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熱化學(xué)方程式的解題思路探究

2024-10-29 00:00陳三思
高中數(shù)理化 2024年20期

反應(yīng)熱、熱化學(xué)方程式和利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱是每年高考必考知識點.其中,熱化學(xué)方程式的正確書寫是解決問題的關(guān)鍵.本文從高考真題出發(fā),總結(jié)解題方法,提煉答題技巧,幫助考生更好地掌握這一知識點,提高解題能力.

1 熱化學(xué)方程式和化學(xué)方程式的區(qū)別

熱化學(xué)方程式是表示參加反應(yīng)的物質(zhì)的量和反應(yīng)熱的關(guān)系的化學(xué)方程式,盡管熱化學(xué)方程式來源于化學(xué)方程式,但是兩者在書寫和具備的意義上均有所不同.如果不進(jìn)行區(qū)分,則很容易將兩者相混,導(dǎo)致在書寫熱化學(xué)方程式時,出現(xiàn)“反應(yīng)條件標(biāo)錯”“反應(yīng)熱漏寫”“未標(biāo)明物質(zhì)狀態(tài)”等錯誤出現(xiàn).兩者的區(qū)別如表1所示.

2 命題剖析

2.1 根據(jù)文字描述書寫熱化學(xué)方程式

該類題目通過文字描述,對化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行詳細(xì)描述,包括參與反應(yīng)的物質(zhì)、狀態(tài)、條件等信息,要求考生具有良好的對知識的理解和應(yīng)用能力,要能準(zhǔn)確把握題目中的關(guān)鍵信息.在書寫熱化學(xué)方程式時,需要注意反應(yīng)物和生成物的配平、反應(yīng)熱量的表示方式、反應(yīng)條件的標(biāo)注等規(guī)范要求.此外,學(xué)生還需要注意熱化學(xué)方程式中反應(yīng)熱的符號,以準(zhǔn)確反映反應(yīng)的放熱或吸熱情況.

例1 硅粉與HCl在300 ℃時反應(yīng)生成1molSiHCl3 氣體和H2,放出225kJ熱量,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為______.

解析 反應(yīng)涉及的各物質(zhì)中,硅粉為固體,HCl、SiHCl3 和H2 均為氣體.反應(yīng)的條件為300℃,壓強(qiáng)未強(qiáng)調(diào),默認(rèn)為常壓,不進(jìn)行標(biāo)注.結(jié)合題干信息,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為Si(s)+3HCl(g)=300℃=SiHCl3(g)+H2(g)ΔH =-225kJ·mol-1.

點評 根據(jù)文字描述書寫熱化學(xué)方程式,屬于簡單題型,難度并不大,需要學(xué)生從題給信息中提取關(guān)鍵信息.提取信息時,可以遵循如下流程:1)提取反應(yīng)物和生成物,寫出化學(xué)方程式.2)提取各物質(zhì)狀態(tài),用“s、l、g、aq”表示在方程式中.3)提取反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)信息進(jìn)行標(biāo)注.4)提取反應(yīng)的熱量信息,放出熱量對應(yīng)“-”,吸收熱量對應(yīng)“+”.注意:ΔH 的正號不能省略.ΔH 的單位為kJmol-1或J·mol-1.5)提取反應(yīng)熱量信息對應(yīng)的“量”,如在該題中,對應(yīng)1 molSiHCl3 氣體和H2,與方程式中對應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)相等,因此,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為Si(s)+3HCl(g)=300℃=SiHCl3(g)+H2(g)ΔH =-225kJ·mol-1.

2.2 根據(jù)圖像描述書寫熱化學(xué)方程式

根據(jù)圖像描述書寫熱化學(xué)方程式的題型特征主要體現(xiàn)在題干提供反應(yīng)物質(zhì)的能量變化圖,要求考生解讀圖像中的信息,如反應(yīng)前后能量的變化、反應(yīng)物與生成物的能量狀態(tài)等.這類題目考查考生將圖像信息轉(zhuǎn)化為熱化學(xué)方程式的能力.學(xué)生需要根據(jù)圖像中展示的能量變化情況,判斷反應(yīng)的放熱或吸熱性質(zhì),并據(jù)此準(zhǔn)確寫出熱化學(xué)方程式,同時正確標(biāo)注出熱量變化和反應(yīng)條件.

例2 (2023年重慶卷,節(jié)選)在銀催化下,乙烯與氧氣反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷(EO)和乙醛(AA).根據(jù)圖1寫出由EO (g)生成AA (g)的熱化學(xué)方程式: ______.

解析 由圖可知,EO(g)生成AA(g)放出熱量,(-219kJ·mol-1)- (-117kJ·mol-1)=-102kJ·mol-1,熱化學(xué)方程式為EO(g)=AA(g) ΔH =-102kJ·mol-1.

點評 1)根據(jù)圖像,書寫反應(yīng)方程式.2)根據(jù)圖像,標(biāo)記各物質(zhì)狀態(tài).3)定條件,若沒有明確給出,默認(rèn)為2Kf3uizLL8z1XTx2PNnAVpQ==5℃、101kPa,無須標(biāo)記.4)計算反應(yīng)的焓變.在化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)的焓變?yōu)樯晌锼哂械目偰芰颗c反應(yīng)物所具有的總能量之差.考查的關(guān)鍵在于學(xué)生對圖像信息的有效提?。?/p>

2.3 運(yùn)用蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式

蓋斯定律指出,無論化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是多步完成,其總的焓變(ΔH )與反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)以及狀態(tài)有關(guān),與反應(yīng)的具體途徑無關(guān).這類題目要求考生通過多個已知的熱化學(xué)方程式,利用蓋斯定律來確定一個未知反應(yīng)的熱化學(xué)方程式.題目一般會給出若干個相關(guān)的熱化學(xué)方程式,并提供這些方程式的熱量變化值,然后要求考生通過代數(shù)運(yùn)算得出目標(biāo)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其熱量變化.有時也會以圖像或者表格的形式,讓學(xué)生自己書寫已知的熱化學(xué)方程式,然后再進(jìn)行相關(guān)推理和計算.

前兩類題型側(cè)重于直接從描述中獲取信息并應(yīng)用化學(xué)知識,而“運(yùn)用蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式”題型則側(cè)重于通過已知信息進(jìn)行邏輯推理和數(shù)學(xué)運(yùn)算來解決問題.

例3 (2020年全國Ⅰ卷,節(jié)選)釩催化劑參與反應(yīng)的能量變化如圖2所示,V2O5(s)和SO2(g)反應(yīng)生成VOSO4(s)和V2O4(s)的熱化學(xué)方程式為______.

解析 根據(jù)題圖有V2O4(s)+SO3(g)=V2O5(s)+SO2(g)ΔH2=-24kJ·mol-1, ①V2O4(s)+2SO3(g)=2VOSO4(s)ΔH1=-399kJ·mol-1, ②根據(jù)蓋斯定律,由②-①×2得2V2O5(s)+2SO2(g)=V2O4(s)+2VOSO4(s),則ΔH =-399kJ·mol-1-2×(-24kJ·mol-1)=-351kJ·mol-1.因此熱化學(xué)方程式為2V2O5(s)+2SO2(g)=V2O4(s)+2VOSO4(s)ΔH =-351kJ·mol-1.

點評 第1步:寫出目標(biāo)反應(yīng)方程式.第2步:根據(jù)題意標(biāo)出各物質(zhì)狀態(tài).第3步:根據(jù)圖像,書寫已知的熱化學(xué)反應(yīng)方程式.第4步:運(yùn)用蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式.具體求解思路如圖3所示.

本文從3個角度對熱化學(xué)方程式的書寫進(jìn)行詳細(xì)分析.該類試題雖然不復(fù)雜,但要求考生要在多個方面具備扎實的知識和技能.在平時的學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生不僅要加強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的理解和熱化學(xué)方程式的規(guī)范書寫訓(xùn)練,還要培養(yǎng)圖像解析能力和邏輯推理能力,以有效提升解題效率和準(zhǔn)確性.

(完)