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第三讲反应热和热化学方程式


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彭贵武

编著

第三讲
一、概念

反应热和热化学方程式(命题热点)

1.放热反应和吸热反应 (1)放热反应:即有热量放出的化学反应,其反应物的总能量大于生成物的总能量。 (2)吸热反应:即吸收热量的化学反应,其反应物的总能量小于生成物的总能量。

2.化学反应的能量变化是绝对的 化学反应的能量变化是由反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量的差值造成 的。 任何一个化学反应中, 反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量总不会完全相等, 因此,任何化学反应都伴随着能量变化,只是是否容易察觉的问题。必须指出的是这种能量 的变化不仅仅只表现为放热或吸热,还包括其它形式的能量,如光能等。 讨论:质量完全相等的两份木炭,相同条件下分别在空气和纯氧中点燃,均转化为二氧化碳 气体,其放出的热量是否相等? 提示:不相等。反应物、生成物完全相同,其能量差也就相同,依据能量守恒,在纯 氧中燃烧的一份释放的光能相对多,因此放热相对较少。 3.化学反应中的能量变化示意图 对于该“示意图”可理解为下列形式:
能 量
反应物 △H<0 生成物 反应物

能 量

生成物

△H>0

反应过程

反应过程

由能量守恒可得: 左图:放热反应,反应物的总能量==生成物的总能量+△H==生成物的总能量+热量(放热 反应)+其它形式能量 右图:吸热反应,反应物的总能量==生成物的总能量-△H==生成物的总能量-热量(吸热 反应)- 其它形式能量 4.燃料充分燃烧的两个条件 ①要有足够的空气 ②燃料与空气要有足够大的接触面。 二、 热化学方程式的书规则、正误判断与计算 (1)反应放出或吸收热量的多少与外界的温度和压强有关, 需要注明反应的温度和压强, 不注明的均指 101kPa 和 25℃(即通常状况)时的数据。 (2)物质的聚集状态不同,反应吸收和放出的热量不同。如等量氢气在相同条件下燃烧 生成液态水时放出的热量多于生成气态水时放出的热量, 因为这显然节省了把液态水气化所 需的热量,因此必须注明反应物和生成物的聚集状态,用“s”“l”“g”分别表示固、液、 、 、 气态。 (3)热化学方程式中的计量系数为物质的量,不是几个分子反应的热效应。因此,式中 化学计量数可以是整数, 也可以是分数。 一般出现分数时是以某一反应物或生成物为 “1mol” 时其它物质才出现的。 (4)无论热化学方程式中化学计量数为多少,△H 的单位总是 KJ/mol,△H 的数值必须 与反应式中的系数相呼应,计量数加倍,△H 也加倍。 (5)△H 只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式右边,并用“; ”隔开。放热 反应△H 为“-” ,吸热反应△H 为“+”“+”号不准省略。 , (6)热化学方程式中不用“↓”和“↑” 。 (7)当反应向相反方向进行时,其反应热与正反应的反应热相等,但符号相反。

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三、燃烧热、中和热 1.燃烧热 (1)概念:在通常状况下,1mol 物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量,叫做该物 质的燃烧热。燃烧热的单位一般用 kJ/mol 表示。 注意: 完全燃烧, 是指物质中下列元素完全转变成对应的物质: C→C02(g) H→H20 , (l) , S→S02 (g)等。 (2)表示的意义:例如 C 的燃烧热为 393.5kJ/mol,表示在 101kPa、25℃时,1molC 完全 燃烧生成 C02 气体时,放出 393.5kJ 热量。 2.中和热 (1)概念:在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成 1 molH20 时放出的热量叫中和热。 + (2)中和热的表示:H (aq)+OH (aq)=H2O (1); △H=-57.3kJ/mol。 △H=-57.3kJ/mol 只能表示强酸、强碱的稀溶液中和每生成 1 molH20 时放出的热量,弱酸 或弱碱的中和热要小于该值。 3.使用化石燃料的利弊及新能源的开发 (1)重要的化石燃料:煤、石油、天然气 (2)煤作燃料的利弊问题 ①煤不仅是燃料,更是重要的化工原料,把煤作燃料简单烧掉太可惜,应该综合利用。 ②煤直接燃烧时产生 S02 等有毒气体和烟尘,对环境造成严重污染。 ③煤作为固体燃料,燃烧时反应速率小,热利用效率低,且运输不方便。 ④可以通过清洁煤技术,如煤液化和气化,以及实行烟气净化脱硫等,大大减少燃煤对环境 造成的污染,提高煤燃烧的热利用率。 (3)新能源的开发 ①调整和优化能源结构,降低燃煤在能源结构中的比率,节约油气资源,加强科技投入,加 快开发水电、核电和新能源等。 ②最有希望的新能源是太阳能、生物能、燃料电池、风能和氢能等。这些新能源的特点是资 源丰富,且有些可以再生,属再生性能源,对环境没有污染或污染很少。 4、中和热测定实验: 在 50 mL1.0 mol/L 盐酸跟 50mL1.1mol/L 氢氧化钠溶液在下图装置中进行中和反应,通 过测定反应过程中所放出的热量计算中和热,回答下列问题。 (1)大小烧杯间填满碎纸条的作用是什么? 提示:减少中和热损失。 (2) 大烧杯上如不盖硬纸板, 对求得中和热的数值有何影响? 提示:热量损失增多,测定结果偏小。 (3) 改用60 mL1.0mol/L盐酸跟50mL1.1mol/L氢氧化钠溶液进 行反应,与上述实验相比,所放热量是否相等?所求中和热数 值是否相等?简述理由。 提示:反应物增多,放热也增多。溶液体积变大,热损耗也相对增多。 (4)用相同浓度和体积的氨水代替氢氧化钠溶液进行上述实验,为什么测得中和热的数值 偏低? 提示:氨水是弱电解质,其电离(吸热过程)消耗了一部分热量。 (5)为什么盐酸和氢氧化钠的浓度有微小差异? 提示:确保量相对较小者反应完全。 四、盖斯定理 一个化学反应的热效应,仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关,而与中间 步骤无关,这就是著名的“盖斯定理” 。 以碳的燃烧为例,碳既可以在充足的氧气中燃烧直接生成 CO2( g),也可以先燃烧生成 CO, 再点燃 CO 继续燃烧生成 CO2( g),直接燃烧也好, 分步燃烧也好, 只要始态和终态相同, 放出的热量就相同。 这就使热化学方程式具有了加和性, 可以利用纯数学手段把若干个分步 进行的反应进行加和处理, 找出我们所需要的始态和终态间的能量关系; 一些很难用实验方 法直接测定热量的化学反应的反应热可以用“盖斯定理”间接测定。 例题 1、长征 2 号捆绑式火箭推进剂以肼(N2H4)作为燃料,NO2 作为氧化剂,反应生成

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N2 和水蒸气。已知: N2(g)+2O2 (g) =2NO2(g); △H=+67.7KJ./mol N2H4 (g)+ O2 (g)= N2 (g)+2H2O(g); △H=-534KJ/mol 下列关于 N2H4 和 NO2 反应的热化学方程式正确的是 A. 2 N2H4 (g)+ 2NO2(g) == 3 N2 (g)+4H2O(l); △H=-1135.7KJ/mol B. 2 N2H4 (g)+ 2NO2(g) == 3 N2 (g)+4H2O(g); △H=-1000.3KJ/mol C. N2H4 (g)+ NO2(g) == 3/2 N2 (g)+2H2O(l); △H=-1135.7KJ/mol D. 2 N2H4 (g)+ 2NO2(g) == 3 N2 (g)+4H2O(g); △H=-1135.7KJ/mol 解析:N2(g)+2O2 (g) =2NO2(g); △H=+67.7KJ./mol ① N2H4 (g)+ O2 (g)= N2 (g)+2H2O(g); △H=-534KJ/mol ② 利用盖斯定理,②x2-①得: 2 N2H4 (g)+ 2NO2(g) == 3 N2 (g)+4H2O(g); △H=-1135.7KJ/mol 答案:D 五、破疑解难、理清概念 1、如何理解任何化学反应都有能量变化? 提示: 化学反应吸收或放出能量的大小是由反应物所拥有的能量总和与生成物所拥有的能 量总和的差值决定的, 既然在化学变化中反应物和生成物绝对不是相同物质, 能量差当然是 绝对的,这个差值不一定只以热能形式反映出来,但肯定符合能量守恒定律。 2、什么是共价键的键能?物质拥有的能量与键能成正比吗? 提示:共价键的键能是指破坏 1mol 该键所消耗的能量。键能越大,共价键越不易被破坏, 物质越稳定,而物质越稳定其本身所拥有的能量越低,因此,物质拥有的能量与键能不是 成正比,而是成反比。 3、反应是放热的,而△H 是负的,难道热量有负的吗? 提示:无论放热还是吸热,热量肯定是正的。问题在于热化学方程式中的△H 不是热量, △H = 反应物键能总和 – 生成物键能总和。当△H 为负时反应物键能总和小于生成物键能 总和、 反应物总能量大于生成物总能量、 反应物稳定性小于生成物稳定性, 表现为放热反应; 当△H 为正时刚好与之相反。 决不可把△H 误认为是热量,热量的单位是 kJ,无负值,△H 的单位是键能的单位: kJ/mol。 4、计算燃烧热时,何为稳定氧化物? 提示:C→CO2( g) ;S →SO2( g);H2→ H2O( l)。 5、怎样计算某物质燃烧时所放出的热? 提示:Q 放 = n(可燃物).△Hc n 为可燃物的物质的量,△Hc 为可燃物的燃烧热。 6、如何比较反应热? 提示:①、比较反应热,是指△H 的相对大小,包含“+”“-”号的比较,属代数运算, 、 单位是 KJ/mol ;若比较不同反应放出或吸收的热量,是指△H 绝对值的相对大小,单位是 KJ。 7、浓 H2SO4 溶于水放热、NH4NO3 溶于水吸热、干冰升华吸热均不属反应热,因为不是化 学反应。 8、如何理解中和热? 提示: ①稀溶液是指溶于大量水中的离子。②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、 电解质电离的吸热所伴随的热效应。③中和反应的实质是 H+和 OH-化合生成 H20,若反应 过程中还有其它物质生成,这部分反应热也不包含在中和热内。 9、-57.3KJ/mol 是所有酸碱的中和热吗? 提示:不是。它只是强酸强碱稀溶液的中和热,当有弱酸、弱碱参与时因它们的电离要消 耗能量,应略小于这个值。 10、如何判断一个未知化学反应究竟是放热反应还是吸热反应? 提示:一般来讲, “化整为零”需要能量,是吸热过程。 “合而为一”则释放能量,是放热 过程。如果一个化学反应前后微粒数增多,一般是吸热反应,微粒数减少则是放热反应。 六、例题解析

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例题 1. (06 年重庆)下列热化学方程式中的 ΔH 能表示物质燃烧热的是( B ) A. 2 CO(g) + O2(g) = 2 CO2(g) ; ΔH = - 566 KJ· -1 (可燃物不是 1 mol) mol B. CH4(g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O(l); ΔH = - 890 KJ· -1 mol C. 2 H2(g) + O2(g) = 2 H2O(l); ΔH = - 571.6 KJ· -1 (可燃物不是 1 mol) mol D. H2(g) + Cl2(g) = 2 HCl(g); ΔH = - 184.6 KJ· -1(HCl 不是氧化物) mol 例题 2. (06 年湖南简阳)已知 H+(aq) + OH-(aq) = H2O(l); ΔH = - 57.3 kJ· -1。以下四 mol 个化学反应方程式: ① H2SO4(aq) +2 NaOH(aq) = Na2SO4(aq) + 2 H2O(l); (是 57.3 kJ· -1 的两倍) mol ② H2SO4(aq) + Ba(OH)2(aq) = BaSO4(s) + 2 H2O(l); (是 57.3 kJ· -1 的两倍- 生成 mol BaSO4(s)放出的热量) ③ HCl(aq) + NH3?H2O(aq) = NH4Cl(aq) + H2O(l); (NH3?H2O(aq)不是强碱) ④ CH3COOH(aq) + NH3?H2O(aq) = CH3COONH4(aq) + H2O(l)。 (不是强酸、强碱稀溶 液的中和) 其中反应热为 57.3 kJ· -1 的是( D ) mol A.①和② B.③ C.④ D.以上都不对 例题 3. (06 年浙江湖州)下列各图中,表示正反应是吸热反应的是( A ) 提示:寻找反应物能量低于生成物能量的。

七、 习题 1.(06 年天津)已知:H+ (aq)+OH (aq)= H2O(l); △H1 = - 57.3 kJ·mol-1,
1 2

H2SO4(浓)+ NaOH(aq)=

1 2

Na2SO4(aq)+ H2O(l) △H2 = m,下列说法正确的是

A.上述热化学方程式中的计量数表示分子个数 B. △H1>△H2 C.△H2 = - 57.3 kJ·mol-1 D. |△H1|>|△H2| 2. (06 年湖南石门)在下列各说法中,正确的是 ( ) A.△H > 0 表示放热反应,△H < 0 表示吸热反应 B.热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量,可以是分数 C.1 mol H2SO4 与 1 mol Ba(OH)2 反应生成 BaSO4 沉淀时放出的热叫做中和热 D.1 mol H2 与 0.5 mol O2 反应放出的热就是 H2 的燃烧热 3. (06年南开中学)已知31 g 白磷变成红磷放出 18.39 kJ 热量,下列两反应中: P4(s)+ 5 O2(g)= 2 P2O5(s);△ H = Q1 kJ· -1 mol 4 P(红,s)+ 5 O2(g)= 2 P2O5 (s);△ H = Q2 kJ· -1 mol 则下列说法中正确的是( ) A.Q1 > Q2,白磷比红磷稳定 B.Q1 > Q2,红磷比白磷稳定 C.Q1 < Q2,白磷比红磷稳定 D.Q1 < Q2,红磷比白磷稳定

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4. (06 年江苏淮阴)据《参考消息》报道,有科学家提出硅是“21 世纪的能源”“未来的 、 石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,关于其有利因素的下列说 法中,你认为不妥当的是 A.硅便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是最佳的燃料 B.硅的来源丰富,易于开采,且可再生 C.硅燃烧放出的热量大,且燃烧产物对环境污染程度低,容易有效控制 D.寻找高效新催化剂,使硅的生产耗能很低,是硅能源开发利用的关键技术 5.(06 年广东惠州)根据热化学方程式:S(s) + O2(g)= SO2(g); △H = -297.23 kJ· -1, mol 下列说法正确的是: A.1 mol SO2 (g)的能量总和大于 1 mo S(s)和 1 mol O2(g)的能量总和 B.1 mol SO2(g)的能量总和小于 1 mol S(s)和 1 mol O2(g)的能量总和 C.S(g) + O2(g) = SO2(g) △H = -Q kJ· -1;Q 的值大于 297.23 mol D.S(g) + O2(g)= SO2(g) △H = -Q kJ· -1;Q 的值等于 297.23 mol 6. (06 年江苏东海)工业由粗硅制取纯硅有以下反应: ①Si(s) + 3 HCl(g) ②SiHCl3(g) + H2(g)


SiHCl3(g) + H2(g);△H = -318 kJ· -l mol Si(s) + 3 HCl(g); B.反应①、②均为置换反应 D.欲提高 SiHCl3 产率,可减压或升温



下列关于上述反应的说法中不正确的是 A.反应①、②均为氧化还原反应 C.若反应①放热,则反应②一定吸热

7.(06 年广东深圳)1840 年前后,俄国科学家盖斯(Hess)指出,一个化学反应的热效应,仅 与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关,而与中间步骤无关,这就是著名的“盖斯定 -1 理” 现已知, 101 KPa 下, 4(g)、 2(g)、 。 在 CH H C(s)的燃烧热分别为 890.83 kJ· mol 、 285.83 -1 - kJ· mol 和 393.51 kJ· mol 1,则反应 C(s) + 2 H2(g) = CH4(g)的反应热△H =____,根据 以上信息,你认为“盖斯定理”在我们确定一些化学反应的反应热时有何重要意义____ _____________________。 8. (06 年东阳)已知:2 H2(g) + O2(g) = 2 H2O(g); △ H1; 2 H2(g) + O2(g) = 2 H2O(l); △ H2; 2 CO(g) + O2(g) = 2 CO2(g); △ H3。 ⑴ 写出液态水转化为气态水的热化学方程式 。 ⑵ CO 和 H 2 分别燃烧生成 CO2(g)和 H 2O(g),欲得到相同热量,所需 CO 和 H 2 的体积比 是 。 9. (06 年安徽宿迁)在化学反应中,只有 极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生 碰撞时才可能发生化学反应,这些分子被称为活 化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最 低限度的能量叫活化能,其单位通常用 kJ· -1 mol 表示。请认真观察右图,然后回答问题。 (1)图中所示反应是________(填“吸热” 或“放热”)反应,该反应_______ (填“需要”或“不需要”)加热,该反应的△H =________ (用含 E1、E2 的代数式表示) 。 (2)已知热化学方程式:H2(g)+
1 2
能量 (kJ/mol ) 活化分子的最低能量 活化 分子 (Ⅰ )

(Ⅱ) 反应物的 总能量(E1) 反应物 分子 生成物的 总能量(E2)

生成 物 分子 反应过程

O2(g) = H2O(g); △H = - 241.8 kJ· -1,该 mol

反应的活化能为 167.2 kJ· -1,则其逆反应的活化能为____________________。 mol (3)对于同一反应,图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比,活化能大大降低,活化分子百 分数增多,反应速率加快,你认为最可能的原因是_________________________。 10、 (2008 全国高考 I 套)红磷 P(S)和 Cl2 发生反应生成 PCL3 和 PCL5,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)

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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 分解生成 PCl3 和 Cl2 的热化学方程式: 上述分解反是一个可逆反应,温度 T1 时,在密闭容器中加入 0.8mol PCl5,反应达到平 衡时还剩余 0.6mol PCl5,其分解率α 1 等于 ;若反应温度由 T1 升高到 T2,平衡时 PCl5 分解率α 2,α 1 α 2 (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: P 和 Cl2 分两步反应生成 1mol PCl3 的△H1= (4) ; P 和 Cl2 一步反应生成 1mol PCl5 的△H2 △H1(填“大于”, “小于”或“等于”); (5)P Cl5 与足量水反应,最终生成两种酸,其化学方程式是:

参考答案与解析: 1、B. (热化学方程式中的硫酸是浓硫酸,溶于水放出大量热) 2、B. 中缺少反应的外部条件以及产物状态) (D 3、D. (白磷变成红磷放出热量,可见红磷比白磷能量低、稳定、键能大,这里 Q1 与 Q2 的 比较指热量比较,而不是△H 的比较)

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4、B. (自然界中,硅无游离态) 5、BC(注意反应热的概念与反应物状态的不同) 6、D(A 正确,因均有元素化合价变化;B 正确,符合置换反应定义;C 正确,反应反向进 行,△H 数值不变,符号相反;错误,欲使①式右移,应加压降温) - 7、△H = - 74.81 kJ· mol 1;对于一些很难用实验方法直接测定热量的化学反应的反应热可 以用“盖斯定理”间接测定。 解析:CH4(g)、H2(g)、C(s)在 101 KPa 下燃烧的热化学方程式分别为: ① CH4(g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O(l),ΔH1= -890.36 kJ· -1 mol ② H2(g) +
1 2

O2(g) = 2 H2O(l),ΔH2 = -285.83 kJ· -1 mol

③ C(s) + O2(g) = CO2(g),ΔH3 = -393.51 kJ· -1 mol 根据“盖斯定理” ,③ + ② × 2 - ① 得: - ④ C(s) + 2 H2(g) = CH4(g),ΔH = ΔH3 + 2 ΔH2–ΔH1 = -74.81 kJ· mol 1 8、 ⑴ H2O(l) = H2O(g); H1 -△ H2 )/2 (△ ⑵△ H1 /△ H3 9、 (1)放热; 需要; -(E1 - E2) kJ· -1 mol (2)409 kJ· -1; mol (3)使用了催化剂。 10、 (1)2P(s)+3Cl2(g)=2PCl3(g); △H=-612kJ/mol (2)PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g); △H=+93kJ/mol ;25%;α 1 < α 2 (3)原因是因为 PCl5 分解反应是吸热反应,温度太高,不利于 PCl5 的生成。 (4)P 和 Cl2 分两步反应生成 1mol PCl3 的△H1=-306kJ/mol ,P 和 Cl2 一步反应生成 1mol PCl5 的△H2 > △H1(填“大于”, “小于”或“等于”); (5)P Cl5 与足量水反应,最终生成两种酸,其化学方程式是 PCl5+4H2O=H3PO4+5HCl

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