■山東省泰安英雄山中學(xué) 姚雙雙

在化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中,隨著物質(zhì)的變化,能量也在發(fā)生著變化。在等溫條件下,化學(xué)反應(yīng)體系向環(huán)境釋放或者從環(huán)境吸收的熱量就是反應(yīng)熱。

一、與反應(yīng)熱有關(guān)的概念

1.焓變。焓變是定量地研究25℃、101 kPa時(shí)每摩爾化學(xué)反應(yīng)所放出或吸收的能量(或熱量)的物理量,符號(hào)為ΔH,焓變的常用單位為kJ·mol-1。

2.中和熱。在稀溶液中,酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1 mol H2O,這時(shí)的反應(yīng)熱叫中和熱。

注意:中和熱是以生成1 mol H2O為基準(zhǔn),因?yàn)楸硎局泻蜔岬臒峄瘜W(xué)方程式中,水的化學(xué)計(jì)量數(shù)為1,其酸、堿或鹽的化學(xué)計(jì)量數(shù)可以為分?jǐn)?shù),但必須以生成1 mol水為標(biāo)準(zhǔn);中和反應(yīng)對(duì)象為稀溶液;強(qiáng)酸與強(qiáng)堿中和時(shí)生成1 mol H2O均放熱57.3 kJ,弱酸或弱堿電離要吸收熱量,所以它們參加中和反應(yīng)時(shí)的中和熱小于57.3 kJ·mol-1。

3.燃燒熱。在101 kPa時(shí),1 mol純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物時(shí)所放出的熱量,叫該物質(zhì)的燃燒熱。

注意:燃燒熱是反應(yīng)熱的一種形式,使用燃燒熱的概念時(shí)要理解下列要點(diǎn):①規(guī)定是在101 kPa壓強(qiáng)下測(cè)出的熱量;② 規(guī)定可燃物的物質(zhì)的量為1 mol;③ 規(guī)定生成物為指定產(chǎn)物。

例1下列說(shuō)法正確的是( )。

A.在101 kPa時(shí),1 mol物質(zhì)完全燃燒時(shí)所放出的熱量,叫該物質(zhì)的燃燒熱

B.酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol水,這時(shí)的反應(yīng)熱叫中和熱

C.燃燒熱或中和熱是反應(yīng)熱的種類之一

D.在稀溶液中,1 mol CH3COOH和1 mol NaOH完全中和時(shí)放出的熱量與1 mol HCl和1 mol NaOH完全中和時(shí)放出的熱量相等

解析:本題主要考查燃燒熱、中和熱的定義,特別是這兩個(gè)概念中應(yīng)注意的問(wèn)題。A項(xiàng)未指明是否為純物質(zhì),也未說(shuō)明是否生成指定產(chǎn)物;B項(xiàng)未說(shuō)明是否為稀溶液;D項(xiàng)的乙酸為弱酸,電離吸熱,在稀溶液中,1 mol CH3COOH和1 mol NaOH完全中和時(shí)放出的熱量小于1 mol HCl和1 mol NaOH完全中和時(shí)放出的熱量。

答案:C

二、熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)

1.熱化學(xué)方程式必須標(biāo)出能量變化,對(duì)于放熱反應(yīng),ΔH為“-”;對(duì)于吸熱反應(yīng),ΔH為“+”。

2.熱化學(xué)方程式中必須標(biāo)明反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)(用s、l、g分別表示固體、液體、氣體),因?yàn)榉磻?yīng)熱除跟物質(zhì)的量有關(guān)外,還與反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)有關(guān)。

3.熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示物質(zhì)的量,因此可以用分?jǐn)?shù),但要注意反應(yīng)熱也發(fā)生相應(yīng)變化,ΔH的數(shù)值與反應(yīng)式中的系數(shù)有關(guān)。

例225 ℃,101 kPa時(shí),強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)的中和熱ΔH=-57.3 kJ·mol-1,辛烷的燃燒熱ΔH=-5 518 kJ·mol-1。下列熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)正確的是( )。

A.2H+(aq)+(aq)+Ba2+(aq)+2OH-(aq)＝＝BaSO4(s)+2H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1

B.C8H18(l)+O2(g)＝＝8CO2(g)+9H2O(g) ΔH=-5 518 kJ·mol-1

D.2C8H18(g)+25O2(g)＝＝16CO2(g)+18H2O(l) ΔH=-5 518 kJ·mol-1

解析:中和熱專指生成1 mol水時(shí)所對(duì)應(yīng)的熱量,而A項(xiàng)除生成2 mol H2O(l)外,還有生成BaSO4(s)的熱效應(yīng)。B項(xiàng),應(yīng)生成H2O(l);D項(xiàng),辛烷應(yīng)為1 mol。

答案:C

例3用O2將HCl轉(zhuǎn)化為Cl2,可提高效益,減少污染。傳統(tǒng)上該轉(zhuǎn)化通過(guò)如下循環(huán)實(shí)現(xiàn)。

解析:根據(jù)圖像信息,以某物質(zhì)為起點(diǎn),順著箭頭的方向,理順物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系與過(guò)程,箭頭指向的是生成物,可寫(xiě)出反應(yīng)②的熱化學(xué)方程式CuCl2(g)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g) ΔH2。根據(jù)蓋斯定律,結(jié)合反應(yīng)①和反應(yīng)②的熱化學(xué)方程式可得總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。

答案:2HCl(g)+O2(g)H2O(g)+Cl2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2

三、反應(yīng)熱的計(jì)算

在進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算時(shí),經(jīng)常要用到蓋斯定律。蓋斯定律指的是在一定條件下,化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)。利用蓋斯定律解題時(shí),常用已知反應(yīng)熱的熱化學(xué)方程式相互加合(加、減等數(shù)學(xué)計(jì)算),得到未知反應(yīng)熱的熱化學(xué)方程式,則相應(yīng)的反應(yīng)熱做相同的加合即為所求的反應(yīng)熱。熱化學(xué)方程式可以進(jìn)行方向改變,方向改變時(shí),反應(yīng)熱數(shù)值不變,符號(hào)相反;熱化學(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)和反應(yīng)熱可以同時(shí)改變倍數(shù)。

例4工業(yè)上利用天然氣(主要成分為CH4)與CO2進(jìn)行高溫重整制備CO,已知CH4、H2和CO的燃燒熱(ΔH)分別為-890.3 kJ·mol-1、-285.8 kJ·mol-1和-283.0 kJ·mol-1,則生成1 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)CO所需熱量為_(kāi)____。

解析:由題中燃燒熱可得:

①CH4(g)+2O2(g)＝＝CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1

②H2(g)+O2(g)＝＝H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1

聯(lián)立①②③,根據(jù)蓋斯定律,由①-②×2-③×2得CH4(g)+CO2(g)＝＝2CO(g)+2H2(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1-(-285.8 kJ·mol-1×2)-(-283.0 kJ·mol-1×2)=247.3 kJ·mol-1,也就是生成2 mol CO,需要吸熱247.3 kJ,那么要得到1 m2CO,放熱為×247.3 kJ=5.52×103kJ。

答案:5.52×103kJ

例5已知:①C(s)+H2O(g)＝＝CO(g)+H2(g) ΔH=a kJ·mol-1

②2C(s)+O2(g)＝＝2CO(g) ΔH=-220 kJ·mol-1

H—H、O＝O 和O—H鍵的鍵能分別為436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1,則a為( )。

A.-332 B.-118

C.+350 D.+130

解析:首先,依據(jù)蓋斯定律對(duì)已知熱化學(xué)方程式進(jìn)行加合,可得到一個(gè)含有常見(jiàn)化學(xué)鍵斷裂和形成的熱化學(xué)方程式;其次,由分子結(jié)構(gòu)可知其所含共價(jià)鍵類型及個(gè)數(shù);第三,化學(xué)反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物中總鍵能-生成物中總鍵能。根據(jù)蓋斯定律,由①-②÷2得,H2O(g)＝＝H2(g)+O2(g) ΔH=(a+110) kJ·mol-1,由H—O—H--→H—H+及鍵能與反應(yīng)熱關(guān)系可知,(a+110)=462×2-,則a=+130。

答案:D