高二化学 化学反应与能量复习纲要1 人教版选修4

用心 爱心 专心1 高二化学选修高二化学选修 4 4 复习纲要复习纲要 第一章化学反应与能量第一章化学反应与能量 知识精要知识精要 一 有效碰撞理论一 有效碰撞理论 1 有效碰撞 能够发生化学反应的碰撞称为有效碰撞 2 活化分子 能够发生有效碰撞的分子称为活化分子 3 活化能 活化分子多出来的那部分能量称为活化能 或活化分子的最低能量与反应物分 子的平均能量的差值称为活化能 4 催化剂 在化学反应中能够改变化学反应速率 但本身的性质和质量都不会发生变化的 物质 重点提醒重点提醒 1 分子或原子等微粒间的碰撞是物质发生化学反应的必要条件 但不是发生反应的充分 条件 有效碰撞是物质发生化学反应的充分必要条件 2 活化能是指活化分子的最低能量与反应物分子的平均能量之间的差值 它与反应过程 中放出或吸收能量的多少无关 不同的化学键的能量不一样 因此 破坏或减弱化学键以 便启动化学反应的 活化能 也就不一样 不同的化学反应活化能的差别很大 测量活化 能的主要方法是测量温度对反应速率的影响 3 某些反应的活化能几乎为 0 是因为在反应前反应物已经成为自由的离子或原子 不 再需要用来破坏或减弱化学键以便启动化学反应的 活化能 的缘故 4 升温或降温可以提高或吸收能量 可影响反应物分子的能量 使分子活化 光 超声 波等也可以改变分子的能量 使分子活化 它们是通过外界提供能量 使部分能量比较低 的物质获得能量变成活化分子 从而增大单位体积内活化分子的百分数 增大有效碰撞次 数 加快反应速率 5 催化剂可以降低反应的活化能 使原来没有达到活化分子的分子变成活化分子 从而 提高单位体积内活化分子的百分数 增大有效碰撞次数 加快反应速率 这一点与升高温 度等提供能量的做法不一样 6 外界条件 如 浓度 温度 压强 催化剂等的改变 都是通过改变单位体积内的活 化分子的数目 改变有效碰撞次数 改变反应速率 但不一样的是 浓度和压强 改变的 是单位体积内活化分子的数目 并没有改变活化分子的百分数 而温度和催化剂则是改变 单位体积内活化分子的百分数 改变有效碰撞次数 改变反应速率 二 二 反应热和焓变反应热和焓变 1 焓是与内能有关的物理量 反应在一定条件下是吸热还是放热由生成物和反应物的焓值 差即焓变 H 决定 2 在化学反应过程中所释放或吸收的能量都可用热量 或换成相应的热量 来表示 叫反 应热 又称 焓变 符号用 H 表示 单位一般采用 kJ mol 3 焓是与内能有关的物理量 在敞口容器中 即恒压条件下 焓变与反应热相同 重点提醒重点提醒 1 化学反应中不仅存在着 物质变化 还存在着 能量变化 这种变化不仅以热能 的形式体现出来 还可以以光 电等形式表现 2 如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量 那么在发生化学反应时 就 有部分能量以热的形式释放出来 称为放热反应 如果反应物所具有的总能量低于生成物 所具有的总能量 那么在发生化学反应时 反应物就需要吸收能量 才能转化为生成物 用心 爱心 专心2 一个化学反应是放热还是吸热取决于所有断键吸收的总能量与所有形成新键放出的总能量 的相对大小 若断键吸收的总能量小于形成新键释放的总能量 则为放热反应 断键吸收 的总能量大于形成新键释放的总能量 则为吸热反应 对于可逆反应而言 如果其正反应 为放热反应 则其逆反应一定是吸热反应 3 从宏观角度 焓变 H H H生成物 H反应物 宏观 其中 H生成物表示生成 物的焓的总量 H反应物表示反应物的焓的总量 H 为 表示吸热反应 H 为 表示放热反应 从微观角度 H E吸收 E放出 微观 其中 E吸收表示反应物断键 时吸收的总能量 E放出表示生成物成键时放出的总能量 H 为 表示吸热反应 H 为 表示放热反应 4 反应热和焓变的单位都是 kJ mol 或 kJ mol 1 其中 mol 1是指每摩尔某一反应 而不是指某一物质的微粒等 5 常见的放热反应有 化合反应 酸碱中和反应 燃烧反应 活泼金属与酸的反应等 常见的吸热反应有 分解反应 碳与一氧化碳的反应 氢氧化钡与氯化铵固体的反应等 三 三 热化学方程式热化学方程式 1 热化学方程式 能表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式 2 热化学方程式的意义 表明了物质的种类 质变的过程 表明了物质数量的变化 量 变的过程 表明了化学反应中能量的变化 焓变 重点提醒重点提醒 1 与化学方程式相比 正确书写热化学方程式时应注意 需注明反应的温度和压强 因反应的温度和压强不同时 其 H 不同 对于 25 101kPa 时进行的反应可以不注明 必须标明各种物质的状态 s l g aq 不同物质中贮存的能量不同 方程 式后面必须标明反应热 吸热反应 H 为 放热反应 H 为 热化学方程 式中各物质化学式前面的系数仅表示该物质的物质的量 所以 可以用分数表示 H 的数值与反应的系数成比例 不需要注明反应的条件 2 热化学方程式书写正确的判断 遵循质量守恒定律和能量守恒定律 四 中和热和燃烧热四 中和热和燃烧热 1 强酸和强碱的稀溶液完全中和生成 1mol 水时所放出的热量称为中和热 常温常压下 酸和碱的稀溶液反应产生的中和热为 H 57 4kJ mol 重点提醒重点提醒 1 中和热必须是强酸和强碱的溶液之间的反应 如果有一种是弱酸或弱碱 则由于弱酸 和弱碱在反应过程中要不断电离 而电离过程是一个吸热过程 就会导致放出的热量减少 中和热的值减小 2 酸和碱的溶液必须是稀溶液 因为酸和碱的浓溶液或固体在溶解和稀释时会放出热量 使所测定的中和热的数值偏大 3 酸和碱的中和热还必须是生成 1mol 水时所放出的热量 因此 只要温度和压强保持 不变 酸和碱的中和热理论上是应该保持恒定的 4 中和反应实验时的注意事项 所用装置要尽可能做到保温 隔热 所用药品溶液浓 度的配制必须准确 且浓度尽可能的要小 为保证盐酸完全被氢氧化钠中和 须使氢氧化 钠的浓度稍大于盐酸溶液的浓度 温度计刻度要小点 读数要尽可能准确 且估读至小数 点后两位 水银球部位一定要完全浸没在溶液中 且要稳定一段时间后再读数 以提高测 量的精度 两次读数的时间间隔要短 这样才能读到最高温度 即最终温度 实验操作时 动作要快 以尽量减少热量的损失 中和反应时只能用环形玻璃搅拌棒搅拌 不能用一般 的玻璃棒搅拌 以免打破温度计的水银球 也不能用铜搅拌棒 铜散热快 使测得的温 度不准 可采用多次测量取平均值的方法 减少实验误差 用心 爱心 专心3 5 中和热的计算中要注意水的物质的量与所放出的热量和中和热之间的关系 2 在 25 101kPa 时 1mol 纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量 叫做该 物质的燃烧热 燃烧热的单位一般用 kJ mol 表示 重点提醒重点提醒 1 燃烧不一定要有氧气参与 如氢气在氯气中燃烧 钠在氯气中燃烧等 2 物质在氧气中燃烧的条件是 要与空气 即氧气 接触 并且温度要达到物质的着火 点 而燃料充分燃烧的条件则是 要有适当过量的氧气 可燃物与空气要有足够多的接触 面积 以上两者既有相同的地方 也有不同的地方 3 燃料不完全燃烧时主要存在以下问题 浪费能源的同时可能对环境产生污染 4 理解燃烧热时 我们要从四个方面入手 25 101kPa 1mol 纯物质 完全 燃烧 稳定的化合物 一般情况下 物质燃烧生成的稳定的化合物有 C CO2 H H2O 液态 S SO2 5 书写热化学方程式时 燃烧热是以 1mol 物质完全燃烧所放出的热量来定义的 因此 在书写它的热化学方程式时 应以 1mol 可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数 6 计算一定量物质完全燃烧时所放出的热量 Q n 可燃物 Hc 式中 Q 为可燃物燃 烧反应放出的热量 n 可燃物 为可燃物的物质的量 Hc为可燃物的燃烧热 五 五 能源能源 1 能源是指提供能量的自然资源 它包括化石能源 煤 石油 天然气 阳光 风力 流水 潮汐以及柴草等 我国目前使用的能源主要是化石燃料 2 一级能源指在自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源 需依靠其他能源的能量间 接制取的能源称为二级能源 如化石能源 流水 潮汐等为一级能源 而氢气 电能等则 为二级能源 重点提醒重点提醒 1 在选择燃料时我们可从 物质的燃烧热 燃料的储量 开采 运输 储存的条件 价 格 对生态环境的影响等各方面综合考虑 2 煤作为燃料在开采时造成地面塌陷 煤的燃烧产生有毒气体和烟尘对环境造成严重污 染 同时化石能源不可再生 储量也极其有限 3 提高煤的燃烧效率 减少污染的方法 可以将煤气化或液化 如煤和水蒸气反应生成 CO 和 H2 水煤气 也可以把煤经过处理变成甲醇 乙醇等液体燃烧 从而提高煤的燃烧 效率 4 未来的新能源主要有 太阳能 燃料电池 风能 氢能 生物能 地热能 海洋能等 新能源的特点是 资源丰富 可以再生 对环境污染少或没有污染等 强化练习强化练习 1 下列反应既属于氧化还原反应 又属于吸热反应的是 A 铝片和稀盐酸反应 B Ba OH 2 8H2O 与 NH4Cl 的反应 C 灼热的碳与二氧化碳的反应 D 甲烷在氧气中的燃烧 2 下列说法不正确的是 A 任何化学反应都伴随有能量变化 B 化学反应中的能量变化都表现为热量的变化 C 反应物的总能量高于生成物的总能量时 发生放热反应 D 反应物的总能量低于生成物的总能量时 发生吸热反应 3 已知 298K 时 2SO2 g O2 g 2SO3 g H Q1 KJ mol 在相同温度下 向密闭容器中通入 2molSO2和 1molO2 达到平衡时放出热量 Q2KJ 则下列关系式正确的 是 用心 爱心 专心4 A Q1 Q2 B Q1 Q2 C Q1 Q2 D 无法比较 4 C s H2O g CO g H2 g H 131 3 KJ mol 它表示 A 碳与水反应吸收 131 3 KJ 的热量 B 1mol 固态焦炭与 1mol 水蒸气反应产生一氧化碳和氢气 吸收 131 3 KJ 的热量 C 1mol 碳和 1mol 水反应吸收 131 3 KJ 的热量 D 固态碳和气态水各 1mol 反应 放出 131 3 KJ 的热量 5 炽热的炉膛内有反应 C s O2 g CO2 g H 392KJ mol 往炉膛内通入水蒸气 时 有如下反应 C s H2O g H2 g CO g H 131KJ mol CO g 1 2O2 g CO2 g H 282KJ mol H2 g 1 2O2 g H2O g H 241KJ mol 由以上反 应推断往炽热的的炉膛内通入水蒸气时 A 不能节省燃料 但能使炉火瞬间更旺 B 虽不能使炉火瞬间更旺 但可以节省燃料 C 既能使炉火瞬间更旺 又可以节省燃料 D 既不能使炉火瞬间更旺 又不能节省燃料 6 氢气 H2 一氧化碳 CO 辛烷 C8H18 甲烷 CH4 的热化学方程式分别为 H2 g 1 2O2 g H2O l H 285 8 KJ mol CO g 1 2O2 g CO2 g H 283 KJ mol C8H18 l 25 2O2 g 8CO2 g 9H2O l H 5518 KJ mol CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890 3 KJ mol 相同质量的 H2 CO C8H18 CH4完全燃烧时 放出热量最少的是 A H2 g B CO g C C8H18 l D CH4 g 7 已知充分燃烧 a g 乙炔气体时生成 1mol 二氧化碳气体和液态水 并放出热量 bkJ 则 乙炔燃烧的热化学方程式正确的是 A 2C2H2 g 5O2 g 4CO2 g 2H2O l H 4b KJ mol B C2H2 g 5 2O2 g 2CO2 g H2O l H 2b KJ mol C 2C2H2 g 5O2 g 4CO2 g 2H2O l H 2b KJ mol D 2C2H2 g 5O2 g 4CO2 g 2H2O l H b KJ mol 8 已知 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H Q1 KJ mol 2H2 g O2 g 2H2O g H Q2KJ mol 2H2 g O2 g 2H2O l H Q3 KJ mol 常温下取体积比为 4 1 的甲烷和氢气的混合气体 0 5mol 经完全燃烧后恢复到原温 放 出的热量为 A 0 4Q1 0 05Q3 B 0 4Q1 0 05Q2 C 0 4Q1 0 1Q3 D 0 4Q1 0 2Q2 9 卫星发射时可用肼 N2H4 为燃料 1mol 气态肼在适量氧气中燃烧 生成氮气和水蒸 气 放出 534KJ 的热量 下列说法中 正确的是 A 1mol N2H4 g 的能量比 1molN2 g 的能量高 534KJ B 1mol N2H4 g 的能量比 1molN2 g 的能量低 534KJ C 1mol N2H4 g 与 1molO2 g 的总能量和比 1molN2 g 和 2molH2O g 的总能量和高 534KJ D 1mol N2H4 g 与 1molO2 g 的总能量和比 1molN2 g 和 2molH2O g 的总能量和低 534KJ 10 已知在 25 101kPa 下 lgC8H18 辛烷 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 A C8H18 1 22 5O2 g 8CO2 g 9H2O g H 48 40kJ mol 1 B C8H18 1 22 5O2 g 8CO2 g 9H2O 1 H 5518kJ mol 1 C C8H18 1 22 5O2 g 8CO2 g 9H2O 1 H 5518kJ mol 1 D C8H18 1 22 5O2 g 8CO2 g 9H2O 1 H 48 40kJ mol 1 用心 爱心 专心5 11 已知 1 H2 g 1 2O2 g H2O g H1 a kJ mol 1 2 2H2 g O2 g 2H2O g H2 b kJ mol 1 3 H2 g 1 2O2 g H2O l H3 c kJ mol 1 4 2H2 g O2 g 2H2O l H4 d kJ mol 1 下列关系式中正确的是 A a cd 0 C 2a b0 12 已知有热化学方程式 SO2 g 1 2O2 g SO3 g H 98 32kJ mol 现有 4molSO2参加反应 当放出 314 3kJ 热量时 SO2的转化率最接近于 A 40 B 50 C 80 D 90 13 盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义 有些反应的反应热虽然无法直接测得 但可通过间接的方法测定 现根据下列的 5 个反应 由氨气 HCl 和水制备 NH4C1 水溶液 请判断反应 的反应热 NH3 g HCl g NH4Cl s H 176kJ mol NH3 g H2O l NH3 aq H 35 1kJ mol HCl g H2O l HCl aq H 72 3kJ mol NH4C1 s H2O 1 NH4C1 aq NH3 aq HCl aq NH4C1 aq H 52 3kJ mol 14 在火箭推进器中装有强还原剂肼 N2H4 和强氧化剂过氧化氢 当它们混合时 即产生 大量氧气和水蒸气 并放出大量热 已知 0 4mol 液态肼与足量过氧化氢反应 生成氮气和 水蒸气 放出 256 65kJ 的热量 1 写出肼和过氧化氢的结构式 肼 过氧化氢 2 写出热化学方程式 3 已知 H2O 1 H2O g H 44kJ mol 则 16g 液态肼与足量液态过氧化氢反应生成 氮气和液态水时 放出的热量是 kJ 4 上述反应用于火箭推进剂 除释放大量热和快速产生大量气体外 还有一个很突出的优 点是 15 CO CH4均为常见的可燃性气体 1 等体积的 CO 和 CH4在相同条件下分别完全燃 烧 转移的电子数之比是 2 已知在 101 kPa 时 CO 的燃烧热为 283 kJ mol 相同条件下 若 2 molCH4完全燃烧生成液态水 所放出的热量为 1 mol CO 完全 燃烧放出热量的 6 30 倍 CH4完全燃烧反应的热化学方程式是 3 120 101 kPa 下 a mL 由 CO CH4组成的混合气体在 bmL O2中完全燃烧后 恢 复到原温度和压强 若混合气体与 O2恰好完全反应 产生 b mLCO2 则混合气体中 CH4的体积分数为 保留 2 位小数 若燃烧后气体体积缩小了 a 4 mL 则 a 与 b 关系的数学表示式是 16 2008 年我国成功回收 神舟七号 载人飞船 这标志着 我国的载人航天事业又迈出 了新的重要一步 飞船返回时 由于与大气层的剧烈摩擦 产生高温 为了防止飞船温度过高 在飞船表 面涂上一种特殊的涂料 该涂料的性质最可能的是 A 在高温下不融化 B 在高温下可分解气化 C 在常温下就分解气化 D 该涂料不可能发生分解 2 火箭升空需要高能的燃料 肼 N2H4 是发射航天飞船常用的高能燃料 一般将液 态 N2O4作为火箭的推进剂 已知 1mol 液态肼与足量液态 N2O4完全反应放出 QkJ 的热量 产物是对环境无害的氮气和水蒸气 写出该反应的热化学方程式 用心 爱心 专心6 该反应中被氧化的原子与被还原的原子物质的量之比是 但实际发射过程中会 看到有大量红色的烟雾 除了该反应可能产生少量 NO 外 产生此现象的原因可能是 3 实际上 最理想的燃料是燃烧热大 体积小 本身毒性小 安全的固态氢 目前人们 还不能制得固态氢 因为 4 飞船返回时 对宇航员要进行严格的体检 人体血液的 pH 变化范围较小 pH 只能 在 7 0 7 8 的范围内变化 否则将会有生命危险 实验证明 在 50mL 的血液中加入 1 滴 0 05mL 10mol L 的盐酸时 pH 由 7 4 降至 7 2 如果向 50mL pH 为 7 4 的 NaOH 溶液 中加入 1 滴 0 05mL 10mol L 盐酸时 pH 大约将变为 显然 人体血液具有 的作用 17 1 在酸碱反应中 当反应接近反应终点 pH 7 时 很少量的酸碱就会引起溶液 在酸碱中和滴定中使用的滴定管分为 使用该仪器的步骤为 润洗仪器 加入反应液 调节起始读数 放出反应液 2 在 25 101kPa 时 1mol 时所放出的热量 叫做 燃烧热 我国目前使用的主要是化石燃料 它们蕴藏量有限 而且不能再生 最终将会枯 竭 解决的办法是 能源和 能源 3 人们提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素 即在密闭条件下 体 系有 的倾向 因为与有序体系相比 更加稳定 可以采取更多的 科学家把这种因素称作熵 18 钛 Ti 被称为继铁 铝之后的第三金属 钛白 TiO2 是目前最好的白色颜料 制 备 TiO2和 Ti 的原料是钛铁矿 我国的钛铁矿矿储量居世界首位 含有 Fe2O3的钛铁矿 主要成分为 FeTiO3 制取 TiO2的流程如下 Ti 的原子序数为 22 Ti 位于元素周期表中第 周期 第 族 步骤 加铁的目的是 步骤 冷却的目的是 上述制备 TiO2的过程中 可以利用的副产物是 考虑成本和废物综合利用 因素 废液中应加入 处理 由金红石 TiO2 制取单质 Ti 涉及到的步骤为 已知 C s O2 g CO2 g H 393 5 KJ mol 2CO g O2 g 2CO2 g H 566 KJ