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第一章 化学反应与能量

第一节 化学反应与能量的变化

Ø 预习导引
一、 焓变 反应热
1.焓 焓变
焓：与内能有关的物理量，用______________表示
焓变：
a) 定义：______________。
b) 符号：__________ 单位：_______
c) 测量：___________________。
d) 产生原因：化学反应的过程中_______________与______________，故化学反应均伴随着能量变化。
2.反应热
恒温条件下，反应热______焓变，因此常用△H表示反应热。
3.放热反应与吸热反应
吸热反应：△H＞0，表示反应完成时，_________________。
放热反应：△H＜0，表示反应完成时，___________。
常见的放热反应：
① 所有的燃烧反应 ② 酸碱中和反应③ 大多数的化合反应 ④ 金属与酸的反应 ⑤ 生石灰和水反应等
常见的吸热反应： ① 晶体Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl ② 大多数的分解反应 ③ 以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应等
能量
反应过程
反应过程
反应物
生成物
能量
△H<0
△H>0
反应物
生成物

二.热化学方程式
1.概念及表示意义
①　 能表示参加反应的______________和____的关系的化学方程式，叫做热化学方程式。热化学方程式不仅表明了化学反应中的___________变化，也表明了化学反应中的_________变化。
例如：H2(g)+ O2(g) H2O(l) △H=-285.8KJ/mol，表示在_______℃，____molH2______molO2完全反应生成____________态水时_________的热量是285.8kJ。
2.书写
热化学方程式各物质前的化学计量数只表示_____________，不表示___________，因此，它可是____________数，也可以是 ____________数。对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其△H_____________。即使化学计量数相同，当反应物、生成物的状态不同时，△H值__________。

Ø 典 例 导 析
题型一：吸、放热原理的考查
例1 下列说法正确的是（ ）
A. 需要加热方能发生的反应一定是吸热反应
B. 放热反应在常温下一定很容易发生
C. 反应是吸热还是放热必须看反应物和生成物所具有的总能量的大小
D. 吸热反应在一定条件下也能发生
答案：D

题型二：考察热化学方程式的书写
例2 沼气是一种能源它的主要成分是CH4。0.5molCH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出445KJ热量，则下列热化学方程式正确的是（　）
A.2CH4(g)+4O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)；ΔH=+890 kJ· mol-1

B.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)；ΔH=+890 kJ· mol-1

C.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)；ΔH=-890 kJ· mol-1

D. CH4(g)+O2(g) CO2(g)+H2O(l)；ΔH=-890 kJ· mol-1
答案C
例3 下列热化学方程式书写正确的是（△H的绝对值均正确）（　　）
A．C2H5OH（l）+3O2（g）2CO2（g）+3H2O（g）△H= -1367．0 kJ/mol（燃烧热）
B．NaOH（aq）+HCl（aq）NaCl（aq）+H2O（l）△H= +57．3kJ/mol（中和热）
C．S（s）+O2（g）SO2（g） △H= -296．8kJ/mol（反应热）
D．2NO2O2+2NO △H= +116．2kJ/mol（反应热）
答案：C

题型三：考查有关反应热的计算
例4 已知：①CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H=+49.0kJ•mol-1 ②CH3OH（g）+ O2（g）CO2（g）+2H2（g），△H=-192.9kJ•mol-1下列说法正确的是（　　）
A．CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
B．①反应中，反应物的总能量高于生成物总能量
C．根据②推知反应：CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2（g）的△H＞-192.9kJ•mol-1
D．反应②中的能量变化如图所示

答案：D

第二节 燃烧热 中和热
Ø 预习导引
一、燃烧热
1.定义： _______时，_____ mol _____完全燃烧生成_______的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。
2.单位：燃烧热是反应热的一种，单位为______。
3.测量：燃烧热通常可利用仪器由_________测得。
4.含义： C的燃烧热为393.5 kJ·mol－1，表示在101 kPa时，1 mol C完全燃烧放出393.5 kJ的热量。
5.书写：C(s) + O2(g) CO2(g) △H＝－393.5 kJ/mol
6.注意：燃烧热的限定词有恒压(101 kPa时)、可燃物的物质的量(1 mol)、完全燃烧、稳定的氧化物等，其中的“完全燃烧”，是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)等。

二、中和热
1. 定义：在_____中，酸跟碱发生中和反应生成_____H2O，这时的反应热叫做中和热。
2. 表示：H+(aq)+OH-(aq) H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
3. 注意：
对于强酸强碱，中和热数值_____57.3kJ/mol；对于弱酸弱碱，中和热数值_____57.3kJ/mol。

Ø 典 例 导 析
题型一：有关燃烧热的考查
例1 下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式（25°，101kPa）：
下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式（25℃，101KPa）：
①C4H10（g）+O2（g）4CO2（g）+5H2O（l）；△H=-2 878kJ-mol-1
②C4H10（g）+O2（g）4CO2（g）+5H2O（g）；△H=-2 658kJ-mol-1
③C4H10（g）+O2（g）4CO（g）+5H2O（l）；△H=-1 746kJ-mol-1
④C4H10（g）+O2（g）4CO（g）+5H2O（g）；△H=-1 526kJ-mol-1
由此判断，正丁烷的燃烧热为（　　）
A.2878KJ/mol B.2658KJ/mol
C.1746KJ/mol D.1526KJ/mol
答案：A

题型二：有关能源的考查
例2 把煤作为燃料可通过下列两种途径或得热量；
途径I：直接燃烧：
C(s)+O2(g)CO2(g)（放热Q1KJ)
途径Ⅱ：先制成水煤气，再燃烧水煤气：
C(s)+ H2O(g)CO(g)+H2(g)（吸热Q2KJ）

2CO(g)+O2(g)2CO2(g)，2H2(g)+ O2(g)2H2O(g) （共放热Q3KJ）
试回答下列问题：
（1）判断途径I放出的总热量______ (填“大于”、“等于”或“小于”)途径Ⅱ放出的总热量
（2）在制水煤气的反应里，反应物所具有的总能量_________生成物所具有的总能量(填“大于”、“等于”或“小于”)，因此在反应时，反应物就需要______能量才能转化为生成物，其反应条件为______。
（3） 简述煤通过途径Ⅱ作为燃料的意义。
答案：（1）等于 （2）小于 吸收 高温
（3）固体煤经处理变为气体燃料后，不仅在燃烧时减少SO2和烟尘对大气造成的污染，而且燃烧效率高，也便于输送。

题型三：燃烧热的有关计算
例3 由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8KJ，写出该反应的热化学方程式______，若1g水蒸气转化为液态水放热2.44KJ，则反应H2(g)+ O2(g)=H2O(l) △H=______KJ/mol，氢气的燃烧热为______。
答案：H2(g)+ O2(g) H2O(g) △H=-241.8KJ/mol
-285.8 285.8KJ/mol

题型四：考查燃料开发与利用
例4 美国现任总统奥巴马就环境问题公开表示，到2020年，美国将会把温室气体排放量削减到1990年水平的80%，此外美国将把新能源比重提高到30%。奥巴马还计划每年拿出150亿美元大举投资太阳能、风能和生物质能源等，并且举全国之力构建美国的低碳经济领袖地位。下列说法不正确的是(　　)
A．CO2、甲烷都属于温室气体
B．用甘蔗生产的燃料乙醇属可再生能源，利用乙醇燃料不会产生温室气体
C．太阳能、风能和生物质能属于新能源
D．太阳能电池可将太阳能直接转化为电能
答案：B
例5 甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是

① CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)； △H= + 49.0 kJ・mol－1
②CH3OH(g)+ O2(g) CO2(g)+2H2(g);△H=－192.9 kJ・mol－1
下列说法正确的是（ ）
A．CH3OH的燃烧热为192.9 kJ・mol－1
B．反应①中的能量变化如右图所示
C．CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
D．根据②推知反应： CH3OH(l)+ O2(g) CO2(g)+2H2(g)的△H>－192.9kJ・mol－1
答案：D
例6 随着现代工业的发展，能源问题已经越来越引起人们的重视。科学家们预言，未来最理想的燃料是绿色植物，即将植物的秸秆(主要成分是纤维素)用适当的催化剂水解成葡萄糖，再将葡萄糖转化成乙醇，用作燃料。
(1)写出将绿色植物的秸秆转化为乙醇的化学方程式＿＿＿＿。
已知：
C2H5OH(l)＋3O2(g) 2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1367 kJ·mol－1
CH4(g)＋2O2(g) CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890 kJ·mol－1
(2)若某种植物的秸秆含纤维素约50%，由植物秸秆经过一系列转化得到乙醇原料的总利用率为80%，则用1000 g秸秆为原料制得的乙醇燃料燃烧所产生的热量与＿＿＿L甲烷完全燃烧产生的热量相当(标准状况下)?
绿色植物光合作用的效能是＿＿＿＿。
答案：（1）（C6H10O5）n+nH2OnC6H12O6
C6H12O62CH3CH2OH+2CO2↑
（2）170
（3） 在光能的作用下，绿色植物将CO2和H2O转变成有机物，同时将光能转变为化学能贮存起来。

第三节 化学反应热的计算
Ø 预习导引
一、盖斯定律
1.内容：不管化学反应是一步或___________完成，其反应热是___________的。或者说，化学反应的反应热只与反应体系的___________和___________有关，而与反应的___________无关。
2.解释：能量的释放或者吸收是以___________的物质为基础的，二者密不可分，但以___________为主。
3.应用：对于进行得___________的反应，不容易___________的反应，___________即有___________的反应，___________反应热有困难，如果应用________就可以___________地把它们的反应热计算出来。
例如：C(s)+O2(g)=CO(g)
上述反应在O2供应充分时，可然晒生成CO2；O2供应不充分时，虽课生成CO，但同时还部分生成CO2。因此该反应的ΔH___________。但是下述两个反应的ΔH却可以直接测得：
(1)C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5KJ/mol
(2)CO(g)+ O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283.0KJ/mol
根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的ΔH。
分析上述两个反应的关系，即知：
ΔH1=___________，ΔH=___________。

则C(s)与O2(g)生成CO(g)的热化学方程式为___________。
二、反应热的计算
反应热计算的主要依据是___________、___________和___________的数据。

Ø 典 例 导 析
题型一：盖斯定律的应用
例一 化学反应N2+3H2=2NH3的能量变化如下图所示，该反应的热化学方程式是（　）

A.N2(g)＋3H2(g)＝2NH3 (l)；⊿H ＝ 2(a-b-c)kJ·mol-1 
B．N2(g)＋3H2(g)＝2NH3(g) ；⊿H ＝ 2(b-a)kJ·mol-1 
C．N2(g)＋H2(g)＝NH3(l) ；⊿H ＝ (b＋c-a)kJ·mol-1
D．N2(g)＋H2(g)＝NH3(g) ；⊿H ＝ (a＋b)kJ·mol-1
答案：Ａ
题型二：有关反应热的简单计算
例２　　已知：2Zn(s)+O2(g)=2ZnO(s) ΔH=-701.0KJ/mol，2Hg(l)+O2(g)=2HgO(s) ΔH=-181.6KJ/mol，则反应的Zn(s)+HgO(s)=ZnO(s)+Hg(l)的ΔH为（ ）
A. +519.4KJ/mol B.+259.7KJ/mol
C.-259,7KJ/mol D.-519.4KJ/mol
答案：C
例3 一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出的热量为Q，它所生成的CO2用过量饱和石灰水完全吸收可得100gCaCO3沉淀。则完全燃烧1mol无水乙醇时放出的热量是（ ）
A.0.5Q B.Q C.2Q D.5Q
答案：C
例4 已知下列两个热化学方程式：
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)
ΔH=-571.6KJ/mol
C3H8(g)+502(g)=3CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-2220KJ/mol
根据上面两个热化学方程式，试回答下列问题：
(1) H2的燃烧热为________，C3H8的燃烧热为________。
(2) 1molH2和2molC3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为________。
(3) 现有H2和C3H8的混合气体5mol完全燃烧时放热3847KJ，则在混合气体中H2和C3H8的体积比约为________。
答案：（1）285.8KJ/mol 2220KJ/mol
(2)4725.8KJ (3)3:1

例5 已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH= - 566 kJ/mol
Na2O2(s)+CO2(g)=Na2CO3(s)+ O2（g） ΔH= -226 kJ/mol
根据以上热化学方程式判断，下列说法正确的是(　　)
A． CO的燃烧热为283 kJ

B． 下图可表示由CO生成CO2的反应过程和能量关系

C.2Na2O2(s)+2CO2(s)=2Na2CO3(s)+O2(g)  ΔH>-452 kJ/mol
D.CO(g)与Na2O2(s)反应放出509 kJ热量时，电子转移数为6.02×1023
答案：C
章末总结
一、焓变 反应热
1．反应热：一定条件下，一定物质的量的反应物之间完全反应所放出或吸收的热量
2．焓变(ΔH)的意义：在恒压条件下进行的化学反应的热效应
（1）.符号： △H （2）.单位：kJ/mol
3.产生原因：化学键断裂——吸热 化学键形成——放热
放出热量的化学反应 (放热>吸热) △H 为“-”或△H <0
吸收热量的化学反应。（吸热>放热）△H 为“+”或△H >0
☆ 常见的放热反应： ① 所有的燃烧反应 ② 酸碱中和反应
③ 大多数的化合反应 ④ 金属与酸的反应
⑤ 生石灰和水反应 ⑥ 浓硫酸稀释、氢氧化钠固体溶解等
☆ 常见的吸热反应： ① 晶体Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl ② 大多数的分解反应
③ 以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应 ④ 铵盐溶解等

二、热化学方程式
书写化学方程式注意要点:
①热化学方程式必须标出能量变化。
②热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态 （g,l,s分别表示固态，液态气态，水溶液中溶质用aq表示）
③热化学反应方程式要指明反应时的温度和压强。
④热化学方程式中的化学计量数可以是整数，也可以是分数
⑤各物质系数加倍，△H加倍；反应逆向进行，△H改变符号，数值不变

三、燃烧热
1．概念：25 ℃，101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量。燃烧热的单位用kJ/mol表示。
※注意以下几点：
①研究条件：101 kPa
②反应程度：完全燃烧，产物是稳定的氧化物。
③燃烧物的物质的量：1 mol
④研究内容：放出的热量。（ΔH<0，单位kJ/mol）

四、中和热
1．概念：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1mol H2O，这时的反应热叫中和热。
2．强酸与强碱的中和反应其实质是H+和OH-反应，其热化学方程式为：
H+(aq) +OH-(aq) =H2O(l) ΔH=－57.3kJ/mol
3．弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3 kJ/mol。
4．中和热的测定实验

五、盖斯定律
内容：化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与具体反应进行的途径无关，如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的。

参考答案
第一节 化学反应与能量的变化
预习导引
一．1. H 在恒压、恒温条件下，反应过程中放出或吸收的热量 ∆H KJ/mol 可用量热计测量 旧键断裂吸收的能量 新键形成放出的能量不相等 2.等于3.反应物的总能量小于生成物的总能量 反应物的总能量大于生成物的总能量 二.1.物质的量 反应热 物质 能量 25 101K 1 液 放出 物质的量 分子 整 小数或分 不同 也不同
第二节 燃烧热 能源
预习导引
一． 25℃、101KPa 1 纯物质 稳定 KJ/mol 实验 二.稀溶液 1mol 等于 小于
第三节 化学反应热的计算
预习导引
一、1．分几步 相同 始态 终态 途径 2.发生变化 物质 3.很慢 直接发生 产品不纯 副反应发生 测定 盖斯定律 间接 无法直接测得 ∆H1+∆H2 ∆H1-∆H2 C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ∆H=-110.5KJ/mol
二、热化学方程式 盖斯定律 燃烧热