2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 專題1 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第一單元 化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng) 第1課時(shí) 化學(xué)反應(yīng)的焓變學(xué)案 蘇教版選修4.doc
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第1課時(shí) 化學(xué)反應(yīng)的焓變 學(xué)習(xí)目標(biāo):1.通過生產(chǎn)、生活中的實(shí)例了解化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。2.了解反應(yīng)熱和焓變的含義。了解吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)的定義。(重點(diǎn))3.知道鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。(重點(diǎn))4.掌握熱化學(xué)方程式的意義并能正確書寫熱化學(xué)方程式。(重點(diǎn)) [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] 1.反應(yīng)熱 焓變 (1)反應(yīng)熱:在化學(xué)反應(yīng)過程中,當(dāng)反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí),所吸收或放出的熱量。 (2)焓變:在恒溫、恒壓的條件下,化學(xué)反應(yīng)過程中吸收或釋放的熱量,符號(hào)為ΔH,常用單位為kJmol-1。 微點(diǎn)撥:(1)焓變?yōu)楹銐簵l件下的反應(yīng)熱。(2)反應(yīng)熱、焓變的單位為kJmol-1,熱量的單位為kJ。 2.吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)的定義及表示方法 吸熱反應(yīng) 放熱反應(yīng) 定義 吸收熱量的反應(yīng) 放出熱量的反應(yīng) 表示方法 ΔH>0 ΔH<0 能量 變化 微點(diǎn)撥:(1)吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)研究的對(duì)象為化學(xué)反應(yīng),不是物理反應(yīng)。 (2)反應(yīng)熱的大小取決于反應(yīng)物總能量與生成物總能量的相對(duì)大小,與反應(yīng)條件是否需要加熱無關(guān)。 3.熱化學(xué)方程式 (1)定義:能夠表示反應(yīng)熱的化學(xué)方程式。 (2)書寫熱化學(xué)方程式需注意的問題 ①書寫熱化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)指明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng),若在25 ℃(即298 K)、101 kPa時(shí)進(jìn)行的反應(yīng),可不注明。 ②注明反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)。一般用“g”表示氣體,“l(fā)”表示液體,“s”表示固體,“aq”表示水溶液。 ③在熱化學(xué)方程式中,化學(xué)計(jì)量數(shù)表示物質(zhì)的量,可以用整數(shù)或簡單分?jǐn)?shù)表示。 ④在熱化學(xué)方程式后面注明ΔH的數(shù)值、正負(fù)號(hào)(正號(hào)可以省略)及單位(kJmol-1)。 ⑤同一化學(xué)反應(yīng),熱化學(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)不同,ΔH也不同,ΔH與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比關(guān)系。 4.化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中的能量變化 (1)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,是由化學(xué)反應(yīng)中舊化學(xué)鍵斷裂時(shí)吸收的能量與新化學(xué)鍵形成時(shí)所放出的能量不同所導(dǎo)致的。 (2)N2(g)與O2(g)反應(yīng)生成NO(g)過程中的能量變化示意圖如下: 由圖可知: N2(g)與O2(g)反應(yīng)的化學(xué)方程式為N2+O2===2NO,該反應(yīng)的反應(yīng)熱等于180 kJmol-1,熱化學(xué)方程式為N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180 kJmol-1。 (3)化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)原因:化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵的斷裂和形成是反應(yīng)過程中能量變化的本質(zhì)原因。 [基礎(chǔ)自測(cè)] 1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“”)。 (1)反應(yīng)熱與熱量單位相同。( ) (2)反應(yīng)開始前需要加熱的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng),不需要加熱就能發(fā)生的反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)。( ) (3)熱化學(xué)方程式中物質(zhì)前的化學(xué)計(jì)量數(shù)可以表示分子個(gè)數(shù)。( ) (4)當(dāng)反應(yīng)放熱時(shí)ΔH>0,反應(yīng)吸熱時(shí)ΔH<0。( ) 【答案】 (1) (2) (3) (4) 2.關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的說法錯(cuò)誤的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):73702001】 A.如圖所示的反應(yīng)為放熱反應(yīng) B.化學(xué)反應(yīng)中有物質(zhì)變化也有能量變化 C.需要加熱的化學(xué)反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng) D.在一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)體系中,反應(yīng)物總能量與生成物總能量一定不同 A [由圖可知:反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量,故圖中表示的反應(yīng)為吸熱反應(yīng);需要加熱的化學(xué)反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng)。] 3.下列有關(guān)熱化學(xué)方程式的說法中不正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):73702002】 A.熱化學(xué)方程式未注明溫度和壓強(qiáng)時(shí),ΔH表示標(biāo)準(zhǔn)狀況下的數(shù)據(jù) B.熱化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)只代表反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量 C.在加熱或點(diǎn)燃條件下才能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)既可以為放熱反應(yīng),也可以為吸熱反應(yīng) D.同一化學(xué)反應(yīng)化學(xué)計(jì)量數(shù)不同,ΔH值不同?;瘜W(xué)計(jì)量數(shù)相同而狀態(tài)不同,ΔH值也不同 A [若熱化學(xué)方程式未注明溫度和壓強(qiáng),則說明在25 ℃、101 kPa下進(jìn)行,而非標(biāo)準(zhǔn)狀況下,A不正確;B、C、D正確。] [合 作 探 究攻 重 難] 焓變與反應(yīng)熱的理解與計(jì)算 已知H2和Cl2在點(diǎn)燃的條件下生成HCl。下面是反應(yīng)H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的能量變化示意圖。 [思考交流] 1.示意圖中的反應(yīng)是放熱反應(yīng),還是吸熱反應(yīng)?請(qǐng)從成鍵、斷鍵的角度解釋說明為什么有能量變化? 【提示】 放熱反應(yīng)。從微觀角度看,在化學(xué)反應(yīng)中,當(dāng)反應(yīng)物分子中舊化學(xué)鍵斷裂時(shí),需要克服原子間的相互作用而吸收能量;當(dāng)原子重新組合成生成物分子,即新化學(xué)鍵形成時(shí),又要釋放能量。若吸收的能量大于放出的能量,則為吸熱反應(yīng),反之,為放熱反應(yīng)。 2.示意圖所示的反應(yīng)中的熱量變化是多少? 【提示】 化學(xué)鍵斷裂時(shí)需要吸收能量,吸收的總能量為: 436 kJmol-1+243 kJmol-1=679 kJmol-1; 化學(xué)鍵形成時(shí)要釋放能量,釋放的總能量為: 431 kJmol-1+431 kJmol-1=862 kJmol-1; 反應(yīng)過程釋放的能量為: 862 kJmol-1-679 kJmol-1=183 kJmol-1。 3.怎樣用焓變來表示該反應(yīng)的能量變化? 【提示】 該反應(yīng)為放熱反應(yīng),用反應(yīng)熱(焓變)來表示該反應(yīng)的能量變化為ΔH=-183 kJmol-1。 焓變的兩種求算方法 (1)ΔH=生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量 由該關(guān)系式可知,如果反應(yīng)物所具有的總能量高于生成物所具有的總能量,此時(shí)ΔH<0,該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。反之,則為吸熱反應(yīng)。 (2)ΔH=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和 根據(jù)鍵能計(jì)算ΔH時(shí),重點(diǎn)之一是確定化學(xué)鍵的個(gè)數(shù)。例如N2+3H2===2NH3的反應(yīng)中,2 mol NH3中含有6 mol的N—H,不是3 mol N—H。 熱化學(xué)方程式的書寫與正誤判斷 已知在25 ℃、101 kPa條件下,1 g丙烷完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出50.45 kJ的熱量。據(jù)此回答下列問題。 [思考交流] 1.在該條件下,1 mol丙烷完全燃燒放出的熱量是多少? 【提示】 設(shè)1 mol丙烷完全燃燒放出的熱量為x,1 mol丙烷的質(zhì)量為44 g,所以1 g∶44 g=50.45 kJ∶x,x=2 219.8 kJ。 2.某同學(xué)寫的熱化學(xué)方程式為C3H8+5O2===3CO2+4H2O ΔH=2 219.8 kJ。請(qǐng)分析上述熱化學(xué)方程式出現(xiàn)了哪些錯(cuò)誤? 【提示】?、傥醋⒚鞣磻?yīng)物、生成物狀態(tài);②ΔH未標(biāo)明“-”;③單位書寫不正確,應(yīng)為kJmol-1。 3.試寫出正確的熱化學(xué)方程式。 【提示】 C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2 219.8 kJmol-1。 (1)一個(gè)反應(yīng)正向反應(yīng)的焓變與逆向反應(yīng)的焓變絕對(duì)值相等,符號(hào)相反。像下面兩個(gè)熱化學(xué)方程式,知道其中的一個(gè)即可推導(dǎo)出另一個(gè)。 H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-184.6 kJmol-1 2HCl(g)===H2(g)+Cl2(g) ΔH=+184.6 kJmol-1 (2)判斷熱化學(xué)方程式正誤的“五審” 一審焓變的“+”“-”:放熱反應(yīng)的ΔH為“-”,吸熱反應(yīng)的ΔH為“+”。 二審焓變的單位:ΔH的單位一般為kJmol-1,易錯(cuò)寫成kJ或mol,有時(shí)會(huì)漏寫。 三審物質(zhì)聚集狀態(tài):物質(zhì)的狀態(tài)必須正確,常用s、l、g、aq分別表示固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、溶液。特別注意水溶液中,溶劑水為液態(tài)(l),溶質(zhì)或溶質(zhì)離子標(biāo)為溶液(aq)。 四審焓變的數(shù)值:ΔH的數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)必須相對(duì)應(yīng),如果化學(xué)計(jì)量數(shù)加倍,則ΔH也要加倍。如果反應(yīng)為逆反應(yīng),則焓變絕對(duì)值不變,符號(hào)相反。 五審是否符合概念要求:如表示中和熱的熱化學(xué)方程式等。 [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 題組1 焓變與物質(zhì)能量的關(guān)系 1.已知反應(yīng)X+Y===M+N為放熱反應(yīng),對(duì)該反應(yīng)的下列說法中正確的是( ) A.X的能量一定高于M B.Y的能量一定高于N C.X和Y的總能量一定高于M和N的總能量 D.因?yàn)槭欠艧岱磻?yīng),故不必加熱就可以發(fā)生 C [一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是放熱還是吸熱,決定于所有反應(yīng)物的總能量之和與所有生成物的總能量之和的相對(duì)大小,前者大的為放熱反應(yīng),后者大的為吸熱反應(yīng)。所以,放熱反應(yīng)中每種反應(yīng)物的能量不一定比每種生成物的能量都高。放熱反應(yīng)也往往需要加熱才能進(jìn)行,如碳的燃燒;吸熱反應(yīng)不一定都需要加熱,如Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應(yīng)是吸熱反應(yīng),不用加熱就能發(fā)生。] 2.反應(yīng)A+B―→C(ΔH <0)分兩步進(jìn)行: ①A+B―→X(ΔH>0),②X―→C(ΔH<0)。下列示意圖中,能正確表示總反應(yīng)過程中能量變化的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):73702003】 A B C D D [由A+B―→X為吸熱反應(yīng),故X的能量大于A和B的能量和,可排除A項(xiàng)和C項(xiàng);而總反應(yīng)A+B―→C為放熱反應(yīng),故C的能量小于A和B的能量和,B項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。] 化學(xué)反應(yīng)中的能量曲線一般以體系能量為縱坐標(biāo),反應(yīng)過程為橫坐標(biāo)。解答這類題時(shí)要特別注意:吸熱反應(yīng)的生成物能量高于反應(yīng)物能量;放熱反應(yīng)的反應(yīng)物能量高于生成物能量。破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵要吸收能量;形成生成物中的化學(xué)鍵會(huì)放出能量。消耗的能量減去放出的能量就是反應(yīng)的熱效應(yīng)。 題組2 放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng) 3.下列說法中正確的是( ) ①需要加熱方能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng) ②放熱反應(yīng)在常溫下一定很容易發(fā)生?、鄯磻?yīng)是吸熱還是放熱可以看反應(yīng)物和生成物所具有的總能量的大小?、苣承┪鼰岱磻?yīng)在一定條件下也能發(fā)生 A.①② B.②③ C.①④ D.③④ D [反應(yīng)是吸熱還是放熱主要取決于反應(yīng)物和生成物所具有的總能量的相對(duì)大小。放熱反應(yīng)和某些吸熱反應(yīng)在一定條件下都能發(fā)生。反應(yīng)開始需加熱的反應(yīng)可能是吸熱反應(yīng),也可能是放熱反應(yīng)。例如C+O2CO2的反應(yīng)為放熱反應(yīng),但反應(yīng)開始也需要加熱,即需要向反應(yīng)體系先提供一定的能量。] 4.下列過程中ΔH小于零的是( ) A.氯酸鉀分解制氧氣 B.氯化銨加熱制備氨氣 C.氫氣還原氧化銅 D.實(shí)驗(yàn)室制備氫氣 D [ΔH<0意味著反應(yīng)放熱,實(shí)驗(yàn)室制備H2的反應(yīng)是Zn+2H+===Zn2++H2↑,此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。] 常見的吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng) 放熱反應(yīng) 吸熱反應(yīng) ①大多數(shù)化合反應(yīng) ②所有的燃燒反應(yīng) ③酸堿中和反應(yīng) ④金屬與酸的反應(yīng) ①大多數(shù)分解反應(yīng) ②Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應(yīng) ③C和CO2、C和H2O(g)的反應(yīng) 題組3 利用化學(xué)鍵斷裂和形成時(shí)的能量變化計(jì)算反應(yīng)熱 5.已知1 g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時(shí)放出熱量121 kJ,且氧氣中1 mol O===O鍵完全斷裂時(shí)吸收熱量496 kJ,水蒸氣中1 mol H—O鍵形成時(shí)放出熱量463 kJ,則氫氣中1 mol H—H鍵斷裂時(shí)吸收熱量為( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):73702004】 A.920 kJ B.557 kJ C.436 kJ D.188 kJ C [首先寫出氫氣和氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式,求出該反應(yīng)所放出的熱量。2H2+O22H2O,由題意知,1 g氫氣完全燃燒放出121 kJ熱量,4 g氫氣要放出熱量4121 kJ=484 kJ,現(xiàn)設(shè)斷裂1 mol H—H鍵時(shí)吸收熱量為x,故根據(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng),放出的熱量等于成鍵所放出的熱量與斷鍵吸收的熱量的差。列式可得:Q(放出熱量)=484 kJ=4463 kJ-(2x+496 kJ),解得,x=436 kJ。] 6.SF6是一種優(yōu)良的絕緣氣體,分子結(jié)構(gòu)中只存在S—F鍵。已知:1 mol S(s)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)硫原子吸收能量280 kJ,斷裂1 mol F—F、S—F鍵需吸收的能量分別為160 kJ、330 kJ。則S(s)+3F2(g)===SF6(g)的反應(yīng)熱ΔH為( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):73702005】 A.-1 780 kJmol-1 B.-1 220 kJmol-1 C.-450 kJmol-1 D.+430 kJmol-1 B [1 mol S(s)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)S原子時(shí)吸收能量280 kJ,斷裂3 mol F—F鍵吸收能量3160 kJ,則吸收的總能量為Q吸=280 kJ+3160 kJ=760 kJ,釋放的總能量為Q放=330 kJ6=1 980 kJ,由反應(yīng)方程式:S(s)+3F2(g)===SF6(g)可知,ΔH=760 kJmol-1-1 980 kJmol-1=-1 220 kJmol-1。] 題組4 熱化學(xué)方程式的書寫與正誤判斷 7.已知0.1 mol硫黃完全燃燒時(shí)放出的熱量為29.6 kJ,對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)方程式是( ) A.S+O2===SO2 ΔH=-296 kJmol-1 B.S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-29.6 kJmol-1 C.S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-296 kJmol-1 D.S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=+296 kJmol-1 C [熱化學(xué)方程式必須注明物質(zhì)的狀態(tài),A項(xiàng)錯(cuò)誤;常溫下,硫黃是固體,O2、SO2是氣體,1 mol S完全燃燒時(shí)放出的熱量為296 kJ,B、D項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確。] 8.請(qǐng)你寫出298 K、101 kPa時(shí),下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。 【導(dǎo)學(xué)號(hào):73702006】 (1)1 mol C與1 mol水蒸氣反應(yīng)生成1 mol CO和1 mol H2,吸熱131.5 kJ: _____________________________________________________________。 (2)用CO(g)還原1 mol Fe2O3(s),放熱24.8 kJ: ____________________________________________________________。 (3)1 mol HgO(s)分解生成液態(tài)汞和氧氣時(shí),吸熱90.7 kJ: ____________________________________________________________。 【解析】 (1)1 mol C與1 mol H2O(g)反應(yīng)生成CO和H2時(shí)吸收131.5 kJ熱量,則反應(yīng)的ΔH=+131.5 kJ/mol。 (2)用CO(g)還原1 mol Fe2O3(s),放熱24.8 kJ,則反應(yīng)的ΔH=-24.8 kJ/mol。 (3)1 mol HgO(s)分解生成液態(tài)汞和O2,吸熱90.7 kJ,則反應(yīng)的ΔH=+90.7 kJ/mol。 【答案】 (1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.5 kJ/mol (2)3CO(g)+Fe2O3(s)===3CO2(g)+2Fe(s) ΔH=-24.8 kJ/mol (3)HgO(s)===Hg(l)+O2(g) ΔH=+90.7 kJ/mol- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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