高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 反应热教学课件ppt
展开C的燃烧,很难控制C只生成CO而不继续生成CO2,C(s)+ ½ O2(g)= CO(g)因此这个反应的ΔH无法直接测得。但这个反应的反应热是冶金工业中非常有用的数据,应该如何获得呢?
1.盖斯定律的内容:不管化学反应是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同。换句话说,化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。
如同山的绝对高度与上山的途径无关一样,A点相当于反应体系的始态,B点相当于反应体系的终态,山的高度相当于化学反应的反应热。同一起点登山至山顶,不管选哪一条路走,历经不同的途径和不同的方式,但山的高度是不变的。
ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5
△H1 +△H2 = 0
有些反应进行得很慢;有些反应不容易直接发生;有些反应的产品不纯(有副反应发生)。这些都给测量反应热造成了困难,利用盖斯定律可以间接地把它们的反应热计算出来
【例1】如何计算 C(s)+1/2O2(g)=CO(g)的反应热△H1?
已知:①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H2=-283.0kJ/ml ②C(s)+O2(g)=CO2(g) △H3=-393.5kJ/ml
△H1=△H3-△H2 =-393.5 kJ/ml -(-283.0 kJ/ml)=-110.5 kJ/ml
【例2】下列数据表示H2的燃烧热吗?Why?
H2(g)+1/2O2(g) = H2O (g) △H1=-241.8kJ/ml
H2(g)+1/2O2(g) = H2O (l) △H=△H1+ △H2=-285.8kJ/ml
P(s、红磷)+ 5/4O2(g)=1/4 P4O10(s); = -738.5 kJ/ml
试写出白磷转化为红磷的热化学方程式_________________________________。
“四步消元法”确定热化学方程式或ΔH
找出可用的已知热化学方程式。
同侧相减,异侧相加,消去不要的物质
【例1】已知:① CO(g) + 1/2 O2(g) = CO2(g) ; ΔH1= -283.0 kJ/ml ② H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) ; ΔH2= -285.8 kJ/ml ③C2H5OH(l) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 3H2O(l); ΔH3=1370 kJ/ml 试计算: ④ 2CO(g)+ 4 H2(g) = H2O(l)+ C2H5OH (l) 的ΔH
【解】:①×2 + ②×4 - ③ = ④ ΔH=ΔH1×2 +ΔH2×4 -ΔH3 =-283.2×2 -285.8×4 +1370 =-339.2 kJ/ml
【例2】 已知:①H2O(g)===H2O(l) ΔH1=Q1 kJ·ml-1②C2H5OH(g)===C2H5OH(l) ΔH2=Q2 kJ·ml-1③C2H5OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g) ΔH3=Q3 kJ·ml-1则反应C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)的反应热ΔH为( )A.(Q1+Q2+Q3) kJ·ml-1 B.(3Q1+Q2+Q3) kJ·ml-1C.(Q1-3Q2+Q3) kJ·ml-1 D.(3Q1-Q2+Q3) kJ·ml-1
由-Q2可快速得到答案 D
1. 根据键能计算反应热
△H=反应物的键能总和-生成物的键能总和
例1:已知:CH3CH3→CH2=CH2+H2;有关化学键的键能如下。 化学键 C-H C=C C-C H-H 键能 (kJ/ml) 414.4 615.3 347.4 435.3试计算该反应的反应热。
ΔH =+125.6 kJ/ml
例2.化学反应N2(g)+3H2(g)===2NH3(l)的能量变化如图所示,该反应的ΔH 等于( ) A.+2(a-b-c) kJ·ml-1 B.+2(b-a) kJ·ml-1 C.+(b+c-a) kJ·ml-1 D.+(a+b) kJ·ml-1
2. 根据图像计算(注意看清楚纵坐标)
∆H=(E2-E1)kJ/ml =(a-b) kJ/ml =-ckJ/ml
∆H=(E2-E1)kJ/ml =(a-b) kJ/ml =+ckJ/ml
3.能源问题是人类社会面临的重大课题,H2、CO、CH3OH都是 重要的能源物质,它们的燃烧热依次为285.8 kJ·ml-1、282.5 kJ·ml-1、726.7 kJ·ml-1。已知CO和H2在一定条件下可以合成甲醇CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l)。则CO与H2反应合成甲醇的热化学方程式为( )A.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l) ΔH=-127.4 kJ·ml-1B.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l) ΔH=+127.4 kJ·ml-1C.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH=-127.4 kJ·ml-1D.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH=+127.4 kJ·ml-1
黄铁矿(主要成分为FeS2)的燃烧是工业上制硫酸时得到SO2的途径之一,反应的化学方程式为: 4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g)在25℃和101kPa时,1 ml FeS2(s)完全燃烧生成Fe2O3(s)和SO2(g)时放出853kJ的热量。这些热量(工业中叫做“废热”)在生产过程中得到了充分利用,大大降低了生产成本,对于节约资源、能源循环利用具有重要意义。(1)请写出FeS2燃烧的热化学方程式。(2)计算理论上1kg黄铁矿(FeS2的含量为90%)完全燃烧放出的热量。
4. 根据质量或物质的量计算反应热
【解】(1)根据题意,FeS2燃烧的热化学方程式为FeS2(s)+11/4O(g)=1/2Fe2O3(s)+2SO2(g) ∆H=-853 kJ/ml(2)FeS2的摩尔质量为120g·ml-1。1kg黄铁矿含FeS2的质量为:1000g×90%=900g900gFeS2的物质的量为:理论上1kg黄铁矿完全燃烧放出的热量为:7.5 ml x 853 kJ/ml=6 398 kJ答:(1)FeS2燃烧的热化学方程式为:FeS2(s)+11/4O2(g)=1/2Fe2O3(s)+2SO2(g) ∆H=-853 kJ/ml(2)理论上1kg黄铁矿完全燃烧放出的热量为6398kJ。
【例题4】葡萄糖是人体所需能量的重要来源之一,设它在人体组织中完全氧化时的热化学方程式为:C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(1) △H=-2800kJ/ml计算100g葡萄糖在人体组织中完全氧化时产生的热量。
【解】根据热化学方程式可知,1mlC6H12O6在人体组织中完全氧化时产生的热量为2800kJ。C6H12O6的摩尔质量为180g·ml-1。100gC6H12O6的物质的量为:0.556 ml C6H12O6完全氧化时产生的热量为:0.556ml×2800kJ/ml=1557kJ 答:100g葡萄糖在人体组织中完全氧化时产生的热量为1557kJ。
5.利用热化学方程式和盖斯定律求反应热
间接计算难以直接测定的反应热。
不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应热是相同。
根据△H=生成物的总能量-反应物的总能量。
根据键能计算△H=反应物成物的总键能-生成物应物的总键能。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)一个反应一步完成或分几步完成,两者相比,经过的步骤越多,放出的热量越多。( )(2)化学反应的反应热与化学反应的始态有关,与终态无关。( )(3)同一反应的反应热ΔH与化学计量数成正比。( ) (3)利用盖斯定律,可计算某些反应的反应热。 ( )(4)任何化学反应的反应热都可以直接测定。 ( )
2:已知在25 ℃,105 Pa时,1 ml石墨和1 ml一氧化碳完全燃烧生成二氧化碳时的反应热分别是ΔH=-393.5 kJ·ml-1和ΔH=-283 kJ·ml-1,下列说法或方程式正确的是( )A.在相同条件下:2C(石墨,s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-110.5 kJ·ml-1B.1 ml石墨不完全燃烧,生成CO2和CO混合气体时,放热504.0 kJC.在相同条件下,C(石墨,s)+CO2(g)===2CO(g) ΔH=+172.5 kJ·ml-1D.已知金刚石不如石墨稳定,则石墨转变为金刚石需要放热
【答案】 C【解析】 C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·ml-1CO(g)+1/2 O2(g)===CO2(g) ΔH=-283 kJ·ml-1A项,根据盖斯定律可得:C(石墨,s)+2(1)O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5 kJ·ml-1 。 B项,因为不知生成CO2、CO的多少,无法判断放出热量的多少。C项,C(石墨,s)+2(1)O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5 kJ·ml-1 CO2(g)===2(1)O2(g)+CO(g) ΔH=+283 kJ·ml-1所以C(石墨,s)+CO2(g)===2CO(g) ΔH=+172.5 kJ·ml-1。D项,能量越高,越不稳定,金刚石的能量大于石墨,所以石墨转变为金刚石需要吸热。
4.已知化学反应A2(g)+B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示,判断下列叙述中正确的是( )
A.每生成2分子AB吸收b kJ热量B.该反应热ΔH=+(a-b) kJ·ml-1C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量D.断裂1 ml A—A键和1 ml B—B键,放出a kJ能量
解析 观察题给图像可以得到,上述反应的反应物的总能量低于生成物的总能量,为吸热反应,其中反应热ΔH=+(a-b) kJ·ml-1。化学反应过程中,化学键断裂为吸热过程,化学键形成为放热过程。
5: 已知:①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH1 ②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2 ③2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH3 常温下取体积比4∶1的甲烷和氢气的混合气体11.2 L(标准状况),经完全燃烧后恢复至室温,则放出的热量为
-(0.4 ml×ΔH1+0.05 ml×ΔH3)
解析 先算出甲烷和氢气各自的物质的量,再根据热化学方程式分别求算它们各自完全燃烧放出的热量,就可求出总热量。
n(气体)==0.5 ml,n(CH4)=0.5 ml×=0.4 ml,n(H2)=0.5 ml×=0.1 ml。燃烧后恢复至室温,H2O为液态,所以放出热量:Q=0.4 ml×(-ΔH1)+0.1 ml×(-ΔH3) =-(0.4 ml×ΔH1+0.05 ml×ΔH3)。
6:已知:C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·ml-1 H2(g)+2(1)O2(g)===H2O(l) ΔH=-241.8 kJ·ml-1欲得到相同的热量,需分别燃烧固体碳和氢气的质量比约为 ( )A.2∶3.25 B.12∶3.25C.1∶1 D.393.5∶241
【答案】 B【解析】 设需要C、H2的物质的量分别为x、y,则393.5x=241.8y所以x/y=393.5(241.8)=1.627(1)所以其质量之比为(1×12)/(1.627×2)=12/3.25。
9:某次发射火箭,用N2H4(肼)在NO2中燃烧,生成N2、液态H2O。已知: ①N2(g)+2O2(g)==2NO2(g) △H1=+67.2kJ/ml ②N2H4(g)+O2(g)==N2(g)+2H2O(l) △H2=-534kJ/ml 假如都在相同状态下,请写出发射火箭反应的热化学方程式。
2 N2H4(g)+ 2NO2(g)= 3N2(g)+4H2O(l) △H=-1135.2kJ/ml
10:按照盖斯定律,结合下述反应方程式回答问题,已知:①NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s) △H1=-176kJ/ml②NH3(g)+H2O(l)=NH3(aq) △H2=-35.1kJ/ml③HCl(g) +H2O(l)=HCl(aq) △H3=-72.3kJ/ml④NH3(aq)+ HCl(aq)=NH4Cl(aq) △H4=-52.3kJ/ml⑤NH4Cl(s)+2H2O(l)= NH4Cl(aq) △H5=? 则第⑤个方程式中的反应热△H是________。
根据盖斯定律和上述反应方程式得: ⑤=④+③+②-①, 即△H5 = +16.3kJ/ml
11.下列说法不正确的是( )①在热化学方程式中无论是反应物还是生成物都必须标明状态 ②所有的化学反应都伴随着能量变化 ③放热反应发生时不必加热 ④吸热反应在加热后才能发生 ⑤化学反应的热效应数值只与参加反应的物质的多少有关 ⑥一般来说,吸热反应在一定条件下也能发生 ⑦根据盖斯定律,反应焓变的大小与反应的途径有关,无论是一步完成还是分几步完成,其总的热效应完全相同A.②③⑥⑦ B.③④⑤⑦ C.④⑤⑦ D.①③④⑦
【解析】放热反应有时需要加热才能实现,如燃烧反应,③错误;有些吸热反应不需要加热就能发生,如铵盐与Ba(OH)2混合研磨就能反应,④错误;化学反应的热效应不仅与反应物的多少有关,还与物质的状态有关,⑤错误;从盖斯定律来看,反应焓变的大小与途径无关,故⑦错误。
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