化学反应中的热量.docx
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化学反应中的热量
第二单元化学反应中的热量
【学习目标】
1、认识化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因,了解化学反应中热量变化的实质。
2、反应中能量变化并不等同于化学反应中热量的释放与吸收。
3、区分吸热反应与需要加热引发的化学反应。
4、认识化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因;
5、了解化学反应中热量变化的实质;通过生产生活中的实例,了解化学能和热能的相互转化;
【学习重、难点】
化学能与热能之间的内在联系以及化学能与热能的相互转化。
【学习过程】
【实验1】向一支试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条,加入5mL2mol/L的盐酸,用手触摸试管外壁,有什么感觉?
【实验2】在100mL小烧杯中加入约20g经过研磨的氢氧化钡晶体,然后加入约10g氯化铵晶体,用玻璃棒搅拌,使之充分混合。
用手触摸烧杯外壁,反应混合物的温度有什么变化?
反应前后温度变化
反应吸热或放热
化学反应方程式
实验1
实验2
结论:
研究发现,化学反应伴随着能量的变化。
许多化学反应的能量变化主要表现为热量的放出或吸收。
一、吸热反应和放热反应
1、定义:
①放热反应:
把的化学反应叫做放热反应
②吸热反应:
把的化学反应叫做吸热反应
P35交流与讨论:
判断下列反应时吸热反应还是放热反应
⑴高温下煅烧石灰石()⑵镁条的燃烧()
⑶氧化钙与水反应()⑷盐酸和氢氧化钠溶液反应()
2.常见的放热、吸热反应
⑴放热反应:
1所有的燃烧反应;②酸碱中和反应;③活泼金属与水和酸的反应;④大多数化合反应。
⑵吸热反应:
2C、CO、H2做还原剂,还原某些氧化物的反应,
C(s)+CO2(g)H2+CuOCO+Fe2O3
3铵盐晶体与固体碱的反应:
Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H2O(l)
④大多数的分解反应反应
3.原因:
∑E(反应物)>∑E(生成物)此反应为反应
∑E(反应物)<∑E(生成物)此反应为反应
练习:
关于吸热反应和放热反应,下列说法中错误的是()
A.需要加热才能进行的化学反应一定是吸热反应
B.化学反应中能量变化,除了热量外,还可以是光能、电能等
C.化学反应过程中的能量变化,服从能量守恒定律
D.反应物的总能量高于生成物的总能量时,发生放热反应
二、反应热
1.定义:
2.符号:
________,对放热反应,△H为,即△H0;对吸热反应,△H为,
即△H0。
3.单位:
______________________
4.研究对象:
在中学化学中,一般研究的是在下,在中发生的反应所放出或吸收的热量。
5.反应热产生原因:
以H2+Cl2=2HCl为例
思考:
实验测得,1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时,放出热量为184.6kJ,这是该反应的反应热,怎样从微观来理解呢?
(1)化学键断裂时需要吸收能量。
吸收总能量为:
(2)化学键形成时需要释放能量。
释放总能量为:
(3)反应热的计算:
因为释放的能量吸收的能量,所以反应为热反应,的热量为:
上述反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g),反应热测量的实验数据为184.6kJ/mol,与计算数据很接近,一般用实验数据表示,所以△H=-184.6kJ/mol。
6.反应热表示方法:
①当生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量时,反应为放热反应,使反应本身能量,规定放热反应△H为“”,所以或时为放热反应。
②当生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量时,反应是吸热反应,通过加热、光照等方法吸收能量,使反应本身能量,规定△H为“”,所以或时为吸热反应
【注意】任何化学反应都有反应热,这是由于反应物中旧化学键断裂时,需要克服原子间的相互作用而吸收能量;当原子重新组成生成物、新化学键形成时,又要释放能量。
新化学键形成时所释放的总能量与反应物中旧化学键断裂时所吸收的总能量的差就是此反应的反应热。
△H=
练习1:
1molC与1molH2O(g)反应失成lmolCO(g)和1molH2(g),需要吸收131.5kJ的热量,该反应的反应热为△H=。
练习2:
1molH2与1molCl2反应生成2molHCl,放出184.6kJ的热量,则△H=。
练习3:
2molH2与2molCl2反应生成4molHCl,放出的热量
三、热化学方程式:
1.定义:
表明的化学方程式,叫做热化学方程式。
例:
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)△H=-184.6kJ/mol
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol
2.意义:
3.书写热化学方程式的注意事项:
(1)需注明反应的温度和压强。
(因反应的温度和压强不同时,其△H不同),但中学化学中所用的△H的数据,一般都是在101kPa和25℃时的数据,因此可不特别注明。
但需注明△H的“+”与“-”。
(2)注明反应物和生成物的状态。
(g:
气态l:
液态s:
固态);
例如:
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△H=-241.8kJ/mol
H2(g)十1/2O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol
(3)热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数,仅表示物质的量。
因此,它可以是整数也可以是分数。
对于相同物质的反应,当化学计量数不同时,其△H也不同。
例如:
H2(g)+C12(g)=2HCl(g)△H=-184.6kJ/mol
1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)△H=-92.3kJ/mol
(4)注明△H的正负及单位。
放热反应为“-”,吸热反应为“+”
说明:
1、化学计量数与△H配套使用,且二者在数值上成比例。
2、无论化学计量数是否等于1,△H的单位规定写为kJ/mol。
3、反应方向相反的反应,反应热数值相同,符号相反。
例:
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol
H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g)△H=+285.8kJ/mol
练习:
写出下列反应的热化学方程式。
1.1molN2(g)与适量H2(g)起反应,生成NH3(g),放出92.2kJ的热量
2.1molN2(g)与适量O2(g)起反应,生成NO2(g),需吸收68kJ的热量。
3.1molCu(s)与适量O2(g)起反应,生成CuO(s),放出157kJ的热量。
4.1molC(s)与适量H2O(g)起反应,生成CO(g)和H2(g),需吸收131.3kJ的热量。
5.卫星发射时可用肼(N2H4)为燃料。
1molN2H4(液态)在O2(g)中燃烧,生成N2(g)和H2O(g),放出534kJ的热量。
课堂反馈:
1.下列说法正确的是()
A.在化学反应中发生物质变化的同时,不一定发生能量变化
B.ΔH>0表示放热反应,ΔH<0表示吸热反应
C.ΔH的大小与热化学方程式中化学计量数无关
D.生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量时,ΔH<0
2.2molCl2与足量H2反应生成HCl(g),放出369.2kJ的热量,其正确的热化学方程式是()。
A.H2+Cl2=2HCl△H=-369.2kJ/mol
B.2H2(g)+2Cl2(g)=4HCl(g)△H=-369.2kJ/mol
C.1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)△H=-92.3kJ/mol
D.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)△H=-369.2kJ/mol
3.下列反应中,属于放热反应的是,属于吸热反应的是。
①煅烧石灰石(主要成分是CaCO3)制生石灰(CaO)②燃烧木炭取暖③炸药爆炸
④酸与碱的中和反应⑤生石灰与水作用制熟石灰⑥食物因氧化而腐败
4.在一定条件下,CO和CH4燃烧的热化学方程式分别为:
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566kJ
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ
由1molCO和3molCH4组成的混和气在上述条件下完全燃烧时,释放的热量为()。
A.2912kJB.2953kJC.3236kJD.3867kJ
5.已知H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g)ΔH=-184.6kJ·mol-1,则反应HCl(g)==
H2(g)+
Cl2(g)的ΔH为()
A.+184.6kJ·mol-1B.-92.3kJ·mol-1
C.-369.2kJ·mol-1D.+92.3kJ·mol-1
第二课时燃料燃烧释放的热量
一、燃料燃烧释放的热量
1、质量相同的不同燃料,完全燃烧后放出的热量不相等的原因:
2.燃料使用效率的提高
①现今用的燃料是什么?
主要是什么?
②燃料充分燃烧的条件有哪些?
③燃料燃烧时,空气不足或大大过量,分别会造成什么后果?
④导致酸雨的主要原因之一是什么?
⑤怎样高效、清洁地利用煤炭?
⑥怎样提高固体和液体燃料的燃烧效率?
小结:
燃料燃烧的条件:
、。
燃料充分燃烧的条件:
、。
小资料:
(1)重要的化石燃料:
煤、石油、天然气
(2)煤作燃料的利弊问题
①煤是重要的化工原料,把煤作燃料简单烧掉太可惜,应该综合利用。
②煤直接燃烧时产生S02等有毒气体和烟尘,对环境造成严重污染。
③煤作为固体燃料,燃烧反应速率小,热利用效率低,且运输不方便。
④可以通过清洁煤技术,如煤的液化和气化,以及实行烟气净化脱硫等,大大减少燃煤对环境造成的污染,提高煤燃烧的热利用率。
(3)新能源的开发
①调整和优化能源结构,降低燃煤在能源结构中的比率,节约油气资源,加强科技投入,加快开发水电、核电和新能源等就显得尤为重要和迫切。
②最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能等。
这些新能源的特点是资源丰富,有些为再生性能源,对环境污染少。
二、知识拓展:
盖斯定律
1.定义:
化学反应不管是一步完成还是分几步完成,其反应热总是的,也就是说,化学反应的反应热只与反应的(各反应物)和(各生成物)有关,而与具体反应进行的无关。
如果一个反应可以分几步进行,则各反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热,这就是盖斯定律。
2.应用:
盖斯定律在科学研究中具有重要意义。
因为有些反应进行的很慢,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),这给测定反应热造成了困难。
此时如果应用盖斯定律,就可以间接的把它们的反应热计算出来。
例如:
C(S)+1/2O2(g)=CO(g)
该反应在O2充分时,可燃烧生成CO2、O2供应不充分时,虽可生成CO,但同时还部分生成CO2。
因此该反应的△H无法直接测得。
但是下述两个反应的△H却可以直接测得:
C(S)+O2(g)=CO2(g);△H1=-393.5kJ/mol
CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g);△H2=-283.0kJ/mol
根据盖斯定律,就可以计算出欲求反应的△H3。
分析上述反应的关系,即知
△H1=
△H3=
由以上可知,盖斯定律的实用性很强。
练习1:
已知金刚石、石墨燃烧的热化学方程式:
C(s、金刚石)+O2(g)=CO2(g);△H=-395.4kJ/mol,C(s、石墨)+O2(g)=CO2(g);△H=-393.51kJ/mol。
则石墨转化为金刚石的反应热△H=kJ/mol,两物质比较,较为稳定。
练习2:
把煤作为燃料可以通过下列两种途径:
途径I:
途径II:
先制水煤气:
再燃烧水煤气:
试回答下列问题:
(1)判断两种途径放热:
途径I放出的热量______________(填“大于”、“等于”、“小于”)途径II放出的热量。
(2)
、Q4的数学关系式是_____________________________。
(3)由于制取水煤气反应里,反应物所具有的总能量______________生成物所具有的总能量,那么在化学反应时,反应物应需要______________能量才能转化为生成物,因此其反应条件为______________。
第三课时燃烧热和中和热
一、燃烧热
1.定义:
在101kPa时,物质完全燃烧生成时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
2.单位:
3.意义:
例如C的燃烧热为393.5kJ/mol,表示
4.说明:
(1)在101kPa时,生成稳定的氧化物。
C完全燃烧应生成CO2(g),H2燃烧生成液态H2O,而不是气态水蒸气。
(2)测量:
燃烧热通常是由实验测得的。
(3)标准:
可燃物以lmol作为标准进行测量。
(4)燃烧热是lmol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量来定义的,因此书写时应以燃烧lmol物质为标准配平其他物质的化学计量数,故热化学方程式中常出现分数。
例如:
H2(g)十
O2(g)=H2O(l);△H=-285.8kJ/mol
二、中和热
1.定义:
在溶液中,酸跟碱发生中和反应而生成H2O,这时的反应热叫做中和热。
2.单位:
3.说明:
(1)条件:
稀溶液。
(稀溶液是指溶于大量水的离子。
)
(2)反应物:
酸与碱。
(中学阶段,只讨论强酸和强碱反应的中和热)
(3)生成物及其物质的量:
lmolH+与lmolOH-反应生成lmolH2O。
(4)放出的热量:
57.3kJ。
(5)中和反应的实质是H+和OH-化合生成H20,若反应过程中有其他物质生成,这部分反应热也不在中和热内。
中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。
习题1:
已知H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l);△H=-57.3kJ/mol,计算下列中和反应中放出的热量。
(1)用20gNaOH配稀溶液跟足量稀盐酸反应放出kJ的热量。
(2)用28gKOH配稀溶液跟足量稀硝酸反应,放出kJ的热量。
习题2:
计算50mL0.5mol/LH2SO4溶液与100mL0.5mol/LKOH溶液完全反应放出多少热量。
【小结】燃烧热与中和热的区别与联系。
燃烧热
中和热
相
同
点
能量变化
△H
不
同
点
反应物的量
生成物的量
反应热的含义
【练习1】:
下列关于热化学反应的描述中正确的是()
A.HCl和NaOH反应的中和热△H=-57.3kJ/mol,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热△H=2×(-57.3)kJ/mol
B.CO(g)的燃烧热是283.0kJ/mol,则2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的△H=2×283.0kJ/mol
C.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
D.1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
【练习2】:
0.3mol的气志高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态B2O3和液态水,放出649.5kJ热量,其热化学方程式为:
。
又已知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热量是多少kJ
【练习3】:
已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O
(1);△H=一890kJ/mol,现有CH4和CO的混合气体共0.75mol,完全燃烧生成C02气体和18g液态水放出515.lKJ热量,则CO燃烧的热化学方程式为:
CO的燃烧热为
1.定义:
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。
例如:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-889.6kJ/mol
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H=+178.5kJ/mol
交流与讨论:
①分析上述热化学方程式,说出下列符号的涵义:
△H表示、“-”表示、“+”表示;
②单位一般采用。
设疑:
书写热化学方程式时应注意哪些事项?
⑵书写热化学方程式的注意事项:
①不需注明反应条件,但要注明反应物和生成物的状态。
(g:
气态l:
液态s:
固态);
②△H表示反应热,“—”表示放热,“+”表示吸热,单位一般采用kJ/mol;
③热化学方程式中的系数表示该物质的物质的量,可以取分数,数值与ΔH数值要对应;
④应注明反应时的温度和压强,如不注明则指25℃、101kPa。
3、热化学方程式的书写注意事项
(1)反应物和生成物要标明其聚集状态,用g、l、s分别代表气态、液态、固态。
(2)方程式右端用△H标明恒压条件下反应放出或吸收的热量,放热为负,吸热为正。
(3)热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数,只表示物质的量,因此可以是整数或分数。
(4)对于相同物质的反应,当化学计量数不同时,其△H也不同,即△H的值与计量数成正比。
例题:
在101325Pa和298K条件下,2molH2生成水蒸汽放出484kJ热量,下列热化学方程式正确的是()
A、2H2+O2=2H2O;△H=-484kJ/mol
B、H2O(g)=H2(g)+1/2O2(g);△H=+242kJ/mol
C、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-484kJ/mol
D、H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);△H=+242kJ/mol
练习:
0.3mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态B2O3和液态水,放出649.5kJ热量,乙硼烷燃烧的热化学方程式为:
_______________。
问题解决:
1.对热化学方程式H2(g)+I2(g)=2HI(g);△H=+52kJ·mol-1的叙述中,正确的是()
A.1mol氢气和1mol碘蒸气完全反应需要吸收26kJ热量
B.1个氢分子和1个碘分子完全反应需要吸收52kJ热量
C.1molH2(g)与1molI2(g)完全反应生成2molHI气体需吸收52kJ热量
D.1molH2(g)与1molI2(g)完全反应放出26kJ热量
2.1gC与适量水蒸气反应生成一氧化碳和氢气,需吸收10.94kj的热量,相应的化学方程式正确的是()
A.C+H2O=CO+H2△H=+10.9kJ·mol-1
B.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+10.9kJ·mol-1
C.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+131.28kJ·mol-1
D.1/2C(s)+1/2H2O(g)=1/2CO(g)+1/2H2(g)△H=+65.64kJ·mol-1
练习:
1molH2中的H-H键断裂时436.4kJ的能量,1molCl2中的Cl-Cl键断裂时242.7kJ的能量,1molHCl中的H-Cl键形成时431.8kJ的能量,所以,1molH2和1molCl2反应生成2molHCl时,。
3.化学反应伴随能量转化的原因
(1)从物质所具有的能量分析
物质的变化过程都遵循能量守恒定律。
化学反应中,反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量不相等,若反应中的能量变化主要表现为热的形式,则反应过程中要伴随热量的吸收或释放。
化学反应中的能量变化:
(2)从键能的角度分析
化学反应的实质是旧化学键的[8]、新化学键的[9]过程,断键需[10]能量,成键要[11]能量。
两个过程中的能量之差就是化学反应吸收或放出的能量。
师任何化学反应都有反应热,这是由于在化学反应过程中,当反应物分子间的化学键断裂时,需要克服原子间的相互作用,这需要吸收能量;当原子重新组合成生成物分子,即新化学键形成时,又要释放能量。
就上述反应来说,当1molH2与1molCl2在一定条件下反应生成2molHCl时,1molH2分子中的化学键断裂时需要吸收436.4kJ的能量,1molCl2分子中的化学键断裂时需要吸收242.7kJ的能量,而2molHCl分子中的化学键形成时要释放431.8kJ·mol-1×2mol=863.6kJ的能量,如下图所示。
投 影:
H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)的反应热,应等于生成物分子形成时所释放的总能量(863.6kJ·mol-1)与反应物分子断裂时所吸收的总能量(679.1kJ·mol-1)的差,即放出184.5kJ·mol-1的能量。
显然,这个分析结果与实验测得的该反应的反应热(184.6kJ·mol-1)很接近(一般用实验数据来表示反应热)。
1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时放出184.6kJ的热量,这是该反应的反应热。
这说明该反应完成时,生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量大,这是放热反应。
对于放热反应,由于反应后放出热量而使反应本身的能量降低。
因此,规定放热反应的ΔH为“-”,即上述反应的反应热为:
ΔH=-184.6kJ·mol-1
反之,对于吸热反应,由于反应通过加热、光照等吸收能量,而使反应本身的能量升高。
因此,规定吸热反应的ΔH为“+”。
例如,1molC与1mol水蒸气起反应,生成1molCO和1molH2,需要吸收131.5kJ的热量,即该反应的反应热为:
ΔH=+131.5kJ·mol-1
综上所述,
板 书:
当ΔH为“-”或ΔH<0时,为放热反应;
当ΔH为“+”或ΔH>0时,为吸热反应。
化学变化过程中的能量变化如下图所示:
化学反应过程中能量变化示意图
1.下列反应中一定释放热量的是()
A.中和反应B.化合反应C.分解反应D.置换反应
2.物质之间发生化学反应时,一定发生变化的是()
A.颜色B.状态C.化学键D.原子核
3.在下列反应中,反应物的总能量低于生成物的总能量的是()
4.下列说法正确的是()
A.在化学反应中发生物质变化的同时,不一定发生能量变化
B.ΔH>0表示放热反应,ΔH<0表示吸热反应
C.ΔH的大小与热化学方程式中化学计量数无关
D.生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量时,ΔH<0
5.下列说法中正确的是()
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
A.物质发生化学反应都伴随着能量变化
B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化
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一定相同
D.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量总是高于生成物的总能量
7.2003年10月15日,我国成功发射“神舟五
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- 化学反应 中的 热量
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