第六章　化學(xué)反應(yīng)與能量第1講　化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)
必備知識·整合
一、焓變、反應(yīng)熱1.化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)與特征
斷裂
形成
物質(zhì)
能量
熱能
質(zhì)量
能量
2.反應(yīng)熱和焓變
ΔH=H生成物-H反應(yīng)物
kJ/mol
kJ · mol-1
等壓
3.反應(yīng)熱的測定(以中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定為例)
最高
偏小
4.吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)(1)從能量高低角度理解。
吸
放
(2)從化學(xué)鍵角度理解。
＞
＜
[理解·辨析] 判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化都伴有能量的變化。(　　)解析:(1)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵形成,任何化學(xué)反應(yīng)都具有熱效應(yīng)。(2)需加熱的反應(yīng)一定為吸熱反應(yīng),不需加熱的反應(yīng)一定為放熱反應(yīng)。(　　)解析:(2)不能根據(jù)反應(yīng)條件判斷反應(yīng)是放熱還是吸熱。
√
(4)在中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定時,加酸、堿液時動作緩慢,測定的反應(yīng)熱ΔH可能偏小。(　　)(5)吸熱反應(yīng)中,反應(yīng)物化學(xué)鍵斷裂吸收的總能量高于生成物形成化學(xué)鍵放出的總能量。(　　)
解析:(3)ΔH與反應(yīng)條件無關(guān)。
×
×
×
√
2 mol 氫氣和 1 mol 氧氣反應(yīng)生成2 mol
二、熱化學(xué)方程式1.概念表示反應(yīng)所釋放或吸收的熱量的化學(xué)方程式。
液態(tài)水時放出571.6 kJ的熱量
3.熱化學(xué)方程式的書寫步驟及要求
[理解·辨析] 判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。
×
解析:(1)可逆反應(yīng)的ΔH表示完全反應(yīng)的熱量變化,與反應(yīng)是否可逆無關(guān)。但加入1 mol N2和3 mol H2時,不能完全反應(yīng)。
解析:(2)熱化學(xué)方程式如不注明溫度和壓強,即表示在25 ℃和101 kPa下測定。
×
解析:(3)ΔH1與ΔH2數(shù)值相等,符號相反。
×
√
三、燃燒熱、能源1.燃燒熱
101 kPa
1 mol
2.能源(1)分類。
(2)科學(xué)開發(fā)利用能源的措施。
[理解·辨析] 判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)化石燃料和植物燃料燃燒時放出的能量均來源于太陽能。(　　)
√
解析:(2)燃燒熱是1 mol 純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物時所放出的熱量,H2燃燒的穩(wěn)定產(chǎn)物為H2O(l)。
解析:(3)葡萄糖的燃燒熱指1 mol 葡萄糖完全燃燒生成指定產(chǎn)物時所放出的熱量。
×
√
四、蓋斯定律、反應(yīng)熱的計算1.蓋斯定律(1)蓋斯定律內(nèi)容:一個化學(xué)反應(yīng),不管是一步完成的還是分幾步完成的,其反應(yīng)熱是 的。即:在一定條件下,化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的 有關(guān),而與反應(yīng)的 無關(guān)。
相同
始態(tài)和終態(tài)
途徑
ΔH1+ΔH2
ΔH3+ΔH4+ΔH5
(3)蓋斯定律的應(yīng)用。①計算某些反應(yīng)的反應(yīng)熱。②判斷反應(yīng)熱之間的關(guān)系。
2.反應(yīng)熱的計算(1)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化圖來計算。
正反應(yīng)的活化能
逆反應(yīng)的活化能
反應(yīng)熱
總生成物
總反應(yīng)物
放熱
吸熱
(2)利用化學(xué)鍵進行計算:ΔH= 的鍵能總和- 的鍵能總和。(3)利用蓋斯定律進行計算。(4)利用熱化學(xué)方程式進行計算。(5)利用燃燒熱、中和反應(yīng)反應(yīng)熱進行計算。計算公式:Q=燃燒熱×n(可燃物的物質(zhì)的量)。
反應(yīng)物
3.反應(yīng)熱大小的比較(1)看物質(zhì)的聚集狀態(tài)。物質(zhì)的氣、液、固三態(tài)轉(zhuǎn)化時的能量變化如下:
生成物
(2)看ΔH的符號。比較反應(yīng)熱大小時不能只比較ΔH數(shù)值的大小,還要考慮其符號。(3)看化學(xué)計量數(shù)。當(dāng)反應(yīng)物、生成物的聚集狀態(tài)相同時,化學(xué)計量數(shù)越大,放熱反應(yīng)的ΔH越小,吸熱反應(yīng)的ΔH越大。(4)看反應(yīng)的程度。對于可逆反應(yīng),參加反應(yīng)的物質(zhì)的量和聚集狀態(tài)相同時,反應(yīng)進行的程度越大,熱量變化越大。
[理解·辨析] 我國自主研制的新一代中型運載火箭長征八號,采用無毒、無污染的液氫、液氧為推進劑,真正實現(xiàn)了無毒、無污染、零排放,是一支環(huán)?！熬G箭”。
問題3:假設(shè)火箭一次裝載1 t液氫燃料,燃燒生成液態(tài)水,最多可放熱多少?
關(guān)鍵能力·提升
考點一　反應(yīng)熱與熱化學(xué)方程式
反應(yīng)熱與物質(zhì)的能量變化關(guān)系圖分析
(2022·廣東卷,節(jié)選)鉻及其化合物在催化、金屬防腐等方面具有重要應(yīng)用。Cr2O3催化丙烷脫氫過程中,部分反應(yīng)歷程如圖,X(g)→Y(g)過程的焓變?yōu)椤　　　　　　? 　(列式表示)。
(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)
1.根據(jù)蓋斯定律,在一定條件下,化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)(X)和終態(tài)(Y)有關(guān),而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。2.ΔH=Ea正-Ea逆。
(1)寫出丙烷催化脫氫制丙烯的化學(xué)方程式。
(2)若改用鉑系催化劑,丙烷催化脫氫過程的焓變是否改變?提示:不改變。
(3)若該過程反應(yīng)歷程如圖所示,反應(yīng)歷程中最大能壘(活化能)是多少?該過程的焓變是多少?
提示:最大能壘為(E4-E3);焓變?yōu)镋5。
D
1.(2022·湖北華中師大附中模擬)乙炔(HC≡CH)能在Hg(Ⅱ)催化下與水反應(yīng)生成CH3CHO,反應(yīng)歷程如圖所示。下列說法正確的是(　 　)
2.(2022·福建福州二模)苯與Br2的催化反應(yīng)歷程如圖所示。關(guān)于該反應(yīng)歷程,下列說法正確的是(　 　)A.苯與Br2的催化反應(yīng)為放熱反應(yīng)B.該反應(yīng)歷程,苯與Br2的催化反應(yīng)可生成溴苯、鄰二溴苯C.苯與Br2的催化反應(yīng)決速步驟伴隨著極性鍵的斷裂與形成D.從反應(yīng)速率角度,苯與Br2的催化反應(yīng)主反應(yīng)為取代反應(yīng),原因是該反應(yīng)活化能更低
D
[思維建模] 三步突破能量變化能壘圖
根據(jù)鍵能計算焓變
(2021·湖南卷,節(jié)選)氨氣中氫含量高,是一種優(yōu)良的小分子儲氫載體,且安全、易儲運,可通過下面方法由氨氣得到氫氣。方法Ⅰ:氨熱分解法制氫氣相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)
+90.8
從化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)理解化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱產(chǎn)生的原因并加以計算。一是結(jié)合物質(zhì)結(jié)構(gòu)明確“總”鍵能,二是明確“前”減“后”,即ΔH=反應(yīng)物總鍵能(舊鍵斷裂吸收的能量)-生成物總鍵能(新鍵生成釋放的能量)。
合成氨過程中,每生成1 mol NH3　　(填“吸收”或“放出”)熱量　　　 kJ。
答案:放出　45.4
1.(2022·山東省實驗中學(xué)一診)中國研究人員研制出一種新型復(fù)合光催化劑,利用太陽光在催化劑表面實現(xiàn)高效分解水,其主要過程如圖所示。
已知:幾種物質(zhì)中化學(xué)鍵的鍵能如表所示。
D
解析:過程Ⅲ為1 mol 過氧化氫生成1 mol 氧氣和1 mol 氫氣,吸收的能量大于放出的能量,該過程為吸熱反應(yīng),故D錯誤。
C
熱化學(xué)方程式的書寫
依據(jù)事實書寫熱化學(xué)方程式。(1)已知1 mol 單質(zhì)Na在足量O2中燃燒,恢復(fù)至室溫,放出255.5 kJ的熱量,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:? 　。?(2)已知2.0 g燃料肼(N2H4)氣體完全燃燒生成N2和水蒸氣時,放出33.4 kJ的熱量,則表示肼燃燒的熱化學(xué)方程式為? . 　。?(3)在25 ℃、101 kPa下,將1 mol N2和3 mol H2充入一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)生成氨氣,達到平衡時N2的轉(zhuǎn)化率為25%,放出Q kJ的熱量,寫出N2與H2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:? 　。?
ΔH=-534.4 kJ·mol-1
考點二　燃燒熱、中和反應(yīng)反應(yīng)熱、能源
燃燒熱、中和反應(yīng)反應(yīng)熱的含義
A
2.(2022·陜西西安長安一中月考)在測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實驗中,下列說法正確的是(　 　)A.使用環(huán)形玻璃攪拌棒是為了使酸堿充分反應(yīng),減小實驗誤差B.為了準確測定反應(yīng)混合溶液的溫度,實驗中溫度計水銀球應(yīng)與小燒杯底部接觸C.用0.5 mol ·L-1NaOH溶液分別與0.5 mol ·L-1的鹽酸、醋酸溶液反應(yīng),如所取的溶液體積相等,則測得的中和熱數(shù)值相同D.測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱實驗中需要使用的儀器有天平、量筒、燒杯、滴定管、溫度計、環(huán)形玻璃攪拌棒
中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定
A
解析:使用環(huán)形玻璃攪拌棒是為了使酸堿充分反應(yīng),能加快反應(yīng)速率,減小實驗誤差,故A正確;溫度計測燒杯內(nèi)液體的溫度,水銀球不能接觸燒杯底部,故B錯誤;用0.5 mol ·L-1NaOH溶液分別與 0.5 mol ·L-1的鹽酸、醋酸溶液反應(yīng),如所取的溶液體積相等,醋酸是弱酸,電離吸熱,測出的中和熱數(shù)值偏小,故C錯誤;中和熱測定用不到天平,故D錯誤。
3.利用如圖所示裝置測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實驗步驟如下:
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1鹽酸倒入小燒杯中,測出鹽酸溫度;②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,并用同一溫度計測出其溫度;③將NaOH溶液倒入小燒杯中,設(shè)法使之混合均勻,測得混合液的最高溫度?；卮鹣铝袉栴}。(1)為什么所用NaOH溶液要稍過量?? 　。?
解析:(1)在中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定實驗中,為了確保反應(yīng)物被完全中和,常常使加入的一種反應(yīng)物稍微過量一些。
答案:(1)確保鹽酸被完全中和
3.利用如圖所示裝置測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實驗步驟如下:
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1鹽酸倒入小燒杯中,測出鹽酸溫度;②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,并用同一溫度計測出其溫度;③將NaOH溶液倒入小燒杯中,設(shè)法使之混合均勻,測得混合液的最高溫度?；卮鹣铝袉栴}。(2)倒入NaOH溶液的正確操作是　　　　(填字母,下同)。?A.沿玻璃棒緩慢倒入B.分三次倒入C.一次迅速倒入
解析:(2)為了減少熱量損失,倒入NaOH溶液應(yīng)該一次迅速倒入。
答案:(2)C
3.利用如圖所示裝置測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實驗步驟如下:
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1鹽酸倒入小燒杯中,測出鹽酸溫度;②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,并用同一溫度計測出其溫度;③將NaOH溶液倒入小燒杯中,設(shè)法使之混合均勻,測得混合液的最高溫度?；卮鹣铝袉栴}。(3)使鹽酸與NaOH溶液混合均勻的正確操作是　　　　。?A.用溫度計小心攪拌B.揭開硬紙片用玻璃棒攪拌C.輕輕地振蕩燒杯D.用套在溫度計上的環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕地攪動
解析:(3)使鹽酸與NaOH溶液混合均勻的正確操作是用套在溫度計上的環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕地攪動。
答案:(3)D
3.利用如圖所示裝置測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實驗步驟如下:
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1鹽酸倒入小燒杯中,測出鹽酸溫度;②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,并用同一溫度計測出其溫度;③將NaOH溶液倒入小燒杯中,設(shè)法使之混合均勻,測得混合液的最高溫度?；卮鹣铝袉栴}。(4)現(xiàn)將一定量的稀氫氧化鈉溶液、稀氫氧化鈣溶液、稀氨水分別和1 L 1 mol·L-1的稀鹽酸恰好完全反應(yīng),其反應(yīng)熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3,則ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小關(guān)系為　 。?
解析:(4)稀氫氧化鈉溶液和稀氫氧化鈣溶液中溶質(zhì)都完全電離,它們的中和反應(yīng)反應(yīng)熱相同,稀氨水中的溶質(zhì)是弱電解質(zhì),它與鹽酸的反應(yīng)中一水合氨的電離要吸收熱量,故反應(yīng)熱的數(shù)值要小一些(注意中和反應(yīng)反應(yīng)熱與ΔH的關(guān)系)。
答案:(4)ΔH1=ΔH2ⅠC.生成P的速率:Ⅲ>ⅡD.進程 Ⅳ中,Z沒有催化作用
解析:由題圖信息可知,進程Ⅰ中S的能量大于產(chǎn)物P的能量,因此進程Ⅰ是放熱反應(yīng),A說法正確;進程Ⅱ中使用了催化劑X,但是催化劑不能改變平衡產(chǎn)率,因此在兩個進程中平衡時P的產(chǎn)率相同,B說法不正確;進程Ⅲ中由S·Y轉(zhuǎn)化為P·Y的活化能高于進程Ⅱ中由S·X轉(zhuǎn)化為P·X的活化能,由于這兩步反應(yīng)分別是兩個進程的決速步驟,因此生成P的速率為Ⅲ

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