資源簡介

第一章 化學反應的熱效應
復習課
學習目標
1.知道化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因。
2.通過生產、生活中的實例了解化學能與熱能的相互轉化。
3.認識提高燃料的燃燒效率、開發高能清潔燃料的重要性。
4.明確蓋斯定律的含義，能運用蓋斯定律進行簡單的計算。
學習過程
一、焓變與反應熱
1.化學反應中的能量變化
【思考】化學反應中的兩大變化、兩大守恒、能量轉化形式是什么？
(1)化學反應中的兩大變化：　　　　變化和　　　　變化。
(2)化學反應中的兩大守恒：　　　　守恒和　　　　守恒。
(3)化學反應中的能量轉化形式：　　　　、光能、電能等。通常主要表現為　　　　的變化。
2.焓變
【思考】焓變的定義、符號、單位是什么？
(1)定義：在　　　　條件下進行的反應的　　　　。
(2)符號：　　　　。
(3)單位：　　　　或　　　　。
3.吸熱反應和放熱反應
(1)從反應物和生成物的總能量相對大小的角度分析，如圖所示：
(2)從反應熱的量化參數——鍵能的角度分析：
(3)記憶常見的放熱反應和吸熱反應
【回顧】常見的放熱反應和吸熱反應有哪些？
【跟蹤練習1】某反應的ΔH=+100 kJ·mol-1，下列有關該反應的敘述正確的是(　　)
A.正反應活化能小于100 kJ·mol-1
B.逆反應活化能一定小于100 kJ·mol-1
C.正反應活化能不小于100 kJ·mol-1
D.正反應活化能比逆反應活化能小100 kJ·mol-1
【跟蹤練習2】SF6是一種優良的絕緣氣體，分子結構中只存在S—F鍵。已知：1 mol S(s)轉化為氣態硫原子吸收能量280 kJ，斷裂1 mol F—F、S—F鍵需要吸收的能量分別為160 kJ、330 kJ，則S(s)+3F2(g)SF6(g)的反應熱ΔH為　　　　。
【練后反思】1.正確理解活化能與反應熱的關系
(1)E1為正反應活化能，E2為逆反應活化能，ΔH=E1-E2；
(2)催化劑能降低反應所需活化能，但不影響焓變的大小。
2.熟記反應熱ΔH的基本計算公式
ΔH=生成物的總能量-反應物的總能量
ΔH=反應物的總鍵能之和-生成物的總鍵能之和
二、熱化學方程式
【思考】熱化學方程式的概念、意義及書寫時的注意事項有哪些？
1.概念：表示參加反應　　　　和　　　　的關系的化學方程式。
2.意義：表明了化學反應中的　　　　變化和　　　　變化。
如：2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1
表示：　　　　氫氣和　　　　氧氣反應生成　　　　液態水時放出　　　　kJ的熱量。
3.書寫注意事項：
(1)注明反應時的溫度和壓強。反應熱與測定條件(溫度、壓強等)有關，若在25 ℃、101 kPa下進行的反應，可不注明。
(2)注明物質狀態。常用　　　　、　　　　、　　　　、　　　　分別表示固體、液體、氣體、溶液。
(3)方程式右邊必須寫上ΔH，并注意符號、單位。ΔH應包括“+”或“-”、數字和單位(kJ·mol-1)。
(4)注意守恒關系。原子守恒和得失電子守恒。
(5)區別于普通方程式。一般不注“↑” “↓”以及“點燃” “加熱”等。
(6)注意熱化學方程式的化學計量數。熱化學方程式中各物質化學式前面的化學計量數僅表示該物質的物質的量，可以是整數，也可以是分數。且化學計量數必須與ΔH相對應，如果化學計量數加倍，則ΔH數值也要加倍。
【跟蹤練習3】已知化學反應A2(g)+B2(g)2AB(g)的能量變化如圖所示，請寫出該反應的熱化學方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【跟蹤練習4】在298 K、101 kPa時，充分燃燒一定量的丁烷，放出熱量Q kJ(Q>0)，經測定完全吸收生成的二氧化碳需要消耗5 mol·L-1的KOH溶液100 mL，且恰好生成正鹽。則此條件下，下列熱化學方程式正確的是(　　)
A.C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)　ΔH=-16Q kJ·mol-1
B.C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)　ΔH=-8Q kJ·mol-1
C.C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)　ΔH=-Q kJ·mol-1
D.C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(g)　ΔH=-Q kJ·mol-1
【練后反思】“五看”判斷熱化學方程式的正誤：
(1)看熱化學方程式是否配平；
(2)看各物質的聚集狀態是否正確；
(3)看ΔH的“+”“-”符號是否正確；
(4)看反應熱的單位是否為kJ·mol-1；
(5)看反應熱的數值與化學計量數是否對應。
三、兩類重要反應熱——燃燒熱、中和熱
1.燃燒熱
【思考】燃燒熱的概念、意義是什么？如何正確書寫表示燃燒熱的熱化學方程式以及進行燃燒熱的相關計算？
(1)概念：在101 kPa時，　　　　純物質完全燃燒生成穩定的　　　　時所放出的熱量。
燃燒熱的單位一般用kJ·mol-1表示。
燃燒熱的限定詞有恒壓(101 kPa時)、可燃物的物質的量(1 mol)、完全燃燒、穩定的氧化物等，其中的“完全燃燒”，是指可燃物中的下列元素完全轉變成對應的氧化物：C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)等。
(2)表示的意義：例如C的燃燒熱ΔH=-393.5 kJ·mol-1，表示在101 kPa時，1 mol C　　　　燃燒　　　　393.5 kJ的熱量。
(3)書寫熱化學方程式：燃燒熱是以1 mol純物質完全燃燒所放出的熱量來定義的，因此在書寫它的熱化學方程式時，應以燃燒1 mol純物質為標準來配平其余物質的化學計量數。例如：C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l)　ΔH=-5518 kJ·mol-1，即C8H18的燃燒熱ΔH=　　　　。
(4)燃燒熱的計算：可燃物完全燃燒放出的熱量的計算公式為Q放=n(可燃物)×ΔH(燃燒熱)，
式中：Q放為　　　　　　　 ；n為　　　　　　　　；ΔH為　　　　　　　　。
2.中和熱
【思考】中和熱的概念，以及中和熱的測定原理裝置圖是怎樣的？
(1)概念：在稀溶液中，強酸跟強堿發生中和反應生成　　　　H2O時的反應熱。
(2)注意幾個限定詞：①　　　　；②產物是　　　　；③用離子方程式可表示為　。
(3)中和熱的測定：
①測定原理：ΔH=　　　　　　。
式中：c=4.18 J·(g·℃)-1=4.18×10-3 kJ·(g·℃)-1；n為　　　　。
②實驗裝置如圖：
【跟蹤練習5】下列說法中，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”(以下ΔH的數值均正確)。
(1)S(s)+O2(g)SO3(g)　ΔH=-315 kJ·mol-1(燃燒熱)(　　)
(2)NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1(中和熱)(　　)
(3)已知H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1，則H2SO4和Ba(OH)2反應的反應熱ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1(　　)
(4)已知CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)　ΔH=-192.9 kJ·mol-1，則CH3OH(g)的燃燒熱ΔH=-192.9 kJ·mol-1(　　)
(5)H2(g)的燃燒熱ΔH=-285.8 kJ·mol-1，則2H2O(g)2H2(g)+O2(g)　ΔH=+571.6 kJ·mol-1(　　)
(6)葡萄糖的燃燒熱ΔH=-2 800 kJ·mol-1，則 C6H12O6(s)+3O2(g)3CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 400 kJ·mol-1(　　)
(7)已知101 kPa時，2C(s)+O2(g)2CO(g)　ΔH=-221 kJ·mol-1，則該反應的反應熱為221 kJ·mol-1(　　)
(8)已知稀溶液中，H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1，則稀醋酸與稀氫氧化鈉溶液反應生成1 mol水時放出57.3 kJ的熱量(　　)
(9)已知HCl和NaOH反應的中和熱ΔH=-57.3 kJ·mol-1，則98%的濃硫酸與稀氫氧化鈉溶液反應生成1 mol水時放出的熱量為57.3 kJ(　　)
(10)CO(g)的燃燒熱ΔH=-283.0 kJ·mol-1，則2CO2(g)2CO(g)+O2(g)反應的ΔH=+(2×283.0)kJ·mol-1(　　)
【練后反思】1.反應熱答題規范指導
(1)用“焓變(ΔH)”表示反應熱時，ΔH>0表示吸熱，ΔH<0表示放熱，因而，ΔH后所跟數值需要帶“+”“-”號。
(2)描述反應熱時，無論是用“反應熱”表示還是用“焓變”表示，其后所跟數值需要帶“+”“-”號。
2.正確理解中和熱，注意實驗操作與計算細節
(1)中和熱不包括離子在水溶液中的生成熱、物質的溶解熱、電解質電離時的熱效應。
(2)酸、堿溶液應當用稀溶液(0.1~0.5 mol·L-1)。若溶液濃度過大，溶液中陰、陽離子間的相互牽制作用就大，電離程度達不到100%，這樣使酸堿中和時產生的熱量會消耗一部分補償電離時所需的熱量，造成較大誤差。
(3)使用兩只量筒分別量取酸和堿。
(4)使用同一支溫度計，分別先后測量酸、堿及混合液的最高溫度時，測完一種溶液后，必須用水沖洗干凈并用濾紙擦干。
(5)取多次實驗所得t1、t2的平均值代入公式計算，而不是求結果的平均值，計算時應注意單位的統一。
四、有關反應熱的比較、計算
1.ΔH的比較方法
比較ΔH的大小時需考慮　　　　，對放熱反應，放熱越多，ΔH　　　　；對于吸熱反應，吸熱越多，ΔH　　　　。
2.反應熱的有關計算
(1)根據熱化學方程式計算：反應熱與反應物的物質的量成　　　　；
(2)根據　　　　　　　　求算。
【強調】應用蓋斯定律進行簡單計算時，關鍵在于設計反應過程，同時注意：
①參照新的熱化學方程式(目標熱化學方程式)，結合原熱化學方程式(一般2~3個)進行合理“變形”，如熱化學方程式顛倒或乘、除以某一個數，然后將它們相加減，得到目標熱化學方程式，得目標熱化學方程式的ΔH與原熱化學方程式之間ΔH的換算關系。
②當熱化學方程式乘、除以某一個數時，ΔH也應相應地乘、除以某一個數；當熱化學方程式進行加減運算時，ΔH也同樣要進行加減運算，且要帶“+”“-”符號運算，即把ΔH看作一個整體進行運算。
③將一個熱化學方程式顛倒書寫時，ΔH的符號也隨之改變，但數值不變。
④在設計反應過程中，會遇到同一物質的三態(固、液、氣)的相互轉化，狀態由固→液→氣變化時，會吸熱；反之會放熱。
(3)根據物質的燃燒熱進行計算：Q(放)=n(可燃物)×ΔH(燃燒熱)
【跟蹤練習6】若向三份等體積0.100 0 mol·L-1 NaOH溶液中分別加入①稀醋酸，②濃硫酸，③稀硝酸至恰好完全反應，則上述過程中的焓變ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小關系為　　　　　　　　　　。
【跟蹤練習7】已知膽礬溶于水時，溶液溫度降低。在室溫下將1 mol無水硫酸銅制成溶液時，放出熱量為Q1 kJ，而膽礬分解的熱化學方程式是CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l)　ΔH=+Q2 kJ·mol-1，則Q1與Q2的大小關系為　　　　。
五、能源
【思考】能源的概念、發展階段、分類及目前面臨的能源問題和解決能源問題的措施有哪些？
1.概念：能提供能量的資源。
2.發展階段：柴草時期→化石能源時期→多能源結構時期。
3.分類：
(1)化石燃料：
①種類：　　　　、　　　　、　　　　。
②特點：蘊藏量有限，且　　　　再生。
(2)新能源：
①種類：　　　　、氫能、風能、地熱能、海洋能和　　　　等。
②特點：資源豐富，　　　　再生，沒有污染或污染很小。
4.能源問題：
(1)我國目前使用的主要能源是化石燃料，它們的蘊藏量有限，而且不可再生，最終將會枯竭。
(2)化石燃料的大量使用帶來嚴重的環境污染問題。
5.解決能源問題的措施：
(1)提高能源的使用效率：
①改善開采、運輸、加工等各個環節。
②科學控制燃燒反應，使燃料充分燃燒：一是保證燃燒時有適當過量的空氣，如鼓入空氣、增大O2濃度等；二是保證燃料與空氣有足夠大的接觸面積，如將固體燃料粉碎成粉末，將液體燃料噴成霧狀等。
(2)開發新的能源：開發資源豐富、可以再生、沒有污染或污染很小的新能源。
【跟蹤練習8】能源分類相關圖如下圖所示，下列四組選項中，全部符合圖中陰影部分的能源是(　　)
A.煤炭、石油、沼氣
B.水能、生物能、天然氣
C.太陽能、風能、潮汐能
D.地熱能、海洋能、核能
隨堂檢測
1.某反應過程中體系的能量變化如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
反應過程的能量圖
A.反應過程可表示為
B.E1為反應物的平均能量與過渡態的能量差，稱為正反應的活化能
C.正反應的熱效應ΔH=E1-E2<0，所以正反應為放熱反應
D.此圖中逆反應的熱效應ΔH=E1-E2<0，所以逆反應為放熱反應
2.在測定中和反應反應熱的實驗中，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形玻璃攪拌棒輕輕地攪動
3.通常把拆開1 mol某化學鍵所吸收的能量看成該化學鍵的鍵能。鍵能的大小可以衡量化學鍵的強弱，也可用于估算化學反應的反應熱(ΔH)，化學反應的ΔH等于反應中斷裂舊化學鍵的鍵能之和與反應中形成新化學鍵的鍵能之和的差。下面列舉了一些化學鍵的鍵能數據，供計算使用。
化學鍵 Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C
鍵能/(kJ·mol-1) 460 360 436 431 176 347
工業上的高純硅可通過下列反應制取：SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)，該反應的反應熱ΔH為　　　 　。
4.已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.64 kJ·mol-1，在一定溫度下，向一固定體積的密閉容器中通入2 mol SO2、1 mol O2，達到平衡時放出熱量為Q1 kJ，在同樣條件下，向該容器中通入2 mol SO3，達到平衡時，吸收熱量為Q2 kJ，則Q1和Q2的關系為　　　　　　　　　　。
5.實驗室用4 mol SO2與2 mol O2在一定條件下進行反應：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.64 kJ·mol-1，當放出314.624 kJ熱量時，SO2的轉化率為　　　 　。
6.實驗測得：101 kPa時，1 mol H2完全燃燒生成液態水，放出285.8 kJ的熱量；1 mol CH4完全燃燒生成液態水和CO2，放出890.3 kJ的熱量。下列熱化學方程式的書寫正確的是(　　)
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=+890.3 kJ·mol-1
②CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-890.3 kJ·mol-1
④2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1
A.僅有②
B.僅有②④
C.僅有②③④
D.全部符合要求
7.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反應過程的能量變化如圖所示。已知1 mol SO2(g)氧化為1 mol SO3(g)的ΔH=-99 kJ·mol-1。
請回答下列問題：
(1)圖中A、C分別表示　　　　、　　　　，E的大小對該反應的反應熱有無影響？　　 　　。該反應通常用V2O5作催化劑，加V2O5會使圖中B點升高、降低還是不變？　　 　　，理由是　 。
(2)圖中ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
(3)V2O5的催化循環機理可能為：V2O5氧化SO2時，自身被還原為四價釩化合物；四價釩化合物再被氧氣氧化為V2O5。試寫出該催化循環機理的化學方程式： 。
參考答案
學習過程
一、1.(1)物質　能量　(2)質量　能量　(3)熱能　熱量
2.(1)恒壓　熱效應　(2)ΔH　(3)kJ·mol-1　kJ/mol
3.(1)吸　放
(3)放熱反應：①可燃物的燃燒；②酸堿中和反應；③大多數化合反應；④金屬與水或酸的反應；⑤物質的緩慢氧化。
吸熱反應：①大多數分解反應；②Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應；③C和H2O、CO2的反應。
【跟蹤練習1】解析：某反應的ΔH=+100 kJ·mol-1，說明該反應的正反應為吸熱反應，且正反應的活化能比逆反應的活化能大100 kJ·mol-1，正反應的活化能應大于100 kJ·mol-1，無法確定逆反應的活化能大小。
答案：C
【跟蹤練習2】解析：1 mol S(s)轉化為氣態硫的吸收能量280 kJ，斷裂3 mol F—F鍵吸收能量3×160 kJ，則吸收的總能量為Q吸=280 kJ+3×160 kJ=760 kJ，釋放的總能量為Q放=330 kJ×6=1 980 kJ，由反應方程式：S(s)+3F2(g)SF6(g)可知，ΔH=760 kJ·mol-1-1 980 kJ·mol-1=-1 220 kJ·mol-1。
答案：-1220 kJ·mol-1
二、1.物質的量　反應熱
2.物質　能量　2　1　2　571.6
3.(2)s　l　g　aq
【跟蹤練習3】解析：由圖可知，生成物總能量高于反應物總能量，故該反應為吸熱反應，ΔH=+(a-b)kJ·mol-1。
答案：A2(g)+B2(g)2AB(g)　ΔH=+(a-b)kJ·mol-1
【跟蹤練習4】解析：298 K時生成的水是液體，故選項D錯誤；計算可得KOH的物質的量為0.5 mol，則生成的K2CO3的物質的量為0.25 mol，參加反應的CO2的物質的量為0.25 mol，題給選項的ΔH對應4 mol CO2，則ΔH=-16Q kJ·mol-1，故選項A正確，B、C錯誤。
答案：A
三、1.(1)1 mol　氧化物　(2)完全　放出　(3)-5518 kJ·mol-1　(4)可燃物燃燒反應放出的熱量
可燃物的物質的量　可燃物的燃燒熱
2.(1)1 mol液態　(2)①稀溶液　②1 mol液態H2O　③OH-(aq)+H+(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1　(3)-　生成H2O的物質的量
【跟蹤練習5】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)×　(9)×　(10)√
四、1.符號　越小　越大
2.(1)正比　(2)蓋斯定律
【跟蹤練習6】解析：由于CH3COOH電離吸熱，濃硫酸稀釋時放熱，故有ΔH1>ΔH3>ΔH2。
答案：ΔH1>ΔH3>ΔH2
【跟蹤練習7】解析：根據題意可得如下轉化關系：
故有：ΔH=+Q2 kJ·mol-1-Q1 kJ·mol-1>0，即Q2>Q1。
答案：Q2>Q1
五、3.(1)①煤　石油　天然氣　②不可　(2)①太陽能　生物質能　②可以
【跟蹤練習8】C
隨堂檢測
1.D　2.D
3.解析：SiCl4、H2和HCl分子中共價鍵的數目容易計算，而產物硅屬于原子晶體，可根據原子晶體的結構計算晶體硅中的共價鍵的數目。1 mol晶體硅中所含的Si—Si鍵為2 mol，即制取高純硅反應的反應熱ΔH=4×360 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-(2×176 kJ·mol-1+4×431 kJ·mol-1)=+236 kJ·mol-1。
答案：+236 kJ·mol-1
4.Q1+Q2=196.64 kJ
5.解析：當放出熱量為314.624 kJ時，參加反應的SO2的物質的量為×2=3.2 mol，故SO2的轉化率為×100%=80%。
答案：80%
6.解析：寫熱化學方程式時要重點注意其與普通化學方程式不同的幾點：(1)生成物的穩定狀態，H2O為液態，C的穩定化合物為CO2；(2)ΔH的單位是kJ·mol-1，不是kJ；(3)ΔH的數值要與方程式中物質前的化學計量數保持一致；(4)ΔH的符號，吸熱反應用“+”，放熱反應用“-”。故僅②④符合要求。
答案：B
7.解析：(1)由能量圖像和有效碰撞理論可知：本反應為放熱反應，A表示反應物的能量、C表示生成物的能量，其中A→B的能量變化E為活化能，反應熱為A、C點之間的能量差(ΔH)，ΔH與活化能E無關，使用催化劑V2O5，可改變反應歷程，降低反應的活化能，使B點降低。(2)ΔH與熱化學反應方程式中物質的化學計量數成正比，因圖像中反映的是2 mol SO2(g)完全反應生成2 mol SO3(g)的能量變化過程，結合題給信息“1 mol SO2(g)氧化為1 mol SO3(g)的ΔH=-99 kJ·mol-1”可知圖中ΔH=-99 kJ·mol-1×2=-198 kJ·mol-1。(3)根據催化劑的定義：在化學反應里能改變其他物質的化學反應速率，而本身的質量和化學性質在反應前后都沒有改變的物質；可知催化劑的催化循環機理應同時包括催化劑的消耗和生成兩個反應，因此其化學反應方程式為SO2+V2O5SO3+2VO2，4VO2+O22V2O5。
答案：(1)反應物能量　生成物能量　無影響　降低　V2O5作催化劑改變了反應歷程，使活化能E降低
(2)-198
(3)SO2+V2O5SO3+2VO2，4VO2+O22V2O5

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