学案化学反应中的热

8/8化学反应中的热【学习目标】1．能从宏观与微观相结合的角度解释化学反应中的能量变化。2．能正确表示化学反应中热的释放或吸收。3．能利用化学反应中的能量变化解决生产、生活中的简单问题。4．能运用化学计量单位定量分析化学变化伴随的能量转化。【学习重难点】1．能正确表示化学反应中热的释放或吸收。2．能利用化学反应中的能量变化解决生产、生活中的简单问题。【学习过程】一、知识梳理（一）放热反应与吸热反应1．放热反应与吸热反应（1）放热反应：放出热量的化学反应，如燃烧反应、中和反应等。（2）吸热反应：吸收热量的化学反应，如高温下煅烧石灰石等反应。2．化学能与热能转化的实验探究（1）镁与盐酸反应实验操作实验现象实验结论产生大量气泡、温度计指示温度升高镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，该反应放出热量（2）Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应实验操作实验现象实验结论A．有刺激性气味气体产生B．用手摸烧杯底部有冰凉感觉C．用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部D．烧杯内反应物成糊状化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应吸收热量由上述实验可知，化学反应都伴随着能量变化，有的放出能量，有的吸收能量。3．热化学方程式（1）概念：表示化学反应中放出或吸收的热量的化学方程式。（2）意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。（3）实例：8gCH4气体完全燃烧生成CO2和液态水，放出445kJ的热量，则该反应的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890kJ·mol－1微思考：CaCO3受热分解的热化学方程式为CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH＝178．2kJ·mol－1，该热化学方程式表示的含义是什么？4．化学反应中能量变化的原因（1）宏观解释——反应物与生成物的总能量不同。宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图（2）微观角度——反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量不同。微观解释反应物、生成物中化学键的变化关系能量变化断裂旧化学键吸收的总能量＜形成新化学键释放的总能量放出能量断裂旧化学键吸收的总能量＞形成新化学键释放的总能量吸收能量微思考：已知下列物质的键能：H—HCl—ClH—Cl键能/(kJ·mol－1)436．4242．7431．8对于反应：H2＋Cl2=2HCl，若生成2molHCl，反应过程中断裂化学键共吸收的能量是多少？形成化学键共放出的能量是多少？依据以上两个数据判断该反应是放出还是吸收能量，并确定放出或吸收能量的多少。（二）燃料燃烧释放的能量1．燃料的热值在一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热，单位是kJ·g－1．2．燃料使用的现状与问题（1）当前我国使用最多的能源：化石燃料，即煤、石油、天然气。（2）化石燃料需亟待解决的问题：（3）解决燃料燃烧存在问题的研究方向①研究化石燃料完全燃烧的条件和减少燃料燃烧产生的热量损耗的技术，研究提高燃料利用率的措施；②防止燃料燃烧造成的环境污染；③通过化学方法把石油、煤等化石燃料转化为清洁燃料；④开发氢能、核能、太阳能等清洁、高效的新能源。（三）氢燃料的应用前景1．氢能的优点2．氢能利用存在的问题（1）廉价的制氢技术——首要难点①原因：制氢需要消耗大量的能量且效率低。②解决途径：将太阳能转化为电能，再将水催化电解获得氢气，其中最关键的高效、廉价、绿色的催化技术已有突破性进展。（2）安全可靠的贮氢和输氢方法——关键①原因：H2密度小、熔点低、难液化，贮存液氢的容器要求高。②解决途径：研究具备良好吸收和释放氢气性能的合金（如镧镍合金等）。二、初试身手（一）自主诊断1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）（1）所有化学反应都伴随着能量的变化。 （√）（2）断裂化学键释放出能量而生成新键则吸收能量。 （×）（3）当反应物的总能量大于生成物的总能量时，化学反应吸收能量。 （×）（4）化学反应的过程实际上是一个旧键断裂的过程。 （×）2．下列热化学方程式书写正确的是（）A．2SO2＋O2=2SO3ΔH＝－196．6kJ·mol－1B．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－517．6kJ·mol－1C．H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285．8kJD．C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝393．5kJ·mol－1B【A项，未注明物质状态，错误；B项正确；C项，ΔH的单位是kJ·mol－1，错误；D项，C(s)＋O2(g)=CO2(g)是放热反应，ΔH<0，错误。】3．分析下图：回答以下问题：（1）电解水生成H2，首先要解决的问题是___________________________________________________________________________________________。（2）氢气作为理想的“绿色能源”的主要理由是______________________________________________________________________________________。【解析】（1）电解水需要消耗大量电能。（2）H2作为“绿色能源”优点有三：来源丰富；热值高；无污染。【答案】（1）需大量电能（2）来源丰富(H2O)，燃烧放出的热量多，产物无污染（二）合作探究1．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。共价键的键能是两种原子间形成1mol共价键（或其可逆过程）时释放（或吸收）的能量。已知H—H键的键能为436kJ·mol－1．Cl—Cl键的键能为243kJ·mol－1．H—Cl键的键能为x，若1molH2(g)与1molCl2(g)反应生成2molHCl(g)放出183kJ的热量，则x为（）A．496kJ·mol－1 B．431kJ·mol－1C．862kJ·mol－1 D．248kJ·mol－1B【2x－436kJ·mol－1－243kJ·mol－1＝183kJ·mol－1，解得：x＝431kJ·mol－1．】2．已知化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示：（1）1molN和3molH生成1molNH3(g)是________（填“吸收”或“释放”）能量的过程。（2）由eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)生成1molNH3(g)的过程________（填“吸收”或“释放”）__________kJ能量。【解析】如果反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量，整个反应就放出能量，反之就吸收能量。（1）由图像可知1molN和3molH具有的总能量比1molNH3(g)的能量高bkJ，所以1molN和3molH生成1molNH3(g)是释放能量的过程。（2）由图像可知eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)总能量比1molN和3molH具有的总能量低akJ，而1molNH3(g)具有的总能量比1molN和3molH具有的总能量低bkJ，b>a，所以由eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)生成1molNH3(g)的过程释放出(b－a)kJ能量。【答案】（1）释放（2）释放(b－a)3．在常温常压下，1gH2在足量Cl2中完全燃烧生成HCl气体，放出92．3kJ的热量。下列热化学方程式中正确的是（）A．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－92．3kJ·mol－1B．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝92．3kJ·mol－1C．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝184．6kJ·mol－1D．2HCl(g)=H2(g)＋Cl2(g)ΔH＝184．6kJ·mol－1D【H2在Cl2中燃烧生成HCl气体，1gH2燃烧放出92．3kJ的热量，则1mol(2g)H2燃烧放出184．6kJ的热量，化学反应放出热量，ΔH符号为“－”。则H2在Cl2中燃烧生成HCl气体的热化学方程式为H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－184．6kJ·mol－1．一个放热反应的逆反应是吸热反应，并且在其他条件相同时，ΔH是原ΔH的相反数。则该题的四个选项中只有D是正确的。】4．根据所给信息完成下列热化学方程式：（1）已知1molC(s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收131．3kJ热量，请写出该反应的热化学方程式：______________________________。（2）1．7gNH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出22．67kJ的热量：_____________________________________________。（3）已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92．4kJ·mol－1，请写出1molNH3分解对应的热化学方程式：________________________________________。（4）已知一些化学键的键能数据如表所示：化学键C—HC—FH—FF—F键能/(kJ·mol－1)414489565155请根据键能数据写出CH4(g)和F2(g)反应生成CF4(g)和HF(g)的热化学方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】（2）1．7gNH3的物质的量为0.1mol，则4molNH3发生反应放出的热量为22．67kJ×40＝906．8kJ，1molNH3完全反应放出的热量为226．7kJ。那么相应的热化学方程式为4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－906．8kJ·mol－1或NH3(g)＋eq\f(5,4)O2(g)=NO(g)＋eq\f(3,2)H2O(g)ΔH＝－226．7kJ·mol－1（4）首先根据反应物和生成物写出反应方程式，注明各物质的状态，化学反应的反应热等于断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键放出的能量的差，根据键能数据可知，所求反应的反应热ΔH＝414kJ·mol－1×4＋155kJ·mol－1×4－489kJ·mol－1×4－565kJ·mol－1×4＝－1940kJ·mol－1．【答案】（1）C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝131．3kJ·mol－1（2）NH3(g)＋eq\f(5,4)O2(g)=NO(g)＋eq\f(3,2)H2O(g)ΔH＝－226．7kJ·mol－1（3）NH3(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)ΔH＝46．2kJ·mol－1（4）CH4(g)＋4F2(g)=CF4(g)＋4HF(g)ΔH＝－1940kJ·mol－1【精炼反馈】1．绿色能源是人类理想的能源，不会造成环境污染。下列能源不属于绿色能源的是（）A．氢能源 B．太阳能C．风能 D．石油D【氢能是氢气燃烧提供的，产物是水，无污染；太阳能是最清洁的能源；风能的使用也不会给环境带来污染；石油是化石燃料，其中硫元素燃烧生成的二氧化硫、不完全燃烧产生的一氧化碳、高温燃烧产生的氮氧化物等都是污染物，因此石油不是绿色能源。】2．下列图示变化为吸热反应的是（）ABCDA【A项中生成物的总能量高于反应物的总能量，只能通过吸收能量才能实现；B项则恰好相反；C项中浓硫酸溶于水要放出热量，但此过程是物理变化，没有发生化学反应；D项是放热反应。】3．已知反应A2＋B2=2AB，断裂1molA2中的化学键消耗的能量为Q1kJ，断裂1molB2中的化学键消耗的能量为Q2kJ，形成1molAB中的化学键释放的能量为Q3kJ，则下列说法正确的是（）A．若A2和B2的总能量之和大于生成的AB的总能量，则反应放热B．若A2和B2的总能量之和小于生成的AB的总能量，则反应放热C．若该反应放出能量，则Q1＋Q2＞Q3D．若该反应吸收能量，则Q1＋Q2＜Q3A【若反应物总能量之和大于生成物总能量之和，则反应放热，反之，反应吸热。若断裂反应物化学键消耗的能量小于形成生成物化学键释放的能量，则反应放热，反之，反应吸热。】4．下列反应是吸热反应的是（）A．硫的燃烧 B．水的分解C．食物的氧化变质 D．中和反应【答案】B5．（1）20世纪30年代，Eyring和Pzer在碰撞理论的基础上提出化学反应的过渡态理论：化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。如图是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，说明这个反应是________（填“吸热”或“放热”）反应，NO2和CO的总能量________（填“大于”“小于”或“等于”）CO2和NO的总能量。（2）已知在高温、高