第6講化學能與熱能 第二單元 化學基本理論 1 定義 在恒壓條件下 進行反應的 符號 單位 規定 放熱反應 H取 吸熱反應 H取 2 化學反應產生能量變化的主要原因在于反應物的總能量和生成物的總能量不盡相同 在破壞化學鍵和形成化學鍵的過程中能量變化不相等 使得化學反應總是伴隨著能量的變化 考點1 反應熱 1 焓變 熱效應 H kJ mol 2 放熱反應與吸熱反應 大于 1 定義 當反應物總能量 生成物總能量時 為放熱 反應 小于 當反應物總能量 生成物總能量時 為吸熱反應 如圖2 6 1所示的能量變化與反應過程的關系 圖2 6 1 當E1 E2時 反應 H 當E1 E2時 反應 H 吸熱 0 放熱 0 2 常見的放熱反應與吸熱反應 中和反應 放熱反應 燃燒反應 大多數化合反應 活潑金屬與強酸的反應 鋁熱反應 鈉與水的反應等 吸熱反應 水解反應 大多數分解反應 一些需持續加熱才能發生的反應 碳與二氧化碳的反應 氫氧化鋇晶體與氯化 銨的反應等 物質的量 反應熱 3 熱化學方程式 1 定義 表示反應物生成物的 和 的關系 kJ mol 2 意義 表明了變化過程中的 而且也表明了該 過程的 如2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6 1 表示在25 101kPa條件下 3 熱化學方程式和化學方程式的區別 整數 物質的量 物質變化 能量變化 能量變化 1molO2 g 完全反應生成2molH2O l 時釋放571 6kJ的能量 2molH2 g 和 4 書寫步驟 寫熱化學方程式一般要先寫出反應過程 注明各物質的狀態 再計算反應熱 寫出熱化學方程式 1 反應熱的單位是 kJ mol 你是如何理解的 答 kJ mol指的是每發生1mol化學方程式給出的反應的熱 效應 而不是指1mol反應物 2 寫熱化學方程式時要注意反應物和生成物的狀態 反應熱要注意符號 為什么反應物的狀態和反應熱密切相關 變 進而使反應熱發生改變 答 因為反應物的聚集狀態發生改變也要伴隨著能量的改 1 已知 1molH2分子中化學鍵斷裂時需要吸收436kJ的能量 1molCl2分子中化學鍵斷裂時需要吸收243kJ的能量 由H原子和Cl原子形成1molHCl分子時釋放431kJ的 能量 下列敘述正確的是 A 氫氣和氯氣反應生成氯化氫氣體的熱化學方程式是H2 g Cl2 g 2HCl g B 氫氣和氯氣反應生成2mol氯化氫氣體 反應的 H 183kJ molC 氫氣和氯氣反應生成2mol氯化氫氣體 反應的 H 183kJ molD 氫氣和氯氣反應生成1mol氯化氫氣體 反應的 H 183kJ mol 解析 根據反應熱的含義 生成2mol氯化氫放出熱量431 2kJ 斷裂1molH2和Cl2分別吸收熱量436kJ 243kJ 故 H 436 243 431 2 183kJ mol 答案 C 解析 燃料要充分燃燒 除了要有足夠的空氣 還要使溫度達到其著火點 C錯誤 化學反應的過程 是化學鍵斷裂和形成的過程 化學鍵形成可以看成是 貯存 在物質內部的能量轉化為熱能等而被釋放出來 但同時化學鍵的斷裂 則需要吸收外界的能量 貯存 為物質內部的能量 D的說法是片面的 答案 CD 2 2010年廣東深圳檢測 雙選 下列說法不正確的是 A 焦炭在高溫下與水蒸氣的反應是吸熱反應B 氫氧化鉀與硝酸的反應是放熱反應C 燃料有足夠的空氣就能充分燃燒D 化學反應的過程 都可以看成是 貯存 在物質內部的能量轉化為熱能等而被釋放出來的過程 3 注意事項 燃燒為放熱反應 所以燃燒熱一定為負值 某些元素完全燃燒生成的穩定物是C CO2 g H H2O l S SO2 g 1molH2完全燃燒生成H2O l 時放出的熱量為 285 8kJ mol 1 考點2 燃燒熱與中和熱 1 燃燒熱 1 定義 1mol 完全 穩定 在25 101kPa時 純物質 燃燒生成 2 反應熱的測定 實驗裝置圖如圖2 6 2 圖2 6 2 原理 通過測定反應前后的溫度變化 根據熱量的計算 公式求出放出的熱量 再計算中和熱 2 中和熱 1 定義 在稀溶液中 時放出的熱叫中和熱 酸跟堿發生中和反應生成1molH2O 操作 實驗步驟 a 量取50 00mL0 5mol LHCl 倒入到小燒杯中 測定溫度 b 再量取50 00mL0 55mol LNaOH 測定溫度 c 混合 攪拌測定溫度 d 重復實驗3次 e 數據處理 最后計算得到的 H 3 能源 圖2 6 3 0 418 t2 t1 0 025kJ mol 1 燃燒熱和中和熱都可以看成是特定條件下的反應熱 或者是限定條件下的反應熱 在中和熱的測定實驗中 要注意使用的儀器裝置 操作 中和熱的計算 數據處理 等 中和熱一定等于 57 3kJ mol嗎 為什么 答 中和熱不一定等于 57 3kJ mol 57 3kJ mol是強酸強堿的稀溶液反應生成1molH2O時放出的熱量 若是弱酸或弱堿時 由于電離要吸熱 所以放出的熱量小于57 3kJ mol 生成沉淀時也要伴隨著熱效應 所以反應熱也發生變化 3 2010年廣東汕頭模擬 下列屬于新能源的是 天然氣 煤 海洋能 石油 太陽能 生物 質能 風能 氫能 A C B D 4 HCl和NaOH溶液反應的中和熱為 H 57 3kJ mol 則H2SO4和Ca OH 2反應的中和熱是 答案 57 3kJ mol 1 解析 天然氣 煤 石油屬于傳統能源 答案 B 考點3 蓋斯定律 1 定義 相同 反應體系的始態和終態 途徑 不管化學反應是一步完成或分幾步完成 其反應熱是 的 反應熱只和 有關 而與 無關 2 舉例如圖2 6 4 始態為S 終態為L 中間過程為R 圖2 6 4 則有 H H1 H2 運用蓋斯定律的關鍵是處理好熱化學方程式的疊加 要注意計量數的改變 實質是物質的量發生了變化 引起的反應熱的改變 如已知 H2 g 1 2O2 g H2O l H 285 8kJ mol 1 則2H2 g O2 g 2H2O l 中的 H為多少 5 2010年重慶理綜 已知H2 g Br2 l 2HBr g H 72kJ mol 蒸發1molBr2 l 需要吸收的能量為30kJ 其它 相關數據如下表 則表中a為 A 404 B 260 C 230 D 200 1 乙酸 2 乙醇 解析 先寫出熱化學方程式 熱點1 熱化學方程式和蓋斯定律的應用 典例1 磷單質及其化合物有廣泛應用 1 同磷灰石 主要成分Ca5 PO4 3F 在高溫下制備黃磷 P4 的熱化學方程式為4Ca5 PO4 3F s 21SiO2 s 30C s 3P4 g 20CaSiO3 s 30CO g SiF4 g H 上述反應中 副產物礦渣可用來 已知相同條件下 4Ca5 PO4 3F s 3SiO2 s 6Ca3 PO4 2 s 2CaSiO3 s SiF4 g H1 2Ca3 PO4 2 s 10C s P4 g 6CaO s 10CO g H2SiO2 s CaO s CaSiO3 s H3 用 H1 H2和 H3表示 H H 圖2 6 5 2 三聚磷酸可視為三個磷酸分子 磷酸結構式見圖2 6 5 之間脫去兩個水分子產物 其結構式為 三聚磷酸鈉 俗稱 五鈉 是常用的水處理劑 其化學式為 利用 中反應可在塑料鍍件表面沉積鎳 磷合金 從而達到化學鍍鎳的目的 這是一種常見的化學鍍 請從以下方面比較化學鍍與電鍍 2H 方法上的不同點 原理上的相同點 化學鍍的優點 答案 1 水泥 H1 3 H2 18 H3 Na5P3O10 3 1 1 1 H2O 1 1 化學鍍無需通電 而電鍍需要通電 都利用氧化還原反 應 化學鍍對鍍件的導電性無特殊要求 解析 1 CaSiO3可以用來制水泥 把幾個熱化學方程式按一定的比疊加即得出所求熱化學方程式 2 一個磷酸中的羥基與另一個磷酸的H之間可以脫水 五鈉 即五個鈉離子 以化合價代數和為零可求解 1 2008年全國卷 紅磷P s 和Cl2 g 發生反應生成PCl3 g 和PCl5 g 反應過程和能量關系如圖2 6 6所示 圖中的 H表示生成1mol產物的數據 圖2 6 6 根據圖2 6 6回答下列問題 1 P和Cl2反應生成PCl3的熱化學方程式 2 PCl5分解成PCl3和Cl2的熱化學方程式 上述分解反應是一個可逆反應 溫度T1時 在密閉容器中加入0 80molPCl5 反應達到平衡時PCl5還剩0 60mol 其分解率 1等于 若反應溫度由T1升高到T2 平衡時PCl5的分解率為 2 2 1 填 大于 小于 或 等于 3 工業上制備PCl5通常分兩步進行 先將P和Cl2反應生成中間產物PCl3 然后降溫 再和Cl2反應生成PCl5 原因是 4 P和Cl2分兩步反應生成1molPCl5的 H3 P和Cl2一步反應生成1molPCl5的 H4 H3 填 大于 小于 或 等于 5 PCl5與足量水充分反應 最終生成兩種酸 其化學方程式是 熱點2 能源問題 典例2 雙選 下列有關能源和能量的說法正確的是 A 目前我國發電量中火力發電居于首位B 蒸汽屬于二次能源C 凡經過加熱而發生的化學反應都是吸熱反應D 酸堿中和反應屬于吸熱反應解析 略 答案 AB 2 雙選 下列說法正確的是 A 硫酸 純堿 醋酸鈉和生石灰分別屬于酸 堿 鹽和氧化物B 蔗糖 硫酸鋇和水分別屬于非電解質 強電解質和弱電解質C Mg Al Cu可以分別用置換法 直接加熱法和電解法冶煉得到D 天然氣 沼氣和水煤氣分別屬于化石能源 可再生能源和二次能源解析 A項純堿不屬于堿 C項Mg Al用電解法冶煉 Cu用置換法等方法來冶煉 答案 BD 1 2011年廣東廣州聯考 化學與生活 社會密切相關 下 列說法不正確的是 A 利用太陽能等清潔能源代替化石燃料 有利于節約資源 保護環境B 凡含有食品添加劑的食物對人體健康均有害 不可食用C 為防止電池中的重金屬等污染土壤和水體 應積極開發廢電池的綜合利用技術D 提倡人們購物時不用塑料袋 是為了防止白色污染答案 B 2 2011年廣東汕頭質檢 已知在298K時下述反應的有關數據 C s 1 2O2 g CO g C s O2 g CO2 g H1 110 5kJ mol H2 393 5kJ mol 則C s CO2 g 2CO g 的 H為 A 283 5kJ molB 172 5kJ molC 172 5kJ molD 504kJ mol答案 B 答案 D 4 2010年廣東汕頭模擬 1 請寫出乙烷在高溫 催化劑的作用下與水蒸氣反應生成氫氣和一氧化碳的化學方程式 2 已知 C s CO g 和H2 g 完全燃燒的熱化學方程式分別為 試寫出由C與水蒸氣在高溫條件下反應生成氫氣和一氧化碳的熱化學方程式 1 低碳經濟 是指通過技術創新 新能源開發等多種手段 盡可能地減少煤炭 石油等高碳能源的消耗 減少溫室氣體的排放的一種經濟發展形態 下列措施中 不符合 低碳經 濟 的是 A 開發太陽能 氫能等代替高碳能源B 農作物收獲后 就地焚燒秸稈 增加土壤中的鉀肥C 發展羰基合成等工藝技術 利用二氧化碳生產精細化工產品D 以煤的氣化為龍頭 大力發展以一碳化學為基礎的新一代煤化工技術答案 B 2 C 石墨 在高溫 高壓及催化劑存在的條件下能轉化為 C 金剛石 該反應為吸熱反應 由此可知 A 石墨比金剛石穩定B 石墨總能量比等質量的金剛石高C 該變化屬于物理變化D 該反應的焓變 H0 D錯 答案 A 3 雙選 單斜硫和正交硫是硫元素形成的兩種不同單質 已知 S 單斜 s O2 g SO2 g S 正交 s O2 g SO2 g H1 297 16kJ mol H2 296 83kJ mol 1 1 S 單斜 s S 正交 s H3 下列說法正確的是 A H1molS 單斜 s 和1molO2 g 的總能量低于1molSO2 g 的能量解析 將 寫成逆反應 反應熱取 H2的相反數 再和 相加即可 答案 AB 4 2007年廣東 將V1mL1 0mol LHCl溶液和V2mL未知濃度的NaOH溶液混合均勻后測量并記錄溶液溫度 實驗結果如圖2 6 12所示 實驗中始終保持V1 V2