《化学能与热能》学案7(新人教版必修2).docx

【专题二】化学能与热能、盖斯定律的综合应用【考情分析】最新 考试大纲 要求考生能正确理解化学反响中物质变化和能量变化的关系。根据考纲的这一要求将化学反响中的物质变化和能量变化综合起来考查将成为一种热门的题型，同时注意到由于能源日益匮乏，因此有关燃烧热、中和热、盖斯定律等问题必将成为今后命题的重点。二轮复习中要进一步深化热化学方程式的正确书写和盖斯定律的应用，以适应这一类新题型的要求。【知识交汇】1燃烧热和中和热燃烧热中和热定义要点在1大气压时1 mol物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量在稀溶液中，酸碱发生中和反响生成1 mol水，所放出的热量标准1mol可燃物1mol水单位kJ·mol1kJ·mol1热化学方程式的书写以燃烧1 mol可燃物为标准配平其余物质的化学计量数(常用分数表示)以生成1 mol水为标准来配平其余物质的化学计量数(常用分数表示)备注必须生成稳定的化合，如C燃烧应生成CO2而不是CO，H2燃烧应生成液态水而非气态水强酸和强碱在稀溶液中发生中和，中和热是DH(强)=-57.3 kJ·mol1弱酸代替强酸(或弱碱代替强碱)，因电离吸热，反响热增大。2书写热反响方程式应注意的问题H只能写在标有反响物和生成物状态的化学方程式的右边，并用“空格隔开。假设为放热反响H为“；假设为吸热反响H为“+。H的单位一般为 kJ·mol1。注意反响热H与测定条件(温度、压强等)有关。因此书写热化学方程式时应注明H的测定条件。绝大多数H是在25、101325Pa下测定的，可不注明温度和压强。注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子或原子数，因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。注意反响物和产物的聚集状态不同，反响热数值以及符号都可能不同。因此，必须注明物质的聚集状态(s、l、g)才能完整地表达出热化学方程式的意义。热化学方程式中不用“和“。注意热化学方程式是表示反响已完成的数量。由于H与反响完成物质的量有关，所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与H相对应，如果化学计量数加倍，那么H也要加倍。当反响逆向进行，其反响热与正反响的反响热数值相等，符号相反。例如：H2(g)+1/2O2(g)H2O(1)H285.8kJ·mol1。那么2H2(g)+O2(g)2H2O(1) H571.6 kJ·mol1；H2O(1)H2(g)+1/2O2(g) H285.8 kJ·mol1。H的单位“kJ·mol1的含义。并不是指每摩尔具体物质反响时伴随的能量变化是多少千焦，而是指给定形式的具体反响以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化。如2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g) H =483.6 kJ·mol1中的反响热是指每摩尔反响2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g)，放出的热量为483.6kJ。因此H与化学反响方程式的写法有关，例如：H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(g) H =241.8 kJ·mol1。另外反响热还与反响物的状态有关：2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)H =571.6 kJ·mol1。不管化学反响是否可逆，热化学方程式中的反响热H表示反响进行到底完全转化时的能量变化。如：2SO2(g)O2(g)2SO3(g) H197 kJ·mol1，是指2mol SO2(g)和1mol O2(g)完全转化为2mol SO3(g)时放出的能量。假设在相同的温度和压强时，向某容器中参加2mol SO2(g)和1mol O2(g)反响到达平衡时，放出的能量为Q，因反响不能完全转化生成2mol SO3(g)，故Q197kJ。3热反响方程式的计算类型根据热化学方程式进行计算一般计算的方法是：将DH看作热化学方程式中的一项，再按有关化学方程式的计算步骤、格式进行计算，得出有关数据。盖斯定律的应用：如果一个反响可以分几步进行，那么各分步反响的反响热之和与该反响一步完成时的反响热是相同的。即：假设，那么有：DH = DH1DH2。据此，也可推出以下应用方式：方式一假设有(a)A(g)M(g) = B(g) DH1，(b)A(l)M(g) = B(g) DH2(c)A(g) = A(l) DH3，那么(c) = (a)(b)，即DH3 = DH1DH2。方式二假设有(a)A(s)M(g) = B(s) DH1，(b)C(s)M(g) = D(s) DH2(c)A(s)D(s) = B(s)C(s) DH3 那么(c) = (a)(b)，即DH3 = DH1DH2反响热的大小比较同一反响中，生成物状态不同如：A(g)B(g) = C(g) DH10，A(g)B(g) = C(l) DH20，因为产物C(g)比C(l)所含内量多，反响放出热量少，所以DH1DH2。(注意：放热越多，DH越小)同一反响中，反响物状态不同如：S(g)O2(g) = SO2(g) DH10，S(s)O2(g) = SO2(g) DH20因为反响物S(g)比S(s)所含内量多，所以反响放出热量就多，得DH1DH2。4中和热测定的实验步骤组装量热器：保温隔热效果一定要好。小烧杯口要与大烧杯口相平，以减少热量损失。烧杯间要填加隔热材料，提高保温隔热效果。量取一定量盐酸倒入小烧杯中，测定并记录盐酸温度。温度计上的酸要用蒸馏水冲洗干净，且冲洗液要转移到小烧杯中盐酸浓度宜小不宜大量取定量氢氧化钠溶液，测定并记录氢氧化钠溶液温度碱液要稍过量，以确保盐酸被完全中和。碱液浓度宜小不宜大。将氢氧化钠溶液倒入小烧杯中，搅拌，充分反响后，测定并记录混合液的最高温度氢氧化钠溶液要一次性快速倒入小烧杯中，且不能洒在外面。要用环形玻璃棒轻轻搅动溶液，使酸碱充分反响。实验操作时动作要快，尽量减少热量散失。重复实验两次 。计算【思想方法】【例1】化学反响中通常伴随着能量变化，以下说法中错误的选项是A煤燃烧时将局部化学能转化为热能B电解熔融Al2O3时将局部化学能转化为电能CTNT爆炸时将局部化学能转化为动能D镁条燃烧时将局部化学能转化为光能【分析】此题主要考查能量的转化与利用煤是重要的能源，燃烧时放出大量的热能，但这不是煤中的全部化学能，因为其主要燃烧产物CO2中仍有化学能，A项正确。电解物质时，是将电能转化为化学能，而不是化学能转化为电能，B项错误。TNT(三硝基甲苯)爆炸时，局部化学能转化成了动能，C项正确。镁条燃烧时放出大量热，产生耀眼的白光，故镁条的局部化学能转化成了光能，D项正确。此题应选B。【例2】以下化学用语的相关表述中，其中正确的有A因H(aq)OH(aq)H2O(l)D DHa kJ·mol1，故1 mol NaOH固体与足量的稀盐酸反响，放出热量为a kJB因CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)5H2O(l)DHbkJ·mol1，故1 mol CuSO4(s)溶于水时，放出热量bkJC因氢气的燃烧热为ckJ·mol1，故水电解的热化学方程式为：2H2O(l)2H2(g)O2(g)D DH = c kJ·mol1D因N2(g)3H2(g)2NH3(g)D DH = d kJ·mol1，故在某容器中投入1 mol N2与3 mol H2充分反响后，放出热量小于d kJ【例3】甲醇广泛用作燃料电池的燃料，可用天然气来合成，：2CH4(g)O2(g)2CO(g)4H2(g) DH = 71 kJ·mol1CO(g)2H2(g)CH3OH(l) DH = 90.5 kJ·mol1CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(l) DH890 kJ·mol1以下结论错误的选项是ACO(g)2H2(g)CH3OH(g) DH90.5 kJ·mol1B甲醇的燃烧热为764 kJ·mol1C假设CO的燃烧热为282.5 kJ·mol，那么H2的燃烧热为286 kJ·mol1D反响在任何温度下均能自发进行【分析】此题主要考查盖斯定律的应用。由于CH3OH(g)转化为CH3OH(l)要放出热量，结合题给反响可知选项A正确(要注意DH为负值)，(×2)/2得：CO(g)2H2(g)3O2(g)CO2(g)2H2O(l) DH854.5 kJ·mol1，得甲醇的燃烧热为DH = 764 kJ·mol1，B正确，由热化学方程式得CO的燃烧热2×H2的燃烧热854.5 kJ·mol1，由此可得H2的燃烧热为286 kJ·mol1，C正确。反响是放热熵减的反响，即DH0，S0，因此可判断反响在低温下能自发进行，选项D错。此题应选D。【例4】以下说法中正确的选项是 A中和热的测定实验中需要用的主要玻璃仪器有：二只大小相同的烧杯、二只大小相同的量筒、温度计、环形玻璃搅拌捧 B可以用保温杯代替烧杯做有关中和热测定的实验 C在测定中和热的实验中，至少需要测定并记录的温度是3次 D测定中和热实验中，假设所使用的稀NaOH溶液的物质的量稍大于稀盐酸，那么会导致所测得的中和热数值偏高【分析】此题主要考查中和热测定的原理和实验根本操作。选项A错误，为了防止散热，在中和热测定的实验中应选用一大一小两只烧杯，小烧杯和大烧杯之间应用塑料泡沫隔开。很显然，从防止散热的效果看，使用保温杯完全可以，而且防止散热效果更好，选项B正确。对于选项C作如下分析：中和热测定的原理是：首先根据公式Qcmt求出反响过程中放出的热量，然后再根据H-Q/n(H2O)计算中和热。式中t表示反响后的最高温度与反响前盐酸与氢氧化钠的平均温度之差，因此每次实验至少需要测定3次温度，由于中和热的测定属于定量实验，因此至少平行做二次实验才能求出其正确值，所以在整个实验过程中最少需要测定并记录温度的次数是6次，选项C错。对于选项D，在中和热测定过程中为了提高实验的正确度，须保证酸和碱完全反响，在实验中通常使一种物质稍过量一些，这是正确的操作方法，因此选项D错误。此题应选B。【专题演练】1 以下列图示关系不正确的选项是能源一次能源二次能源B中和热燃烧热反响热A来自太阳辐射的能量可再生能源新能源沼气D氧化复原反响放热反响吸热反响C2 以下实验现象不能说明反响放热的是A钾放入水中浮于水面、熔成小球B向包有Na2O2粉末的棉花上滴几滴水，棉花着火C苯与液溴的混合物中参加少量铁粉(做催化剂)，有大量溴蒸气产生D将混有酚酞的苏打溶液加热，红色变深3 NH3(g)HCl(g)NH4Cl(s)DH1 = 176 kJ·mol1NH3(g)NH3(aq)DH2 = 35.1 kJ·mol1HCl(g)HCl(aq)DH3 = 72.3 kJ·mol1NH3(aq)HCl(aq)NH4Cl(aq)DH4 = 52.3 kJ·mol1NH4Cl(s)NH4Cl(aq)DH5那么第个反响方程式中的DH5为(单位为 kJ·mol1)A16.3 B16.3 C335.7 D335.7 4 按要求书写热化学方程式是离子反响的也可用离子方程式表示。表示强酸和强碱中和反响的热化学方程式：_。火箭推进器常以气态联氨(N2H4)为燃料、液态过氧化氢为助燃剂进行热能提供。反响过程中生成的气体可参与大气循环。测得当反响过程中有1mol水蒸气生成时放出161kJ的热量。试写出反响过程中的热化学方程式：_。工业生产硫酸过程中，SO2在接触室中被催化氧化为SO3，该反响为一放热反响。现将2mol SO2、1mol O2充入一密闭容器充分反响后，放出热量98.3 kJ，此时测得SO2的转化率为50%，其热化学方程式可表示为_。A、B两种气体在一定条件下可发生反响：2A+B=C+3D+4E。现将相对分子质量为M的A气体mg和足量B气体充入一密闭容器中恰好完全反响后，有少量液滴生成。在相同温度下测得反响前后压强分别为6.06×105Pa和1.01×106Pa，又测得反响共放出QkJ热量。试根据上述实验数据写出该反响的热化学方程式_。5 为了合理利用化学能，确保平安生产，化工设计需要充分考虑化学反响的焓变，并采取相应措施。化学反响的焓变通常用实验进行测定，也可进行理论推算。实验测得，1 g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳和液态水释放出22.7 kJ的热量，试写出甲醇燃烧的热化学方程式。反响CH3CH3CH2CH2H2，有关化学键的键能如下。化学键 CH CC CC HH键能(kJ·mol1) 414.4 615.3 347.4 435.3试计算该反响的反响热。依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反响的焓变进行理论推算。试依据以下热化学方程式，计算反响2C(s)2H2(g)O2(g)CH3COOH(l)的焓变CH3COOH(l)2O2(g)2CO2(g)2H2O(l) DH1 = 870.3 kJ·mol1C(s)O2(g)CO2(g) DH2 = 393.5 kJ·mol1H2(g)1/2O2(g)H2O(l) DH3 = 285.8 kJ·mol16 自发现富勒烯C60以来，其神奇的结构和性能引起了人们对碳原子团簇广泛和深入的研究。C60分子是形如球状的多面体，该结构的建立基于以下考虑：削去右图多面体含12个顶点，20个正三角形的每一个顶角，得到由一定数目的正五边形和正六边形所组成的多面体，即为C60分子，该多面体中含有90条棱，且每个碳原子都到达了8电子的稳定结构。几种共价键的键能数据如下表：化学键CCC = CCCC = OOO键能(kJ·mol1)abcde利用上表数据估算得C60分子的燃烧热为_。最近美国Rice University的教授Boris Yakobson与其同事预测了一种硼巴基球(Bn，如下列图)的存在，这种分子组成与C60相似，但在它每个六边形的中心有一个额外的原子，显著提高了其稳定性。那么n = _。7 在燃烧2.24LCO与O2的混和气体时，共放出akJ的热量，反响后气体的密度为原来气体密度的1.5倍。燃烧同样体积的N2O和CO的混合物，共得到3种气体产物，3种气体均能参与大气循环，反响中放出bkJ热量，并测得原来混合气体的密度是反响后混合气体密度的1倍以上气体的体积均在标准状况下测定。试确定：CO的燃烧热。N2O与CO所组成的混合物中气体的体积之比。由单质生成1molN2O时的焓变。【参考答案】1 B解析：一次能源和二次能源属于并列关系。2 D解析：选项D说明Na2CO3水解是吸热反响，加热促进水解，溶液碱性增强，因此红色变深。3 A解析：以NH4Cl(s)为始点，以NH4Cl(s)为终点，把中间过程中的物质都通过方程式合并法给约去把方程式反过来，与、相加即可：DH5DH4DH3DH2DH116.3kJ·mol1。4 H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) H=57.3 kJ·mol1N2H4(g)+2H2O2(l)= N2(g)+4H2O(g)H644kJ·mol12SO2(g) + O2(g)2SO3(g)H = -196.6kJ·mol-12A(g)+B(g)=C(g)+3D(l)+4E(g)5 2CH3OH(l)3O2(g)2CO2(g)4H2O(l) DH = 1452.8 kJ·mol1125.6 kJ·mol1488.3 kJ·mol1解析：DH6E(CH) E(CC) E(CC)4 E(CH)E(HH)6×414.4 kJ·mol1347.4 kJ·mol1(615.3 kJ·mol14×414.4 kJ·mol1435.3 kJ·mol1)125.6 kJ·mol1。DH2×DH22×DH3DH1 = 2×(393.5 kJ·mol1)2×(285.5 kJ·mol1)(870.3 kJ·mol1)488.3 kJ·mol1。6 (120d60a30b60e) kJ·mol180解析：首先可从2个方面可判断C60分子含有碳碳双键，一是从名称上分 析，“富勒烯中的“烯字说明分子中含有碳碳双键，二是从结构上分析，由于C60分子中每个碳原子都到达了8电子的稳定结构，因此每个碳原子的连接方式必为，故分子中含有碳碳双键。同理分析得C60分子中无碳碳叁键。表示C60分子的燃烧热的热化学方程式为C60(s)60O2(g)60CO2(g)，因此欲用键能来计算该反响的反响热时，必须先求出C60分子中含有的碳碳双键和碳碳单键数。由C60分子的结构特点可知，n(单键)n(双键) =90棱边数，根据碳原子的连接方式“可得n(双键) = 60/2 = 30，那么n(单键) = 60，该反响的DH = 反响物的键能之和生成物的键能之和 = (120d60a30b60e) kJ·mol1，故其燃烧热为(120d60a30b60e) kJ·mol1。此题中只要求出C60分子中含有的六边形数目即可得到答案。由中信息可知，当削去一个顶角后即得到一个正五边形，现由12个顶点，故得到正五边形数为12，原多面体的的面即为削去顶角后所得到的正六边形数，故正六边形数目为20，所以n等于20+60=80。7 15akJ·mol12:1 (15b-7.5a)kJ·mol1解析：由题意密度关系知CO和O2恰好完全反响，CO与O2的燃烧反响的热化学方程式为：CO(g)+O2(g)CO2(g) H= -15akJ·mol1同理可得N2O和CO的燃烧反响的热化学方程式为：4N2O(g)+2CO(g)4N2(g)+2CO2(g)+O2(g) H= -60bkJ·mol1根据盖斯定律：(×2-)得2N2(g)+O2(g)2N2O(g) H=(30b-15a) kJ·mol1。