学年高中化学选修4浙江专用文档专题1 化学.docx

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学年高中化学选修4浙江专用文档专题1化学

第一单元　化学反应中的热效应

第1课时　化学反应的焓变

[学习目标定位]

知识内容

必考要求

加试要求

1.反应热。

2.焓变的含义。

3.焓变与键能的关系。

a

a

c

课时要求

1.熟知能量转化形式及反应热和焓变的含义、吸热反应和放热反应的本质。

2.学会热化学方程式的书写及简单计算。

3.应用键能计算焓变。

一、反应热和焓变

1．化学反应的两大基本特征

2．反应热

在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同的温度时，所吸收或放出的热量。

3．焓变

在恒温、恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热量。

符号为ΔH，常用单位

kJ·mol－1。

4．ΔH与吸热反应和放热反应的关系

（1）当ΔH>0时，反应物的总能量小于生成物的总能量，反应过程吸收热量，为吸热反应。

（2）当ΔH<0时，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应过程放出热量，为放热反应。

5．化学反应伴随能量变化的原因

（1）从反应物和生成物总能量相对大小角度分析如图所示

反应热的计算公式：

ΔH＝∑E（生成物）－∑E（反应物）。

（2）从反应物断键和生成物成键角度分析

N2（g）＋O2（g）===2NO（g）反应的能量变化如图所示：

由图可知：

1molN2分子中的化学键断裂吸收的能量是946kJ，

1molO2分子中的化学键断裂吸收的能量是498kJ，

2molNO分子中的化学键形成释放的能量是1264kJ，

则N2（g）＋O2（g）===2NO（g）的反应吸收的热量为180kJ。

反应热的计算公式：

ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。

相关链接

　理解焓变的“三”注意

（1）反应热ΔH的基本计算公式

ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量

ΔH＝反应物的总键能之和－生成物的总键能之和

（2）物质的物理变化过程中，也会有能量的变化，但不属于吸热反应或放热反应。

而化学反应同时有旧键断裂、新键形成的过程（缺少任何一个过程都不是化学变化），都伴随着能量的变化。

在进行反应热的有关计算时，必须要考虑到物理变化时的热效应，如物质的三态变化。

（3）化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。

如吸热反应的Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl在常温常压下即可进行，而很多放热反应需要在加热的条件下进行。

例1

　化学反应A2（g）＋B2（g）===2AB（g）的能量变化如图所示。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．每生成2molAB（g）吸收bkJ热量

B．反应热ΔH＝（a－b）kJ·mol－1

C．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

D．断裂1molA—A键和1molB—B键，放出akJ能量

答案　B

解析　根据图像可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应是吸热反应，每生成2molAB（g）吸收（a－b）kJ热量，A、C项错误；根据反应热等于生成物总能量与反应物总能量的差值可知，该反应热ΔH＝（a－b）kJ·mol－1，B项正确；化学键断裂吸收能量，D项错误。

考点

　焓变反应热

题点

　能量变化示意图与焓变关系

例2

　工业合成氨的反应为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），已知下列化学键的键能（拆开或形成1mol化学键所吸收或放出的热量）：

化学键

键能/kJ·mol－1

H—H

436

N—H

391

N≡N

946

下列说法正确的是（　　）

A．该反应为吸热反应

B．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

C．反应热ΔH＝92kJ·mol－1

D．生成1molNH3放出92kJ热量

答案　B

解析　反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）过程中，共断裂1molN≡N键和3molH—H键，形成6molN—H键，则断键共吸热为946kJ·mol－1×1mol＋436kJ·mol－1×3mol＝2254kJ，形成N—H键共放热为391kJ·mol－1×6mol＝2346kJ，由于放出热量＞吸收热量，故反应放热，放热反应的反应物的总能量高于生成物的总能量，A项错误，B项正确；1molN2完全反应生成NH3的反应热为ΔH＝－（2346－2254）kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1，C项错误；生成1molNH3时放出的热量为ΔE＝92kJ·mol－1×

mol＝46kJ，D项错误。

考点

　焓变反应热

题点

　焓变、反应热与物质化学键的断裂、形成的关系

例3

　下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是（　　）

A．铝片与稀盐酸反应

B．Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应

C．灼热的炭与CO2反应

D．甲烷在氧气中的燃烧反应

答案　C

解析　Al与盐酸反应是放热反应，A项错误；B中反应是吸热反应，但不是氧化还原反应，B项错误；灼热的C和CO2反应是氧化还原反应，同时又是吸热反应，C项正确；甲烷的燃烧是放热反应，D项错误。

规律方法　

（1）常见的吸热反应与放热反应

常见的吸热反应：

大多数盐的分解反应，Ba（OH）2·8H2O与铵盐的反应，C和CO2、C和水的反应等。

常见的放热反应：

中和反应、金属与酸（或水）的反应、燃烧反应及缓慢氧化、化合反应（大多数）、铝热反应等。

（2）化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。

如吸热反应Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl在常温常压下即可进行，而很多放热反应需要在加热的条件下进行。

二、热化学方程式

1．定义：

能够表示反应热的化学方程式。

2．特点

（1）指明了反应时的温度和压强，若在25℃、101kPa时进行反应，可不注明。

（2）在化学方程式右边注明ΔH的“＋”“－”和“单位”（“＋”常省略）。

（3）所有反应物和生成物都用括号注明了它们在反应时的状态，常用s、l、g、aq分别表示固、液、气和水溶液。

（4）化学计量数只表示物质的量，因此可以为分数。

（5）化学计量数和反应热数值可以同时增大或减小相同倍数。

3．意义：

不仅表示化学反应中的物质变化，而且表示化学反应中的能量变化。

例如：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1表示的意义是在25℃、101kPa下，

1mol气态H2与

mol气态O2反应生成1mol液态水时，放出的热量是285.8kJ。

4．热化学方程式的书写方法及要求

特别提醒　热化学方程式的化学计量数表示的是参加反应的物质的物质的量，可以是整数，也可以是分数，普通的化学方程式的化学计量数只能是整数。

相关链接

　热化学方程式与普通化学方程式的区别

普通化学方程式

热化学方程式

化学计量数

是整数，既表示微粒个数又表示该物质的物质的量

可以是整数也可以是分数，只表示物质的物质的量

状态

不要求注明

必须在化学式后注明

ΔH正负

号及单位

无

必须注明

意义

表明了化学反应中的物质变化

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

遵循规律

原子守恒

原子守恒和能量守恒

例4

　在常温常压下，1gH2在足量Cl2中完全燃烧生成HCl气体，放出92.3kJ的热量。

下列热化学方程式中正确的是（　　）

A．H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－92.3kJ·mol－1

B．H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝92.3kJ·mol－1

C．H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝184.6kJ·mol－1

D．2HCl（g）===H2（g）＋Cl2（g）　ΔH＝184.6kJ·mol－1

答案　D

解析　H2在Cl2中燃烧生成HCl气体，1gH2燃烧放出92.3kJ的热量，则1mol（2g）H2燃烧放出184.6kJ的热量，化学反应放出热量，ΔH为“－”。

则H2在Cl2中燃烧生成HCl气体的热化学方程式为H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－184.6kJ·mol－1。

一个放热反应的逆反应是吸热反应，并且在其他条件相同时，ΔH是原ΔH的相反数。

则该题的四个选项中只有D是正确的。

考点

　热化学方程式

题点

　热化学方程式正误判断

方法总结　“四看”法判断热化学方程式的正误

一看各物质的聚集状态是否正确；二看ΔH的“＋”、“－”符号是否正确；三看反应热的单位是否为“kJ·mol－1”；四看反应热的数值与化学计量数是否对应。

例5

　根据所给信息完成下列热化学方程式：

（1）已知1molC（s，石墨）与适量H2O（g）反应生成CO（g）和H2（g），吸收131.3kJ热量，请写出该反应的热化学方程式：

。

（2）1.7gNH3（g）发生催化氧化反应生成气态产物，放出22.67kJ的热量：

。

（3）已知：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，请写出1molNH3分解对应的热化学方程式：

。

（4）已知一些化学键的键能数据如表所示：

化学键

C—H

C—F

H—F

F—F

键能/kJ·mol－1

414

489

565

155

请根据键能数据估算CH4（g）和F2（g）反应生成CF4（g）和HF（g）的热化学方程式：

。

答案　

（1）C（s，石墨）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　　ΔH＝131.3kJ·mol－1

（2）NH3（g）＋

O2（g）===NO（g）＋

H2O（g）　ΔH＝－226.7kJ·mol－1

（3）NH3（g）

N2（g）＋

H2（g）　ΔH＝46.2kJ·mol－1

（4）CH4（g）＋4F2（g）===CF4（g）＋4HF（g）　ΔH＝－1940kJ·mol－1

解析　

（2）1.7gNH3的物质的量为0.1mol，则4molNH3发生反应放出的热量为22.67kJ×40＝906.8kJ,1molNH3完全反应放出的热量为226.7kJ。

那么相应的热化学方程式为4NH3（g）＋5O2（g）===4NO（g）＋6H2O（g）　ΔH＝－906.8kJ·mol－1或NH3（g）＋

O2（g）===NO（g）＋

H2O（g）　ΔH＝－226.7kJ·mol－1。

（4）首先根据反应物和生成物写出反应方程式，注明各物质的状态，化学反应的反应热等于断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键放出的能量的差，根据键能数据可知，所求反应的反应热ΔH＝414kJ·mol－1×4＋155kJ·mol－1×4－489kJ·mol－1×4－565kJ·mol－1×4＝－1940kJ·mol－1。

考点

　热化学方程式

题点

　热化学方程式的书写

特别提醒　

（1）化学计量数改变，ΔH要相应改变；逆反应的ΔH数值与正反应的相等、符号相反。

（2）利用键能计算化学反应的反应热并书写热化学方程式时，一定要准确判断分子中化学键的个数。

1．（2017·杭西高高二模拟）下列图示变化为吸热反应的是（　　）

答案　A

解析　A项中的图像表示生成物的能量比反应物的能量高，故为吸热反应；B项中的图像表示反应物的能量比生成物的能量高，故为放热反应；C项中浓硫酸溶于水放热，不是化学变化；D项中锌与盐酸反应是放热反应。

考点

　焓变反应热

题点

　常见的放热反应和吸热反应

2．热化学方程式C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH＝131.3kJ·mol－1表示（　　）

A．碳和水反应吸收131.3kJ能量

B．1mol碳和1mol水反应生成1mol一氧化碳和1mol氢气并吸收131.3kJ热量

C．1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气，吸收热量

131.3kJ

D．1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3kJ

答案　C

解析　依据反应热的概念，反应热表示按照热化学方程式中化学计量数的物质的量反应时，吸收或放出的热量，单位是kJ·mol－1，该热化学方程式表示：

1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气，并吸收131.3kJ的热量。

特别要指明各物质的状态。

考点

　热化学方程式

题点

　热化学方程式的意义

3．CO（g）与H2O（g）反应的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是（　　）

A．该反应为吸热反应

B．1molCO（g）和1molH2O（g）具有的总能量大于1molCO2（g）和1molH2（g）具有的总能量

C．该反应不需要加热就能进行

D．1molCO2（g）和1molH2（g）反应生成1molCO（g）和1molH2O（g）要放出41kJ热量

答案　B

解析　由能量变化可知，生成物的总能量比反应物的总能量低，该反应为放热反应，但并不是不需要加热；当1molCO2（g）和1molH2（g）反应生成1molCO（g）和1molH2O（g）时，要吸收41kJ热量。

考点

　焓变反应热

题点

　焓变、反应热与反应物、生成物能量的关系

4．下列热化学方程式或叙述正确的是（　　）

A．1mol液态肼（N2H4）在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气，放出642kJ热量：

N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝642kJ·mol－1

B．12g石墨转化为CO时，放出110.5kJ热量：

2C（s，石墨）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝

－110.5kJ·mol－1

C．已知：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－286kJ·mol－1，则2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝572kJ·mol－1

D．已知：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，则在一定条件下向密闭容器中充入0.5molN2（g）和1.5molH2（g）充分反应放出46.2kJ的热量

答案　C

解析　A项，放出热量，ΔH＜0，正确的热化学方程式为N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－642kJ·mol－1；B项，2C（s，石墨）＋O2（g）===2CO（g）的ΔH应是2mol即24g石墨转化为CO时的反应热，即ΔH＝－221kJ·mol－1；C项，根据热化学方程式的含义知，若化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则ΔH数值也加倍；若反应逆向进行，则ΔH改变符号，但绝对值不变，据此可判断该项正确；D项，N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1表示1molN2（g）与3molH2（g）完全反应生成2molNH3（g）时放出92.4kJ的热量，但合成氨反应是可逆反应，0.5molN2（g）与1.5molH2（g）充分反应后生成的NH3（g）的物质的量小于1mol，故放出的热量小于46.2kJ。

考点

　热化学方程式

题点

　热化学方程式正误判断

5．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

（1）1molN2（g）与适量H2（g）反应，生成2molNH3（g），放出92.4kJ热量。

（2）1molCu（s）与适量O2（g）反应，生成CuO（s），放出157kJ热量。

（3）23gC2H6O（l）和一定量的氧气混合点燃，恰好完全反应，生成CO2（g）和H2O（l），放出

683.5kJ的热量。

答案　

（1）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1

（2）Cu（s）＋

O2（g）===CuO（s）　ΔH＝－157kJ·mol－1

（3）C2H6O（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－1367kJ·mol－1

考点

　热化学方程式

题点

　由热量变化写热化学方程式

[对点训练]

题组一　放热反应和吸热反应

1．下列关于吸热反应和放热反应的说法正确的是（　　）

A．需加热才能发生的反应一定是吸热反应

B．任何放热反应在常温条件下一定能发生

C．反应物和生成物分别具有的总能量决定了反应是放热反应还是吸热反应

D．当ΔH＜0时表明反应为吸热反应

答案　C

解析　放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。

反应开始时需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应，如碳的燃烧反应属于放热反应，但需要加热或点燃才能发生，故A、B项错误；吸热反应的ΔH＞0，D项错误。

考点

　焓变反应热

题点

　放热反应和吸热反应

2．下列变化属于吸热反应的是（　　）

①液态水汽化　②将胆矾加热变为白色粉末　③浓硫酸稀释　④氯酸钾分解制氧气　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰　⑥Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl晶体混合

A．①④⑤B．①②④

C．②③D．②④⑥

答案　D

解析　液态水汽化是物质状态的变化，不是化学反应，①错误；胆矾在加热条件下变为白色粉末，该反应为分解反应，也属于吸热反应，②正确；浓硫酸稀释放出热量，稀释过程中没有新物质生成，属于物理变化，③错误；氯酸钾分解制氧气，属于吸热反应，④正确；生石灰跟水反应生成熟石灰，该过程为放热过程，属于放热反应，⑤错误；Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl晶体混合时，会从外界吸收热量，故该反应属于吸热反应，⑥正确，故D项正确。

考点

　焓变、反应热

题点

　放热反应和吸热反应

题组二　反应热和焓变

3．下列说法中正确的是（　　）

A．化学反应中的能量变化都表现为热量变化

B．焓变是指1mol物质参加反应时的能量变化

C．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓与生成物的总焓一定不同

D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓总是高于生成物的总焓

答案　C

解析　化学反应的能量变化可以表现为很多方面，如转化为热能、电能、光能等；在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓不一定高于生成物的总焓，但总是不同；焓变是指在一定条件下化学反应的反应热，不仅是指1mol物质参加反应时的能量变化。

考点

　焓变反应热

题点

　焓变与反应热的关系

4．反应A＋B―→C（ΔH<0）分两步进行：

①A＋B―→X（ΔH>0）；②X―→C（ΔH<0）。

下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是（　　）

答案　D

解析　因总反应为放热反应，反应①为吸热反应，反应②为放热反应，所以反应②放出的热量比反应①吸收的热量多。

A中反应①为放热反应，反应②为吸热反应，且总反应为吸热反应，错误；B中反应①和反应②均为吸热反应，错误；C中反应①和反应②均为放热反应，错误。

考点

　焓变反应热

题点

　焓变、反应热与反应物、生成物能量的关系

5．下列图像分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系。

据此判断下列说法中正确的是（　　）

A．石墨转变为金刚石是吸热反应

B．白磷比红磷稳定

C．S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2，则ΔH1>ΔH2

D．CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）　ΔH>0

答案　A

解析　由图像可知石墨的能量比金刚石的低，因此由石墨转变为金刚石是吸热反应，正确；白磷具有的能量比红磷的高，根据能量越低越稳定的原理，红磷比白磷稳定，错误；|ΔH1|>|ΔH2|，由于ΔH1、ΔH2均小于零，故ΔH1<ΔH2，错误；反应CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）为放热反应，ΔH＜0，错误。

考点

　焓变反应热

题点

　焓变与反应热的综合考查

题组三　热化学方程式的意义、书写及正误判断

6．已知H2（g）＋F2（g）===2HF（g）　ΔH＝－270kJ·mol－1，下列说法正确的是（　　）

A．2L氟化氢气体分解成1L氢气与1L氟气吸收270kJ热量

B．1mol氢气与1mol氟气反应生成2mol液态氟化氢放出的热量小于270kJ

C．在相同条件下，1mol氢气与1mol氟气的能量总和大于2mol氟化氢气体的能量

D．1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270kJ热量

答案　C

解析　在热化学方程式中，ΔH的值与具体化学反应相对应，各物质前的计量数不再表示粒子数目，只表示物质的“物质的量”，故A、D错误；HF（g）―→HF（l）会放出热量，故B项中放出热量应大于270kJ，故B错误；因该反应放热，故C正确。

考点

　热化学方程式

题点

　热化学方程式的意义

7．今有如下三个热化学方程式：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝akJ·mol－1

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝bkJ·mol－1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝ckJ·mol－1

关于它们的下列表述正确的是（　　）

A．它们都是吸热反应

B．a、b和c均为正值

C．反应热的关系：

a＝b

D．反应热的关系：

2b＝c

答案　D

解析　H2燃烧属于放热反应；放热反应的焓变为负值；生成1molH2O（g）放出的热量比生成1molH2O（l）放出的热量少，所以a＞b；状态相同，由于化学计量数成2倍关系，所以2b＝c。

考点

　热化学方程式

题点

　热化学方程式的意义

8.（2017·杭州调研）已知断裂1molH2（g）中的H—H键需要吸收436.4kJ的能量，断裂1molO2（g）中的共价键需要吸收498kJ的能量，生成H2O（g）中的1molH—O键能放出462.8kJ的能量。

下列说法正确的是（　　）

A.断裂1molH2O中的化学键需要吸收925.6kJ的能量

B.2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－480.4kJ·mol－1

C.2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝471.6kJ·mol－1

D.H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－240.2kJ·mol－1

答案　B

考点

　热化学方程式

题点

　热化学方程式正误判断

9．N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。

0.25molN2H4（g）完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5kJ热量。

则下列热化学方程式中正确的是（　　）

A.

N2H4（g）＋

O2（g）===

N2（g）＋H2O（g）

ΔH＝267kJ·mol－1

B．N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－534kJ·mol－1

C．N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝534kJ·mol－1

D．N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－133.5kJ·mol－1

答案　B

解析　该反应为放热反应，A、C错误，0.25molN2H4完全燃烧生成