第第1 1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)節(jié)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 拯救大兵瑞恩里面有一個美軍用燃燒彈燒死坑道中敵兵的鏡頭，這就是燃燒彈在現(xiàn)代坑道戰(zhàn)、塹壕戰(zhàn)中的作用之一。由于汽油密度較小，發(fā)熱量高，便宜，所以被廣泛用作燃燒彈原料。加入能與汽油結(jié)合成膠狀物的黏合劑，就制成了凝固汽油彈。為了攻擊水中目標，有的還在凝固汽油彈里添加活潑金屬鉀、鈣、鋇，金屬與水結(jié)合放出的氫氣又發(fā)生燃燒，提高了燃燒威力。對于有裝甲的坦克，燃燒彈也有對付的高招，由于鋁粉和氧化鐵能發(fā)生壯觀的鋁熱反應(yīng)(2AlFe2O3 Al2O32Fe熱量)，該反應(yīng)放出的熱量足以使鋼鐵熔化成液態(tài)，所以用鋁熱劑制成的燃燒彈可熔掉坦克厚厚的裝甲，使其望而生畏。那么，燃燒彈為什么能釋放出這么巨大的熱量呢？還有哪些物質(zhì)在反應(yīng)過程中能放出這么巨大的能量？如何根據(jù)這些物質(zhì)的性質(zhì)設(shè)計出可被我們利用于造福人類的能源？本課時我們將深入分析這些問題。一、化學(xué)反應(yīng)的焓變1化學(xué)反應(yīng)中除了物質(zhì)的變化還伴隨著_的變化，因此化學(xué)反應(yīng)還可以分為_反應(yīng)和_反應(yīng)。2當化學(xué)反應(yīng)在一定的_下進行時，反應(yīng)所_或_的熱量稱為在此溫度下的_。3“焓”是用來描述物質(zhì)所具有的_的物理量，其符號為_，可用它的變化來描述與_有關(guān)的能量變化。在反應(yīng)中反應(yīng)體系_時，所發(fā)生的反應(yīng)的反應(yīng)熱稱為_，用_表示。1.能量吸熱放熱2溫度吸收放出反應(yīng)熱3能量H化學(xué)反應(yīng)恒溫恒壓反應(yīng)的焓變H 4若H0時，_物所具有的能量大于_物所具有的能量(即體系的能量_)，反應(yīng)為_反應(yīng)；反之，若H0時，_物所具有的能量小于_物所具有的能量(即體系的能量_)，反應(yīng)為_反應(yīng)。生成反應(yīng)升高吸熱生成反應(yīng)降低放熱二、熱化學(xué)方程式1在熱化學(xué)中，將一個化學(xué)反應(yīng)的_變化和反應(yīng)的_變化同時表示出來的化學(xué)方程式稱為熱化學(xué)方程式。因此，熱化學(xué)方程式既遵循_守恒，又遵循_守恒。物質(zhì)能量質(zhì)量能量2書寫熱化學(xué)方程式的注意事項(1)要在物質(zhì)的_后面用括號注明物質(zhì)的_。一般用英文字母g、l和s分別表示物質(zhì)為_態(tài)、_態(tài)和_態(tài)。水溶液中的溶質(zhì)則用_表示。(2)H后要注明_，因為在不同_下進行同一反應(yīng)，其_是不同的。在溶液中的反應(yīng)應(yīng)注明_以及_的濃度。(3)H的單位是_或_。2(1)化學(xué)式狀態(tài)氣液固aq(2)反應(yīng)條件條件能量變化溫度溶液(3)kJmol1Jmol1(4)若化學(xué)方程式中各物質(zhì)的_加倍，則H的_也加倍，因此熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)只表示反應(yīng)中各物質(zhì)的_，而不表示粒子個數(shù)；若反應(yīng)逆向進行，則H改變_，但H的_不變。化學(xué)計量數(shù)值物質(zhì)的量符號值三、反應(yīng)熱的測量與計算1用于測定反應(yīng)熱的儀器稱為_。使用時，將兩種反應(yīng)物加入_并使之迅速混合，測量_，即可根據(jù)_，利用式子_計算出反應(yīng)所釋放或吸收的熱量Q。量熱計量熱計最高溫度溫度差QTmc2測量中和反應(yīng)的反應(yīng)熱時，參加反應(yīng)的物質(zhì)必須是_或_，因為它們在水中_，所發(fā)生的反應(yīng)都是_。3一個化學(xué)反應(yīng)無論是一步完成還是分幾步完成，_是完全相同的。利用蓋斯定律計算化學(xué)反應(yīng)的焓變的方法：若一個化學(xué)方程式可由另外幾個化學(xué)方程式相加減而得到，則該反應(yīng)的焓變即為_。2強酸強堿完全電離進行到底的3總的熱效應(yīng)這幾個反應(yīng)焓變相加減的結(jié)果四、能源的充分利用1能源是可以提供能量的自然資源，包括_、_、_、_等。2質(zhì)量相同、組成不同的燃料，完全燃燒后放出的熱量不相等，人們通常用_或_來衡量燃料燃燒放出熱量的大小。在101 kPa的壓強下，_叫做該物質(zhì)的標準燃燒熱，_叫做該物質(zhì)的熱值。1.化石燃料陽光風力流水2標準燃燒熱熱值1 mol物質(zhì)完全燃燒的反應(yīng)熱1 g物質(zhì)完全燃燒的反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱中的概念辨析化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱中的概念辨析 1反應(yīng)熱、焓變的概念當一個化學(xué)反應(yīng)在一定溫度下進行時，反應(yīng)過程中所釋放或吸收的熱量，稱為此反應(yīng)在該溫度下的反應(yīng)熱，又稱為焓變，用符號H表示，單位常用kJmol1。許多化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱都可以通過實驗來測定。2放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的異同（見下表） 類型比較 放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)定義有熱量放出的化學(xué)反應(yīng)吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)形成原因反應(yīng)物具有的總能量大于生成物具有的總能量反應(yīng)物具有的總能量小于生成物具有的總能量與化學(xué)鍵強弱的關(guān)系生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應(yīng)物分子斷裂時吸收的總能量生成物分子成鍵時釋放的總能量小于反應(yīng)物分子斷裂時吸收的總能量表示方法H0H0圖示實例H2(g)Cl2(g) 2HCl(g)；H184.6 kJmol1C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)；H131.3 kJmol13中和熱中和熱：在稀溶液中，酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol水時所放出的熱量。(1)對于強酸和強堿的稀溶液反應(yīng)，其中和熱基本上是相等的，都約是57.3 kJmol1。H(aq)OH(aq) H2O(l)；H57.3 kJmol1。(2)對于強酸和弱堿(或弱酸和強堿)的稀溶液反應(yīng)，中和熱一般低于57.3 kJmol1，因為弱電解質(zhì)的電離是吸熱的。如：CH3COOH(aq)OH(aq) CH3COO(aq)H2O(l)；Ha kJmol1(其中a57.3)。(3)中和反應(yīng)的實質(zhì)是H和OH中和生成H2O。若反應(yīng)過程中有其他物質(zhì)生成(如生成不溶性物質(zhì)或難電離的其他物質(zhì)等)，這部分反應(yīng)熱不在中和熱內(nèi)。4燃燒熱燃燒熱：25、101 kPa時，1 mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱。單位為kJmol1。熱化學(xué)方程式的書寫及熱量的計算熱化學(xué)方程式的書寫及熱量的計算 1熱化學(xué)方程式的書寫書寫熱化學(xué)方程式時除遵循化學(xué)方程式的書寫要求外，還要注意以下幾點：(1)反應(yīng)的焓變與各反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)有關(guān)，因此必須在方程式中每種物質(zhì)的化學(xué)式后面用括號注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)(s、l、g)，不用標“”或“”，水溶液中的溶質(zhì)則用“aq”表示。(2)焓變與溫度和壓強等測定條件有關(guān)，所以書寫時必須指明反應(yīng)的溫度和壓強(298 K、101 kPa時，可不注明)。(3)化學(xué)計量數(shù)只表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量，不表示分子個數(shù)或原子個數(shù)。(4)H的單位是Jmol1或kJmol1，H只能寫在化學(xué)方程式的右邊，表示正向反應(yīng)的焓變。若H為“”表示反應(yīng)為放熱反應(yīng)；若H為“”，則表示反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。(5)由于H與反應(yīng)完成的物質(zhì)的量有關(guān)，所以方程式前面的化學(xué)計量數(shù)必須與H相對應(yīng)，若化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)加倍，則H的數(shù)值也加倍；若反應(yīng)逆向進行，則H改變符號，但絕對值不變。2常用的有關(guān)反應(yīng)焓變的簡單計算的方法歸類(1)根據(jù)熱化學(xué)方程式進行計算：焓變(H)與反應(yīng)物各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比。如：2H2(g)O2(g) 2H2O(l)；H571.6 kJmol1，生成2 mol H2O(l)時，H571.6 kJmol1；生成1 mol H2O(l)時，H285.8 kJmol1。(2)根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量計算：H生成物的能量之和反應(yīng)物的能量之和。(3)根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計算：H反應(yīng)物的總鍵能生成物的總鍵能。(4)根據(jù)蓋斯定律計算：將熱化學(xué)方程式進行適當?shù)摹凹印?、“減”等變形后，由過程的焓變進行計算、比較。(5)根據(jù)比熱公式進行計算：Qcm(T2T1)。 下列變化中，屬于吸熱反應(yīng)的是()液態(tài)水汽化將膽礬加熱變?yōu)榘咨勰釮2SO4稀釋KClO3分解制O2生石灰跟水反應(yīng)生成熟石灰CaCO3高溫分解CO2C 2COBa(OH)28H2O與固體NH4NO3混合CH2O(g) COH2AlHCl反應(yīng)A BC D解析：化學(xué)反應(yīng)過程中伴隨著能量的吸收或放出，清楚哪些反應(yīng)放熱，哪些反應(yīng)吸熱，知道歸類。分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，都是分解反應(yīng)；液態(tài)水汽化是物理變化，不是化學(xué)反應(yīng)；在教材中專門設(shè)有實驗，為吸熱反應(yīng)；是在高溫下進行，故吸熱。答案：B點評：常見的吸熱反應(yīng)絕大多數(shù)為分解反應(yīng)，再就是某些高溫下的反應(yīng)；對物理變化的放熱、吸熱不應(yīng)歸類為放、吸熱反應(yīng)判斷依據(jù)。 已知下列熱化學(xué)方程式：2H2(g)O2(g) 2H2O(g)；H483.6 kJmol1H2(g)O2(g) H2O(g)；H241.8 kJmol12H2(g)O2(g) 2H2O(l)；H571.6 kJmol1則氫氣的燃燒熱是()A483.6 kJmol1 B241.8 kJmol1C571.6 kJmol1 D285.8 kJmol1解析：本題通過方程式考查燃燒熱的定義，即298 K、101 kPa時，1 mol可燃物燃燒生成穩(wěn)定的化合物放出的熱量為燃燒熱。H2生成穩(wěn)定的化合物為液態(tài)水，所以由第三個方程式求燃燒熱為： (571.6 kJmol1)285.8 kJmol1。答案：D 已知在25、101 kPa下，1 g C8H18燃燒生成CO2和H2O(l)時放出48.40 kJ的熱量，表示上述反應(yīng)的熱化學(xué)方程式正確的是()AC8H18(l) O2(g) 8CO2(g)9H2O(g)；H48.40 kJmol1BC8H18(l) O2(g) 8CO2(g)9H2O(l)；H5518 kJmol1CC8H18(l) O2(g) 8CO2(g)9H2O(l)；H5518 kJmol1DC8H18(l) O2(g) 8CO2(g)9H2O(l)；H48.40 kJmol1解析：本題考查熱化學(xué)方程式的書寫，應(yīng)注意以下幾點：標明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)，A中H2O的狀態(tài)標錯；標明吸熱還是放熱，H0時為吸熱，H0時為放熱，本題放熱H0，故C錯；物質(zhì)變化和能量變化要對應(yīng)，顯然D錯。答案：B蓋斯定律蓋斯定律 1蓋斯定律的內(nèi)容：化學(xué)反應(yīng)的焓變只與反應(yīng)體系的始態(tài)(各反應(yīng)物)和終態(tài)(各生成物)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。如果一個反應(yīng)分幾步進行，則各分步反應(yīng)的反應(yīng)焓變之和與該反應(yīng)一步完成時的焓變是相同的，這就是蓋斯定律。 2蓋斯定律的特點 (1)反應(yīng)熱效應(yīng)只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)，就像登山至山頂，不管選哪一條路走，山的海拔總是不變的。即從途徑角度理解如右圖所示。(2)反應(yīng)熱總值一定。下圖表示從始態(tài)到終態(tài)的反應(yīng)熱。則有HH1H2H3H4H5。(3)熱化學(xué)方程式之間可以進行代數(shù)變換等數(shù)學(xué)處理。H已知：C(s)O2(g) CO2(g)；H1393.5 kJmol1CO(g) O2(g) CO2(g)；H2283.0 kJmol1式式得：C(s) O2(g) CO(g)；H3110.5 kJmol13蓋斯定律的意義：因為有些反應(yīng)進行很慢，有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生，有些不反應(yīng)，此時如果應(yīng)用蓋斯定律，就可以間接地把它們的反應(yīng)熱計算出來。 根據(jù)蓋斯定律，結(jié)合下列反應(yīng)方程式，回答問題。已知：(1)NH3(g)HCl(g) NH4Cl(s)；H176 kJmol1(2)NH3(g)H2O(l) NH3H2O(aq)；H35.1 kJmol1(3)HCl(g)H2O(l) HCl(aq)；H72.3 kJmol1(4)NH3(g)HCl(aq) NH4Cl(aq)；H52.3 kJmol1(5)NH4Cl(s)H2O(l) NH4Cl(aq)；H則第(5)個方程式中的反應(yīng)熱是_。解析：新的信息是蓋斯定律和上述方程式，已有信息是方程式之間可以進行數(shù)學(xué)運算。新舊信息相結(jié)合，即(4)(3)(2)(1)與(5)相比較，得反應(yīng)熱是16.3 kJmol1。答案：16.3 kJmol1 1840年，俄國化學(xué)家蓋斯(G.H.Hess)指出，一個化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)僅與反應(yīng)物的最初狀態(tài)及生成物的最終狀態(tài)有關(guān)，而與中間步驟無關(guān)，這就是著名的“蓋斯定律”。按此規(guī)律回答下列問題。已知火箭發(fā)射時可用肼(N2H4)作燃料。二氧化氮作氧化劑，這兩者反應(yīng)生成氮氣和水蒸氣。且N2(g)2O2(g) 2NO2(g)；H1+67.7 kJmol1N2H4(g)O2(g) N2(g)2H2O(g)；H2534 kJmol1請計算1 mol氣體肼和NO2完全反應(yīng)時放出的熱量為_ kJ。并寫出肼與NO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。解析：本題是一道信息題，考查對“蓋斯定律”的理解和應(yīng)用。根據(jù)題意，要求下列反應(yīng)的反應(yīng)熱H3的值：N2H4(g)NO2(g) N2(g)2H2O(g)；H3根據(jù)蓋斯定律，一個反應(yīng)僅與其始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與其過程無關(guān)，有2，即H2H12H3。H3534 kJmol167.7 kJmol12 567.85 kJmol1。答案：567.85N2H4(g)NO2(g) N2(g)2H2O(g)；H3567.85 kJmol11下列關(guān)于燃燒熱的說法，正確的是()A1 mol純物質(zhì)完全燃燒時所放出的熱量，叫該物質(zhì)的燃燒熱B放熱反應(yīng)熱化學(xué)方程式中H就是該反應(yīng)物的燃燒熱C物質(zhì)的燃燒熱可利用儀器由實驗測得D物質(zhì)燃燒必然伴隨發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象，且肯定是氧化還原反應(yīng)解析：燃燒熱的量標為“1 mol”可燃物，選項B錯誤；產(chǎn)物為穩(wěn)定的氧化物，選項A錯誤；物質(zhì)燃燒一般伴隨發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象，而非必然，選項D錯誤。唯有選項C正確。答案：C2下列反應(yīng)既是氧化還原反應(yīng)，又是吸熱反應(yīng)的是()A鋁片與稀硫酸反應(yīng)BBa(OH)28H2O與NH4Cl反應(yīng)C灼熱的炭與CO2反應(yīng)D甲烷在O2中的燃燒反應(yīng)解析：已知屬吸熱反應(yīng)的是B和C ，但B反應(yīng)方程式為Ba(OH)28H2O2NH4Cl BaCl22NH310H2O，是非氧化還原反應(yīng)，C反應(yīng)方程式為CCO2 2CO，是氧化還原反應(yīng)。答案：C