魯科化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)》第一學(xué)案

1、第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第1節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)第1課時化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓變學(xué)習(xí)目標1.了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因，知道化學(xué)能與熱能的轉(zhuǎn)化是化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的主要形式。2.了解焓變與反應(yīng)吸熱或放熱的關(guān)系。理解反應(yīng)熱、焓變的含義及其表示方法。3.掌握熱化學(xué)方程式的書寫和意義。重點·難點1.反應(yīng)熱、焓變的概念。2.熱化學(xué)方程式的書寫。1反應(yīng)熱(1)化學(xué)反應(yīng)在一定溫度下進行時，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量。通常用符號Q表示。單位為J·mol1或kJ·mol1。(2)反應(yīng)熱(3)下列反應(yīng)中，屬于吸熱反應(yīng)的是，屬于放熱反應(yīng)的是。燃燒反應(yīng)鋁熱反應(yīng)氯化銨與消石灰的反應(yīng)金屬與酸的

2、反應(yīng)CH2O(g)COH22反應(yīng)熱的測定(1)儀器量熱計(2)原理QC(T2T1)。其中C表示溶液及量熱計的熱容，T1、T2分別表示反應(yīng)前和反應(yīng)后體系的溫度。(3)在測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱時，常用NaOH溶液與鹽酸、KOH溶液與鹽酸、NaOH溶液與硝酸的稀溶液進行探究實驗。三個中和反應(yīng)的反應(yīng)熱是否相同？為什么？答案相同。均為強酸強堿稀溶液的中和反應(yīng)，實質(zhì)均為HOH=H2O。3焓變(1)反應(yīng)的焓變是指反應(yīng)產(chǎn)物總焓與反應(yīng)物總焓之差。吸熱反應(yīng)的H>0，放熱反應(yīng)的H<0，H的單位是J·mol1或kJ·mol1。(2)滿足怎樣的條件才能使反應(yīng)的焓變等于該反應(yīng)的反應(yīng)熱？答案在

3、等壓條件下進行的化學(xué)反應(yīng)，如果反應(yīng)中物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化為熱能，則反應(yīng)前后物質(zhì)的焓的改變就等于該反應(yīng)的反應(yīng)熱。4熱化學(xué)方程式(1)298 K時，1 mol H2(g)和0.5 mol O2(g)反應(yīng)生成1 mol H2O(l)放熱285.8 kJ，此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可表示為H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJ·mol1。(2)解釋下述熱化學(xué)方程式的含義：4NH3(g)5O2(g)=4NO(g)6H2O(g)H905 kJ·mol1答案4 mol NH3(g)與5 mol O2(g)完全反應(yīng)生成4 mol NO(g)和6 mol H2O(g)時，放出熱量9

4、05 kJ。(3)下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式中H1與H2大小如何？是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)？答案H1>H2放熱反應(yīng)H1<H2放熱反應(yīng)H1>H2放熱反應(yīng)一、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓變1測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱時，能否用NaOH溶液與稀醋酸反應(yīng)？NaOH溶液與濃H2SO4反應(yīng)呢？答案不能，醋酸電離出H時吸收熱量，所測中和反應(yīng)的反應(yīng)熱的數(shù)值小于強酸強堿的中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。也不能，濃H2SO4溶解過程放熱，使所測數(shù)值偏大。2焓變與物質(zhì)能量的關(guān)系類型比較放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)關(guān)系反應(yīng)物具有的總能量大于反應(yīng)產(chǎn)物具有的總能量反應(yīng)物具有的總能量小于反應(yīng)產(chǎn)物具有的總能量表示方法H<0H>0圖示實例H2

5、(g)Cl2(g)= 2HCl(g)H183 kJ·mol1C(s)H2O(g)= CO(g)H2(g)H131.3 kJ·mol13.焓變與化學(xué)鍵的形成和斷裂過程中能量變化的關(guān)系化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因(如圖)。吸收能量E1反應(yīng)物反應(yīng)產(chǎn)物放出能量E2E1>E2反應(yīng)吸收能量H>0E1<E2反應(yīng)放出能量H<04由化學(xué)鍵的形成和斷裂過程的能量變化求焓變的公式H反應(yīng)物的化學(xué)鍵斷裂吸收的能量總和反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)鍵形成時放出的能量總和。反應(yīng)物的化學(xué)鍵斷裂吸收的能量總和>反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)鍵形成時放出的能量總和，反應(yīng)吸熱。反應(yīng)物的化學(xué)鍵斷

6、裂吸收的能量總和<反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)鍵形成時放出的能量總和，反應(yīng)放熱。歸納總結(jié)1.測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱時，應(yīng)用強酸和強堿的稀溶液，不能用稀醋酸(因電離時吸熱)或濃硫酸(因溶解時放熱)。2反應(yīng)是否需要加熱，只是引發(fā)反應(yīng)的條件，與反應(yīng)是放熱還是吸熱并無直接關(guān)系。許多放熱反應(yīng)也需要加熱引發(fā)，例如FeSFeS；也有部分吸熱反應(yīng)不需加熱，在常溫時就可以進行，例如Ba(OH)2·8H2O2NH4Cl=2NH3·H2OBaCl28H2O。典例1 下列說法正確的是()A反應(yīng)焓變是指1 mol物質(zhì)參加反應(yīng)時的能量變化B當(dāng)反應(yīng)放熱時，H>0，反應(yīng)吸熱時，H<0C在加熱條件下發(fā)生的

7、反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)D一個化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)反應(yīng)物能量大于反應(yīng)產(chǎn)物能量時，反應(yīng)放熱，H為“”解析焓變是反應(yīng)產(chǎn)物的總焓與反應(yīng)物的總焓之差，它與反應(yīng)物的量有關(guān)，而與反應(yīng)條件(如是否加熱)沒有直接關(guān)系，所以A、C兩項不正確；H>0時，物質(zhì)的總能量增加，反應(yīng)吸熱；H<0時，物質(zhì)的總能量減少，反應(yīng)放熱，B項錯誤；在反應(yīng)中若物質(zhì)所具有的總能量減少，反應(yīng)就放熱，反之就吸熱，因此D項正確。答案D變式訓(xùn)練12SO2(g)O2(g)2SO3(g)反應(yīng)過程的能量變化如圖所示。已知1 mol SO2(g)氧化為1 mol SO3(g)的H99 kJ·mol1請回答下列問題：(1)該反應(yīng)屬于_反應(yīng)(填“放

8、熱”或“吸熱”)。(2)圖中A、C分別表示_、_。(3)從化學(xué)鍵的角度分析，E、F、H分別代表什么意義？E_；F_；H_。答案(1)放熱(2)反應(yīng)物的總能量反應(yīng)產(chǎn)物的總能量(3)斷裂舊鍵吸收的能量形成新鍵釋放的能量2 mol SO2(g)完全氧化為2 mol SO3(g)時的焓變解析本題綜合考查化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、焓變、化學(xué)鍵以及物質(zhì)能量之間的關(guān)系。解題時應(yīng)分析清楚圖象含義以及其與上述四者之間的關(guān)系。(1)因H99 kJ·mol1<0，故為放熱反應(yīng)。(2)分析圖象，縱坐標為能量變化，橫坐標為反應(yīng)過程，則A代表起始能量(即反應(yīng)物的總能量)，C代表終態(tài)能量(即反應(yīng)產(chǎn)物的總能量)。(3

9、)從化學(xué)鍵的角度分析化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成，故E代表破壞舊鍵吸收的能量，F(xiàn)表示形成新鍵釋放的能量，H表示形成新鍵釋放的能量與破壞舊鍵吸收的能量差即反應(yīng)的熱效應(yīng)。二、熱化學(xué)方程式1熱化學(xué)方程式與普通化學(xué)方程式的區(qū)別普通化學(xué)方程式熱化學(xué)方程式化學(xué)計量數(shù)整數(shù)，既表示微粒個數(shù)又表示微粒的物質(zhì)的量可以是整數(shù)也可以是分數(shù)，只表示微粒的物質(zhì)的量物質(zhì)狀態(tài)不要求注明必須在物質(zhì)或微粒之后注明H符號及單位無必須注明意義表明了化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的變化不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的變化，而且表明了化學(xué)反應(yīng)中能量的變化2.下列熱化學(xué)方程式書寫正確的是；錯誤的是，錯誤的原因是中未注明物質(zhì)狀態(tài)，中單位不對，應(yīng)

10、為kJ·mol1，中應(yīng)標上“”，即H393.5_kJ·mol1。2SO2O2 2SO3H196.6 kJ·mol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ·mol1C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJC(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJ·mol1H2O(l)=H2(g)O2(g)H285.8 kJ·mol1總結(jié)與普通化學(xué)方程式相比，書寫熱化學(xué)方程式時除遵循書寫化學(xué)方程式的要求外，還應(yīng)注意以下五點：(1)注意標明物質(zhì)的聚集狀態(tài)方程式中每種物質(zhì)的化學(xué)式后面用括號注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)(g、l、s)，

11、不用標“”或“”，水溶液用aq表示。(2)注意注明必要的反應(yīng)條件焓變與溫度和壓強等測定條件有關(guān)，所以書寫時必須在H后指明反應(yīng)的溫度和壓強(298 K、100 kPa時，可不注明)。(3)注意明確系數(shù)的含義系數(shù)只表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量，不表示分子個數(shù)或原子個數(shù)，因此熱化學(xué)方程式中系數(shù)也可以是分數(shù)。(4)注意H的單位及符號H的單位是J·mol1或kJ·mol1，H只能寫在化學(xué)方程式的右邊，表示正向反應(yīng)的焓變。H<0表示為放熱反應(yīng)；H>0，則表示為吸熱反應(yīng)。(5)注意同一反應(yīng)中系數(shù)與H數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系化學(xué)方程式中各物質(zhì)的系數(shù)加倍，則H的數(shù)值也加倍；若反應(yīng)逆向進行，則H改變

12、符號，但絕對值不變。典例2 298 K、100 kPa時，強酸與強堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)的中和熱為57.3 kJ·mol1，辛烷的燃燒熱為5 518 kJ·mol1。下列熱化學(xué)方程式書寫正確的是()A2H(aq)SO(aq)Ba2(aq)2OH(aq)=BaSO4(s)2H2O(l)H57.3 kJ·mol1BKOH(aq)H2SO4(aq)=K2SO4(aq)H2O(l) H57.3 kJ·mol1CC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(g) H5 518 kJ·mol1D2C8H18(g)25O2(g)=16CO2(g)18H

13、2O(l) H5 518 kJ·mol1解析H2SO4與Ba(OH)2溶液反應(yīng)，不僅生成了H2O還有BaSO4生成，因此A項放出的熱量比57.3 kJ×2還多，A項錯誤；辛烷的燃燒熱是指1 mol辛烷完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)水時放出的熱量是5 518 kJ，C、D項均錯誤。答案B變式訓(xùn)練2已知在298 K,100 kPa下，1 g C8H18(辛烷)燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水時放出48.40 kJ熱量。表示上述反應(yīng)的熱化學(xué)方程式正確的是()AC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(g) H48.40 kJ·mol1BC8H18(l)O2(g)=8CO

14、2(g)9H2O(l) H5 518 kJ·mol1CC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(l) H5 518 kJ·mol1DC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(l) H48.40 kJ·mol1答案B解析在熱化學(xué)方程式中，各物質(zhì)化學(xué)式前的化學(xué)計量數(shù)表示物質(zhì)的量。1 g C8H18燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水時放熱48.40 kJ，則1 mol C8H18燃燒放熱48.40 kJ×1145 518 kJ，所以A、D錯誤；放熱反應(yīng)的H<0，為負值，所以C錯誤，答案為B。1下列說法正確的是()A化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，都表現(xiàn)為

15、熱量的變化B需要加熱才能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，一定是吸熱反應(yīng)C放熱反應(yīng)在常溫下一定很容易發(fā)生D反應(yīng)是放熱還是吸熱必須看反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物所具有的總能量的大小答案D解析放熱和吸熱是化學(xué)反應(yīng)中能量表現(xiàn)的主要形式，它取決于反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物所具有的總能量的相對大小，但吸熱和放熱不是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的惟一形式。反應(yīng)開始需要加熱，該反應(yīng)可能是吸熱反應(yīng)，也可能是放熱反應(yīng)，吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)在一定條件下都能發(fā)生，但特定情況下也可能都不發(fā)生。2下列反應(yīng)中既是氧化還原反應(yīng)，又是吸熱反應(yīng)的是()A鋁與稀鹽酸反應(yīng)B灼熱的炭與二氧化碳反應(yīng)C甲烷在空氣中燃燒DBa(OH)2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)答案B解析A為放熱

16、反應(yīng)；B為吸熱反應(yīng)且發(fā)生氧化還原反應(yīng)；C為放熱反應(yīng)；D為吸熱反應(yīng)但不是氧化還原反應(yīng)。3下列變化為放熱反應(yīng)的是()AH2O(g)=H2O(l)H44.0 kJ·mol1B2HI(g)=H2(g)I2(g)H14.9 kJ·mol1C形成化學(xué)鍵時共放出能量862 kJ的化學(xué)反應(yīng)D能量變化如上圖所示的化學(xué)反應(yīng)答案D解析由題意，可排除A、B項；C項中未涉及吸收的能量是多少，故無法確定為放熱反應(yīng)；由圖示可知，反應(yīng)物的總能量大于反應(yīng)產(chǎn)物的總能量，為放熱反應(yīng)。4在100 kPa和298 K時，有關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式有：H2(g)O2(g)=H2O(g) H1241.8 kJ·m

17、ol1H2(g)O2(g)=H2O(l) H2285.8 kJ·mol1下列說法錯誤的是()AH2燃燒生成1 mol H2O(g)時，放出241.8 kJ的熱量BO2前面的表示參加反應(yīng)的O2的分子數(shù)目C1 mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量為燃燒熱，H2的燃燒熱為285.8 kJ·mol1D1 mol液態(tài)水變成水蒸氣時吸收44 kJ的熱量答案B解析熱化學(xué)方程式中物質(zhì)分子式前面的系數(shù)只表示“物質(zhì)的量”，而不表示微粒個數(shù)。5沼氣是一種能源，它的主要成分是CH4。0.5 mol CH4完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)H2O時，放出445 kJ熱量，則下列熱化學(xué)方程式中正確的

18、是()A2CH4(g)4O2(g)=2CO2(g)4H2O(l) H890 kJ·mol1BCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H890 kJ·mol1CCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H890 kJ·mol1D. CH4(g)O2(g)=CO2(g)H2O(l) H890 kJ·mol1答案C解析0.5 mol CH4完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)H2O時，放出445 kJ熱量，即1 mol CH4完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)H2O時，放出890 kJ熱量。根據(jù)書寫熱化學(xué)方程式的規(guī)定，要注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)，標出反應(yīng)

19、的熱效應(yīng)，只有C項正確。6下列說法或表示方法正確的是()A等物質(zhì)的量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，后者放出熱量多B在稀溶液中，H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJ·mol1，若將含0.5 mol H2SO4的濃硫酸與含1 mol NaOH的溶液混合，放出的熱量大于57.3 kJC由C(石墨)=C(金剛石)H1.90 kJ·mol1可知，金剛石比石墨穩(wěn)定D在100 kPa時，2 g H2完全燃燒生成液態(tài)水，放出285.8 kJ熱量，則H2燃燒的熱化學(xué)方程式為2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H285.8 kJ·mol1答案B解析由于硫固體變成硫蒸

20、氣需要吸熱，故等物質(zhì)的量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，后者放出熱量少，A錯；濃硫酸稀釋時放熱，B正確；由C(石墨)=C(金剛石)H1.90 kJ·mol1，由吸熱反應(yīng)可知，金剛石能量比石墨高，所以，石墨比金剛石穩(wěn)定，C錯；根據(jù)燃燒熱定義可知D錯。7已知298 K時，合成氨反應(yīng)N2(g)3H2(g)=2NH3(g)H92.0 kJ·mol1，將此溫度下的1 mol N2和3 mol H2放在一密閉容器中，在催化劑存在時進行反應(yīng)。測得反應(yīng)放出的熱量為(假定測量過程中沒有能量損失)()A一定小于92.0 kJ B一定大于92.0 kJC一定等于92.0 kJ D無法確定答案A解析反應(yīng)熱是指反應(yīng)完全進行時放出或吸收的熱量。1 mol N2和3 mol H2放在密閉容器中，在催化劑存在時進行的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，是不能進行到底的，因此反應(yīng)放出的熱量一定小于92.0 kJ。8關(guān)于熱化學(xué)方程式：H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H184.6 kJ·mol1的敘述正確的是()A一分子H2和Cl2反應(yīng)，放出熱量184.6 kJB1 mol H2和Cl2完全反應(yīng)生成2 mol HCl放出的熱量為184.6 kJC在298 K、100 kPa時，1 mol氣態(tài)H2和1 mol氣態(tài)Cl2完全反應(yīng)生成2 mol HCl氣體，放出的熱量為184.6 kJ