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1、2022年高考化學第一輪復(fù)習 專題 化學反應(yīng)與能量變化學案 蘇教版
【本講教育信息】
一. 教學內(nèi)容:
化學反應(yīng)與能量變化
二、教學目標
了解化學反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因,能說出常見的能量轉(zhuǎn)化形式;
了解化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化,了解吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)、反應(yīng)熱等概念,并能進行簡單計算;
了解熱化學方程式的含義,并能正確判斷熱化學方程式的正誤;
了解能源是人類生存和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。了解化學在解決能源危機中的重要作用;
能應(yīng)用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算。
三、教學重點、難點
化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化,了解吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)、反應(yīng)熱等概念,并能進行簡單計算
2、;
熱化學方程式的書寫及正誤判斷;
應(yīng)用蓋斯定律進行反應(yīng)熱的計算。
四、教學過程:
(一)放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)和反應(yīng)熱
任何一個化學反應(yīng)中,反應(yīng)物所具有的總能量與生成物所具有的總能量是不相等的,在產(chǎn)生新物質(zhì)的同時總是伴隨著能量的變化。
化學反應(yīng)中能量變化形式較多,通常表現(xiàn)為熱量的變化
放熱反應(yīng):即有熱量放出的化學反應(yīng),其反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量。如:燃料的燃燒、中和反應(yīng)、生石灰與水化合等都是放熱反應(yīng)。
吸熱反應(yīng):即吸收熱量的化學反應(yīng),其反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量。如:H2還原CuO的反應(yīng),灼熱的碳與二氧化碳反應(yīng),Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)都是吸
3、熱反應(yīng)。
反應(yīng)熱:在化學反應(yīng)過程中所放出或吸收的熱量。通常用DH表示:DH<0時為放熱反應(yīng),DH>0時為吸熱反應(yīng)。
常見的兩種能量變化:
燃燒熱:101kPa時,1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時所放出的熱,DH<0
中和熱:在稀溶液中,酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol H2O時所放出的熱,DH<0
說明:
1、任何化學反應(yīng)都有反應(yīng)熱,這是由于在化學反應(yīng)過程中,當反應(yīng)物分子中的化學鍵斷裂時,需要克服原子間的相互作用力,這需要吸收能量;而當原子間重新結(jié)合形成新的化合物分子時,即新的化學鍵形成時,又需要放出能量。當吸收和放出的能量不等時,就有能量變化。因此,放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)還可以從化
4、學鍵的斷裂與形成角度分析:
反應(yīng)物分子化學鍵斷裂時吸收的總能量大于生成物分子化學鍵形成時釋放的總能量--吸熱反應(yīng)
反應(yīng)物分子化學鍵斷裂時吸收的總能量小于生成物分子化學鍵形成時釋放的總能量--放熱反應(yīng)
但要注意,化學鍵斷裂時吸收的總能量并不是指反應(yīng)物的總能量,同樣,化學鍵形成時釋放的總能量也不是生成物分子的總能量,因此在用不同的方法判斷放熱還是吸熱反應(yīng)時,要注意比較。
2、常見的放熱反應(yīng):⑴所有燃燒反應(yīng);⑵中和反應(yīng);⑶大多數(shù)化合反應(yīng);⑷金屬跟酸反應(yīng)等。
常見的吸熱反應(yīng):⑴大多數(shù)分解反應(yīng);(2)C+CO2、C+H2O、H2+CuO、Ba(OH)2晶體與NH4Cl的反應(yīng)等。
3、反應(yīng)
5、熱指反應(yīng)過程中放出或吸收的熱量??捎昧繜嵊嬛苯訙y量。
DH是物質(zhì)所具有的能量在反應(yīng)前后的變化量,若為吸熱反應(yīng),則變化后的物質(zhì)所具有的能量增大,用“+”表示,即DH>0;若為放熱反應(yīng),則變化后的物質(zhì)所具有的能量減小,用“-”表示,即DH<0。DH的單位為:kJ/mol
4、燃燒熱是指在常溫常壓下,1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的能量,燃燒熱的值是正值,單位也是kJ/mol。一般情況下,C燃燒生成的穩(wěn)定的氧化物為CO2、硫為SO2、氫為液態(tài)水。
5、中和熱:在稀溶液中,酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol H2O時所放出的熱。特指在常溫常壓下,強酸和強堿的稀溶液,完全中和生成1mol
6、水,且反應(yīng)過程中無沉淀生成時所放出的熱量。對于弱酸、弱堿,由于電離過程需要吸收熱量,因此放出的熱量偏??;而酸或堿的濃溶液,由于溶解或稀釋時放出熱量,因此,使得中和熱的數(shù)值偏大。
在同一條件下,強酸和強堿的稀溶液完全反應(yīng)生成1mol水時的中和熱的值均約為57.4kJ/mol
6、測定中和熱的儀器主要有:大、小燒杯、環(huán)形玻璃棒、溫度計、泡沫塑料、硬紙板、量筒等。中和熱的測定的關(guān)鍵是保溫隔熱,以免熱量散失,操作時應(yīng)確保熱量盡可能不減少,實驗時重復(fù)實驗兩次,減少實驗誤差。實驗時,為了使酸堿中和完全,一般常采用堿稍過量的方法測量。
(二)熱化學方程式的書寫
表明化學反應(yīng)熱效應(yīng)的化學方程式稱為
7、熱化學方程式
說明:
1、書寫熱化學方程式應(yīng)注意的幾點:
(1)要注明反應(yīng)的溫度、壓強,在化學方程式的右端注明反應(yīng)熱,DH<0時為放熱反應(yīng),DH>0時為吸熱反應(yīng),DH的符號(“+”和“-”)和單位(kJ/mol)。由于絕大多數(shù)反應(yīng)的DH是在常溫常壓下測定的,因此,可不注明溫度和壓強。
(2)要注明反應(yīng)物和生成物的狀態(tài),因為狀態(tài)不同,物質(zhì)所具有的能量不同,反應(yīng)熱DH也不同。熱化學方程式中不用“↑”“↓”。
(3)熱化學方程式各物質(zhì)前的計量數(shù)不表示粒子個數(shù),只表示物質(zhì)的量,因此它可以是整數(shù),也可以是分數(shù),計量數(shù)不相同,反應(yīng)熱數(shù)據(jù)也不同。
2、反應(yīng)熱大小的比較:
(1)同
8、一反應(yīng)生成物狀態(tài)不同時:如:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(1);DH1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);DH2
因為氣體變液體會放熱,故:DH1<DH2
(2)同一反應(yīng)反應(yīng)物狀態(tài)不同時:如:
S(g)+O2(g)=SO2(g);DH1 S(s)+O2(g)=SO2(g);DH2
因為固體變氣體會吸熱,故:DH1<DH2
(3)兩個相聯(lián)系的不同反應(yīng)比較:如:
C(s)+O2(g)=CO2(g);DH1 C(s)+1/2O2(g)=CO(g);DH2
可以設(shè)計成:C(s)CO(g)CO2(g)故DH1<DH2
3、進行反應(yīng)熱計算時應(yīng)注
9、意以下幾點:
⑴反應(yīng)熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學計量數(shù)成正比,因此熱化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)改變時,其反應(yīng)熱的數(shù)值應(yīng)同時做相同倍數(shù)的改變;
⑵熱化學方程式中的反應(yīng)熱是指反應(yīng)按所給形式完全進行時的反應(yīng)熱;單位始終為kJ/mol;
⑶正、逆反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等,符號相反。
(三)蓋斯定律:
一個化學反應(yīng)在一定條件下無論是一步完成還是分幾步完成,其反應(yīng)的熱效應(yīng)總是相同的,它只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),與反應(yīng)的過程無關(guān)。這就是蓋斯定律的內(nèi)容。
根據(jù)蓋斯定律,將化學方程式可以像代數(shù)式那樣相加或相減,相應(yīng)的反應(yīng)熱也相加或相減。對解決未知反應(yīng)的熱效應(yīng)非常有用。
解答有關(guān)蓋斯定律的題目關(guān)鍵是設(shè)計
10、合理的反應(yīng)途徑,適當加減已知方程式的反應(yīng)熱,進行求算。在進行熱化學方程式的數(shù)學運算時,要注意反應(yīng)熱的符號以及反應(yīng)熱與方程式中化學計量數(shù)的比例關(guān)系。
說明:
1、熱化學方程式與數(shù)學上的方程式相似,可以移項同時改變正負號,各項的系數(shù)包括DH的數(shù)值可以同時擴大或縮小相同的倍數(shù);
2、根據(jù)蓋斯定律可以將兩個或兩個以上的熱化學方程式包括其DH相加或相減,得到一個新的熱化學方程式;
3、可燃物完全燃燒產(chǎn)生的熱量=可燃物的物質(zhì)的量×其燃燒熱。
【典型例題】
[例1]已知化學鍵的鍵能是指形成1mol化學鍵放出的能量或斷裂1mol化學鍵吸收的能量.P-P的鍵能198kJ/mol,氧氣分子的鍵能
11、498kJ/mol,P-O的鍵能360kJ/mol,已知P4O6的結(jié)構(gòu)如圖。P4(g)+3O2(g)=P4O6(g);試求△H= .
A. +1638kJ/mol B. -1638kJ/mol
C. -126kJ/mol D. +126kJ/mol
解析:比較反應(yīng)物分子化學鍵斷裂時吸收的總能量與生成物分子化學鍵形成時釋放的總能量的相對大小,可分析得出反應(yīng)是放熱還是吸熱。若吸收的總能量大于釋放的總能量,則為吸熱反應(yīng);若釋放的總能量大于吸收的總能量,則為放熱反應(yīng)。白磷分子為正四面體,分子中有6個P-P鍵,與氧氣作用形成P4
12、O6,是在每個P-P鍵中間插一個氧原子,形成12個P-O鍵。則每個反應(yīng)中吸收的總能量為:6×198+3×498=2682,放出的總能量為:12×360=4320,說明釋放的能量大于吸收的能量,反應(yīng)為放熱反應(yīng),△H=-1638kJ/mol
答案:B
[例2]下列說法或表示法正確的是:
A. 若將等量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒,后者放出的熱量多。
B. 由“C(石墨)→C(金剛石);DH=+119kJ/mol”可知,金剛石比石墨穩(wěn)定 。
C. 在稀溶液中:H++OH-=H2O;DH=-57.3kJ/mol,若將含0.5mol的濃硫酸與含1mol NaOH 的
13、溶液混合,放出的熱量大于57.3kJ
D. 在101kPa時,2g H2完全燃燒生成液態(tài)水,放出285.8kJ熱量,氫氣燃燒的熱化學方程式表示為:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);DH=+285.8kJ/mol
解析:A中由于硫固體變?yōu)榱蛘魵庑枰諢崃浚虼?,硫燃燒所放出的能量有部分用于物態(tài)之間的轉(zhuǎn)變,故硫蒸氣燃燒放出的熱量大于硫固體燃燒放出的熱量;B中石墨的能量小于金剛石,根據(jù)能量最低原理:能量越低的物質(zhì)越穩(wěn)定,因此,石墨比金剛石穩(wěn)定;C中中和熱的測定必須是強酸和強堿的稀溶液完全中和生成1mol水時所放出的能量,若為濃酸或強堿固體,由于在溶解時放熱,因此,實際放出的能
14、量要大于中和熱,故C正確;D中燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的能量,而D中描述的是2mol可燃物完全燃燒時所放出的能量,因此其反應(yīng)熱可在燃燒熱的基礎(chǔ)上乘以方程式前的系數(shù),即:DH=285.8 kJ/mol×2=571.6 kJ/mol,故D不正確。
答案:C
[例3]分析右面的能量變化示意圖,下列熱化學方程式正確的是:
A. 2A(g)+B(g)=2C(g); DH=a(a>0)
B. 2A(g)+B(g)=2C(g); DH=a(a<0=
C. 2A+B=2C; DH=a(a<0=
D. 2C=2A+B;
15、 DH=a(a>0)
解析:本題同樣考查的是反應(yīng)熱的判斷。若2A(g)+B(g)為反應(yīng)物,則為放熱反應(yīng),DH<0;
若2A(g)+B(g)為生成物,則為吸熱反應(yīng),DH>0。同時在書寫熱化學方程式時還要注意反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)。綜上所述,本題的答案為:B
答案 :B
[例4]阿伏加德羅常數(shù)值記為NA,則關(guān)于C2H2(氣)+5/2O2(氣)==2CO2(氣)+H2O(液); DH=-1300kJ/mol的下列說法中,正確的是:
A. 有10NA個電子轉(zhuǎn)移時,吸收1300kJ的能量
B. 有8NA個碳氧共用電子對生成時,放出1300kJ能量
C. 有NA個水分子生成且為液體時
16、,吸收1300kJ能量
D. 有2NA個碳氧雙鍵生成時,放出1300kJ的能量
解析:本題將氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的量與微粒數(shù)、反應(yīng)熱結(jié)合起來考查。反應(yīng):C2H2(氣)+O2(氣)==2CO2(氣)+H2O(液);DH=-1300kJ/mol,為放熱反應(yīng)或氧化還原反應(yīng)。每摩乙炔參加反應(yīng),轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為10NA,放出1300kJ熱量,有8NA個碳氧共用電子對生成,由于CO2的結(jié)構(gòu)為:O=C=O,故有4 NA個碳氧雙鍵生成時,放出1300kJ的能量。綜上所述,本題的答案為B
答案:B
[例5]已知:①NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s) DH1=-176kJ/mol
②NH
17、3(g)+H2O(l)=NH3·H2O(aq) DH2=-35.1kJ/mol
③HCl(g)=HCl(aq) DH3=-72.3kJ/mol
④ NH3·H2O (aq)+HCl(aq)=NH4Cl(aq)+H2O(l) DH4=-52.3kJ/mol
⑤NH4Cl(s)=NH4Cl(aq) DH5=QkJ/mol
則第⑤個方程式中的反應(yīng)熱是 。
解析:本題檢查的是蓋斯定律:反應(yīng)的熱效應(yīng)只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān),與反應(yīng)的過程無關(guān)。本題是由氯化銨固體溶于水形成氯化銨的反應(yīng)熱。始態(tài)為氯化銨固體,終態(tài)為氯化銨溶液
18、,其余均為中間產(chǎn)物,在分析過程中要相互抵消。則由關(guān)系式:
④+③+②-①可得:DH5=-[52.3+72.3+35.1]kJ/mol-(-176)kJ/mol=+16.3 kJ/mol,
則第⑤步反應(yīng)的反應(yīng)熱為DH5=+16.3kJ/mol
答案:+16.3kJ/mol
[例6]已知下列熱化學方程式:
(1)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g); DH=-25kJ/mol
(2)3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g); DH=-47kJ/mol
試寫出:Fe3O4被CO還原為Fe和CO2的熱化學方程式
解析:本題檢查的是蓋斯定律和熱化學方程式的書寫這兩個知識點。始態(tài)為:Fe3O4和CO,終態(tài)為Fe和CO2,其余物質(zhì)如:Fe2O3(s)為中間產(chǎn)物。則根據(jù)分析,可得如下關(guān)系式:(1)×3-(2)可得:2Fe3O4(s)+8CO(g)=6Fe+8CO2(g);DH=-28kJ/mol,化簡后可得:Fe3O4(s)+4CO(g)=3Fe+4CO2(g); DH=-14kJ/mol
答案:Fe3O4(s)+4CO(g)=3Fe+4CO2(g); DH=-14kJ/mol