详述反应热与能量变化

陈盈栋 王晓波

(内蒙古赤峰市巴林左旗林东一中化学教研组 025450)

详述反应热与能量变化

陈盈栋 王晓波

(内蒙古赤峰市巴林左旗林东一中化学教研组 025450)

结合例题对“反应热与能量变化”类知识进行了总结.

反应热；能量变化；化学

反应热是近几年高考的重点内容之一，题型一般为选择和填空，考查的内容主要有：热化学方程式的正误判断、比较反应热的大小、有关反应热的计算等.

一、反应热、中和热和燃烧热

反应热 中和热 燃烧热含义化学反应过程中放出或吸收的热量在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应而生成1molH2O(l)时所放出的热量在25℃101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量反应特点任何反应中和反应燃烧反应物质状态物质的状态要确定稀溶液生成物在常温下为稳定态化学方程式配平标准任意物质的量以生成1molH2O(l)为标准以燃烧1mol可燃物为标准ΔH符号放热取负值、吸热取正值负值负值能量数值的描述必须指出是放热还是吸热或使用正负值或用ΔH表示直接描述热量的变化时不必再指明是放出的热量,可用ΔH表示说明①ΔH=∑E(生成物)-∑E(反应物)②ΔH值与书写形式有关,单位一般是“kJ·mol-1”①电离吸热、溶解时吸热或放热②稀强酸与稀强碱反应的中和热为57.3kJ·mol-1稳定的氧化物如CO2、SO2、H2O、P2O5等①在中学阶段,如果不指明条件就默认为通常状况,比较ΔH的相对大小时要考虑其数值的“+”“-”的问题②用弱酸或弱碱的稀溶液进行中和反应时,每生成1molH2O(l)放出的热量小于57.3kJ

不能根据反应条件是否需要加热来判断一个反应是放热反应还是吸热反应，因为有些放热反应需要加热才能进行，而有些吸热反应在常温下也可自发进行.

实际上反应热就是反应物分子中旧的化学键断裂时所吸收的总能量与形成的生成物分子中新的化学键所释放的总能量之差.ΔH=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能).同样当“ΔH”为“-”即ΔH<0时为放热反应；反之，吸热反应，这时“ΔH”为“+”，即ΔH>0，且+、-只表示反应的吸放热，不能省略.

二、热化学方程式的书写

例1 25℃ 101kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3kJ·mol-1，辛烷的燃烧热为5518kJ·mol-1.下列热化学方程式书写正确的是( ).

B.KOH(aq)+H2SO4(aq) =K2SO4(aq)+H2O(l)；ΔH=-57.3kJ·mol-1

C.C8H18(l)+O2(g) = 8CO2(g)+ 9H2O(g)；ΔH=-5518kJ·mol-1

D.2C8H18(g)+25O2(g) =16CO2(g)+18H2O(l)；ΔH=-5518kJ·mol-1

解析中和热的标准是生成1molH2O(l)时所放出的热量，A项不符合中和热的定义；燃烧热要求必须生成稳定的氧化物，C项中生成物水为气态，应该为液态.D项中辛烷的物质的量不是1mol，D中ΔH=-11036kJ·mol-1才正确.所以ACD错误.

答案B

点拨燃烧热、中和热概念的理解及热化学方程式的正确书写是解该题的关键.

三、反应热与能量的关系

例2 下列对热化学方程式：H2(g)+I2(g)=HI(g)ΔH=+26kJ·mol-1的叙述中正确的是( ).

A．1molH2(g)和1molI2(g)完全反应生成2molHI(g)需要吸收26kJ热量

B．1个H2(g)分子和1个I2(g)分子完全反应生成2个HI(g)需要吸收52kJ热量

C．1molH2(g)与1molI2(g)完全反应生成2molHI(g)需吸收52kJ热量

D．1molH2(g)与1molI2(g)完全反应生成2molHI(g)放出26kJ热量

解析利用能量来表达反应热ΔH，ΔH=∑E(生成物)-∑E(反应物)=+26kJ·mol-1生成物比反应物的总能量高，需要吸收热量.根据化学计量数与ΔH成正比.答案：C

点拨ΔH的表达式有三种，用能量表达为ΔH=∑E(生成物)-∑E(反应物)

四、反应热与键能的关系

例3CH3—CH3→CH2=CH2+H2；有关化学键的键能如下：

化学键C-HC=CC-CH-H键能/kJ·mol-1414.4615.3347.4435.3

试计算该反应的反应热.

解析由反应热ΔH的计算公式，ΔH=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能)=(6×414.4+347.4-615.3-4×414.4-435.3)kJ·mol-1=+125.6kJ·mol-1

点拨反应热ΔH计算的键能表达式，ΔH=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能)

五、反应热大小的比较

例4 强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的反应热可表示如下：H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)；ΔH=-57.3kJ/mol，向1L1mol/L的NaOH(aq)中加入：①稀醋酸②浓硫酸③稀硝酸恰好完全反应时的反应热为ΔH1、ΔH2、ΔH3，它们的关系正确的是( )

A．ΔH1>ΔH2>ΔH3B．ΔH2>ΔH3>ΔH1

C．ΔH1=ΔH2=ΔH3D．ΔH1>ΔH3>ΔH2

解析醋酸是弱酸，存在电离平衡，电离是吸热的；浓硫酸溶于水放热，但放出的热量越多，ΔH就越小；稀硝酸属于一元强酸与1molNaOH溶液反应放出的热量恰好是中和热57.3kJ.答案:D

点评该题是高考中的常见考点，属于基础性试题的考查.该题的关键是明确在比较ΔH大小时应该带着符号进行比较，而热量Q的大小只比较数值，不带符号.

六、物质稳定性的判断

例5 已知25℃,101kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为

C(石墨)+O2(g)=CO2(g)；ΔH=-393.51kJ/mol

C(金刚石)+O2(g)=CO2(g)；ΔH=-395.41kJ/mol

据此判断石墨和金刚石的稳定性

解析将两个热化学方程式进行做差:

C(石墨)=C(金刚石)ΔH=+1.9kJ/molΔH>0

吸热反应.等量石墨的能量比金刚石的低，根据分子运动理论，物质本身具有的能量越低，物质就越稳定，物质越稳定则键能越大.所以，石墨比金刚石稳定，石墨比金刚石晶体中碳碳键的键能大.

点评考查物质稳定性与能量、键能的关系的关系.

七、可逆反应中的反应热

A．196.64kJB．196.64kJ/mol

C．<196.64kJD．>196.64kJ

解析该热化学方程式的含义是1molSO2和O2完全反应生成1molSO3所放出的热量为98.32kJ.则在密闭容器中充入2molSO2和1molO2发生可逆反应达到平衡时，由于反应物的转化率小于100%，所以反应体系放出的热量小于2×98.32kJ=196.64kJ答案：C

点评热化学方程式的含义及反应热与可逆反应的关系.

八、盖斯定律的应用

例7 已知

ΔH1=Q1kJ/mol

①

②

③

室温下使16g纯甲醇充分燃烧，再恢复到室温放出的热量为多少千焦？

解析根据所求：

将①/2+2×②-③即可得到室温下酒精燃烧热的方程式:

ΔH=0.5ΔH1+2ΔH2-ΔH3

1

0.5Q1+2Q2-Q3

0.5

Q

答案Q=0.5(0.5Q1+2Q2-Q3)kJ

点评利用盖斯定律解题必须首先确定目标反应，然后根据已知反应，通过四则混合运算的方法确定换算的最佳结果.同时在运算时ΔH的“+”、“-”也按照相同的方式进行计算.

九、反应热的计算

ΔH=-571.6kJ·mol-1

ΔH=-890kJ·mol-1

现有H2与CH4的混合气体112L(标准状况)，使其完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，若实验测得反应放热3695kJ.则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是____

解析由热化学方程式可知氢气和甲烷的燃烧热分别是285.8kJ·mol-1、890kJ·mol-1.设氢气和甲烷的物质的量分别是x和y，因为混合气体共是5mol.所以有下列关系式①x+y=5、②285.8x+890y=3695，二式联立解得x∶y=1∶3

点评考查反应热的计算.

十、反应热的综合应用

例9 下表中的数据为各物质的键能.

物质CN2O2CH4NH3H2OH2化学键C-CN≡NO=OH-CH-NH-OH-H键能/kJ/mol347.4946496414.4391463436

完成下列两个小题：

(1)上述物质中能量最低的是 形成氢化物最不稳定的是

(2)相同条件下，N2、H2、O2分别和H2反应，当消耗等量的H2时，吸收或放出的热量最多的是

解析从非金属性角度来说，元素的非金属性越强，形成的单质越活泼，单质就越易与H2化合，形成的氢化物越稳定，氢化物的键能越大.等量的单质与H2化合产生的热效应就越多.

从能量角度而言，物质的键能表示破坏或形成1mol共价键所放出或吸收的能量，因此共价键的键能越大，物质本身所具有的能量越低，物质需要更多的能量解离，物质就越稳定.等量的单质与H2化合产生的热效应就越小.

答案(1)N2CH4(2)H2O

点评一个确定的化学反应在发生过程中吸收能量或放出能量ΔH=反应物的化学键键能之和-生成物的化学键键能之和=生成物能量之和-反应物能量之和.

十一、回顾与预测

重难点阐释：化学反应中的总能量变化包括：物质化学能的变化和化学键键能的变化.这两种能量变化不是割离的而是有必然联系的.由ΔH的两个互为相反数的计算公式以及化学反应的总能量与总键能的反比关系.不难得出：反应物化学能之和+反应物中化学键键能之和=生成物化学能之和+生成物中化学键键能之和.

热点预测：高考对盖斯定律的考查仅局限于定律的简单应用，考查程度不深.以后的复习备考中务必倾向于将盖斯定律与原电池和电解池的知识点结合起来，这样有利于考查学生的综合应用和理解能力，也可能成为高考出题的亮点.

十二、总结归纳

(1)对于任意一个化学反应而言：

反应物总能量之和+反应物总键能之和=生成物总能量之和+生成物总键能之和

ΔH=反应物中化学键键能之和-生成物中化学键键能之和=生成物化学能之和-反应物化学能之和=Ea-Ea′(Ea为反应物的活化能；Ea′为生成物的活化能)

(2)同一主族元素的单质和H2化合时：元素的非金属性越弱，单质越不活泼，与H2就越不容易化合，生成的氢化物就越不稳定，形成化合物的共价键键能越小.物质本身具有的能量越高.等量的单质和H2化合，放出的热量就越少.

(3)反应热是一个矢量，吸热为“+”号，放热为“-”号.所以反应热必须带正负号，且只能用ΔH来表示.在表述燃烧热和中和热时不带正负号，因为中和热和燃烧热不存在正负的问题，均用数值直接表达.(反应热、中和热和燃烧热三者而言：即用ΔH表示的时候标注+、-号，其余情况均都不标注)

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程研究开发中心. 化学选修5-有机化学基础[M](第2版).北京:人民教育出版社，2007(2).

G632

A

1008-0333(2017)31-0076-03

2017-07-01

陈盈栋(1986.12-)，男，甘肃会宁人，中学一级，本科，从事化学教育教学.

王晓波(1981.4-)，男，内蒙古赤峰市，中学一级，研究生，从事化学教育教学、班级管理和生涯规划.

季春阳]