化学与能量.doc

一. 教学内容： 化学反应与能量变化二、教学目标了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式；了解化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热等概念，并能进行简单计算；了解热化学方程式的含义，并能正确判断热化学方程式的正误；了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用；能应用盖斯定律进行有关反应热的计算。三、教学重点、难点 化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热等概念，并能进行简单计算；热化学方程式的书写及正误判断；应用盖斯定律进行反应热的计算。四、教学过程：（一）放热反应、吸热反应和反应热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是不相等的，在产生新物质的同时总是伴随着能量的变化。化学反应中能量变化形式较多，通常表现为热量的变化 放热反应：即有热量放出的化学反应，其反应物的总能量高于生成物的总能量。如：燃料的燃烧、中和反应、生石灰与水化合等都是放热反应。吸热反应：即吸收热量的化学反应，其反应物的总能量低于生成物的总能量。如：H2还原CuO的反应，灼热的碳与二氧化碳反应，Ba（OH）28H2O与NH4Cl的反应都是吸热反应。反应热：在化学反应过程中所放出或吸收的热量。通常用DH表示：DH0时为放热反应，DH0时为吸热反应。常见的两种能量变化：燃烧热：101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热，DH0中和热：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1mol H2O时所放出的热，DH0说明：1、任何化学反应都有反应热，这是由于在化学反应过程中，当反应物分子中的化学键断裂时，需要克服原子间的相互作用力，这需要吸收能量；而当原子间重新结合形成新的化合物分子时，即新的化学键形成时，又需要放出能量。当吸收和放出的能量不等时，就有能量变化。因此，放热反应和吸热反应还可以从化学键的断裂与形成角度分析：反应物分子化学键断裂时吸收的总能量大于生成物分子化学键形成时释放的总能量吸热反应反应物分子化学键断裂时吸收的总能量小于生成物分子化学键形成时释放的总能量放热反应但要注意，化学键断裂时吸收的总能量并不是指反应物的总能量，同样，化学键形成时释放的总能量也不是生成物分子的总能量，因此在用不同的方法判断放热还是吸热反应时，要注意比较。2、常见的放热反应：所有燃烧反应；中和反应；大多数化合反应；金属跟酸反应等。常见的吸热反应：大多数分解反应；（2）CCO2、CH2O、H2CuO、Ba（OH）2晶体与NH4Cl的反应等。3、反应热指反应过程中放出或吸收的热量。可用量热计直接测量。DH是物质所具有的能量在反应前后的变化量，若为吸热反应，则变化后的物质所具有的能量增大，用“”表示，即DH0；若为放热反应，则变化后的物质所具有的能量减小，用“”表示，即DH0。DH的单位为：kJ/mol4、燃烧热是指在常温常压下，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的能量，燃烧热的值是正值，单位也是kJ/mol。一般情况下，C燃烧生成的稳定的氧化物为CO2、硫为SO2、氢为液态水。5、中和热：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1mol H2O时所放出的热。特指在常温常压下，强酸和强碱的稀溶液，完全中和生成1mol水，且反应过程中无沉淀生成时所放出的热量。对于弱酸、弱碱，由于电离过程需要吸收热量，因此放出的热量偏小；而酸或碱的浓溶液，由于溶解或稀释时放出热量，因此，使得中和热的数值偏大。在同一条件下，强酸和强碱的稀溶液完全反应生成1mol水时的中和热的值均约为57.4kJ/mol6、测定中和热的仪器主要有：大、小烧杯、环形玻璃棒、温度计、泡沫塑料、硬纸板、量筒等。中和热的测定的关键是保温隔热，以免热量散失，操作时应确保热量尽可能不减少，实验时重复实验两次，减少实验误差。实验时，为了使酸碱中和完全，一般常采用碱稍过量的方法测量。（二）热化学方程式的书写表明化学反应热效应的化学方程式称为热化学方程式说明： 1、书写热化学方程式应注意的几点：（1）要注明反应的温度、压强，在化学方程式的右端注明反应热，DH0时为放热反应，DH0时为吸热反应，DH的符号（“”和“”）和单位（kJ/mol）。由于绝大多数反应的DH是在常温常压下测定的，因此，可不注明温度和压强。（2）要注明反应物和生成物的状态，因为状态不同，物质所具有的能量不同，反应热DH也不同。热化学方程式中不用“”“”。 （3）热化学方程式各物质前的计量数不表示粒子个数，只表示物质的量，因此它可以是整数，也可以是分数，计量数不相同，反应热数据也不同。2、反应热大小的比较：（1）同一反应生成物状态不同时：如：2H2（g）O2（g）2H2O（1）；DH1 2H2（g）O2（g）2H2O（g）；DH2 因为气体变液体会放热，故：DH1DH2 （2）同一反应反应物状态不同时：如：S（g）O2（g）SO2（g）；DH1S（s）O2（g）SO2（g）；DH2因为固体变气体会吸热，故：DH1DH2 （3）两个相联系的不同反应比较：如：C（s）O2（g）CO2（g）；DH1C（s）1/2O2（g）CO（g）；DH2可以设计成：C（s）CO（g）CO2（g）故DH1DH23、进行反应热计算时应注意以下几点：反应热数值与各物质的化学计量数成正比，因此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时，其反应热的数值应同时做相同倍数的改变；热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热；单位始终为kJ/mol；正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。（三）盖斯定律：一个化学反应在一定条件下无论是一步完成还是分几步完成，其反应的热效应总是相同的，它只与反应的始态和终态有关，与反应的过程无关。这就是盖斯定律的内容。根据盖斯定律，将化学方程式可以像代数式那样相加或相减，相应的反应热也相加或相减。对解决未知反应的热效应非常有用。解答有关盖斯定律的题目关键是设计合理的反应途径，适当加减已知方程式的反应热，进行求算。在进行热化学方程式的数学运算时，要注意反应热的符号以及反应热与方程式中化学计量数的比例关系。说明：1、热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项同时改变正负号，各项的系数包括DH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数；2、根据盖斯定律可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其DH相加或相减，得到一个新的热化学方程式；3、可燃物完全燃烧产生的热量可燃物的物质的量其燃烧热。【典型例题】例1已知化学键的键能是指形成1mol化学键放出的能量或断裂1mol化学键吸收的能量.P-P的键能198kJ/mol，氧气分子的键能498kJ/mol，P-O的键能360kJ/mol，已知P4O6的结构如图。P4（g）3O2（g）P4O6（g）；试求H . A. 1638kJ/mol B. 1638kJ/molC. 126kJ/mol D. 126kJ/mol解析：比较反应物分子化学键断裂时吸收的总能量与生成物分子化学键形成时释放的总能量的相对大小，可分析得出反应是放热还是吸热。若吸收的总能量大于释放的总能量，则为吸热反应；若释放的总能量大于吸收的总能量，则为放热反应。白磷分子为正四面体，分子中有6个P-P键，与氧气作用形成P4O6，是在每个PP键中间插一个氧原子，形成12个PO键。则每个反应中吸收的总能量为：619834982682，放出的总能量为：123604320，说明释放的能量大于吸收的能量，反应为放热反应，H1638kJ/mol答案：B例2下列说法或表示法正确的是： A. 若将等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出的热量多。 B. 由“C（石墨）C（金刚石）；DH119kJ/mol”可知，金刚石比石墨稳定 。 C. 在稀溶液中：HOHH2O；DH57.3kJ/mol，若将含0.5mol的浓硫酸与含1mol NaOH 的溶液混合，放出的热量大于57.3kJ D. 在101kPa时，2g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式表示为：2H2（g）O2（g）2H2O（l）；DH285.8kJ/mol 解析：A中由于硫固体变为硫蒸气需要吸收热量，因此，硫燃烧所放出的能量有部分用于物态之间的转变，故硫蒸气燃烧放出的热量大于硫固体燃烧放出的热量；B中石墨的能量小于金刚石，根据能量最低原理：能量越低的物质越稳定，因此，石墨比金刚石稳定；C中中和热的测定必须是强酸和强碱的稀溶液完全中和生成1mol水时所放出的能量，若为浓酸或强碱固体，由于在溶解时放热，因此，实际放出的能量要大于中和热，故C正确；D中燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的能量，而D中描述的是2mol可燃物完全燃烧时所放出的能量，因此其反应热可在燃烧热的基础上乘以方程式前的系数，即：DH285.8 kJ/mol2571.6 kJ/mol，故D不正确。答案：C例3分析右面的能量变化示意图，下列热化学方程式正确的是：A. 2A（g）B（g）2C（g）；DHa（a0） B. 2A（g）B（g）2C（g）；DHa（a0C. 2AB2C；DHa（a0D. 2C2AB； DHa（a0）解析：本题同样考查的是反应热的判断。若2A（g）B（g）为反应物，则为放热反应，DH0；若2A（g）B（g）为生成物，则为吸热反应，DH0。同时在书写热化学方程式时还要注意反应物和生成物的状态。综上所述，本题的答案为：B答案 ：B 例4阿伏加德罗常数值记为NA，则关于C2H2（气）5/2O2（气）2CO2（气）H2O（液）； DH1300kJ/mol的下列说法中，正确的是：A. 有10NA个电子转移时，吸收1300kJ的能量B. 有8NA个碳氧共用电子对生成时，放出1300kJ能量C. 有NA个水分子生成且为液体时，吸收1300kJ能量D. 有2NA个碳氧双键生成时，放出1300kJ的能量 解析：本题将氧化还原反应、物质的量与微粒数、反应热结合起来考查。反应：C2H2（气）O2（气）2CO2（气）H2O（液）；DH1300kJ/mol，为放热反应或氧化还原反应。每摩乙炔参加反应，转移的电子数为10NA，放出1300kJ热量，有8NA个碳氧共用电子对生成，由于CO2的结构为：OCO，故有4 NA个碳氧双键生成时，放出1300kJ的能量。综上所述，本题的答案为B答案：B 例5已知：NH3（g）HCl（g）NH4Cl（s） DH1176kJ/mol NH3（g）H2O（l）NH3H2O（aq） DH235.1kJ/mol HCl（g）HCl（aq） DH372.3kJ/mol NH3H2O （aq）HCl（aq）NH4Cl（aq）H2O（l） DH452.3kJ/mol NH4Cl（s）NH4Cl（aq） DH5QkJ/mol 则第个方程式中的反应热是。解析：本题检查的是盖斯定律：反应的热效应只与始态和终态有关，与反应的过程无关。本题是由氯化铵固体溶于水形成氯化铵的反应热。始态为氯化铵固体，终态为氯化铵溶液，其余均为中间产物，在分析过程中要相互抵消。则由关系式：可得：DH552.372.335.1kJ/mol（176）kJ/mol16.3 kJ/mol，则第步反应的反应热为DH516.3kJ/mol 答案：16.3kJ/mol例6已知下列热化学方程式：（1）Fe2O3（s）3CO（g）2Fe（s）3CO2（g）； DH25kJ/mol （2）3Fe2O3（s）CO（g）2Fe3O4（s）CO2（g）；DH47kJ/mol 试写出：Fe3O4被CO还原为Fe和CO2的热化学方程式解析：本题检查的是盖斯定律和热化学方程式的书写这两个知识点。始态为：Fe3O4和CO，终态为Fe和CO2，其余物质如：Fe2O3（s）为中间产物。则根据分析，可得如下关系式：（1）3（2）可得：2Fe3O4（s）8CO（g）6Fe8CO2（g）；DH28kJ/mol，化简后可得：Fe3O4（s）4CO（g）3Fe4CO2（g）； DH14kJ/mol答案：Fe3O4（s）4CO（g）3Fe4CO2（g）； DH14kJ/mol【模拟试题】1、下列说法中正确的是A、1mol H2SO4与1mol Ba（OH）2完全中和所放出的热量为中和热B、中和反应都是放热反应，盐类水解反应都是吸热反应C、在101kPa时，1mol碳燃烧所放出的热量一定叫做碳的燃烧热D、CO燃烧是吸热反应2、关于用水制取氢气，以下研究方向正确的是：A、构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可研究在水不分解的情况下，使氢变成二级能源。B、设法将太阳能聚焦，产生高温，使水分解产生氢气C、寻找高效催化剂，使水分解出产物氢气，同时释放能量D、寻找特殊的化学物质，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气3、已知在25，101kPa下，1g C8H18（辛烷）燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是 A、C8H18（l）12.5O2（g） 8CO2（g） 9H2O（g）；H48.40kJ/molB、C8H18（l）12.5O2（g） 8CO2（g） 9H2O（l）；H5518kJ/molC、C8H18（l）12.5O2（g） 8CO2（g） 9H2O（l）；H5518kJ/molD、C8H18（l）12.5O2（g） 8CO2（g） 9H2O（l）；H48.40kJ/mol4、中国锅炉燃煤采用沸腾炉逐渐增多，采用沸腾炉的好处在于 A、增大煤炭燃烧时的燃烧热并形成清洁能源B、减少炉中杂质气体（如SO2等）的形成C、提高煤炭的热效率并减少CO的排放D、使得燃料燃烧充分，从而提高燃料的利用率5、下列说法正确的是A、1molH2SO4与足量氢氧化钠完全中和所放出的热量为中和热B、在101kPa时，1mol氢燃烧所放出的热量为氢的燃烧热C、由C（石墨）C（金刚石）；H 119 kJ/mol 可知，金刚石比石墨稳定D、等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多6、在同温同压下，下列各组热化学方程式中，Q1Q2的是 A、2H2(g)O2(g)2H2O(l)；HQ1 2H2(g)O2(g)2H2O(g)；HQ2B、S(g)O2(g)SO2(g)；HQ1 S(s)O2(g)SO2(g)；HQ2 C、C(s)0.5O2(g)CO(g)；HQ1C(s)O2(g)CO2(g)；HQ2 D、H2(g)Cl2(g)2HCl(g)；HQ10.5H2(g)0.5 Cl2(g)HCl(g)；HQ27、今有如下三个热化学方程式：H2(g)1/2O2(g)H2O(g)；Ha kJ/mol H2(g)1/2O2(g)H2O(l)；Hb kJ/mol2H2(g)O2(g)2H2O(l)；Hc kJ/mol关于它们的下列表述，正确的是 A、它们都是吸热反应 B、a、b和c均为正值 C、反应热的关系：ab D、反应热的关系：2bc8、航天飞机用铝粉与高氯酸铵（NH4ClO4）的混合物为固体燃料，点燃时铝粉氧化引发高氯酸铵反应，其方程式可表示为：2NH4ClO4N24H2OCl22O2；H0下列对此反应的叙述中错误的是A、上述反应属于分解反应 B、上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行 C、反应从能量变化上说，主要是化学能转变为热能和动能 D、在反应中高氯酸铵只能起氧化剂作用9、一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出的热量为Q，它所生成的CO2用过量饱和石灰水完全吸收，可得100gCaCO3沉淀，则完全燃烧1mol无水乙醇时放出的热量为A、0.5Q B、Q C、2Q D、5Q10、已知下列两个热化学方程式：C（s）O2（g）CO2（g）；H393.5kJ/mol2H2（g）O2（g）2H2O（g）；H483.6kJ/mol现有0.2mol炭粉和氢气组成的悬浮气体，在氧气中完全燃烧，共放出63.53kJ的热量。则炭粉与氢气的物质的量之比是 A、1：1B、1：2C、2：3D、3：211、已知HH键能为436 kJ/mol，HN键能为391kJ/mol，根据化学方程式：N2 3H2 2NH3，H92.4 kJ/mol，则NN键的键能是 A、431 kJ/mol B、946 kJ/mol C、649 kJ/mol D、869 kJ/mol12、物质的生成热可定义为由稳定单质生成1mol物质所放出的热量，如二氧化碳气体的生成热就是C（s）O2（g）CO2（g）的反应热已知下列几种物质的生成热：葡萄糖1259 kJ/mol，H2O285.8 kJ/mol，CO2393.5 kJ/mol。则1Kg葡萄糖在人体内完全氧化成二氧化碳气体和液态水，最多可提供的能量为 A、3225 kJ B、2816 kJ C、6999 kJ D、15645 kJ13、已知下列物质的标准生成热：Fe3O4（s）为1117.13kJ/mol，CO （g） 为110.54 kJ/mol，CO2（g）为393.51 kJ/mol，则反应：Fe3O4（s）4 CO （g）3 Fe（s）4 CO2（g）；H？A、14.75 kJ/mol B、14.75 kJ/mol C、110.54 kJ/mol D、29.5 kJ/mol14、卫星发射时可用肼（N2H4）为燃料。1mol N2H4（g）在适量O2（g）中燃烧，生成N2和H2O（g），放出534kJ的热量。下列说法正确的是A、1mol N2H4（g）的能量比1mol N2的能量高534kJB、1mol N2H4（g）的能量比1mol N2的能量低534kJC、1mol N2H4（g）与1mol O2（g）的总能量比1mol N2与2mol H2O（g）的总能量高534kJD、1mol N2H4（g）与1mol O2（g）的总能量比1mol N2与2mol H2O（g）的总能量低534kJ15、把试管放入盛有25时饱和石灰水的烧杯中，试管中放入几小块镁片，再用滴管滴入5mL盐酸于试管中，试回答下列问题：（1）实验中观察到的现象是 ；（2）产生上述现象的原因是 ；（3）写出有关反应的离子方程式 ；（4）由实验推知，氯化镁溶液和氢气的总能量 （填“大于”、“小于”或“等于”）镁片和盐酸的总能量。16、火箭推进器中盛有强还原剂液态肼（N2H4）和强氧化剂液态双氧水。当它们混合反应时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量的热。已知0.4mol液态肼与足量的液态双氧水反应，生成氮气和水蒸气，放出256.652kJ的热量。（1）反应的热化学方程式为 。（2）又已知H2O（l）H2O（g）；H44kJ/mol。则16g液态肼与液态双氧水反应生成液态水时放出的热量是 。17、根据以下叙述回答：能源可分为一级能源和二级能源，自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源；需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取：2H2O（l）2H2（g）O2（g）；H571.6kJ/mol，则下列叙述正确的是A、电能是二级能源B、水力是二级能源C、天然气是一级能源D、焦炉气是一级能源已知：CH4（g）2O2（g）CO2（g）2H2O（l）；H890.3kJ/mol，质量相同的氢气和甲烷分别燃烧放出的热量之比约是A、13.4B、11.7C、2.61D、4.61近20年来，对以氢气作为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速的发展，为了有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是（）A、电解水B、锌和稀硫酸反应C、光解海水D、以石油、天然气为原料氢气燃烧时耗氧量小，发热量大，已知热化学方程式为：C（s）O2（g）CO2（g）；H393.5 kJ/mol，H2（g）1/2O2（g）H2O（l）；H285.8 kJ/mol，试通过计算说明等质量的氢气和碳燃烧时产生的热量的比是；氢能源有可能实现能源的贮备，也有可能实现经济、高效的输送。研究表明过渡金属型氢化物（又称间充氢化物），在这类氢化物中，氢原子填充在金属的晶格间隙之间，其组成不固定，通常是非化学计量的，如：LaH2.76、TiH1.73、CeH2.69、ZrH1.98、PrH2.85、TaH0.78已知在标准状况下，1体积的钯粉大约可吸附896体积的氢气（钯粉密度为10.64g/cm3，相对原子质量为106.4），试写出钯（Pd）的氢化物的化学式。18、1mol气态钠离子和1mol气态氯离子结合生成1mol 氯化钠晶体所释放出的热能为氯化钠晶体的晶格能。下列热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶体晶格能的是 。A、Na（g）Cl（g）NaCl（s）；HB、Na（s）1/2Cl2（g）NaCl（s）；H1 C、Na（s）Na（g）；H2 D、Na（g）eNa（g）；H3E、1/2Cl2（g）Cl（g）；H4F、Cl（g） eCl（g）；H5（2）写出H1与H、H2、H3、H4、H5之间的关系式 。19、发射卫星可用肼（N2H4）为燃料和NO2做氧化剂。两者生成N2和水蒸气，已知：N2（g）2O2（g）2NO2（g）；H67.7 kJ/molN2H4（g）O2（g）N2（g）2H2O（g）；H534kJ/mol1/2H2（g）1/2F2（g）HF（g）；H269kJ/molH2（g）1/2O2（g）H2O（g）；H242 kJ/mol写出肼和NO2反应的热化学方程式：。有人认为用F2代替NO2做氧化剂，则反应释放的能量更高，请写出该反应的方程式及反应释放出的能量：。20、50mL 0.50mol/L盐酸与50mL 0.55mol/L NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中