届二轮复习化学能与热能学案全国通用.docx

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届二轮复习化学能与热能学案全国通用

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（ΔH）与反应热的含义；了解ΔH＝H（生成物）－H（反应物）表达式的含义。

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。

[学科素养]1.变化观念与平衡思想：

认识化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂和新化学键形成时的能量变化不同造成的，能从宏观和微观的不同角度分析化学反应中的能量变化，解决热化学的有关问题。

2.科学探究与创新意识：

能发现和提出有探究价值的燃烧热、中和热测定等热化学问题，确定探究目的，设计探究方案，进行实验探究，并能根据实际情况改进实验装置，面对“异常”现象敢于提出自己的见解。

3.科学精神与社会责任：

具有可持续发展意识和绿色化学观念，能合理利用常规能源，开发利用新能源和环保、清洁能源，能对与热化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。

[网络构建]

[核心强化]

1．化学反应中能量变化的“3个关键”（如图所示）

（1）E1表示正反应的活化能，即从反应物至最高点的能量数值；

（2）E2表示逆反应的活化能，即最高点至生成物的能量数值；

（3）ΔH＝E1－E2，即反应的焓变。

2．书写热化学方程式要注意“4个方面”

（1）注意ΔH的符号、单位和数值；

（2）注意热化学方程式中的化学计量数；

（3）注意物质的聚集状态；

（4）注意表达燃烧热（1mol可燃物）和中和热（生成1molH2O）的量。

3．反应热计算的“3种方法”

（1）根据“两”公式计算反应热

①ΔH＝E（生成物的总能量）－E（反应物的总能量）；

②ΔH＝E（反应物的键能之和）－E（生成物的键能之和）。

（2）根据盖斯定律计算反应热

若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变可通过这几个化学反应焓变的加减而得到。

表示方法：

，ΔH＝ΔH1＋ΔH2。

（3）根据热化学方程式计算反应热

焓变与反应物的物质的量成正比。

考点一　反应热与焓变

A．反应总过程ΔH<0

B．Fe＋使反应的活化能减小

C．FeO＋也是该反应的催化剂

D．Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两步反应均为放热反应

[解析]　A项，反应的总过程为N2O＋CO===N2＋CO2，从图中可知反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，ΔH<0，正确；B项，由Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两反应可知，Fe＋为反应的催化剂，能降低反应的活化能，正确；C项，从反应过程可知，FeO＋是中间产物，不是反应的催化剂，不正确；D项，Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两反应中，反应物的总能量均高于生成物的总能量，均为放热反应，正确。

[答案]　C

能量变化图象题是近年高考中出现的热点题型，解决这类题同学们要抓住以下关键点：

（1）反应热不能取决于部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小，即部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小不能决定反应是吸热还是放热。

（2）注意活化能在图示（如图）中的意义。

①从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能，即E1。

②从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能，即E2。

③催化剂只能影响正、逆反应的活化能，而不影响反应的ΔH。

④设计反应热的有关计算时，要切实注意图示中反应物和生成物的物质的量。

[分点突破]

角度一：

结合图象考查反应热

1．由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。

下列说法错误的是（　　）

A．使用催化剂可以降低过渡态的能量

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．反应物的键能总和大于生成物的键能总和

[解析]　A项，催化剂可以降低活化能，即降低过渡态的能量，正确；B项，根据图象可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，正确；C项，根据图象可知，此反应放热139kJ，故热化学方程式为N2O（g）＋NO（g）===N2（g）＋NO2（g）　ΔH＝－139kJ·mol－1，正确；D项，ΔH<0，反应物的键能总和小于生成物的键能总和，错误。

[答案]　D

2．反应A＋B―→C分两步进行：

①A＋B―→X，②X―→C，反应过程中能量变化如图所示，E1表示反应A＋B―→X的活化能。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．E2表示反应X―→C的活化能

B．X是反应A＋B―→C的催化剂

C．反应A＋B―→C的ΔH＜0

D．加入催化剂可改变反应A＋B―→C的焓变

[解析]　反应X―→C的活化能小于E2，A项错误；由①②可知，X是反应A＋B―→C的中间产物，B项错误；反应物A和B的总能量大于生成物C的总能量，所以反应A＋B―→C是放热反应，即ΔH＜0，C项正确；加入催化剂可以加快反应速率，但反应物和生成物具有的总能量不变，则反应的焓变不改变，D项错误。

[答案]　C

角度二：

两大重要反应热——燃烧热、中和热

3．（2018·湖北枣阳一中考试）下列说法正确的是（　　）

A．已知C2H6的燃烧热为1090kJ·mol－1，则表示C2H6燃烧的热化学方程式为：

C2H6（g）＋O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）　ΔH＝－1090kJ·mol－1

B．已知2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－566kJ·mol－1，则CO的燃烧热ΔH＝－283kJ

C．测定HCl和NaOH反应的中和热时，每次实验均应测量3个温度即盐酸起始温度、NaOH溶液起始温度和反应后终止温度

D．在稀溶液中：

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1molH2O（l）时也放出57.3kJ的热量

[解析]　表示燃烧热的热化学方程式中水为液态，故A项错误；根据燃烧热概念并结合热化学方程式分析可知，CO的燃烧热ΔH＝－283kJ·mol－1，故B项错误；中和热测定过程中，每次实验均应测量3个温度即酸溶液的起始温度、碱溶液的起始温度和反应后终止温度，故C项正确；醋酸是弱酸，存在电离平衡，电离过程中吸热，则稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1molH2O（l）时放出的热量小于57.3kJ，故D项错误。

[答案]　C

4．（2016·海南卷）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（　　）

A．3.8×104kJ·mol－1　　B．－3.8×104kJ·mol－1

C．3.4×104kJ·mol－1D．－3.4×104kJ·mol－1

[答案]　D

反应热与焓变理解“六大误区”

（1）误认为放热反应不需要加热，吸热反应必须加热。

（2）误认为键能越大能量越高，其实键能越大，物质越稳定，能量越低。

（3）误认为反应条件不同时，ΔH也不同。

其实在相同状况下，相同的反应物生成相同的生成物，ΔH相同，而与反应的引发条件无关。

（4）误认为可逆反应的反应热与物质的转化率有关。

其实反应热与转化率无关，反应放出或吸收的能量值与转化率有关。

（5）燃烧热是指101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，并不是1mol可燃物燃烧时放出的热量。

（6）中和热不是指1mol酸与1mol碱中和时的热效应，而是指中和反应“生成1molH2O（l）”的热效应。

角度三：

依据键能计算反应热

5．拆开1mol化学键所需能量称为键能。

已知：

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

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－220kJ·mol－1

H—H、O===O和O—H键的键能分别为436kJ·mol－1、496kJ·mol－1和462kJ·mol－1，则a为（　　）

A．－332B．－118

C．＋350D．＋130

[答案]　D

[解析]　ΔH＝[（3×612＋5×348＋5×412）]－[（3×612＋4×348＋612＋3×412＋436）]kJ·mol－1＝＋124kJ·mol－1。

[答案]　＋124

利用键能计算反应的两个关键点

（1）公式：

ΔH＝反应物总键能－生成物总键能。

（2）弄清常考物质中所含共价键的数目

①原子晶体：

1mol金刚石中含2molC—C键，1mol硅中含2molSi—Si键，1molSiO2晶体中含4molSi—O键；②分子晶体：

1molP4中含有6molP—P键，1molP4O10（即五氧化二磷）中，含有12molP—O键、4molP===O键，1molC2H6中含有6molC—H键和1molC—C键。

考点二　热化学方程式的书写

[解析]

（1）①沸腾炉中的反应为TiO2（s）＋2C（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（g）＋2CO（g），根据盖斯定律，两式相加可得。

②分析图象可知，升高温度，CO的物质的量增多，CO2的物质的量减少，所以该反应为吸热反应。

（2）单质Si和Cl2发生化合反应生成Si的最高价化合物即SiCl4，根据熔、沸点可判断常温下SiCl4为液体，根据题意可写出热化学方程式为Si（s）＋2Cl2（g）===SiCl4（l）　ΔH＝－687kJ/mol。

[答案]　

（1）①TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（g）＋2CO（g）　ΔH＝－45.5kJ·mol－1

②>　随温度升高，CO含量增大，说明生成CO的反应是吸热反应

（2）Si（s）＋2Cl2（g）===SiCl4（l）　ΔH＝－687kJ·mol－1

热化学方程式的书写步骤

[分点突破]

角度一：

根据反应热书写热化学方程式

1．根据信息，写出下列反应的热化学方程式。

（1）NaBH4（s）与H2O（l）反应生成NaBO2（s）和H2（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为____________________________________________________

_________________________________________________________。

（2）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________________________________。

（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_____________________________________________

__________________________________________________________。

[答案]　

（1）NaBH4（s）＋2H2O（l）===NaBO2（s）＋4H2（g）　ΔH＝－216.0kJ·mol－1

（2）AX3（l）＋X2（g）===AX5（s）　ΔH＝－123.8kJ·mol－1

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

角度二：

利用盖斯定律书写热化学方程式

2．（2017·全国卷Ⅰ）下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为________________________、________________________________，制得等量H2所需能量较少的是________。

[解析]　系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）都是吸热反应，从热化学方程式可以看出，系统（Ⅱ）制备1molH2需要消耗20kJ能量，而系统（Ⅰ）制备1molH2需要消耗286kJ能量，故系统（Ⅱ）消耗的能量较少。

[答案]　H2O（l）===H2（g）＋O2（g）　ΔH＝286kJ·mol－1　H2S（g）===H2（g）＋S（s）　ΔH＝20kJ·mol－1　系统（Ⅱ）

3．按要求写出下列反应的热化学方程式。

（1）以CO2和NH3为原料可合成尿素[CO（NH2）2]。

已知：

①2NH3（g）＋CO2（g）===NH2COONH4（s）

ΔH1＝－159.47kJ·mol－1

②NH2COONH4（s）===CO（NH2）2（s）＋H2O（g）

ΔH2＝＋116.49kJ·mol－1

③H2O（l）===H2O（g）　ΔH3＝＋44.0kJ·mol－1

则NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式为___________________________________________________________

__________________________________________________________。

（2）已知25℃、101kPa时：

①2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH1＝－197kJ·mol－1

②H2O（g）===H2O（l）　ΔH2＝－44kJ·mol－1

③2SO2（g）＋O2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）　ΔH3＝－545kJ·mol－1

则SO3（g）与H2O（l）反应的热化学方程式为

__________________________________________________________。

（3）工业上利用甲烷催化还原NOx可减少氮氧化物的排放。

已知：

①CH4（g）＋4NO2（g）===4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝－574kJ·mol－1

②CH4（g）＋4NO（g）===2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH2＝－1160kJ·mol－1

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为________________

__________________________________________________________。

（4）通常人们把拆开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。

已知：

化学键

H—H

H—Cl

Cl—Cl

键能/（kJ·mol－1）

436

431

242

工业上通过氢气在氯气中充分燃烧制取HCl气体，该反应的热化学方程式为_____________________________________________。

[解析]　

（1）依据盖斯定律，由①＋②－③得到2NH3（g）＋CO2（g）===CO（NH2）2（s）＋H2O（l）　ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3＝（－159.47＋116.49－44）kJ·mol－1＝－86.98kJ·mol－1。

（2）依据盖斯定律，由×（③－①－2×②）得到SO3（g）＋H2O（l）===H2SO4（l）　ΔH＝×（ΔH3－ΔH1－2ΔH2）＝－130kJ·mol－1。

（3）依据盖斯定律，由（①＋②）×得到CH4（g）＋2NO2（g）===N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝×（ΔH1＋ΔH2）＝－867kJ·mol－1。

（4）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，则H2在Cl2中燃烧的反应热＝（436＋242－2×431）kJ·mol－1＝－184kJ·mol－1，所以该反应的热化学方程式为H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－184kJ·mol－1。

[答案]　

（1）2NH3（g）＋CO2（g）===CO（NH2）2（s）＋H2O（l）　ΔH＝－86.98kJ·mol－1

（2）SO3（g）＋H2O（l）===H2SO4（l）　ΔH＝－130kJ·mol－1

（3）CH4（g）＋2NO2（g）===N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－867kJ·mol－1

（4）H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－184kJ·mol－1

利用盖斯定律书写热化学方程式

（1）盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的，即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

（2）在具体的应用过程中，采用以下五个步骤就能快速、准确地解决问题。

具体步骤：

第一步：

写，书写待求的反应方程式。

第二步：

看，看待求的反应方程式中的反应物和生成物在已知方程式中的位置，如果位置相同，即都是反应物或都是生成物，则用加法，即加ΔH；如果位置相反，则用减法，即减ΔH。

第三步：

调，根据待求方程式中的反应物和生成物的系数，观察同一物质前的系数是否一致，若不一致，则在相应的物质前乘或除以一定数字，将其系数调整与待求的方程式中的反应物和生成物的系数一致。

第四步：

查，有时往往会出现一些干扰的方程式，我们最好检验上述分析的正确与否。

第五步：

和，将已知方程式变形后的ΔH相加，计算得出新的ΔH的值。

考点三　反应热的计算与比较

类型一　利用盖斯定律计算反应热

　根据要求回答下列有关反应热的问题：

（1）（2017·全国卷Ⅲ）已知：

As（s）＋H2（g）＋2O2（g）===H3AsO4（s）　ΔH1

H2（g）＋O2（g）===H2O（l）　ΔH2

2As（s）＋O2（g）===As2O5（s）　ΔH3

则反应As2O5（s）＋3H2O（l）===2H3AsO4（s）的ΔH＝________。

（2）（2016·全国卷Ⅱ）①2O2（g）＋N2（g）===N2O4（l）　ΔH1

②N2（g）＋2H2（g）===N2H4（l）　ΔH2

③O2（g）＋2H2（g）===2H2O（g）　ΔH3

④2N2H4（l）＋N2O4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）　ΔH4＝－1048.9kJ·mol－1

上述反应热效应之间的关系式为ΔH4＝____________________，联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为____________________。

（3）（2015·全国卷Ⅱ）甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。

利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

①CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH1

②CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH2

③CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）　ΔH3

已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58kJ·mol－1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。

[思维导图]

[解析]　

（1）将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由①×2－②×3－③可得：

As2O5（s）＋3H2O（l）===2H3AsO4（s）　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。

（2）根据盖斯定律，④＝③×2－②×2－①，故ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1。

联氨与N2O4反应放出大量的热，并产生大量气体，推动火箭运行。

（3）反应①中，生成1molCH3OH（g），需要形成3molC—H键、1molC—O键和1molO—H键，则放出的热量为413kJ×3＋343kJ＋465kJ＝2047kJ，需要断开1molC

O键和2molH—H键，吸收的热量为1076kJ＋436kJ×2＝1948kJ，则该反应为放热反应，ΔH1＝1948kJ·mol－1－2047kJ·mol－1＝－99kJ·mol－1；根据盖斯定律，ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－58kJ·mol－1－（－99kJ·mol－1）＝＋41kJ·mol－1。

[答案]　

（1）2ΔH1－3ΔH2－ΔH3

（2）2ΔH3－2ΔH2－ΔH1　反应放热量大、产生大量气体

（3）－99　＋41

根据盖斯定律计算ΔH的步骤和方法

（1）计算步骤

（2）计算方法

[分点突破]

角度：

利用盖斯定律计算反应热

1．燃煤烟气脱硫可用生物质热解气（主要成分：

CO、CH4、H2）将SO2在一定条件下还原为单质硫。

已知：

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－393.5kJ·mol－1

②CO2（g）＋C（s）===2CO（g）　

ΔH2＝＋172.5kJ·mol－1

③S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH3＝－296.0kJ·mol－1

则反应2CO（g）＋SO2（g）===S（s）＋2CO2（g）的ΔH为（　　）

A．＋270kJ·mol－1B．＋862kJ·mol－1

C．－270kJ·mol－1D．－862kJ·mol－1

[解析]　根据盖斯定律，由①－②－③可得，2CO（g）＋SO2（g）===S（s）＋2CO2（g）　ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＝－393.5kJ·mol－1－172.5kJ·mol－1－（－296.0kJ·mol－1）＝－270kJ·mol－1，本题选C。

[答案]　C

2．（2018·四川绵阳第二次诊断）一定条件下，在CO2与足量C反应所得平衡体系中加入H2和适当催化剂，有下列反应发生：

CO（g）＋3H2（g）CH4（g）＋H2O（g）　ΔH1＝－206.2kJ·mol－1

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH2＝－41.2kJ·mol－1

（1）二氧化碳与氢气反应转化为甲烷和水蒸气的热化学方程式是____________________________。

（2）已知298K时相关化学键键能数据如表所示。

根据键能计算ΔH1＝__________，它与上述实测值差异较大的原因可能是______________________________________________。

[解析]　

（1）将题给热化学方程式依次编号为①②，根据盖斯定律，有①－②可得CO2（g）＋4H2（g）CH4（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－165.0kJ·mol－1。

（2）ΔH1＝E（反应物总键能）－E（生成物总键能），根据各物质的结构和表中数据可知，ΔH1＝1075.0kJ·mol－1＋3×436.0kJ·mol－1－4×413.4kJ·mol－1－2×462.8kJ·mol－1＝－196.2kJ·mol－1。

反应温度、压强不同，因此计算值与实测值可能差异较大。