高一化學熱化學方程式的書寫及計算方法

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高一學習指導 來源: 高中學習網(wǎng)


與普通化學方程式相比,書寫熱化學方程式除了遵循書寫普通化學方程式外,還應該注意以下幾點:

①反應熱ΔH與測定的條件(溫度、壓強)有關,因此書寫熱化學方程式時應注明應熱ΔH的測定條件。若沒有注明,就默認為是在25℃、101KPa條件下測定的。

②反應熱ΔH只能寫在標有反應物和生成物狀態(tài)的化學方程式的右邊。ΔH為“-”表示放熱反應,ΔH為“+”表示吸熱反應。ΔH的單位一般為kJ·mol-1(kJ/mol)。

③反應物和生成物的聚集狀態(tài)不同,反應熱ΔH不同。因此熱化學方程式必須注明物質的聚集狀態(tài)固體用“s”、液體用“l”、氣體用“g”、溶液用“aq”等表示,只有這樣才能完整地體現(xiàn)出熱化學方程式的意義。熱化學方程式中不標“↑”或“↓”。

④熱化學方程式中各物質化學式前面的化學計量數(shù)僅表示該物質的物質的量,不表示物質的分子數(shù)或原子數(shù),因此化學計量數(shù)可以是整數(shù),也可以是分數(shù)。

⑤熱化學方程式是表示反應已完成的數(shù)量。由于ΔH與反應完成物質的量有關,所以方程式中化學前面的化學計量系數(shù)必須與ΔH相對應,如果化學計量系數(shù)加倍,那么ΔH也加倍。當反應逆向進行時,其反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等,符號相反。

⑥在稀溶液中,酸跟堿發(fā)生中和反應生成1 mol 水時的反應熱叫中和熱。書寫中和熱的化學方程式應以生成1 mol 水為基準。

⑦反應熱可分為多種,如燃燒熱、中和熱、溶解熱等,在101Kpa時,1 mol 純物質完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量,叫做該物質的燃燒熱。

【例題1】25℃、101 kPa下,碳、氫氣、甲烷和葡萄糖的燃燒熱依次是393.5 kJ/mol、285.8 kJ/mol、890.3 kJ/mol、2800 kJ/mol,則下列熱化學方程式正確的是:

A.C(s)+1/2O2(g)==CO(g);△H =-393.5 kJ/mol

B.2H2(g)+O2(g)==2H2O(g);△H =+ 571.6 kJ/mol

C.CH4(g) + 2O2(g)== CO2(g) + 2H2O(g);△H =-890.3 kJ/mol

D.1/2C6H12O6(s) + 3O2(g) === 3CO2(g) + 3H2O(1);△H =-1400 kJ/mol

解析:燃燒熱是指在101 kPa時,1mol物質完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時放出的熱量。對C而言穩(wěn)定的氧化物指CO2(g)、對H2而言穩(wěn)定的氧化物指H2O(l)。所以A、B、C錯誤,正確答案為D。

答案:D

【例題2】 已知充分燃燒a g乙炔氣體時生成1 mol 二氧化碳氣體和液態(tài)水,并放出熱量b kJ,則乙炔燃燒的熱化學方程式正確的是:

A.2C2H2(g) + 5O2(g) === 4CO2(g) + 2H2O(l) △H = -4b k J/mol

B.C2H2(g) + 5/2O2(g) ===2CO2(g) + H2O(l) △H =2b k J/mol

C.2C2H2(g) + 5O2(g)=== 4CO2(g) + 2H2O(l) △H = -2b k J/mol

D.2C2H2(g) + 5O2(g)=== 4CO2(g) + 2H2O(l) △H =b k J/mol

解析:放熱反應中ΔH<0,所以B、D錯誤。生成1 mol CO2時放出b kJ的熱量,所以,生成4 mol CO2時放出熱量為4b kJ,所以A正確。

答案:A

【例題3】(09四川卷9)25 ℃,101 k Pa時,強酸與強堿的稀溶液發(fā)生中和反應的中和熱為57.3

kJ/mol,辛烷的燃燒熱為5518 kJ/mol。下列熱化學方程式書寫正確的是

A.2H+(aq) + SO42-(aq) + Ba2+(aq) +2OH-(aq)=BaSO4(s) +2H2O(1) △H=-57.3 kJ/mol

B.KOH(aq) + 1/2H2 SO4(aq)=1/2K2SO4(aq) + H2O(l) △H=-57.3kJ/mol

C.C8H18(l) + 25/2O2 (g)=8CO2 (g)+ 9H2O △H=-5518 kJ/mol

D.2C8H18(g) + 25O2 (g)=16CO2 (g)+18H2O(1) △H=-5518 kJ/mol

答案:B

點撥:書寫表示燃燒熱的化學方程式時,可燃物的化學計量系數(shù)為1;產(chǎn)物應為完全燃燒生成的穩(wěn)定氧化物,如C燃燒產(chǎn)物為CO2而不是CO,H2燃燒生成的是H2O(l),而不是H2O(g)。書寫表示中和熱的熱化學方程式時,H2O的化學計量系數(shù)為1,并以此配平其余物質的化學計量系數(shù)。

  

 

⑤將ΔH看作是熱化學方程式中的一項,再按普通化學方程式的計算步驟、格式進行計算,得出有關數(shù)據(jù)。

⑥如果一個反應可以分幾步進行,則各分步反應的反應熱之和與該反應一步完成時的反應熱是相同的,即蓋斯定律:化學反應的反應熱只與反應的始態(tài)(各反應物)和終態(tài)(各生成物)有關,而與反應的途徑無關。如:

【例題4】已知:①1 mol H2分子中化學鍵斷裂時需要吸收436 kJ的能量,②1mol Cl2分子中化學鍵斷裂時需要吸收243kJ的能量,③由H原子和Cl 原子形成1mol HCl分子時釋放431kJ的能量。下列敘述正確的是

A.氫氣和氯氣反應生成氯化氫氣體的熱化學方程式是H2(g) + Cl 2(g) =2HCl(g)

B.氫氣和氯氣反應生成2 mol氯化氫氣體,反應的△H =183 kJ/mol

C.氫氣和氯氣反應生成2 mol氯化氫氣體,反應的△H = -183 kJ/mol

D.氫氣和氯氣反應生成1 mol氯化氫氣體,反應的△H = -183 kJ/mol

解析:根據(jù)熱化學方程式的書寫原則和反應熱的計算方法:△H =反應物鍵能總和-生成物鍵能總和,即△H =436 kJ/mol + 243 kJ/mol -2×431 kJ/mol = -183 kJ/mol,因此正確的熱化學方程式是:

H2(g) + Cl 2(g) =2HCl(g) △H = -183 kJ/mol。故選C。

點撥:熱化學方程式中的△H必須標明“+”或“-”符號,比較反應熱(△H)的大小時,要注意帶符號(“+”或“-”)進行比較。熱化學方程式中的反應熱數(shù)值表示反應物按方程式中化學計量數(shù)反應進行到底時的熱量值,如反應是可逆反應,則熱量值小于對應的反應熱數(shù)值;瘜W反應逆向進行時,其反應熱的數(shù)值不變,但符號改變。

【例題5】(09寧夏卷28)(14分)2SO2(g) + O2(g) =2SO3(g) 反應過程的能量變化如圖所示。已知1 mol SO2(g)氧化為1 mol SO3的ΔH=-99kJ·mol-1.請回答下列問題:

(1)圖中A、C分別表示 、 ,E的大小對該反應的反應熱有無影響? 。該反應通常用V2O5作催化劑,加V2O5會使圖中B點升高還是降低?_____,理由是 ;

(2)圖中△H =______ kJ·mol-1;

(3)V2O5的催化循環(huán)機理可能為:V2O5氧化SO2時,自身被還原為四價釩化合物;四價釩化合物再被氧氣氧化。寫出該催化循環(huán)機理的化學方程式 ;

(4)如果反應速率

υ(SO2)為0.05 mol·L-1·min-1,則υ(O2)=______mol·L-1·min-1、υ(SO3) =______mol·L-1·min-1;

(5)已知單質硫的燃燒熱為296 kJ·mo l-1,計算由S(s)生成3 mol SO3(g)的△H=______(要求計算過程)。

解析:(1)本小題考查反應物總能量高于生成物總能量為放熱反應,可得到A和C所表示的意義,E為活化能與反應熱無關,但是用催化劑可以降低活化能;(2)圖中表示的是2mol SO2的反應,因此△H=-99×2kJ·mol-1;(3)依題意即可寫出:SO2 +V2O5 =SO3+2VO2

4VO2 + O2=2V2O5;(4)依據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比

答案:(1)反應物能量 生成物能量 (2)無 降低 因為催化劑改變了反應的歷程使活化能E降低 (3)-198 (4) SO2 +V2O5 =SO3 +2VO2 4VO2 + O2 =2V2O5 (4)0.025 0.05

(5))S(s) + O2(g) =2SO2(g) △H1=-296 kJ·mol-1, SO2(g)+1/2O2(g) =SO3(g) △H2=-99 kJ·mol-1

3S(s) + 9/2O2(g) =3SO3(g) △H =3(△H1+△H2)=-1185 kJ·mol-1

【例題6】(2008年·全國Ⅱ)紅磷P(s)和Cl2(g)發(fā)生反應生成PCl3(g)和PCl5(g),反應過程和能量關系如圖所示(圖中的△H表示生成1mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù))

根據(jù)上圖回答下列問題

(1)P和Cl2反應生成PCl3的熱化學方程式 ;

(2)PCl5分解生成PCl3和Cl2的熱化學方程式 ;上述分解反應是一個可逆反應,溫度T1時,在密閉容器中加入0.80 mol PCl5,反應達到平衡時還剩余0.60 mol PCl5,其分解率α1等于 ;若反應溫度由T1升高到T2,平衡時PCl5分解率α2,α2 α1 (填“大于”,“小于”或“等于”);

(3)工業(yè)上制備PCl5通常分兩步進行,先將P和Cl2反應生成中間產(chǎn)物PCl3,然后降溫,再和Cl2反應生成PCl5。原因是 ;

(4)P和Cl2分兩步反應生成1mol PCl5的△H3= ;P和Cl2一步反應生成1mol PCl5的△H4 △H1(填“大于”,“小于”或“等于”);

(5)PCl5與足量水反應,最終生成兩種酸,其化學方程式是 。

解析:(1)由圖可以看出,1 mol P 在Cl2中完全燃燒生成1 mol PCl3,放出的熱量為306kJ,所以P 在Cl2中完全燃燒生成PCl3的熱化學方程式為:P(s) + 3/2Cl2(g) === PCl3(g); △H =-306 kJ/mol或2P(s) + 3Cl2(g) === 2PCl3(g);△H === -612 kJ/mol。

(2)中間產(chǎn)物PCl3和未反應的Cl2的總能量高于最終產(chǎn)物PCl3的能量,其△H === -93 kJ/mol,所以有:PCl5(g) === PCl3(g)+Cl2(g);△H === 93 kJ/mol。分解率α1 =(0.80 mol-0.60 mol)/ 0.80 mol×100%=25%;由熱化學方程式知,此反應的正反應為吸熱反應,所以升高溫度,平衡向正反應方向移動,PCl5的分解率增大,即α2大于α1。

(3)由圖可以看出,P與Cl2反應生成PCl3,PCl3和Cl2進一步反應生成PCl5,都是放熱反應,分兩步進行且第二步降低溫度,有利于PCl5的生成,防止PCl5的分解。

(4)由蓋斯定律可知,一步生成PCl5和兩步生成PCl5的總熱效應相等,即

△H=(-612 kJ/mol)+(-93 kJ/mol)= -399 kJ/mol;(5)PCl5與足量水反應生成H3PO4和HCl,其化學方程式為:PCl5 + 4H2O === H3PO4 + 5HCl

答案:(1)2P(s) + 3Cl2(g) === 2PCl3(g); △H = -612kJ/mol

(2)PCl5(g) === PCl3(g) + Cl2(g) △H =+ 93kJ/mol 25% 大于

(3)因為PCl5分解反應是吸熱反應,溫度太高,不利于PCl5的生成。

(4)-399 kJ/mol 等于

(5)PCl5 + 4H2O === H3PO4 + 5HCl

點撥:熱化學方程式的系數(shù)即可以用分數(shù),也可以用整數(shù)。反應熱隨著系數(shù)的變化而變化。本題將化學圖像與熱化學方程式、反應熱等概念結合起來很好地考查了考生的觀察能力、思維能力等。要學會理解熱化學方程式的含義,并能熟練地根據(jù)題給信息寫出熱化學方程式來。

【例題7】(2008年·海南)白磷與氧可發(fā)生如下反應:P4 + 5O2 =P4O10。已知斷裂下列化學鍵需要吸收的能量分別為:P-P a kJ·mol-1、P-O b kJ·mol-1、P=O c kJ·mol-1、O=O d kJ·mol-1。

根據(jù)圖示的分子結構和有關數(shù)據(jù)估算該反應的△H,其中正確的是

A.(6a + 5d-4c-12b)kJ·mol—1 B.(4c + 12b-6a-5d)kJ·mol—1

C.(4c + 12b-4a-5d)kJ·mol—1 D.(4a + 5d-4c-12b)kJ·mol—1

解析:由圖可以看出1 mol P4 中有6 mol P-P鍵,5 mol O2 中有5 mol O=O鍵,1 mol P4O10中有4 mol P=O鍵、12 mol P-O鍵,所以△H =(6a + 5d-4c-12b)kJ·mol-1。

答案:A

點撥:化學反應的實質就是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成,在斷裂和形成的過程中伴隨著能量的吸收和釋放。


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