能認識化學變化的本質(zhì)特征是有新物質(zhì)生成,并伴有能量轉(zhuǎn)化;能從內(nèi)因與外因、量變與質(zhì)變等方面較全面分析物質(zhì)的化學變化,關(guān)注化學變化中的能量轉(zhuǎn)化;能進行反應焓變的簡單計算;能定量分析化學變化的熱效應;能用熱化學方程式表示反應中的能量變化;能運用反應焓變合理選擇和利用化學反應。
概念:能夠表示反應熱的化學方程式叫做熱化學方程式。意義:表明化學反應中的物質(zhì)變化和能量變化及其計量關(guān)系。書寫步驟:
提醒 :對于同素異形體,除了要注明聚集狀態(tài)之外,還要注明物質(zhì)的名稱。
熱化學方程式五審判斷正誤
熱化學方程式表明化學反應中的物質(zhì)變化和能量變化及其計量關(guān)系。參與反應的物質(zhì)與反應的焓變成正比關(guān)系。根據(jù)一定量的物質(zhì)反應時的熱量變化,可計算反應的焓變。
計算公式:ΔH=反應物的總鍵能?生成物的總鍵能。計算關(guān)鍵:利用鍵能計算反應熱的關(guān)鍵,就是要算清物質(zhì)中共價鍵的數(shù)目,清楚中學階段常見單質(zhì)、化合物中所含共價鍵的種類和數(shù)目。
常見物質(zhì)中的共價鍵及其個數(shù)
根據(jù)過渡態(tài)理論,反應物轉(zhuǎn)化為生成物的過程中,要經(jīng)過能量較高的過渡狀態(tài)。從反應物至最高點的能量數(shù)值E1為正反應的活化能,從最高點至生成物的能量數(shù)值E2為逆反應的活化能,ΔH=E1-E2。催化劑能降低反應所需活化能,但不影響焓變的大小。
考點二 反應熱的計算 題型2基于活化能計算反應熱
一個化學反應是吸收能量還是釋放能量,取決于反應物總能量和生成物總能量之間的相對大小。若反應物的總能量小于生成物的總能量,則反應過程中吸收能量;若反應物的總能量大于生成物的總能量,則反應過程中釋放能量。由此可知:ΔH=E(生成物能量總和)?E(反應物能量總和)。
考點二 反應熱的計算 題型3基于相對能量計算反應熱
考點二 反應熱的計算 題型4基于蓋斯定律計算反應熱
內(nèi)容:一個化學反應,不論是一步完成,還是分幾步完成,其總的熱效應是完全相等的。這個規(guī)律被稱為蓋斯定律。由俄國化學家蓋斯(G. H. Hess,1802?1850)于1840年提出。本質(zhì):在恒壓條件下,化學反應的熱效應等于焓變(ΔH),而ΔH僅與反應的起始狀態(tài)和反應的最終狀態(tài)有關(guān),而與反應的途徑無關(guān)。
圖示反應的三個途徑的熱效應相同即ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5
計算技巧:同邊加號異邊負,焓的變化跟系數(shù)。
總結(jié)考查反應熱計算的四種題型
【例1】(2022年河北卷16題節(jié)選)氫能是極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗詺淙剂蠟榇淼娜剂想姵赜辛己玫膽们熬啊?(1)298K 時,1g H2燃燒生成 H2O(g)放熱 121 kJ,1 ml H2O(l)蒸發(fā)吸熱 44 kJ,表示 H2 燃燒熱的熱化學方程式為______________________________________。
【例2】(2021年河北卷第16題) (1) 大氣中的二氧化碳主要來自于煤、石油及其他含碳化合物的燃燒。已知25℃時,相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如表:(1) 則25℃時H2(g)和C(石墨, s)生成C6H6(l)的熱化學方程式為 。(寫出一個代數(shù)式即可)。
【解析】根據(jù)燃燒熱概念,存在反應①C(石墨,s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ·ml?1,反應②H2(g)+0.5O2(g)=H2O(l)ΔH?=-285.8kJ·ml?1反應③C6H6(l)+7.5O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) 根據(jù)蓋斯定律,①×6+②×3-③得反應:6C(石墨,s)+3H?(g)= C6H6(l) ΔH=(-393.5kJ·ml-1)×6+(-285.8kJ·ml-1)×3-(-3267.5)kJ·ml-1 = +49.1 kJ?ml?1
6C(石墨,s)+3H?(g)= C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ?ml?1
【解析】:根據(jù)計算公式ΔH=反應物的鍵能總和?生成物的鍵能總和 ΔH1=(945+498?631× 2)kJ·ml?l=181 kJ·ml?l。
【例4】(2023年湖北卷)納米碗是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下,可以由分子經(jīng)過連續(xù)5步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應生成。 的反應機理如下:已知C40Hx中的碳氫鍵和碳碳鍵的鍵能分別為 和 ,H-H鍵能為 估算 ΔH= kJ.ml-1。
【解析】由計算公式ΔH=反應物的鍵能總和?生成物的鍵能總和;根據(jù)斷鍵機理,斷裂兩個C-H鍵,形成一個C-C鍵和一個H-H鍵,其他鍵沒變化,相減抵消,所以 ΔH=2E(C-H)-[E(C-C)+E(H-H)]=[2×430-(298+436)] kJ·ml?l=+128 kJ·ml?l。
【例5】(2024年河北卷17題節(jié)選)(1)硫酰氯常用作氯化劑和氯磺化劑,工業(yè)上制備原理如下:①若正反應活化能為E正kJ.ml-1 ,則逆反應的活化能E逆= kJ.ml-1(用含正的代數(shù)式表示)。
【解析】根據(jù)活化能和反應熱的關(guān)系 ΔH=E正kJ.ml-1 -E逆kJ.ml-1 E逆=E正kJ.ml-1 - ΔH=(E正+67.59)kJ.ml-1
【例題6】(2024年安徽卷第10題)某溫度下,在密閉容器中充入一定量的X(g),發(fā)生反應: ,測得各氣體濃度與反應時間的關(guān)系如圖所示。下列反應進程示意圖符合題意的是 ( )
?【解析】由圖可知,反應初期隨著時間的推移X的濃度逐漸減小、Y和Z的濃度逐漸增大,后來隨著時間的推移X和Y的濃度逐漸減小、Z的濃度繼續(xù)逐漸增大,說明X(g)?Y(g)的反應速率大于Y(g)?Z(g)的反應速率, 則反應X(g)?Y(g)的活化能小于反應Y(g)?Z(g)的活化能。A. 圖像顯示Y 的能量高于 X, 即圖像顯示X(g)?Y(g)為吸熱反應, 不符合題意;B. 圖像顯示X(g)?Y(g)的活化能小于Y(g)?Z(g)的活化能, B 項符合題意;C. 圖像上X(g)?Y(g)的活化能大于 Y(g)?Z(g)的活化能, C 項不符合題意;D. 圖像顯示X(g)═Y(g)和Y(g)═Z(g)的ΔH都大于0 D 項不符合題意;
該過程甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇,屬于加氧氧化D項正確;
【例題7】(2024年甘肅卷第10題) 甲烷在某含M催化劑作用下部分反應的能量變化如圖所示,下列說法錯誤的是 A. E2=1.41ev B. 步驟2逆向反應的ΔH=+0.29ev C. 步驟1的反應比步驟2快 D. 該過程實現(xiàn)了甲烷的氧化
E2=0.7-(-0.71)ev=1.41ev
ΔH=生成物能量-反應物能量=-0.71-(-1.00)=+0.29ev
步驟1的活化能大于步驟2的活化能,步驟1的反應慢,C項錯誤
【例題8】(2024年全國甲卷第28題) 甲烷轉(zhuǎn)化為多碳化合物具有重要意義。一種將甲烷溴化再偶聯(lián)為丙烯(C3H6)的研究所獲得的部分數(shù)據(jù)如下。回答下列問題:(1) 已知如下熱化學方程式: CH4(g)+Br2(g) = CH3Br(g)+HBr(g) ΔH1=-29kJ.ml-1 3CH3Br(g)=C3H6 (g)+3HBr(g) ΔH2=+20kJ.ml-1 計算反應 3CH4(g)+3Br2(g) = C3H6 (g)+6HBr(g) 的 ΔH= ?
【詳解】將第一個熱化學方程式命名為①,將第二個熱化學方程式命名為②。根據(jù)蓋斯定律,目標方程式=方程式①×3+②,ΔH=ΔH1×3+ΔH2=(-29×3+20)kJ·ml?l =-67kJ.ml-1
【答案】-67kJ.ml-1
【例9】((2024·湖南卷)丙烯腈(CH2=CHCN )是一種重要的化工原料。工業(yè)上以N2為載氣,TiO2用作催化劑生產(chǎn)丙烯腈(CH2=CHCN )的流程如下:已知:①進料混合氣進入兩釜的流量恒定,兩釜中反應溫度恒定:②反應釜Ⅰ中發(fā)生的反應:?。篐OCH2CH2COOC2H5(g)→CH2=CHCOOC2H5(g)+H2O(g)??ΔH1 ③反應釜Ⅱ中發(fā)生的 反應ⅱ:?CH2=CHCOOC2H5(g)+NH3(g→CH2=CHCONH2(g)+C2H5OH(g) ΔH2ⅲ:??CH2=CHCONH2(g)→CH2=CHCN(g)+H2O(g)ΔH3(1)總反應 HOCH2CH2COOC2H5(g)+ NH3(g)→ CH2=CHCN(g)+C2H5OH(g)+2H2O(g) ΔH=? (用含ΔH1 ΔH2 ΔH3的代數(shù)式表示);
【詳解】(1)根據(jù)蓋斯定律,總反應HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g)→CH2=CHCN(g)+C2H5OH(g)+2H2O(g)可以由反應i+反應ii+反應iii得到,故ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3;
ΔH1+ΔH2+ΔH3
【例10】(2024·浙江6月卷17題)(5)資源的再利用和再循環(huán)有利于人類的可持續(xù)發(fā)展。選用如下方程式,可以設計能自發(fā)進行的多種制備方法,將反應副產(chǎn)物偏硼酸鈉(NaBO2)再生為NaBH4。(已知:ΔG是反應的自由能變化量,其計算方法也遵循蓋斯定律,可類比計算ΔH方法;當ΔG

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