鲁科版高中化学选修四化学反应原理全册学案

第一章化学反应中的能量转化第1节化学反应的热效应【学习目标】1、理解反应热和焓的含义。2、理解测量反应热的实验原理。3、掌握热化学方程式的书写和焓变的计算【教学策略】授课时数：1课时教学重点：反应热、焓变、热化学方程式。教学难点：热化学方程式的书写和焓变的计算。【知识梳理】1、反应热：概念：符号：2、理论计算反应的反应热：化学反应的实质：旧键和新键，前者热量，后者热量。故一个反应是吸热反应还是放热反应，就取决于断键吸收的热量多，还是形成新键放出的热量多。需要用这些键的键能计算，以H2与Cl2反应生成HCl为例分析。分析：已知H－H、Cl－Cl、H－Cl键的键能分别为436kJ/mol、243kJ/mol、431kJ/mol，反应方程式为：H2＋Cl2＝2HCl。由反应知每1molH2、1molCl2反应生成2molHCl。1molH2、1molCl2的化学键断裂时吸收的总能量为：Q吸＝1mol×436kJ/mol＋1mol×243kJ/mol＝679kJ。生成2molHCl放出的热量为：Q放＝2mol×431kJ/mol＝862kJ。可知，放出的热量大于吸收的热量。该反应为放热反应，共放出热量：862kJ－679kJ＝183kJ。3、测反应的反应热：用量热计进行测定，如下图为简易量热计示意图，测定方法是：反应物溶液加入量热计内筒并迅速混合、搅拌，测量反应前后溶液温度的变化值，利用公式：Q＝－c(T2－T1)计算，式中c为体系的热容。热容：当物质吸收热量使温度每升高1K所吸收的热量称为该物质的热容，用符号c表示，单位是J·K-1。单位质量的物质的热容称为比热容，简称比热，单位是J·K-1·g-1。常温下，液态水的比热为4.18J·K-1·g-1，该数据可代入上式用于计算。实验探究：测定中和反应的反应热：(1)量热计内筒中加入100mL、1.0mol/L的盐酸，记录初始温度T1。(2)取100mL、1.1mol/L的NaOH溶液，温度与T1相同(NaOH的浓度稍大些，是为了保证酸完全反应)。(3)碱溶液迅速倒入量热计的内筒中，匀速搅拌，记录体系达到的最高温度T2。(4)计算反应热：Q＝－c(T2－T1)。此处，可假设溶液的比热等于水的比热，用同样方法分别测定KOH溶液与盐酸、NaOH溶液与硝酸反应的反应热。发现这三个反应的反应热相同。因为三者都是强酸与强碱的反应。反应实质都为：H＋＋OH－＝H2O，故反应热相同。二、化学反应的焓变：1、焓与焓变(1)焓：(2)焓变：符号及单位解释数学表达式为QP＝ΔH(QP表示在压强不变的条件下化学反应的反应热)成立条件：QP＝H（生成物）—H（反应物）=ΔH可见，焓变ΔH能表示反应热，用ΔH表示反应的吸热或放热。ΔH＞0，反应产物的焓反应物的焓，反应热量，为反应。ΔH＜0，反应产物的焓反应物的焓，反应热量，为反应。ΔH、Q都可以表示吸热反应、放热反应，二者表示角度不同，结果一致。2、热化学方程式：(1)概念：含义：(2)热化学方程式的书写①要注明反应的温度和压强，若反应是在298K和1.013×105Pa条件下进行，可不予注明。②要注明反应物和生成物的聚集状态或晶型。常用s、l、g分别表示固体、液体、气体。③ΔH与方程式计量系数有关，注意方程式中的化学计量系数与对应ΔH不要弄错，计量系数以“mol”为单位，可以是小数或分数。若反应逆向进行，ΔH改变符号，绝对值不变。④在所写化学反应计量方程式后写下ΔH的数值和单位，方程式与ΔH应用分号隔开。⑤当ΔH为“－”或ΔH＜0时，为放热反应，当ΔH为“＋”或ΔH＞0时，为吸热反应。三、反应焓变的计算。1、盖斯定律：2、计算化学反应的焓变盖斯定律表明反应的热效应与途径无关，可以利用该定律分析热效应。如：H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)；ΔH=－285.5kJ/mol该反应可看成如下过程：反应分步进行的热效应如下：1、H2(g)＝2H(g)；ΔH1＝＋431.8kJ/mol2、O2(g)＝O(g)；ΔH2＝＋244.3kJ/mol3、2H(g)＋O(g)＝H2O(g)；ΔH3＝－917.9kJ/mol4、H2O(g)＝H2O(l)；ΔH4＝－44.0kJ/mol这4个反应合并出总反应为：H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)；ΔH＝＋431.8kJ/mol＋(＋244.3kJ/mol)＋(－917.9kJ/mol)＋(－44.0kJ/mol)＝—285.8kJ/mol上述过程验证了盖斯定律，同时运用盖斯定律，可任意计算一个反应的反应热。【典例解析】例1、下列说法正确的是()A、需要加热才能发生的反应一定是吸热反应。B、任何放热反应在常温条件下一定能发生反应。C、反应物和生成物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热。D、吸热反应在一定条件下(如高温、加热等)也能发生反应。解析：本题考查学生对吸热反应和放热反应的基本概念的掌握情况。认为需加热的反应一定是吸热反应是错误的，事实上，若反应需持续不断地加热，则反应一定是吸热，如C＋CO22CO是吸热反应。反应开始时需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。放热反应和吸热反应在一定条件下都能发生。答案：CD。例2、试利用298K时，下述反应焓变的实验数据，计算在此温度下C(S，石墨)＋O2(g)＝CO(g)的反应焓变。C(S，石墨)＋O2(g)＝CO2(g)；ΔH1＝－393.5kJ/molCO(g)＋O2(g)＝CO2(g)；ΔH2＝－283.0kJ/mol解：把题中的两个反应相减：C(S，石墨)＋O2(g)＝CO2(g)；ΔH1＝－393.5kJ/molCO(g)＋O2(g)＝CO2(g)；ΔH2＝－283.0kJ/mol总反应为：C(S，石墨)＋O2(g)＝CO(g)；ΔH3由盖斯定律知，总反应ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－393.5kJ/mol－（－283.0kJ/mol）＝－110.5kJ/mol答：298K时，C(S，石墨)＋O2(g)＝CO(g)的反应焓变为－110.5kJ/mol盖斯定律是指分步反应与总反应的关系，上述例题中要体现出反应总和，可把第二个反应改写为：CO2(g)＝CO(g)＋O2(g)；ΔH＝－ΔH2＝＋283.0kJ/mol。这种改写在题目中经常用到，反应改为逆反应，则焓变的符号也正好相反，但绝对值不能发生变化。结论：若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变为这几个化学反应焓变的代数和。例3、下列热化学方程式书写正确的是（）A、2SO2＋O2SO3；ΔH＝－196.6kJ/mol-1B、H2(g)＋O2(g)＝H2O(1)；ΔH＝－241.8kJ·mol-1C、H2(g)＋O2(g)＝H2O(g)；ΔH＝－285.8kJ·mol-1D、2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(1)；ΔH＝－571.6kJ·mol-1E、C(s)＋O2(g)＝CO2(g)；ΔH＝393.5kJ·mol-1解析：要明确热化学方程式的书写规则，物质的状态变化伴随着热效应，H2和O2反应生成气态水比生成液态水放出的热量少。书写热化学方程式必须注意以下几点：①要注明反应热与生成物各物质的状态，A错；②吸热反应ΔH＞0，体系能量升高；放热反应，ΔH＜0，生成物的总量小于反应物的总能量，E错。氢气和氧气反应生成气态水比生成液态水放出的热量少，因为有部分热量用于水的气化，所以B、C都错。答案：D。【随堂演练】1、反应C(石墨)C(金刚石)是吸热反应，由此可知()A、石墨比金刚石稳定。B、石墨比金刚石不稳定。C、石墨和金刚石可以相互转化。D、石墨和金刚石不可以相互转化。2、今有如下三个热化学方程式：H2(g)＋O2(g)＝H2O(g)；ΔH＝akJ/molH2(g)＋O2(g)＝H2O(1)；ΔH＝bkJ/mol2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(1)；ΔH＝ckJ/mol关于它们的下列表述正确的是()A、它们都是吸热反应。B、a，b和c均为正值。C、a＝bD、2b＝c3、已知反应X＋Y＝M＋N为放热反应，该反应的下列说法正确的是()A、X的能量一定高于M。B、Y的能量一定高于N。C、X和Y的总能量一定高于M和N的总能量。D、因该反应为放热反应，所以一定不必加热就可以发生。4、已知在25℃，101kPa下，1gC8H18(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)＋O2(g)＝8CO2(g)＋9H2O(g)ΔH＝－48.40kJ·mol-1B、C8H18(1)＋O2(g)＝8CO2(g)＋9H2O(1)ΔH＝－5518kJ·mol-1C、C8H18(1)＋O2(g)＝8CO2(g)＋9H2O(1)ΔH＝＋5518kJ·mol-1D、C8H18(1)＋O2(g)＝8CO2(g)＋9H2O(1)ΔH＝－48.40kJ·mol-15、在同温同压下，下列各组热化学方程式中，a＜b(a＞0，ｂ＞0)的是（）A、S(s)＋O2(g)＝SO2(g)；ΔH＝－akJ/molS(g)＋O2(g)＝SO2(g)；ΔH＝－bkJ/molB、2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(1)；ΔH＝－akJ/mol2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；ΔH＝－bkJ/molC、H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g)；ΔH＝－akJ/molH2(g)＋Cl2(g)＝HCl(g)；ΔH＝－bkJ/molD、C(s)＋O2(g)＝CO2(g)；ΔH＝－akJ/molC(s)＋O2(g)＝CO(g)；ΔH＝－bkJ/mol6、已知方程式2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(1)；ΔH1＝－571.6kJ·mol-1，则关于方程式2H2O(1)＝2H2(g)＋O2(g)；ΔH2＝？的说法中正确的是()A、方程式中化学计量数表示分子数。B、该反应ΔH2大于零。C、该反应ΔH2＝－571.6kJ·mol-1。D、该反应可表示36g水分解时的热效应。【能力提升】7、甲烷是一种高效清洁的新能源，0.25molCH4完全燃烧生成液态水时放出222.5kJ热量，则下列方程式正确的是()A、2CH4(g)＋4O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(1)ΔH＝＋890kJ·mol-1B、CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(1)ΔH＝＋890kJ·mol-1C、CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(1)ΔH＝－890kJ·mol-1D、CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－890kJ·mol-18、已知：2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(1)ΔH＝－571.6kJ·mol-1CO(g)＋O2(g)＝CO2(g)ΔH＝－282.8kJ·mol-1现有CO、H2和CO2组成的混合气体67.2L(标准状况)经完全燃烧后放出的总热量为710.0kJ。并生成18g液态水。则燃烧前混合气体中CO的体积分数为()A、80%B、50%C、60%D、20%9、下列各组热化学方程式中，化学反应的△H前者大于后者的是()①C(s)＋O2(g)===CO2(g)；△H1C(s)＋12O2(g)===CO(g)；△H2②S(s)＋O2(g)===SO2(g)；△H3S(g)＋O2(g)===SO2(g)；△H4③H2(g)＋12O2(g)===H2O(l)；△H52H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)；△H6④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；△H7CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s)；△H8A．①B．④C．②③④D．①②③10、我国发射的“神舟五号”载人飞船的燃料是铝粉与高氯酸铵的混合物。点燃时，铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应2NH4ClO4=N2↑+4H2O+Cl2↑+O2↑；△H0。关于该反应叙述不正确的是（）A．该反应属于分解反应、氧化还原反应、放热反应B．该反应瞬间能产生大量高温气体，推