化学与能量

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）2·8H2O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?H表示：?H＜0时为放热反应，?H＞0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，?H＜0 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，?H＜0 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：⑴所有燃烧反应；⑵中和反应；⑶大多数化合反应；⑷金属跟酸反应等。

常见的吸热反应：⑴大多数分解反应；（2）C＋CO2、C＋H2O、H2＋CuO、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。

?H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?H＞0；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?H＜0。?H的单位为：kJ/mol

4、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/mol

6、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，?H＜0时为放热反应，?H＞0时为吸热反应，?H的符号（“＋”和“－”）和单位（kJ/mol）。由于绝大多数反应的?H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?H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）；?H1 2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（g）；?H2 因为气体变液体会放热，故：?H1＜?H2

（2）同一反应反应物状态不同时：如：

S（g）＋O2（g）＝SO2（g）；?H1 S（s）＋O2（g）＝SO2（g）；?H2 因为固体变气体会吸热，故：?H1＜?H2 （3）两个相联系的不同反应比较：如：

C（s）＋O2（g）＝CO2（g）；?H1 C（s）＋1/2O2（g）＝CO（g）；?H2 可以设计成：C（s）CO（g）CO2（g）故?H1＜?H2 3、进行反应热计算时应注意以下几点：

⑴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；

⑵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；

⑶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?H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?H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/mol C. －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P－P键中间插一个氧原子，形成12

个P－O键。则每个反应中吸收的总能量为：6×198＋3×498＝2682，放出的总能量为：12×360＝4320，说明释放的能量大于吸收的能量，反应为放热反应，△H＝－1638kJ/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）；?H＝＋119kJ/mol”可知，金刚石比石墨稳定 。

＋－

C. 在稀溶液中：H＋OH＝H2O；?H＝－57.3kJ/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）；?H＝＋285.8kJ/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：?H＝285.8 kJ/mol×2＝571.6 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）； ?H＝a（a＞0） B. 2A（g）＋B（g）＝2C（g）； ?H＝a（a＜0＝ C. 2A＋B＝2C； ?H＝a（a＜0＝ D. 2C＝2A＋B； ?H＝a（a＞0）

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，?H＜0；

若2A（g）＋B（g）为生成物，则为吸热反应，?H＞0。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）； ?H＝－1300kJ/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）；?H＝－1300kJ/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：O＝C＝O，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：①NH3（g）＋HCl（g）＝NH4Cl（s） ?H1＝－176kJ/mol ②NH3（g）＋H2O（l）＝NH3·H2O（aq） ?H2＝－35.1kJ/mol ③HCl（g）＝HCl（aq） ?H3＝－72.3kJ/mol

④ NH3·H2O （aq）＋HCl（aq）＝NH4Cl（aq）＋H2O（l） ?H4＝－52.3kJ/mol ⑤NH4Cl（s）＝NH4Cl（aq） ?H5＝QkJ/mol 则第⑤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：

④＋③＋②－①可得：?H5＝－［52.3＋72.3＋35.1］kJ/mol－（－176）kJ/mol＝＋16.3 kJ/mol，

则第⑤步反应的反应热为?H5＝＋16.3kJ/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）； ?H＝－25kJ/mol （2）3Fe2O3（s）＋CO（g）＝2Fe3O4（s）＋CO2（g）； ?H＝－47kJ/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）＝6Fe＋8CO2（g）；?H＝－28kJ/mol，化简后可得：Fe3O4（s）＋4CO（g）＝3Fe＋4CO2（g）； ?H＝－14kJ/mol

答案：Fe3O4（s）＋4CO（g）＝3Fe＋4CO2（g）； ?H＝－14kJ/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

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