化学反应与能量2教师.docx
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化学反应与能量2教师
辅导教案
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授课日期
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主题
化学反应与能量
(2)
教学内容
1.盖斯定律及其应用
2.反应热的计算
1.下列各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的是( )
①C(s)+O2(g)===CO2(g);ΔH1
C(s)+
O2(g)===CO(g);ΔH2
②S(s)+O2(g)===SO2(g);ΔH3
S(g)+O2(g)===SO2(g);ΔH4
③H2(g)+
O2(g)===H2O(l);ΔH5
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l);ΔH6
④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g);ΔH7
CaO(s)+H2O(l)===Ca(OH)2(s);ΔH8
A.①B.④C.②③④D.①②③
【答案】:
C
一、盖斯定律:
1.盖斯定律的内容:
不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应热相同。
换句话说,化学反应的反应热只与反应体系的有关,而与反应的途径无关。
2.盖斯定律直观化
△H=
3.解题思路:
已知相关的热化学方程式,要求写出新的热化学方程式,这种类型题的解题思路是:
运用盖斯定律。
一,二,三。
对于运用盖斯定律解题常用的方法为:
①虚拟路径法;②加和法。
二、反应热大小比较
题目类型
1.同一反应生成物的状态不同时:
A(g)十B(g)=C(g);△H1<0A(g)+B(g)=C
(1);△H2<0C(g)=C
(1);△H3<0
因为△H3=△H2-△H1,所以△H2<△H1(填>、<、=)
2.同一反应反应物状态不同时:
S(g)+O2(g)=SO2(g);△H1<0S(s)+O2(g)=SO2(g);△H2<0S(g)=S(s);△H3<0
因为△H3=△H1-△H2,所以△Hl<△H2(填>、<、=)
3.两个有联系的不同反应相比
C(s)+O2(g)=CO2(g);△H1<0C(s)+1/2O2(g)=CO(g);△H2<0
定有△Hl<△H2。
并且据此可写出反应的热化学方程式:
比较方法
(1)直接比较法
依据经验、规律和常识直接判断不同反应的△H的大小的方法可称为直接比较法。
(2)图示比较法
反应热是生成物所具有的总能量与反应无所具有的总能量的差,即△H=E生-E反,画出化学变化中的能量变化图之后,根据反应物的总能量与生成物的总能量的高低关系可以很方便的比较△H的大小。
这种方法成为图示法。
(3)盖斯定律法
依据盖斯定律,对于几个热化学方程式可以进行移项、变向、(乘以某个数后)相加减等多种数学运算,依据所得的新反应或新过程的△H可以比价运算前的各△H的大小,这种方法被称为盖斯定律法。
三、有关反应热的计算
1.依据热化学方程式计算
热化学方程式中△H与个反应物和生成物的物质的量(质量、体积)成比例,已知热化学方程式,便可计算一定量的反应物发生反应所放出的热量或放出一定热量时消耗或生成的物质的质量、体积和物质的量。
2.盖斯定律的应用
盖斯定律是指一定条件下,某化学反应无论是一步完成还是分几步完成,反应的总热效应相同。
即反应热只与始态和终态相关,而与反应途径无关。
此定律的主要用途是用已知反应的反应热来推知相关反应的反应热。
利用盖斯定律可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其△H(乘以某个数后)相加或相减而得出一个新的热化学方程式。
热化学方程式之间的“+”,“-”等数学运算,对应△H也进行“+”,“-”等数学运算。
3.依据燃烧热(或热值)计算
可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量×燃烧热=可燃物的质量×热值
4.从键能的角度计算反应热。
一个化学反应的反应热等于。
【答案】一、盖斯定律:
1.盖斯定律的内容:
始态和终态
2.盖斯定律直观化△H=△H1+△H2
3.解题思路:
一先比较要写的热化学方程式与已知的相关热化学方程式的主要不同,二找出无关的物质并变换系数使其相同,三再通过对已知热化学方程式加减消去,然后算出新方程式的热量。
二、反应热大小比较:
3.CO(g)+O2(g)=CO2(g);△H3=△H1-△H2
三、有关反应热的计算
4.从键能的角度计算反应热。
一个化学反应的反应热等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中生成新化学键的键能之和的差。
【典型例题1】1840年,瑞士化学家盖斯提出了化学反应的热效应仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关,而与其中间步骤无关。
按此规律,结合下述反应方程式,回答问题。
已知:
(1)NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s),ΔH=-176kJ/mol
(2)NH3(g)+H2O(l)===NH3·H2O(aq),ΔH=-35.1kJ/mol
(3)HCl(g)+H2O(l)===HCl(aq),ΔH=-72.3kJ/mol
(4)NH3·H2O(aq)+HCl(aq)===NH4Cl(aq),ΔH=-52.3kJ/mol
(5)NH4Cl(s)+2H2O(l)===NH4Cl(aq),ΔH=Q
则第(5)个方程式中的反应热是__________。
【解析】:
考查盖斯定律的理解运用。
本题可用“加合法”,也可用“虚拟路径法”。
a.加合法:
(4)+(3)+
(2)-
(1)与(5)相比较得反应热是+16.3kJ/mol。
b.虚拟路径法:
设计反应的虚拟过程
则有:
-35.1kJ/mol+(-72.3kJ/mol)+(-52.3kJ/mol)+176kJ/mol=ΔH ΔH=+16.3kJ/mol。
【答案】:
+16.3kJ/mol
【典型例题2】氢气、一氧化碳、辛烷、甲烷的热化学方程式分别为:
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);△H=-285.8kJ/mol
CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g);△H=-283.0kJ/mol
C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l);△H=-5518kJ/mol
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H=-89.3kJ/mol
相同质量的氢气、一氧化碳、辛烷、甲烷完全燃烧时,放出热量最少的是
A.H2(g)B.CO(g)C.C8H18(l)D.CH4(g)
【答案】:
B
1.根据下列热化学方程式:
(1)C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol
(2)H2(g)+
O2(g)===H2O(l)ΔH2=-285.8kJ/mol
(3)CH3COOH(l)+2O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l)ΔH3=-870.3kJ/mol
可以计算出2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为( )
A.ΔH=+244.1kJ/molB.ΔH=-488.3kJ/mol
C.ΔH=-996.6kJ/molD.ΔH=+996.6kJ/mol
【答案】:
A
2.下列关于盖斯定律描述不正确的是( )
A.化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关,也与反应的途径有关
B.盖斯定律遵守能量守恒定律
C.利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热
D.利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热
【答案】:
A
3.已知常温时红磷比白磷稳定,在下列反应中:
4P(白磷,s)+5O2(g)===2P2O5(s) ΔH=-akJ/mol
4P(红磷,s)+5O2(g)===2P2O5(s) ΔH=-bkJ/mol
若a、b均大于零,则a和b的关系为( )
A.a
【答案】:
C
4.已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是285.8kJ/mol、1411.0kJ/mol和1366.8kJ/mol,则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的ΔH为( )
A.-44.2kJ/molB.+44.2kJ/molC.-330kJ/molD.+330kJ/mol
【答案】:
A
5.已知热化学方程式:
(1)2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6kJ/mol
(2)2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-483.6kJ/mol
当1g液态水变为气态水时,对其热量变化有下列描述:
①放出;②吸收;③2.44kJ;④4.88kJ;⑤88kJ。
其中正确的是( )
A.②和⑤B.①和③C.②和④D.②和③
【答案】:
D
6.已知:
2Zn(s)+O2(g)=2ZnO(s)△H=-701.0kJ·mol-1
2Hg(l)+O2(g)=2HgO(s)△H=-181.6kJ·mol-1
则反应Zn(s)+HgO(s)=ZnO(s)+Hg(l)的△H为 ()
A.+519.4kJ·mol-1B.-259.7kJ·mol-1
C.+259.7kJ·mol-1 D.-519.4kJ·mol-1
【答案】:
B
7.已知25℃、101kPa下,石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为:
C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.51kJ/mol
C(金刚石,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-395.41kJ/mol
据此判断,下列说法中正确的是( )
A.由石墨制备金刚石是吸热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的能量低
B.由石墨制备金刚石是吸热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的能量高
C.由石墨制备金刚石是放热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的能量低
D.由石墨制备金刚石是放热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的能量高
【答案】:
A
8.已知:
CH3CH2CH2CH3(g)+
O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2878kJ/mol
(CH3)2CHCH3(g)+
O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2869kJ/mol
下列说法正确的是( )
A.正丁烷与异丁烷的能量大小关系如图
B.正丁烷的稳定性大于异丁烷
C.异丁烷转化为正丁烷的过程是一个放热过程
D.异丁烷分子中的碳氢键比正丁烷的多
【答案】:
A
9.根据盖斯定律计算:
已知金刚石和石墨分别在氧气中完全燃烧的热化学方程式为C(金刚石,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-395.41kJ/mol,C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.51kJ/mol,则金刚石转化为石墨时的热化学方程式为_______________________________________________________________。
由此看来更稳定的碳的同素异形体为__________。
若取金刚石和石墨的混合晶体共1mol在O2中完全燃烧,产生热量为QkJ,则金刚石和石墨的物质的量之比为________(用含Q的代数式表示)。
【解析】:
由盖斯定律,要得到金刚石和石墨的转化关系,可将两个热化学方程式相减即得:
C(金刚石,s)===C(石墨,s) ΔH3=ΔH1-ΔH2=-395.41kJ/mol+393.51kJ/mol=-1.90kJ/mol。
即C(金刚石,s)===C(石墨,s) ΔH=-1.90kJ/mol
可见金刚石转化为石墨放出热量,说明石墨的能量更低,较金刚石稳定。
由十字交叉法:
Q金刚石 395.41石墨 393.51Q-393.51395.41-Q可得两者的物质的量之比。
【答案】:
C(金刚石,s)===C(石墨,s) ΔH=-1.90kJ/mol 石墨
10.将煤转化为水煤气的主要化学反应为C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g);C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式为:
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol
H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH=-242.0kJ/mol
CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0kJ/mol
请回答:
(1)根据以上数据,写出C(s)与水蒸气反应的热化学反应方程式:
________________________________________________________________________。
(2)比较反应热数据可知,1molCO(g)和1molH2(g)完全燃烧放出的热量之和比1molC(s)完全燃烧放出的热量多。
甲同学据此认为“煤转化为水煤气可以使煤燃烧放出更多的热量”;乙同学根据盖斯定律做出下列循环图:
并据此认为“煤转化为水煤气再燃烧放出的热量与煤直接燃烧放出的热量相等”。
请分析:
甲、乙两同学观点正确的是__________(填“甲”或“乙”);判断的理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)将煤转化为水煤气作为燃料和煤直接燃烧相比有很多优点,请列举其中的两个优
点:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)水煤气不仅是优良的气体燃料,也是重要的有机化工原料。
CO和H2在一定条件下可以合成:
①甲醇 ②甲醛 ③甲酸 ④乙酸。
试分析当CO和H2按1∶1的体积比混合反应,合成上述________(填序号)物质时,可以满足“绿色化学”的要求,完全利用原料中的原子,
实现零排放。
【解析】根据盖斯定律将方程式合并即可得C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.5kJ/mol,由此可知煤转化成水煤气是吸热反应,而甲正是忽略了这个问题,才误认为“煤转化成水煤气可以使煤燃烧放出更多的热量”。
CO和H2按1∶1反应合成物质时,可达到零排放,符合“绿色化学”的要求,则合成的物质的最简式应满足CH2O,则②、④符合。
【答案】
(1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g),ΔH=+131.5kJ/mol
(2)乙 甲同学忽略了煤转化为水煤气要吸收热量(或ΔH1=ΔH2+ΔH3,且ΔH2>0)
(3)①减少污染 ②燃烧充分 ③方便运输(任选两个作答)
(4)②④
【教学建议】建议时间10分钟。
以学生自我总结为主,把本节课的公式总结,画知识框图,如有错漏之处,老师进行补充。
画得好的学生奖励2分。
1.已知下列热化学方程式:
Zn(s)+
O2(g)===ZnO(s) ΔH1=-351.1kJ/mol
Hg(l)+
O2(g)===HgO(s) ΔH2=-90.7kJ/mol
由此可知Zn(s)+HgO(s)===ZnO(s)+Hg(l) ΔH3,其中ΔH3的值是( )
A.-441.8kJ/mol B.-254.6kJ/mol
C.-438.9kJ/molD.-260.4kJ/mol
【解析】:
利用加合法①-②可得热化学方程式,ΔH3=ΔH1-ΔH2。
【答案】:
D
2.已知:
H2O(g)===H2O(l) ΔH=Q1kJ/mol
C2H5OH(g)===C2H5OH(l) ΔH=Q2kJ/mol
C2H5OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g)ΔH=Q3kJ/mol
若使46g酒精液体完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为( )
A.(Q1+Q2+Q3)kJB.0.5(Q1+Q2+Q3)kJ
C.(0.5Q1-1.5Q2+0.5Q3)kJD.(3Q1-Q2+Q3)kJ
【答案】:
D
3.在1200℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应:
H2S(g)+3/2O2(g)═SO2(g)+H2O(g)△H1
2H2S(g)+SO2(g)═3/2S2(g)+2H2O(g)△H2
H2S(g)+1/2O2(g)═S(g)+H2O(g)△H3
2S(g)═S2(g)△H4
则△H4的正确表达式为( )
A.△H4=2/3(△H1+△H2-3△H3)B.△H4=2/3(3△H3-△H1-△H2)
C.△H4=3/2(△H1+△H2-3△H3)D.△H4=3/2(△H1-△H2-3△H3)
【答案】:
A
4.已知:
2Zn(s)+O2(g)=2ZnO(s) △H1=-701.0kJ·mol-1
2Hg(l)+O2(g)=2HgO(s) △H2=-181.6kJ·mol-1
则反应Zn(s)+HgO(s)=ZnO(s)+Hg(l)的△H为( )。
A.+519.4kJ·mol-1 B.+259.7kJ·mol-1
C.-259.7kJ·mol-1 D.-519.4kJ·mol-1
【解析】:
反应的焓值由盖斯定律直接求出。
即(△H1-△H2)/2=-259.7kJ·mol-1。
【答案】:
C
5.已知:
(1)Zn(s)+1/2O2(g)=ZnO(s);ΔH=-348.3kJ/mol
(2)2Ag(s)+1/2O2(g)=Ag2O(s);ΔH=-31.0kJ/mol
则Zn(s)+Ag2O(s)=ZnO(s)+2Ag(s)的ΔH等于()
A.-317.3kJ/molB.-379.3kJ/mol
C.-332.8kJ/molD.+317.3kJ/mol
【答案】:
A
6.肼(N2H4)是火箭发动机的一种燃料,反应时N2O4为氧化剂,反应生成N2和水蒸气。
已知:
N2(g)+2O2(g)=N2O4(g);△H=+8.7kJ/mol
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g);△H=–534kJ/mol
下列表示肼和N2O4反应的热化学方程式,正确的是( )
A.2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g);△H=–1076.7kJ/mol
B.N2H4(g)+1/2N2O4(g)=3/2N2(g)+2H2O(g);△H=–1076.7kJ/mol
C.2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g);△H=–542.7kJ/mol
D.2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g);△H=–1059.3kJ/mol
【答案】:
A
7.已知热化学方程式:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1=-483.6kJ/mol,则对于热化学方程式:
2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH2=b,下列说法正确的是( )
A.热化学方程式中化学计量数表示分子个数
B.该反应的ΔH2=+483.6kJ/mol
C.|ΔH2|<|ΔH1|
D.|ΔH2|>|ΔH1|
【答案】:
D
8.二甲醚是一种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。
工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。
请回答下列问题。
利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
(1)2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)ΔH1=-90.8kJ/mol,
(2)2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=-23.5kJ/mol,
(3)CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)ΔH3=-41.3kJ/mol,
总反应3H2(g)+3CO(g)
CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=________。
【答案】:
-246.4kJ/mol
9.化工生产中,用烷烃和水蒸气反应得到以CO和H2为主的混合气体。
这种混合气体可用于生产甲醇或合成氨,对甲烷而言,有如下两个主要反应:
①CH4(g)+
O2(g)===CO(g)+2H2(g)
ΔH1=-36kJ/mol
②CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)
ΔH2=+216kJ/mol
由反应①、②推出总反应热为零的总反应方程式③。
【答案】:
7CH4(g)+3O2(g)+H2O(g)===7CO(g)+15H2(g) ΔH=0kJ/mol
10.为了合理利用化学能,确保安全生产,化工设计需要充分考虑化学反应的焓变,并采取相应措施。
化学反应的焓变通常用实验进行测定,也可进行理论推算。
(1)实验测得,5g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5kJ的热量,试写出甲醇燃烧的热化学方程式:
______________________________________________________________。
(2)由气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量叫键能。
从化学键的角度分析,化学反应的过程就是反应物的化学键的破坏和生成物的化学键的形成过程。
在化学反应过程中,拆开化学键需要消耗能量,形成化学键又会释放能量。
已知反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=akJ/mol。
试根据表中所列键能数据估算a的数值:
________________。
化学键
H—H
N—H
N≡N
键能(kJ/mol)
436
391
945
(3)依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。
已知:
C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol①
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH2=-571.6kJ/mol②
2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l)
ΔH3=-2599kJ/mol③
根据盖斯定律,计算298K时由C(石墨,s)和H2(g)生成1molC2H2(g)反应的焓变:
________________________________________________________________________。
【解析】:
(1)5gCH3OH(l)充分燃烧生成CO2(g)和H2O(l),放出113.5kJ的热量,则1molCH3OH充分燃烧时,放出的热量为:
×113.5kJ=726.4kJ,故其燃烧的热化学方程式为:
CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=726.4kJ/mol,或2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1452.8kJ/mol。
(2)ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和
=3×436kJ/mol+945kJ/mol-6×391kJ/mol
=-93kJ/mol
故a的值为-93。
(3)由题意知,需求算下述反应的焓变:
2C(石墨,s)+H2(g)=C2H2(g) ΔH,由盖斯定律,将题给热化学方程式加合,
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- 化学反应 能量 教师