专题一《化学反应与热能》

1必修4【专题一】化学反应与能量考试说明(1)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。(2)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。(3)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。(4)了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中重要作用。考点1反应热与热化学方程式[考点整理]化学反应中的能量变化化学反应中有新物质生成，同时伴随有能量的变化。这种能量变化，常以热能的形式表现出来。（其他如光能、电、声等）1、化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应。化学上把有吸收热量的化学反应叫做吸热反应。2、常见吸热反应：⑴氢氧化钡＋氯化铵，⑵C＋CO2，⑶一般分解反应都是吸热反应，⑷电离，⑸水解。3、常见放热反应：⑴、燃烧反应⑵、金属＋酸→H2⑶、中和反应⑷、CaO＋H2O⑸、一般化合反应是放热反应。以下反应都是吸热反应，应掌握：①H2+I22HI②N2+O22NO③CO2+C2CO④C十H2O(g)CO+H24、能量变化的原因⑴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。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。⑵根据参加反应物质所具能量分析。反应物总能量大于生成物总能量，反应放热。反应物总能量小于生成物总能量，反应吸热。一、反应热（焓变）1、定义：化学反应过程中吸收或放出的热量，叫做反应热。2、符号：反应热用ΔH表示，常用单位为kJ/mol。3、可直接测量：测量仪器叫做量热计。4、用ΔH表示的反应热，以物质所具能量变化决定“＋”、“－”号。2若反应放热，物质所具能量降低，ΔH＝－xkJ/mol。若反应吸热，物质所具能量升高，ΔH＝＋xkJ/mol。5、反应类型的判断当ΔH为“－”或ΔH0时，为放热反应。当ΔH为“＋”或ΔH0时，为吸热反应。二、热化学方程式1、定义：表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。2、一般化学方程式与热化学方程式的区别（1）一般化学方程式只表明化学反应中的物质变化，不能表明化学反应中的能量变化。热化学方程式既能表明化学反应中的物质变化，又能表明化学反应中的能量变化。（2）化学方程式中的化学计量数可表示分子数、物质的量，气体体积等，只能用整数。热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量，可以用分数。3、热化学方程式的书写（1）书写一般化学方程式（2）注明物质状态（3）根据化学计量数计算反应能量变化数值，以ΔH＝±xkJ/mol表示。注意：(1)注意反应热ΔH与测定条件(温度、压强等)有关。因此书写热化学方程式时应注明ΔH的测定条件。绝大多数ΔH在25℃、101325Pa下测定的，可不注明温度和压强。(2)注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，因此化学计量数可以是整数、也可以是分数。(3)注意反应物和产物的聚集状态不同，反应热数值以及符号都可能不同。因此，必须注明物质的聚集状态(s、l、g)才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中不用↑和↓。(4)由于ΔH与反应完成物质的量有关，所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。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，符号相反。四、盖斯定律1840年，俄国化学家盖斯从大量实验事实中总结出一条规律：化学反应不管是一步完3成还是分几步完成，其反应热是相同的。即化学反应的反应热（能量）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，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热相同，这就是盖斯定律。如：有：△H1＝△H2＋△H3＋△H4应用：计算无法直接实验测量的反应的反应热。如：已知下列三个热化学方程式①H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(g)；ΔH=-241.8kJ·mol-1②C(s)+O2(g)==CO2(g)；ΔH=-393.5kJ·mol-1③C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)；ΔH=+131kJ·mol-1写出碳燃烧生成CO2和CO燃烧的热化学方程式。应用盖斯定律，对几个化学方程式变换和叠加，可以得出要写的化学方程式，对应的反应热的数值、符号也随之相应地成比例的变化。所以由①+③可得；C(s)+1/2O2(g)==CO(g)；ΔH=-110.8kJ·mol-1……，④，同样由②一④可得；CO(g)+1/2O2（g）==CO2(g)；ΔH=-282.7kJ·mol-1。五、燃烧热根据反应类型的不同，反应热也分为燃烧热、中和热等不同类型。1、概念：在一定条件下，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。燃烧热的单位一般用kJ·mol-1表示。注意：生成不稳定的氧化物所放出的热量不是燃烧热，2、特点：燃烧的热化学方程式中，可燃物前系数始终为一，其他物质前系数可为分数。3、作用：计算燃料燃烧反应提供的能量。充分利用能源。4、燃烧热的计算；Q放=n(可燃物)×ΔHcn为可燃物的物质的量：ΔHc为可燃物的燃烧热。六、中和热1、概念：在稀溶液中酸跟碱发生中和反应而生成1mol水（液态），这时的反应热叫做中和热。例：H＋（aq）＋OH－（aq）＝H2O（l）ΔH＝－57.3kJ/mol则稀盐酸＋氢氧化钠，稀硝酸＋稀氢氧化钾等强酸与强碱反应生成1mol水都是放出57.3kJ/mol热量。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、物质的溶解热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。注：以下反应热均非中和热：①1/2H2SO4(aq)+1/2Ba(OH)2(aq)==1/2BaSO4(s)+H2O(1)②NaOH(s)+HCl(aq)==NaCl(aq)+H2O(此处还有NaOH的溶解热)，4③CH3COOH(aq)+NaOH(aq)==CH3COONa(aq)+H2O(1)(此处还有CH3COOH的电离热)2、特点：以生成1mol水为标准来配平其他物质的系数。3、燃烧热和中和热的区别与联系燃烧热中和热相同点能量变化放热反应△H△H＜0，单位：KJ/mol不同点反应物的量1mol（O2的量不限）可能是1mol，也可能是0.5mol生成物的量不限量H2O是1mol反应热的含义1mol反应物完全燃烧时放出的热量；不同反应物，燃烧热不同生成1molH2O时放出的热量，不同反应物的中和热大致相同，均为57.3KJ/mol七、中和热的测定(1)主要仪器，大烧杯(500mL)、小烧杯(100mL)、温度计、量筒(50mL)两个、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个孔)，环形玻璃搅拌棒。(2)实验步骤：①组装仪器如图所示。②分别量取50mL0.5mo1·L-1的盐酸和50mL0.55mo1·L-1NaOH溶液，记录起始温度t1。③混合反应并准确量取混合液最高温度，记录终止温度t2。④重复实验二次，取平均值。⑤计算△H；(3)注意事项①为了保证0.50mo1·L-1的盐酸完全被NaOH中和，采用0.55mo1·L-1NaOH溶液，使碱稍稍过量。②实验中若用弱酸代替强酸，或用弱碱代替强碱，因中和过程中电离吸热，会使测得中和热的数值变化。八、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SO2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。考点精析热化学方程式的书写及盖斯定律的应用5红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的△H表示生成1mol产物的数据)。根据上图回答下列问题：(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式_________________________________。(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式_________________________________，上述分解反应是一个可逆反应，温度T1时，在密闭容器中加入0.80molPCl5，反应达到平衡时PCl5还剩0.60mol，其分解率α1等于_________；若反应温度由T1升高到T2，平衡时PCl5的分解率为α2，α2_______α1(填“大于”、“小于”或“等于”)。(3)工业上制备PCl5通常分两步进行，先将P和Cl2反应生成中间产物PCl3，然后降温，再和Cl2反应生成PCl5。原因是________________________________________。(4)P和Cl2分两步反应生成1molPCl5的△H3＝_________，P和Cl2一步反应生成1molPCl5的△H4______△H3(填“大于”、“小于”或“等于”)。(5)PCl5与足量水充分反应，最终生成两种酸，其化学方程式是______________________。解析：（1）由图可以看出，1molP在Cl2中完全燃烧放出的热量为306kJ·mol－1，所以P与Cl2反应生成PCl3的热化学反应方程式为P(s)＋32Cl2(g)===PCl3(g)；△H＝－306kJ·mol－1。(2）中间产物PCl3和未完全反应的Cl2的总能量高于最终产物PCl5的能量，其△H＝－93kJ·mol－1，所以PCl5(g)===PCl3(g)＋Cl2(g)；△H＝93kJ·mol－1；分解率α1＝0.80mol－0.60mol0.80mol×100％＝25％，由热化学反应方程式可知，此反应的正反应为吸热反应，所以升高温度，平衡向正反应方向移动，PCl5的分解率增大。即：α2＞α1。(3）由图可知，P与Cl2反应生成PCl3，PCl3和Cl2进一步反应生成PCl5，都是放热反应，分两步进行且第二步降低温度，有利于PCl5的生成，防止PCl5的分解。(4）由盖斯定律可知，一步生成生成PCl5和两步生成PCl5的总热效应相等，即△H3＝－399kJ·mol－1。(5）PCl5与水反应生成H3PO4和HCl，化学方程式为：PCl5＋4H2O===H3PO4＋5HCl。答案：（1）P(s)＋32Cl2(g)===PCl3(g)；△H＝－306kJ·mol－1。(2）PCl5(g)===PCl3(g)＋Cl2(g)；△H＝93kJ·mol－1。25％；大于。(3）两步反应均为放热反应，降低温度有利于提高产率，防止产物分解。(4）－399kJ·mol－1；等于。(5）PCl5＋4H2O===H3PO4＋5HCl。典型例题1、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—PakJ·mol—1、P—ObkJ·mol—1、P=OckJ·mol—1、O=OdkJ·mol—1。6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—1B（4c+12b－6a－5d）kJ·mol—1C．（4c+12b－4a－5d）kJ·mol—1D．（4a+5d－4c－12b）kJ·mol—1【解析】：由图可以看出：P4中有6mol的P－P，5mol的O2中含有5molO＝O，1mol的P4O10中含有4mol的P＝O，12mol的P－O，所以△H＝(6a＋5d－4c－12b)kJ·mol－1。答案：A。2、北