课时11焓变反应热和热化学方程式高二化学选修4精品讲义人教版.docx
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课时11焓变反应热和热化学方程式高二化学选修4精品讲义人教版
课时1.1焓变、反应热和热化学方程式
【学习目标】
1、熟知能量转化形式及反应热和焓变的含义、吸热反应和放热反应的本质
2、掌握热化学方程式的概念和意义,并会准确书写热化学方程式
【主干知识梳理】
一、焓变与反应热
1、化学反应的实质与特征
(1)化学反应的实质:
反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成
(2)化学反应的特征:
既有物质变化,又伴有能量变化;能量转化主要表现为热量的变化
2、化学反应中的能量变化——以H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化为例说明
反应中能量变化
由图可知
1molH2分子中的化学键断裂吸收的能量是436kJ
共吸收679kJ
1molCl2分子中的化学键断裂吸收的能量是243kJ
1molHCl分子中的化学键形成释放的能量是431kJ
共放出2×431=862kJ
结论
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应放出的热量为183kJ
3、焓变和反应热的概念
(1)焓及焓变
①焓(H):
是与物质内能有关的物理量
②焓变(∆H):
是变化前后物质的焓值差,化学反应的焓变,为生成物的总焓值与反应物的总焓值之差,
即:
ΔH=H(生成物)-H(反应物)
③单位:
kJ·mol-1或kJ/mol
(2)反应热
①定义:
任何化学反应在发生物质变化的同时都伴随着能量的变化,通常表现为热量变化,即放出热量或吸收热量。
在化学反应中,一定条件下所释放或吸收的热量称为化学反应热,简称为反应热。
恒压条件下进行的化学反应的焓变等于反应热,因此常用ΔH表示反应热
②符号:
ΔH
③单位:
kJ·mol-1或kJ/mol
(3)反应热和焓变的比较
类别
项目
反应热
焓变
不同点
概念
化学反应释放或吸收的热量
化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差
相同点
“+”“-”的意义
“+”表示反应吸热,“-”表示反应放热
数据来源
可以通过实验直接测得,也可以利用已知数据通过计算求得
联系
①等值关系:
恒压条件下反应的反应热等于焓变
②等价关系:
符号是ΔH,单位是kJ·mol-1
【微点拨】
①焓(H)是与内能有关的物理量,内能描述的是物质所具有的能量,是物质固有的性质之一。
不同的物质,其焓不同;相同的物质,如果温度或压强不同,物质的状态不同,其焓也会不同
②焓、焓变、反应热代表的意义不同;焓只有正值,而焓变有正值、负值之分
③化学反应的能量变化主要表现为热量变化,但并不完全是热量变化,还有光能、电能等
④物质发生化学反应一定伴随着能量变化,但伴随能量变化的物质变化不一定都是化学变化
如:
水蒸气变成液态水的过程放热,但该变化为物理变化
⑤能量越低越稳定。
同一物质能量由高到低:
气体(g)>液体(l)>固体(s);稳定性:
气体(g)<液体(l)<固体(s)
4、体系和环境
(1)体系(系统):
被研究的物质系统统称为体系
(2)环境:
体系以外的其他部分称为环境
如:
研究物质在水溶液中的反应,溶液就是体系,而盛溶液的烧杯和溶液之外的空气等便是环境
5、化学反应过程中能量变化的原因
(1)微观角度(从键能分析):
化学反应是旧键断裂,新键生成的反应,两者吸收和释放能量的差异表现为反应能量的变化。
化学键的断裂和形成时吸收和放出的能量差别是化学反应伴随能量变化的本质原因
化学反应的过程
规律
新键生成释放的能量大于旧键断裂吸收的能量,则反应放热
新键生成释放的能量小于旧键断裂吸收的能量,则反应吸热
(2)宏观角度(从物质本身所具有的能量分析)
①反应物总能量大于生成物总能量,反应放热
②反应物总能量小于生成物总能量,反应吸热
【微点拨】
①一个反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无必然关系。
有些放热反应需加热才能进行。
②破坏反应物中的化学键吸收的能量越小,说明反应物越不稳定,本身的能量越高。
③形成生成物的化学键放出的能量越多,说明生成物越稳定,本身的能量越低。
【对点训练1】
1、下列说法中正确的是( )
A.化学反应中的能量变化都表现为热量变化
B.焓变是指1mol物质参加反应时的能量变化
C.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总焓与生成物的总焓一定不同
D.在一个确定的化学反应关系中,反应物的总焓总是高于生成物的总焓
2、下列说法不正确的是( )
A.恒压条件下的焓变在数值上等于变化过程中的热效应B.焓变的符号是ΔH
C.焓变的单位通常是kJ·mol-1D.硝酸铵溶于水是吸热反应
3、由图分析,下列说法正确的是( )
A.A→B+C和B+C→A两个反应吸收或放出的能量不等
B.A→B+C ΔH<0
C.A具有的焓高于B和C具有的焓的总和
D.A→B+C ΔH>0,则B+C→A ΔH<0
二、放热反应和吸热反应
1、基本概念
(1)放热反应:
反应完成时,生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量的反应是放热反应。
由于反应后放出热量(释放给环境)而使反应体系的能量降低,故ΔH<,即ΔH为-
(2)吸热反应:
反应完成时,生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量的反应是吸热反应。
由于反应时吸收环境能量而使反应体系的能量升高,故ΔH>0,即ΔH为+
2、符号的规定:
规定放热反应的∆H为“—””吸热反应的∆H为“+”,即:
放热反应的∆H<0,吸热反应的∆H>0
3、图示法描述吸热反应与放热反应
图示
结论
反应物的总能量大于生成物的总能量为放热反应,即:
E(反应物)>E(生成物)
反应物的总能量小于生成物的总能量为吸热反应,即:
E(反应物)<E(生成物)
4、常见的放热反应、吸热反应
(1)常见的放热反应
①所有的燃烧反应,如:
木炭、CH4等在空气或氧气中的燃烧,钠、H2在氯气中燃烧,镁条在CO2中燃烧
②所有的酸碱中和反应,如:
HCl+NaOH===NaCl+H2O
③大多数的化合反应,如:
CaO+H2O===Ca(OH)2H2+F2===2HF
④铝热反应,如:
2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3
⑤活泼金属与水、与酸的反应,如:
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑Mg+2H+===Mg2++H2↑
⑥生成沉淀的反应
(2)常见的吸热反应
①大多数分解反应,如:
NH4Cl
NH3↑+HCl↑CaCO3
CaO+CO2↑
②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
③C和CO2发生的化合反应及C和H2O(g)的反应
④以碳、CO、H2为还原剂的氧化还原反应:
如:
H2+CuO
H2O+CuC+H2O(g)
CO+H2
5、放热反应和吸热反应的判断
(1)ΔH为“-”或ΔH<0是放热反应,ΔH为“+”或ΔH>0是吸热反应
(2)若生成物的总能量大于反应物的总能量,则为吸热反应
(3)由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应
(4)加热引发的反应,停止加热后反应能继续进行的,则为放热反应,停止加热后反应随之停止,则为吸热反应
【微点拨】
①放热反应和吸热反应是针对化学反应而言,物质三态之间的变化有能量的变化,但属物理变化,故不属于放热反应或吸热反应
②放热反应和吸热反应取决于反应物和生成物总能量的相对大小,与反应条件并无必然的关系
③∆H不仅应用在化学反应中,它还应用于任何有能量变化的过程,如:
H2O(l)→H2O(g)∆H>0;共价键的断裂,吸收能量,∆H>0;原子间通过共用电子对形成共价键,放出能量,∆H<0
【对点训练2】
1、下列说法正确的是( )
A.吸热反应使环境的温度升高
B.当反应放热时ΔH>0,反应吸热时ΔH<0
C.化学反应中,当反应物的总能量大于生成物的总能量时,反应放热,ΔH为“-”
D.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
2、CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示,下列有关两者反应的说法正确的是( )
A.该反应为吸热反应
B.1molCO(g)和1molH2O(g)具有的总能量大于1molCO2(g)和1molH2(g)具有的总能量
C.该反应不需要加热就能进行
D.1molCO2(g)和1molH2(g)反应生成1molCO(g)和1molH2O(g)要放出41kJ热量
3、下列变化过程中ΔH<0的是( )
A.蜡烛燃烧B.煅烧石灰石
C.硝酸铵的溶解D.高温下木炭还原二氧化碳
三、热化学方程式
1、热化学方程式的概念及意义
(1)概念:
能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式,叫做热化学方程式
(2)意义:
不仅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,还说明了物质的“物质的量”与“能量”之间的数量关系
如:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1表示的意义是:
在25℃、101kPa下,2mol气态H2与1mol气态O2反应生成1mol液态水时,放出的热量是571.6kJ
2、热化学方程式的书写方法要求
(1)遵循一般化学方程式的书写规则,一般不写反应条件,不标气体和沉淀符号
(2)标注ΔH的正负。
化学方程式后面空一格标注ΔH,若为放热反应,ΔH为“-”;若为吸热反应,ΔH为“+”
(3)计算ΔH的数值。
根据化学方程式中的化学计量数计算写出ΔH的数值。
ΔH单位是kJ·mol-1
(3)标注各物质聚集状态。
在物质后面用括号标注各物质的聚集状态:
气体用“g”,液体用“l”,固体用“s”,溶液用“aq”
(4)标注反应的温度和压强。
没有特殊说明是指25℃、101kPa,该条件可以不标注,但其他条件必须标注
(5)热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数只表示其物质的量,可以是整数或分数
(6)热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应,若化学计量数加倍,则ΔH的数值也要加倍
如:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1
H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1
(7)逆反应的ΔH数值与正反应的相等、符号相反
3、热化学方程式与普通化学方程式的区别
普通化学方程式
热化学方程式
化学计量数
是整数,既表示微粒个数又表示该物质的物质的量
可以是整数也可以是分数,只表示物质的物质的量
状态
不要求注明
必须在分子式后注明
ΔH正负号及单位
无
必须注明
意义
表明了化学反应中的物质变化
不仅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
遵循规律
原子守恒
原子守恒和能量守恒
【微点拨】
①热化学方程式中不用标明反应条件(如“加热”“高温”“催化剂”等)
②热化学方程式中不再用“↑”、“↓”来标记气体生成物和难溶生成物
③热化学方程式中一般用“===”、可逆反应中用“
”,即便是有机反应的热化学方程式中也不用“―→”
④由于同素异形体的结构不同,所以焓不同,故化学式相同的不同单质与相同的物质发生反应,反应的焓变ΔH也不相同。
对于化学式相同的同素异形体,还必须在化学式后面注明其名称。
如C(s,金刚石)、C(s,石墨)或C(金刚石,s)、C(石墨,s)
【对点训练3】
1、热化学方程式C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)ΔH=+131.3kJ·mol-1表示( )
A.碳和水反应吸收131.3kJ能量
B.1mol碳和1mol水反应生成1mol一氧化碳和1mol氢气并吸收131.3kJ热量
C.1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气,吸收热量131.3kJ
D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3kJ
2、在常温常压下,1g氢气在足量氯气中完全燃烧生成氯化氢气体,放出92.3kJ的热量。
下列热化学方程式中正确的是( )
A.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-92.3kJ·mol-1
B.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=+92.3kJ·mol-1
C.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=+184.6kJ·mol-1
D.2HCl(g)===H2(g)+Cl2(g) ΔH=+184.6kJ·mol-1
3、下列热化学方程式书写正确的是( )
A.2SO2+O2
2SO3 ΔH=-196.6kJ/mol
B.N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+67.7kJ/mol
C.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=+393.5kJ/mol
D.H2O(l)===H2(g)+1/2O2(g) ΔH=+285.8kJ/mol
4、写出下列反应的热化学方程式
(1)1molCO完全转化为CO2放出283kJ的热量:
_____________________________________________________
(2)24gC(s)与足量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收262.6kJ热量:
__________________________________
(3)16gCH4(g)与适量O2(g)反应生成CO2(g)和H2O(l),放出890.3kJ热量:
_______________________________
(4)0.3mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态的三氧化二硼和液态水,放出649.5kJ热量,其热化学方程式为:
__________________
(5)N2(g)与H2(g)反应,生成1molNH3(g)时放出46.1kJ的热量:
_______________________________________
(6)已知:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,请写出1molNH3分解对应的热化学方程式:
______________________________________
四、焓变(ΔH)的计算方法
1、焓变与物质化学键断裂与形成的关系:
ΔH=反应物总键能-生成物总键能
2、焓变与反应物、生成物能量的关系:
ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=H(生成物)-H(反应物)
常见物质中的化学键数目
物质
CO2(C===O)
CH4(C-H)
P4(P-P)
SiO2(Si-O)
石墨
金刚石
S8(S-S)
Si
键数
2
4
6
4
1.5
2
8
2
【对点训练4】
1、SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。
已知:
1molS(s)转化为气态硫原子吸收能量280kJ,断裂1molF—F、S—F键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ。
则反应S(s)+3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为()
A.-1780kJ·mol-1B.-1220kJ·mol-1C.-450kJ·mol-1D.+430kJ·mol-1
2、已知拆开1molH—H键,1molN—H键,1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ,则N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为___________________________
3、已知一些化学键的键能数据如表所示:
化学键
C—H
C—F
H—F
F—F
键能/kJ·mol-1
414
489
565
155
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:
_____________________________________________________________________
【课后作业】
1、下列关于吸热反应和放热反应的说法正确的是( )
A.需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
C.反应物和生成物分别具有的总能量决定了反应是放热反应还是吸热反应
D.当ΔH<0时表明反应为吸热反应
2、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.放热反应在常温下一定很容易发生
C.反应是放热还是吸热,可根据反应物和生成物所具有的总能量的相对大小判断
D.吸热反应在常温下一定不能发生
3、化学反应A2(g)+B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示,下列叙述中正确的是( )
A.每生成2个AB分子吸收(a-b)kJ热量
B.该反应热ΔH=+(a-b)kJ·mol-1
C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量
D.断裂1molA—A和1molB—B键,放出akJ能量
4、下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是( )
A.铝片与稀盐酸反应B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
C.灼热的炭与二氧化碳反应D.甲烷在氧气中的燃烧反应
5、下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是( )
A.放热反应的发生无须任何条件B.化学键的断裂和形成与反应放热和吸热无关
C.化学反应过程都伴随着能量的变化D.硫酸与氢氧化钠的反应是吸热反应
6、已知反应X+Y===M+N为放热反应,对该反应的下列说法中正确的是( )
A.X的能量一定高于MB.Y的能量一定高于N
C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量D.因该反应为放热反应,故不必加热就可发生
7、下列说法正确的是( )
A.浓硫酸溶于水放出大量的热,是放热反应
B.碳酸钙受热分解的反应中生成物总能量高于反应物总能量
C.反应C(石墨)→C(金刚石)的ΔH>0,则金刚石比石墨稳定
D.气态水比液态水稳定
8、下列说法中不正确的是( )
A.分解反应大多数是吸热反应
B.氢氧化钾与硝酸的反应是放热反应
C.燃料有足够的空气就能充分燃烧
D.放热反应的过程,都可以看成是“贮存”在物质内部的能量转化为热能、光能、电能等被释放出来的过程
9、已知:
①能量越低的物质就越稳定,②白磷转化成红磷是放热反应。
据此,下列判断或说法中正确的是( )
A.在相同的条件下,红磷比白磷能量高B.在相同的条件下,白磷比红磷稳定
C.红磷和白磷的结构不同D.红磷容易发生自燃而白磷则不会自燃
10、反应A+B―→C(ΔH<0)分两步进行:
①A+B―→X(ΔH>0),②X―→C(ΔH<0)。
下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
11、化学反应过程中的能量变化如图所示,以下说法中正确的是( )
A.图甲表示的是吸热反应B.图乙表示的是放热反应
C.图甲中ΔH>0D.图乙中ΔH>0
12、下列关于ΔH的说法正确的是( )
A.反应过程中,消耗的反应物越多,ΔH越大
B.ΔH>0时反应放热,ΔH<0时反应吸热
C.ΔH越大,说明反应放出的热量越多
D.能量变化如图所示的化学反应为放热反应,ΔH为“-”
13、已知在25℃、101kPa下,1g液体C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ的热量。
表示上述反应的热化学方程式正确的是( )
A.C8H18(l)+
O2(g)===8CO2(g)+9H2O(g) ΔH=-48.40kJ·mol-1
B.C8H18(l)+
O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5517.6kJ·mol-1
C.C8H18(l)+
O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l)ΔH=+5517.6kJ·mol-1
D.C8H18(l)+
O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-48.40kJ·mol-1
14、今有如下三个热化学方程式,关于它们的下列表述正确的是( )
H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH=akJ·mol-1
H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH=bkJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=ckJ·mol-1
A.它们都是吸热反应B.a、b和c均为正值
C.反应热的关系:
a=bD.反应热的关系:
2b=c
15、下列图像分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系。
据此判断下列说法中正确的是( )
A.石墨转变为金刚石是吸热反应
B.白磷比红磷稳定
C.S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2 则ΔH1>ΔH2
D.CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH>0
16、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.Q
1+Q2>2Q3C.Q1+Q2<Q3D.Q1+Q2<2Q3
17、已知1g氢气
完全燃烧生成水蒸气时放出热量121kJ,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
18、白磷与氧气可发生如下反应:
P4+5O2=P4O10。
已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为:
P—PakJ/mol、P—ObkJ/mol、P===OckJ/mol]、O===OdkJ/mol。
根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH,其中正确的是( )
A.(6a+5d-4c-12b)kJ
·mol-1B.(4c+12b-6a-5d)kJ·mol-1
C.(4c+12b-4a-5d)kJ·mol-1D.(4a+5d-4c-12b)kJ·mol-1
19、根据要求,写出下列反应的热化学方程式:
(1)1molC2H4(g)与适量O2(g)反应,生成CO2(g)和H2O(l),放出1411kJ的热量:
_____________________
(2)1molAl(s)与适量O2(g)发生反应,生成Al2O3(s),放出834.9kJ的热量:
______________________________
(3)2molN2(g)与2molO2(g)充分反应,生成NO(g)并吸收136kJ的热量:
_______________________________
(4)卫星发射可用肼(N2H4)作燃料,2molN2H4(g)在足量O2(g)中燃烧,生成N2(g)和H2O(l)并放出1244kJ的热量:
__________________________________________
(5)已知1molC(石墨,s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收131.3kJ热量,请写出该反应的热化学方程式:
(6)1.7gNH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物,放出22.67kJ的热量
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