詳述反應(yīng)熱與能量變化

陳盈棟 王曉波

(內(nèi)蒙古赤峰市巴林左旗林東一中化學(xué)教研組 025450)

詳述反應(yīng)熱與能量變化

陳盈棟 王曉波

(內(nèi)蒙古赤峰市巴林左旗林東一中化學(xué)教研組 025450)

結(jié)合例題對(duì)“反應(yīng)熱與能量變化”類知識(shí)進(jìn)行了總結(jié).

反應(yīng)熱；能量變化；化學(xué)

反應(yīng)熱是近幾年高考的重點(diǎn)內(nèi)容之一，題型一般為選擇和填空，考查的內(nèi)容主要有：熱化學(xué)方程式的正誤判斷、比較反應(yīng)熱的大小、有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算等.

一、反應(yīng)熱、中和熱和燃燒熱

反應(yīng)熱 中和熱 燃燒熱含義化學(xué)反應(yīng)過程中放出或吸收的熱量在稀溶液中,強(qiáng)酸和強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1molH2O(l)時(shí)所放出的熱量在25℃101kPa時(shí),1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時(shí)所放出的熱量反應(yīng)特點(diǎn)任何反應(yīng)中和反應(yīng)燃燒反應(yīng)物質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)的狀態(tài)要確定稀溶液生成物在常溫下為穩(wěn)定態(tài)化學(xué)方程式配平標(biāo)準(zhǔn)任意物質(zhì)的量以生成1molH2O(l)為標(biāo)準(zhǔn)以燃燒1mol可燃物為標(biāo)準(zhǔn)ΔH符號(hào)放熱取負(fù)值、吸熱取正值負(fù)值負(fù)值能量數(shù)值的描述必須指出是放熱還是吸熱或使用正負(fù)值或用ΔH表示直接描述熱量的變化時(shí)不必再指明是放出的熱量,可用ΔH表示說(shuō)明①ΔH=∑E(生成物)-∑E(反應(yīng)物)②ΔH值與書寫形式有關(guān),單位一般是“kJ·mol-1”①電離吸熱、溶解時(shí)吸熱或放熱②稀強(qiáng)酸與稀強(qiáng)堿反應(yīng)的中和熱為57.3kJ·mol-1穩(wěn)定的氧化物如CO2、SO2、H2O、P2O5等①在中學(xué)階段,如果不指明條件就默認(rèn)為通常狀況,比較ΔH的相對(duì)大小時(shí)要考慮其數(shù)值的“+”“-”的問題②用弱酸或弱堿的稀溶液進(jìn)行中和反應(yīng)時(shí),每生成1molH2O(l)放出的熱量小于57.3kJ

不能根據(jù)反應(yīng)條件是否需要加熱來(lái)判斷一個(gè)反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，因?yàn)橛行┓艧岱磻?yīng)需要加熱才能進(jìn)行，而有些吸熱反應(yīng)在常溫下也可自發(fā)進(jìn)行.

實(shí)際上反應(yīng)熱就是反應(yīng)物分子中舊的化學(xué)鍵斷裂時(shí)所吸收的總能量與形成的生成物分子中新的化學(xué)鍵所釋放的總能量之差.ΔH=∑E(反應(yīng)物鍵能)-∑E(生成物鍵能).同樣當(dāng)“ΔH”為“-”即ΔH<0時(shí)為放熱反應(yīng)；反之，吸熱反應(yīng)，這時(shí)“ΔH”為“+”，即ΔH>0，且+、-只表示反應(yīng)的吸放熱，不能省略.

二、熱化學(xué)方程式的書寫

例1 25℃ 101kPa時(shí)，強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)的中和熱為57.3kJ·mol-1，辛烷的燃燒熱為5518kJ·mol-1.下列熱化學(xué)方程式書寫正確的是( ).

B.KOH(aq)+H2SO4(aq) =K2SO4(aq)+H2O(l)；ΔH=-57.3kJ·mol-1

C.C8H18(l)+O2(g) = 8CO2(g)+ 9H2O(g)；ΔH=-5518kJ·mol-1

D.2C8H18(g)+25O2(g) =16CO2(g)+18H2O(l)；ΔH=-5518kJ·mol-1

解析中和熱的標(biāo)準(zhǔn)是生成1molH2O(l)時(shí)所放出的熱量，A項(xiàng)不符合中和熱的定義；燃燒熱要求必須生成穩(wěn)定的氧化物，C項(xiàng)中生成物水為氣態(tài)，應(yīng)該為液態(tài).D項(xiàng)中辛烷的物質(zhì)的量不是1mol，D中ΔH=-11036kJ·mol-1才正確.所以ACD錯(cuò)誤.

答案B

點(diǎn)撥燃燒熱、中和熱概念的理解及熱化學(xué)方程式的正確書寫是解該題的關(guān)鍵.

三、反應(yīng)熱與能量的關(guān)系

例2 下列對(duì)熱化學(xué)方程式：H2(g)+I2(g)=HI(g)ΔH=+26kJ·mol-1的敘述中正確的是( ).

A．1molH2(g)和1molI2(g)完全反應(yīng)生成2molHI(g)需要吸收26kJ熱量

B．1個(gè)H2(g)分子和1個(gè)I2(g)分子完全反應(yīng)生成2個(gè)HI(g)需要吸收52kJ熱量

C．1molH2(g)與1molI2(g)完全反應(yīng)生成2molHI(g)需吸收52kJ熱量

D．1molH2(g)與1molI2(g)完全反應(yīng)生成2molHI(g)放出26kJ熱量

解析利用能量來(lái)表達(dá)反應(yīng)熱ΔH，ΔH=∑E(生成物)-∑E(反應(yīng)物)=+26kJ·mol-1生成物比反應(yīng)物的總能量高，需要吸收熱量.根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)與ΔH成正比.答案：C

點(diǎn)撥ΔH的表達(dá)式有三種，用能量表達(dá)為ΔH=∑E(生成物)-∑E(反應(yīng)物)

四、反應(yīng)熱與鍵能的關(guān)系

例3CH3—CH3→CH2=CH2+H2；有關(guān)化學(xué)鍵的鍵能如下：

化學(xué)鍵C-HC=CC-CH-H鍵能/kJ·mol-1414.4615.3347.4435.3

試計(jì)算該反應(yīng)的反應(yīng)熱.

解析由反應(yīng)熱ΔH的計(jì)算公式，ΔH=∑E(反應(yīng)物鍵能)-∑E(生成物鍵能)=(6×414.4+347.4-615.3-4×414.4-435.3)kJ·mol-1=+125.6kJ·mol-1

點(diǎn)撥反應(yīng)熱ΔH計(jì)算的鍵能表達(dá)式，ΔH=∑E(反應(yīng)物鍵能)-∑E(生成物鍵能)

五、反應(yīng)熱大小的比較

例4 強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)的反應(yīng)熱可表示如下：H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)；ΔH=-57.3kJ/mol，向1L1mol/L的NaOH(aq)中加入：①稀醋酸②濃硫酸③稀硝酸恰好完全反應(yīng)時(shí)的反應(yīng)熱為ΔH1、ΔH2、ΔH3，它們的關(guān)系正確的是( )

A．ΔH1>ΔH2>ΔH3B．ΔH2>ΔH3>ΔH1

C．ΔH1=ΔH2=ΔH3D．ΔH1>ΔH3>ΔH2

解析醋酸是弱酸，存在電離平衡，電離是吸熱的；濃硫酸溶于水放熱，但放出的熱量越多，ΔH就越??；稀硝酸屬于一元強(qiáng)酸與1molNaOH溶液反應(yīng)放出的熱量恰好是中和熱57.3kJ.答案:D

點(diǎn)評(píng)該題是高考中的常見考點(diǎn)，屬于基礎(chǔ)性試題的考查.該題的關(guān)鍵是明確在比較ΔH大小時(shí)應(yīng)該帶著符號(hào)進(jìn)行比較，而熱量Q的大小只比較數(shù)值，不帶符號(hào).

六、物質(zhì)穩(wěn)定性的判斷

例5 已知25℃,101kPa下，石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為

C(石墨)+O2(g)=CO2(g)；ΔH=-393.51kJ/mol

C(金剛石)+O2(g)=CO2(g)；ΔH=-395.41kJ/mol

據(jù)此判斷石墨和金剛石的穩(wěn)定性

解析將兩個(gè)熱化學(xué)方程式進(jìn)行做差:

C(石墨)=C(金剛石)ΔH=+1.9kJ/molΔH>0

吸熱反應(yīng).等量石墨的能量比金剛石的低，根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，物質(zhì)本身具有的能量越低，物質(zhì)就越穩(wěn)定，物質(zhì)越穩(wěn)定則鍵能越大.所以，石墨比金剛石穩(wěn)定，石墨比金剛石晶體中碳碳鍵的鍵能大.

點(diǎn)評(píng)考查物質(zhì)穩(wěn)定性與能量、鍵能的關(guān)系的關(guān)系.

七、可逆反應(yīng)中的反應(yīng)熱

A．196.64kJB．196.64kJ/mol

C．<196.64kJD．>196.64kJ

解析該熱化學(xué)方程式的含義是1molSO2和O2完全反應(yīng)生成1molSO3所放出的熱量為98.32kJ.則在密閉容器中充入2molSO2和1molO2發(fā)生可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，由于反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率小于100%，所以反應(yīng)體系放出的熱量小于2×98.32kJ=196.64kJ答案：C

點(diǎn)評(píng)熱化學(xué)方程式的含義及反應(yīng)熱與可逆反應(yīng)的關(guān)系.

八、蓋斯定律的應(yīng)用

例7 已知

ΔH1=Q1kJ/mol

①

②

③

室溫下使16g純甲醇充分燃燒，再恢復(fù)到室溫放出的熱量為多少千焦？

解析根據(jù)所求：

將①/2+2×②-③即可得到室溫下酒精燃燒熱的方程式:

ΔH=0.5ΔH1+2ΔH2-ΔH3

1

0.5Q1+2Q2-Q3

0.5

Q

答案Q=0.5(0.5Q1+2Q2-Q3)kJ

點(diǎn)評(píng)利用蓋斯定律解題必須首先確定目標(biāo)反應(yīng)，然后根據(jù)已知反應(yīng)，通過四則混合運(yùn)算的方法確定換算的最佳結(jié)果.同時(shí)在運(yùn)算時(shí)ΔH的“+”、“-”也按照相同的方式進(jìn)行計(jì)算.

九、反應(yīng)熱的計(jì)算

ΔH=-571.6kJ·mol-1

ΔH=-890kJ·mol-1

現(xiàn)有H2與CH4的混合氣體112L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，使其完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l)，若實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)放熱3695kJ.則原混合氣體中H2與CH4的物質(zhì)的量之比是____

解析由熱化學(xué)方程式可知?dú)錃夂图淄榈娜紵裏岱謩e是285.8kJ·mol-1、890kJ·mol-1.設(shè)氫氣和甲烷的物質(zhì)的量分別是x和y，因?yàn)榛旌蠚怏w共是5mol.所以有下列關(guān)系式①x+y=5、②285.8x+890y=3695，二式聯(lián)立解得x∶y=1∶3

點(diǎn)評(píng)考查反應(yīng)熱的計(jì)算.

十、反應(yīng)熱的綜合應(yīng)用

例9 下表中的數(shù)據(jù)為各物質(zhì)的鍵能.

物質(zhì)CN2O2CH4NH3H2OH2化學(xué)鍵C-CN≡NO=OH-CH-NH-OH-H鍵能/kJ/mol347.4946496414.4391463436

完成下列兩個(gè)小題：

(1)上述物質(zhì)中能量最低的是 形成氫化物最不穩(wěn)定的是

(2)相同條件下，N2、H2、O2分別和H2反應(yīng)，當(dāng)消耗等量的H2時(shí)，吸收或放出的熱量最多的是

解析從非金屬性角度來(lái)說(shuō)，元素的非金屬性越強(qiáng)，形成的單質(zhì)越活潑，單質(zhì)就越易與H2化合，形成的氫化物越穩(wěn)定，氫化物的鍵能越大.等量的單質(zhì)與H2化合產(chǎn)生的熱效應(yīng)就越多.

從能量角度而言，物質(zhì)的鍵能表示破壞或形成1mol共價(jià)鍵所放出或吸收的能量，因此共價(jià)鍵的鍵能越大，物質(zhì)本身所具有的能量越低，物質(zhì)需要更多的能量解離，物質(zhì)就越穩(wěn)定.等量的單質(zhì)與H2化合產(chǎn)生的熱效應(yīng)就越小.

答案(1)N2CH4(2)H2O

點(diǎn)評(píng)一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中吸收能量或放出能量ΔH=反應(yīng)物的化學(xué)鍵鍵能之和-生成物的化學(xué)鍵鍵能之和=生成物能量之和-反應(yīng)物能量之和.

十一、回顧與預(yù)測(cè)

重難點(diǎn)闡釋：化學(xué)反應(yīng)中的總能量變化包括：物質(zhì)化學(xué)能的變化和化學(xué)鍵鍵能的變化.這兩種能量變化不是割離的而是有必然聯(lián)系的.由ΔH的兩個(gè)互為相反數(shù)的計(jì)算公式以及化學(xué)反應(yīng)的總能量與總鍵能的反比關(guān)系.不難得出：反應(yīng)物化學(xué)能之和+反應(yīng)物中化學(xué)鍵鍵能之和=生成物化學(xué)能之和+生成物中化學(xué)鍵鍵能之和.

熱點(diǎn)預(yù)測(cè)：高考對(duì)蓋斯定律的考查僅局限于定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用，考查程度不深.以后的復(fù)習(xí)備考中務(wù)必傾向于將蓋斯定律與原電池和電解池的知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，這樣有利于考查學(xué)生的綜合應(yīng)用和理解能力，也可能成為高考出題的亮點(diǎn).

十二、總結(jié)歸納

(1)對(duì)于任意一個(gè)化學(xué)反應(yīng)而言：

反應(yīng)物總能量之和+反應(yīng)物總鍵能之和=生成物總能量之和+生成物總鍵能之和

ΔH=反應(yīng)物中化學(xué)鍵鍵能之和-生成物中化學(xué)鍵鍵能之和=生成物化學(xué)能之和-反應(yīng)物化學(xué)能之和=Ea-Ea′(Ea為反應(yīng)物的活化能；Ea′為生成物的活化能)

(2)同一主族元素的單質(zhì)和H2化合時(shí)：元素的非金屬性越弱，單質(zhì)越不活潑，與H2就越不容易化合，生成的氫化物就越不穩(wěn)定，形成化合物的共價(jià)鍵鍵能越小.物質(zhì)本身具有的能量越高.等量的單質(zhì)和H2化合，放出的熱量就越少.

(3)反應(yīng)熱是一個(gè)矢量，吸熱為“+”號(hào)，放熱為“-”號(hào).所以反應(yīng)熱必須帶正負(fù)號(hào)，且只能用ΔH來(lái)表示.在表述燃燒熱和中和熱時(shí)不帶正負(fù)號(hào)，因?yàn)橹泻蜔岷腿紵裏岵淮嬖谡?fù)的問題，均用數(shù)值直接表達(dá).(反應(yīng)熱、中和熱和燃燒熱三者而言：即用ΔH表示的時(shí)候標(biāo)注+、-號(hào)，其余情況均都不標(biāo)注)

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程研究開發(fā)中心. 化學(xué)選修5-有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)[M](第2版).北京:人民教育出版社，2007(2).

G632

A

1008-0333(2017)31-0076-03

2017-07-01

陳盈棟(1986.12-)，男，甘肅會(huì)寧人，中學(xué)一級(jí)，本科，從事化學(xué)教育教學(xué).

王曉波(1981.4-)，男，內(nèi)蒙古赤峰市，中學(xué)一級(jí)，研究生，從事化學(xué)教育教學(xué)、班級(jí)管理和生涯規(guī)劃.

季春陽(yáng)]