4燃烧时生成CO2与液态H2O,放出55.6 kJ的热量,则1 mol CH4燃烧时生成CO2与液态H2O,放出889.6 kJ的热量,CH4的燃烧热ΔH为-889.6 kJ·mol-1。
9.实验测得H2和C3H8的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1和2 220 kJ·mol-1,现有1 mol H2和C3H8的混合气体,完全燃烧生成CO2和液态水时放出1 252.5 kJ的热量,则混合气体中H2和C3H8的物质的量之比是 ( )
A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4
【答案】B
【解析】设混合气体中H2的物质的量为n,则C3H8的物质的量为1 mol-n,根据题意,有285.8 kJ·mol-1 ×n+2 220 kJ·mol-1×(1 mol-n)=1 252.5 kJ,解得n≈0.5 mol,则C3H8约为0.5 mol,所以混合气体中H2和C3H8的物质的量之比是1∶1。
10.(1)0.25 mol N2H4(l)与N2O4(l)完全反应生成氮气和气态水时,放出131.1 kJ热量。
①写出该反应的热化学方程式:_____________________________________。
②N2H4(l)和N2O4(l)可作为火箭推进剂的主要原因为________________________。
(2)航天燃料从液态变为固态,是一项重大的技术突破。铍是高效率的火箭燃料,燃烧时放出巨大的能量,已知1 kg金属铍完全燃烧放出的热量为62 700 kJ,则铍燃烧的热化学方程式为
___________________________________________________________。
【答案】(1)①2N2H4(l)+N2O4(l)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 048.8 kJ·mol-1 ②反应放出热量大、产生大量气体 (2)Be(s)+O2(g)===BeO(s) ΔH=-564.3 kJ·mol-1
1.工业生产硫酸的过程中,SO2在接触室中被催化氧化为SO3气体,已知该反应为放热反应。现将2 mol SO2、1 mol O2充入一密闭容器中充分反应后,放出热量98.3 kJ,此时测得SO2的转化率为50%,则下列热化学方程式正确的是( )
A.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·mol-1
B.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-98.3 kJ·mol-1
C.SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=+98.3 kJ·mol-1
D.SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-49.2 kJ·mol-1
【答案】A
【解析】根据题意可知,实际参加反应的SO2为1 mol,即1 mol SO2和0.5 mol O2完全反应时,放出热量98.3 kJ,那么当2 mol SO2完全反应时,即可放出热量196.6 kJ,A项正确。
2.红磷P(s)和Cl2发生反应生成PCl3和PCl5,反应过程和能量关系如图所示。图中ΔH表示生成1 mol产物的焓变数据。下列热化学方程式不正确的是( )
A.2P(s)+3Cl2(g)===2PCl3(g) ΔH=-612 kJ·mol-1
B.PCl3(g)===P(g)+Cl2(g) ΔH=+306 kJ·mol-1
C.PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1
D.2P(s)+5Cl2(g)===2PCl5(g) ΔH=-798 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式为P(s)+Cl2(g)===PCl3(g) ΔH=-306 kJ·mol-1,则2P(s)+3Cl2(g)===2PCl3(g) ΔH=-612 kJ·mol-1,A项正确;生成的P应该为固体,故B项错误;其他条件不变,对于PCl5分解生成PCl3和Cl2的反应,热化学方程式为PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1,故C项正确;根据图中数据,可得P(s)+Cl2(g)===PCl5(g) ΔH=-399 kJ·mol-1,则有反应2P(s)+5Cl2(g)===2PCl5(g)对应的反应热ΔH=-798 kJ·mol-1,故D正确。
3.下列关于热化学反应的描述正确的是( )
A.已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热为ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1
B.燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1,则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol-1
C.已知2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+484 kJ·mol-1,则H2(g)的燃烧热是242 kJ·mol-1
D.葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·mol-1,则C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 400 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】A项中H2SO4与Ba(OH)2反应除有H+与OH-反应放热外,生成BaSO4沉淀亦放热,故ΔH<2×(-57.3) kJ·mol-1;B项中甲醇未完全生成稳定的氧化物,H元素应生成H2O(l);C项可表示为H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-242 kJ·mol-1,水为气态,不是H2的燃烧热;D项燃烧热是指1 mol葡萄糖完全燃烧生成指定产物放出的热量,热化学方程式中C6H12O6(s)的化学计量数为,则ΔH=-1 400 kJ·mol-1。
4.热化学方程式中的ΔH实际上是热力学中的一个物理量,叫做焓变,其数值和符号与反应物和生成物的总能量有关,也与反应物和生成物的键能有关。
(1)图甲表示的是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。
(2)图乙表示氧族元素中的氧、硫、硒、碲在生成1 mol气态氢化物时的焓变数据,根据焓变数据可确定a、b、c、d分别代表哪种元素,试写出硒化氢在热力学标准态下,发生分解反应的热化学方程式:
。
【答案】(1)NO2(g)+CO(g)===NO(g)+CO2(g) ΔH=-234 kJ·mol-1
(2)H2Se(g)===Se(s)+H2(g) ΔH=-81 kJ·mol-1
【解析】(1)根据图甲可知,此反应是放热反应,热化学方程式为NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g) ΔH=(134-368) kJ·mol-1=-234 kJ·mol-1。
(2)同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱,其气态氢气物的稳定性降低、能量增大,则可确定a、b、c、d分别代表碲、硒、硫、氧元素。b代表硒元素,生成1 mol H2Se(g)的ΔH=+81 kJ·mol-1,则分解反应的热化学方程式为H2Se(g)===Se(s)+H2(g) ΔH=-81 kJ·mol-1。
5.(25-26高一下·山东青岛·期中)完成下列各题:
(1)已知CH3OH(l)的燃烧热,CH3OH(l)(g)=CO2(g)+2H2(g) kJ·mol-1,则a___________(填“<”“>”或“=”)726.5。
(2)将Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层,生成HCl和CO2,当有1 mol Cl2参与反应时释放出145.0 kJ热量,写出该反应的热化学方程式:_________________________________________________。
(3)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧,所得物质可作耐高温材料:4Al(s)+3TiO2(s)+3C(s)=2Al2O3(s)+3TiC(s) ΔH=-1176.0 kJ·mol-1,则反应过程中,每转移1 mol电子放出的热量为___________。
(4)CO2与H2在某催化剂的作用下反应如图所示:
化学键
键能/(kJ·mol-1)
436
326
803
464
414
写出该反应的热化学方程式:___________________________________________________。
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)
【解析】(1)燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量,完全燃烧生成的稳定氧化物是和,而反应中生成的是,不是稳定的,所以该反应放出的热量比燃烧热小,即a < 726.5。
(2)根据题意,反应物是、和,生成物是和,当有参与反应时释放出热量,那么参与反应时释放的热量为。
热化学方程式为:。
(3)在反应中,从0价变为 + 3价,参与反应时转移电子的物质的量为。
则每转移电子放出的热量为。
(4)由图可知,反应的反应物是和,生成物是和,化学方程式为。根据键能计算反应热反应物总键能-生成物总键能。反应物总键能:,生成物总键能:,热化学方程式为:。
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