化学反应的热效应

第1节化学反应的热效应,一、化学反应的反应热1.吸热反应与放热反应2.反应热及其测定,二、化学反应的焓变1.焓及反应焓变2.热化学方程式书写,三、反应焓变的计算1.盖斯定律2.焓变计算举例,第一章化学反应与能量转化,研究化学反应,物质变化,能量变化,物理变化,化学变化,四种基本反应,氧化还原反应,可逆反应,放热反应吸热反应,机械能,热能,电能,光能,一、化学反应的反应热(一)吸热反应与放热反应,1.放热反应和吸热反应的比较,2.图像表示,一、化学反应的反应热,3.常见的放热反应和吸热反应,常见的放热反应,活泼金属与水或酸的反应。如2Al+6HCl2AlCl3+3H2酸碱中和反应。如2KOH+H2SO4K2SO4+2H2O燃烧反应。如C、CO、C2H5OH等到的燃烧多数化合反应。如Na2O+H2O2NaOH，SO3+H2O=H2SO4,常见的吸热反应,多数分解反应，如CaCO3CaO+CO22NH4Cl（s）+Ba(OH)28H2O（s）BaCl2+2NH3+10H2OC(s)+H2O(g)CO+H2CO2+C2CO,1.反应热的相关概念,一、化学反应的反应热(二)化学反应的反应热及其测定,(1)反应热的意义:,描述化学反应释放或吸收热量的物理量.,(2)反应热的定义:,化学反应在一定温度下进行时,反应所释放或吸收的热量.,(3)反应热的符号:,Q.吸热反应Q为正值,放热反应Q为负值.,(4)反应热的单位:,kJmol-1.,2.反应热数据的实验测定,(1)仪器:,量热计,(2)步骤(以测定HCl+NaOH=NaCl+H2O中和反应的反应热为例):,向量热计内加入一定量的盐酸,用温度计测量初始温度T1;向量热计中加入稍过量的NaOH溶液,充分反应,记录体系的最高温度;根据反应热计算公式Q=-C(T2-T1)计算出反应热.,(3)若用KOH代替NaOH,HNO3代替HCl,当对应物质的量相同时,测定的反应热相同.(4)由此得出结论:对于强酸和强碱在溶液中发生的中和反应,由于其实质是H+OH-=H2O,当H+和OH-的物质的量相同时,若反应温度又相同,则反应热相同.,.,例题1,例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.放热反应在常温下一定很容易发生C.反应是放热的还是吸热的必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小D.吸热反应大一定的条件下也能发生,CD,例2,例2下列反应属于放热反应的是()A.Al+HCl(稀)B.Ba(OH)28H2O+NH4Cl(s)C.KClO3受热分解D.CaO+H2O,AD,例1,例350mL0.5mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH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)烧杯间塞满碎纸条的作用是(3)大烧杯上如果不盖硬纸板,求得中和反应的反应热数值将(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)(4)NaOH溶液的浓度大于HCl溶液的浓度的作用是,当室温于10时进行,对实验结果会造成较大误差,原因是.,环形玻璃搅拌棒,减少实验过程中的热量损失,偏小,确保盐酸完全被中和,散热较快,二、化学反应的焓变(一)焓及焓变的定义,1.焓：,物质所具有的能量称为焓（用H表示）。,注意：焓是一个物理量；焓是物质固有的性质，与密度相似。,2.焓变：,反应产物的总焓与反应物的总焓之差，称为反应焓变。,3.焓变与吸热反应、放热反应的关系：,吸热反应：H0，即产物的焓(产物具有的总能量)大于反应物的焓(反应物具有的总能量)，当由反应物生成产物时，需吸收能量。放热反应：H0，即产物的焓(产物具有的总能量)小于反应物的焓(反应物具有的总能量)，当由反应物生成产物时，需释放能量。,4.等压反应热与焓变之间的关系：,对于等压条件下的化学反应，若只存在化学能与热能之间的相互转化，则该反应的反应热等于焓变，表示为：Qp=H。,(1)符号：H(2)单位：KJmol-1(3)表达式：H=H（反应产物)H（反应物）,当H为“”（H0）时，为吸热反应,二、化学反应的焓变(二)热化学方程式,1.热化学方程式的定义：,表示反应热的化学方程式叫做热化学方程式。,2.热化学方程式的意义：,不仅表示反应中物质变化而且表示反应中的能量变化。,3.书写热化学方程式应注意的问题：,(1)要注明反应物和生成物的聚集状态。（一般不写反应条件，不写或。）,(2)要注明反应的温度和压强。如不注明，即表示在101KPa和25。,(3)方程式中的计量数不表示分子个数，而是表示物质的量，可以是整数也可以是分数。相同物质的化学反应，当化学计量数改变时，H也同倍数改变。,(4)在热化学方程式中要表明反应放出或吸收的热量的数值和单位，并用“；”将化学方程式与H隔开。放热反应的为“-”，吸热反应的为“+”，单位为J/mol或kJ/mol。,示例：C（石墨）+O2（g）=CO2（g）；H=-393.5kJ/mol,示例：H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）；H=-184.6kJ/mol,1/2H2（g）+1/2Cl2（g）=HCl（g）；H=-92.3kJ/mol,说明:气体用g表示,固体用s表示;液体用l表示;溶液用aq表示,例4已知298K时，由氢气和氮气反应生成1mol氨气放热46.2kJ,将下列化学方程式写成热化学方程式.,.,8下列热化学方程式书写正确的是()A2SO2+O2=2SO3；H=1966kJmol-1BH2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)H=2858kJmol-1C2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；H=5716kJDC(s)+O2(g)=CO2(g)；H=+3935kJmol-1,例5写出下列反应的热化学方程式(1)1molC2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)放出1366.8kJ的热量。(2)2molC2H2(g)在O2(g)中完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)放出259.8kJ热量。(3)1molC(石墨)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3kJ热量。,C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)；H(298K)=-1366.8kJmol-1,2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)；H(298K)=-259.8kJmol-1,C(s，石墨)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)；H(298K)=+131.3kJmol-1,.,1.（1）由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8kJ，写出该反应的热化学方程式_。（2）已知0.5mol甲烷与0.5mol水蒸气在t、pkPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气，吸收了akJ热量，该反应的热化学方程式是：_。213gC2H2(g)完全燃烧生成CO2和H2O(l)时，放出650kJ的热量，该反应的热化学方程式_。,.,总结：1.一定要标明各物质的状态2.H的单位为。3.热化学方程式中系数是指各物质的物质的量，H的数值要与系数对应一致。,三、盖斯定律及反应焓变的计算,盖斯定律：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变是相同的,如,HHH,或HHH,说明：,()盖斯定律的含义为：化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与反应进行的具体途径无关,()根据盖斯定律，热化学方程式可以直接相加减，焓变的数值随之进行相加减,()利用盖斯定律，可以间接计算一些无法直接测得的反应的焓变,例6试利用298时下述反应焓变的实验数据，计算在此温度下C(s)+1/2O2(g)CO(g)的焓变已知：C(s)+O2(g)CO2(g);H1393.5kJ/molCO(g)+1/2O2CO2(g);H2283.0kJ/mol,H3H1H2393.5kJ/mol283.0kJ/mol110.5kJ/mol,【例7】已知金刚石和石墨分别在氧气中完全燃烧的热化学方程式为C(金刚石，s)+O2(g)CO2(g);H=395.41kJmol-1,C(石墨，s)+O2(g)CO2(g);H=393.51kJmol-1,则金刚石转化为石墨时的热化学方程式为_。由此看来更稳定的碳的同素异形体为_。若取金刚石和石墨的混合晶体共1mol在O2中完全燃烧，产生热量为QkJ,则金刚石和石墨的物质的量之比为_（用含Q的代数式表示）。,思路解析由盖斯定律，要得到金刚石和石墨的转化关系，可将两个热化学方程式相减即得，C（金刚石，s）C(石墨，s)=0。H3=H1H2=395.41kJmol-1+393.51kJmol-1=1.90kJmol-1。即C（金刚石，s）C（石墨，s)H=1.90kJmol-1。可见金刚石转化为石墨放出热量，说明石墨的能量更低，较金刚石稳定。,用“十字交叉”法,C(金刚石，s)C(石墨，s)；H=1.90kJmol-1。,石墨,【例8】发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料，用二氧化氮为氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。已知：N2(g)+2O2(g)2NO2(g);H1=+67.7kJmol-1N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g);H2534kJmol-1试计算1mol肼和二氧化氮完全反应时放出的热量为_kJ，写出肼与二氧化氮反应的热化学方程式：_。,解析：由题意可知：N2(g)+2O2(g)2NO2(g)H1=+67.7kJmol-1N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H2=534kJmol-1根据盖斯定律，为在反应物中消去O2并得到N2H4和NO2的反应。令2-得：2N2H4(g)N2(g)2N2(g)+4H2O(g)2NO2(g)；H2H2-H1，整理得：2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)H2H2H1534kJmol-1267.7kJmol-11135.7kJmol-1。则1molN2H4反应放出的热量为567.85kJ。答案：567.852N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)；H1135.7kJmol-1,567.852,2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)；H1135.7kJmol-1,【例9】已知下列两个热化学方程式：2H2(g)+O2(g)2H2O(l);H=571.6kJmol-1C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l);H=2220kJmol-1根据上面两个热化学方程式，试回答下列问题：(1)H2的燃烧热(指1mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物所放出的热量)为_，C3H8的燃烧热为_。(2)1molH2和2molC3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为_。(3)现有H2和C3H8的混合气体共5mol,完全燃烧时放热3847kJ,则在混合气体中H2和C3H8的体积比是_。,解析：(1)据题给的热化学方程式可知，H2的燃烧热为571.6kJmol-12=285.8kJmol-1，C3H8的燃烧热为2220kJmol-1。(2)据公式Q放=n(可燃物)H，1molH2和2molC3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为285.8kJmol-11mol+2220kJmol-12mol=4725.8kJ。(3)设混合气体H2的物质的量为x，则C3H8的物质的量为5molx，所以：285.8kJmol-1x+(5molx)2220kJmol-1=3847kJ,解方程得x=3.75mol，则5molx=1.25mol。故V(H2)V(C3H8)=3.75mol1.25mol=31。答案：(1)285.8kJmol-12220kJmol-1(2)4725.8kJ(3)31,285.8kJmol-1,2220kJmol-1,4725.8kJ,31,【例10】已知下列热化学方程式：(1)Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g);H=25kJmol-1(2)3Fe2O3（s）+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g);H=47kJmol-1(3)Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g);H=+19kJmol-1写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式：_。,FeO(s)+CO(g)Fe(s)+C