届高考化学一轮复习化学能与热能.docx

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届高考化学一轮复习化学能与热能

第1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，能说出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，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

4.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。

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。

深度思考

1.同质量的硫粉在空气中燃烧和在纯氧中燃烧，哪一个放出的热量多，为什么？

答案　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.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　活化能与反应热

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…B…C]

（过渡态）

A＋BC

（反应物）

AB＋C

（生成物）

A.反应过程可表示为―→―→

B.E1为反应物的平均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　该图表示的正反应放热，ΔH为负值，逆反应吸热，ΔH为正值，D错误。

2.（2011·海南，11改编）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小100kJ·mol－1

答案　C

解析　某反应的ΔH＝＋100kJ·mol－1，说明该反应的正反应为吸热反应，且正反应的活化能比逆反应的活化能大100kJ·mol－1，正反应的活化能应大于100kJ·mol－1，无法确定逆反应的活化能大小。

正确理解活化能与反应热的关系

（1）E1为正反应活化能，E2为逆反应活化能，ΔH＝E1－E2；

（2）催化剂

能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。

题组二　利用键能计算反应热

3.（2011·重庆理综，13）SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。

已知：

1molS（s）转化为气态硫原子吸收能量280kJ，断裂1molF—F、S—F键需要吸收的能量分别为160kJ、330kJ，则S（s）＋3F2（g）===SF6（g）的反应热ΔH为________。

答案　－1220kJ·mol－1

解析　断裂1molS—S键吸收能量280kJ，断裂3molF—F键吸收能量3×160kJ，则吸收的总能量为Q吸＝280kJ＋3×160kJ＝760kJ，释放的总能量为Q放＝330kJ×6＝1980kJ，由反应方程式：

S（s）＋3F2（g）===SF6（g）可知，ΔH＝760kJ·mol－1－1980kJ·mol－1＝－1220kJ·mol－1。

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________。

答案　＋236kJ·mol－1

解析　SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于原子晶体，可根据原子晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。

1mol晶体硅中所含的Si—Si键为2mol，即制取高纯硅反应的反应热ΔH＝4×360kJ·mol－1＋2×436kJ·mol－1－（2×176kJ·mol－1＋4×431kJ·mol－1）＝＋236kJ·mol－1。

1.熟记反应热ΔH的基本计算公式

ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量

ΔH＝反应物的总键能之和－生成物的总键能之和

2.规避两个易失分点

（1）旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的，缺少任何一个过程

都不是化学变化。

（2）计算物质中键的个数时，不能忽略物质的结构，如1mol晶体硅中含

2molSi—Si键，1molSiO2中含4molSi—O键。

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，向一固定体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%。

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_______。

答案　

（1）SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）

ΔH＝－1427.2kJ·mol－1

（2）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－2QkJ·mol－1

解析　

（1）2gSiH4自燃放出热量89.2kJ,1molSiH4自燃放出热量1427.2kJ，故热化学方程式为SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－1427.2kJ·mol－1。

（2）根据C原子守恒有：

C2H5OH～2CO2～2CaCO3。

生成100gCaCO3沉淀，则乙醇为0.5mol，据此可写出反应的热化学方程式。

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：

_______________________。

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。

3.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

答案　B

解析　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）生成物的稳定状态，H2O为液态，C的稳定化合物为CO2；

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

仅②④符合要求。

4.在298K、101kPa时，充分燃烧一定量的丁烷，放出热量QkJ（Q＞0），经测定完全吸收生成的二氧化碳需要消耗5mol·L－1的KOH溶液100mL，恰好生成正盐。

则此条件下，下列热化学方程式正确的是（　　）

A.C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（l）ΔH＝－16QkJ·mol－1

B.C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（l）ΔH＝－8QkJ·mol－1

C.C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（l）ΔH＝－QkJ·mol－1

D.C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（g）ΔH＝－QkJ·mol－1

答案　A

解析　298K时生成的水是液体，故选项D错误；KOH的物质的量为0.5mol，则生成的K2CO3为0.25mol，参加反应的CO2为0.25mol，题给选项的ΔH对应4molCO2，ΔH为－16QkJ·mol－1，故选项A正确，B、C错误。

“五看”判断热化学方程式的正误

（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。

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。

（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.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.怎样才能保证酸、碱完全反应？

答案　使碱稍稍过量。

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.本实验中用稍过量的NaOH的原因教材中说是为保证盐酸完全被中和。

试问：

在反应中若因为有放热现象，而造成少量HCl在反应中挥发，则测得的中和热________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。

答案　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（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√（7）×　（8）×　（9）×　（10）√　（11）×

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________________________________________________________________________。

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）为了减小热量损失，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）因为硫酸与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。

正确理解中和热，注意操作与计算细节

（1）中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应。

（2）酸碱溶液应当用稀溶液（0.1～0.5mol·L－1）。

若溶液浓度过大，溶液中阴、阳离子间的相互牵制作用就大，电离程度达不到100%，这样使酸碱中和时产生的热量会消耗一部分补偿电离时所需的热量，造成较大误差。

（3）使用两只量筒分别量取酸和碱。

（4）使用同一支温度计，分别先后测量酸、碱及混合液的最高温度，测完一种溶液后，必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。

（5）取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算，而不是结果的平均值，计算时应注意单位的统一。

考点四　有关反应热的比较、计算

1.ΔH的比较

比较ΔH的大小时需考虑正负号，对放热反应，放热越多，ΔH越小；对吸热反应，吸热越多，ΔH越大。

2.反应热的有关计算

（1）根据热化学方程式计算：

反应热与反应物的物质的量成正比。

（2）根据盖斯定律求算

应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，同时注意：

①参照新的热化学方程式（目标热化学方程式），结合原热化学方程式（一般2～3个）进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程