1、第1节 化学反应的热效应第1章化学反应与能量转化第1节化学反应的热效应 1.了解反应热的定义，了解反应热效应的定量描述与反应条件有关。 2.初步学习测定反应热的基本原理和方法。 3.了解反应焓变的定义，明确反应焓变与反应热的关系。 4.能正确书写热化学方程式，能结合实例说明热化学方程式所表示的含义。 5.了解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。 6.了解化学反应能量变化的实质，能举例说明化学能与热能的相互转化。一、 化学反应的反应热1反应热 (1)概念：化学上规定，当化学反应在一定的温度下进行时，反应所_释放或吸收_的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称为反应热。 (2)符
2、号：用Q表示，Q0，表示_反应吸热_；Q0，表示_反应放热_。 2.反应热的测定 (1)主要仪器：_量热计_，它由内外两个筒组成，内筒是_反应容器_，外筒起_保温_作用。 (2)操作：将反应物加入_内_筒并将之迅速混合，测量反应前后溶液温度的变化值。 (3)计算：公式为_QC(T2T1)_。其中，C表示溶液及量热计的_热容_，T1 、T2 分别表示反应前和反应后体系的_温度_。二、 化学反应的焓变 1焓：用来描述物质所具有的的_能量_物理量，符号：_H_，单位：_kJmol1_，用它的变化来描述化学反应的_反应热_。 2反应焓变 (1)定义：反应产物的总焓与反应物的总焓之差，符号：_H_。 (
3、2)表达式：H_H(反应产物)H(反应物)_。 (3)意义：如果H0，即反应产物的焓大于反应物的焓，说明反应是_吸收_能量的，为吸热反应；若H0，即反应产物的焓小于反应物的焓，说明反应是_释放_能量的，为放热反应。思 考1如何从微观与宏观角度判断一个化学反应是放热反应还是吸热反应？ 答案：从宏观角度，反应物的总能量大于生成物，是放热反应；反应物的总能量小于生成物，是吸热反应。从微观角度，化学键的断裂所吸收的能量大于化学键的形成所释放的能量， 是吸热反应；化学键的断裂所吸收的能量小于化学键的形成所释放得能量，是放热反应。三、 热化学方程式 1定义 在热化学中，将一个化学反应的_物质_变化和反应的
4、_焓变_同时表示出来的化学方程式。 2意义 热化学方程式不仅表示_物质_的变化，还表明了_能量_的变化。 例如：C(s)H2O(g)= CO(g)H2(g) H131.3 kJmol1，表示在_298 K_和_101 kPa_的条件下，_1 mol_C(s)和_1 mol_H2O(g)完全反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2(g)时_吸收_的热量为131.3 kJ。 3书写热化学方程式的注意事项 (1)要在物质的_化学式_后面用括号注明物质的_聚集状态_。一般用英文字母g、l和s分别表示物质为_气_态、_液_态和_固_态。水溶液中的溶质则用_aq_表示。 (2)H后要注明_反应条件
5、_，因为在不同_条件_下进行同一反应，其_能量变化_是不同的。在溶液中的反应应注明_温度_以及_溶液_的浓度。 (3)H的单位是_Jmol1_或_kJmol1_。 (4)若化学方程式中各物质的_化学计量数_加倍，则H的_绝对值_也加倍，因此热化学方程式中各物质的化学计量数只表示反应中各物质的_物质的量_，而不表示粒子个数；若反应逆向进行，则H改变_符号_，但H的_绝对值_不变。思 考2热化学方程式和普通的化学方程式有何不同？ 答案：(1)热化学方程式要用H表示出反应的热效应，普通的化学方程式不用表示； (2)热化学方程式的系数表示的是参加反应的物质的量，可以整数，也可以是分数，普通的化学方程式
6、的系数只能是整数； (3)热化学方程式要标明参加反应的物质的状态，普通的化学方程式不用标明； (4)热化学方程式不仅表示出化学反应的物质变化，还能表示出能量变化，普通的化学方程式仅能表示物质的变化。四、 反应焓变的计算 1盖斯定律 对于一个化学反应，无论是_一步完成还是分几步完成_，其反应焓变都是一样的。 即化学反应的焓变只与反应体系的_始态和终态_有关，与反应进行的具体_途径_无关。 2计算方法 应用盖斯定律可以间接地计算一些难以通过实验测量的反应的焓变。 则H_H1H2_H3H4H5_。活 学活 用1下列反应中，生成物的总焓大于反应物的总焓的是()A氢气在氧气中燃烧 B铁丝在氧气中燃烧C硫
7、在氧气中燃烧 D焦炭在高温下与水蒸气反应 解析：生成物的总焓大于反应物的总焓，该反应为吸热反应，故D项正确。 答案：D2热化学方程式C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g) H131.3 kJmol1表示()A碳和水反应吸收131.3 kJ能量B1 mol碳和1 mol水反应生成一氧化碳和氢气并吸收131.3 kJ热量C1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成一氧化碳气体和氢气，并吸热131.3 kJD1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸收131.3 kJ热量 解析：物质的量的多少未描述，状态也未描述，故A项错误；反应物和生成物的状态未标出，故B项错误；阐明意义时既说明物质的状态又描述了物质
8、的量的多少，故C项正确；化学式前的计量数表该物质的量，1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3 kJ/NA，故D项错误。 答案：C 3在298 K、100 kPa时，已知：2H2O(g)= 2H2(g)O2(g)H1;H2(g)Cl2(g)= 2HCl(g)H2 2Cl2(g)2H2O(g)= 4HCl(g)O2(g)H3则H3与H1和H2间的关系正确的是()AH3H12H2 BH3H1H2CH3H12H2 DH3H1H2 解析：2H2O(g)=2H2(g)O2(g)H1；H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H2；2Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g)H3；则反应2，由
9、盖斯定律可知，H3H12H2。 答案：A知识点一化学反应的反应热中的概念辨析1放热反应与吸热反应的异同(见下表) 类型比较 放热反应吸热反应定义有热量放出的化学反应吸收热量的化学反应形成原因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键强弱的关系生成物分子成键时释放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的总能量小于反应物分子断裂时吸收的总能量表示方法H0H0图示实例H2(g)Cl2(g)=2HCl(g) H184.6 kJmol1C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H131.3 kJmol1温 馨提 示 (1)无论是放热反应
10、还是吸热反应都是指化学反应(即化学变化)而不仅仅是放出或吸收热量。如浓H2SO4溶于水时是放热过程而非放热反应，NH4NO3溶于水时是吸热过程却不是吸热反应。即放热(吸热)过程与放热(吸热)反应的实质是不一样的。 (2)物质三态的变化是放(或吸)热的过程。如图所示为物质的气、液、固三态的变化与吸收或放出热量的关系。 2中和热 概念：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成1 mol水时所放出的热量。 (1)对于强酸和强碱的稀溶液反应，其中和热基本上是相等的，都约是57.3 kJmol1。H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJmol1。 (2)对于强酸和弱碱(或弱酸和强碱)的稀溶液反应，
11、中和热一般低于57.3 kJmol1，因为弱电解质的电离是吸热的。如：CH3COOH(aq)OH(aq)=CH3COO(aq)H2O(l)Ha kJmol1(其中a 57.3)。 (3)中和反应的实质是H和OH中和生成H2O。若反应过程中有其他物质生成(如生成不溶性物质或难电离的其他物质等)，这部分反应热不在中和热内。 3燃烧热 概念：25 、101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。单位为kJmol1。温 馨提 示 （1）燃烧热是反应热中的一种具体表现形式，Q为负值。 （2）25 、101 kPa时，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物
12、。 （3）燃烧热通常是由实验测得的。 例1 CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是()A该反应为吸热反应BCO(g)和H2O(g)具有的总能量大于CO2(g)和H2(g)具有的总能量C该反应不需要加热就能进行D1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量 解析：由能量变化可知，反应产物的总能量比反应物的总能量低，反应为放热反应，但并不是不需要加热；当 1 mol CO2(g)和 1mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和 1 mol H2O(g)时，要吸收41 kJ热量
13、。 答案：B 思路点拨：反应物总能量大于反应产物总能量的反应为放热反应，其逆过程为吸热反应，与反应条件无必然的联系。应 用1下列物质间的反应，其能量变化符合右图的是()A由Zn和稀H2SO4制氢气 B灼热的炭粉与二氧化碳反应 CBa(OH)28H2O晶体和NH4Cl晶体混合 D碳酸钙的分解 解析：反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，该反应为放热反应。活泼金属与酸反应是放热反应，故A项正确； 碳与二氧化碳的反应、Ba(OH)28H2O和NH4Cl的反应、碳酸钙高温分解都是吸热反应，故B、C、D三项错误。 答案：A知识点二热化学方程式的书写及判断 1热化学方程式书写的基本步骤 第一步写出化学
14、反应方程式；第二步依据题目信息注明物质状态；第三步计算焓变数值；第四步确定焓变的符号(即正负号)；最后写出热化学方程式。 2书写热化学方程式应注意的问题 (1)反应的焓变与各反应物和生成物的聚集状态有关，因此必须在方程式中每种物质的化学式后面必须用括号注明物质的聚集状态(s、l、g)，不用标“”或“”，水溶液中的溶质则用“aq”表示。 (2)焓变与温度和压强等测定条件有关，所以书写时必须指明反应的温度和压强(298 K、101 kPa时，可不注明)。 (3)化学计量数只表示该物质的物质的量，不表示分子个数或原子个数。 (4)H的单位是Jmol1或kJmol1，H只能写在化学方程式的右边，表示正
15、向反应的焓变。若H为“”，表示反应为放热反应；若H为“”，则表示反应为吸热反应。 (5)由于H与反应完成的物质的量有关，所以方程式前面的化学计量数必须与H相对应，若化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则H的数值也加倍；若反应逆向进行，则H改变符号，但绝对值不变。温 馨提 示 比较反应热H的相对大小时，注意H的符号，即要带“”、“”号比较，但比较反应放出或吸收的热量多少时要去掉“”、“”号。 例2 已知在25 、101 kPa时，1 g C8H18燃烧生成CO2和H2O(l)时放出48.40 kJ的热量，表示上述反应的热化学方程式正确的是() 解析：本题考查热化学方程式的书写，应注意以下几点：标
16、明各物质的聚集状态，A中H2O的状态标错；标明吸热还是放热，H0时为吸热，H0时为放热，本题放热H0，故C错；物质变化和能量变化要对应，显然D错。 答案：B 思路点拨：热化学方程式正误判断的“四看”：“一看”化学原理是否正确；“二看”状态是否标明；“三看”反应热符号及单位是否正确；“四看”反应热数值是否与系数和状态相对应。应 用2已知充分燃烧a g乙炔气体时生成1 mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量b kJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是()A2C2H2(g)5O2(g)=4CO2(g)2H2O(l)H4b kJ/mol BC2H2(g)5O2(g)=2CO2(g)H2O(l)H2b k
17、J/mol C2C2H2(g)5O2(g)=4CO2(g)2H2O(l)H2b kJ/mol D2C2H2(g)5O2(g)=4CO2(g)2H2O(l)Hb kJ/mol 解析：乙炔燃烧是放热反应，H0，故排除B、D两项；又因反应生成1 mol二氧化碳时，放出热量为b kJ，则生成4 mol CO2应放出热量4b kJ，故A正确，C不正确。 答案：A知识点三反应焓变的计算 1根据热化学方程式进行计算：焓变与反应物各物质的物质的量成正比。如： 2H2(g)O2(g)= 2H2O(l)H1571.6 kJmol1，生成2 mol H2O(l)，H571.6 kJmol1；生成1 mol H2O(
18、l)，H285.8 kJmol1。 2根据反应物和生成物的总焓计算：HH(反应产物)H(反应物)。 3依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算： H反应物的化学键断裂吸收的能量生成物的化学键形成释放的能量反应物总键能生成物总键能。 4根据盖斯定律的计算。 5根据比热公式求算： QCmt。 例3 共价键都有键能之说，键能是指拆开1 mol共价键需要吸收的能量或者形成1 mol共价键所放出的能量。如HH键的键能是436 kJ/mol，HCl键的键能是431 kJ/mol，ClCl键的键能是247 kJ/mol，H2和Cl2反应生成1 mol HCl放出的热量是()A431 kJ
19、B179 kJ C89.5 kJ D以上说法都不对 解析：在反应H2Cl2 2HCl中，断裂1 mol HH键，1 mol ClCl键共吸收的能量为：436 kJ247 kJ683 kJ，生成2 mol HCl，共形成2 mol HCl键，放出的能量为：2431 kJ862 kJ，吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，放出的热量为：863 kJ672 kJ179 kJ，所以H2和Cl2反应生成1 mol HCl放出的热量是为89.5 kJ，故选C。 答案：C应 用3据下面的信息，判断下列叙述中正确的是()A氢气与氧气反应生成水的同时吸收能量B氢气与氧气反应生成水，该反应的反应物的总能量
20、小于生成物的总能量C1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(l)，释放能量245 kJD2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)，释放能量490 kJ 解析：依据反应的热效应反应物键能之和生成物的键能之和436 kJ249 kJ930 kJ245 kJ；所以反应是放热反应；热化学方程式为：H2(g)O2(g)=H2O(g)H245 kJ/mol。 氢气与氧气反应生成水的同时放出能量，故A项错误；氢气与氧气反应生成水是放热反应，根据能量守恒，该反应的反应物的总能量大于生成物的总能量，故B项错误；1 mol H2(g)与0
21、.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)，释放能量245 kJ，气态水变为液态水时放出热量，所以1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(l)，释放能量大于245 kJ，故C项错误；依据反应的热化学方程式H2(g)O2(g)=H2O(g)H245 kJ/mol，可知同乘以2得到2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H490 kJ/mol，故D项正确。答案：D 例4 发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料，用二氧化氮为氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。已知：N2(g)2O2(g)= 2NO2(g) H167.7 kJmol1N2H4(g)O2
22、(g)= N2(g)2H2O(g) H2534 kJmol1 试计算1 mol肼和二氧化氮完全反应时放出的热量为_，写出肼与二氧化氮反应的热化学方程式：_解析：由题意可知，N2(g)2O2(g)= 2NO2(g)H167.7 kJmol1，N2H4(g)O2(g)= N2(g)2H2O(g)H2534 kJmol1，根据盖斯定律，令2得2N2H4(g)N2(g)=2N2(g)4H2O(g)2NO2(g)H2H2H1，整理得2N2H4(g)2NO2(g)= 3N2(g)4H2O(g)H2H2H1534 kJmol1267.7 kJmol11 135.7 kJmol1，则1 mol N2H4与NO
23、2完全反应时放出的热量为567.85 kJ。答案：567.85 kJ2N2H4(g)2NO2(g)= 3N2(g)4H2O(g)H1 135.7 kJmol14盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可通过间接的方法测定。现根据下列2个热化学反应方程式：FeO(s)CO(g)=Fe(s)CO2(g)H218 kJ/molFe3O4(s)CO(g)=3FeO(s)CO2(g)H640.5 kJ/mol写出CO气体还原Fe3O4固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式： _ 解析：FeO(s)CO(g)=Fe(s)CO2(g)H218 kJ/mol，Fe
24、3O4(s)CO(g)=3FeO(s)CO2(g)H640.5 kJ/mol，依据盖斯定律计算3得到：4CO(g)Fe3O4(s)=3Fe(s)4CO2(g)H13.5 kJ/moL。答案：4CO(g)Fe3O4(s)=3Fe(s)4CO2(g)H13.5KJ/moL知识点四化学反应中能量变化的实验探究【实验目的】测定强酸与强碱反应的反应热，体验化学反应的热效应。【实验用品】量热计、烧杯、量筒、氢氧化钠溶液、盐酸溶液【实验原理】中和热是指在稀溶液中，酸和碱发生中和反应而生成1 mol H2O时的反应热。实验时，先测出盐酸和氢氧化钠溶液的起始温度，求其平均温度T1，两溶液混合充分反应后，读取混合
25、液温T2，为了使计算简便， 上述HCl、NaOH溶液的密度都近似为1 gcm3，中和后生成溶液的比热容c4.18 kJK1kg1，则该中和反应放出热量为0.836(T2T1)kJ。例5 分别取40 mL的0.50 mol/L盐酸与40 mL 0.55 mol/L氢氧化钠溶液进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。请回答下列问题(1)中和热测定的实验中，用到的玻璃仪器有烧杯、温度计、_、_。(2)为什么中和热测定中要用稍过量的碱(或酸)：_。(3)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g/cm3，又知中和后生成溶液的比热容C4.18 J/(g)。为了计算中和热，某学生实验记录数据
26、如下：实验序号起始温度t1 最高温度t2 盐酸氢氧化钠混合溶液120.120.123.2220.220.223.1320.520.525.3依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热H_(结果保留一位小数)。(4)上述实验数值结果与中和热的理论值57.3 kJ/mol有偏差，产生偏差的原因可能是(填字母)_。a实验装置保温、隔热效果差b量取盐酸与氢氧化钠溶液时仰视读数c分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中d用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定盐酸溶液的温度 解析：(1)中和热测定的实验中，用到的玻璃仪器有烧杯、温度计、搅拌器以及量筒。 (2)在中和热测定的实验中，为了保证酸(或碱
27、)能够完全被中和，往往使得一方过量。 (3)40 mL的0.50 mol/L盐酸与40 mL 0.55 mol/L氢氧化钠溶液中，溶液质量m80 mL1 g/mL80 g，C4.18 J/(g)，代入公式HQC mT得： (4)a.实验装置保温、隔热效果必须好，否则影响实验结果，故a正确；b.量取NaOH溶液的体积时仰视读数，会导致所量的氢氧化钠体积偏大，故b正确；c.允许分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中，故c错误；d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后，要将温度计回零再测定H2SO4溶液的温度，故d正确。 答案：(1)环形玻璃搅拌棒量筒 (2)为了保证酸(或碱)能够完全被中和或通过测量值求算的是反应生成1 mol水时的反应热即中和热 (3)50.2 kJ/mol (4)abd
