学年高中化学 专题2 化学反应与能量转化 第2单元 化学反应中的热量 第2课时教学.docx

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学年高中化学专题2化学反应与能量转化第2单元化学反应中的热量第2课时教学

第2课时　热化学方程式　燃料燃烧释放的热量

[学习目标定位]　1.知道热化学方程式与普通化学方程式的不同，会正确书写热化学方程式。

2.熟知提高燃料的燃烧效率的措施。

3.会进行化学反应热效应的简单计算。

一、热化学方程式

1．用热化学方程式可以表示化学反应中放出或吸收的热量。

氢气在氧气中燃烧的热量变化，可用下列热化学方程式分别表示：

①2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）

ΔH＝－571.6kJ·mol－1

②H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH＝－285.8kJ·mol－1

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）

ΔH＝－241.8kJ·mol－1

回答下列问题：

（1）①与化学方程式2H2＋O2

2H2O相比较，有何特点？

答案　注明了反应物、生成物的状态；在方程式的右边注明了反应热ΔH的正负、数值和单位。

（2）①与②相比较，ΔH不同的原因是什么？

答案　化学计量数不同，参加反应H2的物质的量不同，ΔH不同。

（3）②与③相比较，ΔH不同的原因是什么？

答案　参加反应H2的物质的量相同，生成物H2O的状态不同，ΔH不同。

（4）③表示的意义是在一定条件下，1mol氢气与

mol氧气完全反应，生成1mol气态水放出241.8kJ的热量。

2．由以上分析可知：

（1）热化学方程式是用来表示化学反应中吸收或放出热量的化学方程式。

（2）热化学方程式的意义：

不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化，还说明了物质的“量”与“能量”之间的数量关系。

热化学方程式的书写方法

（1）遵循一般化学方程式的书写规则（一般不写反应条件）。

（2）要注明反应物和生成物的状态。

（3）在右端注明ΔH的符号（正号常省略）、大小及单位。

（4）化学计量数只表示物质的量，因此可以是整数，也可以是分数。

化学计量数改变，ΔH的数值要相应改变。

1．下列对热化学方程式

H2（g）＋

I2（g）===HI（g）　ΔH＝－9kJ·mol－1的叙述中，正确的是（　　）

A．1mol氢气和1mol碘蒸气完全反应需要吸收9kJ的热量

B．1个氢分子和1个碘分子完全反应需要放出9kJ的热量

C．1molH2（g）与1molI2（g）完全反应生成2mol的HI气体需放出18kJ的热量

D．1molH2（g）与1molI2（g）完全反应吸收18kJ的热量

答案　C

解析　热化学方程式的具体形式是表示一定物质的量、一定聚集状态的反应物完全反应生成一定聚集状态的生成物时的放热或吸热情况。

只要依据书写热化学方程式的注意事项，对于本题就不难作出判断。

2．已知：

101kPa时，1mol辛烷完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为5518kJ，强酸与强碱在稀溶液中发生反应生成1molH2O时放出的热量为57.3kJ，则下列热化学方程式书写正确的是（　　）

A．C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（g）

ΔH＝5518kJ·mol－1

B．C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）

ΔH＝－5518kJ·mol－1

C．H＋＋OH－===H2O

ΔH＝－57.3kJ·mol－1

D．2NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（l）＋2H2O（l）

ΔH＝57.3kJ·mol－1

答案　B

解析　A项，因该反应为放热反应，ΔH应取“－”，同时水应为液态，故A错；C项中应标明H＋、OH－状态是稀溶液状态（aq）；D项中Na2SO4应为稀溶液状态（aq），ΔH应取“－”且数值错误，故D错。

思维启迪　“四查”热化学方程式书写正误

一查“四态”。

即（g、l、s、aq）是否正确；二查“正负莫反”。

即“＋”、“－”是否与吸热和放热一致；三查“单位书写”。

即反应热的单位是否为kJ·mol－1；四查“数值对应”，即ΔH的数值与物质化学计量数是否对应。

二、燃料燃烧释放的热量

1．常见燃料C、C8H18、CH4、C2H5OH（乙醇）完全燃烧的热化学方程式可以分别表示为

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.6kJ·mol－1

②C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）

ΔH＝－5518kJ·mol－1

③CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－889.6kJ·mol－1

④C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1366.8kJ·mol－1

根据上述热化学方程式，回答下列问题：

（1）完全燃烧相等物质的量的上述物质，放出热量的大小顺序是②>④>③>①。

（2）完全燃烧相等质量的上述物质，放出热量的大小顺序为③>②>①>④。

（3）燃料燃烧放出热量的大小常用热值来衡量。

燃料的热值是指在一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，单位是kJ·g－1。

（4）我国实施的“西气东输”工程中的“气”是指天然气，主要成分是甲烷，与煤等燃料相比较其优点是热值高，使用起来更经济，对环境污染小。

2．以煤为例，探究提高燃料燃烧效率问题。

（1）煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉的依据是与空气中O2的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率加快。

（2）通入适当过量空气的依据是空气充足，煤粉燃烧充分，生成CO2，放出热量多；若空气不足，煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。

（3）选择保温隔热且耐热的炉（灶）膛材料的主要目的是防止热量散失。

（4）充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过交换装置，供其他方面使用。

提高燃料燃烧效率的措施及意义

（1）提高燃料的燃烧效率的措施

①尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。

关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量。

②尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。

（2）提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节约资源、减少污染。

3．下列措施可以提高燃料燃烧效率的是（　　）

①提高燃料的着火点　②降低燃料的着火点　③将固体燃料粉碎　④将液体燃料雾化处理　⑤将煤进行气化处理　⑥通入适当过量的空气

A．①③④⑤B．②③⑤⑥

C．③④⑤⑥D．①②③④

答案　C

解析　理论上，提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积，并通入适当过量的空气。

对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。

③④⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。

4．将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是（　　）

①使煤充分燃烧，提高煤的利用率　②减少SO2的产生，避免造成“酸雨”　③减少有毒的CO产生，避免污染空气

④减少CO2的产生，避免“温室效应”

A．①②③B．②③④

C．①③④D．①②③④

答案　A

解析　煤块粉碎是为了提高煤的利用率；脱硫是为了减少SO2的产生；过量空气是为了减少CO的产生。

1．下列说法中错误的是（　　）

A．燃料的燃烧反应都是放热反应

B．一定量的燃料完全燃烧放出的热量比不完全燃烧放出的热量大

C．放热反应的逆反应一定是吸热反应

D．选择燃料只要考虑燃料热值的大小

答案　D

2．1g氢气燃烧生成液态水时，放出142.9kJ的热量。

下列表示该反应的热化学方程式中，正确的是（　　）

A．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）

ΔH＝－142.9kJ·mol－1

B．H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH＝－285.8kJ·mol－1

C．2H2＋O2===2H2O

ΔH＝－571.6kJ·mol－1

D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）

ΔH＝571.6kJ·mol－1

答案　B

解析　1g氢气燃烧生成液态水时，放出142.9kJ的热量，ΔH<0，则1molH2燃烧生成液态水放出285.8kJ的热量，故反应的热化学方程式为H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1或2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1。

A项中热量计算错误，C项中没有注明物质的聚集状态，D项中ΔH应为负值。

故正确答案为B。

3．已知

H2（g）＋

Cl2（g）===HCl（g）　ΔH＝－92.3kJ·mol－1，则反应2HCl（g）===H2（g）＋Cl2（g）的ΔH为（　　）

A．92.3kJ·mol－1

B．－92.3kJ·mol－1

C．－184.6kJ·mol－1

D．184.6kJ·mol－1

答案　D

4．下列热化学方程式书写正确的是（　　）

A．2SO2＋O2===2SO3　ΔH＝－196.6kJ·mol－1

B．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－517.6kJ·mol－1

C．H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ

D．C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝393.5kJ·mol－1

答案　B

解析　A项，未注明物质状态，错误；B项，2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－517.6kJ·mol－1，B正确；C项，ΔH的单位是kJ·mol－1，错误；D项，C（s）＋O2（g）===CO2（g）是放热反应，ΔH<0，错误。

5．

（1）已知肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。

已知在101kPa、25℃时，0.5mol液态肼与足量氧气反应，生成氮气和液态水，放出312kJ的热量，写出该反应的热化学方程式________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）已知每千克氢气在常温常压下燃烧放出热量1.43×105kJ，每千克汽油燃烧约放出热量4.6×104kJ，氢气被公认为是21世纪替代矿物燃料的理想能源，氢气作为能源的优点有：

________________________________________________________________________。

答案　

（1）N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－624kJ·mol－1

（2）清洁无污染、来源广泛、放热效率高等

解析　

（1）101kPa、25℃时，0.5mol液态肼与足量氧气反应，生成氮气和液态水，放出312kJ的热量，则该反应的热化学方程式N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－624kJ·mol－1。

（2）由题意可知，相同质量的氢气和汽油，氢气提供的能量高，而且反应产物是水，清洁、无污染，制取氢气的原料来源广泛。

[基础过关]

题组一　化石燃料及其利用

1．下列说法不正确的是（　　）

A．当今社会人们所需的能量绝大部分是由化学反应产生的

B．目前，全球仍处于化石能源时代

C．人体生命活动所需要的能量，是由氧化还原反应提供的

D．凡是放出热量的化学反应均可用来造福人类

答案　D

2．减少酸雨的产生可以采取的措施有（　　）

①用煤作燃料　②把工厂烟囱建高　③燃料脱硫　④向已酸化的土壤中加入石灰　⑤开发新能源

A．①②③B．②④⑤

C．③⑤D．①③④⑤

答案　C

解析　本题主要考查化石燃料的使用，酸雨主要是大量燃烧化石燃料造成的，开发新能源可以减少化石燃料的使用，燃料脱硫可以减少二氧化硫的排放量，这些都是可行的措施，故正确答案为C。

3．近年来，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。

假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中你认为不妥当的是（　　）

A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料

B．硅的来源丰富，易于开采

C．硅燃料放出的热量大，且燃料产物对环境污染较低，容易有效控制

D．寻找高效催化剂，使二氧化硅分解产生硅的同时释放能量，是硅能源大规模开发利用的一项关键技术

答案　D

解析　二氧化硅分解产生硅的同时吸收能量，无论多么高效的催化剂，也不会放出能量。

题组二　热化学方程式的意义及书写

4．工业生产水煤气的反应为C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH＝131.4kJ·mol－1。

下列判断正确的是（　　）

A．反应物能量总和大于生成物能量总和

B．CO（g）＋H2（g）===C（s）＋H2O（l）　ΔH＝－131.4kJ·mol－1

C．水煤气反应中有NA个H—H键形成时吸收131.4kJ的热量

D．生成1体积CO（g）吸收131.4kJ热量

答案　C

解析　该反应是吸热反应，故反应物的总能量小于生成物的总能量，故A项不正确；该反应产物为液态水，根据题干热化学方程式可得CO（g）＋H2（g）===C（s）＋H2O（l）　ΔH＜－131.4kJ·mol－1，故B项不正确；反应有NA个H—H键形成，即生成1mol氢气吸收的热量为131.4kJ，故C正确；由题干反应可知生成1molCO（g）吸收的热量为131.4kJ,1体积CO（g）物质的量不是1mol，故D项不正确。

5．根据碘与氢气反应的热化学方程式

（Ⅰ）I2（g）＋H2（g）2HI（g）　ΔH＝－9.48kJ·mol－1

（Ⅱ）I2（s）＋H2（g）2HI（g）　ΔH＝26.48kJ·mol－1

下列判断正确的是（　　）

A．254gI2（g）中通入2gH2（g），反应放热9.48kJ

B．1mol固态碘与1mol气态碘所含的能量相差17.00kJ

C．反应（Ⅰ）的产物比反应（Ⅱ）的产物能量高

D．反应（Ⅱ）的反应物总能量比反应（Ⅰ）的反应物总能量低

答案　D

解析　由于反应I2（g）＋H2（g）2HI（g）为可逆反应，不能进行到底，因此254gI2（g）中通入2gH2（g），反应放出的热量小于9.48kJ，故A项不正确；1mol固态碘比1mol气态碘完全反应少放出的热量即为它们所含的能量差，其数值为35.96kJ，故B项不正确；两个反应的产物相同，能量相同，故C不正确。

6．在25℃、101kPa的条件下，5.2gC2H2完全燃烧生成CO2和H2O（l）时放出259.92kJ热量。

表示上述反应的热化学方程式正确的是（　　）

A.

C2H2（g）＋

O2（g）===

CO2（g）＋

H2O（l）　ΔH＝259.92kJ·mol－1

B.

C2H2（g）＋

O2（g）===

CO2（g）＋

H2O（l）　ΔH＝－259.92kJ·mol－1

C．2C2H2（g）＋5O2（g）===4CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝2599.2kJ·mol－1

D．2C2H2（g）＋5O2（g）===4CO2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－2599.2kJ·mol－1

答案　B

解析　A项，反应是放热的，所以焓变是负数，故A错误；B项，5.2g即

＝0.2molC2H2完全燃烧生成CO2和H2O（l）时放出259.92kJ热量，则

C2H2（g）＋

O2（g）===

CO2（g）＋

H2O（l）　ΔH＝－259.92kJ·mol－1，故B正确；C项，反应是放热的，所以焓变是负数，故C错误；D项，5.2g即

＝0.2molC2H2完全燃烧生成CO2和H2O（l）时放出259.92kJ热量，则2molC2H2完全燃烧生成CO2和H2O（l）时放出2599.2kJ热量，2C2H2（g）＋5O2（g）===4CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－2599.2kJ·mol－1，而不是生成气态水，故D错误。

7．反应2C＋O2===2CO的能量变化如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．12gC（s）与一定量O2（g）反应生成14gCO（g）放出的热量为110.5kJ

B．2molC（s）与足量O2（g）反应生成CO2（g）放出的热量大于221kJ

C．该反应的热化学方程式是2C（s）＋O2（g）===2CO（g）

　ΔH＝－221kJ

D．该反应的反应热等于CO分子中化学键形成所释放的总能量与O2分子中化学键断裂时所吸收的总能量的差

答案　B

解析　反应生成14gCO（g）放出的热量为55.25kJ；2molC（s）与O2（g）反应生成CO（g）时放出的热量为221kJ，完全燃烧时放出的热量大于221kJ；C项中ΔH＝－221kJ·mol－1；D项中断裂的化学键还包括碳中的化学键。

题组三　反应热的简单计算

8．已知如下三个热化学方程式：

①H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝akJ·mol－1

②H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝bkJ·mol－1

③2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝ckJ·mol－1

关于它们的下列说法中正确的是（　　）

A．它们都是吸热反应B．a、b、c均为正值

C．a＝bD．2b＝c

答案　D

解析　H2与O2化合生成H2O都是放热反应，a、b、c都是负值，1molH2完全反应生成水的状态不同，ΔH不同，a≠b。

9．已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121kJ，且氧气中1molO===O键完全断裂时需要吸收能量496kJ，水蒸气中1molH—O键形成时放出能量463kJ，则氢气中1molH—H键断裂时吸收能量为（　　）

A．920kJB．557kJC．436kJD．188kJ

答案　C

解析　由1gH2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121kJ可知：

2gH2（即含1molH—H键）完全燃烧生成水蒸气时放出能量为121kJ×2＝242kJ。

由方程式H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）可设1molH—H键断裂吸收的能量为Q，则：

Q＋

×496kJ－2×463kJ＝－242kJ，Q＝436kJ。

10．已知：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1；CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890kJ·mol－1。

现有H2与CH4的混合气体112L（标准状况），使其完全燃烧生成CO2和H2O（l），若实验测得反应放热3695kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是（　　）

A．1∶1B．1∶3C．1∶4D．2∶3

答案　B

解析　设H2与CH4的物质的量分别是x和y，则x＋y＝5mol，571.6kJ·mol－1×

＋890kJ·mol－1×y＝

3695kJ，解得x＝1.25mol，y＝3.75mol，故两者之比为1∶3。

[能力提升]

11．已知H2（g）＋

O2（g）===H2O（g），如图是1molH2燃烧的反应过程中能量变化示意图。

请回答下列问题：

（1）a、b、c分别代表什么意义？

a________________________________________________________________________；

b________________________________________________________________________；

c________________________________________________________________________。

（2）该反应是______（填“吸热”或“放热”）反应，H2燃烧的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

（3）氢气在氧气中燃烧，破坏1molH—H键吸收Q1kJ的能量，破坏1molO===O键吸收Q2kJ的能量，形成1molH—O键释放Q3kJ的能量，则下列关系式正确的是________________。

A．2Q1＋Q2>4Q3

B．2Q1＋Q2<4Q3

C．Q1＋Q2

D．2Q1＋Q2＝4Q3

答案　

（1）a表示断裂1molH—H键和0.5molO===O键所吸收的总能量　b表示形成2molH—O键所放出的总能量　c表示1molH2（g）和0.5molO2（g）完全反应生成1molH2O（g）放出的能量

（2）放热　2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－2ckJ·mol－1或ΔH＝－2（b－a）kJ·mol－1

（3）B

解析　

（1）化学反应发生时，首先断裂反应物中的化学键，再形成生成物中的化学键，H2（g）和

O2（g）与2H（g）和O（g）之间的能量差是H2（g）→2H（g）和

O2（g）→O（g）过程中断开H—H键和O===O键需吸收的能量。

故a表示断裂1molH—H键和0.5molO===O键所吸收的总能量。

同理，b表示形成2molH—O键所放出的总能量，c表示1molH2（g）和0.5molO2（g）完全反应生成1molH2O（g）放出的能量。

（2）所以该反应的热化学方程式为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－2ckJ·mol－1或ΔH＝－2（b－a）kJ·mol－1。

（3）氢气在氧气中燃烧的反应为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g），反应释放能量。

在该反应中破坏2molH—H键、1molO===O键，形成4molH—O键，所以2Q1＋Q2<4Q3。

12．天然气的主要成分是CH4，甲烷燃烧时的能量变化如下图所示，已知1molH2O由气态变为液态时放出44kJ的能量。

请回答下述问题：

（1）写出甲烷燃烧生成液态水的热化学反应方程式：

________________________________________________________________________。

（2）8gCH4完全燃烧时生成液态水放出的热量是____________kJ。

答案　

（1）CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890kJ·mol－1　

（2）445

解析　由图知1molCH4完全燃烧生成气态水时放出热量为（882－80）kJ＝802kJ，反应中生成2mol气态水，其液化时放出热量44kJ×2＝88kJ，故ΔH＝－890kJ·mol－1。

13．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。

（1）0.3mol的气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ热量，其热化学方程式为______________________________。

（2）家用液化气中主要成分之一是丁烷。

当1g丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时，放出热量50kJ。

试写出丁烷燃烧的热化学方程式：

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