高一化學 1.5 化學反應與能量課件.ppt

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第一講基本概念 基本理論第五課時化學反應與能量 知識精講 考點一 反應熱與熱化學方程式1 反應熱 1 定義 化學反應中放出或吸收的熱量 2 焓變 在恒壓條件下化學反應的熱效應 符號為 H 單位為kJ mol kJ mol 1 放熱反應的 H0 3 常見放熱反應 可燃物的燃燒 酸堿中和反應 大多數(shù)化合反應 金屬跟酸的置換反應 物質(zhì)的緩慢氧化 知識精講 4 常見吸熱反應 大多數(shù)分解反應 鹽的水解和弱電解質(zhì)的電離 Ba OH 2 8H2O與NH4Cl反應 碳和水蒸氣 C和CO2的反應 2 燃燒熱 1 定義 在101kPa時 1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量 叫做該物質(zhì)的燃燒熱 2 單位 kJ mol或 kJ mol 1 知識精講 3 意義 C的燃燒熱為393 5kJ mol 表示在250C101kPa條件下 1molC完全燃燒生成CO2 g 放出393 5kJ的熱量 4 用熱化學方程式表示為 C s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 5 物質(zhì)燃燒一定放熱 故物質(zhì)燃燒的 H一定為負值 3 中和熱 1 概念 在稀溶液中 酸跟堿發(fā)生中和反應而生成1molH2O 這時的反應熱叫中和熱 2 中和熱的表示 H aq OH aq H2O l H 57 3kJ mol 知識精講 理解中和熱時注意 稀溶液是指溶于大量水的離子 中和熱不包括離子在水溶液中的生成熱 電解質(zhì)電離的吸熱所伴隨的熱效應 中和反應的實質(zhì)是H 和OH 化合生成H2O 若反應過程中有其他物質(zhì)生成 這部分反應熱也不在中和熱內(nèi) 4 中和熱的測定 1 實驗用品 大燒杯 500mL 小燒杯 100mL 溫度計 兩個量筒 50mL 泡沫塑料或紙條 泡沫塑料板或硬紙板 中心有兩個小孔 環(huán)形玻璃攪拌棒 知識精講 2 測量方法與步驟 測量原理 H n m酸 m堿 c t終 t始 操作步驟a 量取50mL0 50mol L的鹽酸 倒入小燒杯中 測定其溫度 記作t HCl 然后將溫度計上的酸用水沖洗干凈 洗液不倒入小燒杯 知識精講 b 用另一個量筒最取50mL0 55mol LNaOH溶液 測定其溫度 記作t NaOH 然后將溫度計上的堿用水沖洗干凈 c 先將溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯中 然后把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯中 注意不要灑到外面 用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動溶液并準確讀取混合溶液的最高溫度 記作t終 d 重復上述實驗兩次 取測量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計算數(shù)據(jù) 5 熱化學方程式 1 定義 表示參加反應物質(zhì)的量和反應熱的關系的化學方程式 知識精講 2 意義 表明化學反應中的物質(zhì)變化和能量變化 如H2 g O2 g H2O g H 241 8kJ mol 1表示的意義 在25 101kPa條件下 1molH2 g 與0 5molO2 g 發(fā)生反應生成1molH2O g 時放出241 8kJ的熱量 3 書寫 H只能寫在標有反應物和生成物狀態(tài)的化學方程式的右邊 并用 隔開 放熱反應 H為0 H的單位一般為kJ mol 注意熱化學方程式中各物質(zhì)化學式前面的化學計量數(shù)僅表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量 并不表示物質(zhì)的個數(shù) 因此化學計量數(shù)可以是整數(shù) 也可以是分數(shù) 知識精講 反應物和產(chǎn)物的聚集狀態(tài)不同 反應熱數(shù)值以及符號都可能不同 因此 必須注明物質(zhì)的聚集狀態(tài) s l g 才能完整地體現(xiàn)出熱化學方程式的意義 熱化學方程式中不用 和 且一般不寫反應條件 由于 H與反應完成物質(zhì)的量有關 所以方程式中化學式前面的化學計量數(shù)必須與 H相對應 如果化學計量數(shù)加倍 則 H也要加倍 當反應向逆向進行時 其反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等 符號相反 如 相同條件 溫度 壓強 下 相同物質(zhì)的化學反應 互逆反應 不一定是可逆反應 正向進行的反應和逆向進行的反應 其反應熱 H數(shù)值相等 符號相反 方法精講 1 使用燃燒熱的概念時要理解下列要點 1 規(guī)定是在101kPa壓強下測出熱量 書中提供的燃燒熱數(shù)據(jù)都是在101kPa下測定出來的 因為壓強不同 反應熱有所不同 2 規(guī)定可燃物的物質(zhì)的量為1mol 因此 表示可燃物的燃燒熱的熱化學方程式中 可燃物的化學計量數(shù)為1 其他物質(zhì)的化學計量數(shù)常出現(xiàn)分數(shù) 例如 C8H18的燃燒熱為5518kJ mol 1 用熱化學方程式表示則為C8H18 l O2 g 8CO2 g 9H2O l H 5518kJ mol 1 3 規(guī)定生成物為穩(wěn)定的氧化物 例如C CO2 H H2O l S SO2等 C s O2 g CO g H 110 5kJ mol 1C s O2 g CO2 g H 393 5kJ mol 1C的燃燒熱為393 5kJ mol 1 而不是110 5kJ mol 1 方法精講 4 敘述燃燒熱時 用正值 在熱化學方程式中用 H表示時取負值 例如 CH4的燃燒熱為890 3kJ mol 1 而 H 890 3kJ mol 1且必須以1mol可燃物燃燒為標準 2 從能量和鍵能角度再認識反應熱 1 根據(jù)能量守恒 反應的 H 生成物的能量之和 反應物的能量之和 當反應物的能量之和大于生成物的能量之和 化學反應放熱 H0 方法精講 2 化學反應中存在舊鍵斷裂和新鍵形成的過程 且舊鍵斷裂吸收熱量 新鍵形成過程中放出熱量 化學反應的能量變化取決于吸收和放出熱量的多少 當吸收熱量大于放出的熱量時反應吸熱 當放出的熱量大于吸收的熱量時 反應放熱 且反應的 H 反應物的鍵能之和 生成物的鍵能之和 3 熱化學方程式正誤的判斷 1 看方程式是否配平 2 看各物質(zhì)的聚集狀態(tài)是否正確 3 看 H的 符號是否正確 4 看反應熱的單位是否為kJ mol 1 5 看反應熱的數(shù)值與化學計量數(shù)是否對應 方法精講 典例精講 例1 下列與化學反應能量變化相關的敘述正確的是 A 生成物能量一定低于反應物總能量B 放熱反應的反應速率總是大于吸熱反應的反應速率C 應用蓋斯定律 可計算某些難以直接測量的反應焓變D 同溫同壓下 H2 g Cl2 g 2HCl g 在光照和點燃條件下的 H不同 答案 C 解析 生成物的總能量低于反應總能量的反應 是放熱反應 若是吸熱反應則相反 故A錯 反應速率與反應是吸熱還是放熱沒有必然的聯(lián)系 故B錯 C是蓋斯定律的重要應用 正確 根據(jù) H 生成物的焓 反應物的焓可知 焓變與反應條件無關 故D錯 典例精講 例2 下列熱化學方程式書寫正確的是 H的絕對值均正確 A S s O2 g SO3 g H 315kJ mol 1 燃燒熱 B NaOH aq HCl aq NaCl aq H2O l H 57 3kJ mol 1 中和熱 C C2H5OH 3O2 2CO2 3H2O H 1368 8kJ mol 1 反應熱 D 2H2O g 2H2 g O2 g H 483 6kJ mol 1 反應熱 答案 B 解析 選項A中根據(jù)燃燒熱的定義可知產(chǎn)物應是SO2 選項C中熱化學方程式?jīng)]有標明各物質(zhì)的聚集狀態(tài) 選項D中 H應為正值 例3 下列關于熱化學反應的描述中正確的是 A 已知H aq OH aq H2O l H 57 3kJ mol 1 則H2SO4和Ba OH 2反應的反應熱 H 2 57 3 kJ mol 1B 燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的熱化學方程式是CH3OH g O2 g CO2 g 2H2 g H 192 9kJ mol 1 則CH3OH g 的燃燒熱為192 9kJ mol 1C H2 g 的燃燒熱是285 8kJ mol 1 則2H2O g 2H2 g O2 g H 571 6kJ mol 1D 葡萄糖燃燒熱是2800kJ mol 1 則C6H12O6 s 3O2 g 3CO2 g 3H2O l H 1400kJ mol 1 典例精講 答案 D 解析 本題考查熱化學方程式的有關知識 關鍵在于明確有關反應熱的各種概念及熱化學方程式的書寫方法及正誤判斷 H2SO4和Ba OH 2反應時還生成BaSO4沉淀 故反應熱還應包括BaSO4沉淀的生成熱 A錯 甲醇蒸氣的燃燒熱是1molCH3OH g 完全燃燒生成液態(tài)水和二氧化碳所放出的熱量 B錯 燃燒熱的定義是1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物所放出的熱量 C錯 葡萄糖的燃燒熱是2800kJ mol 1 故C6H12O6 s 3O2 g 3CO2 g 3H2O l H 1400kJ mol 1 D正確 典例精講 考題精練 1 在25 1 01 105Pa下 將22gCO2通入到750mL1 0mol L的NaOH溶液中充分反應 放出xkJ熱量 已知該條件下 1molCO2通入到2L1 0mol LNaOH溶液中充分反應 放出ykJ的熱量 則CO2與NaOH溶液反應生成NaHCO3的熱化學方程式正確為 A CO2 g NaOH aq NaHCO3 aq H 2y x kJ molB CO2 g NaOH aq NaHCO3 aq H 4x y kJ molC CO2 g NaOH aq NaHCO3 aq H 2x y kJ molD CO2 g NaOH aq 2NaHCO3 aq H 8x 2y kJ mol 考題精練 考點 B 解析 試題分析 根據(jù)題意 22gCO2通入1mol LNaOH溶液750mL中充分反應 n CO2 22g 44g mol 0 5mol n NaOH 1mol L 0 75L 0 75mol 該反應既生成碳酸鈉又生成碳酸氫鈉 方程式為2CO2 3NaOH NaHCO3 Na2CO3 H2O 由0 5molCO2反應放出熱量為xkJ 則2molCO2反應放出熱量為4xkJ 即熱化學反應方程式為2CO2 g 3NaOH aq NaHCO3 aq Na2CO3 aq H2O l H 4xkJ mol 又1molCO2通入1mol LNaOH溶液2L中充分反應放出ykJ的熱量 則熱化學方程式為2NaOH aq CO2 g Na2CO3 aq H2O l H ykJ mol 由蓋斯定律可知 可得 NaOH aq CO2 g NaHCO3 aq H 4x y kJ mol 答案選B 2 下列有關熱化學方程式的敘述正確的是 A 已知2H2 g O2 g 2H2O g H 483 6kJ mol 1 則氫氣的燃燒熱為241 8kJ mol 1B 已知C 石墨 s C 金剛石 s H 1 9kJ mol 1 則金剛石比石墨穩(wěn)定C 含0 5molNaOH的稀溶液與稀醋酸完全中和 放出26 7kJ的熱量 則表示該反應中和熱的熱化學方程式為 OH aq H aq H2O l H 53 4kJ mol 1D 已知2H2S g O2 g 2S g 2H2O l H1 2H2S g 3O2 g 2SO2 g 2H2O l H2 則 H1 H2 考題精練 考題精練 答案 D 解析 A 燃燒熱是在一定條件下 1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量 氫氣的穩(wěn)定產(chǎn)物是液態(tài)水 A錯誤 B 已知C 石墨 s C 金剛石 s H 1 9kJ mol 1 這說明金剛石的能量高于石墨 能量越低越穩(wěn)定 則石墨比金剛石比穩(wěn)定 B錯誤 C 醋酸是弱電解質(zhì) 存在電離平衡 電離吸熱 則中和熱的實際數(shù)值大于53 4 C錯誤 D 硫化氫完全燃燒放熱多 放熱越多 H越小 則 H1 H2 D正確 答案選D 考題精練 3 已知 某溫度下 合成氨工業(yè)合成塔中每產(chǎn)生2molNH3 放出92 2kJ熱量 下列相關敘述正確的是 A 加入高效催化劑可提高氨氣的產(chǎn)率B 斷裂1molN H鍵吸收的能量約等于391kJC 該工業(yè)合成氨的熱化學方程式為N2 g 3H2 g 2NH3 g H 92 2kJD 該溫度下合成塔中放入2molN2和6molH2 達平衡后放出的熱量為184 4kJ 考題精練 答案 B 解析 試題分析 催化劑只能加快化學反應速率 不能使化學平衡移動 A項錯誤 H E 反應物鍵能之和 E 生成物鍵能之和 即 92 2kJ mol 1 945 8kJ mol 1 436kJ mol 1 3 6E N H 解得E N H 391kJ mol 1 B項正確 C項中熱化學反應方程式中 H的單位錯誤 由于反應是可逆的 不能反應徹底 2molN2和6molH2達平衡后放出的熱量小于184 4kJ D項錯誤 知識精講 考點二 反應熱的相關計算蓋斯定律1 蓋斯定律 1 蓋斯定律的提出1840年 瑞士化學家蓋斯 G H Hess 1802 1850 通過大量實驗證明 不管化學反應是一步完成或分幾步完成 其反應熱是相同的 換句話說 化學反應的反應熱只與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關 而與反應的途徑無關 2 蓋斯定律的應用蓋斯定律的應用價值在于可以根據(jù)已準確測定的反應熱來求知實驗難測或根本無法測定的反應熱 它在熱化學方程式中的主要應用在于求未知反應的反應熱 物質(zhì)蒸發(fā)時所需能量的計算 不完全燃燒時損失熱量的計算 2 化學反應熱的計算 1 根據(jù)蓋斯定律進行計算 知識精講 利用關系圖找出反應熱之間的關系 找起點和終點 起點是A 終點是C 找途徑 一個是A B C 一個是A C 列式 H3 H1 H2 2 根據(jù)鍵能進行計算化學反應中最主要的變化是舊化學鍵發(fā)生斷裂和新化學鍵的形成 化學反應中能量的變化也主要決定于這兩個方面吸熱與放熱 可以通過鍵能計算 H 反應熱 反應物的鍵能總和 生成物鍵能總和 知識精講 方法精講 1 利用蓋斯定律進行 H計算時的注意事項應用蓋斯定律進行簡單計算時 關鍵在于設計反應過程 同時注意 1 參照新的熱化學方程式 目標熱化學方程式 結(jié)合原熱化學方程式 一般2 3個 進行合理 變形 如熱化學方程式顛倒 乘除以某一個數(shù) 然后將它們相加 減 得到目標熱化學方程式 求出目標熱化學方程式的 H與原熱化學方程式之間 H的換算關系 2 當熱化學方程式乘 除以某一個數(shù)時 H也應相應地乘 除以某一個數(shù) 方程式進行加減運算時 H也同樣要進行加減運算 且要帶 符號 即把 H看作一個整體進行運算 3 將一個熱化學方程式顛倒書寫時 H的符號也隨之改變 但數(shù)值不變 2 根據(jù)鍵能計算方法的理解為方便記憶 可作如下理解 斷裂舊化學鍵需吸熱 用 號表示 形成新化學鍵則放熱 用 號表示 化學反應的熱效應等于反應物和生成物鍵能的代數(shù)和 即 H 反應物的鍵能總和 生成物鍵能總和 方法精講 典例精講 例1 已知下列反應的熱化學方程式6C s 5H2 g 3N2 g 9O2 g 2C3H5 ONO2 3 l H12H2 g O2 g 2H2O g H2C s O2 g CO2 g H3H2O g H2O l H4則反應4C3H5 ONO2 3 l 12CO2 g 10H2O l O2 g 6N2 g 的 H為 A 12 H3 5 H2 2 H1 10 H4B 2 H1 5 H2 12 H3 10 H4C 12 H3 5 H2 2 H1 10 H4D H1 5 H2 12 H3 10 H4 典例精講 答案 A 解析 根據(jù)蓋斯定律 將所給熱化學方程式中的C s H2O g H2 g 消去 2C3H5 ONO2 3 l 5H2 g 3N2 g 3O2 g 6CO2 g H 6 H3 H1 2H2 g O2 g 2H2O l H H2 2 H4 所以4C3H5 ONO2 3 l 12CO2 g 10H2O l O2 g 6N2 g 的 H為12 H3 5 H2 2 H1 10 H4 答案選A 典例精講 例2 2015新課標 卷理綜化學 甲醇是重要的化工原料 又可稱為燃料 利用合成氣 主要成分為CO CO2和H2 在催化劑的作用下合成甲醇 發(fā)生的主反應如下 CO g 2H2 g CH3OH g H1 CO2 g 3H2 g CH3OH g H2O g H2 CO2 g H2 g CO g H2O g H3回答下列問題 典例精講 已知反應 中的相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下 由此計算 H1 kJ mol 1 已知 H2 58kJ mol 1 則 H3 kJ mol 1 典例精講 答案 99 41 解析 反應熱等于斷鍵吸收的能量與形成化學鍵所放出的能量的差值 則根據(jù)表中數(shù)據(jù)和反應的化學方程式CO g 2H2 g CH3OH g 可知反應熱 H1 1076kJ mol 2 436kJ mol 3 413kJ mol 343kJ mol 465kJ mol 99kJ mol 1 根據(jù)蓋斯定律可知 即可得到反應 則 H3 58kJ mol 99kJ mol 41kJ mol 1 考題精練 1 已知 2H2 g O2 g 2H2O g H1 3H2 g Fe2O3 s 2Fe s 3H2O g H2 2Fe s 3 2O2 g Fe2O3 s H3 2Al s 3 2O2 g Al2O3 s H4 2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s H5下列關于上述反應焓變的判斷正確的是 A H1 0 H3 0B H5 0 H4 H3C H1 H2 H3D H3 H4 H5 典例精講 答案 B 解析 A 反應2Fe s 3 2O2 g Fe2O3 s 為放熱反應 H3 0 錯誤 B 反應2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s 為放熱反應 H5 0 鋁比鐵活潑 具有的能量高 等量的鋁與氧氣反應放出的熱量比等量的鐵多 H4 H3 正確 C 根據(jù)蓋斯定律 2 3 H1 H2 H3 2 3 錯誤 根據(jù)蓋斯定律 H3 H4 H5 錯誤 2 已知 P4 s 6Cl2 g 4PCl3 g H akJ mol 1P4 s 10Cl2 g 4PCl5 g H bkJ mol 1P4具有正四面體結(jié)構 PCl5中P Cl鍵的鍵能為ckJ mol 1 PCl3中P Cl鍵的鍵能為1 2ckJ mol 1下列敘述正確的是 A P P鍵的鍵能大于P Cl鍵的鍵能B 可求Cl2 g PCl3 g PCl5 s 的反應熱 HC Cl Cl鍵的鍵能kJ mol 1D P P鍵的鍵能為kJ mol 1 考題精練 典例精講 答案 C 解析 不同物質(zhì)中P Cl的鍵能不同 無法與P P的鍵能比較 故A項錯誤 B項中PCl5的狀態(tài)為固態(tài) 與已知反應狀態(tài)不同 無法求算 故B項錯誤 式減去 式 消去了P4 可得4Cl2 g 4PCl3 g 4PCl5 g H b a kJ mol 1 把鍵能帶入 H的表達式可得 4E Cl Cl 4 3 1 2kJ mol 1 4 5CkJ mol 1 b a kJ mol 1 得出E Cl Cl b a 5 6c 4kJ mol 1 故C項正確 式 5減去 式 3 消去了Cl2 可得2P4 g 12PCl5 g 20PCl3 g H 5a 3b kJ mol 1 把鍵能帶入 H的表達式可得 2 6E P P 12 5ckJ mol 1 20 3 1 2c 5a 3b kJ mol 1 得出E P P 5a 3b 12c 12kJ mol 1 故D項錯誤