大数据建模：热与能量变化

【高考化学·考试大纲】了解化学反应的本质、基本原理以及能量变化等规律:(1)了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。(2)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。(3)了解焓变(ΔH)与反应热的含义。(4)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。

【课程标准·学业要求】(1)能基于化学键解释某些化学反应的热效应。(2)能从物质及能量变化的角度评价燃料的使用价值。(3)能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。(4)能进行反应焓变的简单计算。(5)能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用,能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。(6)能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如煤炭的综合利用、新型电池的开发等。

1.[15 全国Ⅱ,27]利用合成气(主要成分为CO和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的反应如下:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

已知反应中的相关的化学键键能数据如下:

由此计算ΔH1=kJ·mol-1。

2.[全国高考]反应A+B→c(ΔH<0)分两步进行①A+B→X(ΔH>0)②X→c(ΔH<0)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是(　)

3.[15 全国Ⅰ,28]已知反应2HI(g)==H2(g)+I2(g)的ΔH=+11kJ·mol-1,1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量,则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。

一、反应热与焓变(ΔH)

1.反应热:一定条件下,一定________的反应物之间____反应所____或_____的热量。

测量反应热的仪器叫做__________。

2.焓变:焓(H)是与内能有关的物理量。生成物与反应物的_______即为焓变,符号:ΔH,单位:_______。

3.焓变与反应热的关系:恒压条件下,反应的热效应等于焓变。因此,常用ΔH表示反应热。

4.吸热反应、放热反应

(1)放热反应:反应物的总能量_______生成物的总能量。反应体系的能量_______,故ΔH___0(填“<”或“>”),即ΔH为____(填“+”或“-”)。

(2)吸热反应:反应物的总能量_____生成物的总能量。反应体系的能量_______,故ΔH___0(填“<”或“>”),即ΔH为______(填“+”或“-”)。

二、常见的放热反应与吸热反应

化学反应一定有物质的变化和______的变化。

1.常见的放热反应

(1)活泼金属与H2O或酸的反应。(2)酸碱中和反应。(3)燃烧反应。(4)多数化合反应。(5)原电池的放电。(6)与氧气的反应。(7)浓硫酸稀释、氢氧化钠固体溶解(物理放热)等。

2.常见的吸热反应

(1)多数分解反应:

如

(2)晶体Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应:

2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)===BaCl2+2NH3↑+10H2O

(3)以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应。

(4)电池充电。

(5)盐的水解,铵盐溶解(物理变化)等。

(6)几个典型的吸热反应:(www.xing528.com)

通常为了加快反应速率,反应进行时可以加热;对于吸热反应,要持续不断地加热才能维持反应地不断进行;对于放热反应,加热到反应进行后,可以不再加热,反应放出的热量能维持自身反应所需的温度。

【考型1】反应热大小的比较

1.[14 江苏,10]已知:C(s)+O2(g)==CO2(g) ΔH1

CO2(g)+C(s)==2CO(g) ΔH2

2CO(g)+O2(g)==2CO2(g) ΔH3

4Fe(s)+3O2(g)==2Fe2O3(s) ΔH4

下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　)

A.ΔH1>0　B.ΔH3<0　C.ΔH2>0　D.ΔH4>0

【考型2】反应热与物质的能量变化图

2.[14 北京,26]已知:2NO2(g)N2O4(g) ΔH12NO2(g)N2O4(l) ΔH2

下列能量变化示意图中,正确的是(　)

【考型3】反应热与键能

3.[15 山东,33]已知反应：

Cl2(g)+3F2(g)==2ClF3(g) ΔH=-313kJ·mol-1

F-F键的键能为159kJ·mol-1,Cl-Cl键的键能为242kJ·mol-1,则ClF3中Cl-F键的平均键能为___kJ·mol-1。ClF3的熔、沸点比BrF3的(填“高”或“低”)。

一、反应热与焓变

1.反应热的比较:ΔH(焓变)带有“+”或“-”号,比较ΔH的大小时,也要带上“±”号比较,放热越多,ΔH的值越小。如果仅仅比较反应热的热值,则不带符号,放出热量越多,则热值越大。

2.物质状态对反应热的影响:物质的气、液、固三态的不同其反应热的大小也不相同。三种状态物质的能量高低顺序为:E(g)>E(l)>E(s)。

当反应物的能量升高时(如由固态变为气态),反应中放出的热量更多,ΔH变小。反知当生成物的能量升高时(如由固态变为气态),反应中放出的热量减少,ΔH变大。

二、焓变与反应中物质能量的变化关系

化学反应一定有物质的变化和能量的变化。如果反应物所具有的总能量高于生成物的总能量,反应时,一部分能量就会转变成热能释放出来,这就是放热反应;反之则是吸热反应,表示如图。

物质能量变化与焓变的关系:

ΔH=E(生成物的总能量)−E(反应物的总能量)

对图进行判断时,特别要注意:(1)反应物与生成物的能量大小与在图中的位置高低表示要一致;(2)在能量图中,反应物和生成物表示的原子要守恒,同时,还要注意物质的状态;(3) ΔH的符号,生成物的能量越低,ΔH越小,物质越稳定。如非金属性越强,与氢气反应时,放出的能量越多,本身的内能就越低,生成的氢化物越稳定。

三、焓变与键能的关系

化学反应的本质是旧化学键的断裂,新化学键生成的过程。拆开(或生成)1mol化学键所吸收(或放出)的能量看成该化学键的键能,单位kJ/mol。一般来说,键长(成键原子的半径之和)越短,键能越大,物质越稳定,能量越低。键能与焓变的关系:

ΔH===E(反应物总键能)−E(生成物总键能)