第1章化学反应与能量转化12节.docx
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第1章化学反应与能量转化12节
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】
我们知道:
一个化学反应过程中,除了生成了新物质外,还有能量变化(如热能,电能,光能等)。
化学反应有放热反应和吸热反应。
[知识回顾]:
1、你知道的化学反应中有哪些是放热反应?
有哪些是吸热反应?
请作一个简单的总结?
放热反应:
吸热反应:
2、化学键与化学反应中的能量变化的有何关系?
每一个化学反应都伴随有能量的改变,有的对外释放能量,有的从外界吸收能量。
3、反应物总能量与生成物总能量相对大小,与放热反应和吸热反应有何关系?
若反应物总能量大于生成物总能量,是反应;
若反应物总能量小于生成物总能量,是反应。
化学反应可看做是物质“储存”或“释放”能量的过程。
(当能量变化以热能的形式表现时,一个化学反应同时遵守质量守恒和能量守恒,那么一个反应中的质量与能量有什么关系呢?
)
一、化学反应的反应热
1、反应热:
表示符号:
2、影响反应热的主要因素:
①、与发生反应的物质的物质的量成正比
②、反应体系中物质的聚集状态。
由于物质在固态、液态、气态之间转化时,伴随着能量的变化。
③、物质的温度和压强。
反应热与反应物、生成物之间温度、压强有关。
在298K、101KPa的条件下的反应热叫做标准反应热。
[注意]:
实验室或在生产中,化学反应大多数是在敞口容器中进行的,中学主要研究的是在298K、101KPa的条件下的反应热,所以在298K、101KPa的条件下,影响反应热的主要因素只有反应的物质的物质的量和反应体系中物质的聚集状态。
【活动探究】测定中和反应的反应热
测定原理(测量,计算):
实验目的:
测定强酸与强碱反应的中和热(反应热的数据可以通过最直接的方法——实验来进行测定)
实验仪器:
简易量热计[如图]、量筒(100mL)、温度计、烧杯(250mL)。
实验用品:
1.0mol/L盐酸、1.0mol/LNaOH溶液、1.0mol/L硝酸、1.0mol/LKOH溶液。
实验步骤:
(1)向量热计内筒中加入1.0mol·L-1盐酸100mL,盖上杯盖,插入温度,
匀速搅拌后记录初始温度T1。
(注意:
把温度计上的酸用水冲洗干净备用)
(2)向250mL的烧杯中加入1.0mol·L-1的NaOH溶液100mL,调节其温度,使之与量热计中盐酸的温度相同。
(3)快速将烧杯中氢氧化钠溶液倒入量热计中,盖好杯盖,匀速搅拌,
记录体系达到的最高温度T2。
(4)近似认为溶液的比热等于水的比热并忽略量热计的热容,认为稀溶
液的密度与水的密度相等,,根据溶液温度升高的数值,计算此中和反应的反应热。
(水的比热为4.18kJ·K-1·kg-1)
(5)用同样的方法分别测定同浓度同体积的KOH溶液与盐酸反应、NaOH溶液与硝酸反应的反应热。
实验数据如下表:
实验
溶液温度/K
温度变化△T/K
反应热Q/kJ
T1
T2
NaOH+HCl
290.6
297.4
6.8
-5.6848
KOH+HCl
290.5
297.3
6.8
-5.6848
NaOH+HNO3
290.7
297.5
6.8
-5.6848
实验数据处理:
(注意:
一般每个实验要重复实验两次,取测量所得数据的平均值作为计算依据,这样实验结果比较准确)
Q=-C(T2-T1)=-mC(T2-T1)
实验结论:
所测得上述三个中和反应的反应热相同,即强酸和强碱的中和热是相同的。
实验原因探究:
中和热:
在稀溶液中,酸与碱中和反应时生成1molH2O(l),这时的反应热叫中和热。
计算中和热为:
[特别提醒]:
强酸和强碱的稀溶液反应才能保证中和热是△H=-57.3KJ•mol-1,而弱酸或弱碱在中和反应中电离吸收热量,其中和热数值小于57.3KJ•mol-1。
必须是酸和碱的稀溶液,因为浓酸和浓碱在相互稀释的时候会放热,其中和热数值大于
57.3KJ•mol-1。
以物质的量为基准,所以在写化学方程式的时候应该以生成1molH2O(l)为标准来配平其余物质的化学计量数,即H2O的系数为1。
[问题讨论]:
为什么不直接用10mol∕L的盐酸100mL+10mol∕LNaOH溶液100mL或1.0mol∕L的盐酸1000ml+1.0mol∕L的NaOH溶液1000ml直接得到1moL的H2O,从而直接测得中和热呢?
答:
[过渡]化学反应的反应热是由于反应前后物质所具有的能量不同而产生的。
物质所具有的能量是物质的固有性质,科学家们用一个物理量来描述这一性质,现在我们就来探讨这个物理量。
二、化学反应的焓变
1、焓
(讲解:
从“焓”的字体结构可以看出,左边的“火”意味着能量,右边的“含”意味着贮存、含藏。
也就是说“焓”就是物质所具有的能量)
(1)含义:
(2)符号:
【质疑】焓是一个定值吗?
它受其他因素的影响吗?
(分析举例,如100°C的水和
100%的水蒸气,多媒体显示水发生状态变化时的能量变化。
)
【阐述】对于一定量的纯物质,在一定的状态(温度、压强)下,焓有确定的数值,它的数
值的大小与物质所具有的能量有关。
但是,由于目前人们无法求得物质内部所具有能量的
绝对数值,因此焓的绝对数值也无从确定,只能判断其相对值。
2、焓变
热化学研究表明,对于在等压条件下进行的化学反应,如果反应中物质的能量变化全部转化为热能(同时可能伴随着反应体系体积的改变),而没有转化为电能、光能等其他形式的能,则该反应的反应热就等于反应前后物质的焓的变化。
表达式为:
QP=△H。
式中:
Qp表示在等压条件下化学反应的反应热。
(1)定义:
(2)符号:
(3)表达式:
△H=H(反应产物)-H(反应物)
【交流研讨】
用一个数学式可以将QP(等压下的反应热)与△H的关系表示为:
QP=△H。
Q与反应吸热、放热的关系我们已经在前面详细讨论过,那么,H与反应吸热、放热之间又有什么关系呢?
(请看多媒体投影,交流讨论,回答。
)
[小结]:
△H与反应吸热、放热的关系:
若△H>0即反应产物的焓反应物的焓;则Q>0反应是能量的,称为。
若△H (4)、在恒温恒压的条件下,影响△H的因素: ①、与发生反应的物质的物质的量成正比。 ②、反应体系中物质的聚集状态。 由于物质在固态、液态、气态之间转化时,伴随着能量的变化。 【质疑】 在《化学(必修2)》的学习中我们知道,化学反应的前后总伴随着能量的改变,我们能否可以在一个化学方程式中既把化学反应过程中的物质变化表示出来,又把这一过程中的能量变化表示出来呢? (在热化学中,常用热化学方程式把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来) 3、热化学方程式 【思考】什么是热化学方程式? 如何书写热化学方程式? 【探讨】在298K时,1molH2(g)和1/2molO2(g)反应生成1molH20 (1)放热285.8kJ,此反 应的热化学方程式为: H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△H(298K)=-285.8kJ/mol 这种表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式,叫做热化学方程式。 【观察·思考】观察热化学方程式,比较它与我们以前学过的化学方程式有什么不同? (1)、概念: 热化学方程式。 (2)、意义: 既表明了化学反应中的变化,也表明了化学反应中的。 【交流·研讨】(见课本P.6.) 1、已知在298K时,由氢气和氮气反应生成1molNH3。 (g)放热46.11kJ,将下列化学方程式写成热化学方程式(学生看书P.6.进行练习) 3/2H2+1/2N2=NH3 3H2+N2=2NH3 NH3=3/2H2+1/2N2 2、已知在298K时,1molH2(g)和0.5molO2(g)反应生成1molH20 (1)放热285.8kJ;生成1molH20(g)放热241.8kJ,请分析两种情况下反应热为何不同,并写出热化学方程式。 3、讨论书写热化学方程式时应注意什么问题? ①要在物质的化学式后面用括号注明参加反应的物质的聚集状态,因为反应的焓变与各反应物和生成物的聚集状态有关。 一般用英文字母g、l、S分别表示物质的气态、液态和固态,水溶液中的溶质则用aq来表示。 热化学方程式中不用“↑”“↓”(因已注明状态)。 ②在△H后要注明反应温度,因为同一反应在不同的温度下进行时其焓变是不同的。 对于298K时进行的反应,可以不注明。 △H只能写在标有反应物和生在物状态的化学方程式的右边,并用“空格”隔开。 若为放热反应△H为“-”;若为吸热反应△H为“+”。 △H的单位的一般为kJ/mol或J/mol。 其中mol-1表明参加反应的各物质的物质的量与化学方程式中各物质的系数相同。 故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,并不表示物质的分子或原子数,因此化学计量数可以是整数,也可以是分数。 ④根据焓的性质,若化学方程式中各物质的系数加倍,则△H数值的绝对值也加倍;若反应逆向进行,则△H改变符号,但绝对值不变。 ⑤可逆反应的ΔH表明的是完全反应时的数据。 【反馈练习】 1、1molC与1molH2O(g)反应生成lmolCO(g)和1molH2(g),需要吸收131.5kJ的热量,该反应的反应热为△H=kJ/mol。 2、在右图中,表示正反应是吸热反应的图像是()。 3、化学反应中的能量变化,通常表现为热量的变化,如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应要吸收热量,在化学上叫做吸热反应。 其原因是() A.反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量 B.反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量 C.在化学反应中需要加热的反应就是吸热反应 D.在化学反应中需要降温的反应就是放热反应 4、当1mol气态H2与1mol气态Cl2反应生成2mol气态HCl,放出184.6KJ的热量,请写出该反应的热化学方程式。 5、写出下列反应的热化学方程式 ①1molN2(g)与适量O2(g)反应生成NO(g),需吸收68kJ的热量; ②2molCu(s)与适量O2(g)反应生成CuO(s),放出314kJ热量; ③1g硫粉在氧气中充分燃烧放出9.36kJ热量,写出硫燃烧的热化学方程式。 6、(2010山东卷)下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是 A生成物能量一定低于反应物总能量 B放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率 C应用盖斯定律,可计算某些难以直接测量的反应焓变 D同温同压下,H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)在光照和点燃条件的 不同 7、(2011上海)据报道,科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。 下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是() 第1节化学反应的热效应 【第2课时】 【复习提问】 1、什么是热化学方程式? 书写热化学方程式要注意哪些要点? 2、写出下列反应的热化学方程式 (1)1molC2H5OH(l)与适量O2(g)反应,生成CO2(g)和H2O(l),放出1366.8kJ热量。 (2)18g葡萄糖与适量O2(g)反应,生成CO2(g)和H2O(l),放出280.4kJ热量。 (讲解: 化学反应的反应热,有的能够测量,有的不能测量。 因为有些反应进行得很慢,有些反应不容易直接发生,有些反应的产品不纯(有副反应发生),对于这样的反应热,进行计算才能得到。 这节课我们来学习反应焓变的计算) 三、反应焓变的计算(讲解: 反应焓变之所以能够有计算得出,要归功于瑞士科学家盖斯提出的盖斯定律,我们来学习该定律) (一)盖斯定律: 1、内容: 2、盖斯定律特点: (1)反应焓变(反应热效应)只与始态(反应物)、终态(生成物)有关, 与反应过程无关。 好比一个人登山,不管他选择什么途径,只要他从山脚到了山顶,他攀爬的高度总是一定 的。 即 从途径角度理解如右图所示: (2)焓变(反应热)总值一定。 下图表示从始态到终态的反应热。 △H= (二)焓变的计算方法 1、利用已知焓变求未知焓变——热化学方程式相加减 【例1】试利用298K时下述反应的实验数据,请写出此温度下, C(s,石墨)+ O2(g)=CO(g)反应的热化学方程式。 C(s,石墨)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5kJ•mol-1 CO(g)+ O2(g)=CO2(g)△H2=-283.0kJ•mol-1 解: 【例2】试利用298K时下述反应的实验数据,计算此温度下P4(s,白磷)=4P(s,红磷)的反应焓变△H。 P4(s,白磷)+5O2(g)=P4O10(S)△H1=-2983.2kJ•mol-1………… P(s,红磷)+ O2(g)= P4O10(S)△H2=-738.5kJ•mol-1………… P4O10(S)=P(s,红磷)+ O2(g)△H3=+738.5kJ•mol-1………… P4O10(S)=4P(s,红磷)+5O2(g)△H4=+738.5×4kJ•mol-1………… 【练习1】试利用298K时下述反应的实验数据,计算此温度下 2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)的反应焓变△H。 N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H1=+67.7kJ•mol-1 N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)△H2=-534kJ•mol-1 【练习2】试利用298K时下述反应的实验数据,计算此温度下 Zn(s)+HgO(s)=ZnO(s)+Hg(l)的反应焓变△H。 Zn(s)+ O2(g)=ZnO(s)△H1=-351.1kJ•mol-1 Hg(s)+ O2(g)=HgO(s)△H2=-90.7kJ•mol-1 【知识拓展】 2、利用化学键的键能求焓变 (1)键能: 在101kPa、298K条件下,气态原子间形成(或断裂)1mol化学键时释放(或吸收)的能量。 键能越大,键越牢固。 (2)用键能计算焓变(△H): 焓变等于反应物的总键能减去生成物的总键能,得到负值有“-”号;若得到正值应加上“+”号。 △H=∑(反应物的键能)-∑(反应产物的键能) 【例1】以下是部分共价键键能数据: H—S键能364kJ•mol-1,S—S键能266kJ•mol-1,S=O键能522kJ•mol-1,H—O键能464kJ•mol-1。 试根据这些数据计算下面这个反应的焓变。 2H2S(g)+SO2(g)==3/8S8(g)+2H2O(g)△H=? S8分子结构 【练习】以下是部分共价键键能数据: P—P键198kJ•mol-1,P—O键360kJ•mol-1,O=O键能498kJ•mol-1。 试根据这些数据计算下面这个反应的焓变。 P4(s,白磷)+3O2(g)==P4O6(s)△H=? 【小结】 (一)盖斯定律: 1、内容: 对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应焓变都是一样的。 2、理解要点: (1)反应焓变(反应热效应)只与始态(反应物)、终态(生成物)有关,与反应过程无关。 (2)焓变(反应热)总值一定。 (二)焓变的计算方法 1、利用已知焓变求未知焓变——热化学方程式相加减 2、利用化学键的键能求焓变 (1)键能: 键能: 在101kPa、298K条件下,原子间形成(或断裂)1mol化学键时释放(或吸收)的能量。 键能越大,键越牢固。 (2)△H=∑(反应物的键能)—∑(反应产物的键能) 【练习】 1、如由A到B可以设计如下两个途径: 途径一: A→B(△H) 途径二: A→C→B(△H1+△H2) 则焓变△H、△H1、△H2的关系可以表示为。 2、(2011海南)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-1C.-259.7kJ·mol-1D.-519.4kJ·mol-1 3、(2010广东理综卷)在298K、100kPa时,已知: 2H2O(g)=O2(g)+2H2(g)△H1, Cl2(g)+H2(g)=2HCl(g)△H2,2Cl2(g)+2H2O(g)=4HCl(g)+O2(g)△H3,则△H3与△H1和△H2间的关系正确的是() A.△H3=△H1+2△H2B.△H3=△H1+△H2C.△H3=△H1-2△H2D.△H3=△H1-△H2 1、求这个反应的反应热: ①C(s)+1/2O2(g)=CO(g)ΔH1=? ②CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)ΔH2=-283.0kJ/mol C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH3=-393.5kJ/mol 5、按要求书写下列热化学方程式 化学键 Si—Si Si—Cl H—H H—Cl 键能/KJ.mol-1 176 360 436 431 已知下列键能: (1)工业上制高纯硅的反应之一为: SiCl4(g)和H2高温下反应生成晶体硅和HCl,请写出其热化学方程式: ________________________________________________________ (2)N2(g)与H2(g)反应生成1molNH3(g),放出46.1kJ能量,其热化学方程式为_____________________________________________________。 (3)0.5mol石墨(C)与适量的H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收65.7kJ热量,其热化学方程式为_________________________________________________。 (4)若2.6g乙炔(C2H2)完全燃烧生成CO2气体和H2O(液)时放热130kJ,则乙炔燃烧的热化学方程式为: _______________________________________________。 (5)101kPa时,1.00gCH4完全燃烧生成液态水和二氧化碳,放出55.6kJ的热量,写出表示CH4燃烧热的热化学方程式: _____________________________________ {[知识拓展]---燃烧热 1、标准燃烧热: 在101KPa的压强下,1mol物质完全燃烧的反应热(即焓变)叫做该物质的标准燃烧热。 标准燃烧热(△H)为负值。 2、热值: 在101KPa的压强下,1g物质完全燃烧所放出的热量叫做该物质的热值。 (热值习惯上用正值,单位KJ/g)。 3、如何正确书写一个表示某物质燃烧热的化学方程式 ①、反应条件;不写反应条件,说明是在298K(25℃)、101kPa条件下。 ②、产物: 产物是否稳定、是否充分燃烧。 [物质完全燃烧是指物质中含有的氮元素转化为N2(g),氢元素转化为H2O(l),碳元素转化为CO2(g),硫元素转化为SO2(g)] ③、计量数: 燃烧物的物质的量必须是1mol,不能把其它化学计量数配平到整数而把燃烧物前的计量数非1。 ④、要注意一般热化学方程式与表示物质燃烧热的热化学方程式的区别。 6、在同温同压下,下列各组热化学方程式中,△H1﹥△H2的是() A.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H1;2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H2 B.S(g)+O2(g)=SO2(g)△H1;S(s)+O2(g)=SO2(g)△H2; C.C(s)+1/2O2(g)=CO(g)△H1;C(s)+O2(g)=CO2(g)△H2; D.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)△H1;1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)△H2 7、有如下三个热化学方程式: H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△H=aKJ.mol-1 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H=bKJ.mol-1 2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)△H=cKJ.mol-1 关于它们的下列表述,正确的是() A.他们都是吸热反应B.a、b、c均为负值C.反应热的关系a=bD.反应热的关系2b=-c 8、已知下列热化学方程式: (1)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-25KJ/mol (2)3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)△H=-47KJ/mol (3)Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)△H=+19KJ/mol 写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式____________________________ 9、在一定条件下,当64gSO2气体被氧化成SO3气体时,共放出热量98.3KJ。 已知SO2在此条件下转化为80%,据此,下列热化学方程式正确的是() A.SO2(g)+1/2O2(g) SO3(g)△H=-78.64KJ/mol B.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(l)△H=-196.6KJ/mol C.SO2(g)+1/2O2(g) SO3(g)△H=-98.3KJ/mol D.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)△H=-122.875KJ/mol 10、能源是人类生存和发展的重要支撑因素。 常规能源(煤、石油、天然气等)日益减少,促使人们去研究能源的利用率和新能源(如太阳能、氢能、核能等)的开发。 (1)我国目前最主要的能源品种是___________,能源利用中存在的主要问题有_____________________________________________________________。 (2)为减少污染,提高燃料利用率,下列措施可以达到目的的是() A.将城市居民燃煤改为使用气体燃料 B.若将原来烧天然气的灶具改烧液化石油气,应增大空气进入量和减少液化石油气的进入量 C.研制燃料电池 D.在农村大力发展沼气 (3)某些科学家对以下三个化学反应很感兴趣: ①3FeCl2+4H2O=Fe3O4+6HCl+H2 ②2Fe3O4+3Cl2+12HCl=6FeCl3+6H2O+O2 ③6FeCl3=6FeCl2+3Cl2 科学家想利用上述反应来制取的一种很有意义的物质是____________,该物质作为燃料的优点有__________________、___________
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- 第1章 化学反应与能量转化12节 化学反应 能量 转化 12