1、第1章 化学反应与能量转化 第1节 化学反应的热效应 第1课时 化学反应的反应热 化学反应的内能变化与焓变 一、化学反应的反应热 1.反应热 2.热化学:用_方法和_方法研究反应热的化学分支。必备知识素养奠基 实验 理论 3.反应热的测定(1)主要仪器:量热计。其构造和各部分的作用如下:(2)操作:将反应物加入_筒并使之迅速混合,测量反应前后溶液温度的变化 值。(3)计算:公式为_。其中,C表示溶液及量热计的_,T1、T2分别 表示反应前和反应后体系的温度。内 Q=-C(T2-T1)热容【微思考】在实验室中有玻璃搅拌器和金属搅拌器,在进行测定反应热的实验时应选择哪种搅拌器?提示:应选用玻璃搅拌
2、器。因为金属是热的良导体而玻璃不是,选用金属搅拌器会增大反应过程中热量的散失,造成实验误差。【巧判断】(1)反应热的数据可通过实验测得,也可运用理论计算求得。()提示:。可通过实验测得,也可利用理论计算求得。(2)H2O(s)=H2O(g)的反应热Q0。()提示:。只有化学变化才有反应热,而H2O(s)=H2O(g)属于物理变化。二、化学反应的内能变化与焓变 1.内能 2.化学反应的内能变化(1)内能变化与能量变化的关系:化学反应中内能的变化可写作:U=_。U(反应产物)_U(反应物)反应吸收能量U(反应产物)_U(反应物)反应释放能量U(反应产物)-U(反应物)(2)与反应热的关系 反应体系
3、与环境进行能量交换以_和_的形式呈现。即化学反应内能的 变化等于_和_的加和:U=_。若反应中没有做功,则 U=_,即反应热等于反应前后体系内能的变化。等压条件下:可能存在因体积改变而存在体积功,故反应热不一定等于反应 体系内能的变化。热 功 反应热 功 Q+W Q 3.化学反应的焓变(1)焓(2)反应热和焓变的关系 焓变 反应热和焓变的关系 等压条件下,反应不与外界进行电能、光能等其他形式能量的转化时的反应热 _焓变,即Qp=H 等于反应的 4.热化学方程式 概念 把一个化学反应中_和_同时表示出来的式子 意义 不仅表明了化学反应中的物质变化,还表明了能量变化,同时还表 明了“物质的量”与“
4、能量”之间的关系 举例 _ 物质变化 能量变化 表示在298 K和101 kPa的条件下,_C(s)和1 mol H2O(g)完全 反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2(g)时_的热量为131.3 kJ 物质的变化 反应的焓变 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H=+131.3 kJmol-1 1 mol 吸收【微思考】热化学方程式“CH4+2O2=CO2+2H2O H=+890.3 kJ”是否正确?为什么?提示:不正确。主要原因有三点:一是未标明反应物和反应产物的聚集状态;二是 H的符号不正确;三是 H的单位不正确。【巧判断】(1)在一个化学反应中,当反应物的总能量大
5、于生成物的总能量时,反应放热,H为“-”。()提示:。放热反应的焓变 HE2 H0吸热反应E1E2 H E2 吸热反应 E1 E2 放热反应 H=反应物键能-生成物键能类型 比较 放热反应 吸热反应 表示 方法 H0 说明:H的“+”“-”必须标明,“-”表示放热,“+”表示吸热 图示 【思考讨论】1.任何化学反应一定伴随能量的变化吗?提示:一定。化学反应一定伴随着能量变化。2.化学反应放热还是吸热是否与反应条件有关?提示:反应吸热还是放热与是否加热等条件无直接关系。3.若反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应是放热反应还是吸热反应?提示:放热反应。【案例示范】【典例】(2020合肥高二检测
6、)已知化学反应A2(g)+B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示,判断下列叙述中正确的是()A.每生成2分子AB吸收b kJ热量 B.该反应热 H=+(a-b)kJmol-1 C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 D.断裂1 mol AA键和1 mol BB键,放出a kJ能量【思维建模】解答本类试题思维流程如下:【解析】选B。观察题给图象可以得到,上述反应的反应物的总能量低于生成物的总能量,为吸热反应,其中反应热 H=+(a-b)kJmol-1。化学反应过程中,化学键断裂为吸热过程,化学键形成为放热过程。【规律方法】常见的吸热和放热反应(1)常见的吸热反应:大多数分解反应、Ba(
7、OH)28H2O与NH4Cl反应、C或CO与CuO、CO2或H2O(g)的反应等。(2)常见的放热反应:中和反应、金属与水或酸反应、燃烧、化合反应(大多数)、铝热反应等。【迁移应用】1.(2020天水高二检测)下列说法正确的是()A.焓变单位中kJmol-1,是指1 mol物质参加反应时的能量变化 B.当反应放热时 H0,反应吸热时 HEC B.EAEC+ED C.EA+EBEC+ED D.EA+EBEC+ED【解析】选D。反应物的总能量低于反应产物的总能量的反应为吸热反应,故吸热反应:A(g)+B(g)=C(g)+D(g)中,EA+EBEC+ED,D项正确。知识点二 热化学方程式的书写【重点
8、释疑】与普通方程式相比,书写热化学方程式除了要遵循化学方程式的要求外,还应注意以下五点:1.注明物质的聚集状态:反应物或产物的聚集状态不同,反应的 H不同,因此书写热化学方程式必须注明物质的聚集状态:气体-g、固体-s、液体-l、稀溶液-aq。2.温度和压强条件:反应的焓变与测定条件有关,因此书写热化学方程式时应注明反应的温度和压强(若是101 kPa和298 K可不注明)。3.化学计量数的含义:化学计量数只表示该物质的物质的量,不表示微粒个数,因此热化学方程式中化学计量数也可以是分数。4.H的单位及符号:H的单位是Jmol-1或 kJmol-1,H只能写在化学方程式的右边,表示正向反应的焓变
9、。H0则表示吸热反应。5.同一反应中化学计量数与 H数值的对应关系:热化学方程式中各物质的化学计量数加倍,则 H数值的绝对值也加倍;若反应逆向进行,则 H的数值改变符号,但绝对值不变。【易错提醒】热化学方程式书写易错点(1)可逆反应的焓变是指完全反应时的焓变。(2)反应的焓变与反应物的物质的量有关,化学计量数和反应的焓变数值可以同时增大或减小相同的倍数。(3)反应逆向进行时,其反应的焓变与正反应的焓变数值相等,符号相反。【思考讨论】1.如何用一个式子既表示出化学反应过程中的物质变化,又表示出反应过程中的能量变化?提示:化学方程式可以表示化学反应过程中的物质变化,若要表示反应过程中的能量变化,需
10、要注明各物质的聚集状态和反应的焓变,这样的式子叫热化学方程式。2.反应过程中的能量变化与哪些因素有关?书写热化学方程式时应注意什么问题?提示:由于反应的焓变与物质的聚集状态、化学方程式中的化学计量数等有关,所以书写热化学方程式时,需注明物质的状态、焓变(符号、数值及单位)。【案例示范】【典例】(2020贵港高二检测)在常温常压下,1 g H2在足量Cl2中燃烧生成HCl气体,放出92.3 kJ的热量。下列热化学方程式中正确的是()A.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H=-92.3 kJmol-1 B.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H=+92.3 kJmol-1 C.H2(g)
11、+Cl2(g)=2HCl(g)H=+184.6 kJmol-1 D.2HCl(g)=H2(g)+Cl2(g)H=+184.6 kJmol-1【思维建模】判断热化学方程式的正误的思路如下:(1)看各物质的聚集状态是否正确;(2)看 H的“+”“-”符号是否正确;(3)看反应热的单位是否为kJmol-1;(4)看反应热的数值与化学计量数是否对应。【解析】选D。H2在Cl2中燃烧生成HCl气体,1 g H2燃烧放出92.3 kJ的热量,则1 mol(即2 g)H2燃烧放出184.6 kJ的热量,化学反应放出热量,H为“-”。则H2在Cl2中燃烧生成HCl气体的热化学方程式为H2(g)+Cl2(g)2
12、HCl(g)H=-184.6 kJmol-1。一个放热反应的逆反应是吸热反应,并且在其他条件相同时,正、逆反应的 H绝对值相等,符号相反。则该题的四个选项中只有D项是正确的。【母题追问】(1)若将方程式写为 H2(g)+Cl2(g)=HCl(g),此反应的 H为多少?提示:-92.3 kJmol-1。方程式的化学计量数变为原来的 ,H要对应变为 原来的 。(2)若此反应是在光照条件下进行,则此反应的热化学方程式还是“H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H=-184.6 kJmol-1”吗?提示:还是。因为热化学方程式的书写和焓变与反应的条件无关。12121212【迁移应用】1.(2020信
13、阳高二检测)下列对H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H(298 K)=-184.6 kJmol-1的叙述正确的是 ()A.1分子H2和1分子Cl2反应,放出热量184.6 kJ B.1 mol H2(g)完全反应生成2 mol HCl(g),放出的热量为184.6 kJ C.在298 K、101 kPa的条件下,1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成 2 mol HCl(g),放出的热量为184.6 kJ D.在298 K、101 kPa的条件下,1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成 2 mol HCl(g),吸收的热量为184.6 kJ【解
14、析】选C。热化学方程式中 H的值与具体化学反应相对应,在反应中各物质化学式前的化学计量数不再表示粒子数目,只表示物质的物质的量,所以A项中分子个数的说法是错误的。在描述反应时应说明外界条件,而B项中没有说明温度、压强及Cl2的物质的量和状态,该说法也是错误的。H0,该反应放热而非吸热,D项错误。2.(2020西安高二检测)已知在25、101 kPa下,1 g C8H18(辛烷)完全燃烧 生成二氧化碳和液态水时放出48.4 kJ热量。表示该反应的热化学方程式正确 的是()A.C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g)H=-48.4 kJmol-1 B.C8H18(l)+O2(g
15、)=8CO2(g)+9H2O(l)H=-5517.6 kJmol-1 C.C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)H=+5517.6 kJmol-1 D.C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)H=-48.4 kJmol-1 252252252252【解析】选B。C8H18(辛烷)的摩尔质量为114 gmol-1,所以1 mol C8H18(辛烷)完全燃烧生成二氧化碳和液态水时放出5517.6 kJ热量。3.(2020德州高二检测)下列热化学方程式书写正确的是()A.2SO2+O2 2SO3 H=-196.6 kJmol-1 B.N2(g)+2O2(g)
16、=2NO2(g)H=+67.7 kJmol-1 C.C(s)+O2(g)=CO2(g)H=+393.5 kJmol-1 D.H2O(l)=H2(g)+O2(g)H=+285.8 kJmol-1 12【解析】选D。A项,未注明反应物、生成物的聚集状态,故错误;B项,化学方程式书写错误,应为N2(g)+O2(g)=2NO(g),故错误;C项,C与O2反应为放热反应,H0,故错误。【补偿训练】1.(2020大庆高二检测)已知2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H=-571.6 kJmol-1,则下列关于方程式2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)的 H的说法中正确的是()A.方程式中的化学计量
17、数表示分子数 B.该反应 H大于零 C.该反应 H=-571.6 kJmol-1 D.可表示36 g水分解时的热效应【解析】选B。热化学方程式的化学计量数表示物质的量,A项错误;在书写热化学方程式时,若反应物和反应产物对换,则 H的符号相反,数值不变,故B项正确、C项错误;D项未注明水是液态,错误。2.(2020武汉高二检测)已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H=-571.6 kJ mol-1;H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)H=-57.3 kJ mol-1。下列说法中错误的是()A.式表示25、101 kPa时,2 mol H2和1 mol O2完全燃烧生成2 mol
18、H2O(l)放热571.6 kJ B.式表示25、101 kPa时,1 mol H2和1 mol O2完全燃烧生成2 mol H2O(l)放热571.6 kJ C.式表示含1 mol NaOH的稀溶液与50 g 98%的硫酸混合后放出的热量大于57.3 kJ D.式表示含1 mol NaOH的稀溶液与含1 mol HCl的稀盐酸混合后放出的热量等于57.3 kJ【解析】选B。式表示25、101 kPa时,2 mol H2和1 mol O2完全燃烧生成2 mol H2O(l)放热571.6 kJ。【素养提升】CCS技术是将工业和有关能源产业中所产生的CO2进行捕捉与封存的技术,被认为是拯救地球、
19、应对全球气候变化最重要的手段之一。其中一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”的简单流程图如图所示(部分条件及物质未标出)。(1)CH4在催化剂作用下实现第一步,也叫CH4不完全燃烧,1 g CH4不完全燃烧反应放出2.21 kJ热量,写出该反应的热化学方程式。提示:流程中第一步CH4不完全燃烧,化学方程式是2CH4+O2=2CO+4H2。1 g CH4不完全燃烧放热2.21 kJ,则2 mol CH4不完全燃烧放热70.72 kJ。故其热化学方程式为2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)H=-70.72 kJmol-1。(2)第二步中涉及的反应为CO(g)+H2O(g)=CO2
20、(g)+H2(g),其反应过程中的能量变化如图所示,写出反应CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)的热化学方程式。提示:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)H=+41 kJmol-1。由图示可知当 1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)时,要吸收41 kJ热量。(3)分离出的H2可以用于合成氨工业,如图是N2(g)和H2(g)反应生成1 mol NH3(g)过程中能量变化示意图。请写出N2(g)和H2(g)反应的热化学方程式。提示:由图象可知,该反应为放热反应,且生成1 mol NH3(g)时,放出的热
21、量为(300-254)kJ=46 kJ,故N2(g)和H2(g)反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92 kJmol-1。(4)分离出的 CO2 和H2在工业上可合成甲醇,合成气态甲醇的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)H=-50 kJmol-1。在同一个图象中画出生成气态甲醇和液态甲醇的能量变化图示。提示:液态物质的能量小于气态物质,因此图象为(5)100 下,充分燃烧一定量的甲烷放出热量10.25 kJ,经测定完全吸收生成的CO2需消耗0.25 molL-1的KOH溶液100 mL,恰好生成正盐,写出此条件下甲烷燃烧的热化学
22、方程式。提示:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)H=-820 kJmol-1。据题意,放出10.25 kJ热量时生成的CO2的物质的量为0.25 molL-10.1 L2=0.012 5 mol,根据碳元素守恒,因此甲烷的物质的量为0.012 5 mol,因此燃烧1 mol甲烷放出的热量为10.250.012 5=820(kJ)。由于反应在100下进行,水为气态,因此反应的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)H=-820 kJmol-1。【备选要点】中和热【特别提醒】(1)必须是强酸和强碱的稀溶液反应。(2)产物是1 mol H2O(l)
23、。用离子方程式可表示为OH-(aq)+H+(aq)=H2O(l)H=-57.3 kJmol-1。课堂检测素养达标 1.(2020长春高二检测)下列设备工作时,将化学能转化为热能的是()【解析】选D。A、C分别将太阳能转化为电能、热能;B.锂离子电池将化学能转化为电能;D.燃气灶将化学能转化为热能。2.(2020常熟高二检测)下列反应中,生成物的总焓大于反应物的总焓的是()A.氢气在氧气中燃烧 B.铁丝在氧气中燃烧 C.硫在氧气中燃烧 D.焦炭在高温下与水蒸气反应【解析】选D。生成物的总焓大于反应物的总焓,该反应为吸热反应,故D项正确。3.(2020九江高二检测)由图分析,下列说法正确的是()世
24、纪金榜导学号 A.AB+C和B+CA两个反应吸收或放出的能量不等 B.AB+C H0,则B+CA H0【解析】选D。由图可看出,B和C的焓之和高于A的焓,则反应B+CA一定是放热反应,H0;根据能量守恒定律,两反应吸收和放出的能量一定相等。4.(2020榆林高二检测)含有11.2 g KOH的稀溶液与1 L 0.1 molL-1的H2SO4溶液反应,放出11.46 kJ的热量,表示该反应的中和热的热化学方程式为()A.KOH(aq)+H2SO4(aq)=K2SO4(aq)+H2O(l)H=-11.46 kJmol-1 B.0.2KOH(aq)+0.1H2SO4(aq)=0.1K2SO4(aq)
25、+0.2H2O(l)H=-11.46 kJmol-1 1212C.2KOH(aq)+H2SO4(aq)=K2SO4(aq)+2H2O(l)H=-114.6 kJmol-1 D.KOH(aq)+H2SO4(aq)=K2SO4(aq)+H2O(l)H=-57.3 kJmol-1 1212【解析】选D。中和热是以生成1 mol H2O(l)所放出的热量来衡量的,故书写中和热的热化学方程式时,应以生成1 mol H2O(l)为标准来配平其余物质的化学计量数,再结合放热数值。5.(2020沈阳高二检测)热化学方程式C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H=+131.3 kJmol-1表示()A.
26、碳和水反应吸收131.3 kJ能量 B.1 mol碳和1 mol水反应生成一氧化碳和氢气并吸收131.3 kJ热量 C.1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成一氧化碳气体和氢气,并吸热131.3 kJ D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸收131.3 kJ热量【解析】选C。物质的量的多少未描述,状态也未描述,故A项错误;反应物和生 成物的状态未标出,故B项错误;阐明意义时既说明物质的状态又描述了物质的 量的多少,故C项正确;化学式前的计量数表示该物质的物质的量而非分子数,1 个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热 kJ,故D项错误。A131.3N6.(新思维新考向)硫酸是一种重要的工业原料,
27、在工业制硫酸的过程中涉及 反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3(g)的 H1=-99 kJmol-1。请回答下列问题:世纪金榜导学号(1)分析图示中A、B、C、E、F的含义。(2)计算图示中的 H。(3)书写SO3在一定条件下分解的热化学方程式。(4)将2 mol SO2和1 mol O2置于一容器中发生反应,反应过程中释放多少热量?【解析】(1)从反应的图示可以得出A表示反应物2SO2和O2的总能量之和,C表示 生成物2SO3的总能量之和。B表示反应的中间状态。根据化学反应的实质是旧 化学键的断裂和新化学
28、键的形成,因此E表示断裂反应物中化学键吸收的能 量,F表示形成生成物中化学键释放的能量。(2)图中的表示的方程式是2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),表示2 mol SO2(g)参加 反应,因此H=-99 kJmol-12=-198 kJmol-1。(3)因为生成SO3的反应为放热反应,因此SO3的分解反应为吸热反应,故反应的 热化学方程式为2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)H=+198 kJmol-1。(4)由于此反应为可逆反应,反应不能进行彻底,因此反应过程释放的热量小于 198 kJ。答案:(1)A反应物的能量总和,B反应的中间状态或中间产物,C生 成物的能量总和,E断裂反应物中化学键吸收的能量,F形成生成物中 化学键释放的能量。(2)-198 kJmol-1(3)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)H=+198 kJmol-1(4)小于198 kJ
