第38讲 反应热 热化学方程式-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件(新教材)
展开1.知道常见的吸热反应和放热反应,了解反应热、焓变的概念以及反应热产生的原因。2.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。3.了解燃烧热的含义和能源及能源利用的意义。
考点一 反应热 焓变
考点二 热化学方程式 燃烧热、能源
考点一 反 应 热 焓 变
破坏1ml化学键所吸收的能量
3. 能量越 ,物质越稳定(“高”或“低”) 键能越 ,物质越稳定(“大”或“小”)
任何一种物质都具有一定的能量,这种能量称为内能。
(或形成1ml化学键所放出的能量)。
4. 体系与环境
与体系相互影响的其他部分
例如:研究物质在水溶液中的反应,溶液就是体系,而盛放溶液的烧杯以及溶液之外的空气等便是环境。
与环境既有能量交换,也有物质交换。
与环境只有能量交换,没有物质交换。
与环境既没有能量交换,也没有物质交换。
(以盐酸与NaOH溶液的反应为例)
环境——如盛溶液的试管和溶液之外的空气等。
体系——试管中的盐酸、NaOH溶液及发生的反应等看作一个反应体系,又称系统。
我们知道:一个化学反应过程中,除了生成新物质外,还有------
根据反应体系在化学反应过程中所释放还是吸收的热量,将反应分为吸热反应和放热反应
放出热量的化学反应叫做放热反应。
吸收热量的化学反应叫做吸热反应。
浓硫酸的稀释,NaOH晶体溶于水均放热,它们不是放热反应
NH4NO3晶体溶于水,弱电解质的电离均吸热,不属于吸热反应
注意:是化学反应中的能量变化
我们将化学反应过程中释放或吸收的热量, 统称为反应热
1. 体系与环境的热量交换——反应热
反应热:在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热效应,简称反应热。
一、反应热 焓变
注意: 弱电解质的电离、物质的溶解、物质固、液、气三态的转化中的热效应,不是反应热。
常用 表示反应热,常用单位: 。
2. 焓和焓变①焓(H): .②焓变(△H):③焓变与反应热的关系:
是一个与内能有关的物理量
即:恒压下的反应热 = 焓变
注: 许多化学反应的反应热可以通过实验直接测得
在恒压下的反应热等于反应的焓变
生成物的焓与反应物的焓之差
[可理解为体系内物质的各种能量的总和]
①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应②大多数的分解反应③弱电解质的电离④盐类水解⑤C和H2O(g)、C和CO2的反应
2.常见的吸热反应和放热反应
(包括物质的自燃和缓慢氧化)
⑥NaHCO3与盐酸溶液的反应
3.吸热、放热的原因分析
ΔH=E(生成物的总能量) — E(反应物的总能量)。
(1)从宏观物质能量角度
放热反应:∆H < 0
吸热反应:∆H > 0
ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和。
ΔH = E吸收 - E放出
迁移应用:某反应的ΔH=+100 kJ·ml-1,下列有关该反应的叙述正确的是( )A.正反应活化能小于100 kJ·ml-1B.逆反应活化能一定小于100 kJ·ml-1C.正反应活化能不小于100 kJ·ml-1D.正反应活化能比逆反应活化能小100 kJ·ml-1
ΔH = E1-E2=+100 kJ·ml-1
①反应热:在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量。
③恒压下的焓变 = 反应热
④反应热(焓变)的表示方法
ΔH = E吸收-E放出
ΔH = E生成物-E反应物
(Δ H=反应物键能总和-生成物键能总和)
②焓:与内能有关的物理量
1.关于能量转化,下列说法不正确的是A.燃气灶具中的能量转化:化学能主要转化为光能B.太阳能电池的能量转化:光能(太阳能)→电能C.生物光合作用中的能量转化:光能(太阳能)→生物质能(化学能)D.化学反应过程中,除了物质变化外,一定伴有能量变化
2. 某试管中盛有Al粉和稀盐酸,下列有关说法不正确的是A.试管、Al粉、稀盐酸及发生的反应可看作一个体系B.除反应物、生成物及相关反应外,其他均看作环境C.Al与稀盐酸反应, 反应体系向环境中释放热量,ΔH< 0D.Al与稀盐酸反应的反应热可以通过量热计测量
3.下列反应既是非氧化还原反应,又是吸热反应的是A.碘单质升华 B.氢氧化钠和盐酸反应C.甲烷在O2中的燃烧 D.Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl的反应
下列说法正确的是A.该能量图也可以表示NaHCO3 与盐酸的反应过程B.CO2所具有的能量比CO和O要高C.状态Ⅰ→Ⅱ的过程可以说明,形成化学键会向环境放出能量D.状态Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ的过程中,反应体系经历了向环境吸收和放出能量的过程
4.最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如图:
E.该反应过程可知,在化学反应中,旧化学键不一定完全断裂,但一定有新化学键的形成
(1)ΔH (填“>”或“<”)0。(2)催化反应①是 反应,催化反应②是 反应。(3)总反应的活化能是 ,催化反应①的活化能是 ,催化反应②对应的逆反应的活化能是 ,总反应对应的逆反应活化能为 。
2.臭氧层中O3分解过程如图所示,回答下列问题。
(填“吸热”或“放热”)
1.催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。2.在无催化剂的情况,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,即 E1=E2+|ΔH|。
正确理解活化能与反应热的关系
3.铋基催化剂对CO2电化学还原制取HCOOH具有高效的选择性。其反应历程与能量变化如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。
(1)使用Bi、Bi2O3两种催化剂,哪个更有利于CO2的吸附? 。简述判断依据: 。
由图可知,使用Bi2O3催化剂时,相对能量减小得多,趋于更稳定状态
(2)CO2电化学还原制取HCOOH反应的ΔH (填“>”或“<”)0。
(3)使用Bi催化剂时, 最大能垒是 , 使用Bi2O3催化剂时, 最大能垒是 。
-0.51 eV-(-0.89 eV)=0.38 eV
-2.54 eV-(-2.86 eV)=0.32 eV
则该反应的反应热为 。
4.CH3-CH3(g)―→CH2=CH2(g)+H2(g) ΔH,有关化学键的键能如下表:
+125 kJ·ml-1
ΔH =E(C-C)+6E(C-H)-E(C=C)-4E(C-H)-E(H-H) =(347+6×414-615-4×414-435) kJ·ml-1 =+125 kJ·ml-1。
5.已知几种化学键的键能数据如下表所示(亚硝酰氯的结构式为Cl-N=O):
则反应2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)的ΔH= kJ·ml-1
解析:根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能知,ΔH=2×630 +243 -2×(a +607)=(289-2a) kJ·ml-1。
(用含a的代数式表示)。
注意:可逆反应的反应热ΔH指完全反应时的热效应
1.熟记反应热ΔH的基本计算公式ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量ΔH=反应物的总键能之和-生成物的总键能之和
(2)熟记常见1ml下列物质中的化学键数目
2.意义: 表明了化学反应中的 变化和 变化。
如:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·ml-1表示:
2ml H2(g)和1ml O2(g)反应生成2ml液态水时放热571.6 kJ。
ΔH=-92.4 kJ·ml-1
3ml氢气和1ml氮气完全反应生成2ml氨气时放热92.4 kJ。
若将3mlH2(g)和1mlN2(g)置于密闭容器中反应,则放热 。
1.概念:表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式
25 ℃、101KPa
ΔH应包括“+”或“-”、数字和单位(kJ·ml-1)。
3.热化学方程式书写要求:
(反应是在25 ℃、101 kPa下进行的,可不注明)
(2)注明物质聚集状态:
(ΔH与化学计量数相对应.如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍)
(3) 一般不注“↑” “↓”以及“点燃” “加热”等。
(5)化学计量数表示是“ ”.可以是整数,也可以是分数
(7)△H单位KJ/ml中“每摩尔”
(6)若反应逆向进行,则△H改变正、负符号,但数值不变
注意:同素异形体间的转化要标名称
1.下列热化学方程式书写正确的是( )A.2SO2+O2 2SO3 ΔH=-196.6 kJ
B.N2(g)+2O2(g) = 2NO2(g) ΔH=+67.7 kJ/mlC.C(s)+O2(g) = CO2(g) ΔH=+393.5 kJ/mlD.H2O(l) = H2(g)+1/2O2(g) ΔH=+285.8 kJ/ml
热化学方程式正误判断注意几点:①单位 ; ②+或 - 号; ③物质的聚集状态;④热值的数据与方程式的系数对应
未注明反应物,生成物的聚集状态以及ΔH单位错误
C与O2反应为放热反应,ΔH < 0
2.下图是能量示意图,由此判断热化学方程式正确的是
ΔH=+685kJ/ml
ΔH=-427kJ/ml
ΔH=-244kJ/ml
ΔH=+1187kJ/ml
1.燃烧热的概念: 在101kPa时, ml纯物质 生成指定的产物时所放出的热量。
C — ; H— ; S — ; N— 。
提醒: 燃烧热属于反应热,也用△H表示,单位也为kJ/ml
已知,2C8H18(l)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(l) △H=-11036KJ/ml
①1mlC8H18燃烧时放出了多少热?
②C8H18(辛烷)的燃烧热是多少?
答: 辛烷的燃烧热为5518KJ/ml 或 △H=-5518KJ/ml
注意:中文叙述燃烧热、中和热时可以不带“负号”, 但凡用ΔH表示时一定要有“负号”
③.S(s)+O2(g) = SO2(g) H3
判断下列燃烧反应的△H是否为燃烧热?
①.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH1=-571.6KJ/ml
②.C(s)+ ½ O2(g)=CO(g) ΔH2=-110.5KJ/ml
④.H2S(g) + ½ O2(g)=S(s) + H2O(l) H4
⑤.CH4(g) + 2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH5=-890.3KJ/ml
⑥.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) ΔH6
⑦.P4(s)+5O2(g)=2P2O5(s) ΔH7
未完全氧化, 生成物还可继续燃烧
反应的热化学方程式为 。
例如,CH4的燃烧热为_____________,表示在25 ℃、101 kPa时,______CH4(g)完全燃烧生成______________时放出890.31 kJ的热量。
CO2(g)和H2O(l)
890.31 kJ•ml-1
2.燃烧热表示的意义:
衡量燃料燃烧时放出热量的多少
【思考】可燃物的物质的量发生变化,其燃烧热变吗?
【温馨提示】不变。燃烧热指1 ml可燃物燃烧放出的热量,与可燃物的物质的量无关。
【讨论】石墨与金刚石的燃烧热是否相同,为什么?
C(石墨,s)+ O2(g)= CO2(g) ΔH= -393.5 kJ/mlC(金刚石,s)+ O2(g)= CO2(g) ΔH= -395.4 kJ/ml说明:金刚石具有的总能量更高,比石墨更不稳定
不相同,因为石墨与金刚石的晶体结构不同,共具有的能量也不相同
注意:同素异形体要标“中文名称”以示区别!!!
已知:石墨的燃烧热为393.5 kJ/ml,1ml石墨转化为金刚石,要吸收1.9kJ的热量,请分别写出石墨和金刚石燃烧的热化学方程式。
练: 0.3ml的气态高能燃料乙炔在氧气中完全燃烧,生成气态CO2和液态水,放出389.88kJ热量,其热化学方程式为: .其燃烧热为: . 表示燃烧热的热化学方程式为: .
2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) △H=-2599.2kJ/ml
1299.6kJ/ml
C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) △H= -1299.6kJ/ml
注意:表示燃烧热的热化学方程式中,可燃物前面系数为1,其他物质以此为前提配平,通常出现分数(一般的热化学方程式无此要求)。
3. 表示燃烧热的热化学方程式的书写注意:
应以1ml可燃物质的标准来配平其余物质的化学计量数(常出现分数)
①燃烧的条件是在101kPa(一般省略);②在燃烧热的热化学方程式中,可燃物的化学计量数必须为1, 其余物质化学计量数可为分数;③物质燃烧都是放热反应,所以表达物质燃烧时的△H均为负值;④生成的产物是稳定的氧化物,如:C→C02(g)、H→H20(l)、S→S02(g)、 N→N2(g)等;如H2(g)+ 1/2 O2(g) = H2O(l) △H =-285.8 kJ/ml⑤注意区别——燃烧的热化学方程式和燃烧热的热化学方程式、 中和反应的热化学方程式和中和热的热化学方程式
补充拓展:按转换传递过程
自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源。
如:电能、氢能、煤气、水煤气、蒸汽、焦炭、汽油、煤油、柴油、液化石油气、沼气能等。
如:原煤、原油、天然气、太阳能、水力、潮汐能、地热能、生物质能、风能、海洋温差能等。
需依靠其它能源的能量间接制取的能源。
1.提高能源的利用效率:①改善开采、运输、加工等各个环节;②科学控制燃烧反应,使燃料充分燃烧。
2.开发新能源:开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
(3).解决能源问题的措施
1.据某网报道,欧洲一集团公司拟在太空建立巨大的集光装置,把太阳光变成激光用于分解海水制氢,其反应可表示为2H2O 2H2↑+O2↑。有下列几种说法:①水分解反应是放热反应;②若用生成的氢气与空气中多余的二氧化碳反应生成甲醇储存起来,可改善生存条件;③使用氢气作燃料有助于控制温室效应;④氢气是一级能源。其中叙述正确的是A.①② B.③④ C.②③ D.①②③④
一、能源 燃烧热概念的理解
2.油酸甘油酯(相对分子质量为884)在体内代谢时可发生如下反应:C57H104O6(s)+80O2(g)=57CO2(g)+52H2O(l)已知燃烧1 kg该化合物释放出3.8×104 kJ热量,油酸甘油酯的燃烧热为A.3.8×104 kJ·ml-1 B.-3.8×104 kJ·ml-1C.3.4×104 kJ·ml-1 D.-3.4×104 kJ·ml-1
≈3.4×104 kJ·ml-1
3.依据事实,写出下列反应的热化学方程式。(1)已知2.0 g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和水蒸气时,放出33.4 kJ的热量,则表示肼燃烧的热化学方程式为 。(2)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25 ℃、101 kPa下,已知该反应每消耗1 ml CuCl(s)放热44.4 kJ,该反应的热化学方程式是___________________________________________________________。
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4 kJ·ml-1
4CuCl(s)+O2(g)=2CuCl2(s)+2CuO(s) ΔH=-177.6 kJ·ml-1
二、热化学方程式的书写
4.分析图像书写热化学方程式。
(1)图甲表示的是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。
NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g) ΔH=-234 kJ·ml-1
解析:ΔH=(134-368) kJ·ml-1=-234 kJ·ml-1。
(2)图乙表示氧族元素中的氧、硫、硒、碲在生成1 ml气态氢化物时的焓变数据,根据焓变数据可确定a、b、c、d分别代表哪种元素,试写出硒化氢在热力学标准状态下,发生分解反应的热化学方程式: 。
H2Se(g)=Se(s)+H2(g) ΔH=-81 kJ/ml
解析:非金属性:氧>硫>硒>碲,
气态氢化物的稳定性:H2O>H2S>H2Se>H2Te
→则可确定a、b、c、d分别代表碲、硒、硫、氧元素
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