化学反应与能量转化高考复习资料.docx
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化学反应与能量转化高考复习资料
化学反应与能量转化高考复习资料
第1节 化学反应的热效应
【考纲要求】 1.了解化学反应中能量转化的原因及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.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
4.了解焓变与反应热的含义。
5.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。
6.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。
考点一 焓变与反应热
1．化学反应中的能量变化
（1）化学反应中的两大变化：
物质变化和能量变化。
（2）化学反应中的两大守恒：
质量守恒和能量守恒。
（3）化学反应中的能量转化形式：
热能、光能、电能等。
通常主要表现为热量的变化。
2．焓变、反应热
（1）定义：
在恒压条件下进行反应的热效应。
（2）符号：
ΔH。
（3）单位：
kJ/mol或kJ·mol－1。
3．吸热反应与放热反应
（1）从能量高低角度理解
（2）从化学键角度理解
记忆常见的放热反应和吸热反应
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物质的缓慢氧化等。
吸热反应：
①大多数分解反应；②盐的水解和弱电解质的电离；③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应等。
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）伴有能量变化的物质变化都是化学变化（ ）
（4）吸热反应在任何条件都不能发生（ ）
（5）Na转化为Na＋时，吸收的能量就是该过程的反应热（ ）
（6）水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热（ ）
（7）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（ ）
（8）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（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）× （4）× （5）× （6）×
（7）× （8）√
2．反应A＋B―→C（ΔH<0）分两步进行：
①A＋B―→X（ΔH>0），②X―→C（ΔH<0）。
试在下列坐标图中画出总反应过程中能量变化示意图。
答案：
3．在相同条件下，同质量的硫粉在空气中燃烧和在纯氧中燃烧，哪一个放出的热量多，为什么？
答案：
在空气中燃烧放出的热量多，因在纯氧中燃烧火焰明亮，转化成的光能多，故放出的热量少。
题组一 依据图形，理清活化能与焓变的关系
1．（2017·河南十校模拟）研究表明N2O与CO在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，下列说法错误的是（ ）
A．反应总过程ΔH<0
B．Fe＋使反应的活化能减小
C．FeO＋也是该反应的催化剂
D．Fe＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两步反应均为放热反应
解析：
A项，反应总过程为N2O＋CO===N2＋CO2，根据图示可知，反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，ΔH<0，正确；B项，根据反应历程，Fe＋为催化剂，能够降低反应的活化能，正确；C项，FeO＋为中间产物，而不是催化剂，错误；D项，根据图示，Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两反应中反应物总能量均高于生成物总能量，均为放热反应，正确。
答案：
C
2．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：
A项，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，该反应为放热反应；B项，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、O原子间一直有化学键；C项，由图示可以看出，CO和O2生成了CO2，CO2分子中C与O形成极性共价键；D项，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。
答案：
C
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，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。
题组二 依据共价键数，利用键能计算反应热
3．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。
已知：
1molS（s）转化为气态硫原子吸收能量280kJ，断裂1molF—F、S—F键需要吸收的能量分别为160kJ、330kJ。
则S（s）＋3F2（g）===SF6（g）的反应热ΔH为________。
解析：
断裂1molS—S键吸收能量280kJ，断裂3molF—F键吸收能量3×160kJ，则吸收的总能量为Q吸＝280kJ＋3×160kJ＝760kJ，释放的总能量为Q放＝330kJ×6＝1980kJ，由反应方程式：
S（s）＋3F2（g）===SF6（g）可知，ΔH＝760kJ/mol－1980kJ/mol＝－1220kJ/mol。
答案：
－1220kJ/mol
4．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．－332 B．－118
C．＋350D．＋130
解析：
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。
答案：
D
利用键能计算反应热的方法
（1）熟记反应热ΔH的计算公式
ΔH＝E（反应物的总键能之和）－E（生成物的总键能之和）
（2）注意特殊物质中键数的判断
物质（1mol）
P4
C（金刚石）
石墨
Si
SiO2
键数（mol）
6
2
1.5
2
4
考点二 热化学方程式
1．概念：
表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。
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
表示在25℃、101kPa条件下，2_mol_H2（g）和1_mol_O2（g）完全反应生成2_mol_H2O（l），放出571.6_kJ的热量。
3．热化学方程式的书写
（1）书写步骤
（2）注意事项
①注明反应条件：
反应热与测定条件（温度、压强等）有关。
绝大多数反应是在25℃、101kPa下进行的，可不注明。
②注明物质状态：
常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。
③注意符号单位：
ΔH应包括“＋”或“－”、数字和单位（kJ·mol－1）。
④注意守恒关系：
a.原子守恒和得失电子守恒；b.能量守恒。
（ΔH与化学计量数相对应）
⑤区别于普通方程式：
一般不注“↑”“↓”以及“点燃”“加热”等。
⑥注意热化学方程式的化学计量数
热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，可以是整数，也可以是分数。
且化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。
⑦同素异形体转化的热化学方程式除了注明状态外，还要注明名称。
ΔH与可逆反应的关系
可逆反应的ΔH表示反应物完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关。
如N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g）
ΔH＝－92.4kJ·mol－1。
表示在298K时，1molN2（g）和3molH2（g）完全反应生成2molNH3（g）时放出92.4kJ的热量。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）S（s）＋O2（g）===SO2（g） ΔH＝－akJ·mol－1表示1molS和氧气完全反应生成1molSO2气体，放出热量为akJ（ ）
（2）2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g） ΔH>0（ ）
（3）C（石墨，s）===C（金刚石，s） ΔH>0，说明石墨比金刚石稳定（ ）
（4）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（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）√ （4）×
2．实验室用4molSO2与2molO2在一定条件下进行下列反应：
2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g） ΔH＝－196.64kJ·mol－1，当放出314.624kJ热量时，SO2的转化率为__________。
答案：
80%
题组一 依据反应事实书写热化学方程式
1．
（1）已知拆开1molH—H键、1molN—H键、1molNN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
________________________________________________________________________。
（2）101kPa时，1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3kJ的热量，反应的热化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（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
________________________________________________________________________。
（4）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
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：
（1）N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）
ΔH＝－92kJ·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
（4）AX3（l）＋X2（g）===AX5（s） ΔH＝－123.8kJ·mol－1
题组二 依据能量图象书写热化学方程式
2．一定条件下，在水溶液中1molCl－、ClO
（x＝1,2,3,4）的能量（kJ）相对大小如图所示。
（1）D是________（填离子符号）。
（2）B―→A＋C反应的热化学方程式为__________________（用离子符号表示）。
解析：
（1）由图可知D中Cl元素化合价为＋7价，D为ClO
。
（2）B―→A＋C，即ClO－发生歧化反应生成Cl－和ClO
，由得失电子守恒可得：
3ClO－===ClO
＋2Cl－。
反应热为：
ΔH＝E（ClO
）＋2E（Cl－）－3E（ClO－）＝63kJ·mol－1＋0－3×60kJ·mol－1＝－117kJ·mol－1。
所以热化学方程式为：
3ClO－（aq）===ClO
（aq）＋2Cl－（aq） ΔH＝－117kJ·mol－1。
答案：
（1）ClO
（2）3ClO－（aq）===ClO
（aq）＋2Cl－（aq） ΔH＝－117kJ·mol－1
3．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（c＋b－a）kJ·mol－1
题组三 判断热化学方程式的正误
4．判断下列热化学方程式书写是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”（注：
焓变数据均正确）
（1）CaCO3（s）===CaO＋CO2（g） ΔH＝177.7kJ（ ）
（2）C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）
ΔH＝－131.3kJ·mol－1（ ）
（3）C（s）＋
O2（g）===CO（g） ΔH＝－110.5kJ·mol－1（ ）
（4）CO（g）＋
O2（g）===CO2（g） ΔH＝－283kJ·mol－1（ ）
（5）2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l） ΔH＝－571.6kJ·mol－1（ ）
（6）500℃、30MPa下，将0.5molN2（g）和1.5molH2（g）置于密闭容器中充分反应生成NH3（g），放热19.3kJ，其热化学方程式为N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g）
ΔH＝－38.6kJ·mol－1（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）√ （4）√ （5）√ （6）×
判断热化学方程式正误的“五看”
一看状态―→看各物质的聚集状态是否正确；
二看符号―→看ΔH的“＋”“－”是否正确；
三看单位―→看反应热的单位是否为kJ/mol；
四看数值―→看反应热数值与化学计量数是否相对应；
五看概念―→看燃烧热、中和热的热化学方程式。
考点三 燃烧热、中和热及能源
1．燃烧热
（1）概念：
25℃、101kPa时，1_mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的能量。
（2）单位：
kJ·mol－1。
（3）意义：
C的燃烧热为393.5kJ·mol－1，表示在25℃、101kPa条件下，1_mol_C完全燃烧生成CO2气体时放出393.5_kJ热量。
（4）元素燃烧生成的稳定氧化物：
C―→CO2（g）、H―→H2O（l）、S―→SO2（g）。
2．中和热
（1）概念：
在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol_H2O时的反应热叫中和热。
（2）用离子方程式可表示为OH－（aq）＋H＋（aq）===H2O（l） ΔH＝－57.3_kJ·mol－1。
3．中和反应反应热的测定
（1）装置：
（请在横线上填写仪器名称）
（2）计算公式：
ΔH＝
t始——起始温度，t终——终止温度（反应过程最高温度）
（1）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，采取的措施是使碱稍过量。
4．能源
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能（ ）
（2）农村用沼气池产生的沼气作燃料属于生物质能的利用（ ）
（3）随着科技的发展，氢气将成为主要能源之一（ ）
（4）食用植物体内的淀粉、蛋白质等属于直接利用能源（ ）
（5）粮食作物是制乙醇燃料的重要原料（ ）
（6）开发利用各种新能源，减少对化石燃料的依赖，可以降低空气中PM2.5的含量（ ）
（7）低碳生活注重节能减排，尽量使用太阳能等代替化石燃料，减少温室气体的排放（ ）
答案：
（1）√
（2）√ （3）√ （4）× （5）√ （6）√（7）√
2．以50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH反应为例，填写下表。
（填“偏小”或“偏大”）
引起误差的实验操作
t终－t始
|ΔH|
保温措施不好
搅拌不充分
所用酸、碱浓度过大
用同浓度的氨水代替NaOH溶液
用同浓度的醋酸代替盐酸
用50mL0.50mol·L－1NaOH溶液
答案：
（从左到右，从上到下）偏小 偏小 偏小 偏小 偏大 偏大
偏小 偏小 偏小 偏小 偏小 偏小
题组一 理解燃烧热和中和热
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）S（s）＋
O2（g）===SO3（g） ΔH＝－315kJ·mol－1（燃烧热） （ΔH的数值正确）（ ）
（2）NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）
ΔH＝－57.3kJ·mol－1（中和热） （ΔH的数值正确）（ ）
（3）已知H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l） ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则H2SO4和Ba（OH）2反应的反应热ΔH＝2×（－57.3）kJ·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（ ）
（5）H2（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）CO（g）的燃烧热是283.0kJ·mol－1，则2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）反应的ΔH＝＋2×283.0kJ·mol－1（ ）
（11）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（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）× （4）× （5）× （6）√
（7）× （8）× （9）× （10）√ （11）×
反应热答题规范指导
（1）描述反应热时，无论是用“反应热”“焓变”表示还是用ΔH表示，其后所跟数值都需要带“＋”“－”符号。
如：
某反应的反应热（或焓变）为ΔH＝－QkJ·mol－1或ΔH＝＋QkJ·mol－1。
（2）由于中和反应和燃烧均是放热反应，表示中和热和燃烧热时可不带“－”号。
如：
某物质的燃烧热为
ΔH＝－QkJ·mol－1或QkJ·mol－1。
题组二 中和热测定误差分析和数据处理
2．某实验小组用0.50mol·L－1NaOH溶液和0.50mol·L－1硫酸溶液进行反应热的测定。
（1）写出该反应的热化学方程式[生成1molH2O（l）时的反应热为－57.3kJ·mol－1]：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）取50mLNaOH溶液和30mL硫酸溶液进行实验，实验数据如下表。
①请填写下表中的空白：
温度
次数
起始温度t1/℃
终止温度t2/℃
温度差平均值（t2－t1）/℃
H2SO4
NaOH
平均值
1
26.2
26.0
26.1
30.1
2
27.0
27.4
27.2
33.3
3
25.9
25.9
25.9
29.8
4
26.4
26.2
26.3
30.4
②近似认为0.50mol·L－1NaOH溶液和0.50mol·L－1硫酸溶液的密度都是1.0g·mL－1，中和后生成溶液的比热容c＝4.18J/（g·℃）。
则生成1molH2O（l）时的反应热ΔH＝________（取小数点后一位）。
③上述实验数值结果与－57.3kJ·mol－1有偏差，产生偏差的原因不可能是（填字母）________。
a．实验装置保温、隔热效果差
b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
解析：
（2）①第2组数据偏差较大，应舍去，其他三组的温度差平均值为4.0℃。
②ΔH＝－
＝－53.5kJ·mol－1。
③放出的热量小可能是散热、多次加入碱或起始温度读的较高等原因。
答案：
（1）H2SO4（aq）＋2NaOH（aq）===Na2SO4（aq）＋2H2O（l） ΔH＝－114.6kJ·mol－1
（2）①4.0 ②－53.5kJ·mol－1 ③b
测定中和热的易错细节
（1）碎泡沫塑料（或纸条）及硬纸板（或泡沫塑料板）的作用是保温、隔热，减少实验过程中热量的损失。
（2）为保证酸、碱完全中和，常采用碱稍稍过量。
（3）实验时用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液的方法是上下搅动，不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是铜传热快，热量损失大。
（4）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。
（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。
考点四 盖斯定律的应用
1．ΔH的比较
比较ΔH的大小时需考虑正负号，对放热反应，放热越多，ΔH越小；对吸热反应，吸热越多，ΔH越大。
2．焓变关系
（1）aA
B，A
B
则ΔH1＝aΔH2。
（2）A
B，aB
aA
则ΔH2＝－aΔH1。
（3）
则ΔH＝ΔH1＋ΔH2。
物质三态转化时的能量变化
已知Al2O3（s）＋AlCl3（g）＋3C（s）===3AlCl（g）＋3CO（g） ΔH＝akJ·mol－1。
判断下列变化过程是否正确，正确的打“√”，错误
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