化学反应与热能小结

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化学能与热能

考纲要求　

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。

4.了解焓变与反应热的含义。了解ΔH＝H(生成物)－H(反应物)表达式的含义。

5.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

6.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、概念辨析

1．反应热和焓变

(1)反应热是化学反应中放出或吸收的热量。

(2)焓变是化学反应在恒温恒压下放出或吸收的热量。生成物与反应物的内能差，ΔH＝H(生成物)－H(反应物)

                恒压条件下的反应热等于焓变

2．吸热反应与放热反应

(1)从能量高低角度理解：

(2)从化学键角度理解：

3.热化学方程式

(1)概念：表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。

(2)意义：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。

(3)书写热化学方程式的“五步”

 【归纳】判断热化学方程式正误的“五看”

一看状态：看各物质的聚集状态是否正确；

二看符号：看ΔH的“＋”、“－”是否正确；

三看单位：看反应热的单位是否为kJ/mol；

四看数值：看反应热数值与化学计量数是否相对应；

五看概念：看燃烧热、中和热的热化学方程式。

4．燃烧热

(1)概念：25 ℃、101 kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的能量。

(2)单位：kJ·mol^－1。

(3)意义：C的燃烧热为393.5 kJ·mol^－1，表示在25 ℃、101kPa条件下，1 molC完全燃烧生成CO₂气体时放出393.5 kJ热量。

(4)元素燃烧生成的稳定氧化物：C―→CO₂(g) H―→H₂O(l) S―→SO₂(g)。

5．中和热

6．盖斯定律

(1)内容

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。

(2)应用

化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关，利用盖斯定律可以间接计算某些反应的反应热。

赫斯定律（英语：Hess's law），又名反应热加成性定律（the law of additivity of reaction heat）：若一反应为二个反应式的代数和时，其反应热为此二反应热的代数和。也可表达为在条件不变的情况下，化学反应的热效应只与起始和终了状态有关，与变化途径无关。它是由瑞士化学家Germain Hess发现并用于描述物质的热含量和能量变化与其反应路径无关，因而被称为赫斯定律。

1．含义

(1)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。

(2)化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

2．意义

利用盖斯定律，可以间接地计算一些难以测定的反应热。

例如：C(s)＋O₂(g)===CO(g)

上述反应在O₂供应充分时，可燃烧生成CO₂；O₂供应不充分时，虽可生成CO，但同时还部分生成CO₂。因此该反应的ΔH不易测定，但是下述两个反应的ΔH却可以直接测得：

(1)C(s)＋O₂(g)===CO₂(g)          ΔH₁＝－393.5 kJ·mol^－1

(2)CO(g)＋O₂(g)===CO₂(g)        ΔH₂＝－283.0kJ·mol^－1

根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的ΔH。

分析上述两个反应的关系，即知：ΔH＝ΔH₁－ΔH₂。

则C(s)与O₂(g)生成CO(g)的热化学方程式为C(s)＋O₂(g)===CO(g)ΔH＝－110.5 kJ·mol^－1。

注意：1、热化学方程式可以进行方向改变，方向改变时，反应热数值不变，符号相反；

      2、热化学方程式中物质的化学计量数和反应热可以同时改变倍数；

      3、热化学方程式可以叠加，叠加时，物质和反应热同时叠加。

3.练习

1、　已知下列热化学方程式：

①Fe₂O₃(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO₂(g)   ΔH₁＝－26.7 kJ·mol^－1

②3Fe₂O₃(s)＋CO(g)===2Fe₃O₄(s)＋CO₂(g) ΔH₂＝－50.75 kJ·mol^－1

③Fe₃O₄(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO₂(g)   ΔH₃＝－36.5 kJ·mol^－1

则反应FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO₂(g)的焓变为()

A．＋7.28 kJ·mol^－1       B．－7.28 kJ·mol^－1

C．＋43.68 kJ·mol^－1      D．－43.68 kJ·mol^－1

 [解析]　根据盖斯定律，首先考虑目标反应与三个已知反应的关系，三个反应中，FeO、CO、Fe、CO₂是要保留的，而与这四种物质无关的Fe₂O₃、Fe₃O₄要通过方程式的叠加处理予以消去：因此将①×3－②－③×2得到：

6FeO(s)＋6CO(g)＝6Fe(s)＋6CO₂(g)     ΔH＝＋43.65kJ·mol^－1

化简：FeO(s)＋CO(g)＝Fe(s)＋CO₂(g)   ΔH＝＋7.28 kJ·mol^－1

答案A   

2．已知：H₂O(g)===H₂O(l)        ΔH＝Q₁ kJ·mol^－1

C₂H₅OH(g)===C₂H₅OH(l)        ΔH＝Q₂ kJ·mol^－1

C₂H₅OH(g)＋3O₂(g)===2CO₂(g)＋3H₂O(g)  ΔH＝Q₃ kJ·mol^－1

若使46 g酒精液体完全燃烧，最后恢复到室温，则放出的热量为(　　)

A．(Q₁＋Q₂＋Q₃) Kj                     B．0.5(Q₁＋Q₂＋Q₃)kJ

C．(0.5Q₁－1.5Q₂＋0.5Q₃) kJ             D．(3Q₁－Q₂＋Q₃)kJ

[解析]　46 g酒精即1 mol C₂H₅OH(l)   根据题意写出目标反应

C₂H₅OH(l)＋3O₂(g)===2CO₂(g)＋3H₂O(l)　ΔH

然后确定题中各反应与目标反应的关系

则ΔH＝(Q₃－Q₂＋3Q₁)kJ·mol^－1                    答案　D

3．能源问题是人类社会面临的重大课题，H₂、CO、CH₃OH都是重要的能源物质，它们的燃烧热依次为－285.8 kJ·mol^－1、－282.5 kJ·mol^－1、－726.7 kJ·mol^－1。已知CO和H₂在一定条件下可以合成甲醇CO(g)＋2H₂(g)===CH₃OH(l)。则CO与H₂反应合成甲醇的热化学方程式为(　　)

A．CO(g)＋2H₂(g)===CH₃OH(l)    ΔH＝－127.4 kJ·mol^－1

B．CO(g)＋2H₂(g)===CH₃OH(l)    ΔH＝＋127.4 kJ·mol^－1

C．CO(g)＋2H₂(g)===CH₃OH(g)    ΔH＝－127.4 kJ·mol^－1

D．CO(g)＋2H₂(g)===CH₃OH(g)    ΔH＝＋127.4 kJ·mol^－1

解析　根据目标反应与三种反应热的关系，利用盖斯定律，首先计算出目标反应的反应热ΔH＝2×(－285.8 kJ·mol^－1)＋(－282.5 kJ·mol^－1)－(－726.7 kJ·mol^－1)＝－127.4 kJ·mol^－1。 答案　A

4.由磷灰石[主要成分Ca₅(PO₄)₃F]在高温下制备黄磷(P₄)的热化学方程式为

4Ca₅(PO₄)₃F(s)＋21SiO₂(s)＋30C(s)===3P₄(g)＋20CaSiO₃(s)＋30CO(g)＋SiF₄(g)　ΔH             已知相同条件下：

4Ca₅(PO₄)₃F(s)＋3SiO₂(s)===6Ca₃(PO₄)₂(s)＋2CaSiO₃(s)＋SiF₄(g)　ΔH₁

2Ca₃(PO₄)₂(s)＋10C(s)===P₄(g)＋6CaO(s)＋10CO(g)　ΔH₂

SiO₂(s)＋CaO(s)===CaSiO₃(s)　ΔH₃

用ΔH₁、ΔH₂和ΔH₃表示ΔH , ΔH＝________。

答案　(1)ΔH₁＋3ΔH₂＋18ΔH₃

5.废旧印刷电路板的回收利用可实现资源再生，并减少污染。废旧印刷电路板经粉碎分离，能得到非金属粉末和金属粉末。

用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知：

Cu(s)＋2H^＋(aq)===Cu^2＋(aq)＋H₂(g)   ΔH＝＋64.39 kJ·mol^－1

2H₂O₂(l)===2H₂O(l)＋O₂(g)       ΔH＝－196.46 kJ·mol^－1

H₂(g)＋O₂(g)===H₂O(l)      ΔH＝－285.84 kJ·mol^－1

在H₂SO₄溶液中，Cu与H₂O₂反应生成Cu^2＋和H₂O的热化学方程式为                                 

答案　Cu(s)＋H₂O₂(l)＋2H^＋(aq)===Cu^2＋(aq)＋2H₂O(l)　ΔH＝－319.68 kJ·mol^－1

解析　已知热反应方程中①＋×②＋③得：

Cu(s)＋2H^＋(aq)＋H₂O₂(l)===Cu^2＋(aq)＋2H₂O(l)  ΔH＝－319.68 kJ·mol^－1

ΔH＝ΔH₁＋×ΔH₂＋ΔH₃＝＋64.39 kJ·mol^－1＋×(－196.46kJ·mol^－1)＋(－285.84 kJ·mol^－1)＝－319.68 kJ·mol^－1

常见的吸热、放热反应

常见的放热反应：

①可燃物的燃烧反应；

②酸碱中和反应；

③大多数化合反应；

④金属跟水、酸的置换反应；

⑤物质的缓慢氧化。

6.铝热反应 

7. 少数的分解反应如H₂O₂分解制备O₂

常见吸热反应：

①大多数分解反应；

②盐的水解；

③Ba(OH)₂·8H₂O与NH₄Cl的反应；

④反应条件是高温、电解的反应如H₂、C、CO等参于的反应。

⑤少数化合反应如工业炼钢中 C+CO₂=2CO (高温)

相关图像题

1 .某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　 )

2．肼(H₂N-NH₂)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ)：N≡N为942、O﹦O为500、N—N为154，则断裂 1 mol N—H键所需的能量(kJ)是(　　)

3.某反应过程能量变化如右上图所示，下列说法正确的是

A．反应过程a有催化剂参与

B．该反应为放热反应，热效应等于ΔH

C．改变催化剂，可改变该反应的活化能

D．有催化剂条件下，反应的活化能等于E₁+E₂

4.甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是

①CH₃OH(g)＋H₂O(g)===CO₂(g)＋3H₂(g)  ΔH＝＋49.0 kJ·mol^－1

②CH₃OH(g)＋O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂(g)  ΔH＝－192.9 kJ·mol^－1

下列说法正确的是(　　)。

A．CH₃OH的燃烧热为192.9 kJ·mol^－1

B．反应①中的能量变化如下图所示

C．CH₃OH转变成H₂的过程一定要吸收能量

D．根据②推知反应CH₃OH(l)＋1/2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂(g)的ΔH>－192.9 kJ·mol^－1

^{答案在下方}

答案: 1、D 2、B 3、BC 4、D

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