高考化学一轮复习资料 第20讲化学能与热能.docx

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高考化学一轮复习资料第20讲化学能与热能

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：

在恒压条件下进行的反应的热效应。

（2）符号：

ΔH。

（3）单位：

kJ·mol－1或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，如图所示。

（2）从反应热的量化参数——键能的角度分析

（3）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。

深度思考

1．正误判断，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）吸热反应在任何条件下都不能发生（　　）

（4）水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热（　　）

（5）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（　　）

（6）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）√

解析　（4）物理变化过程，其能量变化不能称为反应热。

（6）焓变与反应条件无关。

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　

解析　由A＋B―→X　ΔH>0可知，X的能量比A和B的能量和大。

由X―→C　ΔH＜0可知，C的能量比X的能量低。

题组一　依据图形，理清活化能与焓变的关系

1．某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是（　　）

A．反应过程可表示为

―→

―→

B．E1为反应物的总能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能

C．正反应的热效应ΔH＝E1－E2＜0，所以正反应为放热反应

D．此图中逆反应的热效应ΔH＝E1－E2＜0，所以逆反应为放热反应

答案　D

解析　由图可知，正反应放热，ΔH为负值；逆反应吸热，ΔH为正值，D错误。

2．某反应的ΔH＝＋100kJ·mol－1，下列有关该反应的叙述正确的是（　　）

A．正反应活化能小于100kJ·mol－1

B．逆反应活化能一定小于100kJ·mol－1

C．正反应活化能大于100kJ·mol－1

D．正反应活化能比逆反应活化能小100kJ·mol－1

答案　C

解析　某反应的ΔH＝＋100kJ·mol－1，说明该反应的正反应为吸热反应，且正反应的活化能比逆反应的活化能大100kJ·mol－1，正反应的活化能应大于100kJ·mol－1，无法确定逆反应的活化能大小。

3．（2017·广东普宁中学质检）甲醛是一种重要的化工产品，可利用甲醇催化脱氢制备。

甲醛与气态甲醇转化的能量关系如图所示。

（1）甲醇催化脱氢转化为甲醛的反应是（填“吸热”或“放热”）反应。

（2）过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热是否相同？

，原因是。

答案　

（1）吸热　

（2）相同　一个化学反应的反应热仅与反应的始态和终态有关，与反应途径无关

正确理解活化能与反应热的关系

（1）催化剂能降低反应所需活化能，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，即E1＝E2＋|ΔH|。

题组二　依据共价键数，利用键能计算反应热

4．（2016·北京四中模拟）已知1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143kJ,18g水蒸气变成液态水放出44kJ的热量。

其他相关数据如下表：

O===O

H—H

H—O（g）

1mol化学键断裂时

需要吸收的能量/kJ

496

436

x

则表中x为（　　）

A．920B．557

C．463D．188

答案　C

解析　根据题意，可得热化学方程式为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－572kJ·mol－1；而18g水蒸气变成液态水时放出44kJ热量，则2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－484kJ·mol－1，即－484kJ＝2×436kJ＋496kJ－4xkJ，解得x＝463。

5．通常把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。

键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热（ΔH），化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。

下面列举了一些化学键的键能数据，供计算使用。

化学键

Si—O

Si—Cl

H—H

H—Cl

Si—Si

Si—C

键能/kJ·mol－1

460

360

436

431

176

347

工业上的高纯硅可通过下列反应制取：

SiCl4（g）＋2H2（g）===Si（s）＋4HCl（g），该反应的反应热ΔH为。

答案　＋236kJ·mol－1

解析　SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于原子晶体，可根据原子晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。

1mol晶体硅中所含的Si—Si键为2mol，即制取高纯硅反应的反应热ΔH＝4×360kJ·mol－1＋2×436kJ·mol－1－（2×176kJ·mol－1＋4×431kJ·mol－1）＝＋236kJ·mol－1。

1．熟记反应热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．规避两个易失分点

（1）旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的，缺少任何一个过程都不是化学变化。

（2）常见物质中的化学键数目

物质

CO2

（C===O）

CH4

（C—H）

P4

（P—P）

SiO2

（Si—O）

石墨

金刚石

S8

（S—S）

Si

键数

2

4

6

4

1.5

2

8

2

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：

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

3．热化学方程式书写注意事项

（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：

①原子守恒和得失电子守恒；②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。

深度思考

1．正误判断，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℃，30ΜPa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%

解析　当放出热量为314.624kJ时，参加反应的SO2的物质的量为

×2＝3.2mol，故SO2的转化率为

×100%＝80%。

题组一　多角度书写热化学方程式

角度一　依据反应事实书写热化学方程式

1．依据事实，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）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

。

（3）NaBH4（s）与水（l）反应生成NaBO2（s）和氢气（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

。

（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）SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）

ΔH＝－1427.2kJ·mol－1

（2）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－2QkJ·mol－1

（3）NaBH4（s）＋2H2O（l）===NaBO2（s）＋4H2（g）

ΔH＝－216kJ·mol－1

（4）AX3（l）＋X2（g）===AX5（s）

ΔH＝－123.8kJ·mol－1

角度二　依据能量图像书写热化学方程式

2．已知化学反应A2（g）＋B2（g）===2AB（g）的能量变化如图所示，请写出该反应的热化学方程式：

。

答案　A2（g）＋B2（g）===2AB（g）　ΔH＝＋（a－b）kJ·mol－1

解析　由图可知，生成物总能量高于反应物总能量，故该反应为吸热反应，ΔH＝＋（a－b）kJ·mol－1。

3．化学反应N2＋3H22NH3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

题组二　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（s）===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）×

5．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②B．仅有②④

C．仅有②③④D．全部符合要求

答案　B

解析　书写热化学方程式时要重点注意其与普通化学方程式不同的几点：

（1）生成物的稳定状态，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化学计量数保持一致；（4）符号，吸热用“＋”标注，放热用“－”标注。

仅②④符合要求。

做到“五看”，快速判断热化学方程式的正误

（1）看热化学方程式是否配平。

（2）看各物质的聚集状态是否正确。

（3）看ΔH的“＋”、“－”符号是否正确。

（4）看反应热的单位是否为kJ·mol－1。

（5）看反应热的数值与化学计量数是否对应。

考点三　燃烧热、中和热　能源　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．燃烧热

（1）概念

在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，叫做该物质的燃烧热。

燃烧热的单位一般用kJ·mol－1表示。

燃烧热的限定词有恒压（101kPa时）、可燃物的物质的量（1mol）、完全燃烧、稳定的氧化物等，其中的“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）表示的意义：

例如C的燃烧热ΔH为－393.5kJ·mol－1，表示在101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。

（3）书写热化学方程式：

燃烧热是以1mol纯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：

C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）

ΔH＝－5518kJ·mol－1，即C8H18的燃烧热ΔH为－5518kJ·mol－1。

（4）燃烧热的计算：

可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放＝n（可燃物）×|ΔH|。

式中：

Q放为可燃物燃烧反应放出的热量；n为可燃物的物质的量；ΔH为可燃物的燃烧热。

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1mol液态H2O时的反应热叫中和热。

（2）注意几个限定词：

①稀溶液；②产物是1mol液态H2O；③用离子方程式可表示为OH－（aq）＋H＋（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

（3）中和热的测定

①测定原理

ΔH＝

3．能源

（1）能源分类

（2）解决能源问题的措施

①提高能源的利用效率：

a.改善开采、运输、加工等各个环节；b.科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。

②开发新能源：

开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。

深度思考

1．正误判断，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

偏小

偏小

搅拌不充分

偏小

偏小

所用酸、碱浓度过大

偏大

偏大

用同浓度的氨水代替NaOH溶液

偏小

偏小

用同浓度的醋酸代替盐酸

偏小

偏小

用50mL0.50mol·L－1NaOH溶液

偏小

偏小

题组一　燃烧热、中和热的含义及正确表述

1．正误判断，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．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，并用同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）为什么所用NaOH溶液要稍过量？

。

（2）倒入NaOH溶液的正确操作是（填字母，下同）。

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（填字母）。

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的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为。

（5）假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1。

为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：

实验

序号

起始温度t1/℃

终止温度t2/℃

盐酸

氢氧化钠溶液

混合溶液

1

20.0

20.1

23.2

2

20.2

20.4

23.4

3

20.5

20.6

23.6

依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝（结果保留一位小数）。

（6）（填“能”或“不能”）用Ba（OH）2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是

。

答案　

（1）确保盐酸被完全中和　

（2）C　（3）D　（4）ΔH1＝ΔH2＜ΔH3　（5）－51.8kJ·mol－1　（6）不能　H2SO4与Ba（OH）2反应生成BaSO4沉淀，沉淀的生成热会影响反应的反应热

解析　

（1）在中和热的测定实验中为了确保反应物被完全中和，常常使加入的一种反应物稍微过量一些。

（2）为了减少热量损失，倒入NaOH溶液应该一次迅速倒入。

（3）使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作：

用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒上下轻轻地搅动。

（4）稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离，它们的中和热相同，稀氨水中的溶质是弱电解质，它与盐酸的反应中一水合氨的电离要吸收热量，故反应热的数值要小一些（注意中和热与ΔH的关系）。

（5）取三次实验的平均值代入公式计算即可。

（6）硫酸与Ba（OH）2溶液反应生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应