化学反应中的能量变化复习教学案例

案例设计：化学反应中的能量变化、热化学方程式[高考要求分析]这部分内容中有许多考点是每年高考的必考内容。主要有以下几点：1．书写热化学方程式或判断热化学方程式的正误；2．有关反应热的计算；放热反应、吸热反应的判断。3．比较反应热的大小，反应热跟化学键的综合联系。最近又出现反应热与能源结合起来进行考查。由于能源问题已成为社会热点，有关能源的试题也将成为今后命题的重点：预计考查反应热的内容将不断拓宽，难度有所提高，题型也会有新的变化。[知识综合脉络][基础知识梳理]1．化学反应及其能量变化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。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。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)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）要有足够的空气能量反应过程反应过程反应物生成物能量△H0△H0反应物生成物（2）燃料与空气要有足够大的接触面。5．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。6．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，不注明的指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。7.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。[例题解析][例1]在同温同压下，下列各组热化学方程式中Q2Ql的是（）A．2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)；△H=－Q12H2(g)+O2(g)=2H2O(1)；△H=－Q2B．S(g)+O2(g)=SO2(g)；△H=－Q1S(s)+O2(s)=SO2(g)；△H=－Q2C．C(s)+12O2(g)=CO(g)；△H=－Q1C(s)+O2(g)=CO2(s)；△H=－Q2D．H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)；△H=－Q112H2(g)+12Cl2(g)=HCl(g)；△H=－Q2[解析]首先分析同一物质不同聚集状态转化时的能量变化，其次分析不同聚集状态在反应物中和在生成物中对反应热的影响，最后得出比较结论。A中因H2O(g)→H2O(”放热，故Q2Ql；B中S(S)→S(g)吸热，而且S在燃烧时必须由固态变为气态才能燃料，故Q2Q1；C中是1molC不完全燃烧时放出的热量，而CO气体还需要可以继续燃烧放出热量，因而Q2Q1；D中在聚集状态完全相同的条件下，可燃物H2的量与燃烧热的值成正比，因此Q2=1/2Q1[答案]AC。[例2]已知（l）)g(O21)g(H22＝H2O（g）△H1＝akJ·1mol（2）)g(O)g(H222＝2H2O（g）△H2＝bkJ·1mol（3）)g(O21)g(H22＝H2O（l）△H3＝ckJ·1mol（4）)g(O)g(H222＝2H2O（l）△H4＝dkJ·1mol下列关系式中正确的是（）A．a＜c＜0B．b＞d＞0C．2a＝b＜0D．2c＝d＞0[解析]氢气跟氧气化合反应是放热反应，再根据反应物中的物质的量关系进行比较可以得出a、b、c、d之间的大小关系。[答案]C。[例3]已知：溴乙烷与氢氧化钠在乙醇溶液中发生消去反应，脱掉溴化氢而成为乙烯：CH3—CH2Br乙醇氢氧化钠/CH2==CH2+HBr。电石法生产氯乙烯单体的主要缺点是：电石由生石灰与焦炭于电炉中在3000℃左右强热而制得，消耗的能量很大，不符合现代节能的要求。此外，电石与水反应生成的氢氧化钙无回收价值，造成了环境污染。还有乙炔与氯化氢的加成需用氯化汞作催化剂，氯化汞毒性很强，车间操作条件不好，也造成环境的汞污染。由于这种种原因，现代工业生产聚氯乙烯的发展趋势是逐步淘汰电石法，改用由石油裂化得到的乙烯作原料。（1）请用化学方程式分步表示用乙烯法制取聚氯乙烯树脂的有关反应。（2）如果用乙烯法为主而以电石法作配合生产聚氯乙烯树脂，有什么可取之处？（3）氯乙烯的聚合是放热反应还是吸热反应？为什么？[解析]（1）根据卤代烃、烯烃的性质就可完成下列反应的化学方程式：CH2=CH2+Cl2→CH2ClCH2Cl；CH2ClCH2Cl→CH2==CHCl+HCl；（2）乙烯法生产聚氯乙烯有副产品氯化氢，电石法生产聚氯乙烯需要氯化氢，两者结合正好可以利用由1,2－二氯乙烷消去反应生成的氯化氢作为乙炔加成的原料，所以两种方法可以联合生产。（3）从化学键变化的角度分析，氯乙烯聚合生成聚氯乙烯的过程实质上n个碳碳双键转化成2n个碳碳单键，而n个碳碳双键的总键能小于2n个碳－碳单键的总键能。所以，氯乙烯的聚合反应是放热反应。[例4]白磷（P4）是正四面体构型的分子，当与氧气作用形成P4O10时，每两个磷原子之间插入一个氧原子，此外，每个磷原子又以双键结合一个氧原子。（1）化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。现提供以下化学键的键能(kJ·mol－1)。P—P键：198kJ·mol－1；P—O键：360kJ·mol－1；O=O键：498kJ·mol－1；P=O键：585kJ·mol－1。试根据这些数据，计算出以下反应的反应热Q的值：P4（白磷）+5O2=P4O10+Q。（2）P4O10极易与水化合，反应过程可表示为如下形式：P—O—P+H2O→2P—OH。若每个P4O10分子与四个水分子发生化合反应，写出该反应的化学方程式。[解析]（1）题中的新信息可分成三部分：一是从化学键角度剖析化学反应实质；二是给出了P—P、P—O等四种共价键的键能数据；三是有关P4、P4O10分子结构的信息。要求解题者从众多的信息中抽象出计算反应热的规律，并计算出白磷燃烧反应的反应热。化学反应过程是旧的化学键断裂、新的化学键形成的过程，所以可以用反应物、生成物的键能来计算反应热：反应热=新键的键能总数—旧键的键能总数（2）在前一小题的基础上，又给出两条信息：第一，P4O10的水解反应实质上是“P—O—P”转化为“2P—OH”；第二，1个P4O10分子可与4个水分子发生化合反应。分析后可得出，4个H2O参加反应会断裂4个O—P键。再结合P4O10分子结构示意图分析（如右图所示）得出可能有两种断裂方式：第一种情况是断掉①②③④处的P—O键断裂（或②④⑤⑥等）产物有两种H3PO4和H5P3O10；若在②③④⑤处断裂（或①②④⑥等）产物只有一种H4P2O7，由于题中指出发生的是“化合反应”，所以应是后一种情况。[答案]（1）要根据化学键变化来计算白磷燃烧的反应热，必须弄清P4、P4O10分子中的共价键类型、共价键数目。根据题给信息可分别画出白磷和P4O10分子结构示意图（如右图所示），观察后可得，P4中共有6个P—P键，P4O10中有12个P—O键、4个P=O键。P4燃烧的化学方程式为：P4+5O2=P4O10+Q所以，旧键断裂时共吸收能量：6×198+5×498=3678（kJ）。新键形成时共放出能量：12×360+4×585=6660（kJ）。因此，1mol白磷转化为P4O10放出：6660－3678=2982（kJ）。（2）反应的化学方程式为：P4O10+4H2O=2H4P2O7。[课后练习]1．液化石油气所含的可燃性物质是：在加压不高的条件下即变为液态而便于储存在钢瓶中，当打开钢瓶阀门时，又易变成气态的碳氢化合物。则下列物质中符合这一要求的是（）编号ABCD化学式CH4C2H6C4H10C6H14沸点/℃－164－88－0.5692．下列叙述中正确的是（）A．需加热的反应一般都是吸热反应B．放热反应一般都不要加热或点燃等条件C．化合反应一般都是放热反应，分解反应一般都是吸热反应D．燃烧反应一般都是放热反应3．下列变化不符合科学原理的是（）A．稻草变酒精B．废塑料变汽油C．空气变肥料D．水变油4．近年来，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中你认为不妥当的是（）A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B．硅的来源丰富，易于开采，且可再生C．硅燃料放出的热量大，且燃料产物对环境污染较低，容易有效控制D．寻找高效催化剂，使二氧化硅分解产生硅的同时释放能量，是硅能源大规模开发利用的一项关键技术5．如图所示，烧杯甲中盛放100mL6mol·L－1的HCl溶液，烧杯乙中盛放100mL冷水，现向烧杯甲的溶液中放入25gNaOH固体，同时向烧杯乙中放入25gNH4NO3固体，搅拌使之溶解。（1）A瓶中气体颜色，简述理由：。（2）B瓶气体颜色，简述理由：。6．（1）电工使用的“试电笔”内充有一种气体，此气体的名称是_____，它在通电时发出一种___________色的光。（2）火柴头上主要含有氯酸钾、二氧化锰、硫磺和玻璃粉等。火柴杆（含碳的有机物）上涂有少量石蜡。火柴盒两边的摩擦层是红磷和玻璃粉调和而成。火柴头在火柴盒上划动时产生的热量使红磷转变为白磷，白磷易燃，放出的热量使氯酸钾分解，氯酸钾分解的化学方程式是____________________________，二氧化锰的作用是______________。产生的氧气与硫反应，放出的热量使石蜡引燃，最终使火柴杆着火。石蜡燃烧的反应方程式为：C17H36+26O2点燃17CO2+18H2O此反应______（填“是”或“不是”）化合反应，________（填“是”或“不是”）氧化反应。[课后练习答案]1．C（沸点比温室略低的物质在常温常压条件再加压容易液化，根据题给表中数据可看出丁烷的沸点最适宜。事实上打火机中、家用液化气的主要成份之一都是丁烷）。2．D（很多放热反应开始时也需要加热，有的化合反应是吸热反应，有的分解反应是放热反应）。3．D（稻草主要成分是纤维素，水解后可生成葡萄糖，葡萄糖分解可生成乙醇；聚乙烯等废塑料分解可生成液态烃；空气中的氮气可用来合成氨）。4．D（二氧化硅很难分解）。5．（1）变深。NaOH固体溶解时要放热，NaOH中和HCl时要放热，溶液及A中气温升高，平衡2NO2N2O4+Q向左移动，使NO2浓度增大。（2）变浅。NH4NO3溶解吸热，乙中溶液及B中气体温度降低，平衡2NO2N2O4+Q向右移动，使NO2浓度减小。6．（1）氖气，红。（2）2KC