化学反应与能量变化能量计算.ppt

今朝鼓干劲六月荷香飘 08届高考化学第一轮复习 第八章 化学反应与能量 黄佩藩 07考纲 要求5 化学反应与能量 2 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 3 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 4 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 5 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 6 了解原电池和电解池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 了解常见化学电源的种类及其工作原理 7 理解金属发生电化学腐蚀的原因 金属腐蚀的危害 防止金属腐蚀的措施 一 焓变反应热 二 热化学方程式 三 燃烧热与中和热 四 盖斯定律 五 反应热的计算 六 能源概述 1 定义 化学反应过程中所释放或吸收的能量 都可以热量 或换算成相应的热量 来表述 叫做反应热 又称为 焓变 2 符号 H 3 单位 kJ mol 4 规定 1 反应体系的能量降低 即放热反应 则 H为 2 反应体系的能量升高 即吸热反应 则 H为 即 当 H为 H 0 时 为放热反应 当 H为 H 0 时 为吸热反应 通过此图大家还能发现这反应热 H有什么规律 化学反应中的能量变化 我们可以发现 其实 H E 生成物的总能量 E 反应物的总能量 H E 反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量 E 生成物分子化学键形成时所释放的总能量 注意问题 P146常见的放热反应 吸热反应反应条件与能量变化 例1 1molC与1molH2O g 反应失成lmolCO g 和1molH2 g 需要吸收131 5kJ的热量 该反应的反应热为 H kJ mol 例2 拆开lmolH H键 lmolN H键 lmolN N键分别需要的能量是436kJ 391kJ 946kJ 则1molN2生成NH3的反应热为 1molH2生成NH3的反应热为 131 5 92KJ mol 30 6KJ mol 练习 二 热化学方程式 什么是热化学方程式 表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式 叫做热化学方程式 请看以下两个例子 再思考 问题 意义 热化学方程式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 通过以上两个例子 说明一下热化学方程式与一般的化学方程式的书写有什么不同 1 书写热化学方程式要注明反应的温度和压强 为什么 而常温 常压可以不注明 即不注明则是常温 常压 2 标出了反应物与生成物的状态 固体一s 液体一l 气体一g 为什么要标出 3 写出了反应热 还注明了 4 方程式中的计量系数可以是整数也可以是分数 问题 反应物和生成物前的系数它代表了什么 在方程式中 H它表示了什么意义 H的值与计量数什么有关系 热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数 表示对应物质的物质的量 H kJ mol 它表示每摩尔反应所放出的热量 H它的值与方程式中的计量系数有关 即对于相同的反应 当化学计量数不同时 其 H不同 化学计量数加倍时 其 H也加倍 例题 1 当1mol气态H2与1mol气态Cl2反应生成2mol气态HCl 放出184 6KJ的热量 请写出该反应的热化学方程式 H2 g Cl2 g 2HCl g H 184 6KJ mol 而这些书写也是对的 对 错 错 错 错 练习 已知1molH2完全燃烧生成液态水时放出285 8kJ热量 下列的化学方程式书写正确的是A 2SO2 O2 2SO3 H 196 6kJ molB H2 g O2 g H2O l H 241 8kJ molC H2 g O2 g H2O l H 285 8kJ molD 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ molE C s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 写出下列反应的热化学方程式 课堂练习 1 1molN2 g 与适量O2 g 反应生成NO g 需吸收68kJ的热量 2 2molCu s 与适量O2 g 反应生成CuO s 放出314kJ热量 N2 g O2 g 2NO g H 68kJ mol 2Cu s O2 g 2CuO s H 314kJ mol 3 1g硫粉在氧气中充分燃烧放出9 36kJ热量 写出硫燃烧的热化学方程式 4 4gCO在氧气中燃烧生成CO2 放出9 6kJ热量 写出CO燃烧的热化学方程式 S s O2 g SO2 g H 299 52kJ mol CO g 1 2O2 g CO2 g H 67 2kJ mol 5 已知 1 H2 g 1 2O2 g H2O g H1 akJ mol 2 2H2 g O2 g 2H2O g H2 bkJ mol 3 H2 g 1 2O2 g H2O l H3 ckJ mol 4 2H2 g O2 g 2H2O l H4 dkJ mol则a b c d的关系正确的是 A ad 0C 2a b0 C 6 在一定条件下 氢气和甲烷燃烧的化学方程式为 2H2 g O2 g 2H2O l H 572kJ molCH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890kJ mol由1mol氢气和2mol甲烷组成的混合气体在上述条件下完全燃烧时放出的热量为多少 2066kJ 7 在一定条件下 氢气和丙烷燃烧的化学方程式为 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ molC3H8 g 5O2 g 3CO2 g 4H2O l H 2220kJ mol5mol氢气和丙烷的混合气完全燃烧时放热3847kJ 则氢气和甲烷的体积比为 A 1 3 B 3 1 C 1 4 D 1 1 解 设H2 C3H8的物质的量分别为x y 答 氢气和丙烷的体积比为3 1估算法 十字交叉法 x y 5 571 6 2 x 2220y 3847 V H2 V C3H8 n H2 n C3H8 3 75 1 25 3 1 x 3 75mol y 1 25mol 1 各种物质都储存有化学能 不同的物质因组成不同 结构不同 所包含的化学能也不同 2 化学反应中是吸收能量还是放出能量 决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小 3 化学反应中能量变化的主要原因是 化学键的断裂和形成 断开反应物中的化学键要吸收能量 形成生成物中的化学键要放出能量 4 化学反应中能量变化 主要表现为热量的变化 也可以转化为电能 光能 声能等 小结 化学反应中能量变化与化学键的关系 思考 1molS在空气中完全燃烧与在纯氧气中完全燃烧 哪种情况下放热更多 为什么 是不是违背能量守恒定律 5 大多数分解反应Ba OH 2 8H2O NH4ClCO2 C 2CO高温C H2O CO H2大多数化合反应放热反应燃烧中和反应活泼金属与水或酸的反应 高温 6 能量守恒定律质量守恒定律 吸热反应 化学反应 能量守恒定律 能量能够由一种形式转变成另外一种形式 或者由一个物体转移到另外一个物体上 但是在这个转变或者转移的过程中 能量的总量不变 反应过程中总能量变化 反应物总能量 断键吸收能量 生成物总能量 成键放出能量 反应物总键能 反应过程中总能量变化 生成物总键能 反应吸热反应放热 物质稳定性与反应能量变化关系 反应物 生成物 吸收能量 反应物总能量小 稳定 生成物总能量大 不稳定 吸热反应 三燃烧热与中和热 前面我们学习了反应热 反应热可分为许多种 本节课我们重点对燃烧热和能源进行初步的研究 一 燃烧热 1 定义 在25OC 101kPa时 lmol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量 思考 燃烧放出的热量与燃烧热有什么不同 答 燃烧放出的热量与物质的多少有关 燃烧的物质越多 放出的热量就越多 而燃烧热规定是1mol的可燃物 研究燃烧放出的热量并未限定燃烧产物的形态 而研究燃烧热必须是生成稳定的氧化物 所以 不同量的同一物质完全燃烧 放出的热量可能不同 但燃烧热相等 2 注意 研究条件 25 101kPa 反应程度 完全燃烧 产物是稳定的氧化物 燃烧物的物质的量 1mol 研究内容 放出的热量 H 0 单位kJ mol 在未有特别说明的情况下 外界压强一般指25 101kPa 所谓完全燃烧也是完全氧化 它是指物质中的下列元素完全转变成对应的稳定物如 C CO2 g H H2O l S SO2 g H2S SO2 g 4 有关燃烧热的计算 例1 10g硫磺在氧气中完全燃烧生成气态SO2 放出的热量能使500gH2O温度由18 升至62 4 则硫磺的燃烧热为 热化学方程式为 已知每克水温度每升高1 所需热量为4 18J 297kJ mol 1 S s O2 g SO2 g H 297kJ mol 1 3 研究物质燃烧热的意义了解化学反应完成时产生热量的多少 以便更好地控制反应条件 充分利用能源 例2 0 3mol的气态高能燃料乙硼烷 B2H6 在氧气中燃烧 生成固态B2O3和液态水 放出649 5kJ热量 其热化学方程式为已知 H2O l H2O g H 44kJ mol 则11 2L 标准状况 乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出热量是kJ B2H6 g 3O2 g B2O3 s H2O l H 2165kJ mol 1 1016 5 练习 下列式子能表示相应物质的燃烧热的是A CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O g H 890 31kJ molB 2C s O2 g 2CO g H 224 0kJ molC C s O2 g CO2 g H 395 0kJ molD C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H 1366 8kJ mol CD 二 中和热 1 定义 在稀溶液中 酸跟碱发生中和反应 生成1mol水时的反应热 强酸和强碱反应 实质都是H OH H2O 中和热都为57 3kJ mol的热量 中学阶段我们只讨论强酸和强碱反应的中和热 2 注意 条件 稀溶液 一般是指浓度均 1mol L 若是浓溶液 则在中和时还要考虑溶液的稀释 此时除发生中和反应外 稀释过程也要放出热量 影响中和热的数值 57 3kJ mol是指强酸与强碱反应生成1mol水时的中和热 思考 若是强酸跟弱碱或弱酸跟强碱发生中和反应 中和热也是57 3kJ mol吗 为什么 答 若是强酸跟弱碱或弱酸跟强碱发生中和反应 中和热将小于57 3kJ mol 因为 弱电解质反应时会不断电离 电离时要吸热 生成的盐会水解 水解也要吸热 限定的量是指生成1mol水 因此书写热化学方程式时 其它物质的化学计量数可用分数表示 中和反应都是放热反应 所以表达中和热时的 H均为负值 如 NaOH aq 1 2H2SO4 aq 1 2Na2SO4 aq H2O l H 57 3kJ mol 例 例 强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应 H aq OH aq H2O l H 57 3KJ mol 向1L0 5mol L的NaOH溶液中加入下列物质 稀醋酸 浓硫酸 稀硝酸恰好完全反应时的热效应 H1 H2 H3的关系正确的是A H1 H2 H3B H1 H3 H2C H3 H2 H1D H1 H3 H2 D 例 已知H aq OH aq H2O l H 57 3kJ mol 求下列中和反应中放出的热量 1 用20gNaOH配稀溶液跟足量稀盐酸反应放出kJ的热量 2 用28gKOH配稀溶液跟足量稀硝酸反应 放出kJ的热量 3 有关中和热的计算 28 65 28 65 4 中和热的测定实验用品仪器 大烧杯 500ml 小烧杯 100ml 温度计 量筒 50ml 2只 环形玻璃搅拌棒 硬纸板或泡沫塑料板 有2孔 泡沫塑料或碎纸条盐酸 0 50mol L 氢氧化钠溶液 0 55mol L 实验步骤 具体见P155计算公式 中和热的准确值是57 3kJ mol 分析上述实验结果偏小的可能原因 1 塑料泡沫隔热效果差2 混合后搅拌不充分3 混合后过早读数4 混合时溶液外溅 问题讨论1 NaOH溶液为什么要过量 2 若将HCl改用CH3COOH测得结果将 为什么 3 若将HCl改用H2SO4 将NaOH改用Ba OH 2 结果又如何 小结 燃烧热和中和热的区别与联系 1mol反应物完全燃烧时放出的热量 不同反应物 燃烧热不同 生成1mol水时放出的热量 强酸与强碱的中和热都约为57 3kJ mol 放热反应 H 0 单位 kJ mol 1mol可燃物 生成1mol水 四 盖斯定律 化学反应不管时一步完成还是分几步完成 其反应热是相同的 即 反应热只与物质的始态 各反应物 和终态 各生成物 有关 而与变化的途径无关 所谓物质的状态包括温度 物质的量以及聚集状态 例如 由反应物A转变为生成物B可以有两条途径 1 由A直接生成B 反应热为Q12 由A生成X 反应热为Q2 再由X生成B 反应热为Q3则 Q1 Q2 Q3 练习 已知 试写出白磷转化为红磷的的化学方程式 P4 s 白磷 4P s 红磷 H 29 2kJ mol 已知下列的热化学方程式 C s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 2CO g O2 g 2CO2 g H 566 0kJ mol 试计算1mol固态炭粉燃烧生成一氧化碳放出的热量 并书写热化学方程式 C s 1 2O2 g CO g H 110 5kJ mol或 2C s O2 g 2CO g H 221kJ mol 已知 C s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 2CO g O2 g 2CO2 g H 566kJ mol TiO2 s 2Cl2 g TiCl4 s O2 g H 141kJ mol则TiO2 s 2Cl2 g 2C s TiCl4 s 2CO g 的 H 80kJ mol 五 反应热的计算 练习 1 在一定条件下 CO和CH4燃烧的热化学方程式分别为 由1molCO和3molCH4组成的混合气在上述条件下充分燃烧时 释放的热量为 A 2912kJB 2953kJC 3236kJD 3867kJ B H 566kJ mol H 890kJ mol CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l 2 已知热化学方程式现有80t纯炭不完全燃烧 所得气体中CO占3 4体积 与80t纯炭完全燃烧相比较 此反应损失了多少热量 567 6 3 发射卫星用肼N2H4为燃料和NO2作氧化剂 两者反应生成N2和H2O g 已知 2H2O g 那么发射卫星时 燃烧1mol肼放出的热量是kJ 在同温同压下 下列各组热化学方程式中 H1 H2的是 A 2H2 g O2 g 2H2O g H12H2 g O2 g 2H2O l H2 B S g O2 g SO2 g H1S s O2 g SO2 g H2 C C s 1 2O2 g CO g H1C s O2 g CO2 g H2 D H2 g Cl2 g 2HCl g H11 2H2 g 1 2Cl2 g HCl g H2 AC 我国研制的长征捆绑式火箭在第一 二级发动机中用 偏二甲 基 肼 和四氧化二氮作为液体燃料 1 已知偏二甲 基 肼的相对分子质量为60 其中含碳40 含氢13 33 其余为氮 又知其分子中有一个氮原子不与氢原子相连 通过计算写出偏二甲肼的化学式和分子结构简式 2 在发动机中偏二甲 基 肼在四氧化二氮中充分燃烧 写出该燃烧反应的化学方程式 反应中所有的氮元素均转化为N2 CH3 CH3 N NH2 C2H8N2 2N2O4 2CO2 4H2O 3N2 07年广东 14 将V1mL1 0mol LHCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度 实验结果如右图所示 实验中始终保持V1 V2 50mL 下列叙述正确的是A做该实验时环境温度为22 B该实验表明化学能可能转化为热能CNaOH溶液的浓度约为1 0mol LD该实验表明有水生成的反应都是放热反应 B 07年广东 16 灰锡 以粉末状存在 和白锡是锡的两种同素异形体 已知 Sn s 白 2HCl aq SnCl2 aq H2 g H1 Sn s 灰 2HCl aq SnCl2 aq H2 g H2 Sn s 灰 Sn s 白 H3 2 1kJ mol下列说法正确的是A H1 H2B锡在常温下以灰锡状态存在C灰锡转化为白锡的反应是放热反应D锡制器皿长期处于低于13 2 的环境中 会自行毁坏 D 练 应用纳米技术制各的纳米金属燃料已应用到社会生活和高科技领域 一些原子序数较小的金属 非金属和常用燃料的单位质量燃烧热的比较如下图所示 肼 N2H4 和硼烷 B5H9 为传统火箭燃料 请回答下列问题 1 结合元素在地壳中的含量 在单位质量燃烧热大于汽油和氢单质的物质中 最具发展潜力的两种新型燃料可以是 填写元素符号 这些物质作为燃料使用 除具有高燃烧热值外 还具有的优点是 填一项 Al Si 原料充足 可再生 燃烧产物几乎无污染 2 使金属在较低温度下燃烧的关键技术之一是将其制成纳米 微米级的颗粒 如此 不仅降低了金属燃料的燃点 也使得燃烧更为容易和充分 其原因是 3 Be粉和MnO2粉末在高温下可以反应 类似铝热反应 请写出反应的化学方程式 根据图示推测可能的原因是 2 块状金属制成纳米 微米级的颗粒 便增大了与空气的接触面积 加大了反应速率 六 能源概述 思考下列问题 1 世界上最重要的化石燃料有哪些 有何优点 2 广义讲 哪些物质可称为燃料 3 从资源蕴藏 开采 运输 资源综合利用以及环境保护等方面探讨煤作燃料的利弊 4 我国能源利用现状 如何调整和优化能源结构的方向 5 新能源的特点 哪些是认为最有希望的新能源 我们经常听到能源这个名词 容易望文生义 认为指的就是能量的来源 其实 这种理解并不确切 确切地说 能源是能为人类提供热 光 动力等有用能量的物质或物质运动的统称 包括矿物燃料 阳光 流水 波浪 薪柴等 解放后 我国大力开展能源建设 不仅在水力 煤炭 石油等能源的开发利用方面取得了巨大的成就 而且在研究开发各种新能源方面也取得了巨大成就 石油产量从解放前的零发展成为世界第四 1994年 世界上最大的水利工程 长江三峡水利工程正式开工 2003年实现发电 21世纪初 我国建成的核电站将达到十余座 太阳能 潮汐能 海浪能等其他新能源也正在积极开发和利用之中 能源的划分有多种方法 来自自然界 没有经过任何加工或转换的能源叫做一次能源 从一次能源直接或间接转化而来的能源叫做二次能源 煤 石油 天然气 水力 太阳能等是一次能源 煤气 液化气 汽油 煤油 酒精等是二次能源 一次能源又可分为再生能源和非再生能源两大类 煤 石油是古代动植物经长期地质运动作用形成的 开采一点就少一点 这是不可再生能源 像太阳能 风力 地热或从绿色植物中制取的酒精等 它们可以取之不尽 用之不竭 是可再生能源 另外能源也可分为常规能源和新能源 技术上比较成熟 使用较普遍的能源叫做常规能源 如煤炭 石油等 近几十年才开始利用或正在研究开发的能源叫做新能源 如太阳能 核能 地热能等 此外 能源还可分为燃料能源和非燃料能源等 1 世界上最重要的化石燃料 煤 主要成分C 石油 主要为烃的混合物 其中重要产物汽油的主要成分为辛烷C8H18 天然气 主要成分甲烷 优点 燃烧热都很高 2 广义讲 能够发生燃烧 反应放出热量的物质都可称为燃料 3 煤作燃料的利弊从化学的角度 煤的燃烧热虽高 但燃烧反应速率慢 热量利用率低 且煤是重要的化工原料 把煤作燃料烧掉不仅会产生SO2等有害气体和烟尘 而且浪费资源 从资源 环境的角度 煤是我国储量最多的能源资源 应充分利用 但煤的形成需经数亿年的时间 属于不可再生能源 且大量开采虽成本较低 但存在造成地面塌陷及瓦斯爆炸等隐患 煤的直接燃烧是一种低效的利用 且对环境会造成污染 从综合经济效益角度 通过清洁煤技术 如煤的液化和气化 及实行烟气净化脱硫等 减少燃烧煤的对环境的污染 提高煤燃烧的热利用率 4 我国是少数以煤为主要能源的国家 且煤燃烧的热利用率较低 我国调整和优化能源结构的方向 一方面 要提高煤燃烧的热利用率 另一方面 降低煤在能源结构中的比率 节约油气资源 加快开发水电 核电和新能源 实现可持续发展 新能源是相对于传统的能源来说的 根据联合国1981年内罗毕会议精神 新能源可定义为 以新技术和新材料为基础 系统开发利用的能源 在新能源的开发中 重点在于开发太阳能 风能 地热能 波浪能 氢能和生物质能等 它们的共同特点是资源丰富 可以再生 没有污染或很少污染 可以说是远有前景 近有实效的能源 5 新能源的特点 资源丰富 可再生 对环境无污染或很少污染 最有希望的新能源 太阳能 氢氧 燃料电池 风能和氢能等 我国化石燃料与世界主要国家或地区对比 能源的分类 一次能源 指人类可以直接利用的能源如化石 太阳能 风能等 又名一级能源 二次能源 指人类不能直接获得的能源 如 焦炭 蒸汽 液化气等 常规能源新能源 形成条件 利用情况 练习 1 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 加热的反应在常温下就一定能进行C 反应是放热还是吸热是由反应物和生成物所具有的总能量的相对大小决定的D 吸热反应在一定条件下也能进行 C D 2 下列叙述正确的是 A 电能是二级能源B 水力是二级能源C 天然气是一级能源D 太阳能是二级能源 A C 1 下列反应中 属于放热反应的是 属于吸热反应的是 煅烧石灰石 木炭燃烧 炸药爆炸 酸碱中和 生石灰与水作用制熟石灰 食物因氧化而腐败 本单元跟踪训练 2 下列反应中 反应物总能量低于生成物总能量的是 A C CO2 2COB C O2 CO2C C H2O CO H2D C CuO CO2 Cu AC 3 摇摇冰 是一种即用即冷的饮料 吸食时将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合后摇动即会制冷 该化学物质可能是 氯化钠B 固体硝酸铵C 生石灰D 蔗糖 B 4 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 A B C D D 5 下列说法正确的是 若反应X Y M是放热反应 该反应一定不用加热 B 需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 C CO2与CaO化合是放热反应 则CaCO3分解是吸热反应 D 1mol硫酸与足量氢氧化钠发生中和反应生成水所释放的热量称为中和热 C 6 下列说法正确的是 A 强酸强碱中和反应的实质是 H OH H2OB 物质发生化学反应时 断开反应物中的化学键要放出能量 而形成生成物中的化学键要吸收能量C 化学反应中的能量变化 通常主要表现为电能的变化 如干电池等等D 生物体内主要体现物质变化 如新陈代谢 而很少有能量变化 A 7 燃烧相同质量的氢气 生成液态水放出热量Q1 生成气体水放出热量为Q2 则Q1和Q2的关系是 A 相等B 大于C 小于D 无法确定 B 8 在H2燃烧的反应中 破坏 molH2的化学键消耗的能量为Q1kJ 破