反應熱知識難點釋疑

■山東省泰安英雄山中學 姚雙雙

在化學反應的過程中,隨著物質的變化,能量也在發生著變化。在等溫條件下,化學反應體系向環境釋放或者從環境吸收的熱量就是反應熱。

一、與反應熱有關的概念

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

2.中和熱。在稀溶液中,酸跟堿發生中和反應而生成1 mol H2O,這時的反應熱叫中和熱。

注意:中和熱是以生成1 mol H2O為基準,因為表示中和熱的熱化學方程式中,水的化學計量數為1,其酸、堿或鹽的化學計量數可以為分數,但必須以生成1 mol水為標準;中和反應對象為稀溶液;強酸與強堿中和時生成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時的中和熱小于57.3 kJ·mol-1。

3.燃燒熱。在101 kPa時,1 mol純物質完全燃燒生成指定產物時所放出的熱量,叫該物質的燃燒熱。

注意:燃燒熱是反應熱的一種形式,使用燃燒熱的概念時要理解下列要點:①規定是在101 kPa壓強下測出的熱量;② 規定可燃物的物質的量為1 mol;③ 規定生成物為指定產物。

例1下列說法正確的是( )。

A.在101 kPa時,1 mol物質完全燃燒時所放出的熱量,叫該物質的燃燒熱

B.酸和堿發生中和反應生成1 mol水,這時的反應熱叫中和熱

C.燃燒熱或中和熱是反應熱的種類之一

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

解析:本題主要考查燃燒熱、中和熱的定義,特別是這兩個概念中應注意的問題。A項未指明是否為純物質,也未說明是否生成指定產物;B項未說明是否為稀溶液;D項的乙酸為弱酸,電離吸熱,在稀溶液中,1 mol CH3COOH和1 mol NaOH完全中和時放出的熱量小于1 mol HCl和1 mol NaOH完全中和時放出的熱量。

答案:C

二、熱化學方程式的書寫

1.熱化學方程式必須標出能量變化,對于放熱反應,ΔH為“-”;對于吸熱反應,ΔH為“+”。

2.熱化學方程式中必須標明反應物和生成物的聚集狀態(用s、l、g分別表示固體、液體、氣體),因為反應熱除跟物質的量有關外,還與反應物和生成物的聚集狀態有關。

3.熱化學方程式中各物質的化學計量數只表示物質的量,因此可以用分數,但要注意反應熱也發生相應變化,ΔH的數值與反應式中的系數有關。

例225 ℃,101 kPa時,強酸與強堿的稀溶液發生中和反應的中和熱ΔH=-57.3 kJ·mol-1,辛烷的燃燒熱ΔH=-5 518 kJ·mol-1。下列熱化學方程式書寫正確的是( )。

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水時所對應的熱量,而A項除生成2 mol H2O(l)外,還有生成BaSO4(s)的熱效應。B項,應生成H2O(l);D項,辛烷應為1 mol。

答案:C

例3用O2將HCl轉化為Cl2,可提高效益,減少污染。傳統上該轉化通過如下循環實現。

解析:根據圖像信息,以某物質為起點,順著箭頭的方向,理順物質間的轉化關系與過程,箭頭指向的是生成物,可寫出反應②的熱化學方程式CuCl2(g)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g) ΔH2。根據蓋斯定律,結合反應①和反應②的熱化學方程式可得總反應的熱化學方程式。

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

三、反應熱的計算

在進行反應熱的計算時,經常要用到蓋斯定律。蓋斯定律指的是在一定條件下,化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關,而與反應的途徑無關。利用蓋斯定律解題時,常用已知反應熱的熱化學方程式相互加合(加、減等數學計算),得到未知反應熱的熱化學方程式,則相應的反應熱做相同的加合即為所求的反應熱。熱化學方程式可以進行方向改變,方向改變時,反應熱數值不變,符號相反;熱化學方程式中物質的化學計量數和反應熱可以同時改變倍數。

例4工業上利用天然氣(主要成分為CH4)與CO2進行高溫重整制備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(標準狀況)CO所需熱量為_____。

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

聯立①②③,根據蓋斯定律,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,依據蓋斯定律對已知熱化學方程式進行加合,可得到一個含有常見化學鍵斷裂和形成的熱化學方程式;其次,由分子結構可知其所含共價鍵類型及個數;第三,化學反應的焓變=反應物中總鍵能-生成物中總鍵能。根據蓋斯定律,由①-②÷2得,H2O(g)＝＝H2(g)+O2(g) ΔH=(a+110) kJ·mol-1,由H—O—H--→H—H+及鍵能與反應熱關系可知,(a+110)=462×2-,則a=+130。

答案:D