最新高考化学能与热能全面的知识点+经典例题+综合性练习及详细答案解析.docx
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最新高考化学能与热能全面的知识点+经典例题+综合性练习及详细答案解析
课时教案
授课教师
日期
时间
学生
年级
科目
化学
课题
化学能与热能
教学目标
了解化学反应中能量转化的原因,能说出常见的能量转化形式;了解化学能与热能的相互转化;了解吸热反应、放热反应、反应热等概念;了解热化学方程式的含义,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算
教学重难点
利用盖斯定律的计算
教学过程
一、化学反应的焓变
1.定义:
化学反应过程中所释放或吸收的能量,都可以热量(或转换成相应的热量)来表示,称为焓变(ΔH),单位:
kJ/mol或kJ•mol-1
在化学反应中,旧键的断裂需要吸收能量,而新键的形成则放出能量。
总能量的变化取决于上述两个过程能量变化的相对大小。
任何一个化学反应中,反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量总不会相等的。
在新物质产生的同时总是伴随着能量的变化。
注意:
(1)反应热和键能的关系
例如:
1molH2和1molCl2反应生成2molHCl的反应热的计算。
1moLH2分子断裂开H—H键需要吸收436kJ的能量;1molCl2分子断裂开Cl—Cl键需要吸收243kJ的能量,而2molHCl分子形成2molH—Cl键放出431kJ·mol-1×2mol=862kJ的能量,所以,该反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的反应热
△H===生成物分子形成时释放的总能量—反应物分子断裂时所需要吸收的总能量
===862kJ·mol--436kJ·mol-1-243kJ·mol—1
===183kJ·mol-1
由于反应后放出的能量使反应本身的能量降低,故规定△H=反应物的键能总和—生成物的键能总和
(2)反应焓变与反应条件的关系
焓是科学家们为了便于计算反应热而定义的一个物理量,它的数值与物质具有的能量有关。
对于一定量的纯净物质,在一定的状态(如温度、压强)下,焓有确定的数值。
在同样的条件下,不同的物质具有的能量也不同,焓的数值也就不同;同一物质所处的环境条件(温度、压强)不同,以及物质的聚集状态不同,焓的数值也不同。
焓的数值的大小与物质的量有关,在相同的条件下,当物质的物质的量增加一倍时,焓的数值也增加一倍。
因此,当一个化学放映在不同的条件下进行,尤其是物质的聚集状态不同时,反应焓变是不同的。
2.放热反应和吸热反应
(1)放热反应:
即有热量放出的化学反应,其反应物的总能量大于生成物的总能量。
(2)吸热反应:
即吸收热量的化学反应,其反应物的总能量小于生成物的总能量。
☆常见的放热反应:
①所有的燃烧反应②酸碱中和反应
③大多数的化合反应④金属与酸的反应
⑤生石灰和水反应⑥浓硫酸稀释、氢氧化钠固体溶解等
☆常见的吸热反应:
①晶体Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl②大多数的分解反应
③以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应④铵盐溶解等
3.化学反应中的能量变化示意图对于该“示意图”可理解为下列形式:
由能量守恒可得:
反应物的总能量:
生成物的总能量+热量(放热反应)
反应物的总能量:
生成物的总能量-热量(吸热反应)
4.燃料充分燃烧的两个条件
(1)要有足够的空气
(2)燃料与空气要有足够大的接触面。
二、热化学方程式
1.热化学方程式与普通化学方程式的区别有三点不同
(1)热化学方程式必须标有热量变化。
(2)热化学方程式中必须标明反应物和生成物的状态,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系数只表示各物质对应的物质的量,因此,有时可用分数表示,但要注意反应热也发生相应变化。
2.书写热化学方程式时明确以下问题:
(1)反应放出或吸收的热量的多少与外界的温度和压强有关,需要注明,未特别注明的指101kPa和25℃时的数据。
(2)物质的聚集状态不同,反应吸收和放出的热量不同,因此要注明反应物和生成物的聚集状态。
(3)热化学方程式中的热量数据,是与各化学计量数为物质的量时相对应的,不是几个分子反应的热效应。
因此式中化学计量数可以是整数,也可以是分数。
一般出现分数时是以某一反应物或生成物为“1mol”时其它物质才出现的。
(4)无论热化学方程式中化学计量数为多少,△H的单位总是KJ/mol,但△H的数值与反应式中的系数有关。
三、燃烧热、中和热
1.燃烧热
(1)概念:
在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
燃烧热的单位一般用kJ/mol表示。
注意:
完全燃烧,是指物质中下列元素完全转变成对应的物质:
C→C02,H→H20,S→S02等。
(2)表示的意义:
例如C的燃烧热为393.5kJ/mol,表示在101kPa时,1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。
2.中和热
(1)概念:
在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应而生成1molH20,这时的反应热叫中和热。
(2)中和热的表示:
H+(aq)+OH-(aq)=H2O
(1);△H=-57.3kJ/mol。
3.使
用化石燃料的利弊及
新能源的开发
(1)重要的化石燃料:
煤、石油、天然气
(2)煤作燃料的利弊问题
①煤是重要的化工原料,把煤作燃料简单烧掉太可惜,应该综合利用。
②煤直接燃烧时产生S02等有毒气体和烟尘,对环境造成严重污染。
③煤作为固体燃料,燃烧反应速率小,热利用效率低,且运输不方便。
④可以通过清洁煤技术,如煤的液化和气化,以及实行烟气净化脱硫等,大大减少燃煤对环境造成的污染,提高煤燃烧的热利用率。
(3)新能源的开
发
①调整和优化能源结构,降低燃煤在能源结构中的比率,节约油气资源,加强科技投入,加快开发水电、核电和新能源等就显得尤为重要和迫切。
②最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能等。
这些新能源的特点是资源丰富,且有些可以再生,为再生性能源,对环境没有污染或污染少。
●理解中和热时注意:
①稀溶液是指溶于大量水的离子。
②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。
③中和反应的实质是H+和OH-化合生成H20,若反应过程中有其他物质生成,这部分反应热也不在中和热内。
四、中和热测定实验
在50mL1.0mol/L盐酸跟50mL1.1mol/L氢氧化钠溶液在下图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。
试回答下列问题。
(1)大小烧杯间填满碎纸条的作用是什么?
(2)大烧杯上如不盖硬纸板,对求得中和热的数值有何影响?
(3)改用60mL1.0mol/L盐酸跟50mL1.1mol/L氢氧化钠溶液进行反应,与上述实验相比,所放热量是否相等?
所求中和热数值是否相等?
简述理由。
(4)用相同浓度和体积的氨水代替氢氧化钠溶液进行上述实验,为什么测得中和热的数值偏低?
【实验注意事项:
】
①作为量热器的仪器装置,其保温隔热的效果一定要好。
②盐酸和NaOH溶液浓度的配制须准确,且NaOH溶液的浓度须大于盐酸的浓度。
为了使测得的中和热更准确,所用盐酸和NaOH的浓度宜小不宜大,如果浓度偏大,则溶液中阴阳离子间相互牵制作用就大,电离度就会减少,这样酸碱中和时产生的热量势必要用去一部分来补偿未电离分子的离解热,造成较大的误差。
③宜用有0.1分度值的温度计,且测量时尽可能读准,并估读到小数点后第二位。
温度计的水银球部分要完全浸没在溶液中,而且要稳定一段时间后再读数,以提高所测温度的
精度。
例:
50mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液在如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)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值(填“偏大”、“偏小”、“无影响”)。
(4)实验中60mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH
溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量(填“相等”、“不相等”),所求中和热(填“相等”、“不相等”),简述理由。
(5)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会(均填“偏大”、“偏小”、“无影响”);用50mL0.50mol/LNaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会(均填“偏大”、“偏小”、“无影响”)。
五、反应焓变的计算
1.盖斯定律:
对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应焓(热量)变是一样的。
2.据盖斯定律计算化学反应的焓变
进行反应的焓变计算应注意的问题
(1)由于△H与反应物的物质的量有关,因此热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与△H相对应。
如化学计量数成倍减少或增加,则△H也要成倍的减少或成倍的增加。
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,正负号相反。
(2)在使用盖斯定律时,伴随着两个或多个方程式的加减处理时,△H的计算一定要带上正负号。
六、反应热、中和热、燃烧热的联系与区别
反应热
中和热
燃烧热
含义
化学反应过程中放出或吸收的热量
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应而生成1molH2O(l)时所放出的热量
在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量
反应特点
任何反应
中和反应
燃烧反应
物质状态
物质的状态要确定
稀溶液
生成物在常温下为稳定态
方程式配平标准
任意物质的量
以生成1molH2O(l)为标准
以燃烧1mol可燃物为标准
△H符号
放热取负值、吸热取正值
负值
负值
能量数值的描述
必须指出是放热还是吸热或使用正负值或用△H表示
直接描述热量的变化时不必再指明是放出的热量,可用△H表示
说明
①△H=∑E(生成物)-∑E(反应物)②△H值与书写形式有关,单位一般是“kJ·mol-1”
①电离吸热、溶解时吸热或放热②稀强酸与稀强碱反应的中和热为57.3kJ·mol-1
稳定的氧化物如CO2、SO2、H2O、P2O5等
①在中学阶段,如果不指明条件就默认为通常状况,比较△H的相对大小时要考虑其数值的“+”“-”的问题②用弱酸或弱碱的稀溶液进行中和反应时,每生成1molH2O(l)放出的热量小于57.3kJ
不能根据反应条件是否需要加热来判断一个反应是放热反应还是吸热反应,因为有些放热反应需要加热才能进行,而有些吸热反应在常温下也可自发进行。
实际上反应热就是反应物分子中旧的化学键断裂时所吸收的总能量与形成的生成物分子中新的化学键所释放的总能量之差。
△H=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能)。
同样当“△H”为“-”即△H<0时为放热反应;反之,为吸热反应,这时“△H”为“+”即△H>0。
【例1】下列热化学方程式书写正确的是(△H的绝对值均正确)
A.C2H5OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+3H2O(g);△H=-1367.0kJ/mol(燃烧热)
B.NaOH(aq)+HCl(aq)==NaCl(aq)+H2O(l);△H=+57.3kJ/mol(中和热)
C.S(s)+O2(g)===SO2(g);△H=-269.8kJ/mol(反应热)
D.2NO2==O2+2NO;△H=+116.2kJ/mol(反应热)
【例题2】25℃,101kPa时,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3kJ/mol,辛烷的燃烧热为5518kJ·mol-1。
下列热化学方程式书写正确的是
A.2H+(aq)+SO42-(aq)+Ba2+(aq)+2OH-(aq)=BaSO4(s)+2H2O
(1);△H=-57.3kJ·mol-1
B.KOH(aq)+H2SO4(aq)=K2SO4(aq)+H2O(l);△H=-57.3kJ·mol-1
C.C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g);△H=-5518kJ·mol-1
D.2C8H18(g)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O
(1);△H=-5518kJ·mol-1
【例题3】白磷与氧可发生如下反应:
P4+5O2===P4O10。
已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为:
P-P akJ·mol-1、P-O bkJ·mol-1、
P=O ckJ·mol-1、O=O dkJ·mol-1。
根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的△H,其中正确的是
A.(6a+5d-4c-12b)kJ·mol-1 B.(4c+12b-6a-5d)kJ·mol-1
C.(4c+12b-4a-5d)kJ·mol-1 D.(4a+5d-4c-12b)kJ·mol-1
【例4】已知在25℃,101kPa下,lgC8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量。
表示上述反应的热化学方程式正确的是()
A.C8H18
(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g);△H=-48.40kJ·mol-1
B.C8H18
(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O
(1);△H=-5518kJ·mol-1
C.C8H18
(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O
(1);△H=+5518kJ·mol-1
D.C8H18
(1)+22.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O
(1);△H=-48.40kJ·mol-1
【例5】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=-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)+1/2O2(g)=CO(g);△H=-Q1;C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-Q2
D.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g);△H=-Q1;1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g);△H=-Q2。
【例6】炽热的炉膛内有反应:
C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-392kJ/mol,往炉膛内通入水蒸气时,有如下反应:
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g);△H=+131kJ/mol,CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g);△H=-282kJ/mol,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);△H=-241kJ/mol,由以上反应推断往炽热的炉膛内通入水蒸气时()
A.不能节省燃料,但能使炉火瞬间更旺B.虽不能使炉火瞬间更旺,但可以节省燃料
C.既能使炉火瞬间更旺,又能节省燃料D.既不能使炉火瞬间更旺,又不能节省燃料
【例7】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()
A.Q1>Q2B.Q1<Q2C.Q1=Q2D.无法确定
【例8】已知有amolC和bmolO2(a>2b),充分反应后,将得到的可燃性物质提取后再次燃烧,充分反应。
可燃性物质燃烧放出的热量有p%被mg、0℃的水吸收,使之沸腾。
若已知1molC燃烧成CO2放出的热量为qJ,试求1molC燃烧成CO所放出的热量约为多少?
(c=4.2×103J/kg·℃)
【例9】接触法制硫酸的流程可表示如下:
问:
(1)热交换器在制硫酸的过程中有何重要作用?
(2)若以T1、T2、T3、T4分别表示进出热交换器的气体温度,且T1=80℃,T3=600℃、T4=250℃,求进入接触室后的SO2、O2混合气体的温度T2(设进、出热交换器的气体的平均比热均为0.8kJ/(kg•℃))。
(3)假定每天进入接触室的混合气体为20t,问与不用热交换器相比较每年至少可节省多少吨含碳80%的优质煤?
(已知煤的供热效率为20%,C(s)+O2(g)=CO2(g);ΔH=-393kJ/mol)
【典型例题】
题型一:
有关热化学反应方程式的的含义及书写
1.已知一定量的物质参加反应放出的热量,写出其热化学反应方程式
例1.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。
2、有关反应焓变的计算
(1)盖斯定律及其应用
化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关,而与具体反应进行的途径无关,如果一个反应可以分几步进行,则各分步及反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的,这就是盖斯定律。
例如:
可以通过两种途径来完成。
如上图
已知:
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);△H1=-241.8kJ/mol
H2O(g)=H2O(l);△H2=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律,则
△H=△H1+△H2=-241.8kJ/mol+(-44.0kJ/mol)=-285.8kJ/mol
其数值与用量热计测得的数据相同。
(2)根据一定量的物质参加反应放出的热量(或根据已知的热化学方程式),进行有关反应焓变的计算或比较大小。
例2、已知:
;
;
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
(3)利用键能计算反应热
方法:
ΔH=∑E(反应物)-∑E(生成物),即反应热等于反应物的键能总和跟生成物的键能总和之差。
通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。
键能常用E表示,单位是kJ/mol。
例题3.CH3—CH3→CH2=CH2+H2;有关化学键的键能如下。
化学键C-HC=CC-CH-H
键能(kJ/mol)414.4615
.3347.4435.3
试计算该反应的反应热
题型三:
燃烧热、中和热的判断、求算及测量
例4、下列说法正确的是
A.在101kPa时,1mol物质完全燃烧时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热
B.酸和碱发生中和反应生成1mol水,这时的反应热叫中和热
C.燃烧热或中和热是反应热的种类之一
D.在稀溶液中,1molCH3COOH和1molNaOH完全中和时放出的热量为57.3kJ
【跟踪训练】
一.选择题(本题包括8小题,每小题只有一个正确选项)
1.下列热化学方程式中,△H能正确表示物质的燃烧热的是()
A.CO(g)+1/2O2(g)==CO2(g)△H=-283.0kJ/mol
B.C(s)+1/2O2(g)==CO(g)△H=-110.5kJ/mol
C.H2(g)+1/2O2(g)==H2O(g)△H=-241.8
kJ/mol
D.2C8H18(l)+25O2(g)==16CO2(g)+18H2O(l)△H=-11036kJ/mol
2.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=bC.a>b D.无法确定
3.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
4.已知25℃、101kPa下,石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为
C(石墨)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.51kJ·mol-1
C(金刚石)+O2(g)=CO2(g)△H=-395.41kJ·mol-1
据此判断,下列说法正确的是()
A.由石墨制备金刚石是吸热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的低
B.由石墨制备金刚石是吸热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的高
C.由石墨制备金刚石是放热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的低
D.由石墨制备金刚石是放热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的高
5.已知⑴H2(g)+1/2O2(g)====H2O(g)△H1=akJ·mol-1[来源:
Zxxk.Com]
⑵2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)△H2=bkJ·mol-1
⑶H2(g)+1/2O2(g)====H2O(l)△H1=ckJ·mol-1
⑷2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)△H2=dkJ·mol-1
下列关系式中正确的是()
A.a<b<0B.b>d>0C.2a=b<0D.2c=d>0
6.热化学方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)△H=+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
7.已知甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为55.625kJ·g-1。
下列热化学方程式中不正确的是( )
A.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ/mol
B.1/2CH4(g)+O2(g)=1/2CO2(g)+H2O(l)△H=-445kJ/mol
C.
D.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-55.625kJ/mol
8.在烃分子中去掉2个氢原子形成一个双键是吸热反应,大约需117kJ/mol~125KJ/mol的热量,但1,3—环己二烯失去2个氢原子变成苯是放热反应,△H=-23.4kJ/mol,以上事实表明( )
A.1,3—环己二烯加氢是吸热反应 B.苯加氢生成环己烷是吸热反应
C.1,3—环己二烯比苯稳定 D.苯比1,3—环己二烯稳定
二.选择题(本题包括8小题,每小题有1~2个选项符合题意。
)
9.X、Y二元素的原子,当它们分别获得两个电子形成稀有气体元素原子层结构时,X放出的热量大于Y放出的热量;Z、W两元素的原子,当它们分别失去一个电子形成稀有气体元素原子的电子层结构时,吸收能量W大于Z。
则X、Y和Z、W分别形成的化合物中,离子化合物可能性最大的是( )
A.
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