化學(xué)總第二部分 五 化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)

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1、專題五化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)化學(xué)（浙江選考專用）考點(diǎn)一考點(diǎn)一 化學(xué)能與熱能熱化學(xué)方程式化學(xué)能與熱能熱化學(xué)方程式知識(shí)梳理知識(shí)梳理一、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)1.概念(1)放熱反應(yīng):放出熱量的化學(xué)反應(yīng)。(2)吸熱反應(yīng):吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)。2.常見(jiàn)的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)(1)常見(jiàn)的放熱反應(yīng):燃燒反應(yīng);大多數(shù)化合反應(yīng);活潑金屬與水或酸的反應(yīng);酸堿中和反應(yīng)。(2)常見(jiàn)的吸熱反應(yīng):大多數(shù)分解反應(yīng);一些晶體的反應(yīng),如氯化銨與氫氧化鋇晶體反應(yīng);需要持續(xù)加熱的反應(yīng),如C與CO2反應(yīng)、C與H2O(g)反應(yīng)等?？键c(diǎn)清單溫馨提示反應(yīng)條件與放熱、吸熱的關(guān)系不同的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件不同,放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)均能在一定條件下發(fā)生。反應(yīng)開(kāi)

2、始需要加熱的反應(yīng)可能是吸熱反應(yīng),也可能是放熱反應(yīng)。吸熱反應(yīng)若開(kāi)始時(shí)加熱,反應(yīng)后需要不斷加熱才能使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。開(kāi)始時(shí)加熱,反應(yīng)后會(huì)放出一定的熱量,如果此熱量能夠使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,則反應(yīng)過(guò)程中不需要再加熱,該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。由此可見(jiàn),反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)與反應(yīng)的條件沒(méi)有必然的聯(lián)系,而是取決于反應(yīng)物和生成物具有的總能量的相對(duì)大小。二、反應(yīng)熱和焓變1.定義:在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中,當(dāng)反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí),所吸收或放出的熱量稱為化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。在恒溫、恒壓的條件下,化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中吸收或釋放的熱量稱為反應(yīng)的焓變。2.符號(hào)及單位:符號(hào)用H表示,單位常采用kJ/mol或kJmol-1。3.表示方法:

3、吸熱反應(yīng)的H0;放熱反應(yīng)的H0。4.化學(xué)反應(yīng)中能量變化的原因(1)從化學(xué)鍵的變化來(lái)看若化學(xué)鍵斷開(kāi)時(shí)吸收的能量大于化學(xué)鍵形成時(shí)放出的能量,則反應(yīng)為吸熱反應(yīng);若化學(xué)鍵斷開(kāi)時(shí)吸收的能量小于化學(xué)鍵形成時(shí)放出的能量,則反應(yīng)為放熱反應(yīng)。H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和(2)從能量的高低來(lái)看當(dāng)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量時(shí),反應(yīng)過(guò)程中需要吸收能量;當(dāng)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時(shí),反應(yīng)過(guò)程中需要釋放能量。如圖所示:H=生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量圖示a、b、c表示的意義微觀宏觀a表示斷裂舊化學(xué)鍵吸收的熱量;b表示形成新化學(xué)鍵放出的熱量;c表示反應(yīng)熱a表示活化能;b表示活化分子結(jié)合成生成物所釋

4、放的能量;c表示反應(yīng)熱5.反應(yīng)熱的本質(zhì)三、熱化學(xué)方程式1.定義:能夠表示反應(yīng)熱的化學(xué)方程式。2.書寫要求(1)注明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)(25、101kPa下進(jìn)行的反應(yīng)可不注明)。(2)注明反應(yīng)物和生成物的狀態(tài):固態(tài)(s)、液態(tài)(l)、氣態(tài)(g)或溶液(aq)。(3)熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)前的化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示物質(zhì)的量,而不表示分子個(gè)數(shù)(或原子個(gè)數(shù)),因此可以用整數(shù)或簡(jiǎn)單分?jǐn)?shù)表示。3.書寫熱化學(xué)方程式應(yīng)注意的問(wèn)題(1)熱化學(xué)方程式中不用“”和“”,不用“”而用“”表示。(2)熱化學(xué)方程式能反映出該反應(yīng)已完成的數(shù)量。由于H與反應(yīng)物的物質(zhì)的量有關(guān),所以熱化學(xué)方程式中物質(zhì)前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)必須與H相對(duì)應(yīng),如果化

5、學(xué)計(jì)量數(shù)加倍,則H也要加倍。當(dāng)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行時(shí),其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等,符號(hào)相反。(3)H單位中的“kJmol-1”并不是指每摩爾具體物質(zhì),而是指給定形式的具體反應(yīng)。(4)無(wú)論化學(xué)反應(yīng)是否可逆,熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)熱都表示反應(yīng)進(jìn)行到底時(shí)的能量變化。四、能源的充分利用1.燃料的充分燃燒(1)化石燃料主要包括煤、石油、天然氣。(2)可燃物燃燒的條件是與O2接觸、溫度達(dá)到著火點(diǎn)。(3)充分燃燒的必要條件是O2要充足,與O2的接觸面積要大。(4)不充分燃燒則產(chǎn)熱少,浪費(fèi)資源,污染環(huán)境。2.煤作燃料的利弊問(wèn)題(1)煤是重要的化工原料,把煤作燃料簡(jiǎn)單燒掉太可惜,應(yīng)該綜合利用。(2)煤直接燃

6、燒時(shí)產(chǎn)生SO2等有毒氣體和煙塵,對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。(3)煤作為固體燃料,燃燒反應(yīng)速率慢,熱利用效率低,且運(yùn)輸不方便。(4)可以通過(guò)清潔煤技術(shù),如煤的液化和氣化,以及實(shí)行煙氣凈化脫硫等,大大減少燃煤對(duì)環(huán)境造成的污染,提高煤燃燒的熱利用率。3.新能源的開(kāi)發(fā)(1)調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),降低燃煤在能源結(jié)構(gòu)中的比例,節(jié)約油氣資源,加強(qiáng)科技投入,加快開(kāi)發(fā)新能源等顯得尤為重要和迫切。(2)最有希望的新能源是太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能和燃料電池等。這些新能源的特點(diǎn)是資源豐富,且有些可以再生,對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染或污染少。4.太陽(yáng)能、生物質(zhì)能和氫能的利用(1)太陽(yáng)能的利用綠色植物的光合作用是太陽(yáng)能的主要利用形式,地球上每年通

7、過(guò)光合作用儲(chǔ)存的太陽(yáng)能,相當(dāng)于全球能耗的10倍左右。主要能量轉(zhuǎn)化形式如下:a.光能化學(xué)能6CO2+6H2OC6H12O6+6O2b.化學(xué)能熱能(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6C6H12O6+6O26CO2+6H2O(2)生物質(zhì)能的利用農(nóng)業(yè)廢棄物(如植物的秸稈、枝葉)、水生植物、油料植物、城市與工業(yè)有機(jī)廢棄物、動(dòng)物糞便等物質(zhì)中蘊(yùn)藏著豐富的能量,我們把這些來(lái)自植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量叫做生物質(zhì)能。生物質(zhì)能利用的主要方式有:1)直接燃燒(C6H10O5)n+6nO26nCO2+5nH2O2)生物化學(xué)轉(zhuǎn)換+nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH+2CO23)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換C

8、6H12O63CH4+3CO2+nH2O3nCH4+3nCO2(3)氫能的開(kāi)發(fā)和利用制氫氣的原料是水,氫氣燃燒的產(chǎn)物只有水,因此氫氣是一種理想的清潔燃料。常見(jiàn)的氫能的開(kāi)發(fā)和利用方式如下:6105(C H O)n淀粉6105(C H O)n淀粉五、標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱與熱值1.標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱(1)概念:在101kPa時(shí),1mol物質(zhì)完全燃燒的反應(yīng)熱叫該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。(2)注意事項(xiàng):標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱是以1mol物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量來(lái)定義的,因此在書寫標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的熱化學(xué)方程式時(shí),應(yīng)以1mol可燃物為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)配平其余物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。燃燒產(chǎn)物應(yīng)為完全燃燒后生成的穩(wěn)定物質(zhì)。如:CCO2(g)、HH2O(l)、NN2(

9、g)、SSO2(g)、ClHCl(g)。物質(zhì)燃燒一定是放熱反應(yīng),故H中符號(hào)一定為負(fù)。2.熱值:25、101kPa時(shí),1g物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量叫做該物質(zhì)的熱值。六、中和熱的測(cè)定1.測(cè)定方法(1)準(zhǔn)備絕熱裝置:在大燒杯底部墊碎泡沫塑料(或紙條),使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然后在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料(或紙條)。大燒杯上用泡沫塑料板(或硬紙板)作蓋兒,在其中間開(kāi)兩個(gè)小孔,正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒通過(guò),如圖所示。(2)量取反應(yīng)物的體積,測(cè)量其溫度:先量取50mL0.50molL-1鹽酸,倒入小燒杯中,用溫度計(jì)測(cè)量鹽酸的溫度。再量取50mL0.50molL-1NaOH溶液,用溫度

10、計(jì)測(cè)量其溫度,然后求溫度的平均值,并記為t1。(3)測(cè)量反應(yīng)后的溫度(t2):把溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次性倒入小燒杯中,立即蓋上蓋兒,用環(huán)形玻璃攪拌棒不斷攪拌,觀察溫度計(jì)的溫度示數(shù)變化,并準(zhǔn)確讀取混合溶液的最高溫度,記為終止溫度t2。(4)重復(fù)實(shí)驗(yàn):重復(fù)實(shí)驗(yàn)23次,取測(cè)量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計(jì)算依據(jù)。(5)根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算中和熱:H=-kJmol-1。210.418(tt)0.0252.注意事項(xiàng)(1)保溫效果一定要好,小燒杯杯口與大燒杯杯口要相平。(2)鹽酸與NaOH溶液的濃度要準(zhǔn)確。(3)宜用有0.1分度的溫度計(jì),溫度計(jì)水銀球應(yīng)浸沒(méi)在溶液中。(4)測(cè)

11、量反應(yīng)物的溫度時(shí),測(cè)量完鹽酸的溫度后,應(yīng)將溫度計(jì)清洗一下再去測(cè)量NaOH溶液的溫度,防止酸、堿反應(yīng)造成誤差。考點(diǎn)二考點(diǎn)二 蓋斯定律及反應(yīng)熱的有關(guān)計(jì)算蓋斯定律及反應(yīng)熱的有關(guān)計(jì)算知識(shí)梳理知識(shí)梳理一、蓋斯定律1.內(nèi)容:通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明,不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成,其反應(yīng)熱是相同的。換句話說(shuō),化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)。2.應(yīng)用:很多反應(yīng)很難直接測(cè)其反應(yīng)熱,可用蓋斯定律間接計(jì)算。二、反應(yīng)熱的計(jì)算1.根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)計(jì)算H=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能2.根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)熱與反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量成正比3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算H=-Q=-(Ct)(C代

12、表溶液及量熱計(jì)的總熱容,單位為J/)或H=-Q=-(cmt)c代表反應(yīng)物的比熱容,單位為J/(g)。4.利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算方法方法1 熱化學(xué)方程式的正誤判斷方法熱化學(xué)方程式的正誤判斷方法判斷一個(gè)熱化學(xué)方程式是否正確,主要從以下四個(gè)方面入手:(1)各物質(zhì)的化學(xué)式是否正確,化學(xué)方程式是否符合客觀事實(shí);(2)各物質(zhì)的聚集狀態(tài)是否注明;(3)化學(xué)方程式是否配平;(4)H是否與化學(xué)方程式中各物質(zhì)前的化學(xué)計(jì)量數(shù)相對(duì)應(yīng),其符號(hào)和數(shù)值是否正確。例例1(2018浙江寧波鎮(zhèn)海中學(xué)高三選考模擬,19)已知1g物質(zhì)完全燃燒時(shí)所放出的熱量叫做該物質(zhì)的熱值。有以下能量轉(zhuǎn)化圖,下列說(shuō)法不正確的是()突破方法A.轉(zhuǎn)化的熱化

13、學(xué)方程式為:C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5kJmol-1B.轉(zhuǎn)化的熱化學(xué)方程式為:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-565.8kJmol-1C.由CCO的熱化學(xué)方程式為:2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-110.6kJmol-1D.CO的熱值為10.1kJg-1解析解析由題給物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化圖可得:轉(zhuǎn)化是CCO2,熱化學(xué)方程式為C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5kJmol-1,A正確;轉(zhuǎn)化是COCO2,熱化學(xué)方程式為CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-282.9kJmol-1,B正確;CCO的熱化學(xué)方程式為C(s)+O2(g)CO(g)H=-(3

14、93.5kJmol-1-282.9kJmol-1)=-110.6kJmol-1,即2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.2kJmol-1,C錯(cuò)誤;由熱值的定義結(jié)合能量轉(zhuǎn)化圖可知CO的熱值為,即10.1kJg-1,D正確。1212282.9kJ28g答案答案 C1-1(2017浙江“七彩陽(yáng)光”聯(lián)盟高三期中聯(lián)考,19)根據(jù)合成氨反應(yīng)的能量變化圖,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-2(a-b)kJmol-1B.斷裂0.5molN2(g)和1.5molH2(g)中所有的化學(xué)鍵釋放akJ熱量C.2NH3(l)N2(g)+3H2(g)H=2(b+c-a)kJ

15、mol-1D.若合成氨反應(yīng)使用催化劑,反應(yīng)放出的熱量增多答案答案 C解析解析由圖像知,0.5molN2(g)+1.5molH2(g)1molN(g)+3molH(g)吸收akJ的能量,1molN(g)+3molH(g)1molNH3(g)放出bkJ能量,1molN(g)+3molH(g)1molNH3(l)放出(b+c)kJ能量。根據(jù)H=反應(yīng)物的總鍵能之和-生成物的總鍵能之和,再由圖像可知,反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)。A項(xiàng)中H=2(a-b)kJmol-1,A錯(cuò)誤;B項(xiàng),斷裂化學(xué)鍵需吸收能量,B錯(cuò)誤;2NH3(l)N2(g)+3H2(g)H=2(b+c-a)kJmol

16、-1,C正確;D項(xiàng),催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng),D錯(cuò)誤。方法方法2 有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算1.應(yīng)用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱蓋斯定律是指一個(gè)化學(xué)反應(yīng)無(wú)論是一步完成,還是分幾步完成,反應(yīng)的總熱效應(yīng)相同。即反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),而與反應(yīng)途徑無(wú)關(guān)。此定律的主要應(yīng)用是用已知反應(yīng)的反應(yīng)熱來(lái)推知相關(guān)反應(yīng)的反應(yīng)熱。例如,在如圖所示的關(guān)系中,反應(yīng)AB可看成反應(yīng)AC和CB相加,所以反應(yīng)的焓變有如下關(guān)系:H=H1+H2。溫馨提示應(yīng)用蓋斯定律進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算的注意事項(xiàng)(1)設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)過(guò)程。(2)當(dāng)反應(yīng)式乘以或除以某數(shù)時(shí),H也應(yīng)乘以或除以該數(shù)。(3)反應(yīng)式進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí),H也同樣要進(jìn)行加減運(yùn)算,且

17、計(jì)算過(guò)程中要帶“+”“-”符號(hào)。(4)通過(guò)應(yīng)用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算來(lái)比較反應(yīng)熱的大小時(shí),同樣要把H看為一個(gè)整體。(5)在設(shè)計(jì)的反應(yīng)過(guò)程中常會(huì)遇到同一物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化,狀態(tài)由固液氣變化時(shí),會(huì)吸熱;反之會(huì)放熱。(6)當(dāng)設(shè)計(jì)的反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí),其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等,符號(hào)相反。運(yùn)用蓋斯定律的關(guān)鍵在于分析總反應(yīng)可由哪些中間過(guò)程構(gòu)成,化簡(jiǎn)要細(xì)心,計(jì)算時(shí)H(帶“+”“-”)也要參與運(yùn)算。2.根據(jù)反應(yīng)物和生成物的總能量計(jì)算反應(yīng)熱H=E(生成物)-E(反應(yīng)物)。3.從鍵能的角度計(jì)算反應(yīng)熱H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和。例例2(1)(2016四川理綜,11節(jié)選)工業(yè)上常用磷精礦Ca5(P

18、O4)3F和硫酸反應(yīng)制備磷酸。已知25,101kPa時(shí):CaO(s)+H2SO4(l)CaSO4(s)+H2O(l)H=-271kJ/mol5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l)H=-937kJ/mol則Ca5(PO4)3F和硫酸反應(yīng)生成磷酸的熱化學(xué)方程式是。(2)(2016課標(biāo),27節(jié)選)已知下列反應(yīng):SO2(g)+2OH-(aq)S(aq)+H2O(l)H1ClO-(aq)+S(aq)S(aq)+Cl-(aq)H2CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq)H3則反應(yīng)SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO

19、4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的H=。23O23O24O24O解析解析(1)將已知熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為、,根據(jù)蓋斯定律,5-可推出Ca5(PO4)3F和硫酸反應(yīng)生成磷酸的熱化學(xué)方程式。(2)將題給熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為、,根據(jù)蓋斯定律,由+-可得反應(yīng):SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq),故H=H1+H2-H3。答案答案(1)Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l)5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g)H=-418kJ/mol(2)H1+H2-H32-1已知:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)H=akJmol-12C(s)+O2(g)2CO(g)H=-220kJmol-1HH、OO和OH鍵的鍵能分別為436kJmol-1、496kJmol-1和462kJmol-1,則a為()A.-332B.-118C.+350D.+130答案答案 D解析解析將題中兩個(gè)熱化學(xué)方程式按題給順序依次編號(hào)為和,依據(jù)蓋斯定律,-2得:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-(220+2a)kJmol-1,代入相關(guān)數(shù)據(jù)得:(2436+496)-4462=-(220+2a),解得a=+130,D項(xiàng)正確。