高二化学教案：化学反应中的热效应教学案

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本文题目：高二化学教案：化学反应中的热效应教学案

专题1　化学反应与能量变化

第一单元 化学反应中的热效应

第1课时　化学反应的焓变

[目标要求]　1.了解反应热的概念，知道化学反应、热效应与反应的焓变之间的关系。

2.知道反应热与化学键的关系。3.知道反应热与反应物、生成物总能量的关系。

焓变　反应热

在化学反应过程中，不仅有物质的变化，同时还伴有能量变化。

1.焓和焓变

焓是与物质内能有关的物理量。单位：kJ•mol-1，符号：H。

焓变是在恒压条件下，反应的热效应。单位：kJ•mol-1，符号：ΔH。

2.化学反应中能量变化的原因

化学反应的本质是反应物分子中旧化学键断裂和生成物生成时新化学键形成的过程。

任何化学反应都有反应热，这是由于在化学反应过程中，当反应物分子间的化学键断裂时，需要克服原子间的相互作用，这需要吸收能量;当原子重新结合成生成物分子，即新化学键形成时，又要释放能量。

ΔH=反应物分子的总键能-生成物分子的总键能。

3.放热反应与吸热反应

当反应完成时，生成物释放的总能量与反应物吸收的总能量的相对大小，决定化学反应是吸热反应还是放热反应。

(1)当ΔH为“-”或ΔH<0时，为放热反应，反应体系能量降低。

(2)当ΔH为“+”或ΔH>0时，为吸热反应，反应体系能量升高。

4.反应热思维模型

(1)放热反应和吸热反应

放热反应　　　　　　　　吸热反应

(2)反应热的本质

(以H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)

ΔH=-186 kJ•mol-1为例)

E1：E(H—H)+E(Cl—Cl)

E2：2E(H—Cl)

ΔH=E1-E2

知识点一　反应热

1.下列说法不正确的是(　　)

A.需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应

B.放热反应在常温下一定很容易发生

C.反应是放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小

D.吸热反应在一定条件下也能发生

答案　B

解析　化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热。反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。反应开始时需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。吸热反应开始加热，反应后需不断加热才能使反应继续进行下去;放热反应开始加热，反应后会放出一定的热量，如果此热量足够大，可使反应维持下去，则反应过程不需要再加热，如煤的燃烧，一旦加热使煤燃烧起来后就可继续燃烧下去，不需外界再加热。

2.已知在相同状况下，要使同一化学键断裂需要吸收的能量等于形成该化学键放出的能量。下列说法正确的是(　　)

A.电解熔融的Al2O3可以制得金属铝和氧气，该反应是一个放出能量的反应

B.水分解产生氢气和氧气时放出能量

C.相同状况下，反应2SO2+O2===2SO3是一个放热反应，则反应2SO3===2SO2+O2是一个吸热反应

D.氯化氢分解成氢气和氯气时放出能量

答案　C

解析　由题意可以推测，如果一个反应过程放出能量，那么使该反应向反方向进行则需要吸收能量，所以C正确;另外氢气和氧气反应、氢气和氯气反应、铝和氧气反应都是放出能量的反应，与它们相反的反应：水、氯化氢和Al2O3的分解都应该是吸收能量的反应，故A、B、D错误。

知识点二　反应热与化学键键能的关系

3.通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。现给出化学键的键能(见下表)：

化学键 H—H Cl—Cl Cl—H

键能/(kJ•mol-1) 436 243 431

请计算H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应热(　　)

A.+862 kJ•mol-1 B.+679 kJ•mol-1

C.-183 kJ•mol-1 D.+183 kJ•mol-1

答案　C

解析　拆开1 mol H2和1 mol Cl2中的化学键所吸收的能量是436 kJ•mol-1+243 kJ•mol-1=679 kJ•mol-1;形成2 mol HCl所放出的能量是431 kJ•mol-1×2=862 kJ•mol-1，所以该反应的反应热是679 kJ•mol-1-862 kJ•mol-1=-183 kJ•mol-1。

4.已知H—H键键能(断裂时吸收或生成时释放的能量)为436 kJ•mol-1，H—N键键能为391 kJ•mol-1，根据热化学方程式：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ•mol-1。则NN键的键能是(　　)

A.431 kJ•mol-1 B.946 kJ•mol-1

C.649 kJ•mol-1 D.896 kJ•mol-1

答案　B

解析　本题主要考查利用化学键键能计算化学反应的能量变化，ΔH=-(生成物键能总和-反应物键能总和)=-[6×EN—H-(3×EH—H+ENN)]，得ENN=6×EN—H-3×EH—H+ΔH=6×391 kJ•mol-1-3×436 kJ•mol-1-92.4 kJ•mol-1≈946 kJ•mol-1。故正确答案为B。

5.白磷的化学式为P4，分子的空间构型是正四面体(如图)。白磷在空气中燃烧生成十氧化四磷(P4O10)，在十氧化四磷分子里只存在P—O和P===O两种共价键。

已知几种共价键的键能：P—O 360 kJ•mol-1;

P===O 585 kJ•mol-1;P—P 198 kJ•mol-1;

O===O 498 kJ•mol-1。

请问：在P4(s)+5O2(g)===P4O10(s)中，ΔH=______________。

答案　-2 982 kJ•mol-1

解析　由P4的分子结构和P4+5O2=====点燃P4O10的物质变化，在P4O10分子中只存在P—O和P===O两种共价键，P4O10中P显+5价、O显-2价等事实可知，在P4分子结构的基础上，每2个P原子之间插入1个O原子形成2个P—O键，每个P原子再结合1个O原子形成P===O键，就构成了P4O10的分子结构。这样，在1个P4O10分子中共有12个P—O键、4个P===O键。

ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和=6×198 kJ•mol-1+5×498 kJ•mol-1-(12×360 kJ•mol-1+4×585 kJ•mol-1)=-2 982 kJ•mol-1。

知识点三　反应热与反应物、生成物总能量的关系

6.已知25 ℃、101 kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为：

C(石墨)+O2(g)===CO2(g)　ΔH=-393.5 kJ•mol-1①

C(金刚石)+O2(g)===CO2(g)　ΔH=-395.4 kJ•mol-1②

据此判断，下列说法正确的是(　　)

A.由石墨制备金刚石是吸热反应;石墨的能量比金刚石的低

B.由石墨制备金刚石是吸热反应;石墨的能量比金刚石的高

C.由石墨制备金刚石是放热反应;石墨的能量比金刚石的低

D.由石墨制备金刚石是放热反应;石墨的能量比金刚石的高

答案　A

解析　有两种方法判断：方法一：反应中放出的热量=反应物的总能量-生成物的总能量;方法二：由①-②得C(石墨)===C(金刚石)　ΔH=1.9 kJ•mol-1，该反应为吸热反应，石墨的能量比金刚石的能量低，石墨更稳定。故正确答案为A。

7.由右图分析，有关叙述正确的是(　　)

A.A―→B+C和B+C―→A两个反应吸收或放出的能量不等

B.A―→B+C是放热反应

C.A具有的能量高于B和C具有的能量总和

D.A―→B+C是吸热反应，则B+C―→A必然是放热反应

答案　D

解析　本题考查化学反应中的能量变化，由图可知，B+C的能量高于A的能量，则反应B+C―→A一定是放热反应;反之，A―→B+C则是吸热反应。根据能量守恒定律，两反应的反应热在数值上相等，符号相反。

练基础落实

1.下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(　　)

A.铝片和稀盐酸的反应

B.Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl的反应

C.灼热的碳与二氧化碳的反应

D.甲烷在氧气中的燃烧

答案　C

解析　注意知识的积累，记住常见的吸热反应。B、C属于吸热反应，再从化合价变化角度来分析，知答案为C。

2.下列说法不正确的是(　　)

A.任何化学反应都伴随着能量变化

B.化学反应中的能量变化都表现为热量变化

C.反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应

D.反应物的总能量低于生成物的总能量时，发生吸热反应

答案　B

解析　任何化学反应都伴随着能量变化，但能量变化不一定表现为热量变化，还可能以光能等其他形式的能量放出;E(反应物)>E(生成物)，反应放热，E(反应物)

3.下列过程一定释放出能量的是(　　)

A.化合反应 B.分解反应 C.分子拆成原子 D.原子组成分子

答案　D

解析　形成化学键释放能量，原子结合成分子放出能量，化合、分解反应有可能是放热反应，也有可能是吸热反应。

4.已知氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3 kJ，下列关系式正确的是(　　)

A.Q1+Q2>Q3 B.Q1+Q2>2Q3 C.Q1+Q2

答案　D

解析　根据能量守恒原理：破坏化学键吸收的能量-形成新化学键放出的能量=反应热。对于该放热反应：ΔH<0，则Q1+Q2-2Q3<0，故Q1+Q2<2Q3。

5.CO(g)与H2O(g)反应过程的能量变化如图所示，有关两者反应的说法中正确的是(　　)

A.该反应为吸热反应

B.CO(g)和H2O(g)所具有的总能量大于CO2(g)和H2(g)所具有的总能量

C.反应的热化学方程式：CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH=41 kJ•mol-1

D.1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和H2O(g)要放出41 kJ的热量

答案　B

解析　从图中数据可以看出：该反应的ΔH<0，为放热反应;CO(g)和H2O(g)所具有的总能量大于CO2(g)和H2(g)所具有的总能量，反应的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41 kJ•mol-1。

练方法技巧

6.下列说法正确的是(　　)

A.反应热就是反应中放出的能量

B.在101 kPa时，1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热

C.由C(石墨)―→C(金刚石)　ΔH=1.9 kJ•mol-1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

答案　D

解析　反应过程中所放出或吸收的热量都是反应热，因此A错;在101 kPa时，1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量叫做该物质的燃烧热，B选项未指明碳完全燃烧生成二氧化碳，是错误的;由C(石墨)―→C(金刚石)　ΔH=1.9 kJ•mol-1可知，金刚石能量高，不稳定;因为硫固体变为硫蒸气要吸热，所以等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多是正确的(相同条件下，同一物质在气态时具有的能量最多，液态时次之，固态时最少，反应放出的热量等于反应物所具有的能量减去生成物所具有的能量，因为生成物是一样的，所以等量的硫蒸气燃烧时放出的热量比硫固体放出的更多)。

7.已知H2(g)+12O2(g)===H2O(g)反应过程中能量变化如图，问：a、b、c分别代表什么意义?该反应是放热反应还是吸热反应，ΔH大于零还是小于零?

答案　a代表旧键断裂吸收的能量，b代表新键生成释放的能量，c代表反应热;该反应为放热反应，ΔH<0。

解析　H2(g)和12O2(g)与2H(g)和O(g)之间的能量差是H2(g)―→2H(g)和12O2(g)―→O(g)过程中断开H—H键和O===O键吸收的能量，故a代表旧键断裂吸收的能量，

b代表2H(g)+O(g)结合成H2O(g)过程中化学键所放出的能量，c代表成键所释放的能量与断键吸收的能量之差;由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量，故该反应为放热反应，ΔH<0。

练综合拓展

8.已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量是________。

答案　436 kJ

解析　因为1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，所以1 mol H2与12 mol O2完全燃烧生成1 mol水蒸气时放出热量242 kJ。而化学反应中之所以存在能量的变化是因为在化学反应过程中存在旧键的断裂与新键的形成，其中旧键的断裂需要吸收能量而新键的形成需要放出能量。发生上述反应H2(g)+12O2(g)===H2O(g)　ΔH=-242 kJ•mol-1时所发生键的变化为断裂1 mol H—H键和12 mol O===O键、形成2 mol O—H键，因此在此反应过程中断裂旧键需要吸收的能量为12×496 kJ+E(H—H)，形成新键释放的能量为2×463 kJ=926 kJ，此反应为放热反应，所以有926 kJ-12×496 kJ-E(H—H)=242 kJ，解得E(H—H)=436 kJ。

9.下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)：

物质 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2

能量(kJ) 243 193 151 432 366 298 436

根据上述数据回答(1)～(5)题。

(1)下列物质本身具有的能量最低的是(　　)

A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2

(2)下列氢化物中，最稳定的是(　　)

A.HCl B.HBr C.HI

(3)X2+H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应?答：____________________。

(4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是__________。

(5)若无上表中的数据，你能正确回答出问题(4)吗?

答：________，你的根据是_______________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)A　(2)A　(3)放热反应　(4)Cl2　(5)能

元素的非金属性越强，生成的氢化物越稳定，反应放出的能量就越多

解析　破坏1 mol物质的化学键时所消耗的能量与相同条件下由形成该物质的原子形成1 mol该物质放出的能量相等，放出的能量越多，物质本身具有的能量越低，分子越稳定。(1)生成1 mol H2时放出的能量最多，为436 kJ;(2)在氢化物中，生成1 mol HCl时放出的能量最多，为432 kJ;(3)分别计算出三个反应放出的热量依次为：185 kJ、103 kJ和9 kJ。

第2课时　热化学方程式

[目标要求]　1.知道热化学方程式的意义。2.会书写热化学方程式。3.能熟练判断热化学方程式的正误。

一、热化学方程式

1.概念

能表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式叫做热化学方程式。

2.表示意义

(1)热化学方程式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热量变化。

(2)热化学方程式中物质的化学计量数，表示实际参加反应的反应物的物质的量和实际生成的生成物的物质的量。

(3)热化学方程式中的反应热与反应物、生成物的物质的量相对应。

3.书写热化学方程式的注意事项

(1)注明物质的聚集状态;

(2)标出对应的反应热;

(3)标明反应所处的外界条件(常温常压时，可不注明)。

知识点一　热化学方程式的概念

1.下列说法正确的是(　　)

A.书写热化学方程式时，只要在化学方程式的右端写上热量的符号和数值即可

B.凡是在加热或点燃条件下进行的反应都是吸热反应

C.表明反应所放出或吸收热量的化学方程式叫做热化学方程式

D.氢气在氧气中燃烧的热化学方程式是2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-483.6 kJ

答案　C

解析　A项，热化学方程式还应注明各物质的聚集状态;B项，放热反应有时在点燃或加热时才能发生;D项，ΔH的单位错误。

2.热化学方程式C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ•mol-1表示(　　)

A.碳和水反应吸收131.3 kJ能量

B.1 mol碳和1 mol水反应生成1 mol一氧化碳和1 mol氢气并吸收131.3 kJ热量

C.1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气并吸收131.3 kJ热量

D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3 kJ

答案　C

解析　依据反应热的概念，表示按照热化学方程式计量数的物质的量反应时吸收或放出的热量，单位是kJ•mol-1，该热化学方程式表示1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气并吸收131.3 kJ的热量，特别要指明水的状态。

知识点二　热化学方程式及其书写的正误判断

3.氢气是人类最理想的能源。已知在25 ℃、101 kPa下，1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量142.9 kJ，则下列热化学方程式书写正确的是(　　)

A.2H2+O2===2H2O; ΔH=142.9 kJ•mol-1

B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l); ΔH=-142.9 kJ•mol-1

C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l); ΔH=-571.6 kJ•mol-1

D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l); ΔH=571.6 kJ•mol-1

答案　C

解析　书写热化学方程式时，要注意反应热的数值与反应物的物质的量和所处的聚集状态有关。A中既没有换算反应热数值又没写物质的聚集状态，反应放热应用“-”表示;B中未换算反应热数值;D中反应热数值正确，符号写反了。

4.已知充分燃烧a g乙炔气体时生成1 mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量b kJ，则下列乙炔燃烧的热化学方程式书写正确的是(　　)

A.2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-4b kJ•mol-1

B.C2H2(g)+52O2(g)===2CO2(g)+H2O(l) ΔH=2b kJ•mol-1

C.2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2b kJ•mol-1

D.2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=b kJ•mol-1

答案　A

解析　乙炔燃烧是放热反应，ΔH<0，则排除B、D两选项;又因反应生成1 mol二氧化碳气体时，放出热量为b kJ，则生成4 mol CO2(g)应放出热量4b kJ，故A正确，C不正确。

5.下列热化学方程式书写正确的是(　　)

A.2SO2+O2 2SO3　 ΔH=-196.6 kJ•mol-1

B.H2(g)+12O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ•mol-1

C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ•mol-1

D.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=393.5 kJ•mol-1

答案　B

解析　书写热化学方程式必须注意以下几点：①要注明反应物和生成物的聚集状态，A错;②放热反应ΔH为“一”，吸热反应ΔH为“+”，D错，③ΔH的单位为kJ•mol-1，C错。

6.0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧，生成固态的三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ热量，其热化学方程式为_____________________________________。

又已知：H2O(l)===H2O(g)　ΔH=44 kJ•mol-1。则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是__________kJ。

答案　B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l)

ΔH=-2 165 kJ•mol-1　1 016.5

解析　1 mol B2H6燃烧放出热量649.5 kJ0.3=2 165 kJ，0.5 mol B2H6燃烧生成液态水(1.5 mol)放出热量为12×2 165 kJ，1.5 mol H2O(l)变为1.5 mol H2O(g)需吸收热量为66 kJ，所以0.5 mol B2H6燃烧生成气态水时放出热量为12×2 165 kJ-1.5×44 kJ=1 016.5 kJ。

练基础落实

1.已知：H2(g)+F2(g)===2HF(g)　ΔH=-270 kJ•mol-1，下列说法正确的是(　　)

A.2 L 氟化氢气体分解成1 L 氢气与1 L 氟气吸收270 kJ热量

B.1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量小于270 kJ

C.在相同条件下，1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和大于2 mol氟化氢气体的能量

D.1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270 kJ热量

答案　C

解析　A项中用L做单位是错误的，因为热化学方程式的化学计量数表示物质的量;B项中放出的热量小于270 kJ是错误的，应大于270 kJ;D项中说几个分子间反应是错误的;C项正确。

2.已知在1.01×105 Pa、298 K条件下，2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ热量，下列热化学方程式正确的是(　　)

A.H2O(g)===H2(g)+12O2(g) ΔH=242 kJ•mol-1

B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-484 kJ•mol-1

C.H2(g)+12O2(g)===H2O(g) ΔH=242 kJ•mol-1

D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=484 kJ•mol-1

答案　A

解析　氢气燃烧是放热反应，其ΔH应为负值，故C、D错误;2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ热量，而B是生成液态水，所以B也是错误的;反应逆向进行，ΔH符号相反，因此A是正确的。

3.已知3.0 g乙烷完全燃烧在常温下放出的热量为155.98 kJ，则下列关于乙烷燃烧热的热化学方程式书写正确的是(　　)

A.2C2H6(g)+7O2(g)===4CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-3 119.6 kJ•mol-1

B.C2H6(g)+52O2(g)===2CO(g)+3H2O(g) ΔH=-1 559.8 kJ•mol-1

C.C2H6(g)+72O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1 559.8 kJ•mol-1

D.C2H6(g)+72O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 559.8 kJ•mol-1

答案　D

解析　A中化学方程式若作为一般的热化学方程式没有问题，但由于燃烧热的热化学方程式应以1 mol物质为基准书写，故不正确，另外，也可能会因审题时未注意常温而错选了C项。而B中燃烧产物CO不是C2H6完全燃烧后的产物，C项错。故正确答案为D。

4.已知：2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ•mol-1

CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ•mol-1

现有H2与CH4的混合气体112 L(标准状况)，使其完全燃烧生成CO2和H2O(l)，若实验测得反应放热3 695 kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是(　　)

A.1∶1 B.1∶3 C.1∶4 D.2∶3

答案　B

解析　设112 L即5 mol混合气体中H2的物质的量为x，则285.8x+890(5-x)=3 695，解得：x=1.25 mol。则n(H2)∶n(CH4)=1.25 mol∶3.75 mol=1∶3。

5.已知热化学方程式：2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH1=-571.6 kJ•mol-1，则关于热化学方程式：2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)　ΔH2=?的说法中正确的是(　　)

A.热化学方程式中化学计量数表示分子数

B.该反应ΔH2大于零

C.该反应的ΔH2=-571.6 kJ•mol-1

D.该反应可表示36 g水分解时的热效应

答案　B

解析　ΔH2与ΔH1符号相反，数值相等，故ΔH2=+571.6 kJ•mol-1;D选项没有指明36 g水的状态，故D项错误。

练方法技巧

6.已知：

(1)H2(g)+12O2(g)===H2O(g)　ΔH1=a kJ•mol-1

(2)2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH2=b kJ•mol-1

(3)H2(g)+12O2(g)===H2O(l)　ΔH3=c kJ•mol-1

(4)2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH4=d kJ•mol-1

下列关系式中正确的是(　　)

A.ad>0 C.2a=b<0 D.2c=d>0

答案　C

解析　抓比较的关键。该反应是放热反应，ΔH<0;(1)与(2)是生成H2O的状态一样，但物质的计量数是2倍关系，2a=b;同理比较(3)、(4)得：2c=d，由于H2O(g)===H2O(l)是放热反应，ΔH<0，故c

7.工业生产硫酸过程中，SO2在接触室中被催化氧化为SO3气体，已知该反应为放热反应。现将2 mol SO2、1 mol O2充入一密闭容器充分反应后，放出热量98.3 kJ，此时测得SO2的转化率为50%，则下列热化学方程式正确的是(　　)

A.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ•mol-1

B.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-98.3 kJ•mol-1

C.SO2(g)+12O2(g) SO3(g) ΔH=98.3 kJ•mol-1

D.SO2(g)+12O2(g) SO3(g) ΔH=-196.6 kJ•mol-1

答案　A

练综合拓展

8.写出下列反应的热化学方程式：

(1)1 mol N2(气态)与适量H2(气态)反应，生成NH3(气态)，放出92.2 kJ的热量

____________________。

(2)1 mol N2(气态)与适量O2(气态)反应，生成NO(气态)，需吸收68 kJ的热量

__________________。

(3)1 mol Cu(固态)与适量O2(气态)反应，生成CuO(固态)，放出157 kJ的热量

____________________。

(4)1 mol C(固态)与适量H2O(气态)反应，生成CO(气态)和H2(气态)，需要吸收131.3 kJ

的热量__________________。

(5)卫星发射时可用肼(N2H4)为燃料，1 mol N2H4(气态)在O2(气态)中燃烧，生成N2(气态)

和H2O(气态)，放出534 kJ的热量____________________。

答案　(1)N2(g)+3H2(g)===2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ•mol-1

(2)N2(g)+O2(g)===2NO(g)　ΔH=68 kJ•mol-1

(3)Cu(s)+12O2(g)===CuO(s)　ΔH=-157 kJ•mol-1

(4)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)　ΔH=131.3 kJ•mol-1

(5)N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-534 kJ•mol-1

9.已知2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ•mol-1

CO(g)+12O2(g)===CO2(g)　ΔH=-283 kJ•mol-1

某H2和CO的混合气体完全燃烧时放出113.76 kJ热量，同时生成3.6 g液态水，则原混合气体中H2和CO的物质的量分别为______________。

答案　0.2 mol、0.2 mol

解析　由题意知：反应生成3.6 g H2O(l)，故H2的物质的量为3.6 g18 g•mol-1=0.2 mol。0.2 mol H2完全燃烧放出的热量为571.6 kJ•mol-12×0.2 mol=57.16 kJ，故CO完全燃烧放出的热量为113.76 kJ-57.16 kJ=56.6 kJ，所以CO的物质的量为56.6 kJ283 kJ•mol-1=0.2 mol。

10.1 mol CH4气体完全燃烧生成CO2和液态水时，放出890 kJ热量，不完全燃烧生成CO和液态水时，放出519 kJ热量。如果1 mol CH4在一定量的氧气中燃烧生成CO、CO2和液态水，并放出797.25 kJ热量，则氧气的质量为________。

答案　60 g

解析　先绘出思维模型图

分清图中各ΔH的意义和量关系

ΔH=-890 kJ•mol-1

ΔH1=-519 kJ•mol-1

ΔH2=-890 kJ•mol-1+519 kJ•mol-1=-471 kJ•mol-1

表示CO完全燃烧产生的反应热ΔH3=-797.25 kJ•mol-1，实际反应热ΔH4=ΔH-ΔH3=-92.75 kJ•mol-1

表示混和气中的CO，若再燃烧产生的反应热。因此ΔH4ΔH2即为混和气中nCOnCH4的比，因为n(CH4)=1 mol，故n(CO)=ΔH4ΔH2=-92.75 kJ•mol-1-471 kJ•mol-1×1 mol=0.25 mol

混和气中n(CO2)=1 mol-0.25 mol=0.75 mol

混和气中n(H2O)=2n(CH4)=2 mol

根据元素守恒：消耗的n(O2)=12n(CO)+n(CO2)+n(H2O)=12×0.25 mol+0.75 mol+12×2 mol=1.875 mol

m(O2)=32 g•mol-1×1.875 mol=60 g。

第3课时　反应热的测量与计算

[目标要求]　1.掌握中和热的测量及计量方法。2.理解盖斯定律的含义。

一、中和热的测定

1.实验原理

在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol_H2O，这时的反应热叫做中和热。本实验通过测定酸碱中和反应前后溶液温度的变化来计算反应过程中所放出的热量，并由此求得中和热。

2.实验仪器及试剂

仪器：大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)、环形玻璃搅拌棒、温度计、量筒(50_mL)两个、碎泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔);

药品：盐酸(0.50 mol•L-1)、氢氧化钠溶液(0.55 mol•L-1)。

3.实验步骤

(1)制作简易的量热器(如图所示)

(2)用量筒准确量取反应溶液，准确测量温度(精确到0.1 ℃)。

(3)将溶液混合反应，记录终止温度。

(4)重复实验步骤(2)～(3)三次。

实验

次数 起始温度t1/℃ 终止温度

t2/℃ 温度差

(t2-t1)/℃

HCl NaOH 平均值

1

2

3

4.实验数据的处理

ΔH=-QnH2O，其中Q=c•m•Δt。

二、盖斯定律

1.内容

不管化学反应是一步完成或分几步完成，其总的热效应是完全相同的。或者说，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。

2.解释

能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的，二者密不可分，但以物质为主。

3.应用

对于进行得很慢的反应，不容易直接发生的反应，产品不纯(即有副反应发生)的反应，测定反应热有困难，如果应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反应热计算出来。

例如：C(s)+12O2(g)===CO(g)

上述反应在O2供应充分时，可燃烧生成CO2;O2供应不充分时，虽可生成CO，但同时还部分生成CO2。因此该反应的ΔH无法测定，但是下述两个反应的ΔH却可以直接测得：

(1)C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ•mol-1

(2)CO(g)+12O2(g)===CO2(g)　ΔH2=-283.0 kJ•mol-1

根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的ΔH。

分析上述两个反应的关系，即知：ΔH=ΔH1-ΔH2。

则C(s)与O2(g)生成CO(g)的热化学方程式为C(s)+12O2(g)===CO(g)　ΔH=-110.5 kJ•mol-1。

三、反应热的计算

1.反应热计算的主要依据是

热化学方程式、盖斯定律及反应过程的焓变等数据。

2.反应热的计算方法

(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ΔH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ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式。

知识点一　中和热的测定

1.在一800 mL的大烧杯中放入碎纸屑，把盛有50 mL 0.50 mol•L-1盐酸的200 mL烧杯放到大烧杯中，两只烧杯间填满碎纸屑。用泡沫塑料板做成大烧杯盖，通过盖子插入一根玻璃搅拌棒(末端呈半圆环的玻璃棒)和一只温度计，测定溶液的温度。迅速往盐酸溶液中加入50 mL 0.55 mol•L-1烧碱溶液，盖好，搅拌溶液，观察温度的变化。当温度保持稳定时，记录读数，取出装反应液的烧杯，倒出溶液，清洗干净，保持内外杯壁干燥。重复进行三次实验。用这一实验可以粗略测定中和热。

(1)烧杯间填满碎纸屑的作用是

________________________________________________________________________。

(2)要重复进行三次实验的目的是

________________________________________________________________________。

(3)烧杯如果不盖泡沫塑料板，所求得的中和热数值将________(填“偏大”、“偏小”或

“无影响”)。

(4)实验中若改用60 mL 0.50 mol•L-1盐酸和50 mL 0.55 mol•L-1烧碱溶液进行上述反应，与上述实验相比，所放出的热量________(填“相等”或“不相等”)，所求中和热________(填“相等”或“不相等”)，理由是_______________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)三次平行操作测得的数据中，起始时盐酸与烧碱溶液温度相同，而终止温度与起始温度之差(t2-t1)分别为①2.3 ℃，②2.4 ℃，③2.9 ℃，则最终代入计算式的温度差的平均值为________ ℃。

答案　(1)保温、隔热，减少实验过程中热量的损失

(2)减少实验过程中的误差

(3)偏小

(4)不相等　相等　因为60 mL 0.50 mol•L-1盐酸和50 mL 0.55 mol•L-1烧碱溶液反应能生成0.027 5 mol H2O，而50 mL 0.50 mol•L-1盐酸与50 mL 0.55 mol•L-1烧碱溶液反应只能生成0.025 mol H2O，因此所放出的热量不同。但中和热是指酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时所放出的热量，与酸、碱的用量无关，因此所求中和热相等

(5)2.35

解析　解答本题，首先要明确实验的原理、“量热器”的组成以及造成实验误差的原因，然后按实验步骤进行分析和判断。

(1)碎纸屑的作用为减少实验过程中的热量损失。

(2)重复实验的目的是减少实验误差。

(3)不盖泡沫塑料板会损失部分热量，故所测结果将偏小。

(4)由中和热概念可知，中和热是以生成1 mol水为标准的，而与酸、碱的用量无关。

(5)所测温度2.9 ℃显然是错误的，代入计算式的温度应是①与②的平均值。

2.H2SO4溶液和KOH溶液反应时有热量放出，并已知反应物的总能量为E1，生成物的总能量为E2。试回答下列问题：

(1)用离子方程式表示中和反应的实质：

________________________________________________________________________。

(2)判断E1和E2的大小关系：E1________E2。

(3)已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ•mol-1，计算下列中和反应中放出的热量。

①用20 g NaOH配成稀溶液跟足量的稀盐酸反应，能放出________ kJ的热量。

②用0.15 mol Ba(OH)2配成稀溶液跟足量的稀硝酸反应，能放出________kJ的热量。

答案　(1)H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)

(2)>　(3)①28.65　②17.19

知识点二　盖斯定律

3.已知298 K、101 kPa条件下：

①4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-2834.9 kJ•mol-1

②4Al(s)+2O3(g)===2Al2O3(s) ΔH=-3 119.1 kJ•mol-1

由此得出的正确结论是(　　)

A.等质量的O2比O3能量低，由O2变为O3为吸热反应

B.等质量的O2比O3能量低，由O2变为O3为放热反应

C.O3比O2稳定，由O2变为O3为吸热反应

D.O2比O3稳定，由O2变为O3为放热反应

答案　A

解析　据盖斯定律，①式-②式得：3O2(g)===2O3(g)　ΔH=284.2 kJ•mol-1

即等质量的O2比O3能量低，O2比O3稳定，由O2变为O3为吸热反应。

4.已知：H2O(g)===H2O(l)　ΔH=Q1 kJ•mol-1

C2H5OH(g)===C2H5OH(l)　ΔH=Q2 kJ•mol-1

C2H5OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=Q3 kJ•mol-1

若使46 g酒精液体完全燃烧，最后恢复到室温，则放出的热量为(　　)

A.(Q1+Q2+Q3) kJ

B.0.5(Q1+Q2+Q3) kJ

C.(0.5Q1-1.5Q2+0.5Q3) kJ

D.(3Q1-Q2+Q3) kJ

答案　D

解析　46 g酒精即1 mol C2H5OH(l)

根据题意写出目标反应

C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH

然后确定题中各反应与目标反应的关系

则ΔH=(Q3-Q2+3Q1) kJ•mol-1

5.科学家盖斯曾提出“不管化学过程是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的。”利用盖斯定律可测某些特别反应的热效应。

①P4(s，白磷)+5O2(g)===P4O10(s)

ΔH1=-2 983.2 kJ•mol-1

②P(s，红磷)+54O2(g)===14P4O10(s)

ΔH2=-738.5 kJ•mol-1

则白磷转化为红磷的热化学方程式为_____________________________________。

答案　P4(s，白磷)===4P(s，红磷)　ΔH=-29.2 kJ•mol-1

解析　方法一：待求的方程式：P4s，白磷===4Ps，红磷

――→由①-4×②得到热化学方程式P4s，白磷===4Ps，红磷ΔH=-29.2 kJ•mol-1

方法二：

知识点三　反应热计算

6.由氢气和氧气反应生成4.5 g水蒸气放出60.45 kJ的热量，则反应：2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)的ΔH为(　　)

A.-483.6 kJ•mol-1 B.-241.8 kJ•mol-1

C.-120.6 kJ•mol-1 D.241.8 kJ•mol-1

答案　A

解析　要求方程式中生成2 mol H2O(g)的ΔH，已知4.5 g水蒸气生成时放热60.45 kJ，

比例关系：4.5 g241.8 g•mol-1=60.45 kJQ

解得Q=483.6 kJ，故ΔH=-483.6 kJ•mol-1。

7.已知：

2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)

ΔH=-571.6 kJ•mol-1

CO(g)+12O2(g)===CO2(g)

ΔH=-282.8 kJ•mol-1

现有CO、H2、CO2组成的混合气体67.2 L(标准状况)，经完全燃烧后放出的总热量为710.0 kJ，并生成18 g液态水，则燃烧前混合气体中CO的体积分数为(　　)

A.80% B.50% C.60% D.20%

答案　B

解析　根据生成18 g液态H2O知混合气体中含1 mol H2，该反应产生的热量为571.62 kJ=285.8 kJ。CO燃烧放出的热量为710.0 kJ-285.8 kJ=424.2 kJ，则CO的物质的量为n(CO)=424.2 kJ282.8 kJ•mol-1=1.5 mol，V(CO)%=1.5 mol×22.4 L/mol67.2 L×100%=50%。

练基础落实

1.下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是(　　)

A.生成物总能量一定低于反应物总能量

B.放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率

C.应用盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应焓变

D.同温同压下，H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同

答案　C

解析　放热反应生成物总能量低于反应物总能量，吸热反应生成物总能量高于反应物总能量，A错误;化学反应的速率与反应物本身的性质、温度、压强、浓度、催化剂等因素有关，与吸热、放热反应无关，B错误;通过盖斯定律可以间接测量某些难以直接测量的反应的焓变，C正确;同温同压下，H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应条件不会影响ΔH的值，D错误。

2.含有11.2 g KOH的稀溶液与1 L 0.1 mol•L-1的H2SO4溶液反应，放出11.46 kJ的热量，能表示该反应中和热的化学方程式的为(　　)

A.KOH(aq)+12H2SO4(aq)===12K2SO4(aq)+H2O(l)　ΔH=-11.46 kJ•mol-1

B.2KOH(aq)+H2SO4(aq)===K2SO4(aq)+2H2O(l)　ΔH=-11.46 kJ•mol-1

C.2KOH(aq)+H2SO4(aq)===K2SO4(aq)+2H2O(l)　ΔH=-114.6 kJ•mol-1

D.KOH(aq)+12H2SO4(aq)===12K2SO4(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ•mol-1

答案　D

解析　中和热是以生成1 mol H2O(l)所放出的热量来定义的，故书写中和热的热化学方程式时，应以生成1 mol H2O(l)为标准来配平其余物质的化学计量数，故答案为D。

3.在一定条件下，充分燃烧一定量的丁烷放出热量为Q kJ(Q>0)，经测定完全吸收生成的CO2需消耗 5 mol•L-1的KOH溶液100 mL，恰好生成正盐，则此条件下反应C4H10(g)+132O2(g)===4CO2(g)+5H2O(g)的ΔH为(　　)

A.+8Q kJ•mol-1 B.+16Q kJ•mol-1

C.-8Q kJ•mol-1 D.-16Q kJ•mol-1

答案　D

解析　建立关系式：

C4H10　～　4CO2　～　8KOH　　～　　ΔH

1 mol 4 mol 8 mol ΔH

5 mol•L-1×0.1 L QkJ

则ΔH=-8 mol×Q kJ•mol-10.5 mol=-16Q kJ•mol-1

4.已知：(1)Fe2O3(s) +32C(s)===32CO2(g)+2Fe(s)　ΔH1=+234.1 kJ•mol-1

(2)C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH2=-393.5 kJ•mol-1

则2Fe(s)+32O2(g)===Fe2O3(s) 的ΔH是(　　)

A.-824.4 kJ•mol-1 B.-627.6 kJ•mol-1

C.-744.7 kJ•mol-1 D.-169.4 kJ•mol-1

答案　A

解析　32×(2)-(1)就可得2Fe(s)+32O2(g)===Fe2O3(s)，则ΔH=32ΔH2-ΔH1=-824.4 kJ•mol-1。

5.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•mol-1、-282.5 kJ•mol-1、-726.7 kJ•mol-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•mol-1

B.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l) ΔH=127.4 kJ•mol-1

C.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH=-127.4 kJ•mol-1

D.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH=127.4 kJ•mol-1

答案　A

解析　根据目标反应与三种反应热的关系，利用盖斯定律，首先计算出目标反应的反应热ΔH=2×(-285.8 kJ•mol-1)+(-282.5 kJ•mol-1)-(-726.7 kJ•mol-1)=-127.4 kJ•mol-1。

练方法技巧

6.将V1 mL 1.00 mol/L HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2=50 mL)。下列叙述正确的是(　　)

A.做该实验时环境温度为22 ℃

B.该实验表明化学能可以转化为热能

C.NaOH溶液的浓度约为1.00 mol•L-1

D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应

答案　B

解析　从图中曲线可以看出，温度为22 ℃时，V1为5 mL，则V2为45 mL，此时已经开始发生反应，所以22℃一定不是室温，A错;曲线随V1增多而升高，随反应的进行，溶液温度升高，说明反应放热，化学能转化为热能，B正确;当V1=30 mL时温度最高，说明此时两者恰好完全反应，则c(NaOH)=30 mL×1.00 mol•L-120 mL=1.5 mol•L-1，C错;该实验不能证明有水生成的其他反应也是放热的。

7.已知下列热化学方程式：

①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH1=-26.7 kJ•mol-1

②3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH2=-50.75 kJ•mol-1

③Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH3=-36.5 kJ•mol-1

则反应FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g)的焓变为(　　)

A.7.28 kJ•mol-1 B.-7.28 kJ•mol-1

C.43.68 kJ•mol-1 D.-43.68 kJ•mol-1

解析　根据盖斯定律，首先考虑目标反应与三个已知反应的关系，三个反应中，FeO、CO、Fe、CO2是要保留的，而与这四种物质无关的Fe2O3、Fe3O4要通过方程式的叠加处理予以消去：因此将①×3-②-③×2得到：

6FeO(s)+6CO(g)=6Fe(s)+6CO2(g) ΔH=43.65 kJ•mol-1

化简：FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) ΔH=7.28 kJ•mol-1

答案　A

8.比较下列各组热化学方程式中ΔH的大小关系。

(1)S(s)+O2(g)===SO2(g)　ΔH1

S(g)+O2(g)===SO2(g)　ΔH2

ΔH1______ΔH2

(2)CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1

CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2

ΔH1______ΔH2

(3)煤作为燃料有两种途径：

途径1——直接燃烧

C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH1<0

途径2——先制水煤气

C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)　ΔH2>0

再燃烧水煤气：

2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)　ΔH3<0

2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH4<0

ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的关系式是_________________________________________。

答案　(1)>　(2)<

(3)ΔH1=ΔH2+12(ΔH3+ΔH4)

解析　①反应热的大小与反应物、生成物的状态有关，与反应物的多少有关。

②比较ΔH时，应包括符号，对于放热反应，热值越大，ΔH越小。

练综合拓展

9.(1)已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ•mol-1。回答有关中和反应的问题。

(1)用0.1 mol Ba(OH)2配成稀溶液与足量稀硝酸反应，能放出________kJ热量。

(2)如图装置中仪器A的名称是_____________________________________________，

作用是_______________________________________________________________;

仪器B的名称是________，作用是__________________________________________;

碎泡沫塑料的作用是_______________________________________________________。

(3)若通过实验测定中和热的ΔH，其结果常常大于-57.3 kJ•mol-1，其原因可能是________________________________________________________________________。

(4)用相同浓度和体积的氨水(NH3•H2O)代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会________(填“偏大”、“偏小”、“无影响”)。

答案　(1)11.46

(2)环形玻璃搅拌棒　搅拌，使溶液充分混合　温度计　测量温度　减少实验过程中的热量损失

(3)实验中不可避免有少量热量损失　(4)偏小

解析　(1)根据中和热的含义：H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)

ΔH=-57.3 kJ•mol-1，所以0.1 mol Ba(OH)2稀溶液与足量稀硝酸反应时生成0.2 mol H2O(l)，故放出热量为11.46 kJ。

(2)由实验装置知，A为环形玻璃搅拌棒，作用是搅拌，使溶液充分混合;B为温度计，作用是测量温度;碎泡沫塑料的作用是减少实验过程中的热量损失。

(3)在测定中和热的实验中，减少热量损失是实验的关键，而在实验中会不可避免有少量热量损失，导致结果常常大于-57.3 kJ•mol-1。

(4)用氨水代替NaOH(aq)，会使测得的中和热数值偏小，因为氨水(NH3•H2O)是弱电解质，电离时需吸收热量。

10.(10分)将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要化学反应为C(s)+H2O(g)=====高温CO(g)+H2(g)。

C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式分别为

C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH=-393.5 kJ•mol-1

H2(g)+1/2O2(g)===H2O(g)　ΔH2=-242.0 kJ•mol-1

CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)　ΔH3=-283.0 kJ•mol-1

请回答：

(1)请你根据以上数据，写出C(s)与水蒸气反应生成CO和H2的热化学方程式：________________________________________________________________________。

(2)比较反应热数据可知，1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃烧放出的热量之和，比1 mol C(s)完全燃烧放出的热量________(填“多”或“少”)。

甲同学据此认为：“煤炭燃烧时加少量水，可以使煤炭燃烧放出更多的热量。”

乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图：

Cs+H2Og+O2g――→ΔH1CO2g+H2Og

ΔH2　　　　　　　 　ΔH4

COg+O2g+H2g――→ΔH3COg+H2Og+12O2g

乙同学据此认为：“将煤转化为水煤气再燃烧放出的热量，最多与直接燃烧煤放出的热量相同。”请分析：甲、乙两同学观点正确的是________(填“甲”或“乙”)同学，另一同学出现错误观点的原因是________________________________________。

答案　(1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)

ΔH=131.5 kJ•mol-1

(2)多　ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH4　乙　甲同学忽视了生成水煤气的反应为吸热反应

解析　(2)由于C(s)与水蒸气反应要吸热，所以1 mol CO和1 mol H2的能量比1 mol C(s)和1 mol H2O(g)的能量多，燃烧后放出的能量同样也多;反应的总能量是守恒的，所以甲同学的说法不正确的，原因是他忽视了反应C(s)+H2O(g)=====高温CO(g)+H2(g)为吸热反应，已经从环境中吸收了能量，而能量在转化过程中往往会有损失，所以乙同学说得对，即使没有损失也只能与直接燃烧煤放出的热量相同。

第4课时　能源的充分利用

[目标要求]　1.理解燃烧热的概念。2.了解化学在解决能源危机中的重要作用，知道节约能源、提高能量利用率的实际意义。

一、燃烧热

1.概念

101_kPa时，1_mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热，单位kJ•mol-1。

2.燃烧热与中和热的重要区别

(1)反应环境的区别：燃烧热必须是燃烧反应而且是完全燃烧，有O2参加;而中和热是稀溶液中的酸碱中和反应。

(2)反应实质不同：燃烧反应是氧化还原反应;中和反应是复分解反应。

(3)规定物质不同：燃烧热是1 mol纯物质被燃烧;中和热是生成1_mol_H2O。

二、能源

1.能源是能提供能量的资源，它包括化石燃料(煤、石油、天然气)、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。

2.解决能源危机的方法

(1)科学地控制燃烧反应，使燃料充分燃烧，提高能源的使用效率。

(2)寻找新的能源，现正探索的新能源有太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能等，它们资源丰富，可以再生，没有污染或很少有污染。

知识点一　燃烧热

1.下列关于燃烧热的说法中正确的是(　　)

A.1 mol物质燃烧所放出的热量

B.常温下，可燃物燃烧放出的热量

C.在25 ℃、1.01×105 Pa时，1 mol物质燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量

D.燃烧热随化学方程式前的化学计量数的改变而改变

答案　C

2.下列热化学方程式中ΔH的数值表示可燃物燃烧热的是(　　)

A.CO(g)+12O2(g)===CO2(g)　ΔH=-283 kJ•mol-1

B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802.3 kJ•mol-1

C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ•mol-1

D.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-184.6 kJ•mol-1

答案　A

解析　根据燃烧热的概念知应是1 mol燃料生成常温常压下稳定的氧化物，H2O在上述情况下液态稳定。

3.已知H2的燃烧热为-285.8 kJ•mol-1，CO的燃烧热为-282.8 kJ•mol-1;现有H2和CO组成的混合气体 5.6 L(标准状况)，经充分燃烧后，放出总热量为71.15 kJ，并生成液态水。下列说法正确的是(　　)

A.CO燃烧的热化学方程式为2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)　ΔH=-282.8 kJ•mol-1

B.H2燃烧的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH=-571.6 kJ•mol-1

C.燃烧前混合气体中CO的体积分数为60%

D.燃烧后的产物全部与足量的过氧化钠作用可产生0.125 mol O2

答案　D

解析　根据H2、CO的燃烧热数据判断

A项：ΔH应为-565.6 kJ•mol-1，A项错;

B项：应为液态水，B项错;

C项：CO的体积应进行计算。

设H2、CO物质的量分别为x、y

则x+y=5.6 L22.4 L•mol-1=0.25 mol①

H2燃烧放热为285.8x kJ，CO燃烧放热为282.8y kJ

则：285.8 x+282.8y=71.15 kJ②

解①②联立方程得x=0.15 mol，y=0.1 mol

故CO的体积分数为40%，C选项错。

根据元素守恒H2、CO燃烧后生成H2O、CO2，与燃烧前H2、CO总物质的量相等，与Na2O2反应生成的O2是H2O和CO2总物质的量的一半。

知识点二　能源

4.关于能源，以下说法中不正确的是(　　)

A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源都可追溯到太阳能

B.柴草燃烧时释放的能量是生物能

C.核能和地热能来自地球自身

D.潮汐能来源于月球引力做功

答案　B

解析　B选项中，柴草燃烧是剧烈的氧化反应，燃烧时化学能转变为热能，而柴草具有的化学能的最初来源也可追溯到太阳能，因为绿色植物的生长过程必须依靠阳光，通过光合作用，叶绿素将H2O和CO2制成淀粉，在此过程中，太阳能转化成化学能贮存在植物中，通过燃烧，又释放出来。故B选项错误。

5.形成节约能源和保护生态环境的产业结构是人类与自然和谐发展的重要保证，你认为下列行为中有悖于这一保证的是(　　)

A.开发太阳能、水能、风能等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料

B.研究采煤、采油新技术，提高产量以满足工业生产的快速发展

C.在农村推广使用沼气

D.减少资源消耗、增加资源的重复使用和资源的循环再生

答案　B

练基础落实

1.根据以下3个热化学方程式

2H2S(g)+3O2(g)===2SO2(g)+2H2O(l) ΔH=-Q1 kJ•mol-1

2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(l) ΔH=-Q2 kJ•mol-1

2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(g) ΔH=-Q3kJ•mol-1

判断Q1、Q2、Q3三者关系正确的是(　　)

A.Q1>Q2>Q3 B.Q1>Q3>Q2 C.Q3>Q2>Q1 D.Q2>Q1>Q3

答案　A

2.已知化学反应：C(s)+1/2O2(g)===CO(g)　ΔH1<0

CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)　ΔH2<0

C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH3<0;

下列说法正确的是(相同条件下)(　　)

A.56 g CO和32 g O2所具有的总能量小于88 g CO2所具有的总能量

B.碳的燃烧热是ΔH3

C.ΔH1<ΔH3

D.28 g CO的总能量比44 g CO2的总能量高

答案　B

解析　CO燃烧是放热反应，反应物总能量高于生成物总能量，A错;D选项中忽略了O2的能量，D错;比较ΔH时必须带符号比较，C错。

3.已知反应：①101 kPa时，2C(s)+O2(g)===2CO(g)　ΔH=-221 kJ•mol-1;②稀溶液中，H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ•mol-1，下列结论正确的是(　　)

A.碳的燃烧热大于110.5 kJ•mol-1

B.①的反应热为221 kJ•mol-1

C.稀H2SO4与稀NaOH溶液反应的中和热为-57.3 kJ•mol-1

D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水，放出57.3 kJ•mol-1的热量

答案　A

4.下列叙述中正确的是(　　)

A.在稀溶液中，1 mol酸和1 mol碱完全反应所放出的热量，叫做中和热

B.在101 kPa时，1 mol物质燃烧时所放出的热量叫做该物质的燃烧热

C.热化学方程式中，各物质前的化学计量数不表示分子个数

D.如果反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，则发生的反应是放热反应

答案　C

解析　A、B两项要注意对中和热、燃烧热概念的理解，前者是以稀的强酸、强碱反应生成1 mol H2O为标准，后者是以1 mol纯可燃物完全燃烧，生成稳定的氧化物为标准;D项中反应物总能量低于生成物总能量，反应过程中需吸收能量，即为吸热反应。

5.下列说法或表示法不正确的是(　　)

A.等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出热量多

B.已知2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ•mol-1，则H2的燃烧热为-285.8 kJ•mol-1

C.在稀溶液中：H++OH-===H2O　ΔH=-57.3 kJ•mol-1，若将含1 mol CH3COOH的醋酸溶液与含1 mol Ba(OH)2的溶液混合，放出的热量小于57.3 kJ

D.在101 kPa、25 ℃时，2 g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式表示为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=+285.8 kJ•mol-1

答案　D

6.甲醇属于可再生能源，可代替汽油作为汽车的燃料。已知常温下32 g甲醇完全燃烧放出736.3 kJ的热量，下列能正确表示甲醇燃烧热的热化学方程式的是(　　)

A.CH3OH(l)+32O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=736.3 kJ•mol-1

B.CH3OH(l)+32O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-736.3 kJ•mol-1

C.CH3OH(l)+32O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-675.3 kJ•mol-1

D.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1 472.6 kJ•mol-1

答案　B

解析　燃烧为放热反应，ΔH<0，A选项不正确;燃烧热表示1 mol纯物质燃烧放出的热量，D选项不正确;生成稳定氧化物，C选项H2O(g)不符合题意。

练方法技巧

7.燃烧热是指1 mol可燃物充分燃烧生成稳定氧化物时放出的热量。已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是-285.8 kJ•mol-1、-1 411.0 kJ•mol-1和-1 366.8 kJ•mol-1，则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的ΔH为(　　)

A.-44.2 kJ•mol-1 B.44.2 kJ•mol-1

C.-330 kJ•mol-1 D.330 kJ•mol-1

答案　A

解析　解决本题要抓住两点：燃烧热的意义和盖斯定律。合理运用热化学方程式的加减进行计算，注意改变反应方向时相应的反应热的符号也要改变。

依据题意：①H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) 　ΔH=-285.8 kJ•mol-1，

②C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l) 　ΔH=-1 411.0 kJ•mol-1，

③C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) 　ΔH=-1 366.8 kJ•mol-1，

则后两个方程式相减，便得到

C2H4(g)+H2O(l)===C2H5OH(l) ΔH=-44.2 kJ•mol-1。

8.一些烷烃的燃烧热如下表：

化合物 ΔH/(kJ•mol-1) 化合物 ΔH/(kJ•mol-1)

甲烷 -891.0 正丁烷 -2 878.0

乙烷 -1 560.8 异丁烷 -2 869.6

丙烷 -2 221.5 2­甲基丁烷 -3 531.3

下列说法正确的是(　　)

A.正戊烷的燃烧热大约是-3 540 kJ•mol-1

B.热稳定性：正丁烷>异丁烷

C.乙烷燃烧的热化学方程式为

2C2H6(g)+7O2(g)===4CO2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 560.8 kJ•mol-1

D.相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多

答案　A

解析　由正丁烷和异丁烷的燃烧热数据可推出正戊烷比2­甲基丁烷的燃烧热略大些，A正确;正丁烷和异丁烷燃烧生成等量的相同的物质，即生成新化学键时所放出的热量相等，1 mol正丁烷完全燃烧放出的热量比1 mol异丁烷完全燃烧放出的热量多，即1 mol正丁烷与O2反应时断键所吸收的能量比1 mol异丁烷与O2反应时断键所吸收的能量少，从而说明正丁烷的热稳定性小于异丁烷;C项中的ΔH=-3 121.6 kJ•mol-1 且H2O应为液态;D项1 g CH4燃烧放出55.69 kJ的热量，1 g C2H6燃烧放出52.03 kJ的热量，D项错误。

9.在25°C、101 kPa下，1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ，下列热化学方程式正确的是(　　)

A.CH3OH(l)+32O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=725.8 kJ•mol-1

B.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1 452 kJ•mol-1

C.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-725.8 kJ•mol-1

D.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=1 452 kJ•mol-1

答案　B

解析　本题考查热化学方程式的书写及有关的计算。因1 mol甲醇燃烧生成CO2和液态水，放出22.68 kJ•g-1×32 g=725.8 kJ热量，所以2 mol甲醇燃烧生成CO2和液态水的ΔH=-1 452 kJ•mol-1。

练综合拓展

10.(1)在101 kPa时，H2在1 mol O2中完全燃烧生成2 mol液态水，放出571.6 kJ的热量，H2的燃烧热为________，表示H2燃烧热的热化学方程式为___________________。

(2)1.00 L 1.00 mol•L-1硫酸与2.00 L 1.00 mol•L-1 NaOH溶液完全反应，放出114.6 kJ的

热量，该反应的中和热为____________，表示其中和热的热化学方程式为____________。

答案　(1)-285.8 kJ•mol-1　H2(g)+12O2(g)===H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ•mol-1

(2)-57.3 kJ•mol-1　12H2SO4(aq)+NaOH(aq)===

12Na2SO4(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ•mol-1

点拨　抓概念要点：燃烧热含义，中和热含义，1 mol，稳定氧化物等关键词。

11.(1)在101 kPa时，4.0 g硫粉在氧气中完全燃烧生成二氧化硫，放出27 kJ的热量，硫的燃烧热为________，硫燃烧的热化学方程式为________________________________。

(2)在101 kPa时，氢气在1.0 mol氧气中完全燃烧，生成2.0 mol液态水，放出571.6 kJ的热量，氢气的燃烧热为________，表示氢气燃烧热的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

答案　(1)-216 kJ•mol-1　S(s)+O2(g)===SO2(g);　ΔH=-216 kJ•mol-1

(2)-285.8 kJ•mol-1　H2(g)+12O2(g)===H2O(l);　ΔH=-285.8 kJ•mol-1

解析　(1)4.0 g硫粉的物质的量为18 mol，在O2中完全燃烧时放出27 kJ的热量，1 mol硫在O2中完全燃烧时放出的热量为27 kJ•mol-1×8 mol=216 kJ，故硫的燃烧热为216 kJ•mol-1，硫燃烧的热化学方程式为S(s)+O2(g)===SO2(g)　ΔH=-216 kJ•mol-1。(2)1 mol H2在O2中完全燃烧时，消耗O2的物质的量为12 mol，故H2的燃烧热为571.62 kJ•mol-1=285.8 kJ•mol-1，表示H2燃烧热的热化学方程式为H2(g)+12O2(g)===H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ•mol-1。

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