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一、化學反應中能量變化
1、反應熱(焓變)
- 1)、定義:在化學反應過程中,當反應物和生成物具有相同溫度時,所吸收或放出的熱量。
- 2)、符号:ΔH。
- 3)、常用單位:kJ/mol或kJ·mol-1。
- 4)、測量:可用量熱計測量。
- 5)、表示方法
吸熱反應:ΔH>0;放熱反應:ΔH<0。
- 6)、産生原因
化學反應過程中舊鍵斷裂吸收的能量與新鍵形成放出的能量不相等,故化學反應均伴随着能量變化。
2、燃燒熱和中和熱
- 1)、燃燒熱:101 kPa時,1 mol純物質完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量。
a、燃燒熱是以1 mol物質完全燃燒所放出的熱量來定義的,因此在書寫表示燃燒熱的熱化學方程式時,以燃燒1 mol物質為标準來确定其餘物質的化學計量數。
b、燃燒産物必須是穩定的氧化物,如C -> CO2、H2 -> H2O(l)等。
- 2)、中和熱:在稀溶液中,強酸和強堿發生中和反應生成1 mol 水時的反應熱。
(1)、強酸和強堿的稀溶液發生反應,其中和熱是相等的,都約是57.3 kJ·mol-1。
H (aq) OH-(aq)= H2O(l) ΔH= - 57.3 kJ·mol-1
(2)、強酸和弱堿或弱酸和強堿的稀溶液發生反應,中和熱一般小于57.3 kJ·mol-1,因為弱電解質的電離是吸熱的。
(3)、中和反應的實質是H 和OH-結合生成H2O。若反應過程中有其他物質生成(如生成不溶性物質、難電離物質等),這部分反應熱不在中和熱之内。
3、放熱反應和吸熱反應
注意:
- 1)、化學反應表現為吸熱或放熱與反應開始是否需要加熱無關。
需要加熱的反應不一定是吸熱反應。
例:C O2= CO2為放熱反應
不需要加熱的反應也不一定是放熱反應。
例:Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反應為吸熱反應。
- 2)、吸熱反應和放熱反應均為化學反應。濃硫酸的稀釋、NaOH固體溶于水放熱,NH4NO3固體溶于水吸熱,但它們不屬于化學反應,因此不屬于吸熱反應或放熱反應。
1、定義
表示參加反應的物質的量和反應熱的關系的化學方程式。
2、表示意義
不僅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。
例如:
2H2(g) O2(g)= 2H2O(l) ΔH= - 571.6 kJ/mol-1
表示25 ℃、101 kPa時,2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全反應生成2 mol H2O(l),放出571.6 kJ的熱量。
3、書寫要求
- 1)、注明反應的溫度和壓強(25 ℃、101 kPa下進行的反應可不注明)。
- 2)、注明反應物和生成物的狀态:固态(s)、液态(l)、氣态(g)、水溶液(aq) 。
- 3)、熱化學方程式的化學計量數隻表示物質的物質的量,而不代表分子或原子個數,因此可以寫成分數。
- 4)、如果計量數加倍,ΔH也要加倍。
- 5)、熱化學方程式中不用“↑”和“↓”,不用“箭頭号”,而用“等号”表示。
- 6)、無論化學反應是否可逆,熱化學方程式中的反應熱ΔH都表示反應進行到底時的能量變化。
- 7)、當反應逆向進行時,其反應熱與正反應的反應熱數值相等,符号相反。
三、蓋斯定律例:
①H2(g) Cl2(g)= 2HCl(g) ΔH1
②2HCl(g)=H2(g) Cl2(g) ΔH2
則有:ΔH1 = - ΔH2。
1、内容
不管化學反應是一步完成還是分幾步完成,其反應熱是相同的,它隻與反應體系的始态和終态有關,而與反應途徑無關。
2、應用
間接計算某些反應的反應熱。
3、計算
例:在1 200 ℃時,天然氣脫硫工藝中會發生下列反應:
(1)、H2S(g) 3/2O2(g) = SO2(g) H2O(g) ΔH1
(2)、2H2S(g) SO2(g) =3/2S2(g) 2H2O(g) ΔH2
(3)、H2S(g) 1/2O2(g) = S(g) H2O(g) ΔH3
(4)、2S(g) = S2(g) ΔH4
則ΔH4的表達式為___________
計算方法:
1)、根據最終方程式(4),确定需要留下的物質和需要删除的物質。
- S(g)需要留下來,而且在等式左側系數為2。
- S2(g)需要留下來,而且在等式右側側系數為1
- 據此可知:(3)中的S(g)在右側,系數為1,所以需乘以-2;
- (5)、2S(g) 2H2O(g) =2H2S(g) 1O2(g) ΔH3 x -2
- 此時,S(g)的位置和系數就沒問題了。
- (2)中的S2(g)在右側,系數為3/2,所以乘以2/3。
- (6)、4/3H2S(g) 2/3SO2(g) =S2(g) 4/3H2O(g) ΔH2 x2/3
- (5) (6)得:
- (7)、2S(g) 2/3SO2(g) 2/3H2O(g) =2/3H2S(g) S2(g) 1O2(g) ΔH3 x -2 ΔH2x2/3
2)、把不需要的物質在疊加過程中删除掉
- (7)中SO2(g)需要删除,所以(1)需要乘以
- (8)、2/3H2S(g) O2(g) = 2/3SO2(g) 2/3H2O(g) ΔH1x2/3
- (7) (8)得:
- 2S(g) = S2(g) ΔH4=ΔH3 x -2 ΔH2x2/3 ΔH1x2/3
1、直接比較法
依據規律、經驗和常識直接判斷不同反應的反應熱的大小的方法稱為直接比較法。
- 1)、吸熱反應的ΔH肯定比放熱反應的ΔH大(前者大于0,後者小于0)。
- 2)、等量的可燃物完全燃燒所放出的熱量肯定比不完全燃燒所放出的熱量多。
- 3)、産物相同時,A(g)燃燒放出的熱量比等量的A(s)燃燒放出的熱量多。反應物相同時,生成B(l)放出的熱量比生成等量的B(g)放出的熱量多。
- 4)、生成等量的水時,強酸和強堿的稀溶液反應比弱酸和強堿或弱堿和強酸或弱酸和弱堿的稀溶液反應放出的熱量多。
- 5)、對于可逆反應,因反應不能進行完全,實際反應過程中放出或吸收的熱量要小于理論值。例如:2SO2(g) O2(g)2SO3(g) ΔH= - 197 kJ/mol,則向密閉容器中通入2 mol O2(g)和1 mol O2(g),反應達到平衡後,放出的熱量要小于197 kJ。
2、蓋斯定律比較法
- 1)、同一反應的生成物狀态不同時
A(g) B(g)=C(g) ΔH1<0
A(g) B(g)=C(l) ΔH2<0
C(g)=C(l) ΔH3<0
因為 ΔH3=ΔH2-ΔH1 < 0
所以ΔH2<ΔH1。
也可以按以下思路分析:
ΔH1 ΔH3=ΔH2,ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0
所以ΔH2<ΔH1。
- 2)、同一反應的反應物狀态不同時
S(g) O2(g)=O2(g) ΔH1<0
S(s) O2(g)=SO2(g) ΔH2<0
S(g)=S(s) ΔH3<0
ΔH2 ΔH3=ΔH1,ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0,所以 ΔH1<ΔH2。
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