高中化学二轮复习化学能与热能.docx

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高中化学二轮复习化学能与热能

二轮复习：

专题六　化学能与热能

考点一　反应热　热化学方程式

■核心透析

1．从两种角度理解化学反应热

反应热图示

图像分析

微观

宏观

a表示断裂旧化学键吸收的热量；

b表示新化学键生成放出的热量；

c表示反应热

a表示反应物的活化能；

b表示活化分子形成生成物释放的能量；

c表示反应热

ΔH的计算

ΔH＝∑E（生成物）―∑E（反应物）

ΔH＝∑E（反应物键能）―∑E（生成物键能）

【提醒】

（1）催化剂能降低反应所需的活化能，但ΔH保持不变。

（2）利用键能计算反应热，需算清物质中化学键的数目。

常见物质中所含共价键的数目：

1mol金刚石中含有2molC—C键，1mol硅中含有2molSi—Si键，1molSiO2晶体中含有4molSi—O键；1molP4中含有6molP—P键，1molP4O10（即五氧化二磷）中含有12molP—O键、4molP===O键，1molCH3CH3中含有6molC—H键和1molC—C键。

2．书写或判断热化学方程式时的注意事项

（1）热化学方程式中化学计量数可以是整数，也可以是分数。

（2）物质的聚集状态：

气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。

热化学方程式中不用“↑”和“↓”。

（3）注意ΔH的单位、数值与符号。

ΔH的单位为kJ·mol－1，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍，逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。

（4）对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。

如①S（s，单斜）＋O2（g）===SO2（g）ΔH1＝－297.16kJ·mol－1

②S（s，正交）＋O2（g）===SO2（g）ΔH2＝－296.83kJ·mol－1

③S（s，单斜）===S（s，正交）　ΔH3＝－0.33kJ·mol－1

3．燃烧热和中和热应用中的注意事项

（1）均为放热反应，ΔH＜0，单位为kJ·mol－1。

（2）燃烧热指的是25℃、101kPa时，1mol可燃物完全燃烧后生成稳定的氧化物时放出的热量，水在该条件下为液态。

（3）中和热是稀溶液中的强酸与强碱反应生成1mol水放出的热量，ΔH＝－57.3kJ·mol－1，弱酸或弱碱在中和反应中放出的热量小于57.3kJ·mol－1，中和热与反应物的量无关。

■典例探究

1

（1）[海南卷]由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图61所示。

下列说法正确的是________。

图61

A．由X→Y反应的ΔH＝E5－E2

B．由X→Z反应的ΔH<0

C．降低压强有利于提高Y的产率

D．升高温度有利于提高Z的产率

（2）[四川卷]工业上常用磷精矿[Ca5（PO4）3F]和硫酸反应制备磷酸。

已知25℃，101kPa时：

CaO（s）＋H2SO4（l）===CaSO4（s）＋H2O（l）ΔH＝－271kJ/mol

5CaO（s）＋3H3PO4（l）＋HF（g）===Ca5（PO4）3F（s）＋5H2O（l）　ΔH＝－937kJ/mol

则Ca5（PO4）3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是________________________________。

（3）[海南卷改编]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18g液态水，该反应的热化学方程式为__________________________________________________。

式1某反应由两步反应A→B→C构成，它的反应能量曲线如图62所示。

下列有关叙述正确的是（　　）

图62

A．两步反应均为吸热反应B．加入催化剂会改变反应的焓变

C．三种化合物中C最稳定D．A→C反应中ΔH＝E1－E2

式2

（1）如图63所示是1molNO2（g）和1molCO（g）反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，已知E1＝134kJ·mol－1、E2＝368kJ·mol－1，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是________（填“增大”“减小”或“不变”，下同），ΔH的变化是________。

请写出NO2和CO反应的热化学方程式：

__________________________________。

图63

（2）写出下列反应的热化学方程式：

①SiH4是一种无色气体，遇到空气能发生爆炸性自燃，生成SiO2和液态H2O。

已知室温下2gSiH4自燃放出热量89.2kJ。

SiH4自燃的热化学方程式为________________________________________________________________。

②已知拆开1molH—H键、1molN—H键、1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为____________________________________________________________________。

③在25℃、101kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量QkJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100gCaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为______________________________________________________________。

考点二　盖斯定律及反应热的计算

■核心透析

1．根据“两个”公式计算反应热

ΔH＝E（生成物的总能量）－E（反应物的总能量）

ΔH＝E（反应物的键能之和）－E（生成物的键能之和）

2．根据热化学方程式计算反应热：

焓变与反应物的物质的量成正比。

3．根据盖斯定律计算反应热

若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变可通过这几个化学反应焓变的加减而得到。

表示方法：

，ΔH＝ΔH1＋ΔH2

具体步骤：

■典例探究

2

（1）[海南卷]油酸甘油酯（相对分子质量884）在体内代谢时可发生如下反应：

C57H104O6（s）＋80O2（g）===57CO2（g）＋52H2O（l）

已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ，油酸甘油酯的燃烧热ΔH为（　　）

A．3.8×104kJ·mol－1B．－3.8×104kJ·mol－1

C．3.4×104kJ·mol－1D．－3.4×104kJ·mol－1

（2）[全国卷Ⅱ]①2O2（g）＋N2（g）===N2O4（l）　ΔH1

②N2（g）＋2H2（g）===N2H4（l）　ΔH2

③O2（g）＋2H2（g）===2H2O（g）　ΔH3

④2N2H4（l）＋N2O4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）ΔH4＝－1048.9kJ·mol－1

上述反应热效应之间的关系式为ΔH4＝____________。

（3）[全国卷Ⅲ]已知下列反应：

SO2（g）＋2OH－（aq）===SO

（aq）＋H2O（l）　ΔH1

ClO－（aq）＋SO

（aq）===SO

（aq）＋Cl－（aq）　ΔH2

CaSO4（s）===Ca2＋（aq）＋SO

（aq）　ΔH3

则反应SO2（g）＋Ca2＋（aq）＋ClO－（aq）＋2OH－（aq）===CaSO4（s）＋H2O（l）＋Cl－（aq）的ΔH＝________。

■变式拓展

考查角度1　反应热的求算

1．

（1）甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸气重整。

向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：

化学反应

化学方程式

焓变ΔH/kJ·mol－1

甲烷氧化

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）

ΔH1

CH4（g）＋O2（g）===CO2（g）＋2H2（g）

－322.0

蒸气

重整

CH4（g）＋H2O（g）===CO（g）＋3H2（g）

＋206.2

CH4（g）＋2H2O（g）===CO2（g）＋4H2（g）

＋165.0

①反应CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

②甲烷的燃烧热为ΔH2，则ΔH2________ΔH1（填“>”“＝”或“<”）。

（2）物质（t－BuNO）2在正庚烷溶剂中发生如下反应：

（t－BuNO）2

2（t－BuNO）　ΔH。

实验测得该反应的ΔH＝＋50.5kJ·mol－1，活化能Ea＝90.4kJ·mol－1。

下列能量关系图合理的是________。

　　　　　A　　　　　　　　　　　B

　　　　　C　　　　　　　　　　　D

图64

（3）工业上利用天然气（主要成分为CH4）与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热（ΔH）分别为－890.3kJ·mol－1、－285.8kJ·mol－1和－283.0kJ·mol－1，则生成1m3（标准状况）CO所需的热量为______。

【解题策略】根据盖斯定律计算反应热的方法

（1）观察已知的热化学方程式与目标热化学方程式的差异，若目标热化学方程式中的某种反应物在某个已知热化学方程式中作生成物，可把该热化学方程式的反应物和生成物颠倒，相应的ΔH改变符号。

（2）将每个已知热化学方程式两边同乘以某个合适的数，使已知热化学方程式中的化学计量数与目标热化学方程式中的化学计量数一致，ΔH也同倍数变化。

（3）将已知热化学方程式相加或相减，热化学方程式中的ΔH同时相加或相减，得到目标方程式及反应热。

考查角度2　反应热大小比较

2．室温下，将1mol的CuSO4·5H2O（s）溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1mol的CuSO4（s）溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O（s）===CuSO4（s）＋5H2O（l），热效应为ΔH3，则下列判断正确的是（　　）

A．ΔH2＞ΔH3B．ΔH1＜ΔH3

C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2D．ΔH1＋ΔH2＞ΔH3

【归纳总结】比较反应热大小的方法

比较反应热的大小时要注意：

ΔH有正负之分，比较时要连同“＋”“－”一起比较，类似数学中的正、负数大小的比较；若只比较放出或吸收热量的多少，则只比较数值的大小，不考虑正、负号。

具体比较方法有如下几种：

（1）利用盖斯定律比较。

（2）同一反应的生成物状态不同时，如A（g）＋B（g）===C（g）　ΔH1，A（g）＋B（g）===C（l）　ΔH2，则ΔH1＞ΔH2。

（3）同一反应的反应物状态不同时，如A（s）＋B（g）===C（g）　ΔH1，A（g）＋B（g）===C（g）　ΔH2，则ΔH1＞ΔH2。

（4）两个有联系的反应相比较时，如C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1①，C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2　②。

比较方法：

利用反应①减去反应②，得反应③CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH3＝ΔH1－ΔH2，根据ΔH3大于0或小于0进行比较。

■小试身手

1．[江苏卷]通过以下反应均可获取H2。

下列有关说法正确的是（　　）

①太阳光催化分解水制氢：

2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH1＝＋571.6kJ·mol－1

②焦炭与水反应制氢：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH2＝＋131.3kJ·mol－1

③甲烷与水反应制氢：

CH4（g）＋H2O（g）===CO（g）＋3H2（g）　ΔH3＝＋206.1kJ·mol－1

A．反应①中电能转化为化学能

B．反应②为放热反应

C．反应③使用催化剂，ΔH3减小

D．反应CH4（g）===C（s）＋2H2（g）的ΔH＝＋74.8kJ·mol－1

2．[重庆卷]黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为

S（s）＋2KNO3（s）＋3C（s）===K2S（s）＋N2（g）＋3CO2（g）　ΔH＝xkJ·mol－1

已知：

碳的燃烧热ΔH1＝akJ·mol－1

S（s）＋2K（s）===K2S（s）　ΔH2＝bkJ·mol－1

2K（s）＋N2（g）＋3O2（g）===2KNO3（s）ΔH3＝ckJ·mol－1

则x为（　　）

A．3a＋b－cB．c－3a－b

C．a＋b－cD．c－a－b

3．[天津卷]氢气可用于制备H2O2。

已知：

H2（g）＋A（l）===B（l）　ΔH1

O2（g）＋B（l）===A（l）＋H2O2（l）　ΔH2

其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2（g）＋O2（g）===H2O2（l）的ΔH________0（填“>”“<”或“＝”）。

4．

（1）[江苏卷]烟气（主要污染物SO2、NOx）经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收，可减少烟气中SO2、NOx的含量。

O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为

NO（g）＋O3（g）===NO2（g）＋O2（g）　ΔH＝－200.9kJ·mol－1

NO（g）＋

O2（g）===NO2（g）　ΔH＝－58.2kJ·mol－1

SO2（g）＋O3（g）===SO3（g）＋O2（g）　ΔH＝－241.6kJ·mol－1

反应3NO（g）＋O3（g）===3NO2（g）的ΔH＝__________kJ·mol－1。

（2）[山东卷]贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应。

温度为T时，该反应的热化学方程式为________________________________________________。

已知温度为T时：

CH4（g）＋2H2O（g）===CO2（g）＋4H2（g）ΔH＝＋165kJ·mol－1

CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）ΔH＝－41kJ·mol－1

（3）[浙江卷]乙苯催化脱氢制苯乙烯的反应为

。

已知：

化学键

C—H

C—C

C===C

H—H

键能/（kJ·mol－1）

412

348

612

436

计算上述反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

5．

（1）[安徽卷]NaBH4（s）与H2O（l）反应生成NaBO2（s）和H2（g）。

在25℃，101kPa下，已知每消耗3.8gNaBH4（s）放热21.6kJ，该反应的热化学方程式是

________________________________________________________________________。

（2）[福建卷]已知：

Al2O3（s）＋3C（s）===2Al（s）＋3CO（g）ΔH1＝＋1344.1kJ·mol－1

2AlCl3（g）===2Al（s）＋3Cl2（g）ΔH2＝＋1169.2kJ·mol－1

由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为________________________________________________________________________。

（3）[四川卷]已知25℃，101kPa时：

4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）　ΔH＝－1648kJ/mol

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393kJ/mol

2Fe（s）＋2C（s）＋3O2（g）===2FeCO3（s）ΔH＝－1480kJ/mol

FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是________________________________________________________________________。

■预测

6．根据如图65所给信息，得出的结论正确的是（　　）

图65

A．48g碳完全燃烧放出的热量为1574kJ/mol

B．2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221.0kJ/mol

C．2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）　ΔH＝＋283.0kJ/mol

D．C（s）＋O2（g）===CO2（s）　ΔH＝－393.5kJ/mol

7．

（1）已知在常温常压下：

①2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（g）ΔH＝－1275.6kJ/mol

②2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－566.0kJ/mol

③H2O（g）===H2O（l）　ΔH＝－44.0kJ/mol

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：

_____________________________________________。

（2）某研究机构需得到C3H8（g）===3C（石墨，s）＋4H2（g）的ΔH，但直接测定实验难进行，可通过图66中各组物质能量总和及相互间转化中的能量变化计算得到：

图66

①判断：

ΔH________0（填“>”“<”或“＝”）。

②ΔH＝____________________（用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示）。

　化学能与热能·答案

■高频考点探究

考点一

[典例探究]

例1　

（1）BC。

（2）Ca5（PO4）3F（s）＋5H2SO4（l）===5CaSO4（s）＋3H3PO4（l）＋HF（g）　ΔH＝－418kJ/mol

（3）

C3H8（g）＋

O2（g）===

CO2（g）＋H2O（l）　ΔH＝－553.75kJ·mol－1

[解析]

（1）由题给图示可知，X→Y的ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝E3－E2，A项错误；2X（g）的能量高于Z（g）的能量，故X→Z是放热反应，ΔH<0，B项正确；根据反应2X（g）

3Y（g），可知压强减小，平衡正向移动，Y的产率提高，C项正确；根据反应2X（g）

Z（g）　ΔH<0，温度升高，平衡逆向移动，Z的产率降低，D项错误。

（2）按顺序给已知热化学方程式编号为①、②，根据盖斯定律知目标热化学方程式由①×5－②可得。

例1变式1　C　[解析]A→B的反应为吸热反应，B→C的反应为放热反应，A项错误；加入催化剂，只改变反应的活化能，不改变反应焓变，B项错误；物质的总能量越低，越稳定，C项正确；整个反应中ΔH＝（E1＋E3）－（E2＋E4），D项错误。

例1变式2　

（1）减小；不变；NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g）　ΔH＝－234kJ·mol－1。

（2）①SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）ΔH＝－1427.2kJ·mol－1。

②N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）　ΔH＝－92kJ·mol－1。

③C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）ΔH＝－2QkJ·mol－1。

[解析]

（1）观察图像，E1应为反应的活化能，加入催化剂反应的活化能降低，但是ΔH不变。

（2）①2gSiH4自燃放出热量89.2kJ，则1molSiH4自燃放出热量1427.2kJ，故热化学方程式为SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－1427.2kJ·mol－1。

②N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）　ΔH＝（946＋436×3－391×6）kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1。

③根据C原子守恒有C2H5OH～2CO2～2CaCO3。

生成100gCaCO3沉淀，乙醇为0.5mol，则1mol乙醇燃烧放出2QkJ热量，据此可写出反应的热化学方程式C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－2QkJ·mol－1。

考点二

[典例探究]

例2　

（1）D。

（2）2ΔH3－2ΔH2－ΔH1。

（3）ΔH1＋ΔH2－ΔH3。

[解析]

（1）燃烧热是1mol燃料完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量。

1mol油酸甘油酯的质量为884g，燃烧1kg油酸甘油酯放出热量为3.8×104kJ，则油酸甘油酯的燃烧热ΔH＝

kJ·mol－1≈－3.4×104kJ·mol－1，D项正确。

（2）观察可知，四个热化学方程式关系式为③×2－②×2－①＝④，由盖斯定律可知2ΔH3－2ΔH2－ΔH1＝ΔH4。

（3）根据盖斯定律，由第一个反应＋第二反应－第三个反应，可得SO2（g）＋Ca2＋（aq）＋ClO－（aq）＋2OH－（aq）===CaSO4（s）＋H2O（l）＋Cl－（aq），则ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。

[变式拓展]

1．

（1）①－41.2；②<　。

（2）D。

（3）5.52×103kJ。

[解析]

（1）①由蒸气重整的两个反应可知，利用第二个反应减去第一个反应则得出该反应的反应热为ΔH＝（165.0－206.2）kJ·mol－1＝－41.2kJ·mol－1。

②表示甲烷燃烧热的热化学方程式为CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH2。

生成液态水比生成气态水释放出的热量多，故ΔH2<ΔH1。

（2）由该反应的反应热ΔH＝＋50.5kJ·mol－1，可知该反应是吸热反应，则反应物的总能量低于生成物的总能量，可排除能量关系图B和C。

又依据活化能Ea＝90.4kJ·mol－1，Ea－ΔH<50.5kJ·mol－1，能量关系图A中，Ea－ΔH>50.5kJ·mol－1，Ea与ΔH的比例不对，而能量关系图D是合理的。

（3）首先写出热化学方程式：

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890.3kJ·mol－1　①

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ·mol－1　②

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1　③

①－（②＋③）×2得

CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）　ΔH＝＋247.3kJ·mol－1

故标准状况下生成1m3CO所需热量为

×

×247.3kJ·mol－1≈5.52×103kJ。

2．B　[解析]依题意CuSO4·5H2O（s）溶于水发生反应CuSO4·5H2O（s）===Cu2＋（aq）＋SO

（aq）＋5H2O（l）　ΔH1＞0；CuSO4（s）溶于水发生反应CuSO4（s）===Cu2＋（aq）＋SO

（aq）　ΔH2＜0；根据盖斯定律有：

CuSO4·5H2O（s）===CuSO4（s）＋5H2O（l），ΔH3＝ΔH1－ΔH2＞0。

ΔH2－ΔH3＝2ΔH2－ΔH1＜0，A项错误；ΔH3－ΔH1＝－ΔH2＞0，B项正确；ΔH3＝ΔH1－ΔH2，C项错误；ΔH1＋ΔH2－ΔH3＝2ΔH2＜0，D项错误。