第1讲 化学能与热能.docx

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第1讲化学能与热能

第1讲　化学能与热能

[考纲要求]　1.能说明化学反应中能量转化的主要原因，知道化学变化中常见的能量转化形式。

2.了解化学能与热能的相互转化及其应用，了解吸热反应、放热反应、反应热（焓变）等概念。

3.能正确书写热化学方程式，能根据盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

4.了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性，认识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

判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（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）√

解析　（5）（6）是物理变化过程，其能量变化不能称为反应热。

（7）焓变与反应条件无关。

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A＋BC―→A…B…C―→AB＋C

（反应物）（过渡态）（生成物）

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

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．正反应活化能不小于100kJ·mol－1

D．正反应活化能比逆反应活化能大100kJ·mol－1

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，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

3．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（g）

H—H

H—O

1mol化学键断裂时需要吸收的能量/kJ

496

x

463

则表中x为（　　）

A．920B．557C．436D．188

4．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______。

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．书写

（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。

深度思考

1．怎样理解可逆反应中的反应热？

答案　无论化学反应是否可逆，热化学方程式中的反应热ΔH都表示反应进行到底（完全转化）时的能量变化。

如2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＝－196.64kJ·mol－1，ΔH是指2molSO2（g）和1molO2（g）完全转化为2molSO3（g）时放出的能量。

若在相同的温度和压强下，向某容器中加入2molSO2（g）和1molO2（g），反应达到平衡时放出的能量为Q，因反应不能完全转化为SO3（g），故Q<196.64kJ。

2．已知2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＝－196.64kJ·mol－1，在一定温度下，向一固定容积的密闭容器中通入2molSO2、1molO2，达到平衡时放出热量为Q1kJ，在同样条件下，向该容器中通入2molSO3，达到平衡时，吸收热量为Q2kJ，则Q1和Q2的关系为______________。

答案　Q1＋Q2＝196.64kJ

3．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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

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：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

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。

题组二　“五”看，快速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，正确的划“√”，错误的划“×”（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），放热为19.3kJ，其热化学方程式为

N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH＝－38.6kJ·mol－1（　　）

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（　　）

A．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝＋890.3kJ·mol－1

B．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－890.3kJ·mol－1

C．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－890.3kJ·mol－1

D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）

ΔH＝－571.6kJ·mol－1

做到“五看”，快速判断

1．看方程式是否配平。

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　两类重要反应热——燃烧热、中和热

1．燃烧热

（1）概念：

在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，叫做该物质的燃烧热。

燃烧热的单位一般用kJ·mol－1表示。

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。

（3）书写热化学方程式：

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：

C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）　ΔH＝－5518kJ·mol－1，即C8H18的燃烧热为5518kJ·mol－1。

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＝

c＝4.18J·g－1·℃－1＝4.18×10－3kJ·g－1·℃－1；n为生成H2O的物质的量。

②装置如图（在横线上填出仪器的名称）

深度思考

1．如上图装置中碎泡沫塑料（或纸条）及泡沫塑料板的作用是什么？

答案　保温、隔热，减少实验过程中热量的损失。

2．在测定中和热时，怎样才能保证反应完全？

答案　使碱或酸稍稍过量。

3．怎样用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液，不能用铜丝搅拌棒代替的理由是什么？

答案　实验时应用环形玻璃搅拌棒上下搅动；因为铜传热快，热量损失大，所以不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒。

4．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．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（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（　　）

　反应热答题规范指导

1．用“焓变（ΔH）”表示反应热时，ΔH>0表示吸热，ΔH<0表示放热，因而，ΔH后所跟数值需要带“＋”、“－”符号。

2．描述反应热时，无论是用“反应热”、“焓变”表示还是用ΔH表示，其后所跟数值需要带“＋”、“－”符号。

3．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。

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________________________________________________________________________。

考点四　有关反应热的比较、计算

深度思考

1．同质量的硫粉在空气中燃烧和在纯氧中燃烧，放出的能量是否相同？

放出的热量哪个多？

为什么？

答案　相同；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。

2．试比较下列各组ΔH的大小。

（1）同一反应，生成物状态不同时

A（g）＋B（g）===C（g）　ΔH1<0

A（g）＋B（g）===C（l）　ΔH2<0

则ΔH1____ΔH2（填“>”、“<”或“＝”，下同）。

答案　>

解析　因为C（g）===C（l）　ΔH3<0

则ΔH3＝ΔH2－ΔH1，ΔH2<ΔH1。

（2）同一反应，反应物状态不同时

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1<0

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2<0

则ΔH1____ΔH2。

答案　<

解析　S（g）

S（s）

SΔH1O2（g）

ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2，又ΔH3<0，所以ΔH1<ΔH2。

（3）两个有联系的不同反应相比

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1<0

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2<0

则ΔH1____ΔH2。

答案　<

解析　根据常识可知CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH3<0，又因为ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，所以ΔH2>ΔH1。

3．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，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）3AlCl（g）＋3CO（g）===Al2O3（s）＋AlCl3（g）＋3C（s）

ΔH＝akJ·mol－1（　　）

（2）AlCl（g）＋CO（g）===

Al2O3（s）＋

AlCl3（g）＋3C（s）

ΔH＝－

akJ·mol－1（　　）

（3）2Al2O3（s）＋2AlCl3（g）＋6C（s）===6AlCl（g）＋6CO（g）

ΔH＝－2akJ·mol－1（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×

题组一　利用盖斯定律书写热化学方程式

1．LiH可作飞船的燃料，已知下列反应：

①2Li（s）＋H2（g）===2LiH（s）　ΔH＝－182kJ·mol－1

②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－572kJ·mol－1

③4Li（s）＋O2（g）===2Li2O（s）　ΔH＝－1196kJ·mol－1

试写出LiH在O2中燃烧的热化学方程式。

题组二　利用盖斯定律计算反应热

2．在25℃、101kPa时，C（s）、H2（g）、CH3COOH（l）的燃烧热分别为393.5kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1、870.3kJ·mol－1，则2C（s）＋2H2（g）＋O2（g）===CH3COOH（l）的反应热为

A．－488.3kJ·mol－1B．＋488.3kJ·mol－1

C．－191kJ·mol－1D．＋191kJ·mol－1

题组三　利用盖斯定律定性判断ΔH间的关系

3．（2013·新课标全国卷Ⅱ，12）在1200℃时，天然气脱硫工艺中会发生下列反应：

H2S（g）＋

O2（g）===SO2（g）＋H2O（g）　ΔH1

2H2S（g）＋SO2（g）===

S2（g）＋2H2O（g）　ΔH2

H2S（g）＋

O2（g）===S（g）＋H2O（g）　ΔH3

2S（g）===S2（g）　ΔH4

则ΔH4的正确表达式为（　　）

A．ΔH4＝

（ΔH1＋ΔH2－3ΔH3）B．ΔH4＝

（3ΔH3－ΔH1－ΔH2）

C．ΔH4＝

（ΔH1＋ΔH2－3ΔH3）D．ΔH4＝

（ΔH1－ΔH2－3ΔH3）

　利用盖斯定律书写热化学方程式

特别提醒：

通过热化学方程式变形时，利用“加法”不容易出错。

考点五　能源

深度思考

判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）太阳能是清洁能源（　　）

（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）农村用沼气池产生的沼气作燃料属于生物质能的利用（　　）

（4）人类利用的能源都是通过化学反应获得的（　　）

（5）随着科技的发展，氢气将成为主要能源之一（　　）

（6）食用植物体内的淀粉、蛋白质等属于直接利用能源（　　）

（7）粮食作物是制乙醇燃料的重要原料（　　）

（8）化石燃料属于可再生能源，不影响可持续发展（　　）

（9）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（　　）

（10）开发太阳能、水能、风能、可燃冰等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料（　　）

（11）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）√　（8）×　（9）√　（10）√　（11）√

题组一　正确理解能源的种类

1．能源分类相关图如下图所示，下列四组选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（　　）

A．煤炭、石油、沼气

B．水能、生物能、天然气

C．太阳能、风能、潮汐能

D．地热能、海洋能、核能

2．能源问题是现代社