高考化学二轮复习专题五化学反应与能量.docx

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高考化学二轮复习专题五化学反应与能量

[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.了解能是人类生存和社会发展的重要基础。

了解化学在解决能危机中的重要作用。

5.了解焓变（ΔH）与反应热的含义。

6.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。

7.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

8.了解常见化学电的种类及其工作原理。

9.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

考点一　化学能与热能

1．从两种角度理解化学反应热

反应热图示

图像分析

微观

宏观

a表示断裂旧化学键吸收的能量；

b表示生成新化学键放出的能量；

c表示反应热

a表示反应物的活化能；

b表示活化分子形成生成物释放的能量；

c表示反应热

ΔH的计算

ΔH＝H（生成物）－H（反应物）

ΔH＝∑E（反应物键能）－∑E（生成物键能）

2.“五步”法书写热化学方程式

提醒　对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。

如：

①S（单斜，s）＋O2（g）===SO2（g）

ΔH1＝－297.16J·mol－1

②S（正交，s）＋O2（g）===SO2（g）

ΔH2＝－296.83J·mol－1

③S（单斜，s）===S（正交，s）

ΔH3＝－0.33J·mol－1

3．燃烧热和中和热应用中的注意事项

（1）均为放热反应，ΔH<0，单位为J·mol－1。

（2）燃烧热概念理解的三要点：

①外界条件是25℃、101Pa；②反应的可燃物是1mol；③生成物是稳定的氧化物（包括状态），如碳元素生成的是CO2，而不是CO，氢元素生成的是液态水，而不是水蒸气。

（3）中和热概念理解三要点：

①反应物的酸、碱是强酸、强碱；②溶液是稀溶液，不存在稀释过程的热效应；③生成产物水是1mol。

1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）

如图表示燃料燃烧反应的能量变化（×）

（2016·江苏，10A）

（2）在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。

该反应中化学能全部转化为热能（×）

（2015·江苏，4D）

（3）催化剂能改变反应的焓变（×）

（2012·江苏，4B）

（4）催化剂能降低反应的活化能（√）

（2012·江苏，4C）

（5）同温同压下，H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH不同（×）

（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19.3J，其热化学方程式为N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH＝－38.6J·mol－1（×）

2．（2019·海南，5）根据下图中的能量关系，可求得C—H的键能为（　　）

A．414J·mol－1B．377J·mol－1

C．235J·mol－1D．197J·mol－1

答案　A

解析　C（s）===C（g）　ΔH1＝717J·mol－1

2H2（g）===4H（g）　ΔH2＝864J·mol－1

C（s）＋2H2（g）===CH4（g）　ΔH3＝－75J·mol－1

根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能

－75J·mol－1＝717J·mol－1＋864J·mol－1－4E（C—H），解得E（C—H）＝414J·mol－1。

3．（2016·海南，6）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1g该化合物释放出热量3.8×104J，油酸甘油酯的燃烧热ΔH为（　　）

A．3.8×104J·mol－1B．－3.8×104J·mol－1

C．3.4×104J·mol－1D．－3.4×104J·mol－1

答案　D

4．[2015·海南，16（3）]由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示，若生成1molN2，其ΔH＝________J·mol－1。

答案　－139

5．[2019·全国卷Ⅰ，28（3）]我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。

可知水煤气变换的ΔH________0（填“大于”“等于”或“小于”）。

该历程中最大能垒（活化能）E正＝________eV，写出该步骤的化学方程式____________________。

答案　小于　2.02　COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*（或H2O*===H*＋OH*）

解析　观察始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应，ΔH小于0。

过渡态物质相对能量与始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正＝1.86eV－（－0.16eV）＝2.02eV，该步起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为COOH*＋2H*＋OH*。

6．

（1）[2015·浙江理综，28

（1）]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

＋H2（g）

已知：

化学键

C—H

C—C

C==C

H—H

键能/J·mol－1

412

348

612

436

计算上述反应的ΔH＝________J·mol－1。

答案　＋124

解析　设“

”部分的化学键键能为aJ·mol－1，则ΔH＝（a＋348＋412×5）J·

mol－1－（a＋612＋412×3＋436）J·mol－1＝＋124J·mol－1。

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

答案　299

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

[另解：

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

]

利用键能计算反应热，要熟记公式：

ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，其关键是弄清物质中化学键的数目。

在中学阶段要掌握常见单质、化合物中所含共价键的数目。

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；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。

7．

（1）[2017·天津，7（3）]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·H2O的液态化合物，放热4.28J，该反应的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

（2）[2015·天津理综，7（4）]随原子序数递增，八种短周期元素（用字母等表示）原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如下图所示。

根据判断出的元素回答问题：

已知1mole的单质在足量d2中燃烧，恢复至室温，放出255.5J热量，写出该反应的热化学方程式：

___________________________________________________________。

（3）[2014·天津理综，7（4）]晶体硅（熔点1410℃）是良好的半导体材料。

由粗硅制纯硅过程如下：

Si（粗）

SiCl4

SiCl4（纯）

Si（硅）

写出SiCl4的电子式：

________________；在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12g纯硅需吸收aJ热量，写出该反应的热化学方程式：

_________________________。

（4）[2015·安徽理综，27（4）]NaBH4（s）与水（l）反应生成NaBO2（s）和氢气（g），在25℃、101Pa下，已知每消耗3.8gNaBH4（s）放热21.6J，该反应的热化学方程式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）2Cl2（g）＋TiO2（s）＋2C（s）===TiCl4（l）＋2CO（g）

ΔH＝－85.6J·mol－1

（2）2Na（s）＋O2（g）===Na2O2（s）

ΔH＝－511J·mol－1

（3）

　SiCl4（g）＋2H2（g）

Si（s）＋4HCl（g）　ΔH＝＋0.025aJ·mol－1

（4）NaBH4（s）＋2H2O（l）===NaBO2（s）＋4H2（g）

ΔH＝－216J·mol－1

热化学方程式书写易出现的错误

（1）未标明反应物或生成物的状态而造成错误。

（2）反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出“＋”号，放热反应未标出“－”号，从而导致错误。

（3）漏写ΔH的单位，或者将ΔH的单位写为J，从而造成错误。

（4）反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。

（5）对燃烧热、中和热的概念理解不到位，忽略其标准是1mol可燃物或生成1molH2O（l）而造成错误。

1．下列关于反应热和热化学反应的描述中正确的是（　　）

A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3J·mol－1，则H2SO4和Ca（OH）2反应的中和热ΔH＝2×（－57.3）J·mol－1

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

C．氢气的燃烧热ΔH＝－285.5J·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O（l）

2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋285.5J·mol－1

D．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

答案　B

解析　在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态H2O时的反应热叫做中和热，中和热是以生成1mol液态H2O为基准的，A项错误；CO（g）的燃烧热ΔH＝－283.0J·mol－1，则CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0J·mol－1，则2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝

－2×283.0J·mol－1，逆向反应时反应热的数值相等，符号相反，B项正确；电解2mol水吸收的热量和2molH2完全燃烧生成液态水时放出的热量相等，ΔH应为＋571.0J·mol－1，C项错误；在101Pa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物（水应为液态）时所放出的热量是该物质的燃烧热，D项错误。

2．已知：

2NO2（g）N2O4（g）　ΔH1

2NO2（g）N2O4（l）　ΔH2

下列能量变化示意图中，正确的是______（填字母）。

答案　A

解析　等质量的N2O4（g）具有的能量高于N2O4（l），因此等量的NO2（g）生成N2O4（l）放出的热量多，只有A项符合题意。

3．

（1）用CO2催化加氢可制取乙烯：

CO2（g）＋3H2（g）

C2H4（g）＋2H2O（g）。

若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图所示，则该反应的ΔH＝__________（用含a、b的式子表示）。

已知：

几种化学键的键能如下表所示，实验测得上述反应的ΔH＝－152J·mol－1，则表中的＝________。

化学键

C==O

H—H

C==C

C—H

H—O

键能/（J·mol－1）

803

436

414

464

（2）甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整两个过程。

向反应系统中同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应如下表，则在初始阶段，蒸汽重整的反应速率________（填“大于”“小于”或“等于”）甲烷氧化的反应速率。

反应过程

化学方程式

焓变

ΔH/（J·mol－1）

活化能

Ea/（J·mol－1）

甲烷氧化

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）

－802.6

125.6

CH4（g）＋O2（g）===CO2（g）＋2H2（g）

－322.0

172.5

蒸汽重整

CH4（g）＋H2O（g）===CO（g）＋3H2（g）

＋206.2

240.1

CH4（g）＋2H2O（g）===CO2（g）＋4H2（g）

＋158.6

243.9

（3）CO2在CunO催化下，可同时发生如下的反应Ⅰ、Ⅱ，其可作为解决温室效应及能短缺问题的重要手段。

Ⅰ.CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）

ΔH1＝－57.8J·mol－1

Ⅱ.CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）

ΔH2＝＋41.2J·mol－1

某温度时，若反应Ⅰ的速率v1大于反应Ⅱ的速率v2，则下列反应过程的能量变化正确的是________（填字母）。

答案　

（1）－（b－a）J·mol－1　764　

（2）小于　（3）D

解析　

（1）由图知1molCO2（g）和3molH2（g）具有的总能量大于

molC2H4（g）和2molH2O（g）具有的总能量，该反应为放热反应，反应的ΔH＝生成物具有的总能量－反应物具有的总能量＝－（b－a）J·mol－1。

ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝2E（C==O）＋3E（H—H）－[

E（C==C）＋2E（C—H）＋4E（H—O）]＝2×803J·mol－1＋3×436J·mol－1－（

×J·mol－1＋2×414J·mol－1＋4×464J·mol－1）＝－152J·mol－1，解得＝764。

（2）从表中活化能数据可以看出，在初始阶段，蒸汽重整反应活化能较大，而甲烷氧化的反应活化能均较小，所以甲烷氧化的反应速率快。

（3）反应Ⅰ是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应Ⅱ是吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，因为反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ，因此反应Ⅰ的活化能低于反应Ⅱ，D正确。

催化剂能加快反应速率的原理是降低了反应的活化能，由此可推知反应的活化能越低，反应速率越快，相对说反应就越易进行。

1．定律内容

一定条件下，一个反应不管是一步完成，还是分几步完成，反应的总热效应相同，即反应热的大小与反应途径无关，只与反应的始态和终态有关。

2．常用关系式

热化学方程式

焓变之间的关系

aA===B　ΔH1

A===

B　ΔH2

ΔH2＝

ΔH1或ΔH1＝aΔH2

aA===B　ΔH1

B===aA　ΔH2

ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2

3.答题模板——叠加法

步骤1　“倒”

为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过，反应热的数值不变，但符号相反。

这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。

步骤2　“乘”

为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要相乘。

步骤3　“加”

上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得目标方程式，反应热也要相加。

1．[2019·北京，27

（1）②]已知反应器中还存在如下反应：

ⅰ.CH4（g）＋H2O（g）===CO（g）＋3H2（g）　ΔH1

ⅱ.CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）　ΔH2

ⅲ.CH4（g）===C（s）＋2H2（g）　ΔH3

……

ⅲ为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用____________反应的ΔH。

答案　C（s）＋2H2O（g）===CO2（g）＋2H2（g）[或C（s）＋CO2（g）===2CO（g）]

2．[2019·全国卷Ⅱ，27

（1）]环戊二烯（

）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。

回答下列问题：

已知：

（g）===

（g）＋H2（g）　ΔH1＝100.3J·mol－1①

H2（g）＋I2（g）===2HI（g）　ΔH2＝－11.0J·mol－1②

对于反应：

（g）＋I2（g）===

（g）＋2HI（g）③

ΔH3＝________J·mol－1。

答案　89.3

解析　将题给三个热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝（100.3－11.0）J·mol－1＝89.3J·mol－1。

3．[2019·全国卷Ⅲ，28

（2）]Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：

CuCl2（s）===CuCl（s）＋

Cl2（g）　ΔH1＝83J·mol－1

CuCl（s）＋

O2（g）===CuO（s）＋

Cl2（g）　ΔH2＝－20J·mol－1

CuO（s）＋2HCl（g）===CuCl2（s）＋H2O（g）　ΔH3＝－121J·mol－1

则4HCl（g）＋O2（g）===2Cl2（g）＋2H2O（g）的ΔH＝________J·mol－1。

答案　－116

解析　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＋③）×2得4HCl（g）＋O2（g）===2Cl2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－116J·mol－1。

4．

（1）[2018·北京，27

（1）]近年，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。

过程如下：

反应Ⅰ：

2H2SO4（l）===2SO2（g）＋2H2O（g）＋O2（g）

ΔH1＝＋551J·mol－1

反应Ⅲ：

S（s）＋O2（g）===SO2（g）

ΔH3＝－297J·mol－1

反应Ⅱ的热化学方程式：

__________________________________。

答案　3SO2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）＋S（s）　ΔH2＝－254J·mol－1

解析　由题图可知，反应Ⅱ的化学方程式为3SO2＋2H2O

2H2SO4＋S↓。

根据盖斯定律，反应Ⅱ＝－（反应Ⅰ＋反应Ⅲ）可得：

3SO2（g）＋2H2O（g）===2H2SO4（l）＋S（s）　ΔH2＝－254J·

mol－1。

（2）[2018·江苏，20

（1）]用水吸收NO的相关热化学方程式如下：

2NO2（g）＋H2O（l）===HNO3（aq）＋HNO2（aq）

ΔH＝－116.1J·mol－1

3HNO2（aq）===HNO3（aq）＋2NO（g）＋H2O（l）

ΔH＝75.9J·mol－1

反应3NO2（g）＋H2O（l）===2HNO3（aq）＋NO（g）的ΔH＝_____J·mol－1。

答案　－136.2

解析　将题给三个热化学方程式依次编号为①、②和③，根据盖斯定律可知，③＝（①×3＋②）/2，则ΔH＝（－116.1J·mol－1×3＋75.9J·mol－1）/2＝－136.2J·mol－1。

（3）[2018·全国卷Ⅰ，28

（2）①]已知：

2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4J·mol－1

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3J·mol－1

则反应N2O5（g）===2NO2（g）＋

O2（g）的ΔH＝________J·mol－1。

答案　＋53.1

解析　令2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4J·mol－1　a

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3J·mol－1　b

根据盖斯定律，a式×

－b式可得：

N2O5（g）===2NO2（g）＋

O2（g）　ΔH＝＋53.1J·mol－1。

（4）[2018·全国卷Ⅲ，28

（2）]SiHCl3在催化剂作用下发生反应：

2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

ΔH1＝48J·mol－1

3SiH2Cl2（g）===SiH4（g）＋2SiHCl3（g）

ΔH2＝－30J·mol－1

则反应4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH为________J·mol－1。

答案　114

解析　将题给两个热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得：

4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g），则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48J·mol－1＋（－30J·mol－1）＝114J·mol－1。

（5）[2018·全国卷Ⅱ，27

（1）节选]CH4—CO2催化重整反应为CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）。

已知：

C（s）＋2H2（g）===CH4（g）

ΔH＝－75J·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－394J·mol－1

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－111J·mol－1

该催化重整反应的ΔH＝________J·mol－1。

答案　＋247

解析　将题给三个反应依次编号为①、②、③：

C（s）＋2H2（g）===CH4（g）　ΔH＝－75J·mol－1①

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－394J·mol－1②

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－111J·mol－1③

根据盖斯定律，由③×2－①－②可得：

CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）

ΔH＝＋247J·mol－1。

5．按要求回答下列问题

（1）[2017·全国卷Ⅲ，28（3）]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）[2017·全国卷Ⅰ，28

（2）]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