第八單元第1講化學(xué)反應(yīng)與能量變化
解讀與闡釋
考綱要求權(quán)威解讀
1.了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因，能說出常見的能量轉(zhuǎn)化形式。
2．了解化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。了解吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)、反應(yīng)熱等概念。
3．了解熱化學(xué)方程式的含義，能用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的簡單計(jì)算。
4．了解能源是人類生存和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。了解化學(xué)在解決能源危機(jī)中的重要作用�！ 〕Ｒ姷目疾樾问剑孩傥鼰岱磻�(yīng)和放熱反應(yīng)的判斷；②熱化學(xué)方程式的書寫及判斷；③蓋斯定律在反應(yīng)熱計(jì)算中的應(yīng)用(預(yù)計(jì)今后還會加強(qiáng)此方面的考查)；④結(jié)合生產(chǎn)、生活實(shí)際考查新能源的開發(fā)和利用。
梳理與整合
一、反應(yīng)熱
導(dǎo)學(xué)誘思
下列反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)的是____。
①反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量；
②ΔH＞0；
③發(fā)生反應(yīng)時，斷開反應(yīng)物的化學(xué)鍵吸收的總能量大于生成生成物時形成新化學(xué)鍵放出的總能量；
④所有的燃燒反應(yīng)。
教材回歸
1．定義：________________________。
2．符號：________。
3．單位：______________。
4．產(chǎn)生原因
吸收能量E1
↓
反應(yīng)物??→舊化學(xué)鍵斷裂新化學(xué)鍵形成生成物E1>E2，為 反應(yīng)E1
放出能量E2
5．表示
(1)吸熱反應(yīng)：ΔH為“____”或ΔH____0。
(2)放熱反應(yīng)：ΔH為“____”或ΔH____0。
6．常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)
放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)
①所有的燃燒反應(yīng)；
②酸堿中和反應(yīng)；
③金屬與酸或水的反應(yīng)；
④大多數(shù)化合反應(yīng)。①鹽的水解、弱電解質(zhì)的電離；
②Ba(OH)2?8H2O與NH4Cl的反應(yīng)；
③C與CO2、C與水蒸氣的反應(yīng)；
④大多數(shù)分解反應(yīng)。
(1)化學(xué)反應(yīng)的能量變化主要表現(xiàn)為放熱或吸熱，但是這并非是唯一的表現(xiàn)形式，其他還有光、電等。
(2)在分析反應(yīng)是吸熱還是放熱時，要從能量守恒的觀點(diǎn)分析。
(3)化學(xué)反應(yīng)是放熱還是吸熱與反應(yīng)發(fā)生的條件沒有必然聯(lián)系。如吸熱反應(yīng)NH4Cl與Ba(OH)2在常溫常壓下即可進(jìn)行，而很多放熱反應(yīng)需要在加熱的條件下才能進(jìn)行。
二、熱化學(xué)方程式
導(dǎo)學(xué)誘思
寫出1 mol C(s)與適量水蒸氣反應(yīng)，生成CO(g)和H2(g)，吸收131.5 kJ熱量的熱化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。
教材回歸
1．定義：表示________________和______關(guān)系的化學(xué)方程式。
2．意義：表明化學(xué)反應(yīng)中的____變化和____變化，如H2(g)＋12O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ?mol－1表示的意義：發(fā)生1 mol上述反應(yīng)生成1 mol H2O(g)后放出______ kJ的熱量。
對于可逆反應(yīng)中反應(yīng)熱ΔH的意義。如SO2(g)＋12O2(g) SO3(g) ΔH＝－Q kJ?mol－1表示的意義是1 mol SO2(g)與12 mol O2(g)完全反應(yīng)生成1 mol SO3(g)，放出Q kJ的熱量，反應(yīng)熱ΔH的數(shù)值與化學(xué)平衡的移動無關(guān)。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，以1 mol SO2(g)與12 mol O2(g)混合反應(yīng)后放出的熱量小于Q kJ。
三、燃燒熱與中和熱
導(dǎo)學(xué)誘思
(1)氫氣的燃燒熱為－283.0 kJ?mol－1表示的意義是：__________________________；
(2)稀硫酸與稀NaOH溶液反應(yīng)、稀鹽酸與稀Ba(OH)2溶液反應(yīng)均生成1 mol H2O，放出的熱量是否相等？__________________________________________。
教材回歸
1．燃燒熱
101 kPa時，1 mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量。注意必須以____ mol可燃物為標(biāo)準(zhǔn)；可燃物必須____燃燒，生成____的化合物。例如：1 mol碳燃燒生成CO時放出的熱量不是燃燒熱，CO不穩(wěn)定，可繼續(xù)燃燒生成CO2；1 mol H2燃燒生成氣態(tài)水時放出的熱量也不是燃燒熱，氣態(tài)水不穩(wěn)定，在常溫下變成液態(tài)水。
2．中和熱
在稀溶液中，酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol H2O的反應(yīng)熱，注意必須以____ mol水為標(biāo)準(zhǔn)；中和反應(yīng)的對象為稀溶液；而且在中學(xué)階段必須是稀的強(qiáng)酸與稀的強(qiáng)堿中和時生成1 mol水均放出57.3 kJ的熱量，弱酸或弱堿電離要吸收熱量，所以它們參加中和反應(yīng)生成1 mol H2O時放出的熱量小于57.3 kJ。
(1)反應(yīng)熱、燃燒熱、中和熱均有單位，單位均為kJ?mol－1。
(2)中和熱是一定值57.3 kJ?mol－1，燃燒熱、中和熱的數(shù)值與參加反應(yīng)的量的多少無關(guān)，但在分析時要注意反應(yīng)物及生成物的狀態(tài)及類別(強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、弱酸、弱堿)。
四、中和熱的測定
導(dǎo)學(xué)誘思
在中和熱的測定中用到的玻璃儀器有：______、____________、________________、______________。
教材回歸
1．中和反應(yīng)反應(yīng)熱
(1)定義：在稀溶液中，酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)生成______水時的反應(yīng)熱。
(2)舉例：1 L 1 mol?L－1的鹽酸與1 L 1 mol?L－1的NaOH溶液發(fā)生中和反應(yīng)時，放出57.3 kJ的熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為__________________________________。
2．中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定
(1)裝置如圖
(2)注意事項(xiàng)
①碎泡沫塑料(或紙條)及泡沫塑料板的作用是________________。
②為保證酸、堿完全中和，常使____稍稍過量。
③實(shí)驗(yàn)中若使用弱酸或弱堿，會使測得數(shù)值____。
五、蓋斯定律
導(dǎo)學(xué)誘思
已知Zn(s)＋1/2O2(g)===ZnO(s) ΔH＝－351.1 kJ?mol－1；Hg(l)＋1/2O2(g)===HgO(s) ΔH＝－90.7 kJ?mol－1，由此可知Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l)的反應(yīng)熱ΔH＝________________。
教材回歸
蓋斯定律：不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是______，只與反應(yīng)體系的____和____有關(guān)，而與反應(yīng)途徑無關(guān)。
如由A到B可以設(shè)計(jì)如下兩個途徑：
途徑一：A→B
途徑二：A→C→B
則焓變ΔH、ΔH1、ΔH2的關(guān)系為________________________。
理解與深化
一、熱化學(xué)方程式的書寫及正誤判斷
熱化學(xué)方程式是一種表示反應(yīng)過程中的物質(zhì)變化和能量變化的化學(xué)用語。與普通方程式相比，書寫時除了要遵循化學(xué)方程式的要求外，還應(yīng)注意以下四點(diǎn)：
1．注明物質(zhì)的狀態(tài)
反應(yīng)物或產(chǎn)物的聚集狀態(tài)不同，反應(yīng)熱ΔH不同，因此書寫熱化學(xué)方程式必須注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)：氣體(g)、固體(s)、液體(l)、稀溶液(aq)及同分異構(gòu)體。
2．注意反應(yīng)條件
反應(yīng)熱與測定條件有關(guān)，因此書寫熱化學(xué)方程式注明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)(若是101 kPa和25 ℃可不注明)。
3．注意ΔH的“－”和“＋”及單位
注明ΔH的“－”和“＋”及單位(kJ?mol－1)，“＋”不能省略。
4．注意熱化學(xué)方程式的計(jì)量數(shù)
熱化學(xué)方程式的計(jì)量數(shù)只能表示物質(zhì)的量，不能表示分子個數(shù)，所以可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)。對于相同物質(zhì)的反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，ΔH也不同。所以ΔH的數(shù)值要與方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)相一致(多數(shù)條件下都需要依題所給條件進(jìn)行計(jì)算而得ΔH)。
【例1】 (改編組合)下列熱化學(xué)方程式正確的是( )。
A．(2010?浙江理綜)甲烷的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為－890.3 kJ?mol－1，則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式可表示為：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890.3 kJ?mol－1
B．(2010?浙江理綜)500 ℃、30 MPa下，將0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密閉的容器中充分反應(yīng)生成NH3(g)，放熱19.3 kJ，其熱化學(xué)方程式為：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－38.6 kJ?mol－1
C．S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－269.8 kJ?mol－1
D．2NO2===O2＋2NO ΔH＝＋116.2 kJ?mol－1
判斷熱化學(xué)方程式的正誤要從以下幾個方面進(jìn)行：
①看方程式是否配平。
②看是否丟掉或?qū)戝e反應(yīng)物及生成物的聚集狀態(tài)。
③看是否丟掉ΔH的“－”和“＋”及單位(kJ?mol－1)，特別是“＋”。
④看反應(yīng)熱的數(shù)值是否與聚集狀態(tài)的關(guān)系混淆。
⑤看反應(yīng)熱的數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)是否相對應(yīng)。
對點(diǎn)訓(xùn)練1(1)(改編自2010?福建理綜)由C、S形成的液態(tài)化合物CS20.2 mol在O2中完全燃燒，生成兩種氣態(tài)氧化物，298 K時放出熱量215 kJ。該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為__________________________________________。
(2)我國兩次成功發(fā)射“神舟”載人飛船，火箭用的燃料是液態(tài)的偏二甲肼(C2H8N2)和四氧化二氮，若0.1 mol液態(tài)的偏二甲肼與液態(tài)N2O4完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的N2、H2O和CO2，同時放出a kJ熱量，該反應(yīng)的氧化劑是__________(填化學(xué)式)；試寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：__________________________________________________。
二、反應(yīng)熱的計(jì)算
1．蓋斯定律
若一個化學(xué)方程式可由另外幾個化學(xué)方程式相加減而得到，則該化學(xué)反應(yīng)的焓變ΔH即為這幾個化學(xué)反應(yīng)的焓變的代數(shù)和。如①H2(g)＋12O2(g)===H2O(g) ΔH1；②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2；③H2O(g)===H2O(l) ΔH3；因?yàn)棰郏?2×②－①，所以ΔH3＝12×ΔH2－ΔH1。
2．根據(jù)化學(xué)鍵計(jì)算
ΔH＝反應(yīng)物斷鍵所吸收的能量總和－生成物成鍵所釋放的能量總和。
3．根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量計(jì)算
ΔH＝生成物具備的總能量－反應(yīng)物具備的總能量。常見題型如下。
圖Ⅰ：ΔH＝E2－E1＜0，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
圖Ⅱ：ΔH＝E3－E1＜0，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
圖Ⅲ：ΔH＝(508－600) kJ?mol－1＜0，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
4．利用熱化學(xué)方程式進(jìn)行相關(guān)量的計(jì)算
先寫出熱化學(xué)方程式，再根據(jù)熱化學(xué)方程式所體現(xiàn)的物質(zhì)之間、物質(zhì)與反應(yīng)熱之間的關(guān)系，求算物質(zhì)的量或反應(yīng)熱。
【例2】 (2010?課標(biāo)全國理綜)已知：HCN(aq)與NaOH(aq)反應(yīng)的ΔH＝－12.1 kJ?mol－1；HCl(aq)與NaOH(aq)反應(yīng)的ΔH＝－55.6 kJ?mol－1。則HCN在水溶液中電離的ΔH等于( )。
A．－67.7 kJ?mol－1 B．－43.5 kJ?mol－1
C．＋43.5 kJ?mol－1 D．＋67.7 kJ?mol－1
計(jì)算反應(yīng)熱時要注意：
(1)反應(yīng)熱與反應(yīng)物、生成物的物質(zhì)的量成正比。
(2)熱化學(xué)方程式中物質(zhì)相加減時，要注意物質(zhì)狀態(tài)及反應(yīng)熱的“＋”“－”。
(3)書寫熱化學(xué)方程式的逆反應(yīng)時，ΔH的數(shù)值不變，但符號相反。
對點(diǎn)訓(xùn)練2已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ?mol－1，CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890 kJ?mol－1
現(xiàn)有H2與CH4的混合氣體112 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，使其完全燃燒生成CO2和H2O(l)，若實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)放熱3 695 kJ，則原混合氣體中H2與CH4的物質(zhì)的量之比是( )。
A．1∶1 B．1∶3 C．1∶4 D．2∶3
三、反應(yīng)熱的大小比較
1．比較反應(yīng)熱大小的方法
(1)同一反應(yīng)生成物狀態(tài)不同時，如A(g)＋B(g)===C(g) ΔH1，A(g)＋B(g)===C(l) ΔH2，則ΔH1>ΔH2。
(2)同一反應(yīng)物狀態(tài)不同時，如A(s)＋B(g)===C(g) ΔH1，A(g)＋B(g)===C(g) ΔH2，則ΔH1>ΔH2。
2．比較反應(yīng)熱的大小注意事項(xiàng)
(1)反應(yīng)中各物質(zhì)的聚集狀態(tài)；
(2)ΔH有正負(fù)之分，比較時要連同“＋”“－”在內(nèi)一起比較，類似數(shù)學(xué)中的正、負(fù)數(shù)大小的比較；
(3)若只比較放出熱量的多少，則只比較數(shù)值的大小，不考慮正、負(fù)號。
【例3】 下列各組熱化學(xué)方程式的ΔH前者大于后者的是( )。
①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1
C(s)＋12O2(g)===CO(g) ΔH2
②S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH4
③H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH6
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH7
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq) ΔH8
A．① B．④ C．②③④ D．①②③
實(shí)驗(yàn)與探究
化學(xué)反應(yīng)吸熱與放熱的實(shí)驗(yàn)探究
化學(xué)反應(yīng)的能量變化經(jīng)常以熱能的形式表現(xiàn)出來，所以在試題中經(jīng)常設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，考查實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、評價等能力。
實(shí)驗(yàn)典例
下圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的放熱反應(yīng)的觀察裝置，其實(shí)驗(yàn)操作是①按圖所示將實(shí)驗(yàn)裝置連接好；②在U形管內(nèi)加入少量紅墨水(或品紅溶液)，打開T形管螺旋夾，使U形管內(nèi)兩邊的液面處于同一水平面，再夾緊螺旋夾；③在中間的試管里盛1 g氧化鈣，當(dāng)?shù)稳? mL左右的蒸餾水后，即可觀察。
氧化鈣與水的反應(yīng)
試回答：
(1)實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是___________________________________________________。
(2)該實(shí)驗(yàn)中必須進(jìn)行的一步實(shí)驗(yàn)操作是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)該實(shí)驗(yàn)的原理是____________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式：_______________________________________
________________________________________________________________________。
(5)說明CaO、H2O的能量與Ca(OH)2能量之間的關(guān)系：
________________________________________________________________________。
(6)若該實(shí)驗(yàn)中CaO換成NaCl，實(shí)驗(yàn)還能否觀察到相同現(xiàn)象？______(填“能”或“否”)。
答案與解析
梳理與整合
一、
導(dǎo)學(xué)誘思
②③
教材回歸
1．化學(xué)反應(yīng)放出或吸收的能量
2．ΔH
3．kJ?mol－1
4．吸熱 放熱
5．＋�。尽。�<
二、
導(dǎo)學(xué)誘思
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.5 kJ?mol－1
教材回歸
1．參加反應(yīng)物質(zhì)的量 反應(yīng)熱
2．物質(zhì) 能量 241.8
三、
導(dǎo)學(xué)誘思
(1)1 mol氣態(tài)氫氣完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量為283.0 kJ
(2)答：相等，因?yàn)榉磻?yīng)的實(shí)質(zhì)都是H＋＋OH－===H2O
教材回歸
1．1 完全 穩(wěn)定
2．1
四、
導(dǎo)學(xué)誘思
燒杯 溫度計(jì) 量筒 環(huán)形玻璃攪拌棒
教材回歸
1．(1)1 mol (2)NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ?mol－1
2．(2)①隔熱，防止熱量散失�、趬A�、燮�
五、導(dǎo)學(xué)誘思
－260.4 kJ?mol－1
教材回歸
相同的 始態(tài) 終態(tài) ΔH＝ΔH1＋ΔH2
理解與深化
【例1】C 解析：燃燒熱是指101 kPa時1 mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量，液態(tài)水穩(wěn)定，A錯誤；ΔH表示1 mol氮?dú)馀c3 mol氫氣完全反應(yīng)生成2 mol NH3時的反應(yīng)熱，但此反應(yīng)為可逆反應(yīng)，故投入0.5 mol的氮?dú)�，最終參加反應(yīng)的氮?dú)庖欢ㄐ∮?.5 mol，B錯誤；D選項(xiàng)沒有注明狀態(tài)，錯誤。
對點(diǎn)訓(xùn)練1 答案：(1)15CS2(l)＋35O2(g)===15CO2(g)＋25SO2(g) ΔH＝－215 kJ?mol－1
(2)N2O4 C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g) ΔH＝－10a kJ?mol－1
解析：根據(jù)反應(yīng)物書寫完成并配平方程式，書寫時注意狀態(tài)。
【例2】C 解析：根據(jù)題意可得如下熱化學(xué)方程式：HCN(aq)＋OH－(aq)===CN－(aq)＋H2O(l) ΔH＝－12.1 kJ?mol－1，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－55.6 kJ?mol－1，依據(jù)蓋斯定律得到 HCN(aq)===H＋(aq)＋CN－(aq) ΔH＝(－12.1 kJ?mol－1)－(－55.6 kJ?mol－1)＝＋43.5 kJ?mol－1。
對點(diǎn)訓(xùn)練2 B 解析：設(shè)H2、CH4的物質(zhì)的量分別為x、y。則x＋y＝5 mol，571.6x2＋890y＝3 695 kJ，解得x＝1.25 mol；y＝3.75 mol，兩者比為1∶3，故選B項(xiàng)。
【例3】C 解析：ΔH有正負(fù)之分，比較時要連同“＋”“－”在內(nèi)一起比較，類似數(shù)學(xué)中的正、負(fù)數(shù)大小的比較。①前面反應(yīng)式減去后面反應(yīng)式可得：CO(g)＋12O2(g)===CO2(g) ΔH1－ΔH2，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即ΔH1－ΔH2<0，所以ΔH1<ΔH2；②等量的固態(tài)硫變?yōu)榱蛘魵鈺r吸熱，故在與O2反應(yīng)產(chǎn)生同樣的SO2時，氣態(tài)硫放出的熱量多，即ΔH3＞ΔH4；③發(fā)生同樣的燃燒反應(yīng)，物質(zhì)的量越多，放出的熱量越多，故ΔH5＞ΔH6；④碳酸鈣分解吸收熱量，ΔH7＞0，CaO與H2O反應(yīng)放出熱量，ΔH8<0，顯然ΔH7＞ΔH8。
實(shí)驗(yàn)與探究
答案：(1)U形玻璃管里的紅墨水(或品紅溶液)會沿開口端上升
(2)檢查裝置氣密性
(3)CaO與H2O反應(yīng)放出熱量，使大試管中空氣膨脹，引起紅墨水(或品紅溶液)在U形管中的位置左低右高
(4)CaO＋H2O===Ca(OH)2
(5)CaO和H2O的能量和大于Ca(OH)2的能量
(6)否
解析：本實(shí)驗(yàn)利用氣體的熱脹冷縮原理，通過觀察U形管里液面變化指示左邊裝置中發(fā)生反應(yīng)的熱量變化，故此實(shí)驗(yàn)要求裝置必須氣密性良好，否則無法觀察到現(xiàn)象。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.douzifanli.com/gaosan/55929.html
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