2013-2014学年高中化学选修四第一单元 化学反应的焓变

化学反应中的热效应第一课时化学反应的焓变[情景导入]2012年6月16日18时37分,神舟九号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,并于6月29日10时许返回,实现了与天宫一号自动对接和人工对接。此次发射使用的长征2F型火箭,火箭的芯级和助推器发动机均使用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂。神舟九号飞船重8吨左右,那么火箭推进剂为什么会产生这么大的推力呢?如何表达化学反应中热能的变化呢?栏目导航课前预习课堂探究1.吸热反应和放热反应的正确理解用E表示物质自身的能量,用Q表示热量:Q(吸)表示反应物中断裂旧化学键吸收的热量,Q(放)表示生成物中形成新化学键放出的热量。吸热反应放热反应图示物质能量角度变化E(反应物)E(生成物)E(反应物)E(生成物)化学键变化角度Q(吸)Q(放)Q(吸)Q(放)2.常见的吸热反应和放热反应1.了解化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式。2.认识化学反应过程中同时存在着物质和能量的变化,知道放热反应和吸热反应的概念。3.知道能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的,能量的多少取决于反应物和生成物的量。4.了解反应热和焓变的含义。5.认识热化学方程式的意义并能正确书写热化学方程式。化学反应的焓变1.反应热在化学反应过程中,当反应物和生成物具有相同温度时,所吸收或放出的热量。2.焓变在恒温、恒压的条件下,化学反应过程中吸收或释放的热量。符号ΔH,常用单位kJ·mol-1。3.在化学反应中能量变化通常以热量等形式表现出来。吸收热量的反应称为吸热反应,其ΔH0;放出热量的反应称为放热反应,其ΔH0。【思考1】一个化学反应是放热还是吸热,取决于什么?答案:一个化学反应是吸收热量还是放出热量,取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。若反应物的总能量小于生成物的总能量,则反应吸热;若反应物的总能量大于生成物的总能量,则反应放热。热化学方程式1.定义能够表示反应热的化学方程式。2.特点(1)指明了反应时的温度和压强,若在25℃、101kPa时进行的反应,可不注明。(2)若是放热反应,在化学方程式右边ΔH的等号后面加“-”和单位。(3)所有反应物和生成物都用括号注明了它们在反应时的状态。常用s、l、g分别表示固体、液体和气体。(4)化学计量数只表示物质的量,因此可以为整数或简单分数。(5)化学计量数和反应热数值可以同时增大或减小相同倍数。【思考2】热化学方程式与化学方程式相比有何区别?答案:两者意义不同,热化学方程式既表示物质变化也表示能量变化,而化学方程式仅仅表示物质变化。焓变与化学键变化的关系示例1.焓变与化学键的形成和断裂过程中能量变化的关系N22NO22O2N+2O2NO能量差946498吸收或释放热量(kJ·mol-1)14441264180热化学方程式N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=+180kJ·mol-12.由化学键的形成和断裂过程的能量变化求焓变的公式ΔH=反应物的化学键断裂吸收的能量总和-生成物的化学键形成时放出的能量总和。(1)反应物的化学键断裂吸收的能量总和生成物的化学键形成时放出的能量总和,反应吸热;(2)反应物的化学键断裂吸收的能量总和生成物的化学键形成时放出的能量总和,反应放热。1.下列过程属于放热的是(D)A.碳酸钙分解制CO2B.氯化铵加热分解C.氢气还原氧化铜D.实验室用锌与稀硫酸反应制备氢气指津:CaCO3分解制CO2,NH4Cl分解都是吸热反应;H2还原CuO也是吸热反应;实验室用Zn与稀硫酸反应制H2,属于放热反应。2.化学反应N2+3H22NH3的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是(A)A.N2(g)+3H2(g)2NH3(l)ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=2(b-a)kJ·mol-1C.21Ng2+23Hg2NH3(l)ΔH=(b+c-a)kJ·mol-1D.21Ng2+23Hg2NH3(g)ΔH=(a+b)kJ·mol-1指津:由题干可知:12molN2(g)和32molH2(g)断键所吸收的能量为akJ,1molN和3molH形成1molNH3(g)所放出的能量是bkJ,1molNH3(g)变为1molNH3(l)释放ckJ的能量。若生成NH3(g)时,热化学方程式应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=2(a-b)kJ·mol-121Ng2+23Hg2NH3(g)ΔH=(a-b)kJ·mol-1;若生成NH3(l),热化学方程式应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(l)ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1或21Ng2+23Hg2NH3(l)ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1。综上所述应选A。3.下列说法正确的是(D)A.焓变是指1mol物质参加反应时的能量变化B.当反应放热时ΔH0,反应吸热时ΔH0C.在加热条件下发生的反应均为吸热反应D.一个化学反应中,当反应物总能量大于生成物总能量时,反应放热,ΔH为负值指津:反应物的物质的量越多,则焓变的绝对值越大,A项错误;反应是否需要加热,只是引发反应的条件,与反应放热还是吸热无关,C项错误;在反应中物质所具有的总能量减少,反应就放热,此时ΔH0,因此B项错误,D项是正确的。焓变与物质能量、化学键的关系【问题导引】1.物质都具有一定的能量,反应热与物质的能量有何关系?2.化学反应本质是什么?反应热与化学键有何关系?3.如何计算反应热?【疑难剖析】1.焓变与物质能量的关系类型比较放热反应吸热反应关系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ΔH=E(反应物)-E(生成物)示例表示方法ΔH0ΔH0图示实例H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)ΔH=-184.6kJ·mol-1C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH=131.3kJ·mol-12.焓变与化学键变化之间关系化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因(如图所示)。E1E2ΔH0吸热反应ΔH=E1-E2E1E2ΔH0放热反应【例1】2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。已知1molSO2(g)氧化为1molSO3(g)的ΔH=-99kJ·mol-1。请回答下列问题:(1)该反应属于反应(填“放热”或“吸热”)。(2)图中A、C分别表示、。(3)从化学键的角度分析,E、F、ΔH分别代表什么意义?E;F;ΔH。(4)图中ΔH=kJ·mol-1。(5)若已知1molSO2(g)氧化为1molSO3(l)的ΔH'=-QkJ·mol-1,则Q99(填“”“”或“=”)。解题导引:解析:(1)因为ΔH=-99kJ·mol-10,故为放热反应。(2)分析图象,纵坐标为能量变化,横坐标为反应过程,则A代表起始能量(即反应物的总能量),C代表终态能量(即生成物的总能量)。(3)从化学键的角度分析化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成,故E代表破坏旧键吸收的能量,F表示形成新键释放的能量,ΔH表示破坏旧键吸收的能量与形成新键释放的能量差,即反应的热效应。(4)图中ΔH应表示2molSO2(g)完全转化为2molSO3(g)时的焓变,即ΔH=-99kJ·mol-1×2=-198kJ·mol-1。(5)物质由气态到液态的转化需放出能量,故Q99。答案:(1)放热(2)反应物的总能量生成物的总能量(3)断裂旧键吸收的能量形成新键释放的能量2molSO2(g)完全氧化为2molSO3(g)时的焓变(4)-198(5)化学反应首先要破坏反应物的化学键,该过程往往需要通过加热等方式提供能量,故反应是否加热与反应是吸热还是放热并无直接关系。许多放热反应需要加热(或点燃)才能发生,如H2、O2燃烧;也有部分吸热反应不需要加热,在常温时就可以进行,如:Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl2NH3↑+BaCl2+10H2O。【活学活用】1.(2012福建三明联合检测)下列反应的热效应与其它三项不相同的是(B)A.铝粉与氧化铁的反应B.碳与水的反应C.锌片与稀硫酸反应D.钠与冷水反应解析:A项铝热反应是放热反应;活泼金属与酸、水反应置换出氢气的反应为放热反应,C、D项均为放热反应;B项碳与水的反应为吸热反应。2.由右图分析,下列说法正确的是(D)A.AB+C和B+CA两个反应吸收或放出的能量不等B.AB+CΔH0C.A具有的焓高于B和C具有的焓总和D.AB+CΔH0,则B+CAΔH0解析:由题图可看出,B+C的总焓高于A的焓,则反应B+CA一定是放热反应,ΔH0;反之,AB+C的反应一定是吸热反应,ΔH0,根据能量守恒定律,两反应吸收和放出的热量一定相等。热化学方程式的书写与正误判断【问题导引】1.热化学方程式中ΔH的单位kJ·mol-1的含义是什么?2.化学方程式中物质的化学计量数不能是分数,而热化学方程式中物质的化学计量数可以是分数,原因何在?【疑难剖析】1.热化学方程式书写的基本步骤第一步写出化学反应方程式;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;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)必须注明物质的聚集状态。因为反应物和生成物的聚集状态不同,焓变ΔH不同。因此,只有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和特点。一般用英文字母g、l、s分别表示物质的气态、液态、固态,稀溶液中的溶质则用aq来表示。(2)ΔH只能写在热化学方程式的右边且中间有空格。若为放热反应,ΔH为“-”。ΔH的单位一般为kJ·mol-1,该单位是表明参加反应的各物质的物质的量,与化学方程式中各物质的化学计量数相对应,并不是指1mol物质发生反应。(3)在ΔH后面注明反应条件。焓变(ΔH)与测定条件(温度、压强等)有关,如同一反应在不同温度下进行时的焓变是不同的。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是在25℃、101kPa下测定的,此时可不注明温度和压强。(4)热化学方程式中ΔH的数值必须与化学式前面的化学计量数相对应。若化学方程式中各物质的化学计量数加倍,则ΔH的数值也加倍,若反应逆向进行,则ΔH要改变符号,但绝对值不变。例如:已知H2(g)+21Og2H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1;则H2O(l)H2(g)+21Og2ΔH=285.8kJ·mol-1;2H2(g)+O2(g)2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1。热化学方程式一般不写反应条件。液化石油气主要成分是丙烷,是家中燃气灶的燃料。【例2】第三十届伦敦奥运会2012年8月已成功举办,其火炬采用的是环保型燃料丙烷,火焰颜色为橙色,在强光和日光下具有良好的可视性。已知1g丙烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出50.45kJ的热量,下列有关说法正确的是()A.丙烷燃烧的热化学方程式为:C3H8+5O23CO2+4H2OΔH=-2219.8kJ·mol-1B.丙烷燃烧的热化学方程式为:C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l)ΔH=2219.8kJ·mol-1C.丙烷燃烧的热化学方程式为:C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l)ΔH=-2219.8kJ·mol-1D.1mol丙烷完全燃烧生成气态水时放出的热量大于2219.8kJ解析:A选项未注明物质的状态;放热反应ΔH为“-”,B项错;由液态水转化为气态水时吸收热量,故D项错。答案:C。【活学活用】3.由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放出241.8kJ的热量,1g水蒸气转化为液态水放出2.45kJ的热量。则下列热化学方程式书写正确的是(A)A.H2(g)+21Og2H2O(l)ΔH=-285.9kJ·mol-1B.H2(g)+21Og2H2O(l)ΔH=-241.8kJ·mol-1C.H2(g)+21Og2H2O(l)ΔH=285.9kJ·mol-1D.H2(g)+21Og2H2O