高二化學專題:一文解決熱化學反應方程式及其中和熱

2020-12-11 中原說教育

01基本概念理解

什麼是熱化學方程式？

熱化學方程式指的是能夠表示化學反應熱效應的化學方程式；

熱化學反應方程式的意義：既表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化。

熱化學方程式

熱化學方程式如何書寫？（歸納為：寫條件（反應條件），含能量，標狀態（物質是固體、液體還是氣體））詳細情況如下：

1. 方程的右邊必須寫上△H，並用「空格」隔開，△H：吸熱用「+」，放熱用：「－」。

2. 需註明反應時的溫度和壓強。沒有註明，即指25℃、101kPa。

3. 需註明各物質的狀態。

4. 不寫反應條件（如點燃、加熱之類）；方程式中不用「↓」和「↑」。

5. 係數只表示物質的量，可以是整數、小數或分數。

6. 熱化學方程式是表示已完成的數量,由於△H與反應完成物質的量有關,所以方程式中化學式前面的化學計量數必須與△H相對應,如果化學計量數加倍, △H也要加倍.當反應逆反應方向進行時,其反應熱與正反應的反應熱數值相等,符號相反.

熱化學方程式如何書寫

02示例講解之選擇題

1．CO(g)與H2O(g)反應過程的能量變化如圖所示，下列說法正確的是（ ）

CO(g)與H2O(g)反應過程

A．該反應為吸熱反應

B．CO(g)和H2O(g)所具有的總能量大於CO2(g)和H2(g)具有總能量

C．熱化學方程式為CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g) ΔH=+41kJ·mol1（加熱的條件由於局限性無法寫到==號上）

D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反應生成1 mol CO(g)和H2O(g)要放出41 kJ熱量

【解析】從題圖數據可以看出，該反應的ΔH<0，為放熱反應，CO(g)和H2O(g)的總能量大於CO2(g)和H2(g)的總能量，反應的熱化學方程式為CO(g)+H2O(g)==

CO2(g)+H2(g)ΔH=41kJ/mol。該反應的逆反應要吸收熱量。所以答案選擇B。

2．一定條件下，1mol氫氣燃燒生成液態水，放出285.8kJ熱量。下列熱化學方程式正確的是（　）

A．2H2(g)+O2(g)=2H2O（1） △H=-285.8kJ·mol-1

B．2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-285.8kJ·mol-1

C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6kJmol-1

D．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=+571.6kJmol-1

【解析】A．2mol氫氣完全燃燒放熱571.6KJ，故A錯誤；

B．氫氣完全燃燒生成液態水，不是生成水蒸氣，故B錯誤；

C．2mol氫氣燃燒生成液態水，放出571.6kJ熱量，熱化學方程式應為2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6kJmol-1，故C正確；

D．放熱焓變為負值，故D錯誤；

3．下列說法或表示方法正確的是（ ）

A．若將等量的S(s)和S(g)分別完全燃燒，後者放出的熱量多

B．由C（石墨）→C（金剛石）△H=＋1.9kJ·mol－1可知，金剛石比石墨穩定

C．在稀溶液中：H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)△H=－57.3kJ·mol－1，若將含0.5mollH2SO4與含0.5molBa(OH)2的溶液混合，放出的熱量等於57.3kJ

D．在101kPa時，2gH2完全燃燒生成液態水，放出285.8kJ熱量，氫氣燃燒的熱化學方程式為：

2H2(g)＋O2(g)=2H2O△H=－571.6kJ·mol－1

【解析】A．①S(s)＋O2(g)=SO2(g)△H1＜0；②S(s)=S(g) △H2＞0；③S(g)＋O2(g)=SO2(g)△H3＜0，△H3=△H1－△H2＜△H1＜0，因此硫蒸氣燃燒放出熱量多，故A正確；

B．石墨轉化成金剛石是吸熱反應，金剛石具有的能量高於石墨，能量越低，物質越穩定，因此石墨比金剛石穩定，故B錯誤；

C．Ba(OH)2與H2SO4反應的離子方程式為Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO42－=BaSO4↓＋2H2O，Ba2＋＋SO42－=BaSO4↓伴隨熱效應，因此0.5molH2SO4與含0.5molBa(OH)2溶液混合，放出熱量不等於57.3kJ，故C錯誤；

D．沒有指明水的狀態，故D錯誤；

4．根據熱化學方程式S(s)+O2(g)==SO2(g)ΔH＝—297.2kJ/mol分析，下列說法中不正確的是（ ）

A．S(s)在O2(g)中燃燒是放熱反應

B．16g固體硫在空氣中充分燃燒，可放出148.6kJ的熱量

C．反應S(g)+O2(g)==SO2(g)的ΔH大於—297.2kJ/mol

D．1molSO2(g)所具有的能量小於1molS(s)與1molO2(g)所具有的能量之和

【解析】A．S(s)+O2(g)═SO2(g)△H=-297.2kJmol-1，焓變是負值，說明S(s)在氧氣中燃燒的反應是放熱反應，故A正確；

B．S(s)+O2(g)═SO2(g)△H=-297.2kJmol-1，16g固體硫為0.5mol，在氧氣中充分燃燒，可放出148.6kJ的熱量，故B正確；

C．S(s)=S(g)為吸熱過程，△H＞0，由蓋斯定律可知，S(g)+O2(g)═SO2(g)△H＜-297.2kJ/mol，故C錯誤；

D．S(s)+O2(g)═SO2(g)是放熱反應，1mol SO2(g)所具有的能量低於1mol S(s)與1mol O2(g)所具有的能量之和，故D正確；

5．已知氫氣在氯氣中燃燒時產生蒼白色火焰。在反應過程中，破壞1mol氫氣中的化學鍵消耗的能量為Q1kJ，破壞1mol氯氣中的化學鍵消耗的能量為Q2kJ，形成1mol氯化氫中的化學鍵釋放的能量為Q3kJ，下列關係式中正確的是（ ）

A．Q1+Q2>Q3 B．Q1+Q2<Q3 C．Q1+Q2<2Q3 D．Q1+Q2>2Q3

【解析】破壞1mol氫氣中的化學鍵消耗的能量為Q1kJ，即氫氫鍵鍵能為Q1kJ；破壞1mol氯氣中的化學鍵消耗的能量為Q2kJ，即氯氯鍵鍵能為Q2kJ；形成1mol氯化氫中的化學鍵釋放的能量為Q3kJ，即氫氯鍵鍵能為Q3kJ；氫氣在氯氣中燃燒，根據反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=（Q1+Q2）kJ-2Q3kJ，燃燒反應為放熱反應，反應熱<0，所以（Q1+Q2）-2Q3<0，即Q1+Q2<2Q3。

6．沼氣是一種能源，它的主要成分是CH4，0.5molCH4完全燃燒生成CO2和H2O時，放出445kJ熱量，則下列熱化學方程式正確的( )

A．2CH4(g)+4O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) △H=+890kJ/mol

B．CH4+2O2=CO2+2H2O △H=﹣890kJ/mol

C．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=﹣890kJ/mol

D．<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>CH4(g)+O2(g)=<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>CO2(g)+H2O(l) △H=﹣890kJ/mol

【解析】0.5mol CH4完全燃燒生成CO2和液態水時，放出445kJ熱量，1molCH4在氧氣中燃燒生成CO2和液態水，放出890kJ熱量，則熱化學方程式為CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ/mol，故C正確；

7．SF6可用作高壓電力設備中的「氣體絕緣開關」，由S(g)與F2(g)製備SF6(g)的能量變化如圖所示，下列說法正確的是（ ）

S(g)與F2(g)製備SF6(g)的能量變化

A．若已知S－F鍵的鍵能則可確定F－F鍵的鍵能

B．S(g)＋3F2(g)=SF6(g)△H=＋1209kJ·mol－1

C．與S(g)＋3F2(g)=SF6(g)相比，S(s)＋3F2(g)=SF6(g)放出的熱量較多

D．由於反應Ⅰ放出的熱量大於反應Ⅱ，所以反應速率：Ⅰ>Ⅱ

【解析】A．根據第二步的反應熱可以得出：<Object: word/embeddings/oleObject3.bin>，故若已知S－F鍵的鍵能則可確定F－F鍵的鍵能，A正確；

B．由圖中可知該反應為放熱反應，S(g)＋3F2(g)=SF6(g)△H=-1209kJ·mol－1，B錯誤；

C．由S(g)到S(s)的過程是放熱的，故與S(g)＋3F2(g)=SF6(g)相比，S(s)＋3F2(g)=SF6(g)放出的熱量較少，C錯誤；

D．由於反應Ⅰ放出的熱量大於反應Ⅱ，但是反應速率與反應熱的大小無關，而與反應的活化能有關，一般活化能越小反應速率越快，故反應速率應該是Ⅰ<Ⅱ，D錯誤；

03示例講解之非選擇題

8．將煤轉化為水煤氣的主要化學反應為C(s)＋H2O(g)<Object: word/embeddings/oleObject4.bin>CO(g)＋H2(g)；C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃燒的熱化學方程式為

C(s)＋O2(g)=CO2(g)　 ΔH＝－393.5 kJmol－1

H2(g)＋ O2(g)=H2O(g) ΔH＝－242.0 kJmol－1

CO(g)＋ O2(g)=CO2(g) ΔH＝－283.0 kJmol－1

（1）根據以上數據，寫出C(s)與水蒸氣反應的熱化學方程式： _______ 。

（2）比較反應熱數據可知，1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃燒放出的熱量之和比1 mol C（s）完全燃燒放出的熱量多。甲同學據此認為「煤轉化為水煤氣可以使煤燃燒放出更多的熱量」；乙同學根據蓋斯定律做出下列循環圖，並據此認為「煤轉化為水煤氣再燃燒放出的熱量與煤直接燃燒放出的熱量相等」。請分析：甲、乙兩同學觀點正確的是 _____（填「甲」或「乙」）；判斷的理由是________。

1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃燒

（3）CO、H2等可燃性氣體可以設計成燃料電池，燃料電池是一種能量轉化率較高的發電裝置。如圖是一種氫氧燃料電池示意圖，則該電池a極的電極反應式為 ________ 。若將H2換成CH4，則該電池負極的電極反應式為 _______ 。

CO、H2等可燃性氣體可以設計成燃料電池

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