版高考化学一轮复习第六章第一节化学能与热能学案.docx

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版高考化学一轮复习第六章第一节化学能与热能学案

第六章化学反应与能量

第一节

化学能与热能

考点

（一）　焓变与反应热【精讲精练快冲关】

[知能学通]

1．焓变与反应热

（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理量。

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）注意事项

①任何化学反应都伴随着能量的变化，不存在不发生能量变化的反应。

②化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量。

③化学反应中既存在质量守恒，又存在能量守恒。

2．放热反应与吸热反应

（1）吸热反应与放热反应的判断

①根据反应过程中能量变化图示判断

②根据反应过程中化学键的变化判断

（2）常见的放热反应和吸热反应

放热反应

吸热反应

常见

反应

①可燃物的燃烧；

②酸碱中和反应；

③金属与酸的置换反应；

④物质的缓慢氧化；

⑤铝热反应；

⑥大多数化合反应

①弱电解质的电离；

②盐类的水解反应；

③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应；

④C和H2O（g）、C和CO2的反应；

⑤大多数的分解反应

3.燃烧热与中和热

（1）燃烧热

（2）中和热

（3）中和热的测定

①测定装置（请在横线上填写仪器名称）

②计算公式（以50mL0.5mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液反应为例）

ΔH＝－kJ·mol－1

t1——起始温度，t2——终止温度。

③注意事项

a．泡沫塑料板和碎泡沫塑料（或纸条）的作用是保温隔热，减少实验过程中的热量损失。

b．为保证酸完全中和，采取的措施是碱稍过量。

（4）能源

[题点练通]

1.下列说法中正确的是（　　）

A．在化学反应过程中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化

B．破坏生成物全部化学键所需要的能量大于破坏反应物全部化学键所需要的能量时，该反应为吸热反应

C．生成物的总焓大于反应物的总焓时，反应吸热，ΔH>0

D．ΔH的大小与热化学方程式的化学计量数无关

解析：

选C　化学反应中一定有能量变化，A错误；由ΔH＝断开旧化学键吸收的能量－形成新化学键放出的能量，得ΔH<0，故为放热反应，B错误；吸热反应的ΔH>0，C正确；ΔH的大小与热化学方程式的化学计量数成正比关系，D错误。

2．（2019·安平模拟）下列关于燃烧热的说法正确的是（　　）

A．燃烧反应放出的热量就是该反应的燃烧热

B．1mol可燃物质发生氧化反应所放出的热量就是燃烧热

C．1mol可燃物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量就是燃烧热

D．在25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量是燃烧热

解析：

选D　25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量是燃烧热，故A、B、C错误，D正确。

3．下列有关中和热的说法正确的是（　　）

A．中和热的热化学方程式：

H＋（l）＋OH－（l）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

B．准确测量中和热的实验过程中，至少需测定温度4次

C．环形玻璃搅拌棒材料若用铜代替，则测量出的中和热数值偏小

D．若稀酸溶液中H＋与稀碱溶液中OH－的物质的量相等，则所测中和热数值更准确

解析：

选C　中和热的热化学方程式为H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，故A错误；准确测量中和热的实验过程，一般要测三次温度，故B错误；中和热测定实验成败的关键是保温工作，金属铜的导热效果好于环形玻璃搅拌棒，所以测量出的中和热数值偏小，故C正确；中和反应热的测定应使盐酸充分反应，需加入稍过量的NaOH溶液减少盐酸的挥发，减少误差，故D错误。

4.由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．反应生成1molN2时转移4mole－

B．反应物能量之和大于生成物能量之和

C．N2O（g）＋NO（g）===N2（g）＋NO2（g）ΔH＝－139kJ·mol－1

D．断键吸收能量之和小于成键释放能量之和

解析：

选A　N2O和NO反应生成N2和NO2的化学方程式为N2O＋NO===N2＋NO2，反应生成1molN2时转移2mole－，A不正确；根据图示，反应物能量之和大于生成物能量之和，B正确；该反应的反应热为（209－348）kJ·mol－1＝－139kJ·mol－1，C正确；由于该反应放热，所以断键吸收能量之和小于成键释放能量之和，D正确。

5.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

活化能与焓变的关系

（1）催化剂能降低反应的活化能，但不影响焓变的大小。

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

考点

（二）　热化学方程式【精讲精练快冲关】

[知能学通]

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（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1，表示在25℃和101kPa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。

3．热化学方程式的书写步骤

4．注意事项

（1）热化学方程式不注明反应条件。

（2）热化学方程式不标“↑”“↓”，但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。

（3）热化学方程式的化学计量数只表示物质的量，其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。

[题点练通]

1．下列热化学方程式正确的是（　　）

A．表示硫的燃烧热的热化学方程式：

S（s）＋O2（g）===SO3（g）　ΔH＝－315kJ·mol－1

B．表示中和热的热化学方程式：

NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

C．表示H2燃烧热的热化学方程式：

H2（g）＋O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8kJ·mol－1

D．表示CO燃烧热的热化学方程式：

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－566kJ·mol－1

解析：

选B　表示燃烧热的热化学方程式，可燃物质的物质的量为1mol，反应生成稳定的氧化物，A中应生成SO2；C中应生成H2O（l）；D中CO的物质的量应为1mol。

2．（2014·海南高考）标准状况下，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2×463kJ－436kJ－×495kJ＝242.5kJ，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。

3．航天燃料从液态变为固态，是一项重要的技术突破。

铍是高效率的火箭材料，燃烧时放出巨大的能量，已知1kg金属铍完全燃烧放出的热量为62700kJ。

则铍燃烧的热化学方程式正确的是（　　）

A．Be＋O2===BeO　ΔH＝－564.3kJ·mol－1

B．Be（s）＋O2（g）===BeO（s）　ΔH＝＋564.3kJ·mol－1

C．Be（s）＋O2（g）===BeO（s）　ΔH＝－564.3kJ·mol－1

D．Be（s）＋O2（g）===BeO（g）　ΔH＝－564.3kJ·mol－1

解析：

选C　1kgBe的物质的量为＝mol，又因为1kg铍完全燃烧放出的热量为62700kJ，则1mol铍完全燃烧放出的热量为kJ＝564.3kJ，Be与氧气反应生成BeO，则其热化学方程式为Be（s）＋O2（g）===BeO（s）　ΔH＝－564.3kJ·mol－1。

4．写出下列反应的热化学方程式。

（1）（2018·北京高考）近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。

过程如图：

反应Ⅰ：

2H2SO4（l）===2SO2（g）＋2H2O（g）＋O2（g）ΔH1＝＋551kJ·mol－1

反应Ⅲ：

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH3＝－297kJ·mol－1

反应Ⅱ的热化学方程式：

__________________________________________________。

（2）（2017·全国卷Ⅰ）如图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________。

（3）（2017·天津高考）0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28kJ，该反应的热化学方程式为___________________________________________________________。

（4）（2016·天津高考）Si与Cl两元素的单质反应生成1molSi的最高价化合物，恢复至室温，放热687kJ，已知该化合物的熔、沸点分别为－69℃和58℃。

写出该反应的热化学方程式：

________________________________________________________________________。

（5）（2014·全国卷）化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。

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________________________________________________________________________。

（6）（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__________________________________________________。

解析：

（1）由题图可知，反应Ⅱ的化学方程式为3SO2＋2H2O2H2SO4＋S↓。

根据盖斯定律，反应Ⅱ＝－（反应Ⅰ＋反应Ⅲ）可得3SO2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）＋S（s）　ΔH2＝－254kJ·mol－1。

（2）将系统（Ⅰ）三个热化学方程式相加，整理可得系统（Ⅰ）的热化学方程式：

H2O（l）===H2（g）＋O2（g）　ΔH＝286kJ·mol－1；将系统（Ⅱ）三个热化学方程式相加，整理可得系统（Ⅱ）的热化学方程式：

H2S（g）===H2（g）＋S（s）　ΔH＝20kJ·mol－1。

（3）该还原性气体为CO，易水解生成TiO2·xH2O的液态化合物为TiCl4，反应的化学方程式为2Cl2（g）＋TiO2（s）＋2C（s）===TiCl4（l）＋2CO（g）　ΔH＝－×2＝－85.6kJ·mol－1。

（4）Si与Cl2反应生成SiCl4，因其熔、沸点分别为－69℃和58℃，故室温下，SiCl4的状态为液态。

反应的热化学方程式为Si（s）＋2Cl2（g）===SiCl4（l）　ΔH＝－687kJ·mol－1。

（5）由AX3和AX5的熔、沸点可知室温下AX3为液态，AX5为固态，反应的热化学方程式为AX3（l）＋X2（g）===AX5（s）　ΔH＝－123.8kJ·mol－1。

（6）CuCl（s）与O2反应生成的黑色固体为CuO，每消耗1molCuCl（s）放出44.4kJ热量，则消耗4molCuCl（s）放出177.6kJ热量，反应的热化学方程式为4CuCl（s）＋O2（g）===2CuCl2（s）＋2CuO（s）　ΔH＝－177.6kJ·mol－1。

答案：

（1）3SO2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）＋S（s）　ΔH2＝－254kJ·mol－1

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

H2S（g）===H2（g）＋S（s）　ΔH＝20kJ·mol－1

（3）2Cl2（g）＋TiO2（s）＋2C（s）===TiCl4（l）＋2CO（g）　ΔH＝－85.6kJ·mol－1

（4）Si（s）＋2Cl2（g）===SiCl4（l）　ΔH＝－687kJ·mol－1

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

（6）4CuCl（s）＋O2（g）===2CuCl2（s）＋2CuO（s）　ΔH＝－177.6kJ·mol－1

[易错提醒]

书写热化学方程式时的注意事项

考点（三）　盖斯定律　反应热的计算【多角探明无盲点】

盖斯定律是每年高考的必考内容，主要考查形式是以工业生产中的化学反应为载体，利用盖斯定律计算反应热或书写热化学方程式，反应热大小的比较和计算也是高考的常考点，如根据反应物和生成物的键能求算反应热。

1.盖斯定律

（1）内容：

对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应的焓变都一样。

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。

如图，ΔH＝ΔH1＋ΔH2。

（2）实例：

如已知反应①、②，求CO燃烧生成CO2的反应热。

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。

2．利用盖斯定律计算反应热的一般步骤

[对点练]

1．（2018·全国卷Ⅰ节选）已知：

2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4kJ·mol－1

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3kJ·mol－1

则反应N2O5（g）===2NO2（g）＋O2（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

解析：

把已知两反应按顺序编号为a、b，根据盖斯定律，由a式×－b式可得N2O5（g）===2NO2（g）＋O2（g）　ΔH＝53.1kJ·mol－1。

答案：

53.1

2．（2018·全国卷Ⅱ节选）CH4－CO2催化重整反应为CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）。

已知：

C（s）＋2H2（g）===CH4（g）　ΔH＝－75kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－394kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO（g）　ΔH＝－111kJ·mol－1

该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

解析：

将题给已知三个热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由③×2－①－②可得CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）　ΔH＝247kJ·mol－1。

答案：

247

3．（2018·全国卷Ⅲ节选）SiHCl3在催化剂作用下发生反应：

2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）　ΔH1＝48kJ·mol－1

3SiH2Cl2（g）===SiH4（g）＋2SiHCl3（g）　ΔH2＝－30kJ·mol－1

则反应4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH为________kJ·mol－1。

解析：

将题给两个热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g），则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48kJ·mol－1＋（－30kJ·mol－1）＝114kJ·mol－1。

答案：

114

4．（2017·全国卷Ⅱ节选）正丁烷（C4H10）脱氢制1丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：

①C4H10（g）===C4H8（g）＋H2（g）　ΔH1

已知：

②C4H10（g）＋O2（g）===C4H8（g）＋H2O（g）　ΔH2＝－119kJ·mol－1

③H2（g）＋O2（g）===H2O（g）　ΔH3＝－242kJ·mol－1

反应①的ΔH1为________kJ·mol－1。

解析：

根据盖斯定律，可得①＝②－③，则ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119kJ·mol－1＋242kJ·mol－1＝123kJ·mol－1。

答案：

123

1.依据键能计算ΔH的方法

（1）计算公式：

ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。

（2）根据键能计算反应热的关键是正确找出反应物和生成物所含共价键的物质的量。

如1molNH3中含有3molN—H键。

2．常见物质中化学键的数目

1mol

物质

CO2

（C===O）

CH4

（C—H）

P4

（P—P）

SiO2

（Si—O）

石墨

（C—C）

金刚石

（C—C）

Si

（Si—Si）

化学键数

2NA

4NA

6NA

4NA

1.5NA

2NA

2NA

[对点练]

5．（2018·天津高考节选）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：

CH4（g）＋CO2（g）2CO（g）＋2H2（g）。

已知上述反应中相关的化学键键能数据如表：

化学键

C—H

C===O

H—H

C

O（CO）

键能/kJ·mol－1

413

745

436

1075

则该反应的ΔH＝__________________。

解析：

反应的ΔH＝413kJ·mol－1×4＋745kJ·mol－1×2－1075kJ·mol－1×2－436kJ·mol－1×2＝＋120kJ·mol－1。

答案：

＋120kJ·mol－1

6．（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

7．（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：

已知反应①中相关的化学键键能数据如表：

化学键

H—H

C—O

C

O

H—O

C—H

E/（kJ·mol－1）

436

343

1076

465

413

由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58kJ·mol－1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。

解析：

根据键能与反应热的关系可知，ΔH1＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝（1076kJ·mol－1＋2×436kJ·mol－1）－（413kJ·mol－1×3＋343kJ·mol－1＋465kJ·mol－1）＝－99kJ·mol－1。

根据盖斯定律，由②－①可得：

CO2（g）＋H2（g）

CO（g）＋H2O（g），ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝（－58kJ·mol－1）－（－99kJ·mol－1）＝＋41kJ·mol－1。

答案：

－99　＋41

比较反应热大小的四个注意要点

（1）反应物和生成物的状态

物质的气、液、固三态的变化与反应热关系：

（2）ΔH的符号

比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号。

（3）化学计量数

当反应物和生成物的状态相同时，化学计量数越大，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。

（4）可逆反应与反应热（ΔH）

正确理解可逆反应的反应热（ΔH），如：

N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1中的92.4kJ是1molN2（g）与3molH2（g）完全反应生成2molNH3（g）时放出的热量。

[对点练]

8．（2019·仓山区模拟）下列各组热化学方程式中ΔH1＜ΔH2的是（　　）

A．C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1　

C（s）＋O2（g）===CO（g）　ΔH2

B．S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1　

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2

C．H2（g）＋O2（g）===H2O（l）　ΔH1　

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2

D．CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH1　

CaO（