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化学反应与能量变化
选修4
化学反应与能量的变化复习
一、焓变(△H)反应热
请分析常见反应中哪些属于吸热反应?
哪些属于放热反应?
.
1.在一定条件下,某一化学反应是吸热反应还是放热反应,由生成物与反应物的焓差值即焓变(△H)决定。
在恒压条件下,反应的热效应等于焓变。
放热反应△H0
吸热反应△H0
焓变(△H)单位:
KJ/mol
反应热的测量仪器叫___________________________.
2.从微观角度分析反应热的问题
(1)从化学键的角度分析反应的本质:
化学反应无非是_____________________________
反应物在参加化学反应时必须________能量,破坏分子内原子间的相互作用;当原子间重新结合生成产物分子时,又要______能量.
(2)对于放热反应,反应物参加反应时吸收的能量__________生成物释放的能量,从而使反应体系本身的能量降低,因此规定放热反应的△H为______________
(3)对吸热反应,反应物参加反应时吸收的能量__________生成物释放的能量,从而使反应体系本身的能量升高,因此规定吸热反应的△H为______________
∆H=E(生成物的总能量)-E(反应物的总能量)
∆H=E(反应物的键能)-E(生成物的键能)
二.热化学方程式
书写时应注意:
(1).指明反应时的温度和压强(对于25℃、101KPa时进行的反应,可以不注明)。
(2).所有反应物和产物都用括号注明它们在反应时的状态。
(3).各物质前的系数指实际参加反应的物质的量,可以是整数也可以是分数。
(4).△H单位KJ/mol中每摩尔指的是每摩尔反应体系,非每摩尔某物质,其大小与反应物的物质的量成正比。
(5).对于可逆反应中的△H指的是正向完全进行时的焓变。
热化学方程式的意义_____________________________________________________
实例:
1.1molC(固态)与适量H2O(气态)反应,生成CO(气态)和H2(气态),吸收131.3kJ的热量
2.0.5molCu(固态)与适量O2(气态)反应,生成CuO(固态),放出78.5kJ的热量
三.燃烧热
定义:
25℃、101KPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定化合物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
单位:
KJ/mol
注意点:
1.测定条件:
25℃、101KPa,非标况。
2.量:
纯物质1mol
3.最终生成稳定的化合物。
如C→CO2,H→H2O(l)
书写燃烧热化学方程式应以燃烧1mol纯物质为标准来配平其余物质的化学计量数。
例题3:
1.5g火箭燃料二甲基肼(CH3-NH-NH-CH3)完全燃烧,放出50KJ热量,则二甲基肼的燃烧热为
A.-1000KJ/molB.-1500KJ/molC.-2000KJ/molD.-3000KJ/mol
4、中和热
定义:
在稀溶液中,酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。
强酸与强碱反应生成可溶性盐的热化学方程式为:
H+(aq)+OH-(aq)==H2O(l)△H=-57.3KJ/mol
比较燃烧热与中和热
燃烧热
中和热
相同点
△H_____0(填大于、小于、等于)
△H_____0
不同点
(1)限定__________为1mol
(2)不同的物质,燃烧热_______(填相同或不同)
(1)限定__________为1mol
(2)不同的反应物,中和热大致是_____(填相同或不同)
例题4:
下列说法中正确的是
A、1mol稀硫酸和1mol稀Ba(OH)2溶液完全中和所放出的热量为中和热。
B、中和反应都是放热反应,分解反应都是吸热反应。
C、在101kPa时,1mol碳燃烧所放出的热量一定是碳的燃烧热。
D、碳与二氧化碳的反应既是吸热反应,也是化合反应。
例题5:
1克氢气燃烧生成液态水放出142.9kJ热,表示该反应的热化学方程式正确的是
A.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-142.9kJ/mol
B.H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);△H=-285.8kJ/mol
C.2H2+O2=2H2O;△H=-571.6kJ/mol
D.H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);△H=-285.8kJ/mol
:
例题6:
已知下列两个热化学方程式
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-571.6kJ/mol
C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l);△H=-2220.0kJ/mol
实验测得氢气和丙烷的混和气体共5mol完全燃烧时放热3847kJ,则混和气体中氢气与丙烷的体积比是
A.1:
3B.3:
1C.1:
4D.1:
1
五、化学反应热的计算
盖斯定律:
不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应热是相同的。
即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应途径无关。
假设反应体系的始态为S,终态为L,若S→L,△H﹤0;则L→S,△H﹥0。
1、对盖斯定律的理解:
(1)
(2)
(3)
(4)
2、计算的步骤:
1、找出能量守恒的等量的关系
图1
图2
找起点
A
找终点
C
过程
A→B→CA→C
列式
△H1+△H2=△H3
注意配平
在具体实例中要注意
求解
例题7:
试利用298K时下列反应焓变的实验数据:
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5KJ·mol-1
CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H2=-283.0KJ·mol-1
计算在此温度下C(s)+1/2O2(g)=CO(g)的反应焓变?
六.反应热计算的常用方法
方法一:
叠加法
[典型例题1]:
实验中不能直接测出由石墨和氢气生成甲烷反应的△H,但可以测出CH4燃烧反应的△H,根据盖斯定律求△H.
CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)△H1=-890.3kJ/mol
C(石墨,s)+O2(g)==CO2(g)△H2=-393.5kJ/mol
H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l)△H3=-285.8kJ/mol
C(石墨,s)+2H2(g)==CH4(g)△H4=?
方法二、十字交叉法
[典型例题2]已知A(g)+C(g)==D(g)△H=-Q1kJ/mol,B(g)+C(g)==E(g)△H=-Q2kJ/molQ1和Q2均大于0,且Q1>Q2,若A和B组成的混合气体1mol与足量的C反应,放热为Q2kJ,则原混合气体中A与B物质的量之比是多少?
方法三、列方程或方程组法
[典型例题3]在一定条件下,CH4和CO燃烧的热化学方程式分别为:
CH4(g)+2O2==CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ/mol,2CO(g)+O2(g)==2CO3(g)△H==-566kJ/mol一定量的CH4和CO的混合气体完全燃烧时放出热量为262.9kJ,生成CO用过量的饱和石灰水完全吸收可得到50g沉淀。
求混合气体中的CH4和CO的体积比?
方法四、极限分析法
[典型例题4]充分燃烧一定量的丁烷放出的热量大小为Q,生成CO2,恰好与5mol/L100mL的KOH完全反应。
求充分燃烧1mol丁烷放出的热量x?
复习题
一.选择题
1.氢气是未来的理想能源,理由是()
①热值高②燃烧时不污染环境③用于制取H2的水资源丰富④密度小,便于运输
A.①②③B.②③④C.①③④D.①②③④
2.对于放热反应H2+Cl2
2HCl,下列说法中,正确的是()
A.产物所具有的总能量高于反应物所具有的总能量
B.反应物所具有的总能量高于产物所具有的总能量
C.断开1molH—H键和1molCl—Cl键所吸收的总能量大于形成1molH—Cl键所放出的能量
D.该反应中,化学能只转变为热能
3.已知在1×105Pa,298K条件下,2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ热量,下列热化学方程式正确的是()
A.H2O(g)==H2(g)+1/2O2(g);△H1=+242kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l);△H2=-484kJ·mol-1
C.H2(g)+1/2O2(g)====H2O(g);△H1=+242kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g);△H2=+484kJ·mol-1
4.下列说法或表示法正确的是
A.燃烧热一定小于零
B.等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出热量多
C.由C(石墨)
C(金刚石):
ΔH=+119kJ/mol可知,金刚石比石墨稳定
D.在101kPa时,2gH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ热量,氢气燃烧的热化学方程式表示为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=+285.8kJ/mol
5.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);△H===-akJ/mol
4P(红磷,s)+5O2(g)====2P2O5(s);△H===-bkJ/mol
若a、b均大于零,则a和b的关系为()
A.a<bB.a=b
C.a>b D.无法确定
6.已知反应X+Y=M+N为放热反应,对该反应的下列说法中正确的()
A.X的能量一定高于M
B.Y的能量一定高于N
C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D.因该反应为放热反应,故不必加热就可发生
7.已知:
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l);△H=-57.3kJ·mol-1。
现将一定量的稀盐酸、浓硫酸、稀醋酸分别和1L1mol·L-1的NaOH溶液恰好完全反应,其反应热分别为△H1、△H2、△H3,,则△H1、△H2和△H3的大小关系为()
A.△H1==△H2>△H3B.△H3>△H2>△H1
C.△H3>△H1>△H2D.△H2>△H1>△H3
8.下列热化学方程式书写正确的是()
A、C(s)+O2(g)==CO2(g);△H=+393.5kJ/mol
B、2SO2+O2==2SO3;△H=—196.6kJ/mol
C、H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l);△H=—285.8kJ/mol
D、2H2(g)+O2(g)==2H2O(l);△H=—571.6KJ
9.已知H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)△H=―184.6kJ·mol-1,则反应HCl(g)=1/2H2(g)+1/2Cl2(g)的△H为()
A.+184.6kJ·mol-1B.―92.3kJ·mol-1
C.+92.3kJD.+92.3kJ·mol-1
10.已知反应CH4(g)+2O2(g)==2H2O(l)+CO2(g);△H=-Q1KJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)==2H2O(g);△H=-Q2KJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)==2H2O(l);△H=-Q3KJ·mol-1
常温下,取体积比为4:
1的甲烷和氢气的混合气体112L(标准状况下),经完全燃烧后恢复到常温,则放出的热量为
A.4Q1+0.5Q3B.4Q1+0.5Q2
C.4Q1+Q3D.4Q1+2Q2
11.用铁片与稀硫酸反应制氢气时,下列措施不能使氢气生成速率加快的是
A、加热B、不用稀硫酸,改用98%浓硫酸
C、加CuSO4溶液D、不用铁片,改用铁粉
12.强酸和强碱在稀溶液中的中和热可表示为:
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l);△H=-57.3kJ·mol1,又知在溶液中反应有:
CH3COOH(aq)+NaOH(aq)=CH3COONa(aq)+H2O(l);△H=-Q1kJ·mol1,
H2SO4(浓)+NaOH(aq)=
Na2SO4(aq)+H2O(l);△H=-Q2kJ·mol1
HNO3(aq)+KOH(aq)
KNO3(aq)+H2O(l);△H=-Q3kJ·mol1,
则Q1、Q2、Q3的关系正确的是
A.Q1=Q2=Q3B.Q2>Q1>Q3C.Q2>Q3>Q1D.Q2=Q3>Q1
二.填空题(共32分)
13.依据事实,写出下列反应的热化学方程式。
(1)在25℃、101kPa下,1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ。
则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为___________________________________________。
(2)若适量的N2和O2完全反应,每生成23gNO2需要吸收16.95kJ热量,则热化学方程式为
_______________________________________________________________。
14.(2005年天津卷)磷在氧气中燃烧,可能生成两种固态氧化物。
12.4g的单质磷(P)在12.8g氧气中燃烧,至反应物耗尽,并放出XkJ热量。
(1)通过计算确定反应产物的组成(用化学式表示)是,其相应的质量(g)。
(2)已知单质磷的燃烧热为YkJ/mol,则1molP与O2反应生成固态P2O3的反应热ΔH。
(3)写出1molP与O2反应生成固态P2O3的热化学方程式:
。
三.实验题
15.用50mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液,在如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)用相同浓度和体积的氨水(NH3·H2O)代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会;(填“偏大”、“偏小”、“无影响”)。
(4)倒入NaOH溶液的正确操作是(从下列选出)。
A.沿玻璃棒缓慢倒入 B.分三次少量倒入C.一次迅速倒入
(5)使硫酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是(从下列选出)。
A.用温度计小心搅拌B.揭开硬纸片用玻璃棒搅拌
C.轻轻地振荡烧杯D.用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
化学反应速率和化学平衡
一、化学反应速率的表示方法
〖要点1〗 对于一个化学反应来说,当体系为气态或溶液时,可用
来表示这个反应的速率。
V==△C/t单位是:
mol/(L·s)或mol/(L·min)或mol/(L·h)
〖要点2〗在容积不变的反应容器中,通常用来表示反应速率
【例题】在2L的密闭容器中,加入1mol和3mol的H2和N2,发生N2+3H22NH3,在2s末时,测得容器中含有0.4mol的NH3,求该反应的化学反应速率。
(对于同一个反应来说,用不同的物质来表示该反应的速率时,其数值不同,但每种物质都可以用来表示该反应的快慢)。
〖练习1〗对于A(g)+B(g)=3C(g)的反应。
在单位时间内,在容器1中,经测定,减少了5molA;在容器2中减少了3molA,问在哪个容器中反应速率快?
(用化学反应速率来比较不同反应进行得快慢或同一反应在不同条件下反应的快慢时,应选择同一物质来比较)。
〖练习2〗在密闭容器里,A与B反应生成C,其反应速率分别用
、
、
表示,已知2
=3
、3
=2
,则此反应可表示为()
A.2A+3B=2CB.A+3B=2CC.3A+B=2CD.A+B=C
〖练习3〗将气体A、B置于容积为2L的密闭容器,发生如下反应:
4A(g)+B(g)=2C(g)反应进行到4S末,测得A为0.5mol,B为0.4mol,C为0.2mol,
1、则vA=vB=vC=
2、反应前A有mol,反应前B有mol
二、测定反应速率的方式和途径
〖思考3〗哪些方式我们可以利用来测量反应速率?
〖要点3〗
1、对于有固体或液体质量变化的反应,可用:
2、对于有气体产生或消耗的反应,可用:
3、对于有显色物质生产/消耗的反应,可用:
4、对于有导电物质产生/消耗的反应,可用:
5、对于有酸/碱生成或消耗的反应,可用。
【练习】1.可逆反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),在四种不同情况下的反应速率如下,其中反应进行得最快的是()
A.VA==0.15mol/L·minB.VB==0.6mol/L·min
C.VC==0.4mol/L·minD.VD==0.01mol/L·s
2、已知4NH3+5O2=4NO+6H2O,若反应速率分别用
表示,则正确的关系是()
A.
B.
C.
D.
3、对于下列反应,可用什么方法来测定其反应速率
(1)大理石和盐酸反应,可用:
(2)H2O2在有无催化剂条件下的分解,可用
(3)对于草酸使酸性高锰酸钾褪色,可用
(4)对于淀粉水解速率,可用:
(5)对于油脂在酸性和碱性条件下水解速率,可用。
4、向2L密闭容器里充人2molM和一定量的N,发生如下反应:
M(g)+N(g)
E(g)
当反应进行到4min时,测知M的浓度为0.2mol/L,反应进行到2min时,密闭容器中M的物质的量浓度为()
A.等于0.6mol/LB.小于0.6mol/L
C.等于0.8mol/LD.大于0.8mo
5、一定温度下,将2molA、2molB、2molC的气体混合物充入一体积不变的密闭容器中,充分反应后恢复到起始温度,测得容器内的压强比起始时增大20%,则容器中可能发生的反应是()
A.2A+B
2CB.A+B
2C
C.2A+B
CD.A+B
3C
6、mA+nB
pC的反应中,m、n、p为各物质的计量数。
现测得C每分钟增加amol/L,B每分钟减少1.5amol/L,A每分钟减少0.5amol/L,则m:
n:
p为()
A、2:
3:
2B、2:
3:
3C、1:
3:
2D、3:
1:
2
三.影响化学反应速率的因素
〖思考1〗哪些因素可以影响有效碰撞?
用交叉分类法思考下列条件对有效碰撞频率的影响
浓度
改变内能温度
增大接触面
运动速率加入合适催化剂
压强(对气体)
碰撞几率光照
充入稀有气体
活化能运用生物酶
(一)、浓度对化学反应速率的影响
〖实验2-2〗草酸与酸性高锰酸钾的反应
加入试剂
4mL0.01mol/LKMnO4
2mL0.1mol/LH2C2O4
4mL0.01mol/LKMnO4
2mL0.2mol/LH2C2O4
实验现象
褪色时间
结论
〖要点2〗在其它条件相同时,增大反应物浓度,反应速率。
〖思考2〗从有效碰撞的角度分析原因?
(二)、压强对化学反应速率的影响
〖要点3〗在相同温度下,一定质量的气体,压强增大,体积,单位体积内的分子数。
所以增大压强(减小容器体积),相当于浓度,反应速率。
反之,减小压强(增大容器体积),相当于浓度,反应速率。
〖思考3〗增大压强是不是对所有化学反应都有效?
〖交流1〗向一密闭的2SO2+O2
2SO3反应体系中充入稀有气体,能否增加反应速率?
三、温度对反应速率的影响
〖实验2-3〗
试剂种类与用量
0.1mol/LNa2S2O35mL
0.1mol/LH2SO45mL
0.1mol/LNa2S2O35mL
0.1mol/LH2SO45mL
实验温度
出现浑浊的时间
结论
〖基础要点4〗在其它条件相同时,升高温度,反应速率。
化学反应要加快。
经过实验测定,温度每升高10℃,反应速率通常要增大到原来的2~4倍。
【对结论的再理解】对于可逆反应来说,升高体系的温度,反应物和生成物中的活化分子数都增加,所以,正反应的速率和逆反应的速率都增大。
【应用】
1.在实验室进行化学反应时,常常通过给反应物加热来增大反应的速率。
2.合成氨工业中,是在500℃的条件下进行反应,以加快反应进行的速度。
3.为防止食品变质,我们将食品放入冰箱中保存,以降低食品变质的速率。
〖科学探究〗已知4H++4I—+O2=2I2+2H2O,现有1mol/LKI溶液、0.1mol/LH2SO4溶液和淀粉溶液,请设计实验证明反应速率与温度的关系?
判断反应速率的标志:
基本过程,滴加药品顺序
控制的变量条件:
试剂种类和用量
实验温度
试剂加入顺序和理由
实验现象
结论
(四)、催化剂对化学反应速率的影响
〖实验2-4〗
试剂种类和用量
5%的H2O2
5%的H2O2、MnO2
实验温度
试剂加入顺序和理由
实验现象
结论
〖基础要点5〗在其它条件相同时,使用合适的催化剂,反应速率。
〖探究1〗设计实验比较在2mL5%的H2O2中加入FeCl3和CuSO4溶液各1mL,比较二者分解速率?
判断标准:
加入试剂
0.1mol/LFeCl3
0.1mol/LCuSO4
现象
结论
〖探究2〗设计实验比较在4mL0.01mol/LKMnO4和2mL0.1mol/LH2C2O4,加不加MnSO4对反应速率有否影响?
判断标准:
加入试剂
4mL0.01mol/LKMnO4
2mL0.1mol/LH2C2O4
0.01mol/LKMnO4
0.1mol/LH2C2O4、MnSO4(s)
现象:
结论
〖探究3〗现有5mL淀粉溶液、碘水、2mol/L硫酸溶液。
设计实验比较唾液、稀硫酸对反应速率影响效果如何?
判断标准:
反应物
稀硫酸、淀粉溶液、碘水
唾液、淀粉、碘水
药品加入顺序
反应现象
结论
五、其它影响因素
〖要点5〗其它能改变化学反应速率的因素还有:
【掌握】下列方法对H2(g)+I2(g)=2HI(g)△H<0,反应速率有何影响?
(1)保持容器体积不变,加多1molH2,反应速率
理由是
(2)保持容器体积不变,加多1molN2,反应速率
理由是
(3)保持压强不变,加入1molN2,反应速率
理由是
(4)保持压强不变,加入1molH2和1molN2,反应速率
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