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第二章

化学反应中的能量变化（复习）

1、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。

2、了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学反应方程式。

3、了解焓变与反应热、中和热和燃烧热的含义。掌握中和热的测定方法（实验）。

4、掌握反应热的简单计算，能灵活运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。

5、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。

一、化学反应的焓变

1．化学反应中的能量变化

（1）化学反应中的两大变化：物质变化和能量变化。

（2）化学反应中的两大守恒：质量守恒和能量守恒。

（3）化学反应中的能量转化形式：热能、光能、电能等。通常主要表现为热量的变化。

2．焓变、反应热

（1）定义：在恒压条件下进行的反应的热效应。

（2）符号：ΔH。

（3）单位：kJ·mol－1或kJ/mol。

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总不会相等的。在新物质产生的同时总是伴随着能量的变化。

【注意】ΔH的比较

比较ΔH的大小时需考虑正负号，对放热反应，放热越多，ΔH越小；对吸热反应，吸热越多，ΔH越大。

3．吸热反应和放热反应

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总不会相等的。在新物质产生的同时总是伴随着能量的变化。

（1）从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析，如图所示。

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（2）从反应热的量化参数——键能的角度分析

（3）记忆常见的放热反应和吸热反应

放热反应：①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化等。

吸热反应：①大多数分解反应；②盐的水解和弱电解质的电离；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应等。

【总结】放热反应和吸热反应比较

类型比较

放

热反应

吸热反应

定义

形成原因

放出热量的化学反应

反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量

吸收热量的化学反应

反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量

生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量

ΔH＞0 与化学键的关系

生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量

表示方法

联系

ΔH＜0 ΔH＝ΔH(生成物)－ΔH(反应物)，键能越大，物质能量越低，越稳定；键能越小，物质能量越高，越不稳定

【注意】

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①化学反应表现为吸热或放热与反应开始是否需要加热无关，需要加热的反应不一定是吸热反应(如C＋O2=CO2)，不需要加热的反应也不一定是放热反应。

②浓硫酸、NaOH固体溶于水放热；NH4NO3溶于水吸热。因不是化学反应，其放出或吸收的热量不是反应热。

③通过反应放热或吸热，可比较反应物和生成物的相对稳定性。

二、热化学方程式：

1．概念

表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。

2．意义

表明了化学反应中的物质变化和能量变化。

如：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

表示：2 mol氢气和1 mol氧气反应生成2 mol液态水时放出571.6 kJ的热量。

3．书写

（1）注明反应条件：反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是在25 ℃、101 kPa下进行的，可不注明。

（2）注明物质状态：常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液，同素异形体要注明名称。

（3）注意符号单位：ΔH应包括“＋”或“－”、数字和单位(kJ·mol－1)。

（4）注意守恒关系：①原子守恒和得失电子守恒；②能量守恒。(ΔH与化学计量数相对应) （5）区别于普通方程式：一般不注“↑”、“↓”以及“点燃”、“加热”等。

（6）注意热化学方程式的化学计量数

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，可以是整数，也可以是分数。且化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。例如：

2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；△H＝－483.6kJ·mol1

－1－H2(g)＋2

O2(g)＝H2O(g)；△H＝－241.8kJ·mol1

上述相同物质的反应，前者的△H是后者的两倍。

4．热化学方程式正误判断

热化学方程式正误的判断—

“五看”法判断热化学方程式的正误

（1）看方程式是否配平；

（2）看各物质的聚集状态是否正确；

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（3）看ΔH的“＋”、“－”符号是否正确；

（4）看反应热的单位是否为kJ·mol－1；

（5）看反应热的数值与化学计量数是否对应。

三、燃烧热与中和热

1．燃烧热

（1）概念：在101kPa时，1mol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。燃烧热的单位一般用kJ／mol表示。

注意：完全燃烧，是指物质中下列元素完全转变成对应的物质：C→CO2，H→H2O，S→SO2等。

（2）表示的意义：例如C的燃烧热为393.5kJ／mol，表示在101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。

2．中和热

（1）概念：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成

1 molH2O，这时的反应热叫中和热。

（2）中和热的表示：H+(aq)+OH-(aq)=H2O （1）；

△H=-57.3kJ／mol。

【注意】

①稀溶液是指溶于大量水的离子。

②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。

③中和反应的实质是H+和OH-化合生成

H2O，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热内。

3．燃烧热和中和热反应方程式的书写

燃烧热

热H<0，单位：反k中和热

应

J/mol 不

能量变化

放

ΔH

Δ同

反应物的量

1 mol (O2的数量不限)可燃物

可能是1 mol，也可能是0.5 mol

生成物的量

不限量

H2O是1

mol 点

反应热的含义

25 ℃、101 kPa时，1 mol纯物稀溶液中酸跟碱发生中和反应生成1 质完全燃烧生成稳定的氧化物mol H2O时所释放的热量；不同反应时所放出的热量；不同反应物，物的中和热大致相同，均约为57.3 燃烧热不同

kJ/mol 4．反应热的相关计算

盖斯定律

（一）盖斯定律：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓（热量）变4

是一样的。

在使用盖斯定律时，伴随着两个或多个方程式的加减处理时，△H的计算一定要带上

（二）化学反应热的计算

1．计算的基本方法

（1）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。

盖斯定律计算的模型：

（2）根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差进行计算

反应物旧化学键断裂吸收能量E1，生成物新化学键形成放出能量E2，则反应的ΔH＝E1－E2。

如H2与Cl2燃烧生成HCl的反应，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)，断裂旧键吸收的总能量为679 kJ·mol－1，新键形成过程中释放的总能量为862 kJ·mol－1，故该反应的反应热ΔH＝679 kJ·mol－1－862 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1。

2．注意事项

（1）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，其反应热数值需同时作相同倍数的改变。

（2）热化学方程式中的反应热是指按所给形式完全进行时的反应热。

（3）正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。

5．中和热的测定

（1）实验用品

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

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（2）测量方法与步骤：

①测量原理：ΔH×n＝－(m酸＋m碱)·c·(t终－t始) ②操作步骤

a．量取50 mL 0.50 mol/L的盐酸，倒入小烧杯中，测定其温度，记作tHCl，然后将温度计上的酸用水冲洗干净(洗液不倒入小烧杯)。

b．用另一个量筒最取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液，测定其温度，记作tNaOH，然后将温度计上的碱用水冲洗干净。

c．先将温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯中，然后把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯中(注意不要洒到外面)，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液并准确读取混合溶液的最高温度，记作t终。

d．重复上述实验两次，取测量所得数据的平均值作为计算数据。

e．根据实验数据计算：t始＝

(若实验过程中保证盐酸与NaOH溶液温度相同，则无需用该公式计算) (50g+50g)×4.18J/(g·℃)×(t终-t始)0.418(t终-t始)ΔH＝－

=－nmol0.025

KJ/mol （3）．中和热测定实验中需注意的事项：

①注意温度相同。必须确保酸、碱两种溶液的温度相同。

②注意酸、碱的浓度大小。为使测得的中和热更准确，所用盐酸和NaOH溶液的浓度宜小不宜大。

③注意保温。必须确保实验过程中酸、碱中和反应放出的热量不能扩散到测定仪器以外。

④注意温度计的使用。实验宜使用精确度为0.1℃的温度计，且测量时应尽可能读准。温度计的水银球要完全浸没在溶液中，而且要稳定一段时间后再读数，以提高所测温度的精度。

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⑤注意两个近似。一个是体系的比热容近似等于水的比热容，二是酸、碱溶液的密度近似等于水的密度。

四、使用化石燃料的利弊及新能源的开发

常规能源

一级能源

水能、生物能等

二级能源

煤制品、石油制品、电能、氢能、沼气、火药等

再生能源

新能源

非再生能源

常规能源

新能源

太阳能、风能、地热能、等

煤、石油、天然气等

核能等

（1）重要的化石燃料：煤、石油、天然气

（2）煤作燃料的利弊问题

①煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。

②煤直接燃烧时产生S02等有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染。

③煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低，且运输不方便。

④可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤燃烧的热利用率。

（3）新能源的开发

①调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油气资源，加强科技投入，加快开发水电、核电和新能源等就显得尤为重要和迫切。

②最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能等。这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，对环境没有污染或污染少。

典例分析：

【典型例题1】化学反应A2+B2=2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是

（

）

A．该反应是吸热反应

B．断裂2molA-B键需要吸收ykJ能量

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C ．2molAB的总能量高于1molA2和1molB2的总能量

D．断裂1molA-A键和1molB-B键可放出xkJ能量

【答案】B 【典型例题2】下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确) （ ）

A．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)

ΔH＝－1367.0

kJ/mol(燃烧热) B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝＋57.3

kJ/mol(中和热) C．S(s)＋O2(g)===2SO2(g)

ΔH＝－296.8

kJ/mol(反应热) D．2NO2===O2＋2NO

ΔH＝＋116.2

kJ/mol(反应热) 【答案】C

【典型例题3】下列叙述正确的是

（

）

A．甲烷的燃烧热为ΔH＝-890.3 kJ·mol-1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为

CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH＝-890.3 kJ·mol-1

B．已知H+(aq)+OH-(aq)== H2O(l)

ΔH＝-57.3 kJ·mol-1，则稀H2SO4溶液和稀Ba(OH)2 溶液反应的反应热ΔH ==2×(-57.3) kJ·mol-1

C．Mg在CO2中燃烧生成MgO和C，该反应中化学能全部转化为热能

D．常温下，反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH > 0

【答案】D 【典型例题4】黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为： （ ）

S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g) ΔH＝x

kJ·mol－1

已知：碳的燃烧热ΔH1＝a

kJ·mol－1 S(s)＋2K(s)===K2S(s) ΔH2＝b

kJ·mol－1

2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s) ΔH3＝c

kJ·mol－1 则x为(

) A．3a＋b－c B．c－3a－b C．a＋b－c D．c－a－b

【答案】A

【迁移训练1】下列变化过程，属于放热反应的是

（

）

①水蒸气变成液态水 ②酸碱中和反应 ③浓硫酸稀释

④固体氢氧化钠溶于水 ⑤氢气在氯气中燃烧 ⑥食物腐败

A．

②③④⑤⑥ B．

②③④ C．

②⑤⑥ D．

①③⑤

【迁移训练2】在25℃、1.01×105Pa下，将22gCO2通入到750mL1.0mol·L1的NaOH溶液中-8

充分反应，放出x

kJ热量。在该条件下1molCO2通入到2L

1.0mol·L1的NaOH溶液中充-分反应，放出ykJ热量，则CO2与NaOH反应生成NaHCO3的热化学反应方程式为

（

）

A．CO2(g)+NaOH(aq)=NaHCO3(aq) △H

= -(2y-x)kJ·mol1

－B．CO2(g) + NaOH(aq) = NaHCO3(aq) △H

= -(4x-y)kJ·mol1

－C．CO2(g) + NaOH(aq) = NaHCO3(aq) △H

= -(2x-y)kJ·mol1

－D．CO2(g) + NaOH(aq) = NaHCO3(aq) △H

= -(8x-2y)kJ·mol1

－【迁移训练3】以下几个热化学方程式，能表示燃烧热的热化学方程式是

（

）

A．C(s)＋1/2O2(g)===CO(g)

ΔH＝110.5 kJ·mol1

－B．C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－393.5 kJ·mol1

－C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH＝－571.6 kJ·mol1

－D．H2(g)＋1/2O2(g)== =H2O(g)

ΔH＝－241.8 kJ·mol1

－【迁移训练4】能源可划分为一级能源和二级能源，直接来自自然界的能源称为一级能源；需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取：2H2O(l)= 2H2(g)＋O2(g)，该反应需要吸收大量的热，下列叙述正确的是

（

）

A．水煤气是二级能源

B．水力是二级能源

C．天然气是二级能源

D．电能是一级能源

【迁移训练5】已知充分燃烧ag乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量bkJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是

（

）

A．2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝-2bkJ/mol

B．C2H2(g)＋5/2O2(g)＝2CO2(g)＋

H2O(l) ΔH＝2bkJ/mol

C．2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝-4bkJ/mol

D．2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝bkJ/mol

【迁移训练6】在25℃、1.01×105Pa下，将22gCO2通入到750mL1.0mol/L的NaOH溶液中充分反应，放出xkJ热量。已知该条件下，1mol

CO2通入到2L1.0mol/LNaOH溶液中充分反应，放出y

kJ的热量．则CO2与NaOH溶液反应生成NaHCO3的热化学方程式正确为

（

）

A．CO2（g）+NaOH（aq）=NaHCO3（aq）△H=－（2y-x）kJ/mol

B．CO2（g）+NaOH（aq）=NaHCO3（aq）△H=－（4x-y）kJ/mol

C．CO2（g）+NaOH（aq）=NaHCO3（aq）△H=－（2x-y）kJ/mol

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D．CO2（g）+NaOH（aq）=2NaHCO3（aq）△H=－（8x-2y）kJ/mol 【迁移训练7】最近意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子，N4分子结构如图所示，已知断裂1molN—N键吸收167kJ热量，生成1molN≡N键放出942kJ热量。根据以上信息和数据，则1molN4(g)生成N2(g)的ΔH为

（

）

A．

-882kJ/mol

B．+441kJ/mol

C．+882kJ/mol

D．-441kJ/mol 【迁移训练8】利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：

①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸温度；②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液，并用另一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设

法使之混合均匀，测得混合液最高温度。回答下列问题：

（1）为什么所用NaOH溶液要稍过量？__________________ ________________________________________________________。

（2）倒入NaOH溶液的正确操作是__________(填序号)。

A．沿玻璃棒缓慢倒入

B．分三次少量倒入

C．一次迅速倒入

（3）使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________(填序号)。

A．用温度计小心搅拌

B．揭开硬纸片用玻璃棒搅拌

C．轻轻地振荡烧杯

D．用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动

（4）现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1 L 1 mol·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为________________。

（5）假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1。为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：

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实验序号

1 2 3 起始温度t1/ ℃

盐酸

20.0 20.2 20.5 氢氧化钠溶液

20.1 20.4 20.6 终止温度t2/ ℃

混合溶液

23.2 23.4 23.6 依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝__________(结果保留一位小数)。

（6）________(填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是____________________________________________________________。

【答案】（1）确保盐酸被完全中和

（2）C

（3）D

（4）ΔH1＝ΔH2<ΔH3

（5）－51.8 kJ·mol－1

（6）不能

H2SO4与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应热

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