化学反应中的能量变化.docx
- 文档编号:30456651
- 上传时间:2023-08-15
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:89.16KB
化学反应中的能量变化.docx
《化学反应中的能量变化.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化学反应中的能量变化.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
化学反应中的能量变化
化学反应中的能量变化
教学目的
1、了解化学反应中的能量变化
2、了解放热反应和吸热反应
3、能够正确书写热化学反应方程式
4、掌握中和热的测定方法
教学内容
一、反应热
1、化学反应过程中放出或吸收的热量,通常叫做反应热。
反应热用符号ΔH表示,单位一般采用kJ/mol。
当ΔH为负值为放热反应;当ΔH为正值为吸热反应。
测量反应热的仪器叫做量热计。
2、燃烧热:
在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
3、中和热:
在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1molH2O,这时的反应热叫做中和热。
中学阶段主要讨论强酸和强碱的反应。
4、反应热大小的比较
比较反应热的大小,一般是在不同条件下(温度、压强、物质的聚集状态等)下的同一化学反应,或同一条件(温度、压强)下的同类化学反应之间进行。
(1)热化学方程式中的化学计量数。
如2mol氢气燃烧放出的热量是相同条件下1mol氢气燃烧时放出的2倍。
(2)物质的聚集状态或晶体结构。
如等量氢气燃烧生成液态水时放出的热量比生成气态水时放出的热量多。
【思考】为什么?
(3)化学键的强弱。
如都由单质反应生成2mol的卤化氢时,由于HF、HCl、HBr、HI中的共价键依次减弱,所以放出的热量也依次减少。
二、热化学方程式
书写热反应方程式应注意的问题:
(1)由于反应热的数值与反应的温度和压强有关,因此必须注明,不注明的是指101kPa和25℃时的数据。
(2)物质的聚集状态不同,反应热的数值不同,因此要注明物质的聚集状态。
【思考】固体液体气体分别用什么?
(3)热化学方程式中的化学计量数为相应物质的物质的量,它可以是整数,也可以是分数。
三、盖斯定律的应用和有关燃烧热和中和热的计算
化学反应中反应热的大小与反应物、生成物的种类、量及聚集状态有关,与反应途径无关。
根据能量守恒定律,无论反应是一步完成还是几步完成,只要反应的起始状态和终了状态确定,反应热就是个定值,这就是著名的盖斯定律。
【例题精讲】
【例1】已知在25℃,101kPa下,lgC8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量。
表示上述反应的热化学方程式正确的是()
A.C8H18
(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g);△H=-48.40kJ·mol-1
B.C8H18
(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O
(1);△H=-5518kJ·mol-1
C.C8H18
(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O
(1);△H=+5518kJ·mol-1
D.C8H18
(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O
(1);△H=-48.40kJ·mol-1
【解析】根据题目条件,生成的水为液态,所以A错,1gC8H18燃烧后放出热量48.40kJ,故1molC8H18完全燃烧放出热量5518kJ,放热用“—”表示,故C错。
【答案】B
【例2】在同温同压下,下列各组热化学方程式中Q2>Q1的是()
A.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);△H=-Q1;2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-Q2
B.S(g)+O2(g)=SO2(g);△H=-Q1;S(s)+O2(g)=SO2(g);△H=-Q2
C.C(s)+1/2O2(g)=CO(g);△H=-Q1;C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-Q2
D.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g);△H=-Q1;1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g);△H=-Q2。
【解析】A中,由于气态水转变为液态水要放出热量,所以生成液态水比生成气态水放出的热量要多,即Q2>Q1;B中,由于固态硫转变为气态硫要吸收热量,所以气态硫燃烧放出的热量比固态硫燃烧放出的热量多,即Q1>Q2;C中,生成CO放热,因氧气过量会与CO反应也放出热量,所以Q2>Q1,D中Q1=2Q2。
【答案】AC
【例3】炽热的炉膛内有反应:
C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-392kJ/mol,往炉膛内通入水蒸气时,有如下反应:
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g);△H=+131kJ/mol,CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g);△H=-282kJ/mol,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);△H=-241kJ/mol,由以上反应推断往炽热的炉膛内通入水蒸气时()
A.不能节省燃料,但能使炉火瞬间更旺B.虽不能使炉火瞬间更旺,但可以节省燃料
C.既能使炉火瞬间更旺,又能节省燃料D.既不能使炉火瞬间更旺,又不能节省燃料
【解析】本题应从两个方面考虑,一是能否使炉火瞬间更旺,由于往炉膛内通入水蒸气时,有如下反应发生:
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),生成的CO和H2都是可燃性气体,故能使炉火瞬间更旺。
二是能否节省燃料,根据盖斯定律,C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g);△H=+131kJ/mol,CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g);△H=-282kJ/mol,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);△H=-241kJ/mol,三个方程加合在一起即得总反应式C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-392kJ/mol,故与相同量的炭燃烧放出的热量相同,因此不能节省原料。
【答案】A
【例4】已知胆矾溶于水时,溶液温度降低。
在室温下将1mol无水硫酸铜制成溶液时,放出热量为Q1kJ,而胆矾分解的热化学方程式是CuSO4·5H2O(s)=CuSO4(s)+5H2O(l);△H=+Q2kJ/mol,则Q1与Q2的关系是()
A.Q1>Q2B.Q1<Q2C.Q1=Q2D.无法确定
【解析】由已知得CuSO4·5H2O(s)=Cu2+(aq)+SO42-(aq)+5H2O(l);△H=+Q(Q>0)……①,
CuSO4(s)=Cu2+(aq)+SO42-(aq);△H=—Q1……②,
①—②得CuSO4·5H2O(s)=CuSO4(s)+5H2O(l);△H=Q1+Q,根据盖斯定律:
Q1+Q=Q2,故D正确。
【答案】D
【例5】已知有amolC和bmolO2(a>2b),充分反应后,将得到的可燃性物质提取后再次燃烧,充分反应。
可燃性物质燃烧放出的热量有p%被mg、0℃的水吸收,使之沸腾。
若已知1molC燃烧成CO2放出的热量为qJ,试求1molC燃烧成CO所放出的热量约为多少?
(c=4.2×103J/kg·℃)
【解析】根据题意可知,可燃性物质燃烧后放出热量为:
。
又知:
所以amolC和bmolO2(a>2b)反应后,其可燃性物质的量为(a-2b)molC和2bmolCO。
若设1molCO燃烧成CO2放出的热量为xJ,则可得出关系式:
解得:
若设所求1molC燃烧成CO放出的热量为yJ,则由下列热化学方程式:
①
②
③
就不难发现:
①式=③式-②式,即为题目所求。
故可推知:
【答案】(aqp-4.2×104m)/2bpJ
【例6】接触法制硫酸的流程可表示如下:
问:
(1)热交换器在制硫酸的过程中有何重要作用?
(2)若以T1、T2、T3、T4分别表示进出热交换器的气体温度,且T1=80℃,T3=600℃、T4=250℃,求进入接触室后的SO2、O2混合气体的温度T2(设进、出热交换器的气体的平均比热均为0.8kJ/(kg•℃))。
(3)假定每天进入接触室的混合气体为20t,问与不用热交换器相比较每年至少可节省多少吨含碳80%的优质煤?
(已知煤的供热效率为20%,C(s)+O2(g)=CO2(g);ΔH=-393kJ/mol)
【解析】
(1)由沸腾炉导出的SO2、O2等气体的温度经除尘、去杂、洗涤等工艺处理后已大幅度下降,通过热交换器后气体的温度又得以提高,这有利于后续反应(即由SO2合成SO3)的进行。
SO2的氧化反应是放热反应,从接触室导出的SO3等气体的温度已高达600℃以上,难以被浓硫酸吸收。
通过热交换器后SO3的温度下降了,这有利于提高浓硫酸对它的吸收效率。
总而言之,热交换器在制H2SO4的过程中具有增效节能的作用。
(2)经过热交换器后,SO2、O2吸收的热量=cm1(T2-80℃),SO3放出的热量=cm2(600℃-250℃)。
根据物理学原理及质量守恒定律可知,Q(吸)=Q(放),m1=m2,故cm1(T2-80℃)=cm2(600℃-250℃),即T2=430℃。
(3)若不使用热交换器,欲使80℃的SO2、O2预热到430℃,每年需提供的热量为20×103kg×365×0.8kJ/(kg•℃)×(430℃-80℃)=2.04×109kJ,每千克优质煤供给的有效热量为5240kJ/kg,使用热交换器后每年可节约优质煤的质量为:
2.04×109kJ/(5240kJ/kg)=389.3t。
【答案】
(1)增效节能
(2)T2=430℃(3)389.3t
【课堂练习】
1.“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。
吸食时将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合后摇动即会制冷。
该化学物质是()
A.氯化钠B.固体硝酸铵C.固体氢氧化钠D.生石灰
答案:
B
2.含20.0NaOH的稀溶液与稀盐酸反应,放出28.7kJ的热量,表示该反应中和热的热化学方程式正确的是()
A.1/2NaOH(aq)+1/2HCl(aq)=1/2NaCl(aq)+1/2H2O(l);ΔH=+28.7kJ/mol
B.1/2NaOH(aq)+1/2HCl(aq)=1/2NaCl(aq)+1/2H2O(l);ΔH=-28.7kJ/mol
C.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l);ΔH=+57.4kJ/mol
D.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l);ΔH=-57.4kJ/mol
答案:
D
3.已知:
CH3COOH(aq)+NaOH(aq)=CH3COONa(aq)+H2O△H=Q1kJ/mol
H2SO4(浓)+NaOH(aq)=
Na2SO4(aq)+H2O
(1)△H=Q2kJ/mol
HNO3(aq)+KOH(aq)=KNO3(aq)+H2O
(1)△H=Q3kJ/mol
上述反应均为溶液中的反应,则Q1、Q2、Q3的绝对值大小的关系为()
A.Q1=Q2=Q3B.Q2>Q1>Q3C.Q2>Q3>Q1D.Q2=Q3>Q1
答案:
B
4.热化学方程式:
S(g)+O2(g)=SO2(g);△H=-297.3kJ/mol,分析下列说法中正确的是()
A.S(g)+O2(g)=SO2(l);|△H|>297.3kJ/molB.1molSO2的键能总和大于1molS和1molO2键能之和
C.S(g)+O2(g)=SO2(l);|△H|<297.3kJ/molD.1molSO2的键能总和小于1molS和1molO2键能之和
答案:
AB
5.将白磷隔绝空气加热到260℃可转变为红磷。
以下说法正确的是()
A.白磷转变为红磷是一个吸热过程B.红磷比白磷稳定
C.白磷转变为红磷需外界提供引发反应的能量D.白磷比红磷稳定
答案:
BC
6.已知:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H=-890kJ/mol
CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g);△H=-282.5kJ/mol。
假如标准状况下由CH4、CO、CO2组成的89.6升混和气体完全燃烧时能放出1010千焦的热量,并生成18克液态水,那么燃烧前混和气体中CO占的体积百分含量约为
A.40%B.50%C.60%D.70%
答案:
B
7.已知下列几种烷烃的燃烧热如下:
烷烃
甲烷
乙烷
丙烷
丁烷
戊烷
己烷
燃烧热/(kJ·mol-1)
890.3
1559.8
2219.9
2877.0
3536.2
4163.1
今有10L(在标准状况下)某种天然气,假设仅含甲烷和乙烷两种气体,燃烧时共放出热量480KJ。
(1)试写出乙烷气体燃烧的热化学方程式____________________________________;
(2)计算该天然气中甲烷的体积分数___________________;
(3)由上表可总结出的近似规律是_____________________;
(4)根据(3)的近似规律可预测癸烷的燃烧热约为_________kJ·mol-1。
答案:
(1)2C2H6(g)+7O2(g)==4CO2(g)+6H2O(l);△H=—3119.6kJ/mol
(2)72.13%(3)烷烃分子中每增加一个CH2燃烧热平均增加645kJ/mol左右(4)6776
烧的热化学方程式中水为液态的水。
8.已知热化学方程式H+(aq)+OH-(aq)==H2O
(1);△H=-57.3kJ/mol,问:
(1)常量滴定用0.025L0.10mol/L的强酸和强碱互相中和,则滴定过程中释放的热量为_________________kJ。
(2)若中和后溶液体积为0.05L,又已知中和后的溶液的比热容为4.2×10-3kJ/(g·℃),且密度为1.0g/mL,则溶液温度升高_____________℃。
(3)由
(2)说明为什么需要用0.5mol/L~1mol/L的强酸和强碱反应测定中和热?
答案:
(1)0.14
(2)0.7(3)根据
(2)的计算可知,当溶液的浓度过小,释放的热量较少,且又是逐渐产生热量,故测定的中和热误差较大。
若浓度过高,则溶液中阴、阳离子间的相互牵制较大,中和过程产生热量的一部分将补偿未电离分子离解所需要的热量,同样会造成较大的误差。
9.50mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液在右图所示的装置中进行中和反应。
通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。
回答下列问题:
(1)从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃用品是________。
(2)烧杯间填满碎纸条的作用是_____________。
(3)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值将_______(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
(4)实验中改用60mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应,与上述实验相比较,所放出的热量________(填“相等”或“不相等”),但中和热应_________(填“相等”或“不相等”),简述理由______________________________________________________。
(5)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得中和热的数值与57.3kJ/mol相比较会__________;用50mL0.50mol/LNaOH溶液进行上述实验,测得中和热的数值与57.3kJ/mol相比较会__________(均填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
答案:
(1)环形玻璃搅拌器
(2)减少实验过程中热量损失(3)偏小(4)不相等,相等,因为中和热是指在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1molH2O所放出的能量,与酸碱用量无关(5)偏小偏小
10.一些盐的结晶水合物,在温度不太高时就有熔化现象,既熔溶于自身的结晶水中,又同时吸收热量,它们在塑料袋中经日晒能熔化,在日落后又可缓慢凝结而释放热量,用以调节室温,称为潜热材料。
现有几种盐的水合晶体有关数据如下:
Na2S2O3·5H2O
CaCl2·6H2O
Na2SO4·10H2O
Na2HPO4·12H2O
熔点℃
40~50
29.92
32.38
35.1
熔化热(kJ/相对分子质量)
49.7
37.3
77.0
100.1
(1)上述潜热材料中最适宜应用的两种盐是_____________、________________。
(2)实际应用时最常用的(根据来源和成本考虑)应该是_____________。
答案:
(1)Na2SO4·10H2O、Na2HPO4·12H2O
(2)Na2SO4·10H2O
评析:
熔点越低,越有利于盐吸收太阳能而熔化,故排除Na2S2O3·5H2O。
进一步比较单位质量吸热效率:
CaCl2·6H2O
Na2SO4·10H2O
Na2HPO4·12H2O
0.17kJ/g
0.24kJ/g
0.28kJ/g
很明显,Na2SO4·10H2O、Na2HPO4·12H2O吸收率较高。
又因前者比后者价廉而易获得。
实际应选用Na2SO4。
11.
(1)肼(N2H4)和NO2是一种双组分火箭推进剂。
两种物质混合发生反应生成N2和H2O(g),已知8g气体肼在上述反应中放出142kJ热量,其热化学方程式为_____________________。
(2)0.3mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5kJ热量,其热化学反应方程式为;又知H2O(l)
H2O(g);△H=+44kJ/mol,则11.2L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时,放出的热量是kJ。
(3)已知A、B两种气体在一定条件下可发生反应:
2A+B==C+3D+4E。
现将相对分子质量为M的A气体mg和足量B气体充入一密闭容器中恰好完全反应后,有少量液滴生成;在相同温度下测得反应前后压强分别为6.06×105Pa和1.01×106Pa,又测得反应共放出QkJ热量。
试根据上述实验数据写出该反应的热化学方程式____________________________________________。
答案:
(1)2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g);△H=-1136kJ/mol
(2)B2H6(g)+3O2(g)=B2O3(s)+3H2O(l);△H=-2165kJ/mol1016.5kJ
(3)2A(g)+B(g)==C(g)+3D(l)+4E(g);
评析:
(3)中由反应前后的压强之比为3:
5可推测反应后D的状态为液态。
12.已知下列热化学方程式的热效应:
(1)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g);△H1=-26.7kJ/mol
(2)3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g);△H2=-50.75kJ/mol
(3)Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)十CO2(g);△H3=-36.5kJ/mol
不用查表,计算下列反应的△H。
FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)
答案:
7.28kJ/mol
评析:
由盖斯定律得所求方程的反应热为{
}/3。
13.某石油液化气由丙烷和丁烷组成,其质量分数分别为80%和20%。
它们燃烧的热化学方程式分别为:
C3H8(g)+5O2(g)==3CO2(g)+4H2O
(1);△H=-2200kJ/mol;C4H10(g)+
O2(g)==4CO2(g)+5H2O
(1);△H=-2900kJ/mol。
有一质量为0.80kg、容积为4.0L的铝壶,将一壶20℃的水烧开需消耗液化石油气0.056kg,试计算该燃料的利用率。
[已知水的比热为4.2kJ/(kg·℃),铝的比热为0.88kJ/(kg·℃)]
答案:
50%
评析:
1.0kg石油气完全燃烧释放的热量为:
=5×104kJ
将水烧开所需热量为:
Q=cm(t-t0)=(4.2×4.0+0.88×0.80)×(100-20)=1400(kJ)
所以,燃料的利用率为:
×100%=50%
【课后作业】
1.未来新能源的特点是资源丰富,在使用时对环境无污染或很少污染,且有些可以再生。
下列属最有希望的新能源的是()
①天然气②煤③核能④水电⑤太阳能⑥燃料电池⑦风能⑧氢能
A.①②③④B.⑤⑥⑦⑧C.③④⑤⑥D.除①②外
2.下列说法不正确的是()
A.化学反应除了生成新物质外,还伴随着能量的变化
B.放热反应都不需要加热就能发生
C.吸热反应在一定条件(如常温、加热等)也能发生
D.化学反应是放热还是吸热,取决于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量
3.石墨和金刚石都是碳的单质,石墨在一定条件下可转化为金刚石。
已知12克石墨完全转化成金刚石时,要吸收1KJ的能量。
下列说法正确的是()
A.石墨不如金刚石稳定
B.金刚石不如石墨稳定
C.固体煤变成气体燃料后,燃烧效率更低
D.等质量的石墨与金刚石完全燃烧,石墨放出的能量更多
4.X、Y两元素的原子,它们分别获得一个电子后,都能形成稀有气体原子的电子层结构,此过程中X放出的能量大于Y,下列推断中正确的是()
A.X—的还原性大于Y—B.X—的还原性小于Y—
C.X、Y是金属元素D.Y的氧化性大于X
5.下列过程一定释放出能量的是()
A.化合反应B.分解反应C.分子拆成原子D.原子组成分子
6.下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是()
A.碳化钙受热分解B.乙醇燃烧C.铝粉与氧化铁粉末反应D.氧化钙溶与水
7.在相同的温度和压强下,将32g硫分别于纯氧中和空气中完全燃烧,令前者放出的热量为△H1,后者放出的热量为△H2,则关于△H1和△H2的相对大小,正确的判断是()
A.△H1=△H2B.△H1>△H2C.△H1<△H2D.无法判断
8.下列各图所表示的反应是吸热反应的是()
ABCD
9.已知
(1)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△H1=akJ/mol
(2)2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H2=bkJ/mol
(3)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H3=ckJ/mol
(4)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H4=dkJ/mol
下列关系式中正确的是()
A、a<c<0B、b>d>0C、2a=b<0D、2c=d>0
10.以NA代表阿伏加德罗常数,则关于热化学方程式
;
△H=—1300kJ/mol的说法中,正确的是()
A.有10NA个电子转移时,放出1300kJ的能量
B.有1NA个水分子生成且为液体时,吸收1300kJ的能量
C.有2NA个碳氧共用电子对生成时,放出1300kJ的能量
D.有8NA个碳氧共用电子对生成时,放出1300kJ的能量
11.强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应:
H+(aq)+OH—(aq)==H2O(l)
△H=-57.3kJ/mol。
向1L0.5mol/L的NaOH溶液中加入下列物质:
①稀醋酸②浓硫酸③稀硝酸,恰好完全反应时的热效应△H1、△H2、△H3的关系正确的是()
A.△H1>△H2>△H3B.△H1<△H3<△H2
C.△H1<△H2<△H3D.△H1>△H3>△H2
12.在36g碳不完全燃烧所得气体中,CO占
体积,CO2占
体积,且
C(s)+
O2(g)=CO(g)△H=-110.5kJ/mol
CO(g)+
O2(g)=CO2(g)△H=-283kJ/mol
与这些碳完全燃烧相比,损失的热量是()
A.172.5kJB.1149kJ
C.283kJD.517.5kJ
13.一些盐的结晶水合物,在温度不太高时就有熔化现象,既熔融于
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化学反应 中的 能量 变化