化学反应中能量变化

化学反应中能量变化化学反应中的能量变化简介；化学反应中能量变化一、考情解读1．能说明化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2．了解化学能与热能的相互转化及了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3．了解热化学方程式的含义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。4．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化学反应中能量变化本文内容：化学反应中能量变化一、考情解读1．能说明化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2．了解化学能与热能的相互转化及了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3．了解热化学方程式的含义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。4．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。能源问题已成为全球性的热点问题，这几年高考中该类试题的数目呈上升趋势，考查的内容不断拓展，难度有所提高，过去以考查热化学方程式的书写、燃烧热、中和热等概念及热量计算为主，近两年对化学键与能量的关系、盖斯定律进行了不同程度的考查。反应热是近几年高考的重点考查内容之一，考查的内容主要有：①热化学方程式的书写及正误判断；②比较反应热的大小；③有关反应热的简单计算；④化学键键能与反应热、反应热与能源的综合考查。由于能源问题已成为社会热点，从能源问题切入，从不同的角度设问，结合新能源的开发，把反应热与能源结合起来进行考查，将是今后命题的方向。二、知识梳理一、反应中能量的变化1.基本概念：⑴反应热：在化学反应过程中放出或吸收的热量。反应热用符号“ΔH”表示。单位“kJ/mol”。⑵吸热反应和放热反应：在化学反应过程中，通常用E反表示反应物所具有的总能量，E生表示生成物所具有的总能量。①若E反E生，为放热反应；当△H为“-”或△H0。2．吸热反应和放热反应的判断方法⑴根据反应类型判断：通常情况下燃烧反应、中和反应、金属和酸反应制氢气的反应为放热反应；电解质的电离、盐类水解、大多数的分解反应等为吸热反应。若正反应为吸热反应，则逆反应为放热反应。⑵根据实验现象判断：使反应体系温度升高的反应，为放热反应。反之为吸热反应。如：钠与水反应的现象：钠“熔”成一个小球，可以说明这一反应为放热反应；Fe粉与硫的混合物稍微受热后反应继续剧烈进行，且保持红热状态，说明这一反应为放热反应。在燃烧很旺的炉火中加入煤，炉火马上“暗”下来，说明CO2与C反应为吸热反应；Ba(OH)2与NH4Cl反应，烧杯与玻璃片粘在一起，说明该反应为吸热反应。⑶由物质的聚集状态判断：同种物质的聚集状态不同，其本身具有的能量也不相同。一般情况下：气态物质所具有的能量大于液态，液态具有的能量大于固态；物质处与稳定状态的能量小于不稳定状态的能量。如：硫蒸气在氧气中完全燃烧放出的能量大于固态硫完全燃烧放出的能量。石墨比金刚石稳定，所以由石墨转化为金刚石的反应为吸热反应。⑷由盖斯定律判断：如一个反应可分步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热相同，通过化学反应的能量变化值来进行计算，若ΔH0，则反应为吸热反应，反之则为放热反应。⑸用仪器来测量：量热计【特别提醒】我们不能通过看一个反应是否需要加热来判断是吸热反应和放热反应，因为需加热的反应不一定都是吸热反应，如物质的燃烧一般需要加热来引发反应的进行，但属于放热反应，只有哪些需持续加热的反应才是吸热反应，而那些只是通过加热来引起反应，反应开始后则无须加热的反应，则属放热反应。所以注意两点，若一个反应需持续加热才能进行，一旦停止加热，反应则停止，这样的反应肯定是吸热反应，若一个反应虽然需进行加热来引起反应，但只要反应开始后，不需加热继续反应，则这样的反应属放热反应。常见的放热反应有：酸碱中和反应、活泼金属和酸反应、燃烧反应；常见的吸热反应有：大多数分解反应；氯化铵与八水合氢氧化钡的反应。二、热化学方程式的书写1．定义：表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。2．书写热化学方程式：⑴先书写化学方程式。⑵有g（气体）、l（液体）、s（固体）标明反应物和生成物的聚集状态。⑶反应热用“ΔH”表示，标在化学方程式后面，中间用“；”隔开，吸收热量用“＋”，放出热量用“－”。⑷ΔH与测定的条件有关，书写时应著名条件。若条件为25℃，103kPa，则可不注明。⑸热化学方程式中的计量数只表示物质的量，不表示分子个数，因此热化学方程式中的计量数可以是小数或分数，表示热量的单位“kJ/mol”表示的是对应方程式中的物质的量，所以热量的数值必须与热化学方程式中的计量数相对应。⑹热化学方程式中不注明反应发生的条件。生成物中不能用“↑”或“↓”符号。三、燃烧热1．燃烧热⑴定义：在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。⑵注意事项①燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写燃烧热的化学方程式时，一般以燃烧物前系数为1的标准来配平其余物质的化学计量数。②燃烧产物必须是稳定的氧化物，例如C→CO2，H→H2O(l)等。⑶燃料的充分燃烧①化石燃料主要包括：煤、石油、天然气以及它们的产品等。②可燃物的燃烧条件是：温度达到着火点、与氧气充分接触。③充分燃烧的必要条件是：氧气要充足、可燃物与氧气接触面要大。实施方案：故体燃料粉碎，或液化、汽化。④不充分燃烧的危害是产热少、浪费资源、污染环境。⑷化石燃料提供能量的弊端以及预防措施：①弊端：化石燃料为不可再生能源、燃烧产物中含有SO2造成环境污染、CO2引起温室效应。②预防措施：开发新能源、对燃料进行脱硫或固硫处理。四、中和热1.中和热⑴定义：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应而生成1molH2O，这时的反应热叫做中和热。⑵注意事项中和反应的实质是H+和OH—反应生成H2O。若反应过程中有其他物质生成（如生成沉淀或弱电解质），则其反应热不等于中和热。⑶对于强酸强碱的稀溶液反应，其中和热基本上是相等的。都约为57.3kJ/mol⑷对于强酸与弱碱或弱酸与强碱的反应,中和热一般低于57.3kJ/mol。因为弱电解质的电离属于吸热反应。2.中和热的测定（1）实验步骤：①保温装置的准备：大烧杯底部垫泡沫塑料(或纸条)使放入的小烧杯口与大烧杯口相平。在大小烧杯之间也同时填满碎泡沫塑料或纸条，大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过。②用量筒量取50ml，0.50moL/L盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量其温度。(tHCl)③另取一量筒量取50ml，0．55mol/LNaOH溶液，用温度计测量NaOH溶液的温度:(tNaOH)④将量筒内的NaOH溶液全部倒入盛有HCI的小烧杯中，用玻璃搅棒轻轻搅动溶液，准确记录混合溶液的最高温度(t2)。⑤计算：起始温度t10C=(tHCl+tNaOH)/2，终止温度t20C，温度差=(t2-t1)0C（2）注意的几个问题：①作为量热器的仪器装置，其保温隔热的效果一定要好。因此可以用保温杯来做，也可按课本中方法做，一定要使小烧杯口与大烧杯口相平，这样可以减少热量的损失。②盐酸和NaOH溶液浓度的配制须准确，且NaOH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，因此HC1和NaOH溶液的浓度宜小不宜大，如果浓度偏大，则溶液中阴、阳离子间的相互牵制作用就大，表观电离度就会减小．这样酸碱中和时产生的热量势必要用去一部分来补未电离分子的离解热，造成较大误差。③宜用有O．1分刻度的温度计，且测量应尽可能读准，并估读到小数点后第二位。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不宜用弱酸、弱碱代替强酸、强碱，来测中和热，否则会因中和过程中电离吸热，使测得的中和热数值不准确。⑤实验操作时动作要快。以尽量减少热量的散失。⑥实验过程要至少重复两次，取测量所得数据的平均值作为计算依据，可以使中和热测定尽量准确。【特别提醒】燃烧热中和热相同点能量变化放热反应△H△H＜0，单位：KJ/mol不同点反应物的量1mol（O2的量不限）可能是1mol，也可能是0.5mol生成物的量不限量H2O是1mol反应热的含义1mol反应物完全燃烧时放出的热量；不同反应物，燃烧热不同生成1molH2O时放出的热量，不同反应物的中和热大致相同，均为57.3KJ/mol五、盖斯定律的应用1.理论依据：反应热只与反应始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与具体反应的途径无关。2．计算模式：3．主要应用：计算某些难以直接测量的反应热。4．注意事项：应用盖斯定律进行简单计算，关键在于设计反应途径。(1)当反应式乘以或除以某数时，ΔH也应乘以或除以某数。(2)热化学方程式加减运算以及比较反应热的大小时，ΔH都要带“＋”、“－”号进行计算、比较，即把ΔH看作一个整体进行分析判断。(3)在设计的反应途径中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。(4)当设计的反应逆向进行时，其ΔH与正反应的ΔH数值相等，符号相反。三、高频考点突破考点一反应热及其计算例1．最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：下列说法正确的是()A．CO和O生成CO2是吸热反应B．在该过程中，CO断键形成C和OC．CO和O形成了具有极性共价键的CO2D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程答案：C。【变式探究】某反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是()A．反应过程a有催化剂参与B．该反应为放热反应，热效应等于ΔHC．改变催化剂，不能改变该反应的活化能D．有催化剂的条件下，反应的活化能等于E1＋E2答案：B考点二热化学方程式的书写与判断例2．通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确的是①C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)ΔH1=akJ·mol?1②CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g)ΔH2=bkJ·mol?1③CO2(g)+3H2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)ΔH3=ckJ·mol?1④2CH3OH(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH4=dkJ·mol?1A．反应①、②为反应③提供原料气B．反应③也是CO2资源化利用的方法之一C．反应CH3OH(g)==CH3OCH3(g)+H2O(l)的ΔH=kJ·mol?1D．反应2CO(g)+4H2(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol?1【答案】C【变式探究】下列叙述中正确的是()A．甲烷的燃烧热为890.3kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－890.3kJ·mol－1B．500℃、30MPa下，将0.5molN2和1.5molH2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3kJ，其热化学方程式N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－38.6kJ·mol－1C．氢气的燃烧热为285.5kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)ΔH＝＋571.0kJ·mol－1D．稀溶液中：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则H2SO4与Ba(OH)2反应的热化学方程式为H2SO4(aq)＋Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)ΔH＝－114.6kJ·mol－1答案：C考点三盖斯定律及其应用例3．已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH1CO2(g)＋C(s)===2CO(g)ΔH22CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)ΔH34Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)ΔH43CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)ΔH5下列关于上述反应焓变的判断正确的是()A．ΔH1＞0，ΔH3＜0B．ΔH2＞0，ΔH4＞0C．ΔH1＝ΔH2＋Δ