版步步高高三化学一轮复习 第20讲化学能与热能.docx

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版步步高高三化学一轮复习第20讲化学能与热能

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、热化学方程式

1．反应热（焓变）

（1）定义：

在恒压条件下进行的反应的热效应。

符号：

ΔH。

单位：

kJ·mol－1或kJ/mol。

（2）表示方法

吸热反应：

ΔH>0；放热反应：

ΔH<0。

（3）产生原因

化学反应过程中旧键断裂吸收的能量与新键形成放出的能量不相等，故化学反应均伴随着能量变化。

（4）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；⑥铝热反应等。

吸热反应：

①大多数分解反应；②盐的水解；③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应等。

2．反应热的本质

图示

a、b、c表示的意义

微观

宏观

a表示断裂旧化学键吸收的能量；b表示形成新化学键放出的能量；c表示反应热

a表示活化能；b表示活化分子结合成生成物所释放的能量；c表示反应热

3.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）热化学方程式的书写要求

①注明反应的温度和压强（25℃、101kPa下进行的反应可不注明）。

②注明反应物和生成物的状态：

固态（s）、液态（l）、水溶液（aq）、气态（g）。

③热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的物质的量，而不表示分子个数（或原子个数），因此可以写成分数。

④热化学方程式中不用“↑”和“↓”。

⑤热化学方程式能反映出该反应已完成的数量。

由于ΔH与反应物的物质的量有关，所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。

当反应向逆反应方向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。

（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）活化能越大，表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越高（√）

（5）吸热反应中，反应物化学键断裂吸收的总能量高于生成物形成化学键放出的总能量（√）

（6）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（×）

解析　焓变与反应条件无关。

（7）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（√）

如图表示某反应的能量变化，按要求回答下列问题：

（1）该反应是________（填“放热”或“吸热”）反应。

（2）该反应的ΔH＝________________。

（3）使用催化剂________（填“能”或“不能”）影响该反应的反应热。

（4）逆反应的活化能可表示为________。

答案　

（1）放热　

（2）E2－E1　（3）不能　（4）E3－E2

题组一　依据图形，理清活化能与焓变的关系

1．（2018·六安模拟）某反应的反应过程中能量变化如图所示（图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能）。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．该反应为放热反应

B．催化剂能改变该反应的焓变

C．催化剂能降低该反应的活化能

D．逆反应的活化能大于正反应的活化能

答案　C

解析　由题图可以看出，反应物的总能量低于生成物的总能量，故该反应为吸热反应，A项错误；催化剂不能改变反应的焓变，B项错误；由图像可以看出，催化剂能降低该反应的活化能，C项正确；由图像可以看出E1＞E2，即逆反应的活化能小于正反应的活化能，D项错误。

2．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。

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　依据键能计算焓变

3．（2017·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．557C．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。

4．[2015·全国卷Ⅰ，28（3）]已知反应2HI（g）===H2（g）＋I2（g）　ΔH＝＋11kJ·mol－1,1molH2（g）、1molI2（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为____________kJ。

答案　299

解析　形成1molH2（g）和1molI2（g）共放出436kJ＋151kJ＝587kJ能量，设断裂2molHI（g）中化学键吸收2akJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299kJ。

[另解：

ΔH＝2E（H—I）－E（H—H）－E（I—I），2E（H—I）＝ΔH＋E（H—H）＋E（I—I）＝11kJ·mol－1＋436kJ·mol－1＋151kJ·mol－1＝598kJ·mol－1，则E（H—I）＝299kJ·mol－1]

（1）计算公式：

ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。

（2）根据键能计算反应热的关键是正确找出反应物和生成物所含共价键的数目，如H2O分子中含有2个H—O共价键，NH3分子中含有3个N—H共价键等。

要注意晶体结构中化学键的情况，常见的有1molP4含有6molP—P键，1mol晶体硅含有2molSi—Si键，1mol石墨晶体中含有1.5molC—C键，1mol金刚石含有2molC—C键，1molSiO2含有4molSi—O键等。

题组三　书写热化学方程式

5．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。

6．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

7．写出下列反应的热化学方程式

（1）一定量N2（g）与一定量H2（g）在一定条件下反应生成2molNH3（g），放出92.2kJ热量。

________________________________________________________________________。

（2）14gN2（g）与适量的O2（g）在一定条件下反应生成NO（g），吸收34kJ热量。

________________________________________________________________________。

（3）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_____________________________

________________________________________________________________________。

（4）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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）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__________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）ΔH＝－92.2kJ·mol－1

（2）N2（g）＋O2（g）===2NO（g）ΔH＝＋68kJ·mol－1

（3）SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）ΔH＝－1427.2kJ·mol－1

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

（5）4CuCl（s）＋O2（g）===2CuCl2（s）＋2CuO（s）ΔH＝－177.6kJ·mol－1

书写热化学方程式要“五查”

（1）查热化学方程式是否配平。

（2）查各物质的聚集状态是否正确。

（3）查ΔH的“＋”“－”符号是否正确。

（4）查反应热的单位是否为kJ·mol－1。

（5）查反应热的数值与化学计量数是否对应。

考点二　燃烧热、中和热、能源

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。

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）实验装置

（2）实验说明

①中和热的测定实验中，NaOH溶液的浓度稍大于盐酸的浓度是确保HCl反应完全。

若采用的酸、碱浓度相等，可采用碱体积稍过量的方法达到这个目的。

②中和热的计算公式

ΔH＝－

kJ·mol－1

③实验中若用弱酸（或弱碱）代替强酸（或强碱），因弱酸（或弱碱）电离出H＋（或OH－）需要吸收热量，故测定的中和热的数值小于57.3kJ·mol－1；若用浓硫酸与强碱反应测定反应热，因浓硫酸稀释要放热，故测定的反应热的数值大于57.3kJ·mol－1。

（3）误差分析

①分析的依据

看实验中有哪些因素能造成（t终－t始）出现误差。

若（t终－t始）偏大，则|ΔH|偏大；若（t终－t始）偏小，则|ΔH|偏小。

②误差分析实例

50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液反应的误差分析：

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

4.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。

1．

（1）S（s）＋

O2（g）===SO3（g）　ΔH＝－315kJ·mol－1（燃烧热）　（ΔH的数值正确）（　　）

（2）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（　　）

（3）葡萄糖的燃烧热是2800kJ·mol－1，则

C6H12O6（s）＋3O2（g）===3CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－1400kJ·mol－1（　　）

（4）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（　　）

（5）NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）ΔH＝－57.3kJ·mol－1（中和热）　（ΔH的数值正确）（　　）

（6）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（　　）

（7）H2（g）的燃烧热是285.8kJ·mol－1，则2H2O（g）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋571.6kJ·mol－1（　　）

（8）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（　　）

（9）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）J·mol－1（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√　（6）×　（7）×　（8）√　（9）×

题组一　对燃烧热、中和热的理解

1．（2017·临川第一中学高三模拟）25℃、101kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3kJ·mol－1，辛烷的燃烧热为5518kJ·mol－1。

下列热化学方程式书写正确的是（　　）

A．2H＋（aq）＋SO

（aq）＋Ba2＋（aq）＋2OH－（aq）===BaSO4（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

B．KOH（aq）＋

H2SO4（aq）===

K2SO4（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

C．C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（g）　ΔH＝－5518kJ·mol－1

D．2C8H18（g）＋25O2（g）===16CO2（g）＋18H2O（l）　ΔH＝－5518kJ·mol－1

答案　B

解析　A项，所列热化学方程式中有两个错误，一是中和热是指反应生成1molH2O（l）时的反应热，二是当有BaSO4沉淀生成时，反应放出的热量会增加，生成1molH2O（l）时放出的热量大于57.3kJ，错误；B项正确；C项，燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所产生的热量，产物中的水应为液态水，错误；D项，当2mol辛烷完全燃烧时，产生的热量为11036kJ，且辛烷应为液态，错误。

（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可不带“－”号。

如：

某物质的燃烧热为ΔH＝－QkJ·mol－1或QkJ·mol－1。

（3）

题组二　中和反应反应热的测定

2．（2018·柳州调研）在测定中和热的实验中，下列说法正确的是（　　）

A．使用环形玻璃搅拌棒是为了加快反应速率，减小实验误差

B．为了准确测定反应混合溶液的温度，实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触

C．用0.5mol·L－1NaOH溶液分别与0.5mol·L－1的盐酸、醋酸溶液反应，如所取的溶液体积相等，则测得的中和热数值相同

D．在测定中和热实验中需要使用的仪器有：

容量瓶、量筒、烧杯、温度计、环形玻璃搅拌棒

答案　A

3．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）。

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热，故不能用Ba（OH）2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸。

题组三　反应热大小的比较

4．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____（填“>”“＜”或“＝”，下同）ΔH2。

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　

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。

利用状态，