高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一章 化学反应的热效应第一节 反应热学案及答案

热化学方程式　 燃烧热

一、热化学方程式

1．概念：表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式。

2．示例：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1表示的意义是在25 ℃、101 kPa下，1 mol气态H2与0.5 mol气态O2反应生成1 mol液态H2O时，放出的热量是285.8 kJ。

3．书写热化学方程式时应注意的问题

(1)需注明反应时的温度和压强。若在25 ℃、101 kPa时进行的反应，可不特别注明。

(2)需注明反应物和生成物的聚集状态：s(固体)、l(液体)或g(气体)、aq(溶液)。

(3)热化学方程式中各物质前的化学计量数可以是整数，也可以是分数。

(4)同一反应的ΔH与化学计量数成正比。

微点拨：注意可逆反应的ΔH和实际吸收或放出热量的区别：不论化学反应是否可逆，热化学方程式中的反应热ΔH都表示反应进行到底时的能量变化。

　依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

(1)1 mol N2(g)与适量H2(g)反应，生成NH3(g)，放出92.2 kJ热量。

(2)1 molCu(s)与适量O2(g)反应，生成CuO(s)，放出157 kJ热量。

[解析]　此类题的思路：首先根据题意写出物质的变化过程，如(1)中：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并定N2前计量数为1，此时的ΔH即为－92.2 kJ·mol－1，再在前部分的基础上加上ΔH＝－92.2 kJ·mol－1即可。

[答案]　(1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　

ΔH＝－92.2 kJ·mol－1

(2)Cu(s)＋O2(g)===CuO(s)　

ΔH＝－157 kJ·mol－1

二、燃烧热

1．燃烧热的概念：在25 ℃、101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。燃烧热的单位是kJ·mol－1。

2．注意事项：“完全燃烧生成指定产物”是指单质或化合物燃烧后变为最稳定的物质。完全燃烧时，下列元素要生成对应的物质：C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)，N→N2(g)等。生成的水为液态不能是气态。

3．燃烧热的意义：甲烷的燃烧热为ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，它表示在25 ℃、101 kPa时，1 molCH4完全燃烧生成CO2和液态H2O时放出890.3 kJ的热量。

　可燃物的物质的量发生变化，其燃烧热变吗？如何配平燃烧热的热化学方程式？

[提示]　燃烧热指1 mol可燃物燃烧放出的热量，与可燃物的物质的量无关。配平燃烧热的热化学方程式时先把可燃物的化学计量数定为1，再配平其他物质。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，所以氢气的燃烧热ΔH＝－241.8 kJ·mol－1。              (×)

[提示]　燃烧热要求必须生成指定产物，注意H2燃烧生成物应为H2O(l)。

(2)氢气的燃烧热为285.5 kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋285.5 kJ·mol－1。              (×)

[提示]　燃烧热规定可燃物必须是1 mol，正确的是2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571 kJ·mol－1。

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，常规能源的合理使用和新能源的合理开发是当今社会面临的严峻课题。

[问题1]　乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料。2.0 g乙醇完全燃烧生成液态水放出59.43 kJ的热量，尝试写出乙醇燃烧的热化学方程式。

[提示]　C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 366.89 kJ·mol－1。

[问题2]　已知3.0 g乙烷在常温下完全燃烧放出的热量为155.98 kJ，请写出表示乙烷燃烧热的热化学方程式。

[提示]　燃烧热的热化学方程式应以1 mol燃料为标准书写且生成的水为液态，所以表示乙烷燃烧热的热化学方程式为C2H6(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 559.8 kJ·mol－1。

1．热化学方程式的书写步骤及要求

2．“五看”法判断热化学方程式的正误

一看方程式是否配平

二看各物质的聚集状态是否正确

三看ΔH的“＋”“－”符号是否正确

四看反应热的单位是否为“kJ·mol－1”

五看反应热的数值与化学计量数是否对应

1．(2021·广东佛山实验中学高二月考)在25 ℃、101 kPa下，1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ，下列热化学方程式正确的是(　　)

A．CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　

ΔH＝＋725.8 kJ·mol－1

B．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　

ΔH＝－1 451.52 kJ·mol－1

C．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　

ΔH＝－725.8 kJ·mol－1

D．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　

ΔH＝＋1 451.52 kJ·mol－1

B　[1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ，则1 mol甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热为22.68 kJ×32＝725.76 kJ，且物质的量与热量成正比，则甲醇燃烧的热化学方程式为CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－725.76 kJ·mol－1或2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 451.52 kJ·mol－1。]

2．根据所给信息完成下列热化学方程式：

(1)已知1 molC(石墨，s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3 kJ热量，请写出该反应的热化学方程式：______________________________

_______________________________________________________________。

(2)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出22.67 kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式：_________________________________________

_______________________________________________________________。

(3)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，请写出1 mol NH3分解对应的热化学方程式：_________________________________________

_______________________________________________________________。

(4)已知一些化学键的键能数据如表所示：

请根据键能数据估算CH4(g)和F2(g)反应生成CF4(g)和HF(g)的热化学方程式：_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

[解析]　(2)1.7 g NH3的物质的量为0.1 mol，则1 mol NH3完全反应放出的热量为226.7 kJ。那么相应的热化学方程式为4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－906.8 kJ·mol－1或NH3(g)＋O2(g)===NO(g)＋H2O(g)　ΔH＝－226.7 kJ·mol－1。

(4)首先根据反应物和生成物写出反应方程式，注明各物质的状态，化学反应的反应热等于断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键放出的能量的差，根据键能数据可知，所求反应的反应热ΔH＝414 kJ·mol－1×4＋155 kJ·mol－1×4－489 kJ·mol－1×4－565 kJ·mol－1×4＝－1 940 kJ·mol－1。

[答案]　(1)C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1

(2)NH3(g)＋O2(g)===NO(g)＋H2O(g)　ΔH＝－226.7 kJ·mol－1

(3)NH3(g)N2(g)＋H2(g)　ΔH＝＋46.2 kJ·mol－1

(4)CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g) 　ΔH＝－1 940 kJ·mol－1

2020年11月6日我国在太原卫星发射中心用长征六号运载火箭，成功将NewSat9­18等13颗卫星送入预定轨道，发射获得圆满成功，这次任务是长征系列运载火箭的第351次飞行。长征火箭燃料为偏二甲基肼(CH3NCH3NH2)。已知：1.5 g偏二甲基肼完全燃烧放出50 kJ热量。

[问题1]　在计算偏二甲基肼的燃烧热时，碳、氢元素的产物应该是什么？

[提示]　C→CO2(g)，H→H2O(l)。

[问题2]　通过素材中所给数据计算偏二甲基肼的燃烧热是多少？

[提示]　由偏二甲基肼的摩尔质量为60 g·mol－1得：

n＝＝ mol，所以1 mol偏二甲基肼燃烧时放出的热量为＝2 000 kJ·mol－1，即燃烧热为2 000 kJ·mol－1。

1．对燃烧热的理解

(1)反应条件：25 ℃和101 kPa(书中给出的燃烧热数值均为此条件下测得)。

(2)物质的燃烧热要求的是纯物质。

(3)“完全燃烧生成指定产物”是指单质或化合物燃烧后变为最稳定的物质。完全燃烧时，下列元素要生成对应的物质：C→CO2(g)、H→H2O(l)、S→SO2(g)等。C→CO不是完全燃烧；而S→SO3，SO3不是燃烧产物；生成的水为液态不能是气态。

(4)文字叙述燃烧热时，用正值或ΔH表示，例如，CH4的燃烧热为890.3 kJ·mol－1或 ΔH＝－890.3 kJ·mol－1。

2．表示燃烧热的热化学方程式的书写

燃烧热是以1 mol纯物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写表示燃烧热的热化学方程式时，应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数，故在表示燃烧热的热化学方程式中常出现分数。例如，C8H18燃烧的热化学方程式为2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)　ΔH＝－11 036 kJ·mol－1，C8H18的燃烧热为5 518 kJ·mol－1，而不是11 036 kJ·mol－1，表示其燃烧热的热化学方程式为C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　ΔH＝－5 518 kJ·mol－1。

3．燃烧热的计算

由燃烧热的定义可知：可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热，即Q放＝n(可燃物)×|ΔH|，物质的燃烧热：ΔH＝－。

此公式中的ΔH是指物质的燃烧热，而不是指一般反应的反应热。

1．(2021·湖南部分重点中学高二月考)燃烧是人们利用热能的重要方式。下列有关燃烧热的说法正确的是(　　)

A．燃烧热所指的燃烧产物一定是相应元素的最高价氧化物

B．含碳物质燃烧生成1 molCO2时所放出的热量是燃烧热

C．实验测定H2的燃烧热时与所用H2量的多少无关

D．1 molC燃烧生成CO2时放出的热量是生成CO时放出的热量的2倍

C　[燃烧热所指的燃烧产物是指25 ℃、101 kPa下稳定的氧化物，不一定是相应元素的最高价氧化物，如S元素的燃烧产物为SO2,A错误；燃烧热是指1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物，而不是生成1 molCO2时所放出的热量，B错误；实验测定H2的燃烧热时最终要换算成1 mol氢气燃烧生成液态水所放出的热量，与所用H2量的多少无关，C正确；1 molC燃烧生成CO2时放出的热量与生成CO时放出的热量无法得出2倍关系，D错误。]

2．已知1 molCO气体完全燃烧生成CO2气体放出283 kJ热量，1 mol氢气完全燃烧生成液态水放出286 kJ热量，1 molCH4气体完全燃烧生成CO2气体和液态水放出890 kJ热量。

(1)写出表示氢气燃烧热的热化学方程式： ___________________________

_______________________________________________________________。

(2)当CO(g)与CH4(g)完全燃烧生成等量的CO2(g)时(其中CH4燃烧的另一产物为液态水)，放出的热量之比为____________________；分别利用题述三种能源物质燃烧放出的热量使1 000 g水沸腾，则消耗的能源物质的质量最小的是________，消耗同温同压下的三种气体体积最小的是__________________。

(3)若a molCH4、CO和H2的混合气体完全燃烧生成CO2气体和液态水，则放出热量Q的范围是______________________________________。

[解析]　由三种物质的燃烧热数值可知，等质量的题述三种物质完全燃烧时H2放出的热量最多，等物质的量的题述三种物质完全燃烧时CH4放出的热量最多。

[答案]　(1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－286 kJ·mol－1　(2)283∶890　H2　CH4　(3)283a kJ＜Q＜890a kJ

1．(2021·江苏海安高二月考)下列关于热化学方程式的说法错误的是(　　)

A．化学反应过程所吸收或放出的热量与参加反应的物质的物质的量成正比

B．热化学方程式中各物质前的化学计量数表示物质的量，可以用整数或者简单分数

C．热化学方程式未注明温度和压强时，ΔH表示标准状况下的数据

D．同一化学反应，反应条件不同ΔH可能相同

C　[化学反应参加反应的物质的物质的量越多，总能量越大，则吸收或放出的热量越多，A正确；热化学方程式中各物质的化学计量数实际为物质的物质的量，可以用整数或者简单分数，B正确；热化学方程式未注明温度和压强时，ΔH表示室温常压下的数据，不是标准状况下的数据，C错误；ΔH只与反应物和生成物状态有关，与反应过程无关，D正确。]

2．(2021·河北部分重点中学高二月考)热化学方程式与普通化学方程式不同，下列有关热化学方程式CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1的说法错误的是(　　)

A．既表示化学反应中的物质变化，又表示化学反应中的能量变化

B．表示1 molCO(g)与 mol O2(g)完全反应生成1 molCO2(g)放出283.0 kJ热量

C．一氧化碳的燃烧热为283.0 kJ·mol－1

D．CO与O2反应生成CO2只能实现化学能向热能的转化

D　[CO与O2反应生成CO2为氧化还原反应可实现化学能向电能的转化。]

3．(2021·湖南长沙实验中学高二月考)下列依据热化学方程式得出的结论正确的是(　　)

A．已知C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定

B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，则氢气的燃烧热为241.8 kJ·mol－1

C．500 ℃、30 MPa下，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1；将1.5 mol H2和过量的N2在此条件下充分反应，放出热量46.2 kJ

D．H2(g)＋F2(g)===2HF(g)　ΔH＝－270 kJ·mol－1，则相同条件下，2 mol HF气体的能量小于1 mol氢气和1 mol氟气的能量之和

D　[A项反应是吸热反应，说明石墨的总能量低于金刚石的总能量，石墨较稳定，A错误；氢气的燃烧热是指1 mol 氢气完全燃烧生成液态水放出的热量，单位是kJ·mol－1，气态水液化时放出热量，由2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1可知，其燃烧热大于483.6 kJ·mol－1÷2＝241.8 kJ·mol－1,B错误；合成氨是可逆反应，1.5 mol H2在氮气过量的情况下也不可能全部转化为生成物，放出的热量应小于46.2 kJ,C错误；D项反应是放热反应，说明反应物的总能量大于生成物的总能量，D正确。]

4．(2021·山东新泰一中月考)在汽油中添加适量酒精作为汽车燃烧的技术正在逐步向全国推广。已知C8H18和C2H5OH燃烧的热化学方程式分别为2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)　ΔH＝－10 000 kJ·mol－1，C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 000 kJ·mol－1。假定汽油的成分为C8H18，则用添加酒精的汽油作汽车燃料时，不能达到的目的是(　　)

A．节省化石燃料，改善能源结构

B．减少每千克燃料燃烧时所释放的CO2

C．乙醇可由粮食发酵而成，有利于转化过剩的粮食

D．提高每千克燃料燃烧放出的热量

D　[酒精是可再生燃料，故用酒精替代化石燃料，可以节省不可再生的化石燃料，改善能源结构； 1 000 gC8H18燃烧放出的CO2的物质的量约为70 mol,1 000 gC2H5OH燃烧放出的CO2的物质的量约为43 mol，用添加酒精的汽油作汽车燃料时，能减少每千克燃料燃烧时所释放的CO2；工业酒精的生产原材料有粮食、秸秆等，这样可以利用过剩的粮食，同时弥补能源的不足； 1 000 gC8H18燃烧放出的热量约为43 860 kJ,1 000 gC2H5OH燃烧放出的热量约为21 739 kJ，故每千克酒精燃烧放出的热量比汽油少，用添加酒精的汽油作汽车燃料时，不能提高每千克燃料燃烧放出的热量。]

5．计算填空：

在25 ℃、101 kPa时，H2在1.00 mol O2中完全燃烧生成2.00 mol H2O(l)放出571.6 kJ的热量。

(1)该条件下，H2的燃烧热ΔH为________________。

(2)已知：CH4的燃烧热是ΔH＝－890 kJ·mol－1，H2和CH4混合气体112 L(标准状况下)完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为3 695 kJ，则混合气体中H2和CH4的体积比为________。

[解析]　(1)H2的燃烧热应以燃烧1 mol H2为标准，当H2完全燃烧生成2.00 mol H2O(l)时，需燃烧2.00 mol H2，故H2的燃烧热ΔH为－＝－285.8 kJ·mol－1。

(2)设混合气体中H2和CH4的物质的量分别为x和y，则有：

解之得：x≈1.25 mol，y≈3.75 mol，则n(H2)∶n(CH4)＝1∶3。

[答案]　(1)－285.8 kJ·mol－1　(2)1∶3