人教版 选择性必修1 化学反应原理 第2课时 热化学方程式、燃烧热(01).DOCX
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1、第第 2 课时课时热化学方程式、燃烧热热化学方程式、燃烧热 【课程标准要求】 1.认识化学能与热能的相互转化,能量的转化遵循能量守恒定律。 2.能用热化学方程式表示反应中的能量变化。 3.能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。 一、热化学方程式 1.概念与意义 (1)概念:表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式。 (2)意义: 不仅表明化学反应中的物质变化,还表明能量变化。 例如: H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H184.6 kJ/mol, 表明在 25 、 101 kPa 下, 1 mol 气态 H2与 1 mol 气态氯气反应生成 2 mol 气态 HCl 时,放出 184.6_k
2、J 的 热量。 2.书写方法 (1)写出符合质量守恒定律的化学方程式 热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数, 只表示物质的量, 因此, 它可以用整数或分数表示。 (2)注明反应物或生成物的聚集状态,物质的聚集状态不同时,它们所具有的内能 也不同。书写时气体用 g 表示,液体用 l 表示,固体用 s 表示,溶液用 aq 表示。 (3)用H 表示化学反应放出或吸收的热量 放热反应的H 为,吸热反应的H 为,H 的常用单位是 kJ/mol,且H 必 须与化学方程式一一对应。 (4)注明反应时的温度和压强 反应时的温度和压强不同,其H 不同,但常用H 的数据,一般都是 25 、101 kP
3、a 时进行反应的数据,可以不注明。 (5)示例:在 25 101 kPa 下,1 mol 气态氢气与 0.5 mol 气态氧气反应生成 1 mol 液态水时,放出 285.8 kJ 的热量,则反应的热化学方程式为: H2(g) 1 2O 2(g)=H2O(l)_H285.8_kJ/mol。 【微自测】 1.燃烧 1 g 乙炔(C2H2)气体生成二氧化碳和液态水,放出 50 kJ 的热量,则下列热 化学方程式正确的是() A.2C2H2(g)5O2(g)=4CO2(g)2H2O(l) H50 kJ/mol B.C2H2(g)5 2O 2(g)=2CO2(g)H2O(l) H1 300 kJ C.
4、2C2H25O2=4CO22H2O H2 600 kJ/mol D.2C2H2(g)5O2(g)=4CO2(g)2H2O(l) H2 600 kJ/mol 答案D 解析1 g 乙炔的物质的量为 1 g 26 gmol 1 1 26 mol,则 2 mol 乙炔完全燃烧生成 CO2(g)和 H2O(l)放出的热量为 50 kJ2 mol 1 26 mol2 600 kJ。A 项中H 的符号 与数值均错误;B 项中H 的单位错误;C 项中未注明各物质的聚集状态。 二、燃烧热 【微自测】 2.判断下列说法的正误(正确的打“”,错误的打“”) (1)1 mol 可燃物完全燃烧放出的热量就是该物质的燃烧
5、热() (2)25 101 kPa 下,1 mol 氢气完全燃烧生成水蒸气时,放出 241.9 kJ 的热量, 则氢气燃烧热为 241.9 kJ/mol() (3)已知甲烷的燃烧热为 890 kJ/mol,则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为 CH4(g) 3 2O 2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890 kJ/mol() (4)金刚石和石墨都是碳的单质,二者的燃烧热相等() 3.已知 CO、C2H5OH(l)的燃烧热分别是 283 kJ/mol 和 1 366.8 kJ/mol。试分别写出 表示 CO、C2H5OH(l)燃烧热的热化学方程式。 答案CO(g)1 2O 2(g)=CO2(g)
6、H283 kJ/mol C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H1 366.8 kJ/mol 一、热化学方程式的书写与判断一、热化学方程式的书写与判断 【活动探究】 氢气作为能源,越来越受到人们的关注。氢气本身无毒,完全燃烧放出的热量约 为同质量甲烷的两倍多(液氢完全燃烧约为同质量汽油的 3 倍),且燃烧后的产物 是水,不污染空气。所以,它被认为是理想的清洁、高能燃料。 25 和 101 kPa 下,H2(g)与 O2(g)完全反应生成水的热化学方程式如下: 2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H483.6 kJ/mol 2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571
7、.6 kJ/mo l 1.对比上面、两个热化学方程式,为什么产物都是 2 mol H2O,而放出的热量 却不相同? 提示:两个热化学方程式中 H2O 的聚集状态不同,其内能不同,尽管产物都是 2 mol H2O,但放出的热量不同。所以热化学方程式中要注明物质的聚集状态。 2.分析 H2(g)1 2O 2(g)=H2O(g)H241.8 kJ/mol 热化学方程式中化学计量 数是否表示分子数目? 提示:热化学方程式中物质的化学计量数只表示参加反应的各物质的物质的量, 不表示具体的分子数目,故可以是整数,也可以是分数。 3.将热化学方程式:H2(g)1 2O 2(g)=H2O(l)H285.8 k
8、J/mol 与热化学方程 式相比较,热化学方程式中化学计量数的变化对H 有何影响? 提示:热化学方程式中化学计量数扩大 n 倍,H 的数值也相应地扩大 n 倍。 4.将热化学方程式: 2H2O(g)=2H2(g)O2(g)H483.6 kJ/mol 与热化学方程 式相比较,化学反应进行的方向与H 有什么关系? 提示:正、逆反应H 的数值相同,符号相反。 【核心归纳】 1.热化学方程式的书写“四步骤” 2.热化学方程式的正误判断“六角度” 【实践应用】 1.热化学方程式 C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H131.3 kJ/mol 表示() A.碳和水反应吸收 131.3 kJ 的热量
9、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,吸收 热量 131.3 kJ D.1 个固态碳原子和 1 分子水蒸气反应吸收热量 131.3 kJ 答案C 解析反应热表示反应物按照热化学方程式中化学计量数的物质的量反应时,吸 收或放出的热量,单位是 kJ/mol,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。 2.航天
10、燃料从液态变为固态,是一项重大的技术突破。铍是高效率的火箭燃料, 燃烧时放出巨大的能量,已知 1 kg 金属铍完全燃烧放出的热量为 62 700 kJ。则铍 燃烧的热化学方程式正确的是() A.Be1 2O 2=BeOH564.3 kJ/mol B.Be(s)1 2O 2(g)=BeO(s)H564.3 kJ/mol C.Be(s)1 2O 2(g)=BeO(s)H564.3 kJ/mol D.Be(s)1 2O 2(g)=BeO(g)H564.3 kJ/mol 答案C 解析1 kg Be 的物质的量为 1 000 g 9 gmol 11 000 9 mol, 又因为 1 kg Be 完全燃烧
11、放出 的热量为 62 700 kJ,则 1 mol Be 完全燃烧放出的热量为62 700 1 000 9 kJ564.3 kJ,Be 与 O2反应生成 BeO 固体,则其热化学方程式为 Be(s)1 2O 2(g)=BeO(s)H 564.3 kJ/mol。 3.根据下列图示,写出反应的热化学方程式。 图:_; 图:_。 答案CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H41 kJ/mol CO2(g)H2(g)=CO(g)H2O(g)H41 kJ/mol 二、燃烧热二、燃烧热 【核心归纳】 1.对燃烧热的理解 (1)反应条件:25 和 101 kPa(书中给出的燃烧热数值均为此条件下测得
12、)。 (2)物质的燃烧热要求的是纯物质。 (3)“完全燃烧生成指定产物”是指单质或化合物燃烧后变为最稳定的物质。完全 燃烧时, 下列元素要生成对应的物质: CCO2(g), HH2O(l), SSO2(g), NN2(g), CCO 不是完全燃烧;而 SSO3,SO3不是燃烧产物; 生成的水为液态不能是 气态。 (4)文字叙述燃烧热时用正值,用H 表示燃烧热时用负值,例如,CH4的燃烧热 为 890.3kJ/mol 或H890.3kJ/mol。 2.表示燃烧热的热化学方程式的书写 燃烧热是以 1 mol 纯物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写表示燃烧 热的热化学方程式时, 应以燃烧1
13、mol 物质为标准来配平其余物质的化学计量数, 故在表示燃烧热的热化学方程式中常出现分数。 例如:C8H18燃烧的热化学方程式为 2C8H18(l)25O2(g)=16CO2(g)18H2O(l) H11 036 kJ/mol,C8H18的燃烧热为 5 518 kJ/mol,而不是 11 036 kJ/mol,表 示其燃烧热的热化学方程式为 C8H18(l)25 2 O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H5 518 kJ/mol。 3.反应热与燃烧热的比较 反应热燃烧热 含义在等温条件下,化学反应体系向在 101 kPa 时, 1 mol 纯物质完全 环境释放或从环境吸收的热量燃烧生成指定
14、产物时所放出的热 量 能量的变化放热或吸热放热 H 的大小 放热时,H0 吸热时,H0 H0 表述方法用文字叙述或用H 表示 用文字叙述时不带“”, 用H 表示时带“” 反应条件等温条件下101 kPa 反应物的量不限1 mol 纯物质 生成物的量不限不限 4.燃烧热的计算 由燃烧热定义可知, 可燃物完全燃烧产生的热量可燃物的物质的量其燃烧热, 即 Q放n(可燃物)|H|,物质的燃烧热:H Q放 n可燃物,此式中的H 是指物质 的燃烧热,而不是指一般反应的反应热。 【实践应用】 1.下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式(25 ,101kPa): C4H10(g)13 2 O2(g)=4CO2
15、(g)5H2O(l) H2 878 kJ/mol C4H10(g)13 2 O2(g)=4CO2(g)5H2O(g) H2 658 kJ/mol C4H10(g)9 2O 2(g)=4CO(g)5H2O(l) H1 746 kJ/mol C4H10(g)9 2O 2(g)=4CO(g)5H2O(g) H1 526 kJ/mol 由此判断,正丁烷的燃烧热是() A.H2 878 kJ/molB.H2 658 kJ/mol C.H1 746 kJ/molD.H1 526 kJ/mol 答案A 解析正丁烷的燃烧热是 1 mol 正丁烷完全燃烧生成 CO2(气)、H2O(液)放出的热 量, 故热化学方
16、程式C4H10(g)O2(g)=4CO2(g)5H2O(l)H2 878 kJ/mol, 符合燃烧热的概念,所以正丁烷的燃烧热为H2 878 kJ/mol。 2.在 25 、101 kPa 时,1.00 g C6H6(l)燃烧生成 CO2(g)和 H2O(l),放出 41.8 kJ 的 热量,C6H6的燃烧热为_ kJ/mol,该反应的热化学方程式为 _。 答案3 260.4C6H6(l)15 2 O2(g)=6CO2(g)3H2O(l) H3 260.4 kJ/mol 解析1 mol C6H6(l)完全燃烧生成 CO2(g)和 H2O(l)放出的热量为 41.878 kJ3 260.4 kJ
17、,热化学方程式为:C6H6(l)15 2 O2(g)=6CO2(g)3H2O(l) H3 260.4kJ/mol。 微专题微专题利用燃烧热计算混合物的组成利用燃烧热计算混合物的组成方法技巧型方法技巧型(教教 师独具师独具) 典例已知氢气和丙烷C3H8(g)的燃烧热分别是 285.8kJ/mol、 2 220kJ/mol; 实验测得标准状况下 11.2 L H2和 C3H8的混合气体完全燃烧生成 CO2(g)和 H2O(l) 时放出 387.7 kJ 的热量,则混合气体中 H2与 C3H8的体积比是() A.13B.31 C.14D.11 答案B 解析解法一、设混合气体中 H2的物质的量为 x
18、mol, C3H8(g)的物质的量为 y mol,则 x moly mol 11.2 L 22.4Lmol 10.5 mol 285.8x2 220y384.7 解得 x0.375,y0.125, xy0.3750.12531 解法二、混合气体的物质的量为 11.2 L 22.4 Lmol 10.5 mol,混合气体的平均燃烧热为 384.7 kJ 0.5 mol 769.4kJ/mol, 则有: n(H2) n(C3H8) 1 450.6 483.6 3 1 即混合气体中 H2和 C3H8的体积比为 31。 【方法技巧】 混合气体组成计算的简单方法十字交叉法 十字交叉法是进行两组混合物平均量
19、与组分量计算的一种简便方法。 凡可按 M1n1 M2n2M (n1n2)计算的问题,均可利用十字交叉法进行计算,算式如下图 所示。式中,M表示混合物的某平均量,M1、M2表示两组分对应的量,n1、n2 在大多数情况下表示两组分物质的量之比。其具体应用见典例解法二。 【迁移应用】 1.已知 A(g)C(g)=D(g)HQ1kJ/mol,B(g)C(g)=E(g)HQ2 kJ/mol,Q1、Q2均大于 0,且 Q1Q2,若 A、B 组成的 1 mol 混合气体与足量的 C 反应,放出的热量为 Q3kJ。则原混合气体中 A 与 B 的物质的量之比为() A.Q3Q2 Q1Q3 B.Q1Q3 Q3Q2
20、 C.Q3Q2 Q1Q2 D.Q1Q3 Q1Q2 答案A 解析由题意可知 1 molA 与 C 完全反应放出的热量为 Q1kJ,1 mol B 与 C 完全 反应放出的热量为 Q2kJ, 而 1 molA 和 B 的混合气体与 C 完全反应, 放出的热量 为 Q3kJ,运用十字交叉法: 故热量的差值之比(Q3Q2)/(Q1Q3)即为原混合气体中 A 和 B 的物质的量之比。 2.计算填空: 在 25 、 101 kPa 时, H2在 1.00 mol O2中完全燃烧生成 2.00 mol H2O(l)放出 571.6 kJ 的热量。 (1)该条件下,H2的燃烧热H 为_。 (2)已知:CH4的
21、燃烧热的H890kJ/mol,H2和 CH4混合气体 112 L(标准状 况下)完全燃烧生成 CO2和液态水时放出的热量为 3 695 kJ,则混合气体中 H2和 CH4的体积比为_。 答案(1)285.8kJ/mol(2)13 解析(1)H2的燃烧热应以燃烧 1 mol H2为标准, 当 H2完全燃烧生成 2.00 mol H2O 时,需燃烧 2.00 mol H2,故 H2的燃烧热H571.6 kJ 2 mol 285.8kJ/mol。 (2)混合气体的物质的量为 112 L 22.4 Lmol 15 mol,1 mol 混合气体的平均燃烧热为 3 695 kJ 5 mol 739kJ/m
22、ol,则: 故 n(H2) n(CH4) 151 453.2 1 3。 核心体系建构 1.下列说法中正确的是() A.物质燃烧放出的热量是燃烧热 B.1 mol C 燃烧生成 CO 时放出的热量就是 C 的燃烧热 C.1 mol H2燃烧生成水时放出的热量是 H2的燃烧热 D.相同条件下,1 mol H2O(l)完全分解吸收的热量与 H2、O2化合生成 1 mol H2O(l) 放出的热量值相等 答案D 解析A 项中,燃烧热是指在 25 、101 kPa 下,1 mol 纯物质完全燃烧生成指 定产物时放出的热量,错误;B 项中碳燃烧生成的产物应为 CO2,错误;C 项中 H2燃烧时的条件及生成
23、水的状态不确定, 故 1 mol H2燃烧生成水放出的热量不一 定是 H2的燃烧热,错误;D 项中,根据能量守恒定律可知,正确。 2.下列热化学方程式书写正确的是() A.2SO2O2 催化剂 加热 2SO3H196.6kJ/mol B.H2(g)1 2O 2(g)=H2O(l)H285.8 kJ/mol C.2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ D.C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJ/mol 答案B 解析A 项中反应物和生成物都未标明聚集状态; C 项中H 的单位不正确; D 项 中为放热反应,H 符号应为“”。 3.以下几个热化学方程式,能表示燃烧热的热
24、化学方程式是() A.C(s)1 2O 2(g)=CO(g)H110.5kJ/mol B.C8H18(l)25 2 O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H5 518kJ/mol C.2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ/mol D.H2(g)1 2O 2(g)=H2O(g)H241.8 kJ/mol 答案B 解析A 项,C(s)燃烧未生成 CO2(g),故其反应热不能称为燃烧热;B 项,符合 燃烧热的定义;C 项,H2虽然转变成了 H2O(l),但由于其反应热表示的 2 mol H2 完全燃烧时的热量变化,故不是燃烧热;D 项,参加燃烧的 H2虽然是 1 mol,但 其
25、生成的不是 H2O(l),故其反应热也不是 H2的燃烧热。 4.已知丙烷的燃烧热H2 215kJ/mol, 若一定量的丙烷完全燃烧后生成 1.8 g 水,则放出的热量约为() A.55 kJB.220 kJ C.550 kJD.1 108 kJ 答案A 解析丙烷分子式是 C3H8,1 mol 丙烷燃烧会产生 4 mol 水,则丙烷完全燃烧产 生 1.8 g 水,消耗丙烷的物质的量是 n(C3H8)0.025 mol,所以反应放出的热量是 2 215 kJ/mol0.025 mol55 kJ,故答案是 A。 5.依据事实,写出下列反应的热化学方程式。 (1)1 mol N2(g) 与 适 量 H
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