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化学反应与热能要点解析

发布时间:2021-06-28 09:42:21 浏览数:

一、反应热的本质

微观角度,旧化学键断裂吸收的热量与新化学键生成放出的热量的差。图中各段表示的意义:a表示断裂旧化学键吸收的热量;b表示新化学键生成放出的热量;c表示反应热。

宏观角度,反应物的总能量与生成物的总能量差。图中各段表示的意义:a表示活化能;b表示活化分子结合成生成物所释放的能量;c表示反应热。

总能量][生成物的

总能量][能量][生成物的

总能量][反应物的

总能量][反应过程][反应过程][放热反应[ΔH<0]][吸热反应[ΔH>0]]

1. 物质的能量并非所含化学键的键能

例1 白磷与氧可发生如下反应:P4+5O2=P4O10。已知断裂化学键需要吸收的能量分别为:P—P a kJ·mol-1、P—O b kJ·mol-1、P=O c kJ·mol-1、O=O d kJ·mol-1。

根据图示的分子结构和有关数据,估算该反应的ΔH,其中正确的是()

A.(6a+5d-4c-12b)kJ·mol-1   

B.(4c+12b-6a-5d)kJ·mol-1

C.(4c+12b-4a-5d)kJ·mol-1   

D.(4a+5d-4c-12b)kJ·mol-1

解析 在对ΔH的理解上,大家易错误地将物质所含有的化学键键能认为是物质所具有的全部能量。由于混淆了物质的能量和物质所含有的键能这两个概念,导致误选B。其实“总能量”的提法很含糊,无法对总能量进行界定,而“焓”也只是总能量中的一部分,不能简单地把ΔH与“总能量差”等同起来。对化学反应而言,其实质是:旧键的断裂,新键的形成。

答案 A

2. 物质的能量与稳定性的关系

从化学反应的实质出发,我们可知:破坏反应物中的化学键,需要消耗能量,应该吸热,所以能量取“+”;形成生成物中的化学键,应该放热,所以能量取“-”。

例2 已知H2(g)+Br2(l)=2HBr(g);ΔH=-72 kJ·mol-1,蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ,其它相关数据如下表: 

解析 本题易错误地将ΔH的表达式书写为: +436 kJ·mol-1﹢(a-30) kJ·mol-1-369 kJ·mol-1×2=-72 kJ·mol-1。则解得a=260,误选B。原因在于对物质的能量与物质稳定性的理解产生了误差。能量越高物质越不稳定,能量越低物质越稳定。Br2(g)的能量应该高于Br2 (l),所以断裂1 mol Br2(l)中化学键所需能量应该高于断裂1 mol Br2(g)中化学键所需能量。则正确的ΔH表达式应如下:+436 kJ·mol-1﹢(a+30) kJ·mol-1-369 kJ·mol-1×2=-72 kJ·mol-1,则解得a=200。

答案 D

二、放热反应与吸热反应

1. 判断放热反应或吸热反应的两种方法

(1)通过对环境温度变化的观察:使周围环境温度降低的化学反应是吸热反应,使周围环境温度升高的化学反应是放热反应。

(2)反应进行的方式:在加热引发反应后,若停止加热,反应能继续进行的是放热反应;若要持续不断地加热,反应才能进行的是吸热反应;若反应进行后反应速率不受外界的影响而自动加快,则为放热反应。

如Cu和稀HNO3反应,反应由慢变快,最后又变慢。因为开始温度低,但反应放热使温度升高,反应速率加快,最后浓度降低,反应速率降低。

2. 影响化学变化中热量变化的两个因素

化学变化中热量变化除与反应物、生成物的种类有关外,还受两个因素的影响:(1)反应物和生成物的聚集状态,如氢气与氧气化合生成液态水比生成气态水放出热量多;(2)反应时外界的温度和压强。

例3 下列说法正确的是()

A. 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

B. 放热反应在常温下一定很容易发生

C. 反应是放热还是吸热,必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小

D. 吸热反应在一定的条件下也能发生

解析 化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热。反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。反应开始时需加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。

答案 CD

点拨 化学反应表现为吸热或放热与反应开始时是否加热无关,也与其它反应条件无关,只与反应物总能量与生成物总能量的相对大小有关。需要加热的反应不一定是吸热反应,如铝热反应为放热反应,但需要加热来引发;不需要加热的反应也不一定就是放热反应,如氢氧化钡晶体与氯化铵固体混合时的反应为吸热反应,但不需要加热;在一定的温度和压强下,同一个反应的引发条件也可能不同,如H2和Cl2在光照或点燃条件下发生反应,反应热相同。

3. 放热、吸热反应实验改进

(1)实验装置

(2)实验步骤

铝和盐酸的反应:①按图1连接好装置,并检查装置的气密性;②向500 mL烧杯中放入一定量的工业铝屑;③把蒸馏烧瓶放入烧杯中,同时将导管口插入水中;④用胶头滴管向烧杯中滴加1:2的盐酸5 mL,此时可清楚地看到导管口有气泡冒出,证明该反应为放热反应。

氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应:①按图2连接好装置,并检查装置的气密性;②向500 mL烧杯中加入10 g Ba(OH)2·8H2O和5 g NH4Cl晶体,并用玻璃棒迅速搅拌;③把蒸馏烧瓶放入烧杯中,同时将导管插入小烧杯中;④向小烧杯中加入10 mL滴有红墨水的水,此时可清楚地看到红色的水柱倒吸进蒸馏烧瓶的支管中,证明该反应为吸热反应。

(3)实验说明:①蒸馏烧瓶的气密性要良好;②检查装置的气密性后,一定要等蒸馏烧瓶恢复至室温后,才能做后续实验;③反应后的药品要倒入指定容器,经处理后才能倒入废液缸。

(4)实验改进后的优点:①操作方法简单、快捷,仪器安装拆卸方便,不需要研磨试剂,节约实验时间;②实验现象明显,反应速率快,实验效果好;③药品用量少,既节约了药品,又减少了污染。

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