第六章 化学反应与能量.docx

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第六章化学反应与能量

第六章　化学反应与能量

1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。

2.了解化学能与热能的相互转化。

了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。

3.了解焓变与反应热的含义。

了解ΔH＝H（反应产物）－H（反应物）表达式的含义。

4.了解热化学方程式的含义。

理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。

5.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。

了解化学在解决能源危机中的重要作用。

第一节

化学能与热能

考点一

焓变　反应热

[教材知识层面]

1．化学反应的实质与特征

（1）实质：

反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。

（2）特征：

既有物质变化，又伴有能量变化，通常主要表现为热量的变化。

2．反应热和焓变

（1）反应热：

化学反应中放出或吸收的热量。

（2）焓变：

在恒压条件下化学反应的热效应，其符号为ΔH，单位是kJ/mol。

3．吸热反应和放热反应

（1）从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析：

（2）从化学键的变化角度分析：

（3）常见的放热反应：

①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化。

（4）常见的吸热反应：

①大多数分解反应；②盐类的水解和弱电解质的电离；③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应；④炭和水蒸气、C和CO2的反应。

[高考考查层面]

命题点1　有关焓变的辨析

理解焓变的“四”注意

（1）任何化学反应都是新键断裂，旧键形成的过程，都伴随着能量的变化。

（2）焓变不取决于部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小。

（3）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。

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。

（4）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。

[典题示例]

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）物质发生化学变化时都伴有能量的变化。

（　　）

（2）化学变化中的能量变化都是化学能和热能间的相互转化。

（　　）

（3）放热反应在任何条件都不能发生。

（　　）

（4）伴有能量变化的物质变化都是化学变化。

（　　）

（5）水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热。

（　　）

（6）NH4NO3固体溶于水时吸热，属于吸热反应。

（　　）

解析：

（2）化学反应中的能量变化也有化学能与光能或电能间的相互转化。

（4）物质在三态变化中涉及能量变化，但三态变化不属于化学变化。

（5）该过程是物理变化过程，其能量变化不能称为反应热。

（6）该过程中没有新物质生成，不属于化学反应。

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×

2．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是（　　）

A．X的能量一定低于M的能量，Y的能量一定低于N的能量

B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行

C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量

D．X和Y的总能量一定低于M和N的总能量

解析：

选D　已知X＋Y===M＋N　ΔH＞0，说明X与Y总能量低于M与N总能量，A错误，D正确；破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，C错误；吸热反应有的不需要加热也可反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵混合搅拌即可发生反应，B错误。

命题点2　能量变化的图示分析

解答能量变化图像题的“三”关键

（1）注意活化能在图示中的意义。

①从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能；

②从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能。

（2）催化剂只影响正、逆反应的活化能，而不影响反应的ΔH。

（3）设计反应热的有关计算时，要切实注意图示中反应物和生成物的物质的量。

[典题示例]

1．（2012·江苏高考）某反应的反应过程中能量变化如图所示（图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能）。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．该反应为放热反应

B．催化剂能改变该反应的焓变

C．催化剂能降低该反应的活化能

D．逆反应的活化能大于正反应的活化能

解析：

选C　A项，由图可以看出，反应物的总能量低于生成物的总能量，故该反应为吸热反应，A错；B项，催化剂不能改变反应的焓变，B错；C项，由图像可以看出，催化剂能降低该反应的活化能，C正确；D项，由图像可以看出E1＞E2，即逆反应的活化能小于正反应的活化能，D错。

2．（2014·浙江联考）下列反应符合如图所示的是（　　）

A．铝片与盐酸的反应

B．Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl晶体的反应

C．酸碱中和反应

D．甲烷在氧气中的燃烧

解析：

选B　图示反应物的总能量低，故为吸热过程，只有B项符合。

[考点达标层面]

1.（2015·长郡质检）已知某化学反应A2（g）＋2B2（g）===2AB2（g）（AB2的分子结构为B—A—B）的能量变化如图所示，下列有关叙述中正确的是（　　）

A．该反应的进行一定需要加热

B．该反应的ΔH＝－（E1－E2）kJ/mol

C．该反应中反应物的键能总和大于生成物的键能总和

D．断裂1molA—A键和2molB—B键放出E1kJ能量

解析：

选C　由图可知这是一个吸热反应，但发生吸热反应不一定需要加热，A错误；吸热反应ΔH＞0，B错误，C正确；断键需要能量，D错误。

2．（2015·安庆模拟）氯原子对O3分解有催化作用：

O3＋Cl===ClO＋O2　ΔH1；ClO＋O===Cl＋O2　ΔH2。

大气臭氧层的分解反应是：

O3＋O===2O2　ΔH，该反应的能量变化示意图如图所示：

下列叙述中，正确的是（　　）

A．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E1－E3

B．O3＋O===2O2是吸热反应

C．ΔH＝ΔH1＋ΔH2

D．大气层中的臭氧无法再生

解析：

选C　从图像中分析，总反应的能量变化应为E2与E3的差值，A错误；O3和O的能量要高于2O2的能量，故O和O3反应生成O2的反应为放热反应，B错误；从盖斯定律知，将两个反应叠加即得总反应，则ΔH也是由两个反应的焓变相加而得的，C正确；大气层中的臭氧可以再生，D错误。

考点二

热化学方程式的书写与正误判断

[教材知识层面]

1．概念：

表示参与化学反应的物质的物质的量和反应热关系的化学方程式。

2．意义：

表明了化学反应中的物质变化和能量变化。

如2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1表示：

2mol氢气和1mol氧气反应生成2mol液态水时放出571.6kJ的热量。

3．书写

[高考考查层面]

命题点1　热化学方程式的书写

[典题示例]

1．写出下列反应的热化学方程式。

（1）SiH4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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）2gSiH4自燃放出热量89.2kJ,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。

（2）N2（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。

答案：

（1）SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）

ΔH＝－1427.2kJ·mol－1

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

（3）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　

ΔH＝－2QkJ·mol－1

2．右图是NO2和CO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

[方法技巧]

“五步”突破热化学方程式的书写

命题点2　热化学方程式的正误判断

[典题示例]

1．下列热化学方程式书写正确的是（ΔH的绝对值均正确）（　　）

A．C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）

ΔH＝－1367.0kJ·mol－1（燃烧热）

B．NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）

ΔH＝＋57.3kJ·mol－1（中和热）

C．S（s）＋O2（g）===SO2（g）

ΔH＝－296.8kJ·mol－1（反应热）

D．2NO2===O2＋2NO

ΔH＝＋116.2kJ·mol－1（反应热）

解析：

选C　A项，表示燃烧热时，应生成稳定的氧化物，这时水的状态应为液态；B项，中和反应为放热反应，ΔH为负值；D项，未注明物质的聚集状态。

2．已知充分燃烧ag乙炔（C2H2）气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量bkJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是（　　）

A．2C2H2（g）＋5O2（g）===4CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－2bkJ/mol

B．C2H2（g）＋5/2O2（g）===2CO2（g）＋H2O（l）

ΔH＝2bkJ/mol

C．2C2H2（g）＋5O2（g）===4CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－4bkJ/mol

D．2C2H2（g）＋5O2（g）===4CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝bkJ/mol

解析：

选C　由题设知2molCO2→2bkJ→1molC2H2，则乙炔燃烧的热化学方程式为C2H2（g）＋5/2O2（g）===2CO2（g）＋H2O（l）　ΔH＝－2bkJ/mol。

注意审题，题目并没有要求一定写表示乙炔燃烧热的热化学方程式。

[方法技巧]

“五审”突破热化学方程式的正误判断

[考点达标层面]

1．实验测得：

101kPa时，1molH2完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ的热量；1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2，放出890.3kJ的热量。

下列热化学方程式的书写正确的是（　　）

①CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝890.3kJ·mol－1

②CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－890.3kJ·mol－1

③CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－890.3kJ·mol－1

④2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1

A．仅有②　　　　　B．仅有②④

C．仅有②③④D．全部符合要求

解析：

选B　写热化学方程式时要注意其与普通化学方程式不同的几点：

（1）产物的稳定状态，H2O为液态，C的稳定化合物为CO2；

（2）单位是kJ·mol－1，不是kJ；（3）数值，ΔH的数值要与热化学方程式中计量系数保持一致；（4）符号，吸热用“＋”，放热用“－”。

②④符合要求。

2．在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ，下列热化学方程式正确的是（　　）

A．CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝＋725.8kJ/mol

B．2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝－1451.6kJ/mol

C．2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝－725.8kJ/mol

D．2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝＋1452kJ/mol

解析：

选B　因1mol甲醇燃烧生成CO2和液态水，放出22.68kJ/g×32g＝725.8kJ热量，所以2mol甲醇燃烧生成CO2和液态水的ΔH＝－1451.6kJ/mol。

考点三

燃烧热和中和热　能源

[教材知识层面]

1．燃烧热和中和热的比较

燃烧热

中和热

相同点

能量变化

放热

ΔH及其单位

ΔH＜0，单位均为kJ·mol－1

不同点

反应物的量

1_mol

不一定为1mol

生成物的量

不确定

生成水为1_mol

反应热的含义

101kPa时，1_mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量

在稀溶液里，酸与碱发生中和反应生成1_mol_水时所放出的热量

表示方法

燃烧热为ΔH＝－akJ·mol－1（a＞0）

强酸与强碱反应的中和热为57.3kJ·mol－1或ΔH＝－57.3_kJ·mol－1

2．中和热的测定

（1）装置（请在横线上填写仪器名称）。

（2）计算公式：

ΔH＝－

kJ·mol－1

t1——起始温度，t2——终止温度。

（3）注意事项。

①碎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。

②为保证酸完全中和，采取的措施是碱稍过量。

③因为弱酸或弱碱存在电离平衡，电离过程需要吸热，实验中若使用弱酸、弱碱则测得的反应热数值偏小。

3．能源

[高考考查层面]

命题点1　与燃烧热、中和热相关的辨析

（1）燃烧热定义中的“完全燃烧”是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：

C→CO2（g），H→H2O（l），S→SO2（g）等。

（2）燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。

例如：

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ/mol，即CO的燃烧热ΔH＝－283.0kJ/mol。

（3）中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成1molH2O放出的热量，ΔH＝－57.3kJ/mol，弱酸、弱碱电离时吸热，放出的热量小于57.3kJ，浓硫酸稀释时放热，放出的热量大于57.3kJ。

[典题示例]

1．25℃，101kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1，辛烷的燃烧热ΔH＝－5518kJ·mol－1。

下列热化学方程式书写正确的是（　　）

A．2H＋（aq）＋SO

（aq）＋Ba2＋（aq）＋2OH－（aq）===BaSO4（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

B．C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（g）　ΔH＝－5518kJ·mol－1

C．KOH（aq）＋

H2SO4（aq）===

K2SO4（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

D．2C8H18（g）＋25O2（g）===16CO2（g）＋18H2O（l）　ΔH＝－5518kJ·mol－1

解析：

选C　A项，生成的是2molH2O（l）；B项，应生成H2O（l）；D项，辛烷应为1mol。

2．强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应：

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ/mol，向1L0.5mol·L－1的NaOH溶液中加入下列物质：

①稀醋酸；②浓H2SO4；③稀硝酸，恰好完全反应的热效应ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系正确的是（　　）

A．ΔH1＞ΔH2＞ΔH3　　B．ΔH1＜ΔH3＜ΔH2

C．ΔH1＝ΔH3＞ΔH2D．ΔH1＞ΔH3＞ΔH2

解析：

选D　浓硫酸溶于水放热；稀醋酸与氢氧化钠溶液反应过程中醋酸电离吸热。

命题点2　中和热的测定

[典题示例]

1．为了测量某酸碱反应的中和热，计算时至少需要的数据是（　　）

①酸的浓度和体积　②碱的浓度和体积　③比热容　④反应后溶液的质量　⑤生成水的物质的量　⑥反应前后温度变化　⑦操作所需的时间

A．①②③④B．①③④⑤

C．③④⑤⑥D．全部

解析：

选C　写出在测量并计算反应放出的热量时用到的公式为：

Q＝mcΔt，理解各符号表示的物理意义即可：

m表示④反应后溶液的质量，c表示③比热容，Δt表示⑥反应前后温度变化，C正确。

2．将V1mL1.0mol·L－1盐酸溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液的温度，实验结果如图所示（实验中始终保持V1＋V2＝50mL）。

下列叙述正确的是（　　）

A．做该实验时环境温度为22℃

B．该实验表明化学能可以转化为热能

C．NaOH溶液的浓度约是1.00mol·L－1

D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应

解析：

选B　由图可知，加入5mL盐酸时混合液的温度达到22℃，故环境的温度应低于22℃；反应放热，由化学能转化为热能；恰好反应时放出热量最多，NaOH溶液的浓度为：

＝1.5mol·L－1；有水生成的反应不一定是放热反应，如Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O是吸热反应。

[方法技巧]

理解中和热的“五”注意

（1）中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应。

（2）酸碱溶液应当用稀溶液（0.1～0.5mol·L－1）。

若溶液浓度过大，溶液中阴、阳离子间的相互牵制作用就大，电离程度达不到100%，这样使酸碱中和时产生的热量会消耗一部分补偿电离时所需的热量，造成较大误差。

（3）使用两只量筒分别量取酸和碱。

（4）使用同一支温度计，分别先后测量酸、碱及混合液的最高温度，测完一种溶液后，必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。

（5）取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算，而不是结果的平均值，计算时应注意单位的统一。

命题点3　能源的开发和利用

[典题示例]

1．能源分类相关图如图所示，下列四个选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（　　）

A．煤炭、石油、沼气

B．水能、生物质能、天然气

C．太阳能、风能、潮汐能

D．地热能、海洋能、核能

解析：

选C　煤炭、石油属于不可再生能源，A错误；天然气不属于新能源，B错误；太阳能、风能、潮汐能来自太阳辐射，属于可再生的新能源，C正确；核能与太阳辐射能量无关，D错误。

2.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．①②B．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。

[方法技巧]

解决能源问题的“两”措施

（1）提高能源的使用效率：

①改善开采、运输、加工等各个环节。

②科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。

一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等。

二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷式雾状等。

（2）开发新的能源：

开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。

[考点达标层面]

1．（2015·湖南郴州四校联考）已知反应：

①101kPa时，2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221kJ/mol；

②稀溶液中，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ/mol。

下列结论正确的是（　　）

A．碳的燃烧热ΔH＜－110.5kJ/mol

B．①的反应热为221kJ/mol

C．稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热ΔH＝－2×57.3kJ/mol

D．稀醋酸和稀NaOH溶液反应生成1molH2O，放出57.3kJ的热量

解析：

选A　对于强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O的中和热ΔH＝－57.3kJ/mol，C错误；由于2C（s）＋O2（g）===2CO（g）生成的CO不是稳定的氧化物，因此ΔH＝－

＝－110.5kJ/mol不是碳的燃烧热，由于CO转化为CO2放出热量，故碳的燃烧热ΔH＜－110.5kJ/mol，A正确；反应热的表示包含三部分即“符号”、“数值”和“单位”，而B项中没有表示出符号，B错误；由于稀醋酸是弱电解质，电离时吸收热量，故稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1molH2O时放出的热量小于57.3kJ。

2．利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：

①用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸温度；②用另一量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，并用另一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。

回答下列问题：

（1）所用NaOH溶液要稍过量的原因是___________________________________。

（2）倒入NaOH溶液的正确操作是______________（填序号）。

A．沿玻璃棒缓慢倒入　　B．分三次少量倒入

C．一次迅速倒入

（3）使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________（填序号）。

A．用温度计小心搅拌

B．揭开硬纸片用玻璃棒搅拌

C．轻轻地振荡烧杯

D．用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动

（4）现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1L1mol·L－1的稀