高中化学 15 化学反应与能量变化

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一、化学反应中的能量变化

化学反应中的能量形式：化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，此外还可能有光能、电能等其他形式的能量变化。例如，燃烧反应会释放出大量的热量和光能，原电池反应则将化学能转化为电能。

放热反应和吸热反应：

放热反应：化学反应过程中释放热量的反应叫做放热反应。常见的放热反应有燃烧反应、中和反应、金属与酸的反应等。例如，氢气在氧气中燃烧生成水，同时放出大量的热，化学方程式为\(H_{2}+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}H_{2}O\) \( \Delta H\lt0\)。

吸热反应：化学反应过程中吸收热量的反应叫做吸热反应。常见的吸热反应有大多数分解反应、\(C\)与\(CO_{2}\)的反应、\(Ba(OH)_{2}\cdot8H_{2}O\)与\(NH_{4}Cl\)的反应等。例如，碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，化学方程式为\(CaCO_{3}\stackrel{高温}{=\!=\!=}CaO + CO_{2}\uparrow\) \( \Delta H\gt0\)。

二、焓变与反应热

焓（hán）变：焓变\((\Delta H)\)是指化学反应过程中生成物与反应物的焓值差。焓是与内能有关的物理量，在恒压条件下，化学反应的热效应等于焓变。

反应热：反应热是指化学反应过程中吸收或放出的热量，通常用\(\Delta Q\)表示。在恒压条件下，反应热等于焓变，即\(\Delta Q=\Delta H\)。当\(\Delta H\lt0\)时，反应为放热反应；当\(\Delta H\gt0\)时，反应为吸热反应。

三、热化学方程式

定义：热化学方程式是表示化学反应与反应热关系的方程式。它不仅表明了化学反应中的物质变化，还表明了反应中的能量变化。

书写要点：

注明反应物和生成物的聚集状态，通常用\(s\)表示固体，\(l\)表示液体，\(g\)表示气体，\(aq\)表示溶液。

注明反应的温度和压强，若反应是在\(25^{\circ}C\)、\(101kPa\)下进行，可省略不写。

热化学方程式中化学计量数只表示物质的量，不表示分子个数，因此可以是整数，也可以是分数。

热化学方程式后面必须注明反应热\(\Delta H\)的数值、单位及正负号。例如，氢气燃烧的热化学方程式为\(H_{2}(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)=H_{2}O(l)\) \( \Delta H=-285.8kJ/mol\)。

四、燃烧热和中和热

燃烧热：在\(101kPa\)时，\(1mol\)纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。例如，\(H_{2}\)的燃烧热是指\(1molH_{2}\)完全燃烧生成液态水时所放出的热量，其燃烧热\(\Delta H=-285.8kJ/mol\)。

中和热：在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成\(1molH_{2}O(l)\)时所放出的热量，叫做中和热。强酸与强碱的中和热约为\(57.3kJ/mol\)，其热化学方程式为\(H^{+}(aq)+OH^{-}(aq)=H_{2}O(l)\) \( \Delta H=-57.3kJ/mol\)。

五、盖斯定律

内容：化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。也就是说，不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。

应用：利用盖斯定律可以间接计算一些难以直接测定的反应热。例如，已知反应\(C(s)+O_{2}(g)=CO_{2}(g)\) \( \Delta H_{1}\)，\(CO(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)=CO_{2}(g)\) \( \Delta H_{2}\)，则反应\(C(s)+\frac{1}{2}O_{2}(g)=CO(g)\)的反应热\(\Delta H=\Delta H_{1}-\Delta H_{2}\)。

六、能源的开发与利用

能源的分类：能源可分为一次能源和二次能源。一次能源是指自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源，如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水能等；二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，如电能、汽油、柴油、氢能等。

新能源的开发：随着传统能源的日益短缺和环境污染问题的日益严重，新能源的开发和利用受到了广泛关注。新能源包括太阳能、风能、水能、生物能、地热能、核能等，这些能源具有可再生、无污染或污染小等优点，是未来能源发展的方向。例如，太阳能光伏发电是利用半导体材料将太阳能转化为电能；风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再通过发电机将机械能转化为电能。

化学反应与能量变化是高中化学的重要内容，它不仅有助于我们理解化学反应的本质，还与能源的开发与利用等实际问题密切相关，在高考中也是重点考查的知识点之一。

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