化學反應中的能量變化實質上是在化學變化中,反應物分子轉變?yōu)樯晌锓肿?,各原子間的結合方式發(fā)生了改變。舊鍵的斷裂吸熱,新鍵的生成放熱?;瘜W反應中的能量變化就來源于此。本部分內容在高考題中主要體現(xiàn)對概念的考查,如熱化學方程式的書寫,判斷;反應熱的簡單計算考查等?,F(xiàn)就此考點歸納如下。
一、熱化學方程式的書寫
書寫熱化學方程式除了要遵循書寫化學方程式的要求外,還應注意幾個方面。
?。?)反應熱與反應物和生成物所呈現(xiàn)的聚集狀態(tài)有關,在熱化學方程式中必須標明各物質的狀態(tài)(g、l、s、aq);
(2)反應熱與反應溫度和壓強有關,中學所用ΔH一般是指101KPa和25℃因此不特別指明。但需注明ΔH的“+”與“-”,放在方程式的右邊,“+”表示吸熱,“-”表示放熱。
?。?)ΔH的單位kJ?mol-1是指熱化學方程式中化學計量數(shù)在計量反應熱時是以“mol”為單位的,并不一定是指1mol物質。所以熱化學方程式中各物質化學式前的計量數(shù)可用整數(shù)或分數(shù)表示,且ΔH與化學計量數(shù)成比例。同一反應,化學計量數(shù)不同,ΔH也不同。
(4)當反應向逆向進行時,其反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等,符號相反。
?。?)書寫燃燒熱的熱化學方程式,應以燃燒1mol物質為標準來配平其他物質的化學計量數(shù)。
例(2004年全國理綜Ⅱ):已知
?。?)H(g)+1/2O(g)=HO(g) ΔH=akJ?mol
(2)2H(g)+O(g)=2HO(g) ΔH=bkJ?mol
?。?)H(g)+1/2O(g)=HO(l) ΔH=ckJ?mol
?。?)2H(g)+O(g)=2HO(l) ΔH=dkJ?mol
下列關系式中正確的是( )
A.a<c<0 B.b>d>0 C.2a=b<0 D.2c=d>0
解析由熱化學方程式中的ΔH與化學方程式中各物質前面的化學計量數(shù)有關,以及物質燃燒時都放熱得:ΔH=2ΔH<0,ΔH=2ΔH<0;又氣態(tài)水變?yōu)橐簯B(tài)水這一過程要放熱,則c<a<0,d<b<0。綜上所述答案為:C。
二、化學反應中能量與化學鍵的關系
反應中的熱效應等于反應物的鍵能之和減去生成物的鍵能之和。當結果小于零時為放熱反應。當結果大于零時為吸熱反應。
例:化學鍵的鍵能是原子間形成化學鍵(或其逆過程)時釋放(或吸收)的能量。以下是部分共價鍵鍵能數(shù)據(jù)H-S 364KJ/mol,S—S 266KJ/mol,S==O 522KJ/mol,H—O 464KJ/mol。
?。?)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算下面這個反應的反應熱:2HS(g)+SO(g)=3S(g)+2HO(g)反應產物中的S實為S,實際分子是一個8元環(huán)狀分子(如圖),則反應熱為?解析:因為S分子中有8個S原子,由圖可知共有8個共價鍵。每個S就有1個S—S共價鍵。則該反應的反應熱為:
4×364KJ/mol+2×522KJ/mol-3×266KJ/mol-4×464KJ/mol=-154KJ/mol.
三、可逆反應的反應熱
例已知一定溫度和壓強下,N(g)和H(g)反應生成2mol NH(g),放出92.4KJ熱量。在同溫同壓下向密閉容器中通入1molN和3molH,達平衡時放出熱量為QKJ;向另一體積相同的容器中通入0.5molN和1.5moLH,相同溫度下達到平衡時放出熱量為QKJ。則下列敘述正確的是( )
A.2Q>Q=92.4KJ B.2Q=Q=92.4KJ
C.2Q<Q<92.4KJ D.2Q=Q<92.4KJ
解析:92.4KJ為1molN(g)與3molH(g)恰好完全反應生成2molNH(g)時所放出的熱量。而在實際反應中由于存在平衡狀態(tài),反應物不可能完全轉化,因此Q<92.4KJ。當溫度不變,相同的密閉容器中,起始反應物物質的量減半(相當于減壓)時,由平衡移動原理可知,平衡向逆反應方向移動,有2Q<Q。故答案為C。
四、蓋斯定律的應用
例(2012理綜新課標高考):工業(yè)上利用天然氣(主要成分CH)與CO進行高溫重整制備CO,已知CH、H、CO的燃燒熱(ΔH)分別為-890.4KJ/mol、-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol,則生成1m(標準狀況)CO所需能量為 。
解析:①CH(g)+2O(g)=HO(l)+CO(g) ΔH=-890.4kJ?mol
②H(g)+1/2O(g)=HO(l) ΔH=-285.8kJ?mol
?、跜O(g)+1/2O(g)=CO(g) ΔH=-283.0kJ?mol
?、?2×②-2×③得:
CH+CO(g)=2CO(g)+2H(g) ΔH=ΔH-2ΔH-2ΔH=+247.3kJ?mol
1立方米所需能量=(1000/22.4)×247.3/2KJ=5.52×10K