反应热知识难点释疑

■山东省泰安英雄山中学 姚双双

在化学反应的过程中,随着物质的变化,能量也在发生着变化。在等温条件下,化学反应体系向环境释放或者从环境吸收的热量就是反应热。

一、与反应热有关的概念

1.焓变。焓变是定量地研究25℃、101 kPa时每摩尔化学反应所放出或吸收的能量(或热量)的物理量,符号为ΔH,焓变的常用单位为kJ·mol-1。

2.中和热。在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应而生成1 mol H2O,这时的反应热叫中和热。

注意:中和热是以生成1 mol H2O为基准,因为表示中和热的热化学方程式中,水的化学计量数为1,其酸、碱或盐的化学计量数可以为分数,但必须以生成1 mol水为标准;中和反应对象为稀溶液;强酸与强碱中和时生成1 mol H2O均放热57.3 kJ,弱酸或弱碱电离要吸收热量,所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3 kJ·mol-1。

3.燃烧热。在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,叫该物质的燃烧热。

注意:燃烧热是反应热的一种形式,使用燃烧热的概念时要理解下列要点:①规定是在101 kPa压强下测出的热量;② 规定可燃物的物质的量为1 mol;③ 规定生成物为指定产物。

例1下列说法正确的是( )。

A.在101 kPa时,1 mol物质完全燃烧时所放出的热量,叫该物质的燃烧热

B.酸和碱发生中和反应生成1 mol水,这时的反应热叫中和热

C.燃烧热或中和热是反应热的种类之一

D.在稀溶液中,1 mol CH3COOH和1 mol NaOH完全中和时放出的热量与1 mol HCl和1 mol NaOH完全中和时放出的热量相等

解析:本题主要考查燃烧热、中和热的定义,特别是这两个概念中应注意的问题。A项未指明是否为纯物质,也未说明是否生成指定产物;B项未说明是否为稀溶液;D项的乙酸为弱酸,电离吸热,在稀溶液中,1 mol CH3COOH和1 mol NaOH完全中和时放出的热量小于1 mol HCl和1 mol NaOH完全中和时放出的热量。

答案:C

二、热化学方程式的书写

1.热化学方程式必须标出能量变化,对于放热反应,ΔH为“-”;对于吸热反应,ΔH为“+”。

2.热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态(用s、l、g分别表示固体、液体、气体),因为反应热除跟物质的量有关外,还与反应物和生成物的聚集状态有关。

3.热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的量,因此可以用分数,但要注意反应热也发生相应变化,ΔH的数值与反应式中的系数有关。

例225 ℃,101 kPa时,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,辛烷的燃烧热ΔH=-5 518 kJ·mol-1。下列热化学方程式书写正确的是( )。

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:中和热专指生成1 mol水时所对应的热量,而A项除生成2 mol H2O(l)外,还有生成BaSO4(s)的热效应。B项,应生成H2O(l);D项,辛烷应为1 mol。

答案:C

例3用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。传统上该转化通过如下循环实现。

解析:根据图像信息,以某物质为起点,顺着箭头的方向,理顺物质间的转化关系与过程,箭头指向的是生成物,可写出反应②的热化学方程式CuCl2(g)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g) ΔH2。根据盖斯定律,结合反应①和反应②的热化学方程式可得总反应的热化学方程式。

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

三、反应热的计算

在进行反应热的计算时,经常要用到盖斯定律。盖斯定律指的是在一定条件下,化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。利用盖斯定律解题时,常用已知反应热的热化学方程式相互加合(加、减等数学计算),得到未知反应热的热化学方程式,则相应的反应热做相同的加合即为所求的反应热。热化学方程式可以进行方向改变,方向改变时,反应热数值不变,符号相反;热化学方程式中物质的化学计量数和反应热可以同时改变倍数。

例4工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO,已知CH4、H2和CO的燃烧热(ΔH)分别为-890.3 kJ·mol-1、-285.8 kJ·mol-1和-283.0 kJ·mol-1,则生成1 m3(标准状况)CO所需热量为_____。

解析:由题中燃烧热可得:

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

联立①②③,根据盖斯定律,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,需要吸热247.3 kJ,那么要得到1 m2CO,放热为×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键的键能分别为436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1,则a为( )。

A.-332 B.-118

C.+350 D.+130

解析:首先,依据盖斯定律对已知热化学方程式进行加合,可得到一个含有常见化学键断裂和形成的热化学方程式;其次,由分子结构可知其所含共价键类型及个数;第三,化学反应的焓变=反应物中总键能-生成物中总键能。根据盖斯定律,由①-②÷2得,H2O(g)＝＝H2(g)+O2(g) ΔH=(a+110) kJ·mol-1,由H—O—H--→H—H+及键能与反应热关系可知,(a+110)=462×2-,则a=+130。

答案:D