第一章  化学反应中的能量变化

考点1  化学反应中的能量变化

1.       焓变  放热反应  吸热反应

    由于各物质所具有的能量不同，如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，那么在发生化学反应时，有一部分能量就会转变成热能等形式释放出来，这就是放热反应。

    表示：ΔH为“-”或“ΔH＜0”，单位：kJ·mol^-1。

    如果反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，那么在发生化学反应时，反应物就需要吸收能量才能转化为生成物，这就是吸热反应。

    表示：ΔH为“+”或“ΔH＞0”，单位：kJ·mol^-1。

2.燃烧热：在101 kPa时，1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该反应的燃烧热。

3.中和热：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应时生成1 mol H₂O，这时的反应热叫中和热。单位kJ·mol^-1。

 [例1]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

①CH₃OH(g)＋H₂O(g) = CO₂(g)＋3H₂(g)；DH = + 49.0 kJ·mol^－1

②CH₃OH(g)＋1/2O₂(g) = CO₂(g)＋2H₂(g)；DH=－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)+1/2O₂(g) = CO₂(g)+2H₂(g)的DH＞－192.9 kJ·mol^－1

考点2  热化学方程式

能表示反应过程中热量变化的化学方程式叫热化学方程式。

书写热化学方程式的注意点

(1)注明物质的聚集状态：气体(g)、固体(s)、液体(l)、稀溶液(aq)

(2)注明反应的温度和压强(若是101 kPa和25 ℃可不注明)，注明ΔH的“-”和“+”及单位(kJ·mol^-1)。

(3)热化学方程式的化学计量数表示的是物质的量，所以可以是整数，也可以是分数。

    对于相同物质的反应，化学计量数不同，ΔH也不同。聚集状态不同，ΔH也不同，所以书写热化学方程式时，首先注明物质聚集状态，然后再根据化学方程式的化学计量数与反应热的正比关系确定ΔH的值。

难点：比较反应热的大小

(1)同一反应生成物状态不同时

A(g)+B(g)====C(g)；ΔH₁＜0；A(g)+B(g)====C(l)；ΔH₂＜0

因为C(g)====C(l)；ΔH₃＜0，则ΔH₃=ΔH₂-ΔH₁，所以|ΔH₂|＞|ΔH₁|。

(2)同一反应物状态不同时

S(g)+O₂(g)====SO₂(g)；ΔH₁＜0

S(s)+O₂(g)====SO₂(g)；ΔH₂＜0

ΔH₃+ΔH₁=ΔH₂，固S(s)S(g)吸热，ΔH₃>0，所以|ΔH₁|＞|ΔH₂|

(3)两个有联系的不同反应相比

C(s)+O₂(g)====CO₂(g)；ΔH₁＜0

C(s)+1/2O₂(g)====CO(g)；ΔH₂＜0

ΔH₃+ΔH₂=ΔH₁，所以ΔH₁<ΔH₂(或|ΔH₁|>|ΔH₂|)

（4）可逆反应中反应热大小比较

例2   根据热化学方程式(101 KPa)  S(s) +O₂ (g)=SO₂ (g); △H=-297.23KJ/mol分析下列说法不正确的是（  ）                                                                                                  

   A S的燃烧热为297.23KJ/mol

   B S(g) +O₂ (g)=SO₂ (g)  放出的热量大于297.23KJ

   C S(g) +O₂ (g)=SO₂ (g)  放出的热量小于297.23KJ

   D 形成1mol SO₂化学键所释放总能量大于断裂1molS(s)和1molO₂ (g)的化学键所吸收的总能量

例3 红磷P(s)和Cl₂(g)发生反应生成PCl₃(g)和PCl₅(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的△H表示生成1mol产物的数据)。

根据上图回答下列问题：

(1)P和Cl₂反应生成PCl₃的热化学方程式_________________。

(2)PCl₅分解成PCl₃和Cl₂的热化学方程式_______________，上述分解反应是一个可逆反应，温度T₁时，在密闭容器中加入0.80molPCl₅，反应达到平衡时PCl₅还剩0.60mol，其分解率α₁等于_________；若反应温度由T₁升高到T₂，平衡时PCl₅的分解率为α₂，α₂_______α₁(填“大于”、“小于”或“等于”)。

(3)工业上制备PCl₅通常分两步进行，先将P和Cl₂反应生成中间产物PCl₃，然后降温，再和Cl₂反应生成PCl₅。原因是_______________。

(4)P和Cl₂分两步反应生成1molPCl₅的△H₃＝_________，P和Cl₂一步反应生成1molPCl₅的△H₄______△H₃(填“大于”、“小于”或“等于”)。

(5)PCl₅与足量水充分反应，最终生成两种酸，其化学方程式是_______________。

考点3  盖斯定律

反应热计算的常见类型及方法：

1. 单一反应的计算：根据热化学方程式的数据列比例关系式。

2. 多步反应的计算：运用盖斯定律将热化学方程式（包括△H）进行加或减，得到新的热化学方程式后，再列比例关系式。

例4 废旧印刷电路板的回收利用可实现资源再生，并减少污染。废旧印刷电路板经粉碎分离，能得到非金属粉末和金属粉末。

（1）下列处理印刷电路板非金属粉末的方法中，不符合环境保护理念的是      （填字母）。

A.热裂解形成燃油                       B.露天焚烧

C.作为有机复合建筑材料的原料           D.直接填埋

（2）用的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知：

    ====  

    ====     

    ====        

在溶液中与反应生成和的热化学方程式为        。

考点3  中和热的实验测定

1.实验原理及仪器装置(如下图)

在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成1 mol水，此时的反应热叫中和热。

2.中和热的计算公式：

ΔH=kJ·mol^-1，其中(m₁+m₂)

表示溶液质量，c为比热容：c=4.18 J·(g·℃)^-1。常使c×10^-3变成kJ·(g·℃)^-1。

3.应注意问题

（1）若热量损失，中和热数值偏小。

（2）为了保证实验中盐酸完全反应，使用的碱稍微过量，计算中和热时按酸来算。

（3）做好保温工作是本实验成功的关键，如为什么用环形玻璃棒，不能用铁质或铜质环形棒，还应注意环形玻璃棒的使用方法。

（4）实验中若用弱酸、弱碱代替强酸、强碱，因弱酸、弱碱电离过程吸热，会使中和热数值偏小。

练习一

1. N₂H₂是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N₂H₂(g)完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5 kJ热量。则下列热化学方程式正确的是(    )

A.N₂H₂(g)+O₂(g)====N₂(g)+2H₂O(g)；ΔH=+133.5 kJ·mol^-1

B.N₂H₂(g)+O₂(g)====N₂(g)+2H₂O(g)；ΔH=-133.5 kJ·mol^-1

C.N₂H₂(g)+O₂(g)====N₂(g)+2H₂O(g)；ΔH=+534 kJ·mol^-1

D.N₂H₂(g)+O₂(g)====N₂(g)+2H₂O(g)；ΔH=-534 kJ·mol^-1

2.燃烧1 g乙炔生成二氧化碳和液态水，放出热量50 kJ，则这一反应的热化学反应方程式为(    )

A.2C₂H₂(g)+5O₂(g)====4CO₂(g)+2H₂O(l)；ΔH=+50 kJ·mol^-1

B.C₂H₂(g)+5/2O₂(g)====2CO₂(g)+H₂O；ΔH=-1 300 kJ

C.2C₂H₂+5O₂====4CO₂+2H₂O；ΔH=-2 600 kJ

D.2C₂H₂(g)+5O₂(g)====4CO₂(g)+2H₂O(l)；ΔH=-2 600 kJ·mol^-1

3.下列叙述中正确的是(    )

A.热化学方程式2H₂(g)+O₂(g)====H₂O(l);ΔH=-571.6 kJ·mol^-1中ΔH表示H₂的燃烧热

B.分子晶体的熔点、沸点随共价键增强而升高

C.非金属元素呈现的最高化合价不超过该元素原子的最外层电子数

D.阴离子的核外电子排布一定与上一周期稀有气体元素原子的核外电子排布相同

4.已知1 g CH₄完全燃烧生成CO₂和液态水时放出55.6 kJ的热量，则下列甲烷燃烧的热化学方程式正确的是(    )

A.CH₄+2O₂====CO₂+2H₂O；ΔH=-889.6 kJ·mol^-1

B.CH₄(g)+2O₂(g)====CO₂(g)+2H₂O(g)；ΔH=-889.6 kJ·mol^-1

C.CH₄(g)+2O₂(g)====CO₂(g)+2H₂O(l)；ΔH=889.6 kJ·mol^-1

D.CH₄ (g)+2O₂(g)====CO₂(g)+2H₂O(l)；ΔH=-889.6 kJ·mol^-1

5. 0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷B₂H₆在O₂中燃烧，生成固态B₂O₃和液态H₂O，放出649.5 kJ的热量。下列热化学方程式中正确的是(    )

A.B₂H₆(g)+3O₂(g)====B₂O₃(s)+3H₂O(l)；ΔH=+2 165 kJ·mol^-1

B.B₂H₆(g)+3O₂(g)====B₂O₃(s)+3H₂O(l)；ΔH=-2 165 kJ·mol^-1

C.B₂H₆+3O₂====B₂O₃+3H₂O；ΔH=-2 165 kJ·mol^-1

D.B₂H₆(g)+O₂(g)====B₂O₃(s)+H₂O(g)；ΔH=-2 165 kJ·mol^-1

6.可逆反应aA(s)+bB(g)cC(g)+dD(g)；ΔH=Q，在反应过程中，当其他条件不变时，某物质在混合物中的含量与温度(T)、压强(p)的关系如下图所示：

          

根据上图分析，以下正确的是(    )

A.T₁>T₂，Q>0                                B.T₂>T₁，Q<0

C.p₁>p₂，a+b=c+d                             D.p₁<p₂，b<c+d

7.下列化学反应ΔH的数值(放热)最大的是(    )

A.NaOH(aq)+HCl(aq)====NaCl(aq)+H₂O(l)；ΔH₁

B.NaOH(aq)+H₂SO₄(aq)====Na₂SO₄(aq)+H₂O(l)；ΔH₂

C.CH₃COOH(aq)+NaOH(aq)====CH₃COONa(aq)+H₂O(l)；ΔH₃

D.NaOH(aq)+H₂SO₄(浓)====Na₂SO₄(aq)+H₂O(l)；ΔH₄

8.已知：在热力学标准态(298 K、1.01×10⁵ Pa)下，由稳定的单质发生反应生成1 mol化合物的反应热叫该化合物的生成热(ΔH)。下图为氧族元素氢化物a、b、c、d的生成热数据示意图。试完成下列问题：

(1)    写出氧族元素中含有18e^-的两种氢化物的电子式___________________________。

(2)    请你归纳：非金属元素氢化物的稳定性与氢化物的反应热ΔH的关系__________________。

(3)写出硒化氢在热力学标准态下，发生分解反应的热化学反应方程式：__________________。

答案：

例1  D   例2  B

例3（1）P(s)＋Cl₂(g)===PCl₃(g)；△H＝－306kJ·mol^－1。

     (2）PCl₅(g)===PCl₃(g)＋Cl₂(g)；△H＝93kJ·mol^－1。25％；大于。

     (3）两步反应均为放热反应，降低温度有利于提高产率，防止产物分解。

     (4）－399kJ·mol^－1；等于。

     (5）PCl₅＋4H₂O===H₃PO₄＋5HCl。

例4 （1）BD（2） Cu(s)+H₂O₂ (l)+2H^＋(aq)=Cu^2＋(aq)+2H₂O(l)  △H=-319.68KJ.mol^-1

 

练习一

1D  2D  3C  4D  5B  6B  7D

8答案：(1)

(2)非金属元素氢化物越稳定，ΔH越小，反之亦然

(3)H₂Se(g)====Se(s)+H₂(g)；ΔH=-81 kJ·mol^-1

练习二

一、单项选择题

1．下列说法中正确的是(　　)

A．在化学反应过程中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化

B．破坏生成物全部化学键所需要的能量大于破坏反应物全部化学键所需要的能量时，

该反应为吸热反应

C．生成物的总焓大于反应物的总焓时，反应吸热，ΔH>0

D．ΔH的大小与热化学方程式的计量数无关

2．参照反应Br＋H₂HBr＋H的能量对反应历程的示意图，下列叙述中正确的是(　　)

A．正反应为吸热反应

B．加入催化剂，该化学反应的反应热变大

C．反应物总能量高于生成物总能量

D．升高温度可增大正反应速率，降低逆反应速率

3．N₂H₄是一种高效清洁的火箭燃料0.25 mol N₂H₄(g)完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5 kJ热量．则下列热化学方程式中正确的是(　　)

A.N₂H₄(g)＋O₂(g)===N₂(g)＋H₂O(g)

ΔH＝＋267 kJ·mol^－1

B．N₂H₄(g)＋O₂(g)===N₂(g)＋2H₂O(l)

ΔH＝－133.5 kJ·mol^－1

C．N₂H₄(g)＋O₂(g)===N₂(g)＋2H₂O(g)

ΔH＝＋534 kJ·mol^－1

D．N₂H₄(g)＋O₂(g)===N₂(g)＋2H₂O(g)

ΔH＝－534 kJ·mol^－1

4．已知：H₂(g)＋F₂(g)===2HF(g) ΔH＝－546.6 kJ·mol^－1，下列说法不正确的是(　　)

A．44.8 L氟化氢气体分解成22.4 L的氢气和22.4 L的氟气吸收546.6 kJ热量

B．1 mol 氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量大于546.6 kJ

C．相同条件下，1 mol 氢气与1 mol氟气的能量总和高于2 mol氟化氢气体的能量

D．2 mol H—F键的键能比 1 mol H—H 键和1 mol F—F键的键能之和大546.6 kJ

5．下列变化为放热反应的是(　　)

A．H₂O(g)===H₂O(l) ΔH＝－44.0 kJ·mol^－1

B．2HI(g) H₂(g)＋I₂(g) ΔH＝＋14.9 kJ·mol^－1

C．形成化学键时共放出能量863 kJ的化学反应

D．能量变化如图所示的化学反应

二、不定项选择题

6．已知氯气、溴蒸气分别跟氢气反应的热化学方程式如下(Q₁、Q₂均为正值)；

H₂(g)＋Cl₂(g)===2HCl(g)         ΔH＝－Q₁ kJ·mol^－1

H₂(g)＋Br₂(g)===2HBr(g)         ΔH＝－Q₂ kJ·mol^－1

有关上述反应的叙述正确的是(　　)

A．Q₁>Q₂

B．生成物总能量均高于反应物总能量

C．生成1 mol HCl气体时放出Q₁热量

D．1 mol HBr(g)具有的能量大于1 mol HBr(l)具有的能量D

7．下列变化过程，属于放热过程的是(　　)

①液态水变成水蒸气　②酸碱中和反应　③浓H₂SO₄稀释　④固体氢氧化钠溶于水　⑤H₂在Cl₂中燃烧　⑥弱酸电离　⑦NH₄Cl晶体与Ba(OH)₂·8H₂O混合搅拌

A．②③④⑤　　　　　　　　B．①⑥⑦

C．②③④                  D．①③⑤

8．如图，a曲线是198 K、101 kPa时N₂与H₂反应过程中能量变化的曲线图，下列叙述正确的是(　　)

A．该反应的热化学方程式为：N₂＋3H₂2NH₃　ΔH＝－92 kJ·mol^－1

B．b曲线是升高温度时的能量变化曲线

C．加入催化剂，该化学反应的反应热改变

D．在198 K、体积一定的条件下，通入1 mol N₂和3 mol H₂反应后放出的热量为Q₁ kJ，若通入2 mol N₂和6 mol H₂反应后放出的热量为Q₂ kJ则184>Q₂>2Q₁

9．下列关于反应能量的说法正确的是(　　)

A．Zn(s)＋CuSO₄(aq)===ZnSO₄(aq)＋Cu(s)

ΔH＝－216 kJ·mol^－1，E_反应物>E_生成物

B．CaCO₃(s)===CaO(s)＋CO₂(g)

ΔH＝＋178.5 kJ·mol^－1，E_生成物>E_反应物

C．HI(g) H₂(g)＋I₂(s)

ΔH＝＋26.5 kJ·mol^－1,1 mol HI 在密闭容器中分解达平衡后吸收26.5 kJ的能量

D．H^＋(aq)＋OH^－(aq)===H₂O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol^－1,1 L 1 mol·L^－1的NaOH溶液与1 L 1 mol·L^－1的CH₃COOH溶液混合后放热57.3 kJ

10．已知：①101 kPa 时，C(s)＋1/2O₂(g)===CO(g)　ΔH₁＝－110.5 kJ·mol^－1；②稀溶液中，H^＋(aq)＋OH^－(aq)===H₂O(l)　ΔH₂＝－57.3 kJ·mol^－1.

下列结论正确的是(　　)

A．若碳的燃烧热用ΔH₃ 来表示，则ΔH₃<ΔH₁

B．若碳的燃烧热用ΔH₃ 来表示，则ΔH₃>ΔH₁

C．浓硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为ΔH₄，则ΔH₄<ΔH₂

D．稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol 水，放出57.3 kJ热量

三、非选择题

11．已知某反应A(g)＋B(g) C(g)＋D(g)，反应过程中的能量变化如图所示，回答下列问题．

(1)该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)，该反应的ΔH＝________kJ·mol^－1(用含E₁、E₂的代数式表示)，1 mol气体A和1 mol气体B具有的总能量比1 mol气体C和1 mol气体D具有的总能量________(填“一定高”“一定低”或“高低不一定”)．

(2)若在反应体系中加入催化剂使逆反应速率增大，则E₁和E₂的变化是：E₁________，E₂__________，ΔH________(填“增大”“减小”或“不变”)．

12．金刚石和石墨均为碳的同素异形体，它们燃烧时若氧气不足则生成一氧化碳，充分燃烧时生成二氧化碳，反应中放出的热量如图所示．

(1)等量金刚石和石墨完全燃烧________(填“金刚石”或“石墨”)放出热量更多，写出表示石墨燃烧热的热化学方程式_______________________________________________．

(2)在通常状况下，金刚石和石墨________(填“金刚石”或“石墨”)更稳定，写出石墨转化为金刚石的热化学方程式_________________________________________________

________________________________________________________________________.

(3)12 g石墨在一定量空气中燃烧，生成气体36 g，该过程放出的热量

________________________________________________________________________．

13．(12分)测定稀硫酸和稀氢氧化钠中和热的实验装置如右图所示．

(1)写出该反应的热化学方程式(中和热为57.3 kJ·mol^－1)：

___________________________________________________

____________________________________________________

(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如下表．

①请填写下表中的空白：

②近似认为0.50 mol·L^－1 NaOH溶液和0.50 mol·L^－1硫酸溶液的密度都是1 g/cm³，中和后生成溶液的比热容c＝4.18 J/(g·℃)．则中和热ΔH＝________(取小数点后一位)．

③上述实验数值结果与57.3 kJ·mol^－1有偏差，产生偏差的原因可能是________(填字母)．

a．实验装置保温、隔热效果差

b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数

c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中

d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H₂SO₄溶液的温度

14．(13分)通常把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能．已知部分化学键的键能如下：

(1)发射神舟飞船的长征火箭用了肼(N₂H₄，气态)为燃料，若它在氧气(气态)中燃烧，生成N₂(气态)和H₂O(液态).1 mol肼完全燃烧时放出的热量为________．

(2)为了提高肼(N₂H₄)燃烧过程中释放的能量，常用二氧化氮作氧化剂代替氧气，这两者反应生成氮气和水蒸气．已知

①N₂(g)＋2O₂(g)===2NO₂(g) ΔH₁＝＋67.7 kJ·mol^－1

②N₂H₄(g)＋O₂(g)===N₂(g)＋2H₂O(g) ΔH₂＝－534 kJ·mol^－1

试写出肼和NO₂完全反应的热化学方程式：_________________________________

________________________________________________________________________.

(3)随着中国空间技术的发展，寻找更高效的火箭推进剂也被提到了议事日程．在实验室我国科研人员应用电子计算机模拟出具有高能量的物质N₆₀，它的结构与C₆₀十分相似．已知N₆₀分子中每个N原子均以氮氮键结合三个氮原子，且N₆₀分子结构中每个氮原子均形成8个电子的稳定结构．试推测1个N₆₀的结构含有________个N—N键．

答案：1C 2A 3D 4A 5D 6AD 7A 8D 9AB  10 AC

11  (1)吸热　E₁－E₂　一定低　(2)减小　减小　不变

12 (1)金刚石　C(石墨，s)＋O₂===CO₂(g)

ΔH＝－393.5 kJ·mol^－1

(2)石墨　C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH＝＋1.9 kJ·mol^－1

(3)252.0 kJ

13 (1)H₂SO₄(aq)＋NaOH(aq)===Na₂SO₄(aq)＋H₂O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol^－1

(2)①4.0　②－53.5 kJ·mol^－1　③a、c、d

14 (1)577 kJ　(2)N₂H₄(g)＋NO₂(g)===3/2N₂(g)＋2H₂O(g) ΔH₃＝－567.85 kJ·mol^－1　(3)90