苏教版选修4 化学反应中的热效应 学案 (1).doc

第一单元化学反应中的热效应1知道化学反应一定伴随能量变化。了解反应热和焓变的概念。2了解吸热反应、放热反应的定义。3掌握热化学方程式的书写及正误判断。4掌握盖斯定律及其应用。5了解常见能源及利用。1化学反应的焓变(1)反应热：化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，所吸收或放出的热量称为化学反应的反应热。(2)焓与焓变“焓”是用于描述物质所具有的能量的物理量，常用符号h表示，单位常采用kjmol1。不同的物质所具有的能量不同，其焓也不同。“焓变”是用于描述反应热的物理量。在恒温、恒压条件下，化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变，用符号h表示，单位常采用kjmol1。焓变与焓的关系：hh(生成物)h(反应物)(3)化学反应过程中的能量变化物质发生的化学变化总是伴随着能量的变化(放出能量或吸收能量)。由下图可知，一个化学反应是吸收能量还是放出能量，取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。若反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应过程中吸收能量；若反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应过程中放出能量。化学反应过程中的能量变化(4)吸热反应与放热反应化学反应中能量的变化通常以热量等形式表现出来。反应向外界放出热量，导致反应后的生成物所具有的总能量小于反应物所具有的总能量，即h为“”，h0。反应从外界吸收热量，导致反应后的生成物所具有的总能量大于反应物所具有的总能量，即h为“”，h0。常见的放热反应与吸热反应：反应类型举例放热反应大多数化合反应caoco2=caco3酸碱中和反应hclnaoh=naclh2o活泼金属与水或酸的反应mg2hcl=mgcl2h2燃烧反应co2co2铝热反应2alfe2o3al2o32fe其他2na2o22co2=2na2co3o2吸热反应大多数分解反应caco3caoco2铵盐与碱的反应2nh4clca(oh)2cacl22nh32h2o其他ch2o(g)coh2cco22co【例11】(2011福建光泽二中月考，10)下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是()。a碳酸钙受热分解 b乙醇燃烧c铝粉与氧化铁粉末反应 d氧化钙溶于水点拨：生成物总能量高于反应物总能量，说明反应为吸热反应，a项符合。答案：a【例12】下列说法正确的是()。a需要加热才能发生的反应一定是吸热反应b放热反应在常温下一定很易发生c反应是吸热还是放热必须看反应物和生成物所具有总能量的大小d吸热反应在一定条件下也能发生点拨：反应是吸热还是放热主要取决于所有的反应物和生成物总能量的相对大小。放热反应和吸热反应在一定条件下都能发生。反应开始需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应，例如co2co2的反应为放热反应，但反应开始也需加热，需要向反应体系先提供一定的能量。答案：cd2热化学方程式(1)定义：把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变(或能量变化)同时表示出来的化学方程式。(2)意义：不仅表明物质变化，还表明化学反应中的焓变(或能量变化、热量变化)。(3)热化学方程式与普通化学方程式的区别：化学方程式热化学方程式化学计量数是整数，既表示微粒个数又表示该物质的物质的量是整数也可以是分数，只表示物质的物质的量状态不要求注明必须在分子式后注明h正负号及单位无必须注明意义表明了化学反应中的物质变化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能量变化【例2】已知氯气、溴蒸气分别跟氢气反应的热化学方程式如下(q1、q2均为正值)：h2(g)cl2(g)=2hcl(g)hq1kjmol1；h2(g)br2(g)=2hbr(g)hq2 kjmol1，有关上述反应的叙述正确的是()。aq1q2b生成物总能量均高于反应物总能量c生成1 mol hcl气体时放出q1热量d1 mol hbr(l)具有的能量高于1 mol hbr(g)具有的能量点拨：因为cl2的非金属性强于br2，所以氢气与氯气反应放出的热量多，a正确；上述反应为放热反应，生成物总能量均低于反应物总能量，b错误；由上述反应可知生成2 mol hcl时放出q1热量，c错误；气态变为液态放出能量，所以气态时能量较高，d错误。答案：a3热化学方程式的书写与普通化学方程式相比，书写热化学方程式除了要遵循书写化学方程式的一些要求外还应注意以下六点。(1)h只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边。若为放热反应，h为“”；若为吸热反应，h为“”。h的单位一般为kjmol1。(2)注意焓变h与测定条件(温度、压强等)有关。因此书写热化学方程式时应注明h的测定条件。绝大多数h是在25 、101 325 pa下测定的，可不注明温度和压强。(3)注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子或原子数。因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。(4)注意反应物和产物的聚集状态不同，焓变h不同。如：1 mol h2(g)和mol o2(g)生成液态水和水蒸气和反应焓变(如表)：反应产物焓变/kjmol125 80 h2o(l)285.8284.1h2o(g)241.8242.4因此，必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用标“”和“”。(5)注意热化学方程式是表示反应已完成的数量。由于h与反应完成物质的量有关，所以热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与h相对应，如果化学计量数加倍，则h也要加倍。当反应逆向进行时，其焓变与正反应的焓变数值相等，符号相反。例如：已知h2(g)o2(g)=h2o(l)h285.8 kjmol1，则：h2o(l)=h2(g)o2(g)h285.8 kjmol12h2(g)o2(g)=2h2o(l)h571.6 kjmol1(6)热化学方程式一般不写反应条件(如点燃、加热、高温等)。【例2】(2011福建厦门湖滨中学期中，7)下列热化学方程式书写正确的是()。a2so2o22so3h196.6 kjmol1bh2(g)o2(g)=h2o(l)h285.8 kjmol1c2h2(g)o2(g)=2h2o(l)h571.6 kjdc(s)o2(g)=co2(g)h393.5 kjmol1点拨：a项没有标明物质的状态。c项反应热的单位错误，应为kjmol1。d项反应为放热反应，h为负值。答案：b书写热化学方程式的防错诀窍热化学方程式往往是接受容易，书写难。这种“难”主要体现在写不完整，且常有如下漏写之处：(1)漏写反应物或生成物的聚集状态，关键是没有认识到反应热与物质的聚集状态有关。(2)将h的正、负混淆，关键是没有体会到“”“”分别表示吸收或放出热量后使反应本身的能量升高或降低了。(3)未注意到：化学计量数不同，其反应热的数值也不相同。如：h2(g)cl2(g)=2hcl(g)h184.6 kjmol1h2(g)cl2(g)=hcl(g)h92.3 kjmol1原因是焓变的单位是kjmol1，为每摩反应的热效应。但反应不同，含义不同，对反应来说，每摩反应指1 mol h2与1 mol cl2反应生成2 mol hcl；但对反应来说，每摩反应则指mol h2与mol cl2反应生成1 mol hcl。4化学键与化学反应中的能量变化物质发生化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。旧化学键的断裂要吸收能量，新化学键的形成要放出能量，这两部分能量一般不相等，其差就是反应热。如n2的键能为946 kjmol1，o2的键能为498 kjmol1，no的键能为632 kjmol1。如图所示，在1 mol n2(g)与1 mol o2(g)反应生成2 mol no(g)的化学反应过程中，1 mol n2分子中的化学键断裂时需要吸收946 kj的能量，1 mol o2分子中的化学键断裂时需要吸收498 kj的能量，2 mol no分子中的化学键形成时能释放(6322)kj能量。n2(g)和o2(g)反应生成no(g)过程中的能量变化n2(g)o2(g)=2no(g)的反应热为h946 kjmol1498 kjmol1632 kjmol12180 kjmol1，即1 mol n2(g)与1 mol o2(g)反应生成2 mol no(g)时，吸收180 kj的能量。【例4】氢气在氧气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，断裂1 mol h2中的化学键消耗的能量为q1 kj，断裂1 mol o2中的化学键消耗的能量为q2 kj，形成1 mol h2o中的化学键释放的能量为q3 kj，下列关系式中，正确的是()。aq1q2q3 b2q1q22q3cq1q2q3 d2q1q22q3点拨：本题考查在化学反应中断键与成键的能量关系，在反应过程中，断键总共吸收的能量为：2q1q2，而成键所放出的能量为2q3，而氢气在氧气中燃烧是放热反应，故可得正确选项为d。答案：d5反应热的测量(1)测量所用的仪器：保温杯、温度计、环形玻璃搅拌棒，由这三部分构成了简易量热器。(2)测量步骤：用量筒量取50.0 ml 0.50 moll1盐酸，倒入简易量热器中，测得温度为t1。用另一量筒量取50.0 ml 0.50 moll1氢氧化钠溶液，测得温度为t2。将量筒中氢氧化钠迅速倒入量热器中，立即盖上盖板，防止散热，用环形玻璃搅拌棒不断搅拌，从而使酸碱能完全反应，读出最高温度的读数t3。应用比热容公式qcmt(q表示反应中的热量变化，c为比热容，稀溶液的比热容可看作与水的比热容相等，溶液的密度也与水的密度相同)计算反应中的能量。重复实验程序再进行12次实验。通过多次做同一实验可以减少实验中由于偶然而引起的误差，在进行数据处理时一般取多次实验的平均值。(3)数据处理由实验中的读数可得反应中温度的变化为tt3(t1t2)/2()；反应后溶液的质量mhclvhclnaohvnaoh，从而可计算出该反应的反应热h(cmt103)/0.025。(4)误差分析在实验过程中由于我们的操作存在着失误，会使实验测得的数据出现偏差。例如在实验中我们如果使用金属棒搅拌，则会因为金属良好的导热性而使能量散失，从而使实验测得的能量偏低；再如在实验中通常使其中一种溶液略过量，实际是为了使酸碱能充分反应，而使测得的能量值更为准确，如果取的量是两者恰好完全反应的量，则可能由于我们的搅拌不均匀而有部分未反应，这样也会使得能量偏低。【例5】50 ml 0.50 moll1盐酸与50 ml 0.55 moll1naoh溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。回答下列问题：(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是_。(2)烧杯间填满碎纸条的作用是_。(3)大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(4)实验中改用60 ml 0.50 moll1盐酸跟50 ml 0.55 moll1naoh溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量_(填“相等”或“不相等”)，所求中和热_(填“相等”或“不相等”)，简述理由_。(5)用相同浓度和体积的氨水代替naoh溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会_；用50 ml 0.50 moll1naoh溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。点拨：中和反应放出的热量跟生成h2o的物质的量有关。而中和热是指强酸跟强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol h2o的反应热，与酸、碱的用量无关。答案：(1)环形玻璃搅拌棒(2)减少实验过程中的热量损失(3)偏小(4)不相等相等因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1 mol h2o所放出的能量，与酸、碱的用量无关(5)偏小偏小实验时亦可选用浓度体积都不同的酸碱溶液进行中和热的测定，但在计算时，应取二者中量小的一种，因为过量的酸碱并不参加中和反应。6盖斯定律(1)内容：山的高度与上山的途径无关化学反应的焓变只与反应体系的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与反应的途径无关。如果一个反应可分为几步进行，则各分步反应的反应焓变之和与该反应一步完成时的焓变是相同的，这就是盖斯定律。(2)特点：反应热效应只与始态、终态有关。与过程无关，就像登山至山顶，不管选哪一条路走，山的海拔总是不变的。即从途径角度理解上图。反应热总值一定。如上表示始态到终态的反应热。则hh1h2h3h4h5热化学方程式之间可以进行代数变换等数学处理例如：h2(g)o2(g)=h2o(l)可以通过两种途径来完成，如上所示。已知：h2(g)o2(g)=h2o(g)h1241.8 kjmol1(a)h2o(g)=h2o(l)h244.0 kjmol1(b)(a)式(b)式得，h2(g)o2(g)=h2o(l)h241.8 kjmol1(44.0 kjmol1)285.8 kjmol1(3)意义：因为有些反应进行得很慢，有些反应不容易直接发生，有些反应的产品不纯(有副反应发生)，这给测定反应热造成了困难。此时如果应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反应热计算出来。(4)根据盖斯定律计算化学反应的焓变。单个热化学方程式的变形热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项同时改变正、负号；各项的化学计量数包括h的数值均可以同时扩大或缩小相同的倍数。例如：已知h2(g)o2(g)=h2o(g)h1241.8 kjmol1则2h2(g)o2(g)=2h2o(g)h2483.6 kjmol1h2o(g)=h2(g)o2(g) h3241.8 kjmol1两个或两个以上的热化学方程式的合并利用盖斯定律，可将这些热化学方程式包括其h的数值相加或相减，得到一个新的热化学方程式。例如：已知：p4(白磷，s)5o2(g)=p4o10(s)h12 983.21 kjmol1p(红磷，s)o2(g)=p4o10(s)h2738.5 kjmol1则p4(白磷，s)=4p(红磷，s)hh14h229.21 kjmol1【例6】运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义。已知：o2(g)=o(g)eh11 175.7 kjmol1ptf6(g)e=ptf(g)h2771.1 kjmol1optf(s)=o(g)ptf(g)h3482.2 kjmol1则反应o2(g)ptf6(g)=optf(s)的h_ kjmol1。解析：根据盖斯定律由反应得到o2(g)ptf6(g)=optf(s)hh1h2h31 175.7 kjmol1771.1 kjmol1482.2 kjmol177.6 kjmol1答案：77.6解答此类题型的一般思路为：7能源的充分利用(1)能源能源是可以提供能量的自然资源，包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐等。(2)化石燃料煤、石油、天然气、可燃冰等燃料，它们都是由动植物遗体埋在地下，并在地壳中经过漫长的时间，发生一系列非常复杂的变化而形成的，人们称其为化石燃料。化石燃料的蕴藏量有限，而且不可再生，最终将会枯竭。(3)标准燃烧热在101 kpa下，1 mol物质完全燃烧生成稳定的物质时所放出的热量，叫做该物质的标准燃烧热。(1)标准燃烧热属于反应热，单位是kjmol1或jmol1。(2)物质完全燃烧是指其含有的氮、碳、氢、硫元素分别转化为n2(g)、co2(g)、h2o(l)、so2(g)等。(4)热值1 g燃料的燃烧热叫做该燃料的热值。(1)与热值相对应的物质的燃烧，也是完全燃烧并且生成稳定的物质。(2)燃烧热和热值都是用来衡量燃料燃烧放出热量大小的物理量。【例7】下列说法或表示正确的是()。a等物质的量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出的热量多b由单质a转化为单质b，h119 kjmol1，可知单质b比单质a稳定c稀溶液中：hoh=h2oh57.3 kjmol1，若将含0.5 mol h2so4的浓硫酸与含1 mol naoh的溶液混合，放出的热量大于57.3 kjd在25 、101 kpa时，2 g h2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kj的热量，则h2燃烧热的热化学方程式表示为：2h2(g)o2(g)=2h2o(l)h571.6 kjmol1点拨：硫蒸气变成同条件下的硫固体要放出能量，故硫蒸气完全燃烧放热多，即a不正确。b项中由单质a转化为单质b，h119kjmol1知a的能量比b低，故单质a比b稳定，b选项不正确。d中表示燃烧热的热化学方程式中h2的物质的量应为1mol，故d也不正确。只有c中由于浓硫酸溶于水要放热，故将含0.5mol h2so4的浓硫酸与含1mol naoh的溶液混合，放出的热量大于57.3 kj，故c正确。答案：c8放热反应与吸热反应的比较(1)一个化学反应是吸收能量还是放出能量，决定因素在于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。(2)吸热反应和放热反应与反应条件无关。【例81】下列说法正确的是()。需要加热才能发生的反应一定是吸热反应；放热的反应在常温下一定很容易发生；一个化学反应是放热反应还是吸热反应，必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小；吸热反应在一定条件下也能发生。abcd点拨：放热反应也需要达到一定的条件才能发生，如碳在氧气中燃烧必须要加热才能进行，所以需加热才反应的不一定就是吸热反应，放热反应也不一定在常温下就一定容易发生；根据能量守恒定律，反应过程中能量是守恒的，在物质转化过程中，也伴随能量变化，如果物质的能量降低，则需向外放出能量；如果物质的能量升高，则需从环境吸收能量。答案：d【例82】下列说法正确的是()。a焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化b当反应放热时h0，反应吸热时h0c在加热条件下发生的反应均为吸热反应d一个化学反应中，当反应物能量大于生成物能量时，反应放热，h为“”点拨：焓变与参加反应的物质、反应温度及压强有关，反应物量越多则焓变值越大。反应是吸热还是放热，取决于反应物与生成物所具有的总能量的相对大小，而与反应条件是否加热无关系。所以a、c均不正确。在反应中物质所具有的总能量减少，反应就放热，反之就吸热，d正确。b显然是错误的。答案：d【例83】(2011福建师大附中，1)下列反应的能量变化与其他三项不相同的是()。a铝粉与氧化铁的反应b氯化铵与消石灰的反应c锌片与稀硫酸反应d钠与冷水反应点拨：a、c、d都是放热反应，只有b是吸热反应。答案：b9化学键的断裂、形成与反应热的关系化学反应的实质是旧化学键的断裂，新化学键的形成。由于在化学反应中旧化学键的断裂需要吸收能量(拆开1 mol共价键所吸收的热量叫做该共价键的键能)，新化学键的形成需要放出能量(形成1 mol共价键所放出的热量也叫做该共价键的键能)，两者的能量之差就决定了反应是需要吸收热量还是放出热量。吸收能量e1反应物生成物放出能量e2e1e2反应吸收能量h0e1e2反应放出能量h0由键能求反应热的公式：h反应物的键能总和生成物的键能总和。例如：1 mol h2和1 mol cl2反应生成2 mol hcl的能量转化关系如图所示：由图看出，h2(g)cl2(g)=2hcl(g)的反应热，数值上应等于反应物分子断裂化学键所吸收的总能量(436 kjmol1243 kjmol1)与生成物分子形成化学键所放出的总能量(2431 kjmol1)的差，即436 kjmol1243 kjmol12431 kjmol1183 kjmol1。【例91】已知h2(g)br2(l)=2hbr(g)h72 kjmol1，蒸发1 mol br2(l)需要吸收的能量为30 kj，其他相关数据如下表：物质h2(g)br2(g)hbr(g)1 mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kj436a369则表中a为()。a404b260c230d200点拨：因为蒸发1 mol br2(l)需要吸收30 kj能量，则对应能量过程为br2(l)=br2(g)h30 kjmol1，再结合已知热化学方程式可知：h2(g)br2(g)=2hbr(g)h(7230)kjmol1102 kjmol1。根据h与键能的关系有：102 kjmol1436 kjmol1a kjmol12369 kjmol1，解得a200。答案：d【例92】已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kj，且氧气中1 mol o=o键完全断裂时吸收热量496kj，水蒸气中1molho键形成时放出热量463kj，则氢气中1 mol hh键断裂时吸收热量为()。a920 kj b557 kj c436 kj d188 kj点拨：本题考查了反应热(焓变的计算方法)。2h2(g)o2(g)=2h2o(g)h2 mol h0.5 mol 121 kjh484 kjmol1设1 mol hh键断裂吸收的热量为q，则2q496 kj4463 kj484 kjmol1，故q436 kj。答案：c10热化学方程式的正误判断关于热化学方程式的正误判断要从以下几方面予以考虑：(1)化学上规定，放热反应的h为“”，吸热反应的h为“”，单位是kjmol1，当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热的数值相同，但符号相反。(2)热化学反应方程式中各物质化学式前的化学计量数只表示物质的物质的量，而不表示微粒的个数，故可用整数或分数表示计量数。(3)必须注明每种反应物和生成物的聚集状态，同一化学反应，聚集状态不同，反应热数值也不同。(4)同一反应在不同的温度或压强下进行时，所产生的热效应一般不同，因此书写热化学反应方程式时，要注明反应热的条件，当在25 、101 kpa时，一般不注明温度和压强。(5)反应热的大小与反应物的物质的量有关，当同一反应化学计量数不同时，反应热的数值也随之变化。【例101】已知在25 ，101 kpa下，1 g c8h18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40 kj热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是()。ac8h18 (l)25/2o2(g)=8co2(g)9h2o(g)h48.40 kjmol1bc8h18 (l)25/2o2(g)=8co2(g)9h2o(l)h5 518 kjmol1cc8h18 (l)25/2o2(g)=8co2(g)9h2o(l)h5 518 kjmol1dc8h18 (l)25/2o2(g)=8co2(g)9h2o(l)h48.40 kjmol1点拨：在25，101kpa下，1molc8h18燃烧生成co2和液态水时放出的热量为： 48.40114 kj5 518 kj，判断热化学方程式时应注意以下几点：标明各物质的状态，a中h2o的状态标错，a不正确；标明反应是吸热还是放热，h0为吸热反应，h0为放热反应，c错；热量值要与化学计量数相对应，显然d错。答案：b【例102】下列热化学方程式正确的是()。a甲烷的标准燃烧热为890.3kjmol1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为：ch4(g)2o2(g)=co2(g)2h2o(g)h890.3 kjmol1b500、30mpa下，将0.5mol n2和1.5molh2置于密闭的容器中充分反应生成nh3(g)，放热19.3kj，其热化学方程式为：n2(g)3h2(g)2nh3(g)h38.6 kjmol1cs(s)o2(g)=so2(g)h269.8kjmol1d2no2=o22noh116.2 kjmol1点拨：标准燃烧热是指101kpa时1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，液态水稳定，a错误；h表示1mol氮气与3 mol氢气完全反应生成2molnh3时的反应热，但此反应为可逆反应，故投入0.5 mol的氮气和1.5 m