专题7化学反应与能量变化.docx

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专题7化学反应与能量变化

专题7　化学反应与能量变化

考点一

[记牢主干知识]

1．化学反应的焓变

（1）反应热

当反应物和生成物具有相同温度时，所吸收或放出的热量称为化学反应的反应热。

（2）焓变

①焓（H）是与物质内能有关的物质量。

②焓变（ΔH）为反应产物的总焓与反应物的总焓之差，即ΔH＝H（反应产物）－H（反应物）。

（3）焓变与反应热

①恒压条件下的焓变等于反应热。

②在恒温、恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变。

（4）焓变的符号和单位

符号ΔH，单位kJ·mol－1。

（5）吸热反应和放热反应

①概念：

吸收热量的反应称为吸热反应，放出热量的反应称为放热反应。

②从能量高低角度理解：

ΔH<0，放热反应　　　ΔH>0，吸热反应

③从化学键角度理解：

④常见的吸热反应和放热反应：

a．放热反应：

大多数化合反应、中和反应、金属与酸的反应、所有的燃烧反应。

b．吸热反应：

大多数分解反应、盐的水解反应、Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O（g）反应、C与CO2反应。

2．标准燃烧热、热值和中和热

（1）标准燃烧热

（2）热值

①概念：

1g物质完全燃烧所放出的热量，叫做该物质的热值。

②完全燃烧：

是指氮元素转化为N2（g），氢元素转化为H2O（l），碳元素转化为CO2（g）。

（3）中和热

3．反应热的测量

（1）中和反应反应热（简称中和热）：

酸与碱发生中和反应生成1molH2O（l）时所释放出的热量。

（2）中和反应反应热的测量：

①装置如上图。

②实验记录：

盐酸的温度

t1/℃

NaOH溶液的温度

t2/℃

反应体系的最高温度

t3/℃

反应体系的温度变化

Δt＝

/℃

反应体系的热容

C＝[（VHCl·ρHCl＋VNaOH·ρNaOH）×4.18]/J·℃－1

反应热计算

ΔH＝－

/kJ·mol－1

4．能源

[练通基础小题]

一、基础知识全面练

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）放热反应不需要加热就能反应，吸热反应不加热就不能反应（×）

（2）物质发生化学变化都伴有能量的变化（√）

（3）同温同压下，反应H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH不同（×）

（4）可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关（√）

（5）甲烷的标准燃烧热ΔH＝－890kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式为CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－890kJ·mol－1（×）

（6）在稀溶液中：

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热量为57.3kJ（×）

（7）反应HCHO＋O2

CO2＋H2O为吸热反应（×）

（8）催化剂能改变反应的焓变（×）

（9）2SO2（g）＋O2（g）===2SO3（g）和4SO2（g）＋2O2（g）===4SO3（g）的ΔH相等（×）

（10）NaHCO3＋H2

HCOONa＋H2O反应中，储氢、释氢过程均无能量变化（×）

2．已知某反应A（g）＋B（g）C（g）＋D（g），反应过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。

（1）该反应是________反应（填“吸热”或“放热”），该反应的ΔH＝________kJ·mol－1（用含E1、E2的代数式表示），1mol气体A和1mol气体B具有的总能量比1mol气体C和1mol气体D具有的总能量________（填“一定高”“一定低”或“高低不一定”）。

（2）若在反应体系中加入催化剂使反应速率增大，则E1和E2的变化是：

E1________，E2________，ΔH________（填“增大”“减小”或“不变”）。

答案：

（1）吸热　E1－E2　一定低　

（2）减小　减小　不变

二、常考题点分组练

题点

（一）　能量变化的图示分析

1．（2015·北京高考）最新报道：

科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。

反应过程的示意图如下：

下列说法正确的是（　　）

A．CO和O生成CO2是吸热反应

B．在该过程中，CO断键形成C和O

C．CO和O形成了具有极性共价键的CO2

D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程

解析：

选C　A．状态Ⅰ总能量为反应物总能量，状态Ⅲ总能量为生成物总能量，由图示知反应物的总能量大于生成物的总能量，故该反应为放热反应。

B.从状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的图示可以看出，反应中CO并未断裂成C和O。

C.由图示可以看出，CO和O生成了CO2，CO2分子中C与O间为极性共价键。

D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程，并不是CO与O2的反应过程。

2．（2015·海南高考·节选）由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示，若生成1molN2，其ΔH＝______kJ·mol－1。

解析：

根据图像可知N2O与NO反应生成氮气和二氧化氮的反应热为（209－348）kJ·mol－1＝－139kJ·mol－1。

答案：

－139

[知能存储]

活化能与反应热的关系

（1）催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。

（2）在无催化剂的情况，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。

题点

（二）　燃烧热与中和热的含义

3．下列有关燃烧热、中和反应反应热的叙述正确的是②⑥。

①S（s）＋

O2（g）===SO3（g）

ΔH＝－315kJ·mol－1（燃烧热）（ΔH的数值正确）

②NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ·mol－1（中和应热）（ΔH的数值正确）

③已知CH3OH（l）的燃烧热为238.6kJ·mol－1，则CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－238.6kJ·mol－1

④燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH（g）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2（g）

ΔH＝－192.9kJ·mol－1，则CH3OH（g）的燃烧热为192.9kJ·mol－1

⑤H2（g）的燃烧热是285.8kJ·mol－1，则2H2O（g）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋571.6kJ·mol－1

⑥葡萄糖的燃烧热是2800kJ·mol－1，则

C6H12O6（s）＋3O2（g）===3CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－1400kJ·mol－1

⑦已知101kPa时，2C（s）＋O2（g）===2CO（g）

ΔH＝－221kJ·mol－1，则该反应的反应热为221kJ·mol－1

⑧已知稀溶液中，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水时放出57.3kJ的热量

⑨已知HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水的中和热为－57.3kJ·mol－1

⑩氢气的燃烧热为285.5kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O（l）

2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋285.5kJ·mol－1　

[知能存储]

燃烧热与中和热的比较

比较角度

燃烧热

中和反应反应热

相同点

能量变化

放热

ΔH

ΔH<0，单位：

kJ·mol－1

不同点

反应物的量

可燃性物质为1mol

不限量

生成物的量

不限量

H2O（l）是1mol

反应热的含义

1mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物时放出的热量；其中：

C―→CO2（g），H―→H2O（l）

在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应，生成1molH2O（l）和可溶性盐时放出的热量；不同的反应物中和反应反应热大致相同，均约为57.3kJ·mol－1

题点（三）　能源的开发与利用

4.氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。

我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进。

氢能具有的优点包括（　　）

①原料来源广　②易燃烧、热值高　③储存方便　④制备工艺廉价易行

A．①②　　　　　　　　　B．①③

C．③④D．②④

解析：

选A　氢能是易燃烧、热值高、原料来源广的新能源；但它也有储存难、制备成本高等缺点，所以正确答案为A。

5.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。

下列说法正确的是（　　）

A．H2O的分解反应是放热反应

B．氢能源已被普遍使用

C．2molH2O具有的总能量低于2molH2和1molO2的能量

D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值

解析：

选C　水的分解是吸热反应，A错误；氢能源由于受贮存和运输等因素的限制，还未普遍使用，但有巨大的开发利用的价值，B、D错误。

考点二

[基础自主落实]

1．热化学方程式及其意义

（1）概念：

表示参加反应的物质的物质的量和反应热的关系的化学方程式。

（2）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。

例如：

H2（g）＋

O2（l）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1，表示在25℃和1.01×105Pa下，1mol氢气和0.5mol氧气完全反应生成1mol液态水时放出285.8kJ的热量。

2．热化学方程式的书写方法

[注意]　①热化学方程式中化学计量数仅表示该物质的物质的量，因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。

②中和热的热化学方程式的书写应以生成1mol液态水为标准，燃烧热的热化学方程式的书写则应以1mol可燃物为标准。

小题热身

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）的焓变ΔH>0（√）

（2）H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH1和2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2中的ΔH1＝ΔH2（×）

（3）H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH1和H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH2中的ΔH1＝ΔH2（×）

（4）已知相同条件下2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH1，反应2SO2（s）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH2，则ΔH1>ΔH2（×）

（5）C（石墨，s）===C（金刚石，s）　ΔH>0，说明石墨比金刚石稳定（√）

（6）已知：

500℃、30MPa下，N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1；将1.5molH2和过量的N2在此条件下充分反应，放出热量46.2kJ（×）

2．写出下列反应的热化学方程式。

（1）101kPa时，1molH2完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ的热量，H2燃烧热的化学方程式：

__________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）101kPa时，1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3kJ的热量，反应热的化学方程式：

___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）0.3mol乙硼烷（分子式B2H6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ的热量，则其热化学方程式为____________________________________________。

答案：

（1）H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　

ΔH＝－285.8kJ·mol－1

（2）CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　

ΔH＝－890.3kJ·mol－1

（3）B2H6（g）＋3O2（g）===B2O3（s）＋3H2O（l）　

ΔH＝－2165kJ·mol－1

[考向合作探究]

热化学方程式的正误判断

1．（2014·海南高考）标准状态下，气态分子断开1mol化学键的焓变称为键焓。

已知H—H、H—O和O===O键的键焓ΔH分别为436kJ·mol－1、463kJ·mol－1和495kJ·mol－1。

下列热化学方程式正确的是（　　）

A．H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝－485kJ·mol－1

B．H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝＋485kJ·mol－1

C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝＋485kJ·mol－1

D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－485kJ·mol－1

解析：

选D　1mol的气态水分解产生1mol的氢气和

mol的氧气的能量变化是：

2×463－436－

×495＝242.5，因此热化学方程式为H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝＋242.5kJ·mol－1，A、B错误。

2mol的气态水分解产生2mol的氢气和1mol的氧气的能量变化则是＋485kJ。

物质分解吸收的热量与产物燃烧放出的热量数值相等，即热化学方程式是2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－485kJ·mol－1，C错误，D正确。

2．（2016·佛山模拟）已知：

101kPa时1mol辛烷燃烧生成液态水时放出热量为5518kJ；强酸和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的书写正确的是（　　）

①2C8H18（l）＋25O2（g）===16CO2（g）＋18H2O（g）

ΔH＝－11036kJ·mol－1

②2C8H18（l）＋25O2（g）===16CO2（g）＋18H2O（l）

ΔH＝－11036kJ·mol－1

③H＋＋OH－===H2O　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

④2NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋2H2O（l）ΔH＝－114.6kJ·mol－1

A．①③　　　　　　　　　B．②③

C．②④D．只有②

解析：

选C　表示辛烷燃烧热时，生成的水应是液态而不是气态，故①错误、②正确；③中未标明反应物、生成物的聚集状态，错误。

[探规寻律]

“5审”判断热化学方程式正误

多角度书写热化学方程式

角度一　依据反应事实书写热化学方程式

3．根据信息，写出下列热化学方程式

（1）（2014·安徽高考）CuCl（s）与O2反应生成CuCl2（s）和一种黑色固体。

在25℃、101kPa下，已知该反应每消耗1molCuCl（s），放热44.4kJ，该反应的热化学方程式是___________

________________________________________________________________________。

（2）（2014·大纲卷）化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。

回答下列问题：

已知AX3的熔点和沸点分别为－93.6℃和76℃，AX5的熔点为167℃。

室温时AX3与气体X2反应生成1molAX5，放出热量123.8kJ。

该反应的热化学方程式为________________

________________________________________________________________________。

（3）（2014·天津高考）由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量，写出该反应的热化学方程式：

__________________________________________________。

答案：

（1）4CuCl（s）＋O2（g）===2CuCl2（s）＋2CuO（s）ΔH＝－177.6kJ·mol－1

（2）AX3（l）＋X2（g）===AX5（s）ΔH＝－123.8kJ·mol－1

（3）SiCl4（g）＋2H2（g）===Si（s）＋4HCl（g）ΔH＝＋0.025akJ·mol－1

角度二　依据图像书写热化学方程式

4．下图是1molNO2和1molCO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

由图可知，产物总能量低于反应物总能量，该反应是放热反应，ΔH＝E1－E2＝134kJ·mol－1－368kJ·mol－1＝－234kJ·mol－1。

答案：

NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g）　

ΔH＝－234kJ·mol－1

5．化学反应N2＋3H2===2NH3的能量变化如图所示（假设该反应反应完全）

试写出N2（g）和H2（g）反应生成NH3（l）的热化学方程式：

________________________________________________________________________。

答案：

N2（g）＋3H2（g）===2NH3（l）　

ΔH＝－2（b＋c－a）kJ·mol－1

考点三

1．盖斯定律

（1）内容：

一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相同的。

即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

（2）本质：

盖斯定律的本质是能量守恒定律。

（3）计算方法

Ⅰ.热化学方程式相加或相减，如

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1

②C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2

由①－②可得

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝ΔH1－ΔH2

Ⅱ.合理设计反应途径，如

顺时针方向和逆时针方向变化反应热代数和相等。

ΔH＝ΔH1＋ΔH2。

2．反应热大小的比较

（1）同一反应，生成物状态不同时

如A（g）＋B（g）===C（g）　ΔH1<0

A（g）＋B（g）===C（l）　ΔH2<0

因为C（g）===C（l）　ΔH3<0，而ΔH3＝ΔH2－ΔH1，则ΔH1>ΔH2。

（2）同一反应，反应物状态不同时

如S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1＝－akJ·mol－1

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2＝－bkJ·mol－1

（3）晶体类型不同，产物相同时

如C（s，石墨）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－akJ·mol－1

C（s，金刚石）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－bkJ·mol－1

（4）两个有联系的不同反应相比较时

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1<0

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2<0

C（s）

CO2（g）

C（s）

CO（g）

CO2（g）

ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0

所以ΔH1<ΔH2

据此可以写出热化学方程式：

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝ΔH1－ΔH2

反应热的计算

角度一　根据燃烧热数据，计算反应放出的热量

1．（2015·海南高考）已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2215kJ·mol－1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水，则放出的热量约为（　　）

A．55kJ　　　　　　　　B．220kJ

C．550kJD．1108kJ

解析：

选A　丙烷分子式是C3H8,1mol丙烷完全燃烧会产生4mol水，则丙烷完全燃烧产生1.8g水，所以反应放出的热量为

×2215＝55.375（kJ）。

2．1.5g火箭燃料二甲基肼（CH3—NH—NH—CH3）完全燃烧，放出50kJ热量，则二甲基肼的燃烧热ΔH为（　　）

A．－1000kJ·mol－1B．－1500kJ

C．－2000kJ·mol－1D．－2000kJ

解析：

选C　1.5g二甲基肼的物质的量是0.025mol，根据燃烧热的定义可知，1mol二甲基肼完全燃烧放出的热量应该为：

1/0.025×50kJ·mol－1＝2000kJ·mol－1，即二甲基肼的燃烧热ΔH为－2000kJ·mol－1。

利用燃烧热计算热值的方法

计算公式：

Q＝燃烧热×n（可燃物的物质的量），如H2的燃烧热为ΔH＝－285.8kJ·mol－1，燃烧2molH2放出的热量为2mol×285.8kJ·mol－1＝571.6kJ。

角度二　根据键能计算反应热

3．（2014·重庆高考）已知：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH＝akJ·mol－1

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－220kJ·mol－1

H—H、O===O和O—H键的键能分别为436kJ·mol－1、496kJ·mol－1和462kJ·mol－1，则a为（　　）

A．－332B．－118

C．＋350D．＋130

解析：

选D　根据盖斯定律由题给的两个热化学方程式可得：

2H2O（g）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋（2a＋220）kJ·mol－1，则有：

4×462kJ·mol－1－2×436kJ·mol－1－496kJ·mol－1＝（2a＋220）kJ·mol－1，解得a＝＋130，故选项D正确。

4．（2015·全国卷Ⅰ·节选）已知反应2HI（g）H2（g）＋I2（g）的ΔH＝＋11kJ·mol－1,1molH2（g）、1molI2（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。

解析：

设1molHI（g）分子中化学键断裂吸收的能量为x，则2x－436kJ－151kJ＝＋11kJ，x＝299kJ。

答案：

299

5．（2015·全国卷Ⅱ·节选）甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂作用下合成甲醇。

发生的主要反应如下：

①CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH1

②CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH2

③CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）　ΔH3

回答下列问题：

已知