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第一讲　化学能与热能

[考纲展示]

1．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。

　2.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。

　3.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。

4．了解热化学方程式的含义。

　5.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。

6．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。

考点一　化学反应的热效应

一、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。

二、吸热反应和放热反应

1．反应特点

（1）从能量高低的角度分析

对于吸热反应：

反应物的总能量＝生成物的总能量－吸收的热量；

对于放热反应：

反应物的总能量＝生成物的总能量＋放出的热量。

（2）从化学键的角度分析

2．常见的吸热反应和放热反应

（1）吸热反应：

大多数分解反应、盐的水解反应、Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O（g）反应、C与CO2反应。

（2）放热反应：

大多数化合反应、中和反应、金属与酸的反应、所有的燃烧反应。

1物质的物理变化过程中，也会有能量的变化，其不属于吸热反应或放热反应。

但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。

2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NH4Cl与BaOH2·8H2O在常温常压下即可发生反应，而很多放热反应需要在加热的条件下才能发生反应。

　（2015·高考北京卷）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．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，故该反应为放热反应。

B.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.由图示可以看出，CO和O生成了CO2，CO2分子中C与O形成极性共价键。

D.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

　1.（2014·高考海南卷）（双选）某反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．反应过程a有催化剂参与

B．该反应为放热反应，热效应等于ΔH

C．改变催化剂，可改变该反应的活化能

D．有催化剂条件下，反应的活化能等于E1＋E2

解析：

选BC。

解答本题，首先应该会看图像，清楚图像的横坐标、纵坐标表示的含义。

然后看清反应物与生成物的相对能量的多少及反应热、活化能的含义。

最后根据各个选项的问题逐一解答。

A.由图示可知反应过程a需要的活化能较高，这是没有催化剂参与的过程，错误；B.由于反应物的能量高于生成物的能量，多余的能量就以热能的形式释放出来，所以该反应为放热反应，热效应等于反应物与生成物能量的差值ΔH，正确；C.加入催化剂，改变了反应途径，降低了反应的活化能，正确；D.在有催化剂条件下整个反应的活化能为E1，错误。

题组一　放热反应和吸热反应

1．（教材改编）判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（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）伴有能量变化的物质变化都是化学变化。

（　　）

（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）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。

（3）物质在三态变化中涉及能量变化，但不属于化学变化。

（4）该过程是物理变化过程，其能量变化不能称为反应热。

（5）该过程中没有物质生成，不属于化学反应。

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×

2．已知：

H2（g）＋F2（g）===2HF（g）　ΔH＝－270kJ/mol，下列说法正确的是（　　）

A．氟化氢气体分解生成氢气和氟气的反应是放热反应

B．1molH2与1molF2反应生成2mol液态HF放出的热量小于270kJ

C．在相同条件下，1molH2与1molF2的能量总和大于2molHF气体的能量

D．该反应中的能量变化可用上图来表示

解析：

选C。

由热化学方程式可知ΔH<0，H2和F2反应生成HF（g），该反应是放热反应，则HF（g）分解生成H2和F2的反应为吸热反应。

HF（g）转变为HF（l）放热，则1molH2与1molF2反应生成2molHF（l），放出的热量大于270kJ。

该反应为放热反应，则反应物的总能量高于生成物的总能量，C正确。

D项图中1molH2和1molF2的能量应高于2molHF气体的能量。

题组二　反应热的大小比较

3．试比较下列三组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）。

（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。

（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。

解析：

比较ΔH时一定要注意“＋”、“－”符号。

（1）因为C（g）===C（l）　ΔH3<0，则ΔH3＝ΔH2－ΔH1，所以ΔH2<ΔH1。

（2）由

（g）可知ΔH1<ΔH2。

（3）根据常识可知CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH3<0，则ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，所以ΔH2>ΔH1。

答案：

（1）>　

（2）<　（3）<

4．下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH前者大于后者的是（　　）

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH2

②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH3

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH4

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH5

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH6

④CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH7

CaO（s）＋H2O（l）===Ca（OH）2（s）　ΔH8

A．①B.④

C．②③④D.①②③

解析：

选C。

①中CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）放出的热量较少，故ΔH1＜ΔH2；②由水蒸气转变为液态水是放热过程，故ΔH3＞ΔH4；③2molH2比1molH2燃烧放出的热量多，故ΔH5＞ΔH6；④前者是吸热反应ΔH7＞0，后者是放热反应ΔH8＜0，故ΔH7＞ΔH8。

比较反应热大小的四个注意要点

（1）反应物和生成物的状态

物质的气、液、固三态的变化与反应热的关系

（2）ΔH的符号：

比较反应热的大小时，不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号。

（3）参加反应物质的量：

当反应物和生成物的状态相同时，参加反应物质的量越多，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。

（4）反应的程度：

参加反应物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。

考点二　热化学方程式的书写

一、热化学方程式的概念

表示参加化学反应的物质的物质的量和反应热的关系的化学方程式。

二、热化学方程式的意义

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25℃，101kPa时，2_mol氢气和1_mol氧气反应生成2_mol液态水时放出571.6_kJ的热量。

三、热化学方程式的书写

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

物质所处的状态不同，ΔH值不同。

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应包括符号（放热反应为“－”，吸热反应为“＋”）、数字和单位（kJ/mol）。

4．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。

5．与普通化学方程式的区别

一般不标注“↑”、“↓”以及反应条件，如“点燃”、“加热”等。

ΔH与反应的“可逆性”

可逆反应的ΔH表示反应完全时的热量变化，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。

　（2014·高考海南卷）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、463kJ/mol和495kJ/mol。

下列热化学方程式正确的是（　　）

A．H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝－485kJ/mol

B．H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝＋485kJ/mol

C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝＋485kJ/mol

D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－485kJ/mol

[解析]　我们使用的能量大多来自化学反应释放的能量。

化学能通常转化为热能。

盖斯定律是化学学习的一个重要的理论。

任何化学反应发生都是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。

断裂化学键吸热，形成化学键放热。

反应热就是断裂化学键吸收的热量与形成化学键释放的热量的差值。

物质在反应过程中反应热既与物质的状态有关，也与物质的多少有关。

1mol的气态水分解产生1mol的氢气和1/2mol的氧气的能量变化是2mol×463kJ/mol－436kJ/mol×1mol－1/2mol×495kJ/mol＝242.5kJ，因此热化学方程式为H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝＋242.5kJ/mol，A、B错误；若是2mol的气态水分解产生2mol的氢气和1mol的氧气的能量变化是＋242.5kJ/mol×2mol＝＋485kJ，物质分解吸收的热量与产物燃烧放出的热量数值相等，符号相反，即氢气燃烧的热化学方程式是2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－485kJ/mol，C错误，D正确。

[答案]　D

—判断热化学方程式正误的“五审”

　2.（2013·高考北京卷节选）NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。

汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，其能量变化示意图如下：

写出该反应的热化学方程式：

__________________________________________。

解析：

由题干信息可知：

N2（g）===2N（g）　ΔH1＝＋945kJ·mol－1，O2（g）===2O（g）　ΔH2＝＋498kJ·mol－1,2N（g）＋2O（g）===2NO（g）　ΔH3＝－1260kJ·mol－1，根据盖斯定律可得：

N2（g）＋O2（g）===2NO（g）　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝＋183kJ·mol－1。

答案：

N2（g）＋O2（g）===2NO（g）　ΔH＝＋183kJ·mol－1

题组一　热化学方程式的正误判断

1．（2015·福建泉州质检）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

解析：

选B。

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）产物的稳定状态，H2O为液态，C的稳定氧化物为CO2；

（2）单位是kJ·mol－1，不是kJ；（3）数值，ΔH的数值要与方程式中化学计量数保持一致；（4）符号，吸热为“＋”，放热为“－”。

仅②④符合要求。

2．（2015·辽宁大连高三质检）下列有关热化学方程式及其叙述正确的是（　　）

A．氢气的燃烧热为285.5kJ·mol－1，则水分解的热化学方程式为2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋285.5kJ·mol－1

B．已知2C（石墨，s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221kJ·mol－1，则石墨的燃烧热为110.5kJ·mol－1

C．已知N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，则在一定条件下将1molN2和3molH2置于一密闭容器中充分反应后最多可放出92.4kJ的热量

D．已知乙醇和乙烯的燃烧热分别为1366.8kJ·mol－1和1411.0kJ·mol－1，则乙烯水化制乙醇的热化学方程式为C2H4（g）＋H2O（l）===C2H5OH（l）　ΔH＝－44.2kJ·mol－1

解析：

选D。

燃烧热是指1mol可燃物燃烧时生成稳定的氧化物所放出的热量，所以当1mol水分解时才吸热285.5kJ，A项错；CO不是稳定氧化物，B项错；合成氨是可逆反应，提供的反应物不会全部反应，放出的热量小于92.4kJ，C项错；根据盖斯定律，将表达乙烯燃烧热的热化学方程式和表达乙醇燃烧热的热化学方程式相减可得D项热化学方程式。

题组二　热化学方程式的书写

3．（教材改编）

（1）1molCO气体完全燃烧生成CO2气体，放出283kJ的热量，其热化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）1gH2气体完全燃烧生成液态水放出143kJ热量，其热化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

注意ΔH数值与化学计量数要对应，把题给数据换算成所需数值。

答案：

（1）CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH＝－283kJ·mol－1

（2）H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH＝－286kJ·mol－1

4．

（1）H2S的燃烧热ΔH＝－akJ/mol，写出H2S燃烧反应的热化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。

已知：

①N2（g）＋2O2（g）===N2O4（l）

ΔH1＝－19.5kJ/mol

②N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）

ΔH2＝－534.2kJ/mol

写出肼和N2O4反应的热化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）燃烧热指1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量，故可写出H2S燃烧的热化学方程式。

（2）根据盖斯定律，可知②×2－①即可得到所求热化学方程式中的ΔH＝2ΔH2－ΔH1。

答案：

（1）H2S（g）＋

O2（g）===SO2（g）＋H2O（l）ΔH＝－akJ/mol

（2）2N2H4（l）＋N2O4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）ΔH＝－1048.9kJ/mol

在热化学方程式的书写和判断正误时，常见失误点有：

（1）忽视ΔH的正负。

（2）忽视ΔH的数值与化学计量数有关。

化学计量数发生变化时，ΔH的数值要相应变化。

（3）忽视物质的状态不同ΔH的数值也不同。

考点三　燃烧热、中和热及能源

一、燃烧热

注意：

“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。

二、中和热

注意：

（1）必须是强酸和强碱的稀溶液反应。

（2）产物是1molH2O（l）。

用离子方程式可表示为OH－（aq）＋H＋（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ/mol。

三、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＝－

kJ/mol，t1——起始温度，t2——终止温度。

3．实验中的注意事项

（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。

四、能源

1在书写表示燃烧热的热化学方程式时，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：

H2g＋\f（1,2）O2g===H2Ol　ΔH＝－286kJ·mol－1，即H2的燃烧热ΔH＝－286kJ·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，为57.3kJ·mol－1，弱酸和弱碱电离时吸热，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。

　（2015·高考海南卷）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（　　）

A．55kJ　　　　　　　　B．220kJ

C．550kJD．1108kJ

[解析]　丙烷分子式是C3H8,1mol丙烷燃烧会产生4mol水，则丙烷完全燃烧产生1.8g水时消耗丙烷的物质的量是n（C3H8）＝

（m÷M）＝

（1.8g÷18g·mol－1）＝0.025mol，所以反应放出的热量是Q＝2215kJ·mol－1×0.025mol＝55.375kJ，因此所求数值与选项A接近。

故答案选A。

[答案]　A

—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。

　3.（2015·安徽池州模拟）下列关于热化学反应的描述中正确的是（　　）

A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

则H2SO4和Ca（OH）2反应的中和热ΔH＝2×（－57.3）kJ·mol－1

B．CO（g）的燃烧热是283.0kJ·mol－1，则2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）反应的ΔH＝＋（2×283.0）kJ·mol－1

C．1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热

D．稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水，放出57.3kJ热量

解析：

选B。

中和热是以生成1molH2O作为标准的，因此A不正确；燃烧热是指1mol燃料完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量，因此B正确，C不正确；稀醋酸是弱酸，电离过程需要吸热，放出的热量要小于57.3kJ，D不正确。

题组一　燃烧热、中和热的含义及辨析

1．（教材改编）判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）甲烷的燃烧热ΔH＝－890.3kJ/mol，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－890.3kJ/mol。

（　　）

（2）在稀溶液中：

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ/mol，若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热量大于57.3kJ。

（　　）

解析：

（1）燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时的反应热，甲烷燃烧生成的稳定的氧化物应是二氧化碳气体和液态水。

（2）浓硫酸在稀释时还要放出一部分热量。

答案：

（1）×　

（2）√

2．（2015·湖南郴州四校联考）已知反应：

①25℃、101kPa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＝－（2×57.3）kJ/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。

由2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221kJ/mol知1mol碳燃烧生成CO放热110.5kJ，则生成CO2放热大于110.5kJ，则燃烧热对应的ΔH<－110.5kJ/mol，故A正确；①的反应热ΔH应为－221kJ/mol，B错；中和热是指生成1mol水时的对应热量，故仍为ΔH＝－57.3kJ/mol，C错；醋酸电离吸热，故用醋酸与NaOH反应生成1molH2O，放热小于57.3kJ，D错。

题组二　对能源的认识

3．能源分类相关图如下图所示，下列