化学反应与能量的变化
焓变,反应热
反应热:化学反应在一定条件下相对于系统与环境所释放或吸收的热量。
焓变:
△H△H△H为“−”“-”“−”或△H<0△H<0△H<0 放热反应
△H△H△H为“+”“+”“+”或△H>0△H>0△H>0 吸热反应
△H=E总(断键)−E总(成键)=E反应物总键能−E生成物总键能△H=E_{总(断键)}-E{总(成键)}=E_{反应物总键能}-E_{生成物总键能}△H=E总(断键)−E总(成键)=E反应物总键能−E生成物总键能
实质△H=H总(生成物)−H总(反应物)△H=H_{总(生成物)}-H_{总(反应物)}△H=H总(生成物)−H总(反应物)
热化学方程式
定义:能表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式。
书写:一写方程式,二标状态(g,l,s,aq),三判正负(+,-),四算数值。
注意:
- 在热化学方程式中可出现非整数的化学计量数
- 化学计量数增大一倍,则反应热△H△ H△H也增大一倍
中和反应热的测定
中和热:在稀溶液(浓溶液会溶解放热)中,酸跟碱发生中和反应(是放热反应),生成1mol水时的反应热。
表示:H(aq)++OH(aq)−=H2O(l),△H=−57.3KJ⋅mol−1H^+_{(aq)}+OH^-_{(aq)}=H_2O_{(l)},△H=-57.3KJ·mol^{-1}H(aq)++OH(aq)−=H2O(l),△H=−57.3KJ⋅mol−1
要点:条件、反应物、生成物
实验:
原理:Q=cm△t,△H=cm△tn(H2O)Q=cm△t,△H=\frac{cm△t}{n(H_2O)}Q=cm△t,△H=n(H2O)cm△t
ccc:aqaqaq的比热容:4.18J/(g⋅℃)=0.418KJ(g⋅℃)4.18J/(g·℃)=0.418KJ(g·℃)4.18J/(g⋅℃)=0.418KJ(g⋅℃)
mmm:m=ρvm=\rho vm=ρv,准确测量体积(量筒)
△t△t△t:{初始温度{t1酸t1碱最高温度(温度计的某一稳定数值)\begin{cases}初始温度\begin{cases}t_{1酸}\\t_{1碱}\end{cases}\\最高温度(温度计的某一稳定数值
)\end{cases}⎩⎪⎨⎪⎧初始温度{t1酸t1碱最高温度(温度计的某一稳定数值)
步骤:
- 制作保温装置
- 测HCl起始温度(测完若不冲温度计就测碱,t1↑,△t↓,Q↓t_1\uparrow,△t\downarrow,Q\downarrowt1↑,△t↓,Q↓)
- 测NaOH起始温度
- 测反应终止温度
- 多次计算求平均值
实验注意:
- 环形玻璃搅拌棒:
- 不用铁、铜,防止传热使热量损失
- 搅拌加快反应速率使反应充分,同时也是为了使反应体系温度均衡。
- 读数{俯视偏小Q↓平视视线与刻度线以及凹点在一条水平线上仰视偏大Q↑\begin{cases}俯视\quad偏小Q\downarrow\\平视\quad视线与刻度线以及凹点在一条水平线上\\仰视\quad偏大Q\uparrow\end{cases}⎩⎪⎨⎪⎧俯视偏小Q↓平视视线与刻度线以及凹点在一条水平线上仰视偏大Q↑
- NaOH为何过量
- NaOH(aq)NaOH_{(aq)}NaOH(aq)在空气中易变质
- 保证盐酸被完全中和
另注意:
- 弱酸弱碱电离要吸热,所以中和热的值小于57.3KJ⋅mol−157.3KJ·mol^{-1}57.3KJ⋅mol−1
- 中和热不包括电解质电离或生成沉淀等所伴随的热效应
- 书写中和热的热化学方程式必须1mol水
- 中和热为57.3KJ⋅mol−157.3KJ·mol^{-1}57.3KJ⋅mol−1,中和热△H△H△H为−57.3KJ⋅mol−1-57.3KJ·mol^{-1}−57.3KJ⋅mol−1
- 中和热与强酸强碱的类别及用量无关,都为同一定值,中和反应的反应热则随用量不同而不同
燃烧热 能源
燃烧热
定义:25℃,101kpa25℃,101kpa25℃,101kpa时,1mol1mol1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物({C→CO2H→H2O(l)S→SO2)\Bigg(\begin{cases}C\rightarrow CO_2\\H\rightarrow H_2O(l)\\S\rightarrow SO_2\end{cases}\Bigg)(⎩⎪⎨⎪⎧C→CO2H→H2O(l)S→SO2)时所放出的热量
要点:
- 可燃物物质的量变化,燃烧热值不变
- 书写燃烧热热化学方程式,可燃物系数必须是1
- 描述{燃烧热为QKJ⋅mol−1燃烧热△H为−QKJ⋅mol−1\begin{cases}燃烧热为Q KJ·mol^{-1}\\燃烧热△H为-Q KJ·mol^{-1}\end{cases}{燃烧热为QKJ⋅mol−1燃烧热△H为−QKJ⋅mol−1
- 计算 △H=−Qn(可燃物)△H=-\frac{Q}{n(可燃物)}△H=−n(可燃物)Q
比较与中和热的异同
{同:△H<0KJ⋅mol−1,放热反应异:{1molH2O,1mol可燃物含义{强酸强碱中和热值一样,△H=−57.3KJ⋅mol−1不同物质燃烧热值不同\begin{cases}同:△H<0KJ·mol^{-1},放热反应\\异:\begin{cases}1molH_2O,1mol可燃物\\含义\begin{cases}强酸强碱中和热值一样,△H=-57.3KJ·mol^{-1}\\不同物质燃烧热值不同\end{cases}\end{cases}\end{cases}⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧同:△H<0KJ⋅mol−1,放热反应异:⎩⎪⎨⎪⎧1molH2O,1mol可燃物含义{强酸强碱中和热值一样,△H=−57.3KJ⋅mol−1不同物质燃烧热值不同
能源
种类:化石燃料(煤、石油、天然气)(不可再生)(常规能源、主要能源)、核能、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。
煤作为燃料的弊端
- 煤燃烧时生成大量的SO2SO_2SO2和烟尘造成酸雨污染环境
- 产生大量CO2CO_2CO2(不是污染气体,天然气仍属于清洁燃料)引起温室效应。
洁净煤技术
- 煤的气化C(s)+H2O(g)=高温=H2+COC_(s)+H_2O_(g)=高温=H_2+COC(s)+H2O(g)=高温=H2+CO
- 液化{直接液化:加H2,直接化合成液体燃料C5H12间接液化:生成H2,CO后又合成液体燃料CH3OHCH3CH2OH等\begin{cases}直接液化:加H_2,直接化合成液体燃料C_5H_{12}\\间接液化:生成H_2,CO后又合成液体燃料CH_3OHCH_3CH_2OH等\end{cases}{直接液化:加H2,直接化合成液体燃料C5H12间接液化:生成H2,CO后又合成液体燃料CH3OHCH3CH2OH等
- 煤烟气脱硫脱硝
- CaO+SOCaSO32CaSO3+O2=2CaSO4CaO+SO_CaSO_3\quad 2CaSO_3+O_2=2CaSO_4CaO+SOCaSO32CaSO3+O2=2CaSO4
- 氧化剂+NaClO2+NaClO_2+NaClO2将NOx→NO3−SO2→SO42−NO_x\rightarrow NO_3^-\quad SO_2\rightarrow SO_4^{2-}NOx→NO3−SO2→SO42−