必修2专题2 化学反应中的热量.docx
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必修2专题2化学反应中的热量
教育学科教师辅导讲义(1B)
课题
必修2专题2第二单元化学反应中的热量
教学目的
1、了解放热反应、吸热反应的概念;
2、能正确书写热化学方程式;
3、掌握盖斯定律的运用;
3、能计算简单的燃料燃烧释放的热量。
教学内容
【考情分析】
必修2专题2第二单元化学反应中的热量这部分内容以及选修四里面《化学反应中的热效应》在高考中会结合在一起考,主要题型会出一道选择题或者是后面的大题与化学平衡等知识结合在一起考其中的一两个小问,或是计算或是写热化学方程式。
这也是在选修中学习焓变等地基础,学生应该认真学习。
【课前检测】
1.含NaOH20.0g的稀溶液与足量的稀盐酸反应,放出28.7kJ的热量,表示该反应的热化学方程式是( D)
A、NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l);△H=+28.7kJ/mol
B、NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l);△H=-28.7kJ/mol
C、NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l);△H=+57.4kJ/mol
D、NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l);△H=-57.4kJ/mol
2.在25°C、101kPa下,1g甲醇燃烧生成CO2和液态水放热22.68kJ,下列热化学方程式正确的( B )
A、CH3OH(l)+3/2O2=CO2(g)+2H2O(l);△H=+725.8kJ/mol
B、2CH3OH(l)+3O2=2CO2(g)+4H2O(l);△H=-1452kJ/mol
C、2CH3OH(l)+3O2=2CO2(g)+4H2O(l);△H=-725.8kJ/mol
D、2CH3OH(l)+3O2=2CO2(g)+4H2O(l);△H=+1452kJ/mol
3.沼气是一种能源,它的主要成分是CH4,0.5molCH4完全燃烧生成CO2和H2O时,放出445kJ热量,则下列热化学方程式中正确的是 (C)
A.2CH4(g)+4O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=+890kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890kJ·mol-1
D.1/2CH4(g)+O2(g)=1/2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-890kJ·mol-1
4.在相同温度和压强下,将32g硫分别在纯氧中和空气中完全燃烧,令前者热效应为△H1,后者热效应为△H2,则关于△H1和△H2的相对大小正确的是( A )
A、△H1=△H2 B、△H1>△H2 C、△H1<△H2 D、无法判断
5.有如下三个反应方程式关于它们的下列叙述正确的是( D )
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);△H=akJ/mol
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);△H=bkJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=ckJ/mol
A、它们都是吸热反应 B、a、b、c均为正值 C、a=b D.2b=c
【知识梳理】
1.化学反应中能量的变化
由化学反应的实质——任何一个化学反应都是原子间的重新排列组合,可知化学反应一般需经历两个过程,即反应物先拆成原子,此过程必然是吸收能量,我们设为E1,相反另一过程的原子组合成新物质必然就会放出能量,我们设为E2,对于一个反应体系来说,如果E1>E2,则吸收能量多,必为吸热反应,如果E1 2.反应热、燃烧热和中和热区别 (1)反应热: 在化学反应过程中吸收或放出的热量,符号: ∆H,当∆H>0时,为吸热反应,当∆H<0时为放热反应,单位kJ⋅mol-1。 (2)燃烧热: 101kPa压强下时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。 (3)中和热: 在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应且生成1molH2O,这时的反应热叫中和热。 3热化学方程式 热化学方程式是表示化学反应所放出或吸收的热量的化学反应式。 例如热化学方程式: H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g);△H=-183kJ/mol 书写热化学方程式的注意事项 (1)书写热化学方程式时应注明反应的温度和压强。 若不标明温度和压强,则表示是在25℃、101kpa 条件下的反应热; (2)各物质化学式后必须注明物质的聚集状态(气体—g,液体—l,固体—s,溶液—aq) (3)化学方程式中各物质前的化学计量数只表示物质的量,因此,在必要时可用简单的分数表示; (4)要标明热量变化: 用表示ΔH。 若为放热反应,ΔH为“—”;若为吸热反应,ΔH为“+”。 ΔH的单位一般为kJ·mol-1 (5)方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。 当反应向逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反 (6)不标“↑”或“↓” (7)不注明反应条件,例如: △(加热) (8)有机热化学方程式用“=”,不用“→” 4.盖斯定律(拓展) 化学反应的反应热只与反映的初始状态有关和终极状态有关,而与反应的途径无关 例如: 同素异形体相互转化的反应热相当小且转化速率较慢,有时还很不完全,测定反应热很困难。 现在可根据盖斯定律来计算反应热。 P4(白磷,s)+5O2(g)=P4O10(s);△H=−2983.2kJ·mol-1 4P(红磷,s)+5O2(g)=P4O10(s);△H=−2954.0kJ·mol-1 则白磷转化为红磷的热化学方程式为: P4(白磷,s)==4P(红磷,s);△H=−29.2kJ·mol- 白磷比红磷不稳定(填“稳定”还是“不稳定”) 5.新能源的开发 能量之间有如下转化关系: 【典型例题】 例1.下列说法正确的是() A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B.任何放热反应在常温下一定能发生反应 C.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热 D.吸热反应在一定条件下也能发生反应 题析: C、D 点拨: 本题考查化学反应中的能量变化相关概念的认识与记忆。 化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热.反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小;放热反应和吸热反应在一定条件下都能发生;反应开始需加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。 例2.下列反应中,反应物的总能量小于生成物的总能量的是() A.硫在氧气中燃烧B.铁丝在纯氧中燃烧 C.盐酸与烧碱中和 D.高温下焦炭与水蒸气反应 题析: D。 所谓反应物的总能量小于生成物的总能量,也就是吸热反应。 只有D为吸热反应。 例3.反应C(石墨) C(金刚石)是吸热反应。 由此可知() A.石墨比金刚石更稳定 B.金刚石和石墨可以相互转化 C.金刚石比石墨更稳定 D.金刚石和石墨不能相互转化 题析: 由石墨转变成金刚石需吸收热量,说明金刚石的能量更高。 而能量越低表明物质越稳定,因此,石墨比金刚石稳定。 虽然石墨和金刚石具有的能量不同,但通过一定的能量变化可以达到相互转化的目的。 故答案为A、B。 答案: A、B 例4.如图为某学生设计的一个实验装置。 大试管中装有过氧化钠固体.现往大试管中加入水,下列说法中正确的是() A.试管中发生了置换反应 B.一段时间后,看到U形导管中的液面右边升高,左边下降 C.“贮存”在反应物中的总能量低于生成物的总能量 D.广口瓶中气体的分子在反应后增加 题析: B。 广口瓶中温度升高,气体的体积会增大,U形导管中的液面右边升高,左边下降;反之,广口瓶中温度降低,气体的体积缩小,U形导管中的液面右边下降,左边升高;所以解答此题的关键是要判断大试管中的反应是吸热反应还是放热反应。 选项 内容指向·联系分析 结论 A 在大试管中过氧化钠固体会发生如下反应: 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑,不是置换反应 错误 B 该反应是放热反应,使广口瓶中空气温度升高,气体体积增大,所以U形管中的液面右边升高,左边下降 正确 C 放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 错误 D 因为广口瓶是密闭的,所以虽然空气的温度升高,体积膨胀,但是气体分子数不变 错误 例5.下列热化学方程式书写正确的是() A.2SO2+O2=2SO3;△H=-196.6kJ·mol-1 B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-571.6kJ·mol-1 C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);△H=-571.6kJ D.C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=+393.5kJ·mol-1 题析: B。 判断热化学方程式的正误应注意以下几个方面: ①看反应物、生成物的聚集状态;②看方程式后面的热量数值是否正确(反应的焓变与方程式的化学计量数成正比);③看能量符号“+”“-”是否正确;④看方程式后面的能量单位是否正确。 书写热化学方程式必须注意以下几点: ①注明反应物、生成物的聚集状态,A选项未注明状态,故A选项错;②放热反应△H为“-”,吸热反应△H为“+”,D选项为放热反应,△H应为“-”,故D选项错;③△H的单位为kJ·mol-1,故C选项错。 例6.下列关于热化学方程式的说法正确的是() A.热化学方程式是表示反应放出热量多少的式子 B.所有反应热都取正值 C.热化学方程式是表示化学反应所放出或吸收热量的化学方程式 D.热化学方程式都是表示物质完全燃烧放出热量多少的式子 题析: C。 本题考查热化学方程式的意义。 热化学方程式是表示化学反应过程中能量变化的特殊的式子,既可以表示放热反应的过程,又可以表示吸热反应的过程,因此反应热的数值既可以是正值,也可以是负值。 反应热的数值与物质的聚集状态和物质的物质的量有关。 因而可以排除A、B、D三个选项。 例7.25℃,101kPa时。 1g甲醇完全燃烧生成CO2和液态H2O,同时放出22.68kJ热量.下列表示该反应的热化学方程式中正确的是() A.CH4O (1)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H=-725.76kJ/mol B.2CH4O (1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l);△H=+1451.52kJ/mol C.2CH4O (1)+3O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l);△H=-22.68kJ/mol D.CH4O (1)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(g);△H=725.76kJ/mol 题析: A。 CH4O燃烧是放热反应,所以△H应为“-”,同学们往往只顾求算△H的数值而忽视了△H的正负问题而错选成B。 又因不注意审题导致水的状态判断错而错选成D。 因此解此类题目时要细心审题,25℃,101kPa时,水为液态,故D选项排除,然后计算知lmolCH4O放热725.76kJ,2mol应放热1451.52kJ,故C错,而B项中△H应为“-”。 例8.已知: C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-393.5kJ/mol,H2(g)+ O2(g)=H2O (1);△H=-241.8kJ/mol,欲得到相同的热量,需分别燃烧固体碳和氢气的质量比约为() A.2: 3.25B.12: 3.25C.1: 1D.393.5: 241.8 题析: B 点拨: 由题意可列方程: n(C)×393.5kJ/mol=n(H2)×241.8kJ/mol = 例9.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=-Q1kJ/mol 2H2(g)+O2(g)===2H2O(l);△H=-Q2kJ/mol B.S(g)+O2(g)===SO2(g);△H=-Q1kJ/mol S(s)+O2(g)===SO2(g);△H=-Q2kJ/mol C.C(s)+ O2(g)===CO(g);△H=-Q1kJ/mol C(s)+O2(g)===CO2(g);△H=-Q2kJ/mol D.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g);△H=-Q1kJ/mol H2(g)+ Cl2(g)===HCl(g);△H=-Q2kJ/mol 题析: A、C 点拨: 反应热数值的大小与反应物、生成物的种类有关,与反应物物质的量的多少有关,与反应物和生成物的聚集状态有关,还与反应时的外界条件有关。 A选项: 生成物的状态不同,由于从气态水到液态水会放热,所以生成液态水比生成气态水放出的热多即Q2>Q1;B选项: 反应物的状态不同,由于从固态硫到气态硫要吸热,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选项: 生成物的种类不同,由于CO与O2反应生成CO2要放出热量,故Q2>Ql;D选项: 反应物的物质的量不同,前一反应的物质的量是后一反应的物质的量的2倍,故Ql=2Q2,即Ql>Q2。 例10.灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。 已知: ①Sn(s,白)+2HCl(aq)=SnCl2(aq)+H2(g);△H1 ②Sn(s,灰)+2HCl(aq)=SnCl2(aq)+H2(g);△H2 ③Sn(s,灰) Sn(s,白);△H3=+2.1kJ/mol 下列说法正确的是() A.△H1>△H2 B.锡在常温下以灰锡状态存在 C.灰锡转化为白锡的反应是放热反应 D.锡制器皿长期处于低于13.2℃的环境中,会自动毁坏 题析: D 点拨: 该题目考查化学反应中的能量变化.△H>0是吸热反应,C是错误的;而由灰锡和白锡的转化温度可知,在低于13.2℃时白锡会自动转化为粉末状的灰锡而毁坏,D正确;Sn和盐酸的反应是放热的,△H1和△H2都小于0,而灰锡转化为白锡吸热,所以灰锡放出的热量少,△H1<△H2。 例11.已知: CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O (1);△H=-Q1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);△H=-Q2 2H2(g)+O2(g)=2H2O (1);△H=-Q3 常温下取体积比为4: 1的CH4和H2的混合气体11.2L(已折合成标准状况),经完全燃烧后恢复到常温,则放出的热量为() A.0.4Q1+0.05Q3B.0.4Q1+0.05Q2 C.0.4Q1+0.1Q3D.0.4Q1+0.2Q2 题析: A。 先计算CH4和H2的物质的量,分别是0.4mol和0.1mo1,则放出热量Q=0.4Q1+0.05Q3,故选A。 例12.航天飞机用铝粉与高氯酸铵(NH4ClO4)的混合物为固体燃料,点燃时铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应: 2NH4ClO4===N2↑+4H2O+Cl2↑+2O2↑;△H<0 下列对此反应的叙述错误的是() A.上述反应属于分解反应 B.上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行 C.该反应从能量变化上说,主要是化学能转变为热能和动能 D.在反应中高氯酸铵只起氧化剂的作用 题析: D。 从2NH4C1O4=N2↑+4H2O+Cl2↑+2O2↑;△H<0中可以看出,NH4ClO4中的N从-3价升高到0价,Cl从+7价降到0价,O从-2价升至O2中的0价,故NH4ClO4既是氧化剂又是还原剂,选D。 【课堂练习】 1.热化学方程式中化学式前的化学计量数表示( D) A.分子个数 B.原子个数 C.物质的质量 D.物质的量 2.已知: ①1molH2分子中化学键断裂时需要吸收436kJ的能量 ②1molCl2分子中化学键断裂时需要吸收243kJ的能量 ③由H原子和Cl原子形成1molHCl分子时释放431kJ的能量 则下列叙述正确的是( C) A.氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式是H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g) B.氢气和氯气反应生成2mol氯化氢气体,反应的H==+183kJ·mol-1 C.氢气和氯气反应生成2mol氯化氢气体,反应的H==-183kJ·mol-1 D.氢气和氯气反应生成1mol氯化氢气体,反应的H==-183kJ·mol-1 3.在同温同压下,下列各组热化学方程式中Q2>Q1的是( A) 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)+O2(g)==CO2(g);H=-Q1C(s)+1/2O2(g)==CO(g);H=-Q2 D.H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g);H=-Q11/2H2(g)+1/2Cl2(g)==HCl(g);H=-Q2 4.下列热化学方程式书写正确的是( B) A.2SO2+O2 2SO3;H=-196.6kJ·mol-1 B.H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);H=-285.8kJ·mol-1 C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);H=-571.6kJ D.C(s)+O2(g)=CO2(g);H=+393.5kJ·mol-1 5.我国研制的长征捆绑式火箭在第一、二级发动机中用偏二甲(基)肼和四氧化二氮作为液体燃料。 (1)已知偏二甲(基)肼的相对分子质量为60,其中含碳40%,含氢13.33%,其余为氮;又知其分子中有一个氮原子不与氢原子相连。 通过计算写出偏二甲(基)肼的化学式和分子结构简式: _______________________________、____________________________________。 (2)在发动机中偏二甲(基)肼在四氧化二氮中充分燃烧,写出该燃烧反应的化学方程式(反应中所有的氮元素均转化为N2)__________________________________________________。 【参考答案】: . (1)C2H8N2H2N—N(CH3)2 点燃 (2)C2H8N2+2N2O4===2CO2+3N2+4H2O [课堂小结] 1.放热反应和吸热反应 2.化学键与化学反应中的能量变化的关系 △H=E1-E2。 E1>E2,反应吸收能量;E2>E1,反应放出能量 △H=反应物中的键能总和-生成物中的键能总和 3.热化学方程式 【课后巩固】 1.下列说法正确的是( C ) A、需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B、任何放热反应在常温条件下一定能发生反应 C、反应物和生成物所具有的总能量决定了放热还是吸热 D、吸热反应只能在加热的条件下才能进行 2.下列反应既是氧化还原反应,又是放热反应的是 ( A ) A.铝与稀盐酸的反应 B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应 C.灼热的碳与二氧化碳的反应 D.甲烷在氧气中的燃烧反应 3.已知反应X+Y=M+N为吸热反应,对这个反应的下列说法中正确的是( D ) A.X的能量一定低于M的能量,Y的能量一定低于N的能量 B.因为该反应为吸热反应,故一定要加热反应才能进行 C.破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量 D.X和Y的总能量一定低于M和N的总能量 4.已知方程式2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H1=-571.6kJ/mol,则关于方程式 2H2O(l)=2H2(g)+O2(g);△H2=? 的说法正确的是 ( B ) A、方程式中化学计量数表示分子数 B、该反应的△H2大于零 C、该反应△H2=-571.6kJ/mol D、该反应与上述反应属于可逆反应 5.已知: CH3COOH(aq)+NaOH(aq)=CH3COONa(aq)+H2O ΔH=Q1kJ/mol H2SO4(浓)+NaOH(aq)=Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH=Q2kJ/mol HNO3(aq)+KOH(aq)=KNO3(aq)+H2O(l) ΔH=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( C ) A.Q1=Q2=Q3 B.Q2>Q1>Q3 C.Q2>Q3>Q1 D.Q2=Q3>Q1 6.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(D) A.Q1>Q2 B.Q1<Q2 C.Q1=Q2 D.无法确定 7.下列各组热化学方程式中的△H,前者大于后者的是(C) ①C(s)+O2(g)===CO2(g)△H1 C(s)+ O2(g)===CO(g)△H2 ②S(s)+O2(g)===SO2(g)△H3 S(g)+O2(g)===SO2(g)△H4 ③H2(g)+ O2(g)===H2O(l)△H5 2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)△H6 ④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)△H7 CaO(s)+H2O(l)===Ca(OH)2(s)△H8 A.①B.④C.②③④D.①②③ 8.下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( A ) A.碳酸钙受热分解 B.乙醇燃烧 C.铝粉与氧化铁粉末反应 D.氧化钙溶于水 9.已知化学反应2C(s)+O2(g)==2CO(g);2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)都是放热反应。 据此推断,下列说法不正确的是(相同条件下)( B ) A.56gCO和32gO2所具有的总能量大于88gCO2所具有的总能量 B.12gC所具有的能量一定高于28gCO所具有的能量 C.12gC和32gO2所具有的总能量大于44gCO2所具有的总能量 D.将两份等质量碳燃烧,生成CO2的反应比生成CO的反应放出的热量多 10.下列有关能量转换的说法不正确的是(D) A.煤燃烧是化学能转化为热能的过程 B.化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能 C.动物体内葡萄糖被氧化成CO2是化学能转变成热能的过程 D.植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成
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