考点3化学反应中的能量变化

-1-考点3化学反应中的能量变化1．复习重点了解化学反应中的能量变化了解放热反应吸热反应理解反应热燃烧热中和热及书写热反应方程式2．难点聚焦一、反应热1、化学反应过程中放出或吸收的热量，通常叫做反应热。反应热用符号ΔH表示，单位一般采用kJ/mol。当ΔH为负值为放热反应；当ΔH为正值为吸热反应。测量反应热的仪器叫做量热计。2、燃烧热：在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，叫做该物质的燃烧热。3、中和热：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1molH2O，这时的反应热叫做中和热。中学阶段主要讨论强酸和强碱的反应。二、热化学方程式1、书写热反应方程式应注意的问题：(1)由于反应热的数值与反应的温度和压强有关，因此必须注明，不注明的是指101kPa和25℃时的数据。(2)物质的聚集状态不同，反应热的数值不同，因此要注明物质的聚集状态。(3)热化学方程式中的化学计量数为相应物质的物质的量，它可以是整数，也可以是分数。2、书写热化学方程式的一般步骤(1)依据有关信息写出注明聚集状态的化学方程式，并配平。(2)根据化学方程式中各物质的化学计量数计算相应的反应热的数值。(3)如果为放热反应ΔH为负值，如果为吸热反应则ΔH为正值。并写在第一步所得方程式的后面，中间用“；”隔开。(4)如果题目另有要求，如反应燃料燃烧热的热化学方程式和有关中和热的热化学方程式，可将热化学方程式的化学计量数变换成分数。三、中和热的测定1、测定前的准备工作(1)选择精密温度计（精确到0.10C），并进行校对（本实验温度要求精确到0.10C）。(2)使用温度计要轻拿轻声放。刚刚测量高温的温度计不可立即用水冲洗，以免破裂。(3)测量溶液的温度应将温度计悬挂起来，使水银球处于溶液中间，不要靠在烧杯壁上或插到烧杯底部。不可将温度计当搅拌棒使用。2、要想提高中和热测定的准确性，实验时应注意的问题(1)作为量热器的仪器装置，其保温隔热的效果一定要好。因此可用保温杯来做。如果按教材中的方法做，一定要使小烧杯杯口与大烧杯杯口相平，这样可以减少热量损失。(2)盐酸和氢氧化钠溶液的浓度的配制须准确，且氢氧化钠溶液的浓度须稍大于盐酸的浓度。为使测得的中和热更准确，所用盐酸和氢氧化钠溶液的浓度宜小不宜大。(3)温度计的水银球部分要完全浸没在溶液中，而且要稳定一段时间后再读数，以提高所测温度的精度。(4)实验操作时动作要快，以尽量减少热量的散失。(5)为了减少实验误差，重复实验2~3次，数据取平均值。注意事项：一、反应热的大小比较：比较反应热的大小，一般是在不同条件下（温度、压强、物质-2-的聚集状态等）下的同一化学反应，或同一条件（温度、压强）下的同类化学反应之间进行。比较时要善于从同中求异，抓住其实质，从而顺利解决问题。影响反应热大小因素主要有以下几个方面。1、热化学方程式中的化学计量数。如2mol氢气燃烧放出的热量是相同条件下1mol氢气燃烧时放出的2倍。2、物质的聚集状态或晶体结构。如等量氢气燃烧生成液态水时放出的热量比生成气态水时放出的热量多。3、化学键的强弱。如都由单质反应生成2mol的卤化氢时，由于HF、HCl、HBr、HI中的共价键依次减弱，所以放出的热量也依次减少。二、盖斯定律的应用和有关燃烧热和中和热的计算化学反应中反应热的大小与反应物、生成物的种类、量及聚集状态有关，与反应途径无关。根据能量守恒定律，无论反应是一步完成还是几步完成，只要反应的起始状态和终了状态确定，反应热就是个定值，这就是著名的盖斯定律。3．例题精讲【例1】已知在25℃，101kPa下，lgC8H18（辛烷）燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是（）A.C8H18（1）＋22.5O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O（g）；△H＝－48.40kJ·mol－1B.C8H18（1）＋22.5O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O（1）；△H＝－5518kJ·mol－1C.C8H18（1）＋22.5O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O（1）；△H＝＋5518kJ·mol－1D.C8H18（1）＋22.5O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O（1）；△H＝－48.40kJ·mol－1【解析】根据题目条件，生成的水为液态，所以A错，1gC8H18燃烧后放出热量48.40kJ，故1molC8H18完全燃烧放出热量5518kJ，放热用“—”表示，故C错。【答案】B【评析】热化学方程式的书写较难，书写时不能忽视反应物、生成物的状态，要注意系数与反应物的关系。【关键词】反应热及热化学方程式的书写【例2】在同温同压下，下列各组热化学方程式中Q2＞Q1的是（）A.2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；△H＝－Q1；2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)；△H＝－Q2B.S(g)＋O2(g)＝SO2(g)；△H＝－Q1；S(s)＋O2(g)＝SO2(g)；△H＝－Q2C.C(s)＋1/2O2(g)＝CO(g)；△H＝－Q1；C(s)＋O2(g)＝CO2(g)；△H＝－Q2D.H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g)；△H＝－Q1；1/2H2(g)＋1/2Cl2(g)＝HCl(g)；△H＝－Q2。【解析】A中，由于气态水转变为液态水要放出热量，所以生成液态水比生成气态水放出的热量要多，即Q2＞Q1；B中，由于固态硫转变为气态硫要吸收热量，所以气态硫燃烧放出的热量比固态硫燃烧放出的热量多，即Q1＞Q2；C中，生成CO放热，因氧气过量会与CO反应也放出热量，所以Q2＞Q1，D中Q1=2Q2。【答案】AC【评析】反应放出或吸收热量的多少，跟反应物和生成物的聚集状态有密切关系。【关键词】反应热及热化学方程式的书写【例3】炽热的炉膛内有反应：C(s)＋O2(g)＝CO2(g)；△H＝－392kJ/mol，往炉膛内通入水蒸气时，有如下反应：C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)；△H＝＋131kJ/mol，CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g)；△H＝－282kJ/mol，H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(g)；△H＝－241kJ/mol，由以上反应推断往炽热的炉膛内通入水蒸气时（）-3-A.不能节省燃料，但能使炉火瞬间更旺B.虽不能使炉火瞬间更旺，但可以节省燃料C.既能使炉火瞬间更旺，又能节省燃料D.既不能使炉火瞬间更旺，又不能节省燃料【解析】本题应从两个方面考虑，一是能否使炉火瞬间更旺，由于往炉膛内通入水蒸气时，有如下反应发生：C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)，生成的CO和H2都是可燃性气体，故能使炉火瞬间更旺。二是能否节省燃料，根据盖斯定律，C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)；△H＝＋131kJ/mol，CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g)；△H＝－282kJ/mol，H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(g)；△H＝－241kJ/mol，三个方程加合在一起即得总反应式C(s)＋O2(g)＝CO2(g)；△H＝－392kJ/mol，故与相同量的炭燃烧放出的热量相同，因此不能节省原料。【答案】A【评析】要熟练掌握运用盖斯定律进行热量的计算。【关键词】反应热及热化学方程式的书写/碳族元素【例4】已知胆矾溶于水时，溶液温度降低。在室温下将1mol无水硫酸铜制成溶液时，放出热量为Q1kJ，而胆矾分解的热化学方程式是CuSO4·5H2O(s)＝CuSO4(s)＋5H2O(l)；△H＝＋Q2kJ/mol，则Q1与Q2的关系是（）A.Q1＞Q2B.Q1＜Q2C.Q1＝Q2D.无法确定【解析】由已知得CuSO4·5H2O(s)＝Cu2+(aq)+SO42-(aq)+5H2O(l)；△H＝+Q(Q＞0）……①，CuSO4(s)＝Cu2+(aq)+SO42-(aq)；△H＝—Q1……②，①—②得CuSO4·5H2O(s)＝CuSO4(s)＋5H2O(l)；△H＝Q1+Q，根据盖斯定律：Q1+Q=Q2，故D正确。【答案】D【评析】解此类题目常把题给信息转化为热化学方程，然后根据盖斯定律可得出正确的结论。【关键词】反应热及热化学方程式的书写/氧族元素【例5】已知有amolC和bmolO2（a＞2b），充分反应后，将得到的可燃性物质提取后再次燃烧，充分反应。可燃性物质燃烧放出的热量有p%被mg、0℃的水吸收，使之沸腾。若已知1molC燃烧成CO2放出的热量为qJ，试求1molC燃烧成CO所放出的热量约为多少？（c=4.2×103J/kg·℃）【解析】根据题意可知，可燃性物质燃烧后放出热量为：QcmtpmpJ%.()42104。又知：COCObmolbmolbmolCOCCObmolbmolbmol22222点燃高温所以amolC和bmolO2（a＞2b）反应后，其可燃性物质的量为(a-2b)molC和2bmolCO。若设1molCO燃烧成CO2放出的热量为xJ，则可得出关系式：abqbxmp2242104.解得：xmpabqbJ4210224.()若设所求1molC燃烧成CO放出的热量为yJ，则由下列热化学方程式：molJyHgCOgOsC/);()(21)(22①-4-molJxHgCOgOgCO/);()(21)(22②molJqHgCOgOsC/);()()(22③就不难发现：①式＝③式－②式，即为题目所求。故可推知：yqxqmpabqbJaqpmbpJ4210224210244.().()【答案】(aqp-4.2×104m)/2bpJ【评析】本题是一道物理、化学相互交叉渗透的综合计算题，难度大。因此，解决这类问题的关键在于分析题意，挖掘题中隐含着的重要信息（即热化学方程式有加合性），弄清该题中所涉及的两个过程，即物理过程与化学过程，并求出联系这两个过程的纽带——热量（Q）。然后正确运用所学物理、化学的有关基础知识，则题中的问题便可迎刃而解。【关键词】反应热及热化学方程式的书写/碳族元素【例6】接触法制硫酸的流程可表示如下：问：(1)热交换器在制硫酸的过程中有何重要作用？(2)若以T1、T2、T3、T4分别表示进出热交换器的气体温度，且T1＝80℃，T3＝600℃、T4＝250℃，求进入接触室后的SO2、O2混合气体的温度T2（设进、出热交换器的气体的平均比热均为0.8kJ/(kg•℃)）。(3)假定每天进入接触室的混合气体为20t，问与不用热交换器相比较每年至少可节省多少吨含碳80%的优质煤？（已知煤的供热效率为20%，C(s)+O2(g)=CO2(g)；ΔH=-393kJ/mol）【解析】（1）由沸腾炉导出的SO2、O2等气体的温度经除尘、去杂、洗涤等工艺处理后已大幅度下降，通过热交换器后气体的温度又得以提高，这有利于后续反应（即由SO2合成SO3）的进行。SO2的氧化反应是放热反应，从接触室导出的SO3等气体的温度已高达600℃以上，难以被浓硫酸吸收。通过热交换器后SO3的温度下降了，这有利于提高浓硫酸对它的吸收效率。总而言之，热交换器在制H2SO4的过程中具有增效节能的作用。（2）经过热交换器后，SO2、O2吸收的热量＝cm1(T2-80℃)，SO3放出的热量＝cm2(600℃-250℃)。根据物理学原理及质量守恒定律可知，Q(吸)＝Q(放)，m1＝m2，故cm1(T2-80℃)＝cm2(600℃-250℃)，即T2＝430℃。（3）若不使用热交换器，欲使80℃的SO2、O2预热到430℃，每年需提供的热量为20×103kg×365×0.8kJ/(kg•℃)×(430℃-80℃)=2.04×109kJ，每千克优质煤供给的有效热量为5240kJ/kg，使用热交换器后每年可节约优质煤的质量为：2.04×109kJ/(5240kJ/kg)=389.3t。【答案】（1）增效节能（2）T2＝430℃（3）389.3t【评析】本题主要运用公式Q=cmΔt考查化学反应中热效应的计算。-5-【关键词】反应热及热化学方