化學(xué)反應(yīng)與能量變化知識(shí)點(diǎn)解讀

■北京市十一學(xué)校 滕明俊(博士)

化學(xué)反應(yīng)與能量變化知識(shí)點(diǎn)解讀

■北京市十一學(xué)校 滕明俊(博士)

編者注：本期文章的作者主要為北京市十一學(xué)校的中青年骨干教師,他們寫的文章將知識(shí)講解得清楚明白,解題的思路與方法巧妙實(shí)用,對(duì)同學(xué)們開(kāi)拓知識(shí)面和提高應(yīng)試能力很有幫助。希望同學(xué)們讀后收獲滿滿。另外,特別感謝滕明俊老師及其同事為組織編寫本期稿件所做的努力。

化學(xué)反應(yīng)與能量變化知識(shí)是高考考查的重點(diǎn),要順利解答相關(guān)方面的題目,最重要的是對(duì)基本概念(燃燒熱、中和熱、熱化學(xué)方程式等)和基本原理(蓋斯定律)的理解和應(yīng)用。

一、對(duì)基本概念的理解

1.反應(yīng)熱能量變化的本質(zhì)為化學(xué)鍵的斷裂和形成。反應(yīng)熱=反應(yīng)物舊鍵斷裂所吸收的能量-生成物新鍵生成所釋放的能量。反應(yīng)熱小于零是放熱反應(yīng),大于零是吸熱反應(yīng)。反應(yīng)是放熱還是吸熱,這與反應(yīng)條件(比如是否需要加熱)沒(méi)有必然聯(lián)系。需要加熱才能進(jìn)行的反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng),例如,鋁熱反應(yīng)2Al+Fe2O3══Al2O3+2Fe需要在加熱條件下引發(fā),但是該反應(yīng)是劇烈的放熱反應(yīng)。

2.燃燒熱的定義：1mol純凈物在25℃,101kPa的條件下完全燃燒生成穩(wěn)定產(chǎn)物所放出的能量。定義中有幾點(diǎn)需要特別注意：①量：可燃物為1mol,但不限制生成物的量;②反應(yīng)的條件：25℃、101kPa;③產(chǎn)物：完全燃燒后的穩(wěn)定產(chǎn)物。比如1molC燃燒生成CO所放出的熱量,不能夠稱之為碳的燃燒熱,因?yàn)镃O不是完全燃燒后的穩(wěn)定產(chǎn)物,CO2才是穩(wěn)定產(chǎn)物。

3.中和熱的定義：酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 molH2O時(shí)所釋放的熱量稱為中和熱。定義中需要注意的地方是：①量：生成物(H2O)為1mol,但不限制反應(yīng)物的量,如果生成物不是1mol水,則能量變化不能稱之為中和熱;②放熱反應(yīng);③在稀溶液中,強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的中和熱約為57.3kJ·mol-1,而對(duì)于強(qiáng)酸和弱堿,或是強(qiáng)堿和弱酸的反應(yīng),其中和熱的數(shù)值小于57.3kJ·mol-1,因?yàn)槿跛峄蛉鯄A的電離是一個(gè)吸熱的過(guò)程。

例1判斷以下說(shuō)法正確的是( )。

A.合成氨需要在高溫高壓下進(jìn)行：N2+3H2══2NH3,所以該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)

B.1molH2完全燃燒生成1mol水蒸氣所放出熱量稱之為氫氣的燃燒熱

C.燃燒熱和中和熱都是化學(xué)反應(yīng)時(shí)放出的熱量,故它們對(duì)應(yīng)的ΔH＜0

D.在25℃,101kPa下,1mol磷燃燒生成三氧化二磷所放出的熱量為磷的燃燒熱

解析：選項(xiàng)A,反應(yīng)條件與反應(yīng)吸熱、放熱沒(méi)有必然的聯(lián)系,合成氨雖然需要在高溫條件下進(jìn)行,但是該反應(yīng)是放熱反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤。

選項(xiàng)B,根據(jù)定義,H2的燃燒熱為1molH2完全燃燒生成液態(tài)水H2O(l)所放出的熱量,而非水蒸氣,故B項(xiàng)錯(cuò)誤。

D選項(xiàng),磷燃燒的穩(wěn)定產(chǎn)物為五氧化二氯,而不是三氧化二磷,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

燃燒和中和過(guò)程都是放熱過(guò)程,所以ΔH＜0,C選項(xiàng)正確。

答案：C

【舉一反三】

已知：①2H2(g)+O2(g)══2H2O(l)ΔH1=-571.6kJ·mol-1

求氫氣的燃燒熱。

解析：在25℃,101kPa的條件下,H2的穩(wěn)定燃燒產(chǎn)物H2O以液態(tài)形式存在,而非氣態(tài),所以②ΔH=-241.8kJ·mol-1的熱量變化不是反應(yīng)熱。

因?yàn)槿紵裏嵋?guī)定是1mol可燃物參與反應(yīng),根據(jù)①式,H2的燃燒熱應(yīng)為-285.8kJ·mol-1。

答案：ΔH=-285.8kJ·mol-1。

二、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書(shū)寫與正誤判斷

熱化學(xué)反應(yīng)方程式包含了物質(zhì)變化和能量變化兩部分的信息,表1總結(jié)了它與普通化學(xué)方程式的區(qū)別。

表1

判斷熱化學(xué)方程式正誤和書(shū)寫熱化學(xué)方程式的注意事項(xiàng)：

(1)觀察方程式是否已經(jīng)配平;

(2)看是否注明物質(zhì)的聚集狀態(tài),以及狀態(tài)是否正確;

(3)看是否注明能量變化ΔH,①ΔH的符號(hào)(放熱為“-”,吸熱為“+”),②數(shù)值,③單位(kJ·mol-1),是否符合實(shí)際情況;

(4)分析各物質(zhì)的計(jì)量數(shù)是否符合要求(燃燒熱——可燃物的計(jì)量數(shù)為1,中和熱——H2O的計(jì)量數(shù)為1)。

例2下列熱化學(xué)方程式正確的是(ΔH的絕對(duì)值均正確)( )。

A.表示S的燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式是2S(s)+3O2(g)══2SO3(s) ΔH=-630kJ·mol-1

B.乙醇的燃燒：C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O ΔH=-1369kJ·mol-1

C.已 知NaOH(aq)+HCl(aq)══NaCl(aq)+H2O ΔH=-57.3kJ·mol-1,則反應(yīng) 3NaOH(aq)+H3PO4(aq)══Na3PO4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3×3=-171.9kJ·mol-1

D.碳的燃燒：C(s)+O2(g)══CO2(g)ΔH=-393.5kJ·mol-1

解析：A選項(xiàng),燃燒熱應(yīng)該是1mol純凈物在25℃,101kPa的條件下完全燃燒生成穩(wěn)定產(chǎn)物所放出的能量。A選項(xiàng)中S的化學(xué)計(jì)量數(shù)應(yīng)該是1而不是2。

B選項(xiàng),沒(méi)有標(biāo)明聚集狀態(tài),且方程式中應(yīng)該用“=”而不是“→”。

C選項(xiàng),H3PO4是中強(qiáng)酸,其電離的過(guò)程吸熱,所以H3PO4與NaOH的反應(yīng)熱的數(shù)值應(yīng)該小于57.3×3=171.9kJ·mol-1。

答案：D

【舉一反三】

火箭推進(jìn)器常以氣態(tài)聯(lián)氨(N2H4)為燃料,液態(tài)過(guò)氧化氫為助燃劑。反應(yīng)過(guò)程中生成的氣體可參與大氣循環(huán)。測(cè)得當(dāng)反應(yīng)過(guò)程中有1mol水蒸氣生成時(shí),放出161kJ的熱量。試寫出反應(yīng)過(guò)程中的熱化學(xué)方程式：___。

答案：N2H4(g)+2H2O2(l)══N2(g)+4H2O(g) ΔH=-644kJ·mol-1

三、蓋斯定律及其應(yīng)用(見(jiàn)表2)

表2

例3半水煤氣是工業(yè)合成氨的原料氣,其主要成分為H2、CO、CO2、N2和H2O(g)。半水煤氣經(jīng)過(guò)下列步驟轉(zhuǎn)化為合成氨的原料。

步驟Ⅰ,CO變換反應(yīng)的能量變化如圖1所示。

圖1

則CO變換反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是____。

解析：根據(jù)題意,先寫出CO變換反應(yīng)的目標(biāo)方程式：

CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g) ΔH

根據(jù)圖中的能量變化圖,可以寫出已知方程式：

①CO(g)+H2O(g)══C(s)+2H(g)+2O(g) ΔH1

②C(s)+2H(g)+2O(g)══CO2(g)+H2(g) ΔH2

觀察發(fā)現(xiàn),①+②進(jìn)行方程式疊加可以消除中間產(chǎn)物[C(s)+2H(g)+2O(g)],得到目標(biāo)方程式,所以ΔH=ΔH1+ΔH2=+1998 kJ·mol-1+(-2034kJ·mol-1)=-36kJ·mol-1。

答案：CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g) ΔH=-36kJ·mol-1

【舉一反三】

根據(jù)下列熱化學(xué)方程式分析,C(s)的燃燒熱ΔH等于( )。

①C(s)+H2O(l)══CO(g)+H2(g)ΔH1=+175.3kJ·mol-1

②2CO(g)+O2(g)══2CO2(g) ΔH2=-566.0kJ·mol-1

③2H2(g)+O2(g)══2H2O(l) ΔH3=-571.6kJ·mol-1

A.ΔH1+ΔH2-ΔH3

B.2ΔH1+ΔH2+ΔH3

解析：首先寫出C(s)的燃燒熱的熱化學(xué)方程式(目標(biāo)方程式)：

根據(jù)各物質(zhì)在以上方程式中的位置,觀察已知的三個(gè)方程式,發(fā)現(xiàn)不用調(diào)整反應(yīng)方向,僅需要調(diào)整計(jì)量數(shù)。為把中間產(chǎn)物CO和H2消去,對(duì)②和③進(jìn)行計(jì)量數(shù)調(diào)整,都分別乘以,可以得到目標(biāo)方程式,所以

答案：D

(責(zé)任編輯 謝啟剛)

《中學(xué)生數(shù)理化》高考理化版發(fā)稿計(jì)劃

(雙月化學(xué)?？?

2018年2月號(hào)

有機(jī)化學(xué)：有機(jī)化合物的分類及命名,官能團(tuán)的識(shí)別,有機(jī)物的結(jié)構(gòu),同系物與同分異構(gòu)體,同分異構(gòu)體種數(shù)的判斷及書(shū)寫,有機(jī)物的燃燒規(guī)律,有機(jī)物分子式、結(jié)構(gòu)式的確定,烴和鹵代烴,烴的含氧衍生物,高分子化合物,有機(jī)合成與推斷。

2018年4月號(hào)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)：化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能,常見(jiàn)儀器的使用,化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作及安全,常見(jiàn)氣體的實(shí)驗(yàn)室制法,物質(zhì)的檢驗(yàn)、分離與提純,物質(zhì)的鑒別,阿伏加德羅常數(shù)的應(yīng)用,物質(zhì)的量,氣體摩爾體積,溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量濃度及其相關(guān)計(jì)算,無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的制備,實(shí)驗(yàn)探究(反應(yīng)原理、物質(zhì)組成、物質(zhì)性質(zhì)的探究),實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)或改進(jìn)方案。

2018年6月號(hào)(提前于4月底出版)

物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律：元素、核素、同位素的含義,微粒的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì),化學(xué)鍵、離子化合物與共價(jià)化合物,元素周期表及其應(yīng)用,元素周期律及其應(yīng)用。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì),化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu),晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。

2018年8月號(hào)(提前于4月底出版)

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