化学能与热能基础知识梳理
化学反应与能量
基础知识梳理
一、反应热焓变
1.含义:在恒压条件下化学反应的热效应,其符号为ΔH ,单位是 kJ ?mol-1测量仪器是量热计。
2.产生原因:
3.吸热反应和放热反应
一个确定的化学反应是吸热反应还是放热反应,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
(1)吸热反应:反应物总能量 < 生成物总能量。该过程中热能转化为化学能。
(2)放热反应:反应物总能量 > 生成物总能量。该过程中化学能转化为热能。判断依据放热反应吸热反应
ΔH的符号ΔH<0(“-”号)ΔH>0(“+”号)
与物质能量的关系E反应物>E生成物E反应物 与化学键的关系生成物分子成键时释放出的总能量大 于反应物分子断裂时吸收的总能量 生成物分子成键时释放出的总能量小于 反应物分子断裂时吸收的总能量 ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和 反应过程图示 常见反应①燃烧反应 ②中和反应 ③金属与水(或酸)的反应 ①大多数的分解反应 ②盐的水解 ③NH4Cl与Ba(OH)2?8H2O的反应 【思考】 1、浓硫酸的稀释、NaOH固体溶解于水放热,NH4NO3(固体)溶于水吸热,这些是否属于放热反应或吸热反应? 2、判断某个反应是放热反应还是吸热反应,与反应条件有关吗?反应热的多少与反应途径有关吗? 3、物质所具有的能量和物质的键能之间有怎样的关系? 【特别提醒】 ①不论放热反应还是吸热反应,均指化学反应,如浓硫酸的稀释、NaOH固体的溶解,三态的变化(如水的汽化、碘的升华)等都不是放热反应或吸热反应。 ②判断某个反应是放热反应还是吸热反应,与反应条件(是否需要加热)无关,反应热的多少与反应途径无关,只与反应物和生成物相应状态的总能量大小有关。 ③一般情况下,物质越稳定,具有的能量就越低,键能就大。利用放热反应和吸热反应可以比较反应物和生成物的相对稳定性,能量越低越稳定。 ④一个反应若正反应为放热反应,则逆反应为吸热反应,如H2在O2中燃烧为放热反应,则 水的分解即为吸热反应 4.常见物质含共价键的物质的量 1 mol晶体硅中含 2 mol Si—Si键,1 mol金刚石含2 molC—C键,1 mol石墨含 molC—C键,1 mol SiO2中含4 mol Si—O键。 二热化学方程式 【知识梳理】 1、定义:表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式。 2、意义:表明了化学反应中的物质变化和完全反应时的能量变化。 如:2H2(g)+ O2(g)= 2H2O(l)ΔH= kJ/mol 表示在25℃、101Kpa下,2molH2(g)和1molO2(g)完全反应生成2molH2O(l)时释放 kJ的热量。 3、书写要求: (1)注明?H的“+”、“-”和单位,注意“+”不能省略 (2)注明各物质的聚集状态,如s、l、g、aq,如H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ?H 因为同种物质状态不同,具有的能量也不同,以物质A为例:A(g)>A(l)>A(s) (3)注明反应的温度和压强。若不注明,即指该反应的?H在常温常压下测定 (4)热化学方程式中的化学计量系数只表示物质的量,不表示分子数 因此化学计量系数既可以是整数,也可以是分数。且?H的大小与方程式中的化学 计量系数成正比,如果化学计量系数加倍时,则?H也要加倍。当反应逆向进行时, 逆反应的?H与正反应的?H 绝对值相等,符号相反。 如 2H 2(g)+ O2(g)= 2H2O(l)?H1 H 2(g )+1/2 O 2(g )= H 2O (l ) ?H 2 2H 2O (l )= 2H 2(g )+ O 2(g ) ?H 3 (5)一般不需注明反应条件(如加热、点燃等)。 (6)中间用“=”不用“→”,常见的可逆反应仍用“”,但要注意理解其含义。 【要点深化】 1、 判断热化学方程式正误的“四看”法 (1)“一看”各物质的聚集状态是否正确; (2)“二看” ?H 的“+”、“-”是否正确; (3)“三看”反应热的单位是否为kJ/mol (4)“四看”反应热数值与化学计量数是否对应。 2、根据两个热化学方程式比较反应热大小时要注意: (1)物质的聚集状态及其化学计量数; (2)反应热所带的“+”、“-”号均具有化学意义,参与大小比较。 三 燃烧热和中和热 1.燃烧热 (1)概念:在101 kPa 时,1 mol 纯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 -1 表示。 燃烧热的限定词有恒压(101 kPa 时)、可燃物的物质的量(1 mol)、完全燃烧、稳定的氧化物等,其中的“完全燃烧”,是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物:C→CO 2(g),H→H 2O(l),S→SO 2(g)等。 (2)表示的意义:例如C 的燃烧热为 kJ·mol -1 ,表示在101 kPa 时,1 mol C 完全燃烧放出 kJ 的热量。 (3)书写热化学方程式:燃烧热是以1 mol 物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写它的热化学方程式时,应以燃烧1 mol 物质为标准来配平其余物质的化学计量数。例如: C 8H 18(l)+252O 2(g)===8CO 2(g)+9H 2O(l) ΔH =-5 518 kJ·mol -1 ,即C 8H 18的燃烧热为5 518 kJ·mol -1 。 (4)燃烧热的计算:可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q 放=n (可燃物)×ΔH 式中:Q 放 为可燃物燃烧反应放出的热量;n 为可燃物的物质的量;ΔH 为可燃物的燃烧热。 2.中和热 (1)概念:在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol 液态H 2O 时的反应热叫中和热。 (2)注意几个限定词:①稀溶液;②产物是1 mol 液态H 2O ;③用离子方程式可表示为OH - (aq) +H +(aq)===H 2O(l)ΔH =- kJ·mol -1 。 (3)中和热的测定 ①测定原理:ΔH = m 酸+m 碱·c ·t 终-t 始 n c = J·g -1·℃-1=×10-3 kJ·g -1·℃-1;n 为生成H 2O 的物质的量。 ②装置如图(在横线上填出仪器的名称) 四有关反应热的比较、计算 1.ΔH的比较:比较ΔH的大小时需考虑正负号,对放热反应,放热越多,ΔH越小;对吸热反应,吸热越多,ΔH越大。 2.反应热的有关计算 (1)根据热化学方程式计算:反应热与反应物的物质的量成正比。 (2)根据盖斯定律求算:应用盖斯定律进行简单计算时,关键在于设计反应过程,同时注意: ①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。 ②当热化学方程式乘、除以某一个数时,ΔH也应相应地乘、除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。 ③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。 ④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。 (3)根据物质燃烧放热的数值计算:Q(放)=n(可燃物)×|ΔH| 反应热与焓变的区别: 当系统发生了化学反应之后,使反应产物的温度回到反应前始态的温度,系统放出或吸收的热量就称为该反应的热效应,简称反应热,用Q表示,Q与过程有关,不是状态函数,即使始末状态相同,只要过程不同(如等压过程和等容过程),Q值就不同。 我们研究的反应热通常有两种:等容反应热和等压反应热。等容过程反应的热效应(Qv)等于反应的内能变化(ΔU);等压过程反应的热效应(Qp)等于反应的焓变 (ΔH)。通常反应是在等压条件下进行的,所以我们经常提及的反应热如无特别注明都是指等压下的热效应Qp。 焓是热力学中表示物质系统能量的一个状态函数,用符号H表示,H=U+pV。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。焓是状态函数,它的值只与状态有关而与过程无关,例如系统由状态1(H1)?状态2(H2),不管经过什么样的过程由1?2,只要始末状态相同,焓变ΔH=H2-H1就是不变的。这与Q不同,过程变化,Q值就发生变化。只有过程是等压过程时,Q值与焓变相等,此时二者可以互求,其它过程二者均不相同,当然计算公式也就不同啦。 近五年新课标卷 3、- 污染小、腐蚀性小等 4、大于 5、2CO(g)+4H 2(g)=CH 3OCH 3(g)+H 2O(g);ΔH=mol ; 6、×103 kJ 7、(1)2858 (2)CH 3OH (l )+O 2(g )=CO (g )+2H 2O (l ) △H=· mol -1 ; 2014年其它省市高考试题 9、(1)AX 3(l)+X 2(g)===AX 5(s) ΔH =- kJ/mol 10、(1)b (2)氩 Na + (或钠离子) (3)MgO 的熔点高,熔融时耗费更多能源,增加生产成本 AlCl 3是共价化合物,熔融态难导电 (4) SiCl 4(g)+2H 2(g)=====1100 ℃ Si(s)+4HCl(g) ΔH =+ kJ ·mol -1 (5)b (6)4KClO 3=====400 ℃ KCl +3KClO 4 11、(1)三 Ⅰ A 2 1s 22s 22p 63s 23p 2 (2) (3)4CuCl(s)+O 2(g)===2CuCl 2ΔH =- kJ ·mol -1 (合理答案均可) (4)2ClO -2+C2e -l 2===2ClO 2+2Cl - (合理答案均可) 12、(1) (2)b 、c (3)①1NaCl +3H 2O===1NaClO 3+3H 2↑ ②复分解反应 室温下,氯酸钾在水中的溶解度明显小于其他晶体 (4)①ClO -4 ②3ClO -(aq)===ClO -3(aq)+2Cl -(aq) ΔH =-117 kJ ·mol -1 13.(1)A 、C (2)消耗溶液中的酸,促进Al 3+和Fe 3+ 水解生成氢氧化物沉淀 (3)MnO 2(s)+SO 2(g)===MnSO 4(s) ΔH =-248 kJ/mol (4)Mn 2++2H 2O -2e -===MnO 2+4H + (5)MnO 2+H 2O +e -===MnO(OH)+OH - (6)1500c -87ab 2500 14.(1)4ΔH 1+ΔH 2+2ΔH 3 (2)a.放热反应, lg K 随T 增大而减小;吸热反应, lg K 随T 增大而增大 b .焓变 越大,lg K 随T 的变化程度越大 (3)99% (4)Ca(ClO)2(或KClO 3、KMnO 4等氧化性物质) (5)CaS +2O 2=====一定条件 CaSO 4