同步蘇教化學(xué)選修四新突破講義:專題1 第1單元 第1課時(shí) 化學(xué)反應(yīng)的焓變 Word版含答案
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1、 第一單元 化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng) 第1課時(shí) 化學(xué)反應(yīng)的焓變 目標(biāo)與素養(yǎng):1.知道化學(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。(宏觀辨識(shí)與微觀探析)2.通過生產(chǎn)、生活中的實(shí)例了解化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化,了解吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)、反應(yīng)熱等概念。(宏觀辨識(shí)與微觀探析)3.了解熱化學(xué)方程式的含義并能正確書寫熱化學(xué)方程式。(宏觀辨識(shí)與微觀探析) 一、反應(yīng)熱 焓變 1.反應(yīng)熱 焓變 (1)反應(yīng)熱:在化學(xué)反應(yīng)過程中,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。 (2)焓變:在恒溫、恒壓的條件下,化學(xué)反應(yīng)過程中吸收或釋放的熱量,符號(hào)為ΔH,常用單位為kJ·mol-1。 微
2、點(diǎn)撥:(1)焓變?yōu)楹銐簵l件下的反應(yīng)熱。(2)反應(yīng)熱、焓變的單位均為 kJ·mol-1,熱量的單位為kJ。 2.ΔH與吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的關(guān)系 (1)當(dāng)ΔH>0時(shí),反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量,反應(yīng)過程吸收熱量,為吸熱反應(yīng)。 (2)當(dāng)ΔH<0時(shí),反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,反應(yīng)過程放出熱量,為放熱反應(yīng)。 3.化學(xué)反應(yīng)伴隨能量變化的原因 (1)從反應(yīng)物和生成物總能量相對(duì)大小角度分析如圖所示 吸熱反應(yīng) 放熱反應(yīng) 反應(yīng)熱的計(jì)算公式:ΔH=E(生成物)-E(反應(yīng)物)。 (2)從反應(yīng)物斷鍵和生成物成鍵角度分析 N2(g)+O2(g)===2NO(g)反應(yīng)的能量變
3、化如圖所示: 由圖可知: 1 mol N2分子中的化學(xué)鍵斷裂吸收的能量是946_kJ, 1 mol O2分子中的化學(xué)鍵斷裂吸收的能量是498_kJ, 2 mol NO分子中的化學(xué)鍵形成釋放的能量是1_264_kJ, 則N2(g)+O2(g)===2NO(g)的反應(yīng)吸收的熱量為180_kJ。 反應(yīng)熱的計(jì)算公式:ΔH=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和。 二、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.書寫熱化學(xué)方程式需注意的問題 (1)書寫熱化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)指明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng),若在25 ℃(即298 K)、101 kPa時(shí)進(jìn)行的反應(yīng),可不注明。 (2)注明
4、反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)。一般用“g”表示氣體,“l(fā)”表示液體,“s”表示固體,“aq”表示水溶液。 (3)在熱化學(xué)方程式中,化學(xué)計(jì)量數(shù)表示物質(zhì)的量,可以用整數(shù)或簡(jiǎn)單分?jǐn)?shù)表示。 (4)在熱化學(xué)方程式后面注明ΔH的數(shù)值、正負(fù)號(hào)(正號(hào)可以省略)及單位(kJ·mol-1)。 (5)同一化學(xué)反應(yīng),熱化學(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)不同,ΔH也不同,ΔH與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比關(guān)系。 1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)。 (1)反應(yīng)熱的單位與熱量相同。( ) (2)反應(yīng)開始前需要加熱的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng),不需要加熱就能發(fā)生的反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)。( ) (3)熱化學(xué)方程式中物質(zhì)前的
5、化學(xué)計(jì)量數(shù)可以表示分子個(gè)數(shù)。( ) 答案:(1)× (2)× (3)× 2.下列說法正確的是( ) A.反應(yīng)熱就是反應(yīng)中放出的熱量 B.當(dāng)反應(yīng)放熱時(shí)ΔH>0,反應(yīng)吸熱時(shí)ΔH<0 C.一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中,當(dāng)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時(shí),反應(yīng)放熱,ΔH為“-” D.一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中,生成物總鍵能大于反應(yīng)物的總鍵能時(shí),反應(yīng)吸熱,ΔH為“+” C [反應(yīng)熱也指反應(yīng)中吸收的熱量,A錯(cuò);在反應(yīng)中,生成物比反應(yīng)物所具有的總能量小,反應(yīng)就放熱,反之就吸熱,C對(duì);化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊化學(xué)鍵的斷裂,新化學(xué)鍵的形成,斷鍵時(shí)吸收能量即反應(yīng)物鍵能,成鍵時(shí)放出能量即生成物鍵能,后者大,則反應(yīng)為放熱反應(yīng),Δ
6、H為“-”,D錯(cuò)。] 3.H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1表示的意義是在25 ℃、101 kPa下,________H2與________O2反應(yīng)生成________時(shí),______的熱量是285.8 kJ。 答案:1 mol mol 1 mol液態(tài)水 放出 從宏觀和微觀的角度分析反應(yīng)熱 類型 定義 放出熱量的化學(xué)反應(yīng) 吸收熱量的化學(xué)反應(yīng) 宏觀辨識(shí) 反應(yīng)物具有的總能量大于生成物具有的總能量(E反>E生) 反應(yīng)物具有的總能量小于生成物具有的總能量(E反<E生) 微觀探析 吸收能量E1 ↓ 反應(yīng)物生成物
7、 ↓ 放出能量E2 E1>E2,吸收熱量 E1<E2,放出熱量 與鍵能的 關(guān)系 反應(yīng)物的鍵能總和>生成物的鍵能總和,吸收熱量 反應(yīng)物的鍵能總和<生成物的鍵能總和,放出熱量 焓變 ΔH<0 ΔH>0 圖示 能量變化 體系的能量降低 體系的能量升高 實(shí)例 H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-184.6 kJ·mol-1 C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=131.5 kJ·mol-1 常見反 應(yīng)類型 ①可燃物的燃燒; ②酸堿中和反應(yīng); ③大多數(shù)化合反應(yīng); ④金屬與(水)酸的置換反應(yīng); ⑤鋁熱反應(yīng) ①
8、大多數(shù)分解反應(yīng); ②鹽的水解和弱電解質(zhì)的電離; ③Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng); ④碳和水、C和CO2的反應(yīng) 【例1】 某反應(yīng)由兩步反應(yīng)ABC構(gòu)成,它的反應(yīng)能量曲線如圖,下列敘述正確的是( ) A.兩步反應(yīng)均為吸熱反應(yīng) B.AB反應(yīng),反應(yīng)條件一定要加熱 C.A與C的能量差為E4 D.三種化合物中C最穩(wěn)定 D [A→B為吸熱反應(yīng),B→C為放熱反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)與是否需要加熱無關(guān),B項(xiàng)錯(cuò)誤;A與C的能量差為ΔH,C項(xiàng)錯(cuò)誤;三種化合物中C能量最低,最穩(wěn)定,D項(xiàng)正確。] (1)某一反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng),與反應(yīng)物和生成物總能量的相對(duì)大小有
9、關(guān),與反應(yīng)條件無關(guān)。 (2)從能量的角度比較物質(zhì)的穩(wěn)定性:物質(zhì)本身具有的能量越高,其穩(wěn)定性越差,能量越低的物質(zhì)越穩(wěn)定。 (3)從鍵能的角度比較物質(zhì)的穩(wěn)定性:鍵能越大,物質(zhì)越穩(wěn)定。 1.由下圖分析,有關(guān)敘述正確的是( ) A.A→B+C和B+C→A兩個(gè)反應(yīng)吸收或放出的能量不等 B.A→B+C是放熱反應(yīng) C.A具有的能量高于B和C具有的能量總和 D.A→B+C是吸熱反應(yīng),則B+C→A必然是放熱反應(yīng) D [本題考查化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,由圖可知,B+C的能量高于A的能量,則反應(yīng)B+C→A一定是放熱反應(yīng);反之,A→B+C則是吸熱反應(yīng)。根據(jù)能量守恒定律,兩反應(yīng)的反應(yīng)
10、熱在數(shù)值上相等,符號(hào)相反。] 2.(1)已知反應(yīng)2HI(g)===H2(g)+I(xiàn)2(g) ΔH=11 kJ·mol-1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化學(xué)鍵斷裂時(shí)分別需要吸收436 kJ、151 kJ的能量,則1 mol HI(g)分子中化學(xué)鍵斷裂時(shí)需吸收的能量為________kJ。 (2)甲醇既是重要的化工原料,又可作為燃料,利用CO和H2在催化劑作用下合成甲醇,發(fā)生反應(yīng)如下:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH。 已知反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下: 化學(xué)鍵 H—H C—O CO H—O C—H E/kJ·mol-1 436 34
11、3 1 076 465 413 由此計(jì)算ΔH=________kJ·mol-1。 解析:(1)設(shè)1 mol HI(g)分子中化學(xué)鍵斷裂吸收的能量為x,則2x-436 kJ-151 kJ=11 kJ,x=299 kJ。 (2)根據(jù)鍵能與反應(yīng)熱的關(guān)系可知,ΔH=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=(1 076 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1)- (413 kJ·mol-1×3+343 kJ·mol-1+465 kJ·mol-1)=-99 kJ·mol-1。 答案:(1)299 (2)-99 熱化學(xué)方程式的書寫與 正誤判斷 1.書寫熱化學(xué)方程式的“五步”
12、—寫出配平的化學(xué)方程式 ↓ —用s、l、g、aq標(biāo)明物質(zhì)的聚集狀態(tài) ↓ — ↓ — ↓ — 2.熱化學(xué)方程式書寫的注意事項(xiàng) (1)注意標(biāo)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(hào)注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)(g、l、s),不用標(biāo)“↑”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(qiáng)等測(cè)定條件有關(guān),所以書寫時(shí)必須在ΔH后指明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)(298 K、101 kPa時(shí),可不注明)。 (3)注意明確化學(xué)計(jì)量數(shù)的含義:化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量,不表示分子個(gè)數(shù)或原子個(gè)數(shù),因此熱化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)。 (4)注意ΔH的單位
13、及符號(hào):ΔH的單位常采用kJ·mol-1,ΔH只能寫在化學(xué)方程式的右邊,表示正向反應(yīng)的焓變。ΔH<0表示為放熱反應(yīng);ΔH>0表示為吸熱反應(yīng)。 (5)注意同一反應(yīng)中化學(xué)計(jì)量數(shù)與ΔH數(shù)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系:化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)加倍,則ΔH的數(shù)值也加倍;若反應(yīng)逆向進(jìn)行,則ΔH的符號(hào)改變,但數(shù)值不變。 (6)可逆反應(yīng)的ΔH表示的是當(dāng)反應(yīng)物按化學(xué)計(jì)量數(shù)完全反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng),實(shí)際反應(yīng)中,若按化學(xué)計(jì)量數(shù)放入反應(yīng)物,產(chǎn)生的熱量偏小,如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·mol-1,若2 mol SO2與1 mol O2反應(yīng),放出的熱量小于196.6 kJ。 【例2】
14、下列熱化學(xué)方程式正確的是( ) A.C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O ΔH=-1 367.0 kJ·mol-1 B.NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=57.3 kJ·mol-1 C.S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0) D.2NO(g)+O2(g)===2NO2(g) ΔH=-116.2 kJ C [A項(xiàng)未標(biāo)明各物質(zhì)的聚集狀態(tài),B項(xiàng)NaOH和HCl的反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0,D項(xiàng)中ΔH的單位是“kJ·mol-1”而不是“kJ”。] 3.已知0.1 mol硫黃完全燃燒時(shí)放出的熱量
15、為29.6 kJ,對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)方程式是( ) A.S+O2===SO2 ΔH=-296 kJ·mol-1 B.S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-29.6 kJ·mol-1 C.S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-296 kJ·mol-1 D.S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=296 kJ·mol-1 C [熱化學(xué)方程式必須注明物質(zhì)的狀態(tài),A項(xiàng)錯(cuò)誤;常溫下,硫黃是固體,O2、SO2是氣體,1 mol S完全燃燒時(shí)放出的熱量為296 kJ,B、D項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確。] 4.依據(jù)事實(shí),寫出下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。 (1)1 mol N2(g)
16、與適量H2(g)反應(yīng),生成2 mol NH3(g),放出92.4 kJ熱量。 (2)1 mol Cu(s)與適量O2(g)反應(yīng),生成CuO(s),放出157 kJ熱量。 (3)23 g C2H6O(l)和一定量的氧氣混合點(diǎn)燃,恰好完全反應(yīng),生成CO2(g)和H2O(l),放出683.5 kJ的熱量。 答案:(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 (2)Cu(s)+O2(g)===CuO(s)ΔH=-157 kJ·mol-1 (3)C2H6O(l)+O2(g)===CO2(g)+H2O(l) ΔH=-683.5 kJ·mol-1 1.
17、下列有關(guān)焓變與反應(yīng)熱的說法,正確的是( ) A.反應(yīng)熱和焓變的單位都是kJ B.如果反應(yīng)是在恒溫恒壓條件下進(jìn)行的,可認(rèn)為此時(shí)的反應(yīng)熱和焓變相等 C.如果反應(yīng)是在恒溫恒容條件下進(jìn)行的,可認(rèn)為此時(shí)的反應(yīng)熱與焓變相等 D.有些化學(xué)反應(yīng)不存在反應(yīng)熱,即焓變可以為“0” B [反應(yīng)熱和焓變的單位都是kJ·mol-1,A錯(cuò)誤;恒溫恒壓時(shí)的反應(yīng)熱與焓變相等,B正確、C錯(cuò)誤;任何化學(xué)反應(yīng)都有反應(yīng)熱,即ΔH≠0,D錯(cuò)誤。] 2.(雙選)根據(jù)如圖所示的反應(yīng)判斷下列說法中錯(cuò)誤的是( ) 碳酸鈣的熱分解示意圖 A.CO2(g)和CaO(s)的總能量小于CaCO3(s)的總能量 B.該反應(yīng)的焓
18、變大于零 C.該反應(yīng)中有離子鍵斷裂也有共價(jià)鍵斷裂,化學(xué)鍵斷裂吸收能量,化學(xué)鍵生成放出能量 D.由該反應(yīng)可推出凡是需要加熱才發(fā)生的反應(yīng)均為吸熱反應(yīng) AD [因?yàn)樘妓徕}受熱分解是吸熱反應(yīng),CO2(g)和CaO(s)的總能量大于CaCO3(s)的總能量,焓變大于零,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;C項(xiàng),在CaCO3中,Ca2+和CO之間存在離子鍵,CO中,C與O之間存在共價(jià)鍵,故反應(yīng)中有離子鍵斷裂也有共價(jià)鍵斷裂,斷鍵吸收能量,成鍵放出能量,C項(xiàng)正確;需要加熱才發(fā)生的反應(yīng)不一定為吸熱反應(yīng),如碳的燃燒反應(yīng)就是放熱反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。] 3.在25 ℃、101 kPa下,0.1 mol甲醇燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)
19、放熱72.65 kJ,下列熱化學(xué)方程式正確的是( ) A.CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=726.5 kJ·mol-1 B.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=1 453 kJ·mol-1 C.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 453 kJ·mol-1 D.CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.5 kJ·mol-1 D [25 ℃、101 kPa,0.1 mol甲醇燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放熱72.65 kJ
20、,則1 mol甲醇燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放熱726.5 kJ,因此正確的熱化學(xué)方程式為CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.5 kJ·mol-1,或2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1 453 kJ·mol-1,D項(xiàng)正確;這是一個(gè)放熱反應(yīng),A、B中ΔH都大于0,都是吸熱反應(yīng),故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;C項(xiàng)生成物中的水是氣體,不符合題意,錯(cuò)誤。] 4.下列熱化學(xué)方程式或敘述正確的是( ) A.1 mol液態(tài)肼(N2H4)在足量氧氣中完全燃燒生成水蒸氣,放出642 kJ熱量:N2H4(l)+O2(g)===N2(g
21、)+2H2O(g) ΔH=642 kJ·mol-1 B.12 g石墨轉(zhuǎn)化為CO時(shí),放出110.5 kJ熱量:2C(s,石墨)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-110.5 kJ·mol-1 C.已知:H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-286 kJ·mol-1,則2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=572 kJ·mol-1 D.已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,則在一定條件下向密閉容器中充入0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)充分反應(yīng)放出46.2 kJ的熱量 C [A項(xiàng),放出熱量,ΔH
22、<0,正確的熱化學(xué)方程式為N2H4(l)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-642 kJ·mol-1;B項(xiàng),2C(s,石墨)+O2(g)===2CO(g)的ΔH應(yīng)是2 mol即24 g石墨轉(zhuǎn)化為CO時(shí)的反應(yīng)熱,即ΔH=-221 kJ·mol-1;C項(xiàng),根據(jù)熱化學(xué)方程式的含義知,若化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)加倍,則ΔH數(shù)值也加倍;若反應(yīng)逆向進(jìn)行,則ΔH改變符號(hào),但絕對(duì)值不變,據(jù)此可判斷該項(xiàng)正確;D項(xiàng),N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1表示1 mol N2(g)與3 mol H2(g)完全反應(yīng)生成2 mol NH3(g)時(shí)放出92.4
23、kJ的熱量,但合成氨反應(yīng)是可逆反應(yīng),0.5 mol N2(g)與1.5 mol H2(g)充分反應(yīng)后生成的NH3(g)的物質(zhì)的量小于1 mol,故放出的熱量小于46.2 kJ。] 5.請(qǐng)你寫出298 K、101 kPa時(shí),下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。 (1)1 mol C與1 mol水蒸氣反應(yīng)生成1 mol CO和1 mol H2,吸熱131.5 kJ:________________________________________________。 (2)用CO(g)還原1 mol Fe2O3(s),放熱24.8 kJ: _________________________________
24、___________________。 (3)1 mol HgO(s)分解生成液態(tài)汞和氧氣時(shí),吸熱90.7 kJ: ____________________________________________________。 (4)已知一些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表所示: 化學(xué)鍵 C—H C—F H—F F—F 鍵能/kJ·mol-1 414 489 565 155 請(qǐng)根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)估算CH4(g)和F2(g)反應(yīng)生成 CF4(g)和HF(g)的熱化學(xué)方程式:____________________________________________ ____________
25、_____________________________________________。 解析:(1)1 mol C與1 mol H2O(g)反應(yīng)生成CO和H2時(shí)吸收131.5 kJ熱量,則反應(yīng)的ΔH=131.5 kJ·mol-1。 (2)用CO(g)還原1 mol Fe2O3(s),放熱24.8 kJ,則反應(yīng)的ΔH= -24.8 kJ·mol-1。 (3)1 mol HgO(s)分解生成液態(tài)汞和O2,吸熱90.7 kJ,則反應(yīng)的ΔH=90.7 kJ·mol-1。 (4)首先根據(jù)反應(yīng)物和生成物寫出反應(yīng)方程式,注明各物質(zhì)的狀態(tài),化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱等于斷裂舊化學(xué)鍵吸收的能量和形成新化學(xué)
26、鍵放出的能量的差,根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)可知,所求反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH=414 kJ·mol-1×4+155 kJ·mol-1×4-489 kJ·mol-1×4-565 kJ·mol-1×4=-1 940 kJ·mol-1。 答案:(1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=131.5 kJ·mol-1 (2)3CO(g)+Fe2O3(s)===3CO2(g)+2Fe(s) ΔH=-24.8 kJ·mol-1 (3)HgO(s)===Hg(l)+O2(g) ΔH=90.7 kJ·mol-1 (4)CH4(g)+4F2(g)===CF4(g)+4HF(g) ΔH=-1940 kJ·mol-1
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