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9热化学

专题九　化学反应中的热效应

考点一　焓变与反应热

[知识梳理]

1．化学反应中的能量变化

（1）化学反应中的两大变化：

物质变化和变化。

（2）化学反应中的两大守恒：

。

（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：

。

（3）单位：

l。

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，画出能量示意图。

（2）从反应热的量化参数——键能的角度分析

（3）常见放热反应，例举：

（4）常见吸热反应，例举：

[思考]

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（　　）

A组练习

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．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．正反应的热效应为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

2．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________。

3．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________。

考点二　热化学方程式

[知识梳理]

1．概念：

表示参与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。

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

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_________分别表示固体、液体、气体、溶液。

（3）注意符号单位：

ΔH应包括“＋”或“－”（“+”常省略）、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。

[思考]

1．怎样理解可逆反应中的反应热？

2．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________。

A组练习

1．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

（1）适量的N2和O2完全反应，每生成23gNO2吸收16.95kJ热量。

N2与O2反应的热化学方程式为__________________________________________________________________。

（2）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________________________。

（3）已知拆开1molH—H键、1molN—H键、1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则N2与H2反应生成NH3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________________________________________________________________________。

2.

右图是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变

化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：

______________________________________________。

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②④C．仅有②③④D．全部符合要求

4．下列热化学方程式书写正确的是（ΔH的绝对值均正确）（　　）

A．S（s）＋

O2（g）===SO3（g）ΔH＝－315kJ·mol－1（标准燃烧热）

B．NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）ΔH＝－57.3kJ·mol－1（中和热）

C．C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2OΔH＝－1368.8kJ·mol－1（反应热）

D．2H2O（g）===2H2（g）＋O2（g）ΔH＝－483.6kJ·mol－1（反应热）

考点三　标准燃烧热和中和反应反应热的测定

1．标准燃烧热

（1）概念：

在101kPa时，_______纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的标准燃烧热。

单位一般用表示。

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→，H→，S→，N→等。

（2）表示的意义：

例如C的标准燃烧热为-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：

标准燃烧热是以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的标准燃烧热为-5518kJ·mol－1。

2．中和反应反应热的测定

①测定原理

②装置如图，量热计

[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？

2．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？

A组练习

题组一　燃烧热、中和热的含义及表达

1．已知反应：

①101kPa时，2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221kJ·mol－1

②稀溶液中，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

下列结论正确的是（　　）

A．碳的标准燃烧热小于-110.5kJ·mol－1

B．反应①的反应热为221kJ·mol－1

C．98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水的反应热为－57.3kJ·mol－1

D．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

2．下列关于热化学反应的描述中正确的是（　　）

A．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

B．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）的标准燃烧热为-192.9kJ·mol－1

C．H2（g）的标准燃烧热是-285.8kJ·mol－1，则2H2O（g）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝571.6kJ·mol－1

D．葡萄糖的标准燃烧热是-2800kJ·mol－1，则

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

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50mL0.50mol·L－1NaOH溶液，并用另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）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

（2）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

（3）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________________。

（4）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，该实验测得的反应热ΔH＝__________（结果保留一位小数）。

（5）________（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____________________________________________________________。

考点四　有关反应热的比较、计算

[知识梳理]

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；对吸热反应，吸热越多，ΔH。

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与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。

②当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应相应地乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“＋”“－”符号（“+”常省略），即把ΔH看作一个整体进行运算。

③将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH的符号也随之改变，但数值不变。

④在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态（固、液、气）的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。

（3）根据物质燃烧放热的数值计算：

Q（放）＝n（可燃物）×|ΔH|

说明　方法

（2）常用于判断物质能量的大小关系及稳定性。

[思考]

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

（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。

A组练习

题组一　反应热大小的比较和计算

1．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

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2

②S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH3

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　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．④C．②③④D．①②③

2．由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8kJ，写出该反应的热化学方程式：

_____________________________________________________________________。

若1g水蒸气转化成液态水放热2.444kJ，则反应2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）的ΔH＝________kJ·mol－1，氢气的标准燃烧热为__________kJ·mol－1。

3．已知下列热化学方程式

Fe2O3（s）＋3CO（g）===2Fe（s）＋3CO2（g）ΔH1＝－25kJ·mol－1①

3Fe2O3（s）＋CO（g）===2Fe3O4（s）＋CO2（g）ΔH2＝－47kJ·mol－1②

Fe3O4（s）＋CO（g）===3FeO（s）＋CO2（g）ΔH3＝19kJ·mol－1③

写出FeO（s）被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式_________________________________。

4．已知H2SO4（aq）与Ba（OH）2（aq）反应的ΔH＝－1584.2kJ·mol－1；HCl（aq）与NaOH（aq）反应的ΔH＝－55.6kJ·mol－1。

则生成BaSO4（s）的反应热等于（　　）

A．－1528.6kJ·mol－1B．－1473kJ·mol－1

C．1473kJ·mol－1D．1528.6kJ·mol－1

考点五　能源

1．概念

能提供能量的自然资源。

2．发展阶段

柴草时期→化石能源时期→多能源结构时期。

3．分类

（1）化石燃料

①种类：

煤、石油、天然气。

②特点：

蕴藏量有限，且不能再生。

（2）新能源

①种类：

太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能等。

②特点：

资源丰富，可以再生，没有污染或污染很小。

4．能源问题

（1）我国目前使用的主要能源是化石燃料，它们的蕴藏量有限，而且不能再生，最终将会枯竭。

（2）化石燃料的大量使用带来严重的环境污染问题。

5．解决能源问题的措施

（1）提高能源的使用效率

①改善开采、运输、加工等各个环节。

②科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。

一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等。

二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷成雾状等。

（2）开发新的能源

开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。

深度思考

1．2009年哥本哈根气候大会，是被称作“人类拯救地球的最后一次机会”的联合国气候变化大会。

下列措施有利于节能减排、改善环境质量的是（　　）

①回收再利用废弃的塑料、金属、纸制品及玻璃等资源

②发展低碳经济、循环经济，开发推广太阳能、水能、风能等能源，减少煤、石油等化石燃料的使用　③使用填埋法处理未经分类的生活垃圾　④推广使用燃煤脱硫技术，防治SO2污染　⑤研制开发新型燃料电池汽车，减少机动车尾气污染

A．①②④⑤B．①②⑤

C．①②③④D．③④⑤

答案　A

解析　未经分类的生活垃圾使用填埋法处理的措施不仅污染环境，还造成资源浪费，③不正确。

2．能源分

类相关图如右图所示，下列四组选项中，全部符合图中阴

影部分的能源是（　　）

A．煤炭、石油、沼气

B．水能、生物能、天然气

C．太阳能、风能、潮汐能

D．地热能、海洋能、核能

答案　C

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）使用太阳能热水器、沼气的利用、玉米制乙醇都涉及到生物质能的利用（×）

（2009·浙江理综，7C）

解析　太阳能热水器的使用不属于生物质能的利用。

（2）石油、煤、天然气、可燃冰、植物油都属于化石燃料（×）

（2009·浙江理综，7D）

解析　植物油不属于化石燃料。

（3）开发核能、太阳能等新能源，推广甲醇汽油，使用无磷洗涤剂都可直接降低碳排放（×）

（2010·浙江理综，7B）

解析　无磷洗涤剂与碳的排放不相关。

（4）甲烷的标准燃烧热为－890.3kJ·mol－1，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－1（×）

（2010·浙江理综，12A）

解析　水的状态错误。

（5）500℃、300MPa下，将0.5molN2和1.5molH2置于密闭容器中充分反应生成NH2（g），放热19.3kJ，其热化学方程式为N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH＝－38.6kJ·mol－1（×）

（2010·浙江理综，12B）

解析　合成氨反应为可逆反应，并不能完全转化。

（6）化学反应有新物质生成，并遵循质量守恒定律和能量守恒定律（√）

（2011·浙江理综，7A）

解析　化学变化遵循能量和质量守恒。

（7）实验测得环己烷（l）、环己烯（l）和苯（l）的标准燃烧热分别为－3916kJ·mol－1、－3747kJ·mol－1和－3265kJ·mol－1，可以证明在苯分子中不存在独立的碳碳双键（√）

（2011·浙江理综，12C）

解析　由盖斯定律，根据环己烷和环己烯的燃烧热，则1mol环己烷失去2molH即1molH2燃烧的反应热之和为－3916kJ·mol－1＋3747kJ·mol－1＝－169kJ·mol－1；根据环己烷和苯的燃烧热，则1mol环己烷失去6molH即3molH2燃烧的反应热之和为－3916kJ·mol－1＋3265kJ·mol－1＝－651kJ·mol－1，若苯分子中存在独立的碳碳双键，则两处的反应热之比为1∶3；而显然二者的反应热之比不为1∶3，说明苯分子中不存在独立的碳碳双键。

（8）已知：

Fe2O3（s）＋3C（石墨）===2Fe（s）＋3CO（g）

ΔH＝489.0kJ·mol－1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH＝－283.0kJ·mol－1

C（石墨）＋O2（g）===CO2（g）

ΔH＝－393.5kJ·mol－1

则4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）

ΔH＝－1641.0kJ·mol－1（√）

（2011·浙江理综，12D）

解析　运用盖斯定律，将第三个反应×6－第一个反应×2－第二个反应×6，可得目标反应，则ΔH＝－393.5kJ·mol－1×6－489.0kJ·mol－1×2－（－283.0kJ·mol－1）×6＝－1641.0kJ·mol－1。

（9）利用太阳能在催化剂参与下分解水制氢是把光能转化为化学能的绿色化学方法

（√）

（2012·浙江理综，7A）

解析　利用太阳能分解水制氢，氢气是清洁能源，符合绿色化学要求。

2．（2012·重庆理综，12）肼（H2NNH2）是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如下图所示。

已知断裂1mol化学键所需的能量（kJ）：

N≡N为942、O===O为500、N—N为154，则断裂1molN—H键所需的能量（kJ）是（　　）

A．194B．391C．516D．658

答案　B

解析　由题图可知ΔH3＝－（ΔH2－ΔH1）＝－[－2752kJ·mol－1－（－534kJ·mol－1）]＝2218kJ·mol－1，断裂1molN—H键所需能量＝（2218kJ－500kJ－154kJ）×

＝391kJ。

3．（2012·大纲全国卷，9）反应A＋B―→C（ΔH＜0）分两步进行：

①A＋B―→X（ΔH＞0），②X―→C（ΔH＜0）。

下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是（　　）

答案　D

解析　根据反应物和生成物能量的高低来分析、解决问题。

化学反应都伴随能量变化，当反应物的总能量高于生成物的总能量时，该反应为放热反应；当反应物的总能量低于生成物的总能量时，该反应为吸热反应。

反应①的ΔH>0，为吸热反应，故可排除A项和C项。

反应②的ΔH<0，为放热反应，B项错误，故选D。

4．（2010·课标全国卷，11）已知：

HCN（aq）与NaOH（aq）反应的ΔH＝－12.1kJ·mol－1；HCl（aq）与NaOH（aq）反应的ΔH＝－55.6kJ·mol－1。

则HCN在水溶液中电离的ΔH等于（　　）

A．－67.7kJ·mol－1B．－43.5kJ·mol－1

C．＋43.5kJ·mol－1D．＋67.7kJ·mol－1

答案　C

解析　根据题意可得如下热化学方程式：

HCN（aq）＋OH－（aq）===CN－（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－12.1kJ·mol－1，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－55.6kJ·mol－1，依据盖斯定律得到：

HCN（aq）===H＋（aq）＋CN－（aq）

ΔH＝（－12.1kJ·mol－1）－（－55.6kJ·mo