专题05-化学反应与能量

2021/3/8•第5讲化学反应与能量2021/3/8•【考纲点击】•1．认识常见的能量转化形式。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的重要作用。•2．通过化学键的断裂和形成，了解化学反应中能量变化的原因。•3．了解吸热反应、放热反应、反应热、焓变等概念。了解热化学方程式的含义，能用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。2021/3/82021/3/8•【自查自纠】•①能量②键能③放热④吸热2021/3/8•1．反应热(焓变)与物质的能量、键能的关系？•答案反应热(焓变)ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和或ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。•2．CH4的燃烧热为－890.31kJ·mol－1表示什么意义？•答案在25℃、101kPa时，1molCH4完全燃烧生成CO2和液态水时放出890.31kJ的热量。2021/3/8•3．H2S的燃烧热ΔH＝－akJ·mol－1，写出H2S燃烧的热化学方程式？•答案2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l)，ΔH＝－2akJ·mol－1•4．利用盖斯定律怎样计算反应热？•答案(1)确定待求的热化学方程式，找出待求的热化学方程式中各物质在已知热化学方程式的位置和化学计量数；(2)合理进行热化学方程式的叠加；(3)“ΔH”在进行加、减、乘等运算时，一定要注意其符号的改变，即ΔH的运算包括数值和符号的双重运算。2021/3/8•知识链接•从宏观上分析，反应热的形成原因是反应物具有的总能量与生成物具有的总能量的相对大小不同。即反应热(焓变)ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。如下图所示：考点一反应热的分析与判断角度1反应热与物质具有能量的关系(2013·上海，9C)2021/3/8•角度发散•物质的稳定性与物质具有能量的关系，物质本身具有的能量越高，其稳定性越差。2021/3/8•知识链接•从微观上分析，反应热形成的原因是断键时吸收的热量与成键时放出的热量的相对大小不同。即反应热(焓变)ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。如下图所示：•角度发散•物质的稳定性与键能的关系，键能越大的物质越稳定。角度2反应热与反应物和生成物键能的关系(2013·重庆，6)2021/3/8•知识链接•活化能是活化分子的平均能量与普通分子的平均能量的差值，E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。如下图所示：角度3反应热与正逆反应活化能的关系(2012·江苏，4)2021/3/8•1．(2013·重庆，6)已知：P4(s)＋6Cl2(g)===4PCl3(g)•ΔH＝akJ·mol－1•P4(s)＋10Cl2(g)===4PCl5(g)ΔH＝bkJ·mol－1•P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为ckJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2ckJ·mol－1•下列叙述正确的是()。[高考印证]2021/3/8A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔHC．Cl—Cl键的键能b－a＋5.6c4kJ·mol－1D．P—P键的键能为5a－3b＋12c8kJ·mol－1解析A项，由于氯原子半径小于磷原子半径，所以P—P键的键能应小于P—Cl键的键能，错误。B项，由于不知PCl5(g)===PCl5(s)对应的ΔH，所以无法根据盖斯定律求得该反应的ΔH，错误。2021/3/8C项，P4(s)＋10Cl2(g)===4PCl5(g)ΔH＝bkJ·mol－1①P4(s)＋6Cl2(g)===4PCl3(g)ΔH＝akJ·mol－1②①－②得Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(g)ΔH＝b－a4kJ·mol－1ECl－Cl＋3×1.2ckJ·mol－1－5×ckJ·mol－1＝b－a4kJ·mol－1ECl－Cl＝b－a＋5.6c4kJ·mol－1，正确。2021/3/8D项，根据P4(s)＋10Cl2(g)===4PCl5(g)ΔH＝bkJ·mol－1得6EP－P＋10×b－a＋5.6c4kJ·mol－1－4×5ckJ·mol－1＝bkJ·mol－1EP－P＝5a＋12c－3b12kJ·mol－1，错误。答案C2021/3/8•1．(2013·简阳质检)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S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为•()。•A．—1780kJ·mol－1B．—1220kJ·mol－1•C．—450kJ·mol－1D．＋430kJ·mol－1[应用体验]2021/3/8•解析ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝280kJ·mol－1＋3mol×160kJ·mol－1－6mol×330kJ·mol－1＝－1220kJ·mol－1。•答案B2021/3/8•知识链接•热化学方程式书写与正误判断的“七大”要点•1．注意ΔH的符号和单位•若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位为kJ·mol－1。•2．注意反应热的测定条件•书写热化学方程式时应注明ΔH的测定条件(温度、压强)，但绝大多数ΔH是在25℃、101325Pa下测定的，此时可不注明温度和压强。考点二热化学方程式的书写与正误判断角度热化学方程式的书写与正误判断[2013·北京，26(2)]2021/3/8•3．注意热化学方程式中的化学计量数•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，并不表示物质的分子数或原子数。因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。•4．注意物质的聚集状态•反应物和产物的聚集状态不同，反应热ΔH不同。因此，必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用↑和↓。2021/3/8•5．注意ΔH的数值与符号•由于ΔH与反应完成的物质的量有关，所以ΔH必须与热化学方程式中化学式前面的化学计量数相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。互为逆反应的反应热数值相等，但符号相反。•6．对于可逆反应的反应热(ΔH)是指完全反应时的反应热。2021/3/8•7．注意燃烧热和中和热2021/3/8•2．写出下列热化学方程式•(1)(2013·安徽，25节选)在25℃、101kPa下，已知13.5g的Al固体单质在O2气体中完全燃烧后恢复至原状态，放热419kJ，该反应的热化学方程式是_______________________。[高考印证]2021/3/8(2)(2013·天津理综，10节选)为减少SO2的排放，常采取的措施是：将煤转化为清洁气体燃料。已知：H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)ΔH＝－241.8kJ·mol－1C(s)＋12O2(g)===CO(g)ΔH＝－110.5kJ·mol－1写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：_______________________________________________。2021/3/8解析(1)13.5gAl的物质的量为13.5g27g·mol－1＝0.5mol，可写出反应的热化学方程式；(2)由盖斯定律下式减去上式可得热化学方程式。•答案(1)4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)ΔH＝－3352kJ·mol－1(其他合理答案均可)(2)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.3kJ·mol－12021/3/8•2．(2013·广汉模拟)胶状液氢(主要成分是H2和CH4)有望用于未来的运载火箭和空间运输系统。实验测得101kPa时，1molH2完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ的热量；1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3kJ的热量。下列热化学方程式书写正确的是()。•A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1•B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)•ΔH＝－890.3kJ·mol－1[应用体验]2021/3/8•C．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)•ΔH＝—890.3kJ·mol－1•D．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)•ΔH＝＋890.3kJ·mol－1•解析热化学反应方程式中各物质前面的化学计量数表示物质的量，A选项错误；物质的状态不同反应的热效应不同，C选项错误；放热反应ΔH用“－”表示，吸热反应ΔH用“＋”表示，D选项错误。•答案B2021/3/8•知识链接•利用盖斯定律计算反应热的技能•(1)解题思路考点三盖斯定律的应用角度1利用盖斯定律进行反应热的计算(2013·全国新课标Ⅱ，12)2021/3/8•(2)计算模式2021/3/8•知识链接•利用盖斯定律书写热化学方程式的步骤：角度2利用盖斯定律书写热化学方程式[2013·四川化学，11(5)]2021/3/8•3．[2013·四川，11(5)]焙烧产生的SO2可用于制硫酸。已知•25℃、101kPa时：•2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH1＝－197kJ·mol－1；•H2O(g)===H2O(l)ΔH2＝－44kJ·mol－1；•2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)•ΔH3＝－545kJ·mol－1。•则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是________________________________________________________。[高考印证]2021/3/8解析根据盖斯定律，得出SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)ΔH4只须按下式进行即可：ΔH＝12(ΔH3－ΔH1－2ΔH2)＝－130kJ·mol－1热化学方程式应为：SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)ΔH＝－130kJ·mol－1。答案SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)ΔH＝－130kJ·mol－12021/3/8[应用体验]3．已知下列热化学方程式：①Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH1＝－24.8kJ·mol－1②Fe2O3(s)＋13CO(g)===23Fe3O4(s)＋13CO2(g)ΔH2＝—15.73kJ·mol－1③Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)ΔH3＝＋640.4kJ·mol－12021/3/8•则14gCO气体还原足量FeO固体得到固体Fe和CO2气体时对应的ΔH为()。•A．—218kJ·mol－1B．—109kJ·mol－1•C．＋218kJ·mol－1D．＋109kJ·mol－12021/3/8解析CO气体还原足量FeO固体得到固体Fe和CO2气体的反应的化学方程式为FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g)，根据盖斯定律，该反应可以通过①×12－②×12－③×13得到，其反应热ΔH＝(－24.8×12＋15.73×12－640.4×13)kJ·mol－1＝－218kJ·mol－1。则14gCO气体还原足量FeO固体得到固体Fe和CO2气体时对应的ΔH为－109kJ·mol－1。答案B2021/3/8•知识链接•(1)燃烧热是指101kPa时1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，并不是1mol可燃物燃烧时放出的热量就是燃烧热。(2)中和热不是指1mol酸与1mol碱中和时的热效应，而是指“生成1molH2O(l)”的热效应，不包括电解质生成水合离子的热效应，同时也不包括反应生成其他物质的热效应。防范1对燃烧热和中和热的概念理解不清2021/3/8•1．下列关于热化学反应的描述中正确的是()。•A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则H2SO4和Ca(