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化学反应与能量变化
第1讲化学反应与能量变化(基础)
学习目标
1、了解有效碰撞、活化分子和活化能的概念模型。
2、了解化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式;知道反应热和焓变的含义。
3、掌握热化学方程式的意义并能正确书写热化学方程式。
要点梳理
知识点一、几个概念模型
1、有效碰撞:
引起分子间发生化学反应的碰撞
说明:
(1)分子间的碰撞是发生化学反应的必要条件
(2)有效碰撞是发生化学反应的充分条件
(3)单位时间内有效碰撞的次数越多,化学反应进行的越快
2、活化分子:
具有较高能量,能够发生有效碰撞的分子
说明:
(1)发生有效碰撞的分子一定是活化分子,但活化分子的碰撞不一定是有效碰撞,这还决定于分子运动的取向问题。
(2)有效碰撞次数的多少与单位体积内反应物中活化分子的多少有关
3、活化能:
活化分子高出反应物分子平均能量的部分
说明:
(1)活化能的大小是由反应物分子的性质决定的
(2)活化能越小则一般分子成为活化分子越容易,则活化分子越多,则单位时间内有效碰撞越多,则反应速率越快。
(3)活化能的大小虽然意味着一般分子成为活化分子的难易,但是却对这个化学反应前后的能量变化并不产生任何影响。
如图所示:
E1 :
活化能
E2 :
活化分子变成生成物分子放出的能量
E2-E1:
化学反应前后的能量变化
4、催化剂
说明:
如图所示,催化剂改变了反应过程
知识点二、反应热焓变等相关概念
1、反应热
定义:
在化学反应过程中放出或吸收的热量
符号:
用Q表示
单位:
kJ/mol
2、焓变
含义:
焓是表述物质所具备的能量大小的物理量,符号为H。
△H为生成物的总焓与反应物的总焓之差,称为化学反应的焓变。
△H=H(生成物)-H(反应物)
说明:
(1)反应热与焓变的关系
热化学研究表明,对于等压条件下进行的化学反应,如果反应中物质的能量变化只转化成热能,而没有转化为电能、光能等其他形式的能,则该反应的反应热就等于反应前后物质的焓的改变。
数学表达式:
QP=∆H,其中:
Qp表示在压强不变的条件下化学反应的反应热。
(2)△H的正负与吸放热的关系
当△H为“-”或小于0,为放热反应;当△H为“+”或大于0,为吸热反应。
(3)吸放热与物质能量的关系
放热反应中:
反应物总能量大于生成物总能量,反应后体系能量降低;即△H<0。
吸热反应中:
反应物总能量小于生成物总能量,反应后体系能量升高;即△H>0。
(4)吸放热与化学键的关系
反应物分子断键时吸收的能量>生成物分子成键时释放的能量,则化学反应为吸热反应。
反应物分子断键时吸收的能量<生成物分子成键时释放的能量,则化学反应为放热反应。
知识点三、热化学方程式
1、概念:
能够表示反应热的化学方程式叫做热化学方程式。
例如:
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g);△H=-184.6kJ/mol
2、意义:
既表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化。
要点诠释:
(1)热化学方程式必须标出能量变化。
(2)热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态,因为反应热除跟物质的量有关外,还与反应物和生成物的聚集状态有关。
(3)热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的量,因此可以用分数,但要注意反应热也发生相应变化。
知识点四、正确理解和应用热化学方程式的注意事项
1、普通化学方程式只表明了化学反应中的物质变化;热化学方程式是表示反应所放出或吸收热量的化学方程式,它既表明了化学反应中的物质变化,又表明了化学反应中的能量变化。
2、△H只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右(后)边,即只有在热化学方程式中出现。
若为放热反应,△H为“-”;若为吸热反应,△H为“+”。
△H的单位一般为kJ/mol。
3、反应热△H与测定条件(温度、压强等)有关。
书写热化学方程式时,应注明△H的测定条件(温度、压强),未指明温度和压强的反应热△H,指25℃(298K)、101kPa时的反应热△H(绝大多数反应热△H是在25℃、101kPa时测定的)。
4、物质本身具有的能量与物质的聚集状态有关。
反应物和生成物的聚集状态不同,反应热△H的数值以及符号都可能不同。
因此,必须注明物质(反应物和生成物)的聚集状态(气体:
g 液体:
l 固体:
s 稀溶液:
aq),才能完整地体现出热化学方程式的意义。
热化学方程式中,不用“↑”和“↓”。
5、普通化学方程式中,各物质化学式前的化学计量数可以表示物质的分子数、物质的量等含义;但是在热化学方程式中,只表示该物质的物质的量,所以可以是整数、分数、或小数。
对相同化学反应,化学计量数不同,反应热△H也不同。
如:
。
6、相同条件(温度、压强),相同物质的化学反应(互逆反应,不一定是可逆反应),正向进行的反应和逆向进行的反应,其反应热△H数值相等,符号相反。
如:
7、反应热△H的单位kJ/mol中的“/mol”是指化学反应整个体系(即指“每摩化学反应”),而不是具体指该反应中的哪一种物质。
如
指“每摩
反应”,放出571.6kJ的能量,而不是指反应中各物质的物质的量。
8、不论化学反应是否可逆,热化学方程式中的反应热△H表示反应进行到底(完全转化)时的能量变化。
如:
是指2molSO2(g)和1molO2(g)完全转化为2molSO3(g)时放出的能量。
若在相同的温度和压强时,向某容器中加入2molSO2(g)和1molO2(g)反应达到平衡时,放出的能量为Q,因反应不能完全转化生成2molSO3(g),故Q<197kJ。
9、关于反应热的大小比较问题,注意理解:
有两种情况,其一是比较Q(热量值),那么就只与反应热的数值有关,与“+”“-”符号无关,“+”“-”只表示吸热或放热;其二是比较△H,那么就与“+”“-”符号有关。
如
两反应的反应热的关系为a
两反应的△H的关系为△H1>△H2
典型例题
类型一:
反应热、△H等概念的理解及运用
【例1】已知1mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量242kJ,且氧气中1molO=O键完全断裂时吸收热量496kJ,水蒸气中1molH—O键形成时放出热量463kJ,则氢气中1molH—H键断裂时吸收热量为()。
A.920kJB.557kJC.436kJD.188kJ
举一反三:
【变式1】对下列化学反应热现象,不正确的说法是( )
A.放热的反应发生时不必加热
B.化学反应一定有能量变化
C.一般地说,吸热反应需要加热后才能发生
D.化学反应热效应数值与反应物质多少有关
【变式2】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.金刚石比石墨稳定
D.金刚石和石墨不能相互转化
类型二:
热化学方程式的意义及书写
【例2】已知:
101kPa时1mol辛烷燃烧生成液态水时放出热量为5518kJ;强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1molH2O时放出的热量为57.3kJ,则下列热化学方程式的书写正确的是( )
①2C8H18(l)+25O2(g)====16CO2(g)+18H2O(g)ΔH=-11036kJ·mol-1
②2C8H18(l)+25O2(g)====16CO2(g)+18H2O(l)ΔH=-11036kJ·mol-1
③H++OH-====H2O ΔH=-57.3kJ·mol-1
④2NaOH(aq)+H2SO4(aq)====Na2SO4(aq)+2H2O(l)ΔH=-114.6kJ·mol-1
A.①③B.②③C.②④D.只有②
举一反三:
【变式1】热化学方程式C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)ΔH=+131.3kJ/mol表示()
A.碳和水反应吸收131.3kJ能量
B.1mol碳和1mol水反应生成一氧化碳和氢气并吸收131.3kJ热量
C.1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成一氧化碳气体和氢气,并吸热131.3kJ
D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.1kJ
【例3】将0.3mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5kJ热量,该反应的热化学方程式为___________。
又已知:
H2O(g)=H2O(l);△H2=-44.0kJ/mol,则11.2L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是________kJ。
举一反三:
【变式1】CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体.在25℃、101kPa下,已知该反应每消耗1molCuCl(s),放热44.4kJ,该反应的热化学方程式是 .
巩固练习
一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)
1.下列变化不能说明发生了化学变化的是()
A.变化时有电子的得失或共用电子对的偏移
B.变化过程中有旧化学键的断裂和新化学键的形成
C.变化时释放出能量
D.变化前后原子的种类和数目没有改变,分子种类增加了
2.下列说法错误的是()
A.化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
B.放热反应和吸热反应取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小
C.化学反应中的能量变化,通常表现为热量的变化——放热或者吸热
D.凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应
3.氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。
在反应过程中,破坏1mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1kJ,破坏1mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2kJ,形成1mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3kJ。
下列关系式中,正确的是( )
A.Q1+Q2>Q3B.Q1+Q2>2Q3C.Q1+Q2<Q3D.Q1+Q2<2Q3
4.标准状态下,气态分子断开1mol化学键的焓变为键焓.已知H﹣H,H﹣O和O=O键的键焓△H分别为436kJ•mol﹣1、463kJ•mol﹣1和495kJ•mol﹣1.下列热化学方程式正确的是( )
A.H2O(g)═H2(g)+
O2(g)△H=﹣485kJ•mol﹣1
B.H2O(g)═H2(g)+
O2(g)△H=+485kJ•mol﹣1
C.2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=+485kJ•mol﹣1
D.2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=﹣485kJ•mol﹣1
5.某反应过程能量变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.反应过程a有催化剂参与
B.该反应为放热反应,热效应等于△H
C.改变催化剂,可改变该反应的活化能
D.在催化剂条件下,反应的活化能等于E1+E2
6.下列说法正确的是( )
A.反应热就是反应中放出的能量
B.在101kPa时,1mol碳燃烧
所放出的热量为碳的燃烧热
C.由C(石墨)―→C(金刚石) ΔH=+1.9kJ·mol-1可知,金刚石比石墨稳定
D.等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,前者放出的热量多
7.科学家已获得了极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四面体(如图所示),与白磷分子相似。
已知断裂1molN—N键吸收193kJ热量,断裂1molN≡N键吸收941kJ热量,则( )
A.N4的熔点比P4高
B.1molN4气体转化为N2时要吸收724kJ能量
C.N4是N2的同系物
D.1molN4气体转化为N2时要放出724kJ能量
8.根据热化学方程式:
S(l)+O2(g)=SO2(g) ΔH=-293.23kJ/mol,分析下列说法正确的是( )
A.S(s)+O2(g)=SO2(g),反应放出的热量大于293.23kJ/mol
B.S(g)+O2(g)=SO2(g),反应放出的热量小于293.23kJ/mol
C.1molSO2的化学键断裂吸收的能量总和大于1mol硫和1mol氧气的化学键断裂吸收的能量之和
D.1molSO
2的化学键断裂吸收的能量总和小于1mol硫和1mol氧气的化学键断裂吸收的能量之和
9.研究表明,化学反应中能量变化的本质是化学键的形成和断裂过程中会释放和吸收能量。
下图表示反应2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)的能量变化,下列有关说法中错误的是()
A.图中的①是指吸收能量,②是指放出能量
B.图示说明反应2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)是一个吸热反应
C.图示说明化学键的形成与断裂是化学反应中发生能量变化的主要原因
D.③中a为484
10.下列各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的是( )
①C(s)+O2(g)=CO2(g);ΔH1C(s)+1/2O2(g)=CO(g);ΔH2
②S(s)+O2(g)=SO2(g);ΔH3S(g)+O2(g)=SO2(g);ΔH4
③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);ΔH52H2(g)+O2(g)=2H2O(l);ΔH6
④CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g);ΔH7CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s);ΔH8
A.① B.④C.②③④D.①②③
11.下列关于反应能量的说法正确的是( )
A.Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s)ΔH=-216kJ·mol-1,E反应物<E生成物
B.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH=+178.5kJ·mol-1,E反应物<E生成物
C.HI(g)
1/2H2(g)+1/2I2(s) ΔH=+26.5kJ·mol-1,1molHI在密闭容器中分解后吸收26.5kJ的热量
D.H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.2kJ·mol-1,含1molNaOH水溶液与含0.5mol的浓硫酸混合后放热57.2kJ
12.1,3﹣丁二烯和2﹣丁炔分别与氢气反应的热化学方程式如下:
CH2=CH﹣CH═CH2(g)+2H2(g)→CH3CH2CH2CH3(g)+236.6kJ
CH3﹣C≡C﹣CH3(g)+2H2(g)→CH3CH2CH2CH3(g)+272.7kJ
由此不能判断( )
A.1,3﹣丁二烯和2﹣丁炔稳定性的相对大小
B.1,3﹣丁二烯和2﹣丁炔分子储存能量的相对高低
C.1,3﹣丁二烯和2﹣丁炔相互转化的热效应
D.一个碳碳叁键的键能与两个碳碳双键的键能之和的大小
二、非选择题
1.某同学设计如图的实验方案来探究NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O反应
中的能量变化。
根据他的实验步骤填写对应的实验现象和结论。
(1)列表整理实验事实和结论
实验步骤
实验现象
得出结论
A.将晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物,并在烧杯口放一湿润的
红色石蕊试纸
B.用手触摸烧杯下部
C.用手拿起烧杯
D.将粘有玻璃片的烧杯放在盛有热水的烧杯上一会儿再拿起
E.反应完后移走烧杯上的多孔塑料板,观察反应物
(2)问题讨论
①实验中为何要在晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物
?
②在实验中即使不结冰,将烧杯拿起时烧杯与玻璃片也可能粘在一起。
怎样用简单方法说明烧杯与玻璃片之间是因结冰而粘在一起的?
③浸有稀H2SO4的棉花有何作用?
2.
(1)高中教材中有这样一个实验:
在两支试管中分别加入3mL稀盐酸(均足量)(只有浓度小于1mol·L-1的稀盐酸跟Na2CO3和NaHCO3反应才能根据反应的剧烈程度区分开来,浓度较高则反应现象都是同样的剧烈),将两个各装有0.3gNaHCO3和Na2CO3粉末的小气球分别套在两支试管口上。
将气球内的NaHCO3和Na2CO3同时倒入试管中,观察到现象如下:
①试管中(填产生沉淀或气体及反应速率等相关现象)__________________________________;
②试管中气球大小(包含试管)体积之比约为(填最简单整数比)Ⅰ:
Ⅱ=____________;
③甲同学用手触摸试管,发现盛NaHCO3粉末的试
管变冷,而盛Na2CO3粉末的试管温度有升高。
由此他得出:
不管其状态如何,NaHCO3和HCl反应为吸热反应,而Na
2CO3和HCl反应为放热反应。
其中得出的结论是否正确____________。
(填“正确”或“不正确”)
(2)为研究是吸热还是放热反应,继续进行了下列实验(每次实验各做3次平行实验,取平均值):
(注:
每组固体完全溶解且完全反应)
序号
试剂1
试剂2
混合前温度
混合后最高或最低温度
A
50mL水
2.5gNaHCO3固体
20℃
18.5℃
B
50mL水
3.2gNa2CO3固体
20℃
23.3℃
C
50mL稀盐酸
2.5gNaHCO3固体
20℃
17.4℃
D
50mL稀盐酸
3.2gNa2CO3固体
20℃
24.4℃
请你帮助填写相关内容:
①该研究报告的题目是___________________________________________________;
②该实验中所用的仪器除试管、药匙(或V形纸槽)、气球、下端带环状玻璃棒、烧杯、量筒、保温瓶外,还需要的仪器名称为____________和____________;通过上述实验可得出两条结论:
a:
Na2CO3溶液和盐酸的反应是____________(吸热或放热)反应;
b:
NaHCO3溶液和盐酸的反应是____________(吸热或放热)反应。
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