化学反应中的热效应学案.docx

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化学反应中的热效应学案

化学反应中的热效应

考点一　化学反应中的热量　热化学方程式

[考试标准]

知识条目

必考要求

加试要求

1.化学反应中能量转化的主要形式

a

b

2.吸热反应和放热反应

a

a

3.从化学反应中的反应物的总能量与生成物的总能量变化理解反应中的热效应

b

b

4.化学键的断裂和形成与反应中能量变化的关系

b

c

5.利用热化学方程式进行简单计算

b

c

6.合理利用化石燃料，提高燃料燃烧效率的方法

a

a

7.太阳能开发利用的途径和方式

a

a

8.生物质能的利用途径

a

a

9.氢能的优点、开发与利用

a

a

10.了解化石燃料的不可再生性及给环境带来的问题

a

a

（一）化学反应中的热量

从两个角度理解放热反应和吸热反应

（1）从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析，如图所示。

（2）从反应热的量化参数——键能的角度分析

（3）记忆常见的放热反应和吸热反应

放热反应：

①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化等。

吸热反应：

①大多数分解反应；②盐类的水解和弱电解质的电离；③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应等。

（二）热化学方程式的书写

1．注明反应条件

反应热与测定条件（温度、压强等）有关。

绝大多数反应是在25℃、101kPa下进行的，可不注明。

2．注明物质状态

常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。

3．注意符号单位

ΔH应包括“＋”或“－”（“＋”可省略）、数字和单位（kJ·mol－1）。

4．注意守恒关系

（1）原子守恒和得失电子守恒；

（2）能量守恒。

5．区别于普通方程式

一般不标注“↑”、“↓”以及“点燃”、“加热”等。

6．注意热化学方程式的化学计量数

热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，可以是整数，也可以是分数。

且化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。

正误辨析

正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）物质发生化学变化都伴有能量的变化（√）

（2）放热反应不需要加热就能发生，吸热反应不加热不能发生（×）

（3）伴有能量变化的物质变化都是化学变化（×）

（4）化学反应中的能量变化不是单一的（√）

（5）化学键断裂要吸收热量，也必定发生化学变化（×）

（6）书写热化学方程式时，任何情况下都没必要注明反应条件（×）

（7）C（石墨，s）===C（金刚石，s）　ΔH＞0说明石墨比金刚石稳定（√）

（8）已知：

500℃、30MPa下，N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，将1.5molH2和过量的N2在此条件下充分反应，放出热量46.2kJ（×）

题组一　全面认识化学反应中的能量变化

1．（2016·浙江乐清市芙蓉中学高一5月月考）下列反应属于吸热反应的是（　　）

A．稀硫酸与氢氧化钾溶液反应

B．碳与二氧化碳的反应

C．锌与稀硫酸的反应

D．生石灰变成熟石灰的反应

答案　B

2．（2016·宁波市北仑中学高一期中）图为反应2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）的能量变化示意图。

下列说法正确的是（　　）

A．拆开2molH2（g）和1molO2（g）中的化学键成为H、O原子，共放出1368kJ能量

B．由H、O原子形成2molH2O（g），共吸收1852kJ能量

C．2molH2（g）和1molO2（g）反应生成2molH2O（l），共吸收484kJ能量

D．2molH2（g）和1molO2（g）反应生成2moIH2O（g），共放出484kJ能量

答案　D

解析　A项，拆化学键吸收能量，错误；B项，形成化学键放出能量，错误；依据图像数据分析计算，2molH2（g）和1molO2（g）反应生成2molH2O（g），共放出484kJ能量，C错误，D正确。

题组二　多角度书写热化学方程式

角度一　依据反应事实书写热化学方程式

3．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

（1）SiH4是一种无色气体，遇到空气能发生爆炸性自燃，生成SiO2和液态H2O。

已知室温下2gSiH4自燃放出热量89.2kJ。

SiH4自燃的热化学方程式为____________________________。

（2）在25℃、101kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量QkJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100gCaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－1427.2kJ·mol－1

（2）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－2QkJ·mol－1

解析　

（1）2gSiH4自燃放出热量89.2kJ,1molSiH4自燃放出热量1427.2kJ，故热化学方程式为SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－1427.2kJ·mol－1。

（2）根据C原子守恒有：

C2H5OH～2CO2～2CaCO3。

生成100gCaCO3沉淀，则乙醇为0.5mol，据此可写出反应的热化学方程式。

角度二　依据能量图像书写热化学方程式

4．已知化学反应A2（g）＋B2（g）===2AB（g）的能量变化如图所示，请写出该反应的热化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　A2（g）＋B2（g）===2AB（g）　ΔH＝（a－b）kJ·mol－1

解析　由图可知，生成物的总能量高于反应物的总能量，故该反应为吸热反应，ΔH＝（a－b）kJ·mol－1。

题组三　“四”审，快速判断热化学方程式的正误

解题指导

5．（2016·浙江10月选考，19）根据能量变化示意图，下列热化学方程式正确的是（　　）

A．N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）

　ΔH＝－（b－a）kJ·mol－1

B．N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）

　ΔH＝－（a－b）kJ·mol－1

C．2NH3（l）===N2（g）＋3H2（g）

　ΔH＝2（a＋b－c）kJ·mol－1

D．2NH3（l）===N2（g）＋3H2（g）

　ΔH＝2（b＋c－a）kJ·mol－1

答案　D

解析　根据图示，N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－2（b－a）kJ·mol－1，所以，A、B两项错误，根据图示：

2NH3（l）===N2（g）＋3H2（g）　ΔH＝2（b＋c－a）kJ·mol－1，所以C项错误，D项正确。

题组四　能源的开发和利用

6．（2016·宁波市北仑中学高一期中）人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”（包括风能、生物质能等太阳能的转换形态），届时人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。

下列说法不正确的是（　　）

A．煤、石油和天然气都属于碳素燃料

B．发展太阳能经济有助于减缓温室效应

C．太阳能电池可将太阳能转化为电能

D．目前研究菠菜蛋白质“发电”不属于太阳能文明

答案　D

解析　碳素燃料是指含碳的燃料，所以碳素燃料就是化石燃料，煤、石油、天然气都属于化石燃料，故A正确；二氧化碳是导致温室效应的主要气体，开发太阳能新能源，可减少煤、石油、天然气等矿物燃料的使用，太阳能是清洁可循环利用的能源，没有二氧化碳排放，故B正确；太阳能电池的光伏板是由非晶态硅制成的，它能把太阳能直接转化为电能，故C正确；菠菜蛋白质中的生物质能本质上来源于太阳能，应属于“太阳能文明”，故D错误；故选D。

7．为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。

下列说法正确的是（　　）

A．H2O的分解反应是放热反应

B．氢能源已被普遍使用

C．2mol液态H2O具有的总能量低于2molH2和1molO2的总能量

D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值

答案　C

解析　2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）是吸热反应，说明2mol液态H2O的能量低于2molH2和1molO2的总能量。

因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。

1．能源分类

2．解决能源问题的措施

（1）提高能源的利用效率：

①改善开采、运输、加工等各个环节；②科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。

（2）开发新能源：

开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。

考点二　焓变与反应热（加试）

[考试标准]

知识条目

必考要求

加试要求

1.反应热

a

2.焓变的含义

a

3.焓变与键能的关系

c

4.中和热的测定

b

5.标准燃烧热的概念、热值的概念

a

（一）焓变与反应热

1．焓变、反应热

（1）定义：

在恒温、恒压条件下进行的反应的热效应。

（2）符号：

ΔH。

（3）单位：

kJ·mol－1。

2．焓变与键能的关系

（1）键能

键能是指气态基态原子形成1_mol_化学键释放的最低能量。

（2）ΔH＝反应物总键能之和－生成物总键能之和。

（二）两类重要的反应热——标准燃烧热、中和热

1．标准燃烧热

（1）概念：

在101kPa下，1mol物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热，其单位一般用kJ·mol－1。

（2）标准燃烧热的限定词有恒压（101kPa时）、可燃物的物质的量（1mol）、完全燃烧、稳定的氧化物等，其中的“完全燃烧”是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：

C→CO2（g），H→H2O（l），S→SO2（g）等。

（3）表示的意义：

例如C的标准燃烧热为－393.5kJ·mol－1，表示在101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。

（4）书写热化学方程式：

标准燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写热化学方程式时，应以燃烧1mol纯物质为标准来配平其余物质的化学计量数。

例如：

C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）　ΔH＝－5518kJ·mol－1，即C8H18的标准燃烧热为－5518kJ·mol－1。

（5）标准燃烧热的计算：

可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放＝n（可燃物）×ΔH

式中：

Q放为可燃物燃烧反应放出的热量；n为可燃物的物质的量；ΔH为可燃物的标准燃烧热。

2．热值

1g物质完全燃烧所放出的热量叫做该物质的热值。

3．中和热

（1）概念：

在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol液态H2O时的反应热叫中和热。

（2）注意几个限定词：

①稀溶液；②生成物是1mol液态H2O；③用离子方程式可表示为OH－（aq）＋H＋（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

（3）中和热的测定

①测定原理

ΔH＝

c＝4.18J·g－1·℃－1＝4.18×10－3kJ·g－1·℃－1；n为生成H2O的物质的量。

②装置如图（在横线上填写仪器的名称）

正误辨析

正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）同温同压下，反应H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH不同（×）

（2）可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关（√）

（3）1molC燃烧生成CO放出的热量为碳的标准燃烧热（×）

（4）甲烷的标准燃烧热ΔH＝－890kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式为CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－890kJ·mol－1（×）

（5）在稀溶液中：

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热量为57.3kJ（×）

（6）某物质的标准燃烧热越大，其热值也越高（×）

题组一　正确理解概念

1．下列说法正确的是（　　）

A．Na转化为Na＋时，吸收的能量就是该过程的反应热

B．水蒸气变为液态水时，放出的能量就是该变化的反应热

C．同温同压下，反应H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH不同

D．可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关

答案　D

2．下列说法正确的是（　　）

A．S（s）＋

O2（g）===SO3（g）　ΔH＝－315kJ·mol－1（标准燃烧热）　（ΔH的数值正确）

B．NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ·mol－1（中和热）　（ΔH的数值正确）

C．已知H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则H2SO4和Ba（OH）2反应的反应热ΔH＝2×（－57.3）kJ·mol－1

D．已知101kPa时，2C（s）＋O2（g）===2CO（g）

ΔH＝－221kJ·mol－1，则该反应的反应热为221kJ·mol－1

答案　B

3．下列说法正确的是（　　）

A．葡萄糖的标准燃烧热是－2800kJ·mol－1，则

C6H12O6（s）＋3O2（g）===3CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－1400kJ·mol－1

B．已知稀溶液中，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水时放出57.3kJ的热量

C．已知HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水的中和热为－57.3kJ·mol－1

D．氢气的标准燃烧热为－285.5kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O（l）

2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝285.5kJ·mol－1

答案　A

4．（2016·绍兴市第一中学高一下学期期末）25℃、101kPa下，煤炭、氢气、天然气和甲醇（CH3OH）等几种燃料的热值（指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量）依次是33kJ·g－1、143kJ·g－1、56kJ·g－1、23kJ·g－1，则下列热化学方程式正确的是（　　）

A．C（s）＋O2（g）===CO（g）　ΔH＝－396kJ·mol－1

B．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－896kJ·mol－1

C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－286kJ·mol－1

D．CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝736kJ·mol－1

答案　B

解析　煤炭的热值是33kJ·g－1，则12g煤炭放出的热量为396kJ，所以热化学方程式为C（s）＋O2（g）===CO2（g）ΔH＝－396kJ·mol－1，A错误；天然气的热值是56kJ·g－1，则16gCH4放出的热量为896kJ，所以热化学方程式：

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－896kJ·mol－1，B正确；氢气的热值是143kJ·g－1，则4gH2放出的热量为572kJ，所以热化学方程式：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－572kJ·mol－1，C错误；甲醇（CH3OH）的热值是23kJ·g－1，则32gCH3OH放出的热量为736kJ，所以热化学方程式：

CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－736kJ·mol－1，D错误。

题组二　能量、键能与焓变

5．（2016·金华十校9月高三模拟）用Cl2生产某些含氯有机物时，会产生副产物HCl。

利用反应A，可实现氯的循环利用。

反应A：

4HCl＋O2

2Cl2＋2H2O

已知：

Ⅰ.反应A中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ的热量。

Ⅱ.

判断下列说法正确的是（　　）

A．反应A的ΔH＞－115.6kJ·mol－1

B．H2O中H—O键比HCl中H—Cl键弱

C．由Ⅱ中的数据判断氯元素的非金属性比氧元素强

D．断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差31.9kJ

答案　D

解析　由已知Ⅰ，可知反应A为放热反应，ΔH＝－115.6kJ·mol－1，A错；设E（H—O）、E（H—Cl）分别表示H—O键、H—Cl键的键能，反应A中有下式成立：

4E（H—Cl）＋498kJ·mol－1－2×243kJ·mol－1－4E（H—O）＝－115.6kJ·mol－1，整理得E（H—O）＝E（H—Cl）＋31.9kJ·mol－1，所以H—O键比H—Cl键强，B错；断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差31.9kJ，D正确；由反应A可知，O2能发生置换反应得到Cl2，故可推断氧元素非金属性比氯元素强，C错。

6．（2016·台州9月选考质量评估）已知1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143kJ,18g水蒸气变成液态水放出44kJ的热量。

其他相关数据如下表：

O===O

H—H

H—O（g）

键能/kJ·mol－1

496

436

x

则表中x为（　　）

A．920B．557

C．463D．188

答案　C

解析　根据题意，可得热化学方程式为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－572kJ·mol－1；而18g水蒸气变成液态水时放出44kJ热量，则2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－484kJ·mol－1，即－484kJ＝2×436kJ＋496kJ－4xkJ，解得x＝463。

7．化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。

下面列举了一些化学键的键能数据，供计算使用。

化学键

Si—O

Si—Cl

H—H

H—Cl

Si—Si

Si—C

键能/kJ·mol－1

460

360

436

431

176

347

工业上的高纯硅可通过下列反应制取：

SiCl4（g）＋2H2（g）===Si（s）＋4HCl（g），该反应的反应热ΔH为________________________________________________________________________。

答案　236kJ·mol－1

解析　SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于原子晶体，可根据原子晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。

1mol晶体硅中所含的Si—Si键为2mol，即制取高纯硅反应的反应热ΔH＝4×360kJ·mol－1＋2×436kJ·mol－1－（2×176kJ·mol－1＋4×431kJ·mol－1）＝236kJ·mol－1。

规避焓变计算的两个失分点

（1）旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的，缺少任何一个过程都不是化学变化。

（2）常见物质中的化学键数目

物质

CO2

（C===O）

CH4

（C－H）

P4

（P－P）

SiO2

（Si－O）

石墨

金刚石

S8

（S－S）

Si

键数

2

4

6

4

1.5

2

8

2

题组三　中和热测定误差分析和数据处理

8．利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：

①用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸温度；②用另一量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。

回答下列问题：

（1）为什么所用NaOH溶液要稍过量？

______________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）倒入NaOH溶液的正确操作是__________（填字母）。

A．沿玻璃棒缓慢倒入

B．分三次少量倒入

C．一次迅速倒入

（3）使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是______（填字母）。

A．用温度计小心搅拌

B．揭开硬纸片用玻璃棒搅拌

C．轻轻地振荡烧杯

D．用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动

（4）现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1L1mol·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为________________。

（5）假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1。

为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：

实验序号

起始温度t1/℃

终止温度t2/℃

盐酸

氢氧化钠溶液

混合溶液

1

20.0

20.1

23.2

2

20.2

20.4

23.4

3

20.5

20.6

23.6

依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝__________（结果保留一位小数）。

（6）________（填“能”或“不能”）用Ba（OH）2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是________________________________________________________________________。

答案　

（1）确保盐酸被完全中和　

（2）C　（3）D　（4）ΔH1＝ΔH2<ΔH3　（5）－51.8kJ·mol－1　（6）不能　H2SO4与Ba（OH）2反应生成BaSO4沉淀，沉淀的生成热会影响反应的反应热

解析　

（1）在中和热的测定实验中为了确保反应物被完全中和，常常使加入的一种反应物稍微过量一些。

（2）为了减小热量损失，倒入NaOH溶液应该一次迅速倒入。

（3）使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作：

用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒上下轻轻地搅动。

（4）稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离，它们的中和热相同，稀氨水中的溶质是弱电解质，它与盐酸的