化学反应热和焓变
化学反应中能量的变化第一讲
反应热与焓变
一、放热反应、吸热反应和反应热
1.放热反应: 具有的总能量大于 的总能量时,反应释放能量,ΔH 0 (填“>”或“
2.吸热反应: 具有的总能量小于 的总能量时,反应吸收能量,ΔH 0 (填“>”或“
用于描述物质具有的能量的物理量。 2.焓变(ΔH)
始、终状态焓的变化表示为
ΔH=H(反应产物)-H(反应物)
3.反应热的含义:化学反应过程中所释放或吸收的能量,在恒压条件下,它等于反应前后物质的焓变,符号是ΔH,单位是kJ/mol;反应热随反应物的物质的量变化而变化,反应热随反应前后物质的聚集状态变化而变化,一个“可逆的”化学反应,它的正反应和逆反应的焓变(ΔH)大小相等符号相反。 4..化学反应热的计算
ΔH=E(生成物的总能量)—E(反应物的总能量) ΔH=E(反应物的键能总和)—E(生成物的键能总和)
例题:1. (07年全国II理综)已知:①1 mol H分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量;②1 mol
2
Cl2分子中化学键断裂时需要吸收243 kJ的能量;③由H原子和Cl原子形成1 mol HCl分子时释放431 kJ的能量;下列叙述正确的是( C )
A.氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式是 H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g) B.氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体,反应的H = 183 kJ/mol C.氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体,反应的H =-183 kJ/mol D.氢气和氯气反应生成1 mol氯化氢气体,反应的H =-183 kJ/mol 解析:ΔH=E(反应物的键能总和)—E(生成物的键能总和) =436 kJ/mol+243 kJ/mol-2×431 kJ/mol= -183 kJ/mol
变式练习1.(2011重庆) SF是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S-F键。已知:1molS(s)转
6
化为气态硫原子吸收能量280kJ,断裂1molF-F 、S-F键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ。则S(s)+3F2(g)=SF6(g)的反应热△H为( )
A. -1780kJ/mol B. -1220 kJ/mol C.-450 kJ/mol D. +430 kJ/mol
解析:本题考察反应热的有关计算。在化学反应中断键需要吸热,而形成新的化学键需要放热。由题意的1mol S(s)和3molF2(g)形成S原子和F原子共需要吸收能量是280kJ+3×160kJ=760 kJ。而生成1mol SF6(g)时需形成6molS-F键,答案:B
变式练习2:(08年海南化学)白磷与氧可发生如下反应:P+5O=PO
4
2
—1
—1
410
。已知断裂下列化学键需要吸收
—1
的能量分别为:P—P a kJ·mol、P—O b kJ·mol、P=O c kJ·mol、O=O d kJ·mol。
—1
根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的△H,其中正确的是( ) A.(6a+5d-4c-12b)kJ·mol B.(4c+12b-6a-5d)kJ·mol C.(4c+12b-4a-5d)kJ·mol
-1 -1
-1
D.(4a+5d-4c-12b)kJ·mol
-1
解析:1mol白磷(P4)分子中含有6mol P—P 键,5mol O2中含有5mol O=O键,1mol P4O10中含有4 mol P=O键和12 mol P—O键 ;P—P a kJ·mol、P—O b kJ·mol、P=O c kJ·mol、O=O d kJ·molΔH=E(反应物的键能总和)—E(生成物的键能总和)=(6a+5d-4c-12b)kJ·mol
-1
—1
—1
—1
—1
。
变式练习3.(07年重庆理综)已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ,且氧气中1 mol O=O
键完全断裂时吸收热量496 kJ,水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ,则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量为( C ) A.920 kJ
B.557 kJ
C.436 kJ
D.188kJ
解析:1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ ,转换成热化学方程式为:
12
H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H= -121 kJ·mol进一步变换为:
12
-1
1412
-1
H2(g)+ O2(g)= H2O(g) △H= -242 kJ·mol 氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量为x
ΔH=E(反应物的键能总和)—E(生成物的键能总和)=(x+
496
)—2463= -242 ,x= +436 2
变式练习4(2010重庆卷).已知H2gBr2l2HBrg;H72kJ/mol. 蒸发1mol Br2
(l)需要吸收的能量为30kJ,其它相关数据如下表:
则表中a为( )
A.404 B.260 C.230 D.200
【解析】本题考查盖斯定律的计算。由已知得:Br2(l)=Br2(g) H=+30KJ/mol,则H2(g) + Br2(g) = 2HBr(g);H= -102KJ/mol。436+a-2×369=-102;a=―200KJ,D项正确。
三.物质稳定性的比较
1.物质的能量越低,物质就越稳定 2.键能越大越稳定
例题1.(全国)已知25℃、101kPa下,石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为( A )
C(石墨) + O2(g) === CO2(g) △H = -393.51kJ ·molC(金刚石) + O2(g) === CO2(g) △H = -395.41kJ ·mol
-1 -1
据此判断,下列说法中正确的是
A.由石墨制备金刚石是吸热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的低 B.由石墨制备金刚石是吸热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的高 C.由石墨制备金刚石是放热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的低 D.由石墨制备金刚石是放热反应;等质量时,石墨的能量比金刚石的高 变式练习1.已知25℃、101kPa下,石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为 C(石墨)(s) + O-1
2(g) === CO2(g) ΔH = -393.51kJ ·mol
C(金刚石)(s) + O-1
2(g) === CO2(g) ΔH = -395.41kJ ·mol
据此判断,下列说法中正确的是( BC ) A.等质量的石墨和金刚石,金刚石比石墨稳定 B.等质量的石墨和金刚石,石墨比金刚石稳定 C.等质量的石墨和金刚石,石墨的能量比金刚石的低
D.等质量的石墨和金刚石,石墨的能量比金刚石的高
四:反应热大小的比较
例题1. ΔH = -395.41kJ ·-1
1
mol
ΔH2 = -393.51kJ ·mol
-1
则下列正确的是 ( A. ΔH1 >ΔH2 B. ΔH1<ΔH2 C.无法比较
2. ΔH = +395.41kJ ·mol
-1
1
ΔH2 = +393.51kJ ·mol
-1
则下列正确的是 ( A. ΔH1 >ΔH2 B. ΔH1<ΔH2 C.无法比较 变式练习1下列各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的是 ( C )
①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1
C(s)+1
2O2(g)===CO(g) ΔH2
②S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH3 S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH4
③H1
2(g)+2O2(g)===H2O(l) ΔH5
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH6 ④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH7 CaO(s)+H2O(l)===Ca(OH)2(s) ΔH8 A.① B.④ C.②③④ D.①②③
)
)
2.已知
1
(l)H2(g)O2(g) =H2O(g) △H1=a kJ·mol1
2
(2)2H2(g)O2(g) =2H2O(g)△H2=b kJ·mol1 1
(3)H2(g)O2(g)=H2O(l) △H3=c kJ·mol1
2
(4)2H2(g)O2(g) =2H2O(l) △H4=d kJ·mol1 下列关系式中正确的是( C )
A. a<c <0 B.b>d>0 C.2a=b<0 D.2c=d>0
五、热化学方程式的含义
1.表明了化学反应中的物质变化和能量变化
2.方程式中的化学计量数只表示该物质的物质的量不表示分子数。 3.ΔH表示反应已完成的热量变化,与反应是否可逆无关。 4.书写热化学方程式注意几点要求
(1)△H只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边并用空格隔开,注明“+”“-”和单位kJ/mol
(2)注意反应热与测定条件有关,因此书写热化学方程式时应注明测定的条件,绝大多数反应△H在25C
和101.3kPa下测定,可不注明温度和压强。
(3)注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的量,并不表示物质的分子或原子
数,因此化学计量数可以是整数也可是分数 (4)注意反应物和产物的聚集状态不同,反应热数值及符号可能不同。因此必须注明物质的聚集状态(s、l、
g、aq)才能完整体现出热化学方程式的意义,热化学方程式中不出现“↓”“↑”
(5)化学式前面的化学计量数必须与△H相对应,如果化学计量数加倍,则△H也要加倍,当反应逆向进行
时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
例题1.下列热化学方程式书写正确的是【BC】
A 2SO2+O2=2SO3 △H=-196.6kJ/mol B H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol C 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6kJ/mol D C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=+393.5kJ/mol
2.已知在1×10 Pa、298 K条件下,2 mol氢气燃烧生成水蒸气,放出484 kJ热量,下列化学方程式正确的是 ( D )
1-1
A.H2O(g)===H2(g)+O2(g) ΔH=-242 kJ·mol
2B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-484 kJ·mol
1
C.H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-242 kJ
2
-1-1
5
D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-484 kJ·mol
六:燃烧热的含义:在298K、101kPa时,1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫该物质的燃烧热。
所有的燃烧反应都是放热反应,在一定条件下的一种物质的燃烧热是固定值,并且是正值,对应的焓变是负值,碳的燃烧热是393.5kJ/mol,据此写成热化学方程式: C(s)+O2(g)= CO2(g) ΔH= -393.5kJ/mol ,可以变形为: 2C(s)+2O2(g)点燃2CO2(g) ΔH= -787kJ/mol ,也可以变形为:
CO2(g)= C(s)+O2(g) ΔH= + 393.5kJ/mol 。
说明1:反应条件:298K、101kPa,通常情况下没有说明条件就是在298K、101kPa的条件下。 说明2:可燃物的物质的量:1mol
说明3:完全燃烧的含义:C→CO2 (√);C→CO (×); 说明4:稳定的氧化物的含义:
①.C→CO2 (√); ②.H2→H2O(l)(√) ; H2→H2O(g);(×); ③.S→SO2 (√); ④.N2H4→N2(g)+ H2O(l)(√) ; N2H4→NO2(g)+ H2O(l)(×) 注意:N2H4燃烧产物中氮元素以氮气形式存在。
例1(:04广东)已知葡萄糖的燃烧热是2804kJ/mol,当它氧化生成1g水时放出的热量是 ( A ) A.26.0kJ B.51.9 kJ C.155.8 kJ D.467.3kJ
变式练习1:(03全国)已知在1*10Pa ,298K条件下,2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ热量,下列
5
热化学方程式正确的是 ( A ) A.H2O(g)=H2(g)+1/2O2(g) ΔH = + 242kJ/mol B.2H2(g)+O2(g) = 2H2O(l) ΔH = - 484kJ/mol C.H2(g)+1O2(g) = H2O(g) ΔH = + 242kJ/mol
2
D.2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH = + 484kJ/mol
2.下列热化学方程式中的反应热下划线处表示燃烧热的是( B )
56
A.NH3(g)+O2(g)NO(g)+H2O(g); ΔH=-a kJ·mol-1
44
B.C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l); ΔH=-b kJ·mol-1 C.2CO(g)+O2(g)2CO2(g); ΔH=-c kJ·mol-1
1-1
D.CH3CH2OH(l)+O2(g)CH3CHO(l)+H2O(l);ΔH=-d kJ·mol
2
七:中和热的含义:在稀溶液中,强酸强碱中和反应生成1mol水时放出的热量,中和热为57.3kJ/mol,对应的热化学方程式为:H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH = -57.3kJ/mol.
例1:H2SO4(aq)+KOH(aq)=H2O(l) +K2SO4(aq) ΔH = -57.3kJ/mol.
1
2
12
变式练习1.下列关于热化学反应的描述中正确的是
-1
( B )
A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(-
57.3) kJ·mol
B.CO(g)的燃烧热是283.0kJ·mol,则2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+(2×283.0) kJ·mol
-1
-1
-1
C.1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热 D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出57.3 kJ热量 2.25 ℃、101 kPa时,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为
57.3 kJ·mol,辛烷的燃烧热为5 518 kJ·mol。下列热化学方程式书写正确的是 ( C ) A.2H(aq)+SO4(aq)+Ba(aq)+2OH(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol
+
2-
2+
-
-1
-1
-1
11-1
B.KOH(aq)+H2SO4(浓2SO4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol
2225-1
C.C8H18(l)2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 518 kJ·mol
2
-1
D.2C8H18(g)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(l) ΔH=-5 518 kJ·mol
3.下列酸与碱中和反应热化学方程式可用:H+(aq)+OH-(aq)H2O(l);ΔH=-57.3 kJ·mol-1
来表示的是( C )
A.CH3COOH(aq)+NaOH(aq)CH3COONa(aq)+H2O(l);ΔH=-Q1 kJ·mol-1 B.1/2H2SO4(浓)+NaOH(aq)1/2Na2SO4(aq)+H2O(l);ΔH=-Q2 kJ·mol-1 C.HNO3(aq)+NaOH(aq)NaNO3(aq)+H2O(l);ΔH=-Q3 kJ·mol-1
八:盖斯定律
1.盖斯定律: 不管化学反应是_______完成或__________完成,其反应热是_______的。就是说,化学反应的反应热只与反应体系的_____和______有关而与反应的途径无关。
2.利用盖斯定律进行ΔH计算时的注意事项 (1)合理进行方程式的叠加
热化学方程式的叠加类似于整式的运算,叠加时应遵循数学的运算规则,当需要将某一热化学方程式同乘以某一化学计量数时,各物质前的化学计量数和ΔH需同乘以该化学计量数。
(2)“ΔH ”在进行加、减、乘等运算时,一定要注意其符号的改变,即ΔH的运算包括数值和符号的双重运算。
【例1】、已知: H2(g)+ 1/2O2(g)== H2O(g) △H1=-241.8kJ/mol
H2O(g)==H2O(l) △H2=-44kJ/mol
那么, H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l) △H=?kJ/mol
【例2】已知C(s)+1/2O2(g)==CO(g) △H1=? CO(g)+1/2O2(g)==CO2(g) △H2=-283.0 kJ/mol
C(s)+O2(g)==CO2(g) △H3=-393.5 kJ/mol 根据盖斯定律△H3= 则△H1=
变式练习1、已知
①2C(S)+ O2(g)===2CO(g)△H=-221.0kJ/mol ②2H2(g)+O2(g)==2H2O(g )△H=-483.6kJ/mol
则制备水煤气的反应③C(S)+H2O(g)==CO(g)+H2 (g) 的△H为
2.(2010山东卷)10下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是( C )
A 生成物能量一定低于反应物总能量
B 放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率 C 英语盖斯定律,可计算某些难以直接侧脸房的反应焓变
D 同温同压下,H2(g)Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件的H不同
3.由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放热241.8kJ,
写出该反应的热化学方程式: 。 若1 g水蒸气转化成液态水放热2.444 kJ,则反应
2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)的ΔH= kJ/mol, 氢气的燃烧热为 kJ/mol。 答案 H2(g)+ O2(g) H2O(g)
ΔH=-241.8 kJ/mol -571.6 285.8
4.(2010·广东高考·T9·4分)在298K、100kPa时,已知:
2H2O(g)O2(g)2H2(g) ⊿H1
Cl2(g)H2(g)2HCl(g) ⊿H2 2Cl2(g)2H2O(g)4HCl(g)O2(g) ⊿H3 则⊿H3与⊿H1和⊿H2间的关系正确的是( A )
A.⊿H3=⊿H1+2⊿H2 B. ⊿H3=⊿H1+⊿H2 C. ⊿H3=⊿H1-2⊿H2 D. ⊿H3=⊿H1- ⊿H2
33-1
5.(2009·海南高考·12)已知:Fe2O2(s)+C(s)= 2(g)+2Fe(s) △H=234.1kJ·mol
22C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5kJ·mol
3
则2Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)的△H是 ( A )
2A.-824.4kJ·mol
-1
-1
B.-627.6kJ·mol C.-744.7kJ·mol
-1
-1
D.-169.4kJ·mol 【解析】
-1
333-1
(2)—(1)就可得2 Fe(s)+ O2(g) = Fe2O3(s),则ΔΗ=ΔΗ2-ΔΗ1=-824.4 kJ·mol。 222
-1
-1
-1
6.(2008·宁夏高考·13)已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(1)的燃烧热分别是-285.8kJ·mol、
-1411.0kJ·mol和-1366.8kJ· mol,则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的△H为( A ) A.-44.2 kJ·mol
-1
B.+44.2 kJ·mol C.-330 kJ·mol
-1-1
D.+330 kJ·mol
-1
-1
【解析】由题意可知:C2H4(g)+3O2(g)C2H5OH(1)+3O2(g)H2O(l)
2CO2(g)+2H2O(l);△H=-1411.0kJ·mol,
-1
2CO2(g)+3H2O(l);△H=-1366.8kJ·mol,将上述两个方程式相减得:C2H4(g)+
-1
C2H5OH(l);△H=-44.2kJ·mol。
7.(2008·山东高考·29)北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷(C3H8),亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯
(C3H6)。
(1)丙烷脱氢可得丙烯。
已知:C3H8(g)→CH4(g)+HC≡CH(g)+H2(g) △H1=156.6 kJ·mol CH3CH=CH2(g)→CH4(g)+HC≡CH(g ) △H2=32.4 kJ·mol
则相同条件下,反应C3H8(g)→CH3CH=CH2(g)+H2(g) 的△H= kJ·mol。
【解析】(1)将第2个方程式颠倒反写,然后与第1个方程式相加,即得所求的反应C3H8(g)====CH3CH=CH2 (g)+H2(g),△H也随方程式的变化关系进行求算:△H=-△H2+△H1=124.2kJ.mol。 8.(2011海南)已知:2Zn(s)+O2(g)=2ZnO(s) △H=-701.0kJ·mol
2Hg(l)+O2(g)=2HgO(s) △H=-181.6kJ·mol
-1
-1
-1
-1
-1-1
则反应Zn(s)+ HgO(s)=ZnO(s)+ Hg(l)的△H为( C )
A. +519.4kJ·mol B. +259.7 kJ·mol C. -259.7 kJ·mol D. -519.4kJ·mol
解析:反应的焓值由盖斯定律直接求出。即(△H1-△H2)/2=-259.7 kJ·mol。 9.(2011上海)根据碘与氢气反应的热化学方程式
(i) I2(g)+ H2(g)
2HI(g)+ 9.48 kJ (ii) I2(S)+ H2(g)
2HI(g) - 26.48 kJ
-1
-1
-1
-1
-1
下列判断正确的是( D )
A.254g I2(g)中通入2gH2(g),反应放热9.48 kJ B.1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJ C.反应(i)的产物比反应(ii)的产物稳定
D.反应(ii)的反应物总能量比反应(i)的反应物总能量低
解析:反应是可逆反应,反应物不能完全转化;利用盖斯定律可得出1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差35.96 kJ;同一种物质的能量在相同条件下,能量一样多。同样利用盖斯定律可得出选项D正确。
10.(2011江苏高考20,14分)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
已知: CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.2kJ·molCH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=-247.4 kJ·mol2H2S(g)=2H2(g)+S2(g) △H=+169.8 kJ·mol
-1
-1
-1
(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为 。
答案:(1)CH4(g)+2H2O(g) =CO2(g) +4H2(g) △H=165.0 kJ·mol
-1
11.(09全国卷Ⅱ11) 已知:2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) ΔH= -571.6KJ· mol CH4(g)+ 2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH= -890KJ· mol
现有H2与CH4的混合气体112L(标准状况),使其完全燃烧生成CO2和H2O(l),若实验测得反应放热3695KJ,则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是( B )
A.1∶1 B.1∶3 C.1∶4 D.2∶3
设H2、CH4的物质的量分别为x、ymol。则x + y =5,571.6x/2 + 890y = 3695,解得x=1.25mol; 答案:B解析:
y=3.75mol,两者比为1:3,故选B项。
12.(2012江苏∙4)某反应的反应过程中能量变化如右图所示(图中E1表示正反应的活化能,E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是( C )
A.该反应为放热反应
B.催化剂能改变反应的焓变 C.催化剂能降低反应的活化能
D.逆反应的活化能大于正反应的活化能 解析:正反应活化能为E1,逆反应活化能为E2 ΔH=E1-E2,
13.(2011海南)某反应的△H= +100kJ·mol,下列有关该反应的叙述正确的是( CD )
A.正反应活化能小于100kJ·mol
-1
B.逆反应活化能一定小于100kJ·mol
-1
C.正反应活化能不小于100kJ·mol
-1
D.正反应活化能比逆反应活化能大100kJ·mol解析:正反应活化能为E1,逆反应活化能为E2 ΔH=E1-E2,
14.(2011上海)据报道,科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是( B )
-1
-1
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解析:分解水属于吸热反应,催化剂可以降低活化能