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第6章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 第1節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng),一、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓變 1.反應(yīng)熱和焓變 (1)反應(yīng)熱是化學(xué)反應(yīng)中___________的熱量; (2)焓變是_________的總焓與_______的總焓之差,在恒壓條件下,如果反應(yīng)中物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化成熱能,焓變等于反應(yīng)熱; (3)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱用一定條件下的焓變表示,符號(hào)為ΔH,單位為_________。,放出或吸收,反應(yīng)產(chǎn)物,反應(yīng)物,kJ·mol-1,2.吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng) (1)從能量高低角度理解:,對(duì)于放熱反應(yīng):反應(yīng)物的總能量=_______________+放出的熱量; 對(duì)于吸熱反應(yīng):反應(yīng)物的總能量=_______________-吸收的熱量,生成物的總能量,生成物的總能量,(2)從化學(xué)鍵角度理解:,放熱,吸熱,如1 mol H2分子斷裂開H—H鍵需要吸收436 kJ的能量;1 mol Cl2分子斷裂開Cl—Cl鍵需要吸收243 kJ的能量,形成1 mol H—Cl鍵放出431 kJ的能量,則反應(yīng)H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)放出的熱量為_______。,183 kJ,二、中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測(cè)定——“一、一、三” 1.一種儀器——量熱計(jì),測(cè)定反應(yīng)前后溶液的溫度,使反應(yīng)充分進(jìn)行、體系的溫度均勻,保溫作用,反應(yīng)容器,2.一個(gè)原理——計(jì)算公式 Q=__________。 其中C表示溶液及量熱計(jì)的_____,T1、T2分別表示___________ _______________。 3.三個(gè)注意事項(xiàng) (1)碎泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或紙條)的作用是_________,減少實(shí)驗(yàn)過程中的熱量損失。 (2)為保證酸完全中和,采取的措施是_________。 (3)為使測(cè)得的數(shù)據(jù)盡可能無誤差,應(yīng)采用能生成可溶性鹽的稀強(qiáng)酸與稀強(qiáng)堿。,-C(T2-T1),熱容,反應(yīng)前和反,應(yīng)后體系的溫度,保溫隔熱,堿稍過量,三、熱化學(xué)方程式 1.熱化學(xué)方程式 表示_________________和_______的關(guān)系的化學(xué)方程式。 2.意義 熱化學(xué)方程式不僅能夠表明化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化,也能表明 化學(xué)反應(yīng)中的_____變化。 如2H2(g)+O2(g)====2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1: 表示在25℃、101 kPa條件下,_____________________________ _________________________________________。,參加反應(yīng)物質(zhì)的量,反應(yīng)熱,2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全,反應(yīng)生成2 mol H2O(l)時(shí)釋放571.6 kJ的能量,能量,四、蓋斯定律 1.內(nèi)容 不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成,其反應(yīng)焓變是_______。 2.應(yīng)用 化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān),而與反應(yīng)途徑無關(guān),利 用蓋斯定律可以間接計(jì)算某些反應(yīng)的反應(yīng)熱。 如:由反應(yīng)物A生成產(chǎn)物B可以設(shè)計(jì)如下兩條途徑: 則ΔH、ΔH1、ΔH2的關(guān)系可以表示為________________。,一樣的,ΔH=ΔH1+ΔH2,五、能源,不可,可再,生,【思考辨析】 1.伴隨著能量變化的物質(zhì)變化都是化學(xué)變化。( ) 【分析】如物質(zhì)在三態(tài)變化中涉及能量變化,但是不屬于化學(xué)變化。 2.熱化學(xué)方程式中,物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)只代表物質(zhì)的量,不代表分子個(gè)數(shù)。( ) 【分析】表示化學(xué)反應(yīng)的焓變時(shí),反應(yīng)物是以摩爾為單位進(jìn)行計(jì)算的,而不是以分子個(gè)數(shù),所以熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)只能代表物質(zhì)的量,不能代表物質(zhì)的分子個(gè)數(shù)。,×,√,3.同溫同壓下,H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)在光照和點(diǎn)燃條件下的ΔH不同。( ) 【分析】化學(xué)反應(yīng)的焓變是反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的差值,溫度和壓強(qiáng)相同時(shí),與其他反應(yīng)條件無關(guān)。同溫同壓下,H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)的反應(yīng)條件不會(huì)影響ΔH的值。 4.在稀溶液中:H+(aq)+OH-(aq)====H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,若將含0.5 mol H2SO4的濃硫酸與含 1 mol NaOH的溶液混合,放出的熱量大于57.3 kJ。( ) 【分析】因?yàn)闈饬蛩嵩谙♂寱r(shí)還要放出一部分熱量。,×,√,5.化學(xué)變化中的能量變化都是化學(xué)能和熱能間的相互轉(zhuǎn)化。 ( ) 【分析】化學(xué)反應(yīng)中的能量變化也有化學(xué)能與光能或電能間的相互轉(zhuǎn)化。 6.若已知相同條件下反應(yīng)2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH1,反應(yīng)2SO2(s)+O2(g) 2SO3(g) ΔH2,則ΔH1ΔH2。( ) 【分析】SO2和O2反應(yīng)生成SO3的反應(yīng)是放熱反應(yīng),焓變?yōu)樨?fù)值,氣態(tài)SO2反應(yīng)時(shí)比固態(tài)SO2放出的熱量多,ΔH小,ΔH1ΔH2。,×,×,考點(diǎn) 1 熱化學(xué)方程式的書寫與正誤判斷,1.書寫熱化學(xué)方程式的“五步”,2.判斷熱化學(xué)方程式正誤的“五審”,【高考警示】 在熱化學(xué)方程式的書寫和判斷正誤時(shí),常見失誤點(diǎn)有: (1)忽視ΔH的正負(fù)。 (2)忽視ΔH的數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)。化學(xué)計(jì)量數(shù)發(fā)生變化時(shí),ΔH的數(shù)值要相應(yīng)變化。 (3)忽視物質(zhì)的狀態(tài)不同ΔH的數(shù)值也不同。,【典例1】(2013·寧德模擬)下列有關(guān)熱化學(xué)方程式的敘述正確的 是( ) A.2 g H2完全燃燒生成液態(tài)水,放出285.8 kJ的熱量,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2H2(g)+O2(g)====2H2O(l) ΔH=+285.8 kJ·mol-1 B.已知C(石墨,s)====C(金剛石,s) ΔH0,則金剛石不如石墨穩(wěn)定 C.已知中和熱為ΔH=-57.4 kJ·mol-1,則稀醋酸和稀NaOH溶液反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為: CH3COOH(aq)+NaOH(aq)====CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH=-57.4 kJ·mol-1 D.已知2C(s)+2O2(g)====2CO2(g) ΔH1; 2C(s)+O2(g)====2CO(g) ΔH2,則ΔH1ΔH2,【解題指南】解答本題應(yīng)該注意下面3點(diǎn): (1)燃燒熱需注意可燃物為1 mol,產(chǎn)物中H2O為液態(tài)。 (2)弱酸或弱堿電離過程中吸熱,中和熱數(shù)值減小。 (3)等量可燃物完全燃燒放出的熱量大于不完全燃燒放出的熱量。,【解析】選B。2 g H2為1 mol,而方程式中是2 mol H2反應(yīng),反應(yīng)熱數(shù)值不對(duì),H2燃燒是放熱反應(yīng),ΔH應(yīng)為負(fù)值,符號(hào)不對(duì),A錯(cuò);能量越低越穩(wěn)定,金剛石能量比石墨高,故石墨穩(wěn)定,B對(duì);醋酸電離吸熱,反應(yīng)放出的熱量值小于57.4,C錯(cuò);C完全燃燒放出的熱量大于不完全燃燒放出的熱量,但是ΔH為負(fù)值,故ΔH1ΔH2,D錯(cuò)。,【變式訓(xùn)練】已知:101 kPa時(shí)1 mol辛烷燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出熱量為5 518 kJ;強(qiáng)酸和強(qiáng)堿在稀溶液中發(fā)生反應(yīng)生成1 mol H2O時(shí)放出的熱量為57.3 kJ,則下列熱化學(xué)方程式的書寫正確的是( ) ①2C8H18(l)+25O2(g)====16CO2(g)+18H2O(g) ΔH=-11 036 kJ·mol-1 ②2C8H18(l)+25O2(g)====16CO2(g)+18H2O(l) ΔH=-11 036 kJ·mol-1 ③H++OH-====H2O ΔH=-57.3 kJ·mol-1 ④2NaOH(aq)+H2SO4(aq)====Na2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=-114.6 kJ·mol-1 A.①③ B.②③ C.②④ D.只有②,【解析】選C。判斷熱化學(xué)方程式的書寫時(shí),要注意狀態(tài)、ΔH單位、符號(hào)以及數(shù)值是否與前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)相對(duì)應(yīng)。①錯(cuò)在水的狀態(tài),應(yīng)為液態(tài);③錯(cuò)在沒有標(biāo)出是在水溶液中的反應(yīng),正確的為H+(aq)+OH-(aq)====H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。,考點(diǎn) 2 反應(yīng)焓變的計(jì)算,1.利用熱化學(xué)方程式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算 根據(jù)已知的熱化學(xué)方程式和已知的反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量或反應(yīng)吸收或放出的熱量,可以把反應(yīng)熱當(dāng)作“產(chǎn)物”,計(jì)算反應(yīng)放出或吸收的熱量。 2.根據(jù)計(jì)算書寫熱化學(xué)方程式 根據(jù)一定量的反應(yīng)物或生成物的量計(jì)算出反應(yīng)放出或吸收的熱量,換算成1mol反應(yīng)物或生成物的熱效應(yīng),書寫熱化學(xué)方程式。,3.根據(jù)舊鍵斷裂和新鍵形成過程中的能量差進(jìn)行計(jì)算 如H2與Cl2燃燒生成HCl的反應(yīng),H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g),斷裂舊鍵吸收的總能量為679 kJ·mol-1,新鍵形成過程中釋放的總能量為862 kJ·mol-1,故該反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH=679 kJ·mol-1 -862 kJ·mol-1=-183 kJ·mol-1。 4.利用蓋斯定律計(jì)算 參照目標(biāo)熱化學(xué)方程式,結(jié)合原熱化學(xué)方程式進(jìn)行合理“變形”,如熱化學(xué)方程式顛倒、乘除某一個(gè)數(shù),然后將它們相加、減,得到目標(biāo)熱化學(xué)方程式,求出目標(biāo)熱化學(xué)方程式的ΔH與原熱化學(xué)方程式的ΔH之間的換算關(guān)系。,如已知下列反應(yīng)的反應(yīng)熱: ①CH3COOH(l)+2O2(g)====2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-870.3 kJ·mol-1 ②C(s)+O2(g)====CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1 ③H2(g)+ O2(g)====H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1, ②×2+③×2-①得反應(yīng)2C(s)+2H2(g)+O2(g)====CH3COOH(l)的ΔH=-488.3 kJ·mol-1。,5.根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算 反應(yīng)熱與化學(xué)方程式反應(yīng)物分子式的化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比?？梢罁?jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算一定量物質(zhì)完全反應(yīng)時(shí)熱量的變化。,【高考警示】 在進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算時(shí)常見失誤點(diǎn)有: (1)根據(jù)已知的熱化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算時(shí),要清楚已知熱化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)表示的物質(zhì)的量與已知物質(zhì)的量之間的比例關(guān)系,然后進(jìn)行計(jì)算。 (2)根據(jù)化學(xué)鍵斷裂和形成過程中的能量變化計(jì)算反應(yīng)熱時(shí),須注意斷鍵和成鍵的總數(shù),必須是斷鍵和成鍵時(shí)吸收或放出的總能量。 (3)當(dāng)熱化學(xué)方程式乘、除某一個(gè)數(shù)時(shí),ΔH也應(yīng)乘、除某一個(gè)相同的數(shù);方程式間進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí),ΔH也同樣要進(jìn)行加減運(yùn)算,且要帶“+”“-”符號(hào),即把ΔH看作一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)算。,【典例2】 (2014·南平模擬)科學(xué)家已獲得 了極具理論研究意義的N4分子,其結(jié)構(gòu)為正四 面體(如圖所示),與白磷分子相似。氣態(tài)時(shí), 已知斷裂1 mol N—N鍵吸收193 kJ熱量,斷裂1 mol N≡N鍵吸收941 kJ熱量,則 ( ) A.N4與N2互稱為同位素 B.1 mol N4氣體轉(zhuǎn)化為N2時(shí)要吸收748 kJ能量 C.N4是N2的同系物 D.1 mol N4氣體轉(zhuǎn)化為N2時(shí)要放出724 kJ能量,【解題指南】解答本題要注意以下兩點(diǎn): (1)注意N4的分子結(jié)構(gòu),1個(gè)分子中含有6個(gè)氮氮單鍵。 (2)注意反應(yīng)熱必須是斷鍵或成鍵時(shí)對(duì)應(yīng)的總能量。,【解析】選D。由題意知,N4和N2是氮元素的兩種不同單質(zhì),二者互 為同素異形體,A、C錯(cuò);由化學(xué)鍵及N4的結(jié)構(gòu)知,N4分子轉(zhuǎn)化為N2 時(shí),1 mol N4斷裂6 mol N—N鍵,故ΔH=193×6 kJ·mol-1-941× 2 kJ·mol-1=-724 kJ·mol-1。故1 mol N4氣體轉(zhuǎn)化為N2時(shí)要放出 724 kJ能量,故B項(xiàng)錯(cuò),D項(xiàng)正確。,【變式訓(xùn)練】已知H2(g)+Br2(l)====2HBr(g) ΔH=-72 kJ·mol-1,蒸發(fā)1 mol Br2(l)需要吸收的能量為 30 kJ,其他數(shù)據(jù)如下表,則表中a為( ),A.404 B.260 C.230 D.200,【解析】選D。1 mol H2(g)與1 mol Br2(g)完全反應(yīng)生成 2 mol HBr(g)的ΔH1=-(369×2-436-a)=-(302-a)kJ·mol-1,則ΔH=ΔH2+ΔH1, 即-72 kJ·mol-1=+30 kJ·mol-1+ [-(302-a)kJ·mol-1]=30 kJ·mol-1-302 kJ·mol-1+ akJ·mol-1,則a=200。,【典例3】(2013·渭南模擬)(1)由磷灰石[主要成分Ca5(PO4)3F]在高溫下制備黃磷(P4)的熱化學(xué)方程式為: 4Ca5(PO4)3F(s)+21SiO2(s)+30C(s)==== 3P4(g)+20CaSiO3(s)+30CO(g)+SiF4(g) ΔH,已知相同條件下: 4Ca5(PO4)3F(s)+3SiO2(s)==== 6Ca3(PO4)2(s)+2CaSiO3(s)+SiF4(g) ΔH1 2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)==== P4(g)+6CaO(s)+10CO(g) ΔH2 SiO2(s)+CaO(s)====CaSiO3(s) ΔH3 則ΔH= (用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。,(2)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷電路板金屬粉末中的銅。已知: ①Cu(s)+2H+(aq)====Cu2+(aq)+H2(g) ΔH1=+64.39 kJ·mol-1 ②2H2O2(l)====2H2O(l)+O2(g) ΔH2=-196.46 kJ·mol-1 ③H2(g)+ O2(g)====H2O(l) ΔH3=-285.84 kJ·mol-1 在H2SO4溶液中,Cu與H2O2反應(yīng)生成Cu2+和H2O的熱化學(xué)方程式為 ___________________。,【解題指南】解答本題時(shí),應(yīng)注意蓋斯定律在運(yùn)用過程中的3個(gè)要點(diǎn): (1)當(dāng)反應(yīng)式乘以或除以某數(shù)時(shí),ΔH也應(yīng)乘以或除以某數(shù)。 (2)反應(yīng)式進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí),ΔH也同樣要進(jìn)行加減運(yùn)算,且要帶“+”“-”符號(hào)。 (3)當(dāng)設(shè)計(jì)的反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí),其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等,符號(hào)相反。,【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律知ΔH=ΔH1+3ΔH2+18ΔH3。 (2)由熱化學(xué)方程式①+ ×②+③得: Cu(s)+2H+(aq)+H2O2(l)====Cu2+(aq)+2H2O(l) ΔH=ΔH1+ ×ΔH2+ΔH3 =+64.39 kJ·mol-1+ ×(-196.46 kJ·mol-1)+ (-285.84 kJ·mol-1)=-319.68 kJ·mol-1。 答案:(1)ΔH1+3ΔH2+18ΔH3 (2)Cu(s)+H2O2(l)+2H+(aq)====Cu2+(aq)+2H2O(l) ΔH=-319.68 kJ·mol-1,【變式訓(xùn)練】(2014·泉州模擬)已知反應(yīng): ①H2(g)+ O2(g)====H2O(g) ΔH1 ② N2(g)+O2(g)====NO2(g) ΔH2 ③ N2(g)+ H2(g)====NH3(g) ΔH3 則反應(yīng)2NH3(g)+ O2(g)====2NO2(g)+3H2O(g)的ΔH等于( ) A.2ΔH1+2ΔH2-2ΔH3 B.ΔH1+ΔH2-ΔH3 C.3ΔH1+2ΔH2+2ΔH3 D.3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3,【解析】選D。根據(jù)目標(biāo)反應(yīng)2NH3(g)+ O2(g)====2NO2(g)+ 3H2O(g)可知,由題給三個(gè)反應(yīng)3×①+2×②-2×③即得上述反 應(yīng),故目標(biāo)反應(yīng)的ΔH=3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3。,【備選考點(diǎn)】化學(xué)反應(yīng)放出或吸收熱量大小的比較 (1)同一反應(yīng)生成物狀態(tài)不同時(shí): A(g)+B(g)====C(g) ΔH1|ΔH1|。,(2)同一反應(yīng)反應(yīng)物狀態(tài)不同時(shí): S(g)+O2(g)====SO2(g) ΔH10 S(s)+O2(g)====SO2(g) ΔH20,ΔH3+ΔH2=ΔH1,所以|ΔH1||ΔH2|。,(3)兩個(gè)有聯(lián)系的不同反應(yīng): C(s)+O2(g)====CO2(g) ΔH10 C(s)+1/2O2(g)====CO(g) ΔH20,ΔH3+ΔH2=ΔH1,所以|ΔH1||ΔH2|。,【高考警示】 (1)在比較兩個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)熱大小時(shí),可以采用作圖法把反應(yīng)物和生成物能量的相對(duì)高低表示出來,使結(jié)果一目了然,不易出錯(cuò)。 (2)要注意比較的是放出熱量的多少,還是反應(yīng)熱(ΔH)的大小,當(dāng)為放熱反應(yīng)時(shí),二者比較結(jié)果恰好相反。,【典例1】有以下四個(gè)熱化學(xué)方程式 ①H2(g)+ O2(g)====H2O(g) ΔH1=akJ·mol-1 ②2H2(g)+O2(g)====2H2O(g) ΔH2=bkJ·mol-1 ③H2(g)+ O2(g)====H2O(l) ΔH3=ckJ·mol-1 ④2H2(g)+O2(g)====2H2O(l) ΔH4=dkJ·mol-1 下列關(guān)系式中正確的是( ) A.ad0 C.2a=b0,【解析】選C。H2在O2中燃燒為放熱反應(yīng),所以a、b、c、d都小于0,B、D均不正確;比較①②兩個(gè)方程式可知,2a=bc,故A錯(cuò)。,【典例2】下列各組熱化學(xué)方程式中,化學(xué)反應(yīng)的ΔH前者大于后者的是( ) ①C(s)+O2(g)====CO2(g) ΔH1 C(s)+ O2(g)====CO(g) ΔH2 ②S(s)+O2(g)====SO2(g) ΔH3 S(g)+O2(g)====SO2(g) ΔH4 ③H2(g)+ O2(g)====H2O(l) ΔH5 2H2(g)+O2(g)====2H2O(l) ΔH6 ④CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g) ΔH7 CaO(s)+H2O(l)====Ca(OH)2(s) ΔH8 A.① B.④ C.②③④ D.①②③,【解析】選C。①中,ΔH均為負(fù)值,ΔH1ΔH4;③由于反應(yīng)式中的計(jì)量數(shù)不同,由于反應(yīng)放 熱,ΔH ΔH6;④中前一反應(yīng)ΔH0,后一反應(yīng)ΔHΔH8, 故②③④均符合題意。,