2013年高考化学一轮复习(人教版)课件第三单元 第14讲.ppt

第14讲 化学反应与能量 考纲定位 1 了解化学反应中能量转化的原因 能说出常见的能量转化形式 2 了解化学能与热能的相互转化 了解吸热反应 放热反应 反应热等概念 3 了解热化学方程式的含义 能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算 4 了解能源是人类生存和社会发展的重要基础 了解化学在解决能源危机中的重要作用 一 反应热 1 焓变 热效应 H kJ mol 1 定义 在恒压条件下进行的反应的 符号 单位 规定 放热反应的 H取 吸热反应的 H取 2 化学反应产生能量变化的主要原因在于反应物的总能量和生成物的总能量不尽相同 在破坏化学键和形成化学键的过程中能量变化不相等 使得化学反应总是伴随着能量变化 2 放热反应与吸热反应 大于 小于 1 定义 当反应物总能量 生成物总能量时 为放热反应 当反应物总能量 生成物总能量时 为吸热反应 2 如图3 14 1所示的能量变化与反应过程的关系 图3 14 1 当E1 E2时 反应 H 0 当E1 E2时 反应 H 0 3 热化学方程式 物质的量 反应热 1 定义 表示参加反应 和 的关系的 化学方程式 吸热 放热 2 意义 表明了变化过程中的 而且也表明了 该过程的 如2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 1 表示在25 101kPa条件下 3 书写步骤 写热化学方程式一般要先写出反应过程 注明各物质的状态 再计算反应热 写出热化学方程式 物质变化 能量变化 2molH2 g 和 1molO2 g 完全反应生成2molH2O l 时释放571 6kJ的能量 二 燃烧热与中和热 1 燃烧热 1mol 完全 稳定 1 定义 在25 101kPa时 纯物质 燃烧kPa条件下 用热化学方程式表示为 1molH2完全燃烧生成H2O l 时放出的热量为 285 8kJ mol 1 2 中和热 酸跟碱发生中和反应生成1molH2O 定义 在稀溶液中 时放出的热叫中和热 三 能源 四 盖斯定律 1 定义 反应体系的始态和终态 途径 不管化学反应是一步完成或分几步完成 其反应热是相同的 反应热只和 有关 而与 无关 2 举例如图3 14 2 始态为S 终态为L 中间过程为R 图3 14 2 则有 H H1 H2 考点1 放热反应与吸热反应 续表 续表 1 常见的放热反应 燃烧反应 中和反应 大多数化合反应 活泼金属与强酸的反应 铝热反应 钠与水的反应等 2 常见的吸热反应 水解反应 大多数分解反应 一些需持续加热才能发生的反应 碳与二氧化碳的反应 氢氧化钡晶体与氯化铵的反应等 例1 2011年重庆高考 SF6是一种优良的绝缘气体 分子结构中只存在S F键 已知 1molS s 转化为气态硫原子吸收能量280kJ 断裂1molF F S F键需吸收的能量分别为 160kJ 330kJ 则S s 3F2 g SF6 g 的反应热 H为 A 1780kJ molB 1220kJ molC 450kJ molD 430kJ mol 思路指导 本题考查反应热与化学键的关系 在化学反应中断键需要吸热 而形成新的化学键需要放热 反应热取决于反应物分子化学键断裂时吸收的总能量与生成物分子化学键形成时放出的总能量相对大小 解析 由题意的1molS s 和3molF2 g 形成S原子和F原子共需要吸收能量是280kJ 3 160kJ 760kJ 而生成1molSF6 g 时需形成6molS F键 共放出6 330kJ 1980kJ 因此该反应共放出的热量为1980kJ 760kJ 1220kJ 所以该反应的反应热 H 1220kJ mol 选项B正确 答案 B 变式训练 1 下表中是一些化学键键能的数据 根据上述数据回答下列问题 1 下列物质本身具有的能量最低的是在 A H2C Br2 B Cl2D I2 2 X2 H2 2HX X代表卤素原子 的反应是 填 吸热 或 放热 反应 3 相同条件下 等物质的量的Cl2 Br2 I2分别与足量的氢 气反应 放出或吸收的热量最多的是 解析 化学键的键能越大 化学键断裂时需要吸收的能量越多 物质越稳定 根据 H 反应物的总键能 生成物的总键能 可得出第 2 和 3 问的结论 答案 1 A 2 放热 3 Cl2 考点2 热化学方程式的书写及正误判断 1 书写热化学方程式的注意事项 1 H只能写在标有反应物和生成物聚集状态的化学方程式的右边 若为放热反应 H0 H的单位一般为kJ mol 2 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 并不表示物质的个数 因此化学计量数可以是整数 也可以是分数 且必须与 H相对应 如果化学计量数加倍 则 H也要加倍 3 反应物和产物的聚集状态不同 反应热数值以及符号都可能不同 因此 必须注明物质的聚集状态 s l g 才能完整地体现热化学方程式的意义 热化学方程式中不用标 和反应条件 4 当反应向逆向进行时 其反应热与正反应的反应热数值 相等 符号相反 5 用中文表示焓变时数值没有正负号 而用符号表示焓变 285 8kJ mol 2 热化学方程式书写正误的判断方法 1 检查是否标明物质的聚集状态 2 检查 H的 是否与吸热 放热一致 3 检查 H的数值是否与反应物或生成物的物质的量相对 应 成比例 3 热化学方程式和化学方程式的区别 例2 2011年广东华师附中测试 下列有关热化学方程式 的叙述正确的是 H 0 则金刚石 A 已知 C 石墨 s C 金刚石 s 比石墨稳定 B 已知 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 则氢气的燃烧热为285 8kJ molC 含20 0gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和 放出28 7kJ的热量 则该条件下稀醋酸和稀NaOH溶液反应的热化学方程式为 NaOH aq CH3COOH aq CH3COONa aq H2O l H 57 3kJ mol H1 2C s D 已知 2C s 2O2 g 2CO2 g O2 g 2CO g H2 则 H1 H2 解析 从 H 0可知石墨能量比金刚石低 石墨较稳定 A错 C项中稀醋酸是弱酸 弱酸或弱碱电离要吸收热量 所以它们参加中和反应时的中和热小于57 3kJ mol C错 D项中两反应都是放热反应 等量的C燃烧生成CO2放出的热量比生成CO放出的热量多 由于放热 H 0 故 H1 H2 D错 答案 B 变式训练 2 已知在25 101kPa下 1g辛烷C8H18完全燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48 40kJ热量 表示上述反应的热化学 方程式正确的是 解析 1molC8H18完全燃烧放出热量48 40kJ g 114g 5518kJ 2molC8H18完全燃烧放热为11036kJ 但是一定要注意符号是 还是 答案 B 考点3 燃烧热中和热 1 燃烧热理解燃烧热时应注意的问题 1 纯物质 特指纯净物 可燃的混合物不存在所谓燃烧热 稳定的氧化物 特指在25 101kPa时所有可能产生的燃烧产物中最稳定的 不能再燃烧的那一种 2 单位 虽是燃烧 热 但由于限定是1mol纯物质完全燃烧产生的 因此单位为kJ mol 3 燃烧都是放热反应 所以燃烧热 H 0 4 书写表示某物质燃烧热的热化学方程式时 要使该反应物的化学计量数为1 其余反应物和生成物的化学计量数则相应配平 5 常见元素完全燃烧生成稳定的氧化物 C CO2 g H H2O l S SO2 g 2 中和热 理解中和热时要注意的问题 c OH 1mol L 因为浓酸 浓碱溶液稀释时会放出热量 2 弱酸或弱碱电离要吸收热量 所以它们参加中和反应时 的中和热小于57 3kJ mol 3 溶液的聚集状态用 aq 表示 生成产物H2O必须是1 mol 4 常温时 中和热 H 57 3kJ mol 例3 下列说法正确的是 A 1mol硫酸与1molBa OH 2完全中和所放出的热量为中和热B 25 101kPa时 1molS和2molS的燃烧热相等C CO是不稳定的氧化物 它能继续和氧气反应生成稳定的CO2 所以CO的燃烧反应一定是吸热反应D 101kPa时 1mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热思路指导 本题考查中和热和燃烧热的准确理解 注意两个概念对反应物或生成物的物质的量的要求 温度 压强对反应热有一定影响 物质的聚集状态不同 反应热也不同 解析 中和热是在稀溶液里强酸与强碱发生中和反应生成1mol水时所释放出的热量 而1molH SO4和1molBa OH 2完全中和时生成2molH2O A错误 燃烧热指在25 101kPa时 1mol该物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量 与实际燃烧的硫的物质的量无关 B正确 C不完全燃烧产生的CO是一种良好的气体燃料 其燃烧反应一定是放热反应 C错误 燃烧热是温度和压强的函数 因为不同温度下测得的反应热是不同的 故未指明温度谈燃烧热无意义 且若碳不完全燃烧所放出的热量也不能称为燃烧热 D错误 答案 B 变式训练 3 下列关于热化学反应的描述中正确的是 A HCl和NaOH反应的中和热 H 57 3kJ mol 则H2SO4和Ca OH 2反应的中和热 H 2 57 3 kJ molB CO g 的燃烧热是283 0kJ mol 则2CO2 g 2CO g O2 g 反应的 H 2 283 0kJ molC 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应D 1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热 解析 中和热是指在一定条件下强酸与强碱的稀溶液反应生成1molH2O所放出的热量 与酸和碱的元数无关 加热是化学反应的条件 与反应是否放热和吸热无关 燃烧热是指1mol的物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量 这里的稳定的氧化物包含两层意思 一是化合物稳定 如C燃烧可生成CO和CO2 其中CO2比CO稳定 二是化合物的状态稳定 如气态的水就不如液态的水稳定 答案 B 考点4 盖斯定律 1 定义 化学反应的反应热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 即如果一个反应可以分步进行 则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的 即 2 应用 计算反应热 书写热化学方程式 1 利用关系图找出反应热之间的关系 找起点和终点 起点是A 终点是C 找途径 一个是A B C 一个是A C 列式 H3 H1 H2 2 利用方程组找出反应热之间的关系 找出中间产物 中间产物是B 利用方程组消去中间产物 反应c 反应a 反应b 列式 H3 H1 H2 A 519 4kJ mol B 259 7kJ mol 1 则反应Zn s HgO s ZnO s Hg l 的 H为 1 C 259 7kJ mol 1 D 519 4kJ mol 1 思路指导 考查盖斯定律 用盖斯定律解题时首先要将已知的反应合并成所求的反应式 其相应的反应热要同样合并 注意系数扩大或缩小一定倍数时反应热也要相应变化 答案 C 变式训练 4 根据下列热化学方程式 1 C s O2 g CO2 g H1 393 5kJ mol 3 CH3COOH l 2O2 g 2CO2 g 2H2O l H3 870 3kJ mol可以计算出2C s 2H2 g O2 g CH3COOH l 的反应热 为 A H 244 1kJ molB H 488 3kJ molC H 996 6kJ molD H 996 6kJ mol 解析 利用盖斯定律将已知的热化学方程式进行运算 1 2 2 2 3 可得到所求的热化学方程式 即反应热为 393 5 2 285 8 2 870 3 488 3kJ mol 答案 B 利用热化学方程式 盖斯定律和燃烧热的数据 可以计算一些反应的反应热 在计算反应热时 要特别注意以下问题 1 注意热化学方程式中化学计量数必须与 H相对应 如果化学计量数加倍 则 H也要加倍 例如 反应热计算的方法小结 1 根据计量系数与 H的关系进行计算 根据热化学方程式中各物质的计量系数与 H成正比的关系 可求得一定量的物质完全反应时吸收或放出热量的数值 2 根据物质的能量变化计算 H 生成物的总能量 反应 物的总能量 根据化学键的键能计算 H 反应物的键能总和 生成物 键能总和 3 根据盖斯定律计算 根据盖斯定律 利用已知的热化学方程式 推断出新的热化 学方程式 从而计算出其反应热 探究实验 中和热的测定 考向分析 中和热实验的测定是高中阶段比较重要的一个定量实验 无论从能量的角度 还是从实验的角度 中和热实验的测定都将会是今后高考考查的热点 1 实验原理 在稀溶液中 酸和碱发生中和反应生成1mol水 这时的反 应热叫中和热 2 实验用品 大烧杯 500mL 小烧杯 100mL 温度计 2个量筒 50mL 泡沫塑料或纸条 泡沫塑料板或硬纸板 中心有两个小孔 环形玻璃搅拌棒 0 50mol L 1盐酸 0 55mol L 1NaOH溶液 3 实验步骤 1 在大烧杯底部垫泡沫塑料 或纸条 使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平 然后再在大 小烧杯之间填满碎泡沫塑料 或纸条 大烧杯上用泡沫塑料板 或硬纸板 作盖板 在板中间开两个小孔 正好使温度计和玻璃搅拌棒通过 以达到保温 隔热 减少实验过程中热量损失的目的 如图3 14 3所示 该实验也可在保温杯中进 行 图3 14 3 2 用一个量筒量取50mL0 50mol L盐酸 倒入小烧杯中 并用温度计测量盐酸的温度 记入下表 然后把温度计上的酸用水冲洗干净 3 用另一个量筒量取50mL0 55mol LNaOH溶液 并用温 度计测量NaOH溶液的温度 记入下表 4 把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中 并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯 注意不要洒到外面 用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液 并准确读出混合溶液的最高温度 作为终止温度 记入下表 5 重复实验2 3次 取测量所得数据的平均值作为计算依 据 如下表 6 根据实验数据计算中和热 为了使计算简便一些 我们近似地认为 0 50mol L盐酸和0 55mol LNaOH溶液的密度都是 mol LNaOH溶液的质量m2 50g 计算出 50mL0 50mol L盐酸与50mL0 55mol LNaOH溶液发生中和反应时放出的热量为 m1 m2 c t2 t1 0 418 t2 t1 kJ 又因50mL0 50mol L盐酸中含有0 025mol的HCl 0 025mol的HCl与0 025molNaOH发生中和反应 生成0 025molH2O 放出的热量是0 418 t2 t1 kJ 所以生成1molH2O时放出的热量即中和热为 4 误差来源 1 为了减少热量损失 盖板尽可能使用隔热效果好的泡沫 塑料板 或硬纸板 并与大烧杯内的小烧杯接触 2 实验中如果用弱酸代替强酸 或弱碱代替强碱 因中和过程中弱酸或弱碱电离要吸热 会使中和热的数值偏低 3 若盐酸在反应中挥发 则实际反应的HCl偏少 导致测得的 t2 t1 偏小 最后测得的中和热偏小 为保证50mL0 50mol L盐酸完全被氢氧化钠中和 采用50mL0 55mol L氢氧化钠溶液 使碱稍微过量 思考 典例 实验室用50mL0 50mol L 1盐酸 50mL0 55mol L 1NaOH溶液和如图3 14 4所示装置进行测定中和热的实验 得到表中的数据 图3 14 4 试完成下列问题 1 实验时用环形玻璃棒搅拌溶液的方法是 不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是 3 若将NaOH溶液改为相同体积 相同浓度的氨水 测得中和热为 H1 则 H1与 H的关系为 H1 H 填 或 理由是 考查要点 本题主要考查中和热的测定实验 思路指导 不用铜丝搅拌棒应从铜丝是热的良导体考虑 计算 H用公式 Q cm t 2 56 8kJ mol 1 解析 1 对于本实验 使氢氧化钠和盐酸尽可能地完全反应是减小误差的一个方面 所以实验时用环形玻璃棒上下搅动 以防将温度计损坏 做好保温工作是减小误差的另一个重要方面 所以选用玻璃棒 而不用铜丝 mol 56 8kJ mol 1 3 因弱电解质的电离过程是吸热的 将NaOH溶液改为相同体积 相同浓度的氨水反应后放出的热量少 所以 H1 H Cu传热快 防止热量损失 答案 1 上下搅动 3 NH3 H2O电离吸热 突破训练 1 实验室用50mL1 0mol L 1 盐酸跟50mL1 1mol L 1 氢 氧化钠溶液在图3 14 5装置中进行中和反应 并通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和热 试回答下列问题 图3 14 5 1 大小烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是 2 填 能 或 不能 将环形玻璃搅拌棒改为环 形金属 如铜 棒 其原因是 3 大烧杯上如不盖硬纸板 对求得中和热数值的影响是 填 偏高 偏低 或 无影响 氧化钠溶液进行反应 则与上述实验相比 所放热量 填 增加 减少 或 不变 理由是 所求中和热数值 填 增加 减少 或 不变 理由是 答案 1 减少实验过程中的热量损失 2 不能 3 偏低 4 增加 金属易导热后者生成0 055mol的H2O 而前者只能生成0 050 mol的H2O 不变 中和热 是指酸跟碱发生中和反应生成 1molH2O时所放出的热量 与酸 碱的用量无关 1 2011年上海高考 根据碘与氢气反应的热化学方程式 下列判断正确的是 A 254gI2 g 中通入2gH2 g 反应放热9 48kJB 1mol固态碘与1mol气态碘所含的能量相差17 00kJC 反应 i 的产物比反应 ii 的产物稳定D 反应 ii 的反应物总能量比反应 i 的反应物总能量低 解析 反应是可逆反应 反应物不能完全转化 利用盖斯定律可得出1mol固态碘与1mol气态碘所含的能量相差35 96kJ 同一种物质的能量在相同条件下一样多 同样利用盖斯定律可得出选项D正确 答案 D 2 2010年广东高考 在298K 100kPa时 已知 2H2O g O2 g 2H2 g H1 Cl2 g H2 g 2HCl g H22Cl2 g 2H2O g 4HCl g O2 g H3 则 H3与 H1和 H2间的关系正确的是 A H3 H1 2 H2B H3 H1 H2C H3 H1 2 H2D H3 H1 H2 解析 第三个方程式可由第二个方程式乘以2与第一个方程 式相加得到 由盖斯定律可知 H3 H1 2 H2 答案 A 3 2010年浙江高考 下列热化学方程式或离子方程式中 正确的是 B 500 30MPa下 将0 5molN2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 解析 本题考查热化学方程式与离子方程式的书写 A项 标准燃烧热的定义 1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量 标准指298K 1atm 水液态稳定 方程式系数就是物质的量 错误 B项 根据热化学方程式的含义 与N2 g 3H2 g 2NH3 g 对应的热量是1mol氮气完全反 应时的热量 但此反应为可逆反应 故投入0 5mol的氮气 最终参加反应的氮气一定小于0 5mol 所以 H的值小于 38 6 答案 D 4 已知 2CO g O2 g 2CO2 g Na2O2 s CO2 g Na2CO3 s 1 2O2 g H 566kJ mol H 226kJ mol 根据以上热化学方程式判断 下列说法正确的是 图3 14 6 A CO的燃烧热为283kJB 图3 14 6可表示由CO生成CO2的反应过程和能量关系 C 2Na2O2 s 2CO2 s 2Na2CO3 s O2 g H 452 kJ molD CO g 与Na2O2 s 反应放出509kJ热量时 电子转移数为6 02 1023 解析 燃烧热的单位出错 应为kJ mol A错 B项 图中各物质的量标明错误 应标