高中化学选修四化学反应与能量.docx

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高中化学选修四化学反应与能量

考点一　焓变、反应热

1．焓变与反应热

（1）反应热：

化学反应过程中吸收或放出的能量。

（2）焓变：

生成物与反应物的内能差称为焓变。

符号为ΔH，单位是kJ·mol－1。

（3）注意事项

①在恒压条件下，焓变等于反应热。

②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。

③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。

④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

放热反应

吸热反应

概念

放出热量的化学反应

吸收热量的化学反应

常见反应

a.可燃物的燃烧

b．酸碱中和反应

c．金属与酸的置换反应

d．物质的缓慢氧化

e．铝热反应

f．大多数化合反应

a.弱电解质的电离

b．盐类的水解反应

c．Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应

d．C和H2O（g）、C和CO2的反应

e．大多数的分解反应

[拓展归纳]

（1）放热反应、吸热反应与反应条件的关系

①需要加热才能发生的反应，不一定是吸热反应，如木炭的燃烧是放热反应。

②常温下不需要加热就能发生的反应不一定是放热反应。

如：

Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl常温下的反应是吸热反应。

（2）吸热反应与放热反应的判断

①根据反应过程的图示判断

②根据反应过程中化学键的变化判断

3．燃烧热与中和反应反应热（简称中和热）

（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

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。

[拓展归纳]

燃烧热与中和热的比较

比较角度

燃烧热

中和热

相同点

能量变化

放热

ΔH

ΔH<0，单位：

kJ·mol－1

不同点

反应物的量

可燃性物质为1mol

不限量

生成物的量

不限量

H2O（l）是1mol

反应热的含义

1mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物时放出的热量；其中：

C―→CO2（g），

H―→H2O（l），

S→SO2（g）等

在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应，生成1molH2O（l）和可溶性盐时放出的热量；不同反应物的中和热大致相同，均约为57.3kJ·mol－1

4．能源

（1）概念：

能提供能量的资源。

（2）分类：

[题点全练]

题点

（一）　化学反应中的能量变化图像

1．（2018·北京东城区模拟）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。

2.（2018·河北三市二联）某反应使用催化剂后，其反应过程中能量变化如图。

下列说法错误的是（　　）

A．总反应为放热反应

B．使用催化剂后，活化能不变

C．反应①是吸热反应，反应②是放热反应

D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2

解析：

选B　由题图可知：

反应①是吸热反应，反应②是放热反应，总反应是放热反应，且ΔH＝ΔH1＋ΔH2，A、C、D项正确；使用催化剂能降低反应所需的活化能，B项错误。

[规律方法]　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。

题点

（二）　燃烧热、中和热、能源

3．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）随着科技的发展，氢气将成为主要能源之一（√）

（2）化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能（√）

（3）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（×）

（4）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（×）

（5）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（×）

（6）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.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。

下列说法正确的是（　　）

A．H2O的分解反应是放热反应

B．氢能源已被普遍使用

C．2mol液态H2O具有的总能量低于2molH2和1molO2的能量

D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值

解析：

选C　2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）是吸热反应，说明2mol液态H2O的能量低于2molH2和1molO2的能量。

因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。

5．石墨的燃烧热为393.5kJ·mol－1，CO的燃烧热为283.0kJ·mol－1，下列说法正确的是（　　）

A．相同条件下C（石墨，s）燃烧生成CO气体的热化学方程式：

2C（石墨，s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝＋110.5kJ·mol－1

B．1molC（石墨，s）不完全燃烧，生成CO2和CO混合气体时，放出热量283.0kJ

C．C（石墨，s）和CO2（g）反应生成CO（g）的反应是放热反应

D．如果金刚石的燃烧热大于石墨的燃烧热，则可以断定从石墨转变为金刚石需要吸热

解析：

选D　石墨燃烧必放热，A错；选项B中由于没有告知生成物CO和CO2的物质的量之比，因此无法计算反应放出的热量，B错；C项石墨与CO2反应是吸热反应，C错。

[易错易混]

（1）若化学反应逆向进行，其反应热数值相等，符号相反。

如：

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

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

（2）同一化学反应，化学计量数（可以是整数，也可以是分数）不同，ΔH不同；化学计量数扩倍，ΔH也相应地扩倍。

如：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）ΔH＝－285.8kJ·mol－1

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

（3）ΔH与反应的“可逆性”。

可逆反应的ΔH表示反应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。

但实际上1molN2（g）和3molH2（g）充分反应，不可能生成2molNH3（g），故实际反应放出的热量小于92.4kJ。

（4）对于中和热、燃烧热，用文字描述时不带负号，但其焓变（ΔH）还是为负值；另外，在关于反应热的文字描述中必须带上“＋”或“－”。

[真题验收]

1．（2015·北京高考）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：

选C　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。

2.（2016·海南高考改编）由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。

下列说法正确的是（　　）

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

解析：

选C　A项，由X→Y反应的ΔH＝E3－E2，错误；B项，由图像可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即由X→Z反应的ΔH＜0，错误；C项，根据化学反应2X（g）===3Y（g），该反应是气体体积增加的可逆反应，降低压强，平衡正向移动，有利于提高Y的产率，正确；D项，由B分析可知，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，Z的产率降低，错误。

3．

（1）（2016·海南高考）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________。

（2）（2015·海南高考）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1.8g水，则放出的热量约为________。

解析：

（1）燃烧热指的是燃烧1mol可燃物生成稳定的氧化物所放出的热量。

燃烧1kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104kJ，燃烧1mol油酸甘油酯释放出热量为

×3.8×104kJ＝3.36×104kJ≈3.4×104kJ，则得油酸甘油酯的燃烧热ΔH＝－3.4×104kJ·mol－1。

（2）1.8g水的物质的量为0.1mol，丙烷的分子式是C3H8，1mol丙烷完全燃烧会产生4mol水，丙烷完全燃烧产生1.8g水，燃烧的丙烷的物质的量为

mol，所以反应放出的热量为

×2215kJ＝55.375kJ。

答案：

（1）－3.4×104kJ·mol－1　

（2）55.375Kj

考点二　热化学方程式

1．概念

表示参加反应的物质的量和反应热关系的化学方程式。

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1.01×105Pa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．书写步骤

[拓展归纳]

（1）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－1，即CO的燃烧热ΔH＝－283.0kJ·mol－1。

（2）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－1，弱酸、弱碱电离时吸热，放出的热量小于57.3kJ，NaOH固体溶解或浓硫酸稀释时放热，放出的热量大于57.3kJ，若反应过程中还有其他物质生成（如生成不溶性物质或难电离的其他物质等），则此反应的反应热就不是中和热。

[题点全练]

题点

（一）　热化学方程式的正误判断

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。

2．一定条件下，化学反应2H2＋O2===2H2O的能量变化如图所示，则反应的热化学方程式可表示为（　　）

A．H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝（a＋b）kJ·mol－1

B．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝2（b－a）kJ·mol－1

C．H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝（b＋c－a）kJ·mol－1

D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝2（a－b－c）kJ·mol－1

解析：

选D　反应热等于反应物总能量减去生成物总能量，根据图像可知H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝（a－b）kJ·mol－1，H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝（a－b－c）kJ·mol－1，所以有2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝2（a－b）kJ·mol－1或2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝2（a－b－c）kJ·mol－1。

[规律方法]　判断热化学方程式的“5审法”

题点

（二）　热化学方程式的书写

3．

（1）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为___________________________________________。

（2）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______________________________________________。

（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

________________________________________________________________________。

（4）下图是1molNO2和1molCO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：

（1）1molCH4完全燃烧需要2molO2生成1molCO2和2mol液态H2O，故热化学方程式为CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890.3kJ·mol－1。

（2）1mol乙硼烷在氧气中燃烧放出的热量为649.5kJ×

＝2165kJ，则其热化学方程式为B2H6（g）＋3O2（g）===B2O3（s）＋3H2O（l）　ΔH＝－2165kJ·mol－1。

（3）由题意可知生成n（CO2）＝n（CaCO3）＝

＝1mol，则由原子守恒可知，需要乙醇的物质的量为

mol，故热化学方程式为C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－（2×Q）＝－2QkJ·mol－1。

（4）由图可知其热化学方程式为NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g）　ΔH＝E1－E2＝134kJ·mol－1－368kJ·mol－1＝－234kJ·mol－1。

答案：

（1）CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－890.3kJ·mol－1

（2）B2H6（g）＋3O2（g）===B2O3（s）＋3H2O（l）

ΔH＝－2165kJ·mol－1

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

（4）NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g）　ΔH＝－234kJ·mol－1

4．依据事实写出下列反应的热化学方程式。

（1）1g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2，需要吸收10.94kJ热量，此反应的热化学方程式为_____________________________________________________________________。

（2）已知2.0g燃料肼（N2H4）气体完全燃烧生成N2和水蒸气时，放出33.4kJ的热量，则表示肼燃烧的热化学方程式为_____________________________________。

（3）2molAl（s）与适量O2（g）反应生成Al2O3（s），放出1669.8kJ的热量。

此反应的热化学方程式为_________________________________________________________。

（4）2.3g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃，恰好完全燃烧，生成2.7g液态水和2.24LCO2（标准状况）并放出68.35kJ的热量。

写出此反应的热化学方程式：

______________________________________________________。

解析：

（1）1g

碳与适量水蒸气反应生成CO和H2，需吸收10.94kJ热量，则碳与水蒸气反应的热化学方程式为C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH＝＋131.28kJ·mol－1。

（2）2.0g

肼气体在氧气中完全燃烧生成氮气和水蒸气时放出33.4kJ热量，则表示肼燃烧的热化学方程式为N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－534.4kJ·mol－1。

（3）2molAl（s）与适量O2（g）反应生成Al2O3（s），放出1669.8kJ的热量，则此反应的热化学方程式为4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）　ΔH＝－1669.8kJ·mol－1×2＝－3339.6kJ·mol－1。

（4）通过燃烧的产物可知该有机物中肯定含有碳元素和氢元素，可能含有氧元素。

n（H2O）＝

＝0.15mol，n（H）＝0.3mol，m（H）＝0.3g，n（CO2）＝

＝0.1mol，n（C）＝0.1mol，m（C）＝1.2g，则碳元素和氢元素的质量之和是0.3g＋1.2g＝1.5g<2.3g，故该有机物中还含有氧元素，氧元素的质量是2.3g－1.5g＝0.8g，n（O）＝0.05mol，从而可确定该有机物的分子式为C2H6O，该液态有机物为C2H5OH（l），故该反应的热化学方程式为C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－1367kJ·mol－1。

答案：

（1）C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH＝＋131.28kJ·mol－1

（2）N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－534.4kJ·mol－1

（3）4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）　ΔH＝－3339.6kJ·mol－1

（4）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－1367kJ·mol－1

[真题验收]

1．（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的氧气的反应热是ΔH＝＋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。

2．写出下列反应的热化学方程式。

（1）（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_____________________________________________________。

（2）（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：

________________________________________________________________________。

（3）（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_____________________________________________________________。

（4）（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___________________________________________________。

（5）（2014·福建高考）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。

B―→A＋C反应的热化学方程式为___________________________