思維建模視角下的熱化學(xué)方程式書(shū)寫

福建

洪茲田 陳珍勝

思維建模是借助于一些特定的工具(如思維導(dǎo)圖)和方法將知識(shí)內(nèi)在的思維過(guò)程建立模型，進(jìn)行可視化表征的認(rèn)知方法。本文對(duì)熱化學(xué)方程式書(shū)寫(含ΔH的計(jì)算)常見(jiàn)的考查視角進(jìn)行歸納，并基于模型建構(gòu)的視角對(duì)各種考查類型建立思維模型。

一、直接描述型熱化學(xué)方程式書(shū)寫

1.解題關(guān)鍵

根據(jù)題給信息換算成與熱化學(xué)方程式相應(yīng)物質(zhì)的物質(zhì)的量一致的ΔH。

2.思維建模

3.例題剖析

0.1 mol Cl2與焦炭、TiO2完全反應(yīng)，生成一種還原性氣體和一種易水解成TiO2·xH2O的液態(tài)化合物，放熱4.28 kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________。

二、利用燃燒熱書(shū)寫熱化學(xué)方程式

1.解題關(guān)鍵

準(zhǔn)確理解“燃燒熱”的概念：

2.思維建模

3.例題剖析

已知CH4的燃燒熱數(shù)值為890 kJ·mol-1。下列熱化學(xué)方程式正確的是

( )

解析:選項(xiàng)A中ΔH應(yīng)為負(fù)號(hào)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；選項(xiàng)B中H2O的狀態(tài)錯(cuò)誤，應(yīng)為H2O(l)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；選項(xiàng)C中由于CH4為2 mol，故ΔH=-890 kJ·mol-1×2=-1 780 kJ·mol-1，故選項(xiàng)C正確；選項(xiàng)D中，生成物CO(g)錯(cuò)誤，應(yīng)為CO2(g)。

答案:C

三、根據(jù)反應(yīng)熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)計(jì)算中和熱ΔH

1.解題關(guān)鍵

中和熱是指在稀溶液中，強(qiáng)酸跟強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol液態(tài)H2O時(shí)的反應(yīng)熱。故先計(jì)算反應(yīng)熱Q，然后由Q=ΔH(中和熱)×n(H2O)計(jì)算ΔH(中和熱)。

2.思維建模

3.例題剖析

分別取100 mL 0.50 mol·L-1鹽酸與100 mL 0.55 mol·L-1NaOH溶液進(jìn)行中和反應(yīng)。通過(guò)測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中所放出的熱量可計(jì)算中和熱。假設(shè)鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是1 g·cm-3，中和后生成溶液的比熱容c=4.18 J·(g·℃)-1。實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)得反應(yīng)前鹽酸與NaOH溶液的平均溫度為21.5℃，反應(yīng)后混合溶液的溫度為 24.9℃，則實(shí)驗(yàn)測(cè)得的中和熱ΔH=___________(保留1位小數(shù))。

答案:-56.8 kJ·mol-1

四、利用活化能計(jì)算ΔH

1.解題關(guān)鍵

理清活化能(Ea)與焓變(ΔH)的關(guān)系?；罨苁侵富罨肿拥钠骄芰颗c反應(yīng)物分子平均能量的差值。從反應(yīng)物至最高點(diǎn)的能量數(shù)值表示正反應(yīng)的活化能Ea(正)；從最高點(diǎn)至生成物的能量數(shù)值表示逆反應(yīng)的活化能Ea(逆)。ΔH=Ea(正)-Ea(逆)。加入催化劑能降低反應(yīng)的活化能，但不影響ΔH的大小。

2.思維建模

3.例題剖析

某化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是

( )

A.該反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH=E2-E1

B.a曲線的條件是加入催化劑

C.催化劑能降低反應(yīng)的活化能

D.通過(guò)催化劑能改變反應(yīng)的ΔH

解析:該反應(yīng)的ΔH=E1-E2，故A錯(cuò)誤；加入催化劑后使反應(yīng)的活化能降低，b曲線的條件是加入催化劑，故B錯(cuò)誤；催化劑能降低反應(yīng)的活化能，故C正確；催化劑未改變反應(yīng)物和生成物的能量，也未改變反應(yīng)的焓變，故D錯(cuò)誤。

答案:C

五、利用鍵能計(jì)算ΔH(或書(shū)寫熱化學(xué)方程式)

1.解題關(guān)鍵

準(zhǔn)確分析反應(yīng)物和生成物化學(xué)鍵的類型和數(shù)目，應(yīng)用公式ΔH=E鍵能(反應(yīng)物)-E鍵能(生成物)。中學(xué)階段常見(jiàn)物質(zhì)中所含共價(jià)鍵的數(shù)目(以1 mol物質(zhì)為例):

物質(zhì)金剛石硅SiO2P4CH4C2H6NH3H2OCO2共價(jià)鍵C—CSi—SiSi—OP—PC—HC—HC—CN—HH—OC=O數(shù)目2NA2 NA4 NA6NA4 NA6NANA3NA2NA2NA

2.思維建模

3.例題剖析

解析:設(shè)1 mol HI(g)分子中化學(xué)鍵斷裂時(shí)需吸收的能量為x，根據(jù)ΔH=E(反應(yīng)物)-E(生成物)=2 mol·x-436 kJ-151 kJ=+11 kJ，解得x=299 kJ·mol-1。

答案:299

六、利用物質(zhì)的能量計(jì)算ΔH

1.解題關(guān)鍵ΔH=E(生成物)-E(反應(yīng)物)

2.思維建模

3.例題剖析

物質(zhì)H2(g)CO2(g)CH2=CH2(g)H2O(g)能量/kJ·mol—10-39452-242

則ΔH=________。

解析:ΔH=E(生成物)-E(反應(yīng)物)=[(-242)×4+52-(-394)×2-0×6)]kJ·mol-1=-128 kJ·mol-1

答案:-128 kJ·mol-1

七、利用蓋斯定律書(shū)寫熱化學(xué)方程式

(一)分步加和法

1.解題關(guān)鍵

對(duì)已知熱化學(xué)方程式進(jìn)行疊加，得到目標(biāo)(或待求)的熱化學(xué)方程式。

2.思維建模

先確定

待求的

反應(yīng)方

程式 ?找出待求方

程式中各物

質(zhì)在已知方

程式中的位置?根據(jù)待求方程式中

各物質(zhì)的計(jì)量數(shù)和

位置對(duì)已知方程式

進(jìn)行處理，得到變

形后的新方程式 ?將新得到的方程式

進(jìn)行加減(反應(yīng)熱

也需要相應(yīng)加減)?寫出待求

的熱化學(xué)

方程式

3.例題剖析

下圖是通過(guò)熱化學(xué)循環(huán)在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應(yīng)系統(tǒng)原理。

通過(guò)計(jì)算，可知系統(tǒng)(Ⅰ)和系統(tǒng)(Ⅱ)制氫的熱化學(xué)方程式分別為_(kāi)_______、________，制得等量H2所需能量較少的是_________________。

根據(jù)系統(tǒng)Ⅰ、系統(tǒng)Ⅱ的熱化學(xué)方程式可知，每反應(yīng)產(chǎn)生1 mol氫氣，后者吸收的熱量比前者少，所以制取等量的H2所需能量較少的是系統(tǒng)Ⅱ。

(二)途徑分析法

1.解題關(guān)鍵

途徑設(shè)計(jì)分析，建立物質(zhì)、能量的“轉(zhuǎn)化模型”，使反應(yīng)物經(jīng)過(guò)一些中間步驟最后回到產(chǎn)物。

2.思維建模

設(shè)某反應(yīng)為“反應(yīng)物→生成物”，有如下幾種轉(zhuǎn)化途徑：

途徑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的焓變?chǔ)(Ⅰ)、ΔH(Ⅱ)、ΔH(Ⅲ)依次為ΔH1+ΔH2、ΔH、ΔH3+ΔH4+ΔH5，且ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。

3.例題剖析

( )

A.ΔH2>ΔH3B.ΔH1<ΔH3

C.ΔH1+ΔH3=ΔH2D.ΔH1+ΔH2>ΔH3

解析:可設(shè)計(jì)如下“轉(zhuǎn)化模型”：

據(jù)題意ΔH2<0、ΔH3>0,可知ΔH3>ΔH2，選故項(xiàng)A錯(cuò)；根據(jù)上述轉(zhuǎn)化過(guò)程，根據(jù)蓋斯定律可知ΔH2=ΔH1-ΔH3，即ΔH2+ΔH3=ΔH1，故選項(xiàng)CD錯(cuò)誤；又ΔH2=ΔH1-ΔH3<0(ΔH2<0)，所以ΔH1<ΔH3，故選項(xiàng)B正確。