上海高中化学溶解过程及化学反应中的热效应.docx
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上海高中化学溶解过程及化学反应中的热效应
溶解过程及化学反应中的热效应
一、溶解过程中的热效应
1.物质溶解的过程,以NH4Cl的溶解为例:
(1)扩散过程:
NH4Cl→NH4++Cl-,扩散过程要破坏__________(填作用力类型),因此扩散过程__________(填“吸热”或“放热”),物质的扩散过程是________(填“物理”或“化学”)变化。
(2)水合过程:
NH4++mH2O→NH4+·mH2O,Cl-+nH2O→Cl-·nH2O,
水合过程要形成__________(填作用力类型),因此水合过程__________(填“吸热”或“放热”),物质的水合过程是________(填“物理”或“化学”)变化。
2.物质溶解过程中的能量变化:
(1)物质溶解于水,当扩散过程中吸收的热量大于水合过程中放出的热量时,溶液的温度_____(填“下降”或“升高”),溶解____________(填“吸热”或“放热”)。
(2)物质溶解于水,当扩散过程中吸收的热量小于水合过程中放出的热量时,溶液的温度_____(填“下降”或“升高”),溶解____________(填“吸热”或“放热”)。
思考:
是否存在物质溶于水扩散过程中吸收的热量等于水合过程中放出的热量的情况?
3.中学中常见的溶解时放热的物质有:
_____________________________等。
溶解时吸热的物质有___________________________等。
溶解时热量变化不明显的物质有:
________________等。
二、化学反应中的热效应
1.化学反应产生热效应的原因:
(1)从能量守恒角度来分析,即从反应物总能量与生成物总能量的相对大小来分析:
a.在放热反应中(左下图),反应物的总能量___________生成物的总能量(填“>”、“<”或“=”)。
b.在吸热反应中(右下图),反应物的总能量___________生成物的总能量(填“>”、“<”或“=”)。
注:
上述两图中的能量a称为反应活化能,使用催化剂可以降低反应所需的活化能。
(2)从化学键的键能的角度分析:
破坏反应物中的化学键________(填“吸收”或“放出”)能量;形成生成物中的化学键________
(填“吸收”或“放出”)能量;
a.在放热反应中,反应物的键能___________生成物的键能(填“>”、“<”或“=”)。
b.在吸热反应中,反应物的键能___________生成物的键能(填“>”、“<”或“=”)。
注意:
化学反应的热效应与反应条件___________(填“有关”或“无关”)。
2.反应热:
反应物具有的能量和与生成物具有的能量总和的差值,即为反应热,记为Q。
Q=E(反应物的能量)-E(生成物的能量),即:
E(反应物的能量)=E(生成物的能量)+Q,所以我们习惯将反应热写在化学反应方程式的后面,Q的单位为kJ。
(1)当Q>0,即E(反应物的能量)>E(生成物的能量),反应为_______反应(填“吸热”或“放热”)。
(1)当Q<0,即E(反应物的能量) 3.常见的放热反应: ①大多数化合反应;②酸碱中和反应;③金属与水或酸的置换反应; ④可燃物的燃烧反应;⑤物质的缓慢氧化;⑥铝热反应。 4.常见的吸热反应: ①大多数分解反应,如碳酸钙受热的分解;②盐的水解和弱电解质的电离;③C和H2O、C和CO2的反应;④大多数金属氧化物与CO、H2、C等的还原反应;⑤Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应。 5.反应热的计算方法: (1)从反应物与生成物的能量来计算: Q=____________________________。 (2)从反应物与生成物的键能来计算: Q=____________________________。 6.能量最低原则: 物质含有的能量越低,物质越_________(填“稳定”或“活泼”)。 注意: (1)同一物质的能量与其状态有关,记同一物质在固态、液态、气态的能量分别为E(s)、E(l)、 E(g),则E(s)、E(l)、E(g)由大到小排序为: ____________________。 (2)物质的能量与物质的键能不是同一概念: 物质的能量越高,物质越__________(填“稳定”或“活泼”);物质的键能越高,物质越___________(填“稳定”或“活泼”)。 7.热化学方程式的书写要领: (1)热化学方程式中的化学系数表示物质的量,所以也可用分数。 (2)反应热的数值与物质的聚集状态有关,书写时必须标明物质的状态。 (3)热量的数值与反应物的物质的量相对应。 (4)当反应逆向进行时,其反应热与正向反应的反应热数值相等,但符号相反。 (5)热化学方程式之间可进行加减。 (6)反应热的数据与反应条件有关,未指明反应条件的通常是指25℃,1.01×105Pa。 8.盖斯定律: 又叫反应热加成定律。 若一反应为多个反应式的代数和时,其反应热为这些反应的反应热的代数和。 例1.(物质的溶解过程) 1.1.有关NaOH溶于水的过程,叙述正确的是(D) A.发生水合过程,吸收热量B.发生扩散过程,放出热量 C.既破坏了离子键,也破坏了共价键D.溶液温度升高 1.2.如图所示,打开止水夹,将液体A滴入试管②中与固体B接触。 若试管①中的导管口有较多气泡产生,则液体A和固体B的组合不可能是(D) A.双氧水和二氧化锰B.水和生石灰C.水和氢氧化钠D.水和硝酸铵 例2.(化学反应中的热效应,重点是图像题) 2.1.对于反应中的能量变化,表述正确的是(A) A.放热反应中,反应物的总能量大于生成物的总能量 B.断开化学键的过程会放出能量 C.加热才能发生的反应一定是吸热反应 D.氧化反应均为吸热反应 解析: 选A。 当反应物的总能量大于生成物的总能量时,该反应是放热反应,故A正确;断开化学键的过程会吸收能量,故B错误;加热才能发生的反应不一定是吸热反应,故C错误;食物的腐败变质是氧化反应,但该过程是放热的,故D错误。 2.2.已知: H2(g)+Se(g) H2Se(g)+87.48kJ, Se(g)→Se(s)+102.17kJ; 下列选项正确的是(A) A.H2(g)+Se(s)的总能量对应图中线段b B.相同物质的量的Se,Se(s)的能量高于Se(g) C.1molSe(g)中通入1molH2(g),反应放热87.48kJ D.H2(g)+S(g) H2S(g)+QkJ,Q<87.48kJ 例3.(热化学方程式的书写与判断) 3.依据事实,写出下列反应的热化学方程式 (1)18g葡萄糖(C6H12O6)与适量O2反应,生成CO2和液态水,放出280.4kJ热量。 葡萄糖燃烧的热化学方程式: ________________________________________________。 (2)如图是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: _______________________________________________________。 (3)SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。 已知: 1molS(s)转化为气态硫原子时吸收能量akJ,断裂1molF-F、1molS-F键需吸收的能量分别为bkJ、ckJ。 S(s)+3F2(g)→SF6(g)+Q,则Q为______________。 解: (1)C6H12O6(s)+6O2(g)=6H2O(l)+6CO2(g)+2804kJ (2)NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)+234kJ (3)(6c-a-3b)kJ 例4.(盖斯定律的应用) 4.已知下列热化学方程式: 2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)+Q1 2H2(g)+O2(g)→2H2O(g)+Q2 (1)从盖斯定律的角度说明Q1、Q2的相对大小: ___________________________________________。 (2)从反应物与生成物的总能量角度说明Q1、Q2的相对大小: _______________________________。 变式训练: 1.物质在溶解时,常常会使溶液的温度发生改变。 现将: ①浓硫酸、②生石灰、③硝酸铵、 ④氢氧化钠、⑤氯化钠五种物质分别溶于于水,会使溶液温度升高的是(C) A.①③④B.②④⑤C.①②④D.①③⑤ 2.小林同学往如图所示的烧杯中加入一种固体物质,搅拌后,发现温度升高、石蜡熔化、塑料片掉了下来。 该同学加入的物质可能是(D) A.蔗糖B.硝酸铵C.氯化钠D.氢氧化钠 3.浓硫酸溶于水使溶液的温度升高,是由于(D) A.浓硫酸溶于水,发生扩散过程,放出能量 B.浓硫酸溶于水,发生水合过程,吸收能量 C.浓硫酸溶于水破坏的作用力只有共价键 D.浓硫酸溶于水,扩散过程吸收的热量小于水合过程放出的热量 4.一种“即食即热型快餐”适合外出旅行时使用,其内层是用铝箔报过的并已加工好的真空包装食品,外层则是分别包装的两包化学物质,使用时拉动预留在外的拉线,使这两种化学物质反应加热,这两种化学物质可选用(B) A.浓硫酸和水B.生石灰和水C.铝和氧化铁D.过氧化钠和水 5.使1.25g胆矾加热失水0.36g,所得晶体的化学式为(C) A.CuSO4·3H2OB.CuSO4·2H2OC.CuSO4·H2OD.CuSO4 6.某温度下有500g饱和FeSO4溶液,其中溶质和溶剂的质量比为2: 3。 加入40.0gFeSO4,析出FeSO4·xH2O晶体163.5g,则x=_________。 7 7.下列说法中正确的是(A) A.化学反应中的能量变化,表现形式除热量外还可以是光能和电能等 B.物质发生化学反应时都伴随能量变化,伴随能量变化的过程一定发生了化学变化 C.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量与生成物的总能量可能相同 D.需要加热的化学反应一定是吸热反应,不需要加热的化学反应一定是放热反应 8.下列反应既是氧化还原反应又是吸热反应的是(A) A.电解水B.碳酸钙的分解C.铝与盐酸反应D.氢氧化钡与氯化铵反应 9.(2015上海)已知H2O2在催化剂作用下分解速率加快,其能量随反应进程的变化如下图所示。 下列说法正确的是(D) A.加入催化剂,减小了反应的热效应 B.加入催化剂,可提高H2O2的平衡转化率 C.H2O2分解的热化学方程式: H2O2→H2O+0.5O2+QkJ(Q>0) D.反应物的总能量高于生成物的总能量 10.由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。 下列说法错误的是(D) A.使用催化剂可以降低过渡态的能量 B.反应物总能量大于生成物总能量 C.反应的热化学方程式为N2O(g)+NO(g)→N2(g)+NO2(g)+139kJ D.N2O(g)+NO(g)→N2(g)+NO2(l)+Q,则Q<139kJ 11.反应A+B→C+QkJ分两步进行: A+B→X-Q1kJ,X→C+Q2kJ(Q、Q1、Q2均大于0)。 下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是(D) A. B. C. D. 12.如图是能量示意图,由此判断热化学方程式正确的是() A. B. C. D. 【答案】C 【详解】 由图可知,O(g)+2H(g)→ O2(g)+H2(g)放热685kJ,则热化学方程式为O(g)+2H(g)→ O2(g)+H2(g)+685KJ,A项错误; B.由图可知,OH(g)+H(g)→O(g)+2H(g)吸热427kJ,则热化学方程式为OH(g)+H(g)→O(g)+2H(g)-427kJ,B项错误; C.由图可知, O2(g)+H2(g)→H2O(g)放热为 ,则热化学方程式为 O2(g)+H2(g)→H2O(g)+244KJ,C项正确; D.O(g)+2H(g)→H2O(g)放热 ,则热化学方程式为O(g)+2H(g)→H2O(g)+929KJ,D项错误; 答案选C。 13.已知断开1molH2(g)中H—H键需要吸收436kJ能量。 根据能量变化示意图,下列说法正确的是() A.化学反应: H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g),是放热反应 B.生成lmolCl2(g)中的Cl-Cl键需吸收243kJ能量 C.断开lmolHCl(g)中的H-Cl键需释放432kJ能量 D.2molHCl(g)的总能量大于1molH2(g)和1molCl2(g)的总能量 【答案】A 【详解】 A.从图中得,反应物的总能量高于生成物的总能量,是放热反应,A项正确; B.生成Cl—Cl键需放出能量,B项错误; C.断开H—Cl键需吸收能量,C项错误; D.从图中得,反应物的总能量高于生成物的总能量,2molHCl(g)的总能量小于1molH2(g)和1molCl2(g)的总能量,D项错误; 故答案为A。 14.肼(H2NNH2)是一种高能燃料,在空气中燃烧的化学方程式为N2H4+O2 N2+2H2O, 已知: 下列说法不正确的是() A.反应N2H4+O2=N2+2H2O中反应物总能量比生成物总能量低 B.N2的电子式为 C.H-O键的键能比N-H键的键能大 D.断裂1molN-N键需要吸收154kJ能量 【答案】A 【详解】 A.反应N2H4+O2=N2+2H2O中断裂化学键吸收的能量=154kJ/mol+391kJ/mol×4+500kJ/mol=2218kJ/mol,形成化学键放出的能量=946kJ/mol+464kJ/mol×4=2809kJ/mol,放出的能量>吸收的能量,反应放热,因此反应物总能量比生成物总能量高,故A错误; B.N2中含有氮氮三键,电子式为 ,故B正确; C.根据图示数据,H-O键的键能为464kJ/mol,N-H键的键能为391kJ/mol,H-O键的键能比N-H键的键能大,故C正确; D.根据图示数据,N-N键的键能为154kJ/mol,则断裂1molN-N键需要吸收154kJ能量,故D正确; 故选A。 15.对热化学方程式C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g)-131.3kJ最准确的理解是(C) A.碳和水反应吸收131.3kJ热量 B.1mol碳和1mol水反应生成一氧化碳和氢气,同时放出131.3kJ热量 C.1mol碳和1mol水蒸气反应生成1molCO和1molH2,同时吸收131.3kJ热量 D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3kJ 解: 选C。 碳与水反应吸收131.3kJ的热量,未指明物质的量和聚集状态,故A错误;碳和水的反应为吸热反应,故B错误;热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量,不表示分子或原子个数,故D错误。 16.1g H2燃烧生成液态水,放出142.9 kJ的热量,下列热化学方程式正确的是() A.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+571.6 kJ B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+142.9 kJ C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+571.6 kJ D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)-571.6 kJ 【答案】A 【分析】 1mol氢气的质量为: 2g/mol×1mol=2g,则2g氢气燃烧生成液态水放出的热量为: 142.9kJ×=285.8kJ,则氢气燃烧的热化学方程式为: H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1。 【详解】 A.焓变与化学计量数成正比,则2mol氢气放出的热量为285.8kJ×2=571.6kJ,正确的热化学方程式为: 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1,选项A正确; B.生成水的状态应该为气态,正确的热化学方程式为: H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1,选项B错误; C.状态H2O(g)错误,应为H2O(l),选项C错误; D.ΔH=+571.6 kJ·mol-1>0,代表吸热反应,与事实相违背,选项D错误; 答案选A。 17.由X转化为Y和Z的能量变化如图所示(涉及反应均为可逆反应)。 下列说法正确的是(B) A.2X Y反应的Q=E5-E2B.2X Z反应为放热反应 C.增大压强有利于提高Y的产率D.升高温度有利于提高Z的产率 18.已知如下两个热化学方程式: 下列说法不正确的是(D) A.反应①、②中的所有有机物均可使溴水褪色,但褪色原理不完全相同 B.反应①、②都属于加成反应 C.反应①吸热、反应②放热的事实说明苯环中含有的并不是碳碳双键 D.在通常条件下,反应①、②都能自发进行 19.(2014上海)1,3-丁二烯和2-丁炔分别与氢气反应的热化学方程式如下: CH2=CH-CH=CH2(g)+2H2(g)→CH3CH2CH2CH3(g)+236.6kJ CH3-C≡C-CH3(g)+2H2(g)→CH3CH2CH2CH3(g)+272.7kJ 由此不能判断(D) A.1,3-丁二烯和2-丁炔稳定性的相对大小 B.1,3-丁二烯和2-丁炔分子储存能量的相对高低 C.1,3-丁二烯和2-丁炔相互转化的热效应 D.一个碳碳叁键的键能与两个碳碳双键的键能之和的大小 【解析】根据盖斯定律可知前者减去后者即得到CH2=CH-CH=CH2(g)→CH3-C≡C-CH3(g)-36.1kJ,这说明1,3-丁二烯转化为2-丁炔是吸热反应,因此在质量相等的条件下1,3-丁二烯的总能量低于2-丁炔的总能量,则1,3-丁二烯比2-丁炔稳定性强,因此选项A、B、C均是正确的;反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值,但由于不能确定碳碳单键和碳氢单键键能,因此根据热化学方程式不能确定一个碳碳叁键的键能与两个碳碳双键的键能之和的相对大小,D不正确,答案选D。 20.在同温同压下,下列各组热化学方程式中,Q2 A.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1;2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q2 B.S(s)+O2(g)=SO2(g)+Q1;S(g)+O2(g)=SO2(g)+Q2 C.C(s)+ O2(g)=CO(g)+Q1;C(s)+O2(g)=CO2(g)+Q2 D.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)+Q1; H2(g)+ Cl2(g)=HCl(g)+Q2 21.已知反应: 2HCl(g)=H2(g)+Cl2(g)-183kJ,又已知1molH2(g)、1molCl2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、243kJ的能量,则1molHCl(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为__________kJ。 【答案】431 【详解】 设1molHCl(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为 ,由方程式2HCl(g)=H2(g)+Cl2(g)ΔH=+183kJ·mol-1可知,ΔH=+183kJ·mol-1,ΔH=反应物总键能-生成物总键能,得2 -436kJ-243kJ=+183kJ解得 =431kJ,即1molHCl(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为431kJ,故答案为: 431。 22. (1)实验测得,5g液态甲醇(CH3OH)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)火箭推进器常以气态联氨(N2H4)为燃料、液态过氧化氢为助燃剂进行热能提供。 反应过程中生成的气体可参与大气循环。 测得当反应过程中有1mol水蒸气生成时放出161kJ的热量。 试写出反应过程中的热化学方程式: ______________________________________________。 【答案】CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)+726.4kJ N2H4(g)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(g)+644kJ 【详解】 (1)1mol甲醇的质量为32g,5g液态甲醇燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出113.5kJ的热量,所以1mol液态甲醇燃烧放出热量为 ,热化学方程式: CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-726.4kJ/mol; (2)由题意可知,N2H4和H2O2反应生成氮气和水蒸气,由此写出方程式N2H4(g)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(g),1mol水蒸气生成时放出161kJ的热量,则生成4mol水蒸气放出644kJ热量,热化学方程式为: N2H4(g)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(g)ΔH=-644kJ/mol。 23.已知以下的热化学反应方程式: Fe2O3(s)+1/3CO(g)=2/3Fe3O4(s)+1/3CO2(g)+15.73kJ Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)-640.4kJ Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)+24.8kJ 则42gCO气体还原足量FeO固体得到Fe固体和CO2气体时对应的反应热Q为__________。 解: 327kJ 【详解】 给以上方程式依次编号 ①Fe2O3(s)+1/3CO(g)=2/3Fe3O4(s)+1/3CO2(g);ΔH=-15.73kJ/mol ②Fe3O4(s)+CO(g)═3FeO(s)+CO2(g);△H=+640.4kJ/mol, ③Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g);△H=-24.8kJ/mol, 由盖斯定律可知,反应CO(g)+FeO(s)═Fe(s)+CO2(g),可由③/2-①/2-②/3得到,所以其反应热△H=③/2-①/2-②/3=(-24.8kJ/mol)/2-(-15.73kJ/mol)/2-(+640.4kJ/mol)/3=-218kJ/mol,28gCO气体即1molCO还原足量FeO固体得到Fe固体和CO2气体时对应的ΔH约为-218kJ/mol,42gCO气体还原足量FeO固体时,对应反热为ΔH=-327kJ/mol;
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