2022版高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第1节化学反应及其能量变化课件

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☞知识点1　焓变与反应热
1．反应热(1)定义、符号和单位。反应热是化学反应中____________的热量。恒压条件下的反应热，称之为焓变，符号为________，单位为_____________________。(2)表示方法。吸热反应：ΔH______0；放热反应：ΔH______0。
kJ/ml(或kJ·ml－1)　
(3)产生原因。化学反应过程中旧键断裂______的能量与新键形成________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、CO2的反应等。
(1)化学反应一定伴随着能量的变化。化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，但这并不是唯一的表现形式，其他的现象还有发光、放电等。(2)化学反应表现为吸热或放热，与反应开始时是否需要加热无关。
3．热化学方程式(1)概念。表示参加反应___________和___________的关系的化学方程式。(2)意义。表明了化学反应中的______变化和______变化。如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·ml－1表示2 ml氢气和1 ml氧气反应生成2 ml液态水时放出571.6 kJ的热量。
(3)热化学方程式的书写要求。①注明反应的______和______(25 ℃、101 kPa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____________，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。
ΔH与反应的“可逆性”可逆反应的ΔH表示反应完全进行时的热量变化，与反应是否可逆无关。如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，表示25 ℃、101 kPa条件下，1 ml N2和3 ml H2完全反应生成2 ml NH3释放92.4 kJ的热量。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(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)水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热(　　)(3)石墨转变为金刚石是吸热反应，则金刚石比石墨更稳定(　　)(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(　　)(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(　　)【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×　(7)√
突破一　焓变与能量的图像分析1．(2019·山东德州期末)已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－198 kJ·ml－1，在V2O5存在时反应过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是(　　)A．ΔH＝E4－E3＋E2－E1B．加入V2O5后反应经过两步完成，其中第一步决定反应速率C．加入V2O5, ΔH不变，但反应速率改变D．向密闭容器中充入2 ml SO2和1 ml O2，发生上述反应，达到平衡时，反应放热198 kJ【答案】C
【解析】由图可知，该反应分两步进行：①A→B　ΔH1＝E1－E2　②B→C　ΔH2＝E3－E4，根据盖斯定律，总反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝E1－E2＋E3－E4，A错误；加入V2O5后可降低反应的活化能，活化能大的决定反应速率，第二步反应的活化能较大，则第二步决定反应速率，B错误；加入V2O5, 只能改变反应的活化能，反应速率改变，但ΔH不变，C正确；向密闭容器中充入2 ml SO2和1 ml O2，发生上述反应，达到平衡时生成SO3的物质的量小于2 ml，反应放热小于198 kJ，D错误。
2．(2020·江西安远一中月考)根据如下能量关系示意图分析，下列说法正确的是(　　)
A．1 ml C(g)与1 ml O2(g)的能量之和为393.5 kJB．反应2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)中，反应物的总键能小于生成物的总键能C．C→CO的热化学方程式为2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－110.6 kJ·ml－1D．热值是指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为282.9 kJ·g－1【答案】B
突破二　用键能计算焓变3．(2020·河北衡水中学七调)肼(H2N—NH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示，已知断裂1 ml化学键所需的能量(kJ)：NN键为942。OO键为500、NN键为154，则断裂1 ml NH键所需的能量(kJ)是(　　)A．194 B．391 C．516 D．658【答案】B
【解析】根据图中内容，可以看出N2H4(g)＋O2(g)===2N(g)＋4H(g)＋2O(g)，ΔH3＝2 752 kJ/ml－534 kJ/ml＝2 218 kJ/ml，设断裂1 ml N—H键所需的能量为x，旧键断裂吸收的能量：154＋4x＋500＝2 218，解得x＝391，B正确。
(2)由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示，若生成1 ml N2，其ΔH＝__________kJ·ml－1。【答案】(1)＋120 kJ·ml－1 　(2)－139
1．熟记反应热ΔH的基本计算公式(1)ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。(2)ΔH＝反应物的总键能之和－生成物的总键能之和。
2．常见物质中的化学键数目
突破三　热化学方程式的书写与判断5．(2020·甘肃敦煌中学调研)使用石油热裂解的副产物中的甲烷来制取氢气，需要分两步进行，其反应过程中的能量变化如图所示：
则甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为(　　)A．CH4(g)＋H2O(g)===3H2(g)＋CO(g)　ΔH＝－103.3 kJ/mlB．CH4(g)＋2H2O(g)===4H2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－70.1 kJ/mlC．CH4(g)＋2H2O(g)===4H2(g)＋CO2(g)　ΔH＝70.1 kJ/mlD．CH4(g)＋2H2O(g)===4H2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－136.5 kJ/ml【答案】D
【解析】左图对应的热化学方程式为CH4(g)＋H2O(g)===3H2(g)＋CO(g)　ΔH＝－103.3 kJ/ml，右图对应的热化学方程式为CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－33.2 kJ/ml；两式相加即可得相应的热化学方程式CH4(g)＋2H2O(g)===4H2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－136.5 kJ/ml，D符合题意。
6．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2 ml NH3(g)，放出92.2 kJ热量。___________________________________________。(2)14 g N2(g)与适量的O2(g)在一定条件下反应生成NO(g)，吸收34 kJ热量。___________________________________________。(3)在2×105 Pa、300 ℃、铬锌触媒条件下，在合成塔中通入CO2和H2制备甲醇。若有4.4 kg CO2与足量氢气反应，生成气态的H2O和CH3OH，可放出5 370 kJ的热量：_____________________________。
(4)在25 ℃、101 kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3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 ℃、101 kPa下，已知该反应每消耗1 ml CuCl(s)，放热44.4 kJ，___________________________。
书写热化学方程式的步骤
☞知识点2　燃烧热、中和热、能源
1．燃烧热和中和热定义的比较
1 ml H2O(l)　
－57.3 kJ· ml－1　
(1)燃烧热的限定词：常温(25 ℃)、恒压(101 kPa时)、可燃物的物质的量(1 ml)、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)中和热的限定词：稀溶液、产物是1 ml液态H2O；用离子方程式可表示为OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·ml－1。
2．中和热的测定(1)实验装置。
反应前和反应后体系的温度　
减少实验过程中的热量损失　
(1)由于化学反应都有一定的可逆性，为保证酸(碱)能完全中和，可使加入的碱(酸)稍过量。(2)中和热是强酸强碱的稀溶液反应生成1 ml H2O放出的热量为57.3 kJ；弱酸弱碱电离时吸热，生成1 ml H2O时放出的热量小于57.3 kJ。浓硫酸稀释时放热，生成1 ml H2O时放出的热量大于57.3 kJ。
3．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。
(4)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 ml水时放出57.3 kJ的热量(　　)(5)已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热ΔH＝2×(－57.3) kJ·ml－1(　　)【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
突破一　对燃烧热、中和热的理解1．下列说法正确的是(　　)A．放热反应都比吸热反应易发生B．中和反应中，每生成1 ml H2O均会放出57.3 kJ的热量C．NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O混合搅拌过程中，体系能量增加D．无法判断2CO2(g)＋3H2O(g)===C2H5OH(l)＋3O2(g)是吸热反应还是放热反应【答案】C
2．(2020·吉林长春期中)下列示意图表示正确的是(　　)
A．图甲表示Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝26.7 kJ·ml－1反应的能量变化B．图乙表示碳的燃烧热C．图丙表示实验的环境温度20 ℃，将物质的量浓度相等、体积分别为V1、V2的H2SO4、NaOH溶液混合，测量混合液温度，结果如图(已知V1＋V2＝60 mL)D．图丁已知稳定性顺序：B＜A＜C，某反应由两步反应A―→B―→C构成，反应过程中的能量变化曲线如图(E1、E3表示两反应的活化能)【答案】D
【解析】甲图像表示的物质能量变化为反应物能量高于生成物能量的放热反应，反应Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)　ΔH＝26.7 kJ·ml－1为吸热反应，A错误；碳与氧气反应生成CO是放热反应，图乙错误，且碳的燃烧热对应的稳定氧化物是CO2，B错误；如图，V2为20 mL时温度最高，说明此时酸碱已经反应完毕，又实验中始终保持V1＋V2＝60 mL，所以V1为40 mL，由酸碱中和关系式：2NaOH～H2SO4，硫酸和氢氧化钠溶液浓度不同，和题干不符合，C错误。
(1)有关燃烧热的判断，一看是否以1 ml可燃物为标准，二看是否生成稳定氧化物。(2)有关中和热的判断，一看是否以生成1 ml H2O为标准，二看酸碱的强弱和浓度，应充分考虑弱酸、弱碱电离吸热，浓的酸碱稀释放热等因素。
突破二　中和热的测定实验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50 mL 0.50 ml·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸温度；②用另一量筒量取50 mL 0.55 ml·L－1 NaOH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)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0.5 ml·L－1NaOH溶液分别与0.5 ml·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
(3)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钡溶液、稀氨水分别和1 L 1 ml·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)取50 mL HCl(0.1 ml·L－1)溶液与50 mL NaOH(0.1 ml·L－1) 溶液在小烧杯中进行中和反应，通过实验并计算可得中和热为54.8 kJ·ml－1，上述实验数值与57.3 kJ·ml－1有偏差，产生此偏差的原因可能是________(填字母)。a．实验装置保温、隔热效果差b．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定HCl溶液的温度c．一次性把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
(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________________________________________ ____________________________________________________________。【答案】(1)确保盐酸被完全中和　(2)A(3)ΔH1＝ΔH2＜ΔH3　(4)ab(5)不能　H2SO4与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀，沉淀的生成热会影响中和热的测定
☞知识点3　盖斯定律　热化学方程式
1．盖斯定律及其应用 (1)内容：化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相等的，即化学反应的反应热只与反应体系的____________有关，而与____________无关。(2)本质：盖斯定律的本质是____________定律。(3)意义：间接计算某些反应的反应热。
2．反应热大小比较的四个要点(1)物质状态：物质的气、液、固三态转化时的能量变化如下：(2)ΔH的符号：比较反应热的大小时，不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号。(3)化学计量数：当反应物和生成物的状态相同时，化学计量数越大，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。(4)反应的程度：对于可逆反应，参加反应物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。
【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
【解析】KOH的物质的量为n(KOH)＝c×V＝0.1 L×5 ml/L＝0.5 ml,2KOH＋CO2===K2CO3＋H2O，则n(CO2)＝0.25 ml，C4H10＋13/2O2===4CO2＋5H2O，根据碳元素守恒可知，丁烷的物质的量为n(C4H10)＝0.25 ml×1/4＝1/16 ml，即1/16 ml丁烷放出的热量大小为161.9 kJ，故1 ml丁烷完全燃烧放出的热量为161.9 kJ×16＝2 590.4 kJ，则此条件下的反应热化学方程式为C4H10(g)＋13/2O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(g)　ΔH＝－2 590.4 kJ/ml，B正确。
2．Mn2＋催化H2O2分解：2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH1，其反应机理如图。若反应Ⅱ的焓变为ΔH2，则反应Ⅰ的焓变ΔH为(反应Ⅰ、Ⅱ的计量数均为最简整数比)(　　)A．ΔH1－ΔH2 B．ΔH1＋ΔH2C．2ΔH1－ΔH2 D．ΔH1－2ΔH2【答案】A
【解析】根据反应信息得出2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH1，Mn2＋(aq)＋H2O2(l)===MnO2(s)＋2H＋(aq)　ΔH，MnO2(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Mn2＋(aq)＋O2(g)＋2H2O(l)　ΔH2，根据盖斯定律得出ΔH＝ΔH1－ΔH2，A正确。
用盖斯定律计算反应热的三个步骤
突破二　反应热的大小比较3．(2020·河南鲁山第一高级中学月考)已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH22CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3 4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH43CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)　ΔH5下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)A．ΔH1＞0，ΔH3＜0 B．ΔH2＞0，ΔH4＞0C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3 D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5【答案】C
4．室温下，CuSO4·5H2O(s)、CuSO4(s)与其水溶液之间转化的焓变关系如图所示：
已知CuSO4·5H2O(s)溶于水，溶液温度降低；CuSO4(s)溶于水，溶液温度升高。下列有关说法正确的是(　　)A．从硫酸铜溶液中析出CuSO4·5H2O(s)的反应焓变ΔH>0B．1 ml CuSO4(s)的总能量大于1 ml Cu2＋(aq)与1 ml SO(aq)的总能量C．ΔH2>ΔH1D．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3【答案】B
【解析】图中ΔH2＞0，可知从硫酸铜溶液中析出CuSO4·5H2O(s)的反应焓变ΔH＜0，A错误；ΔH2＞0，ΔH3＜0，ΔH1＝ΔH2－ΔH3，则ΔH2＜ΔH1，C错误；由盖斯定律可知ΔH1＝ΔH2－ΔH3，D错误。
利用状态，迅速比较反应热的大小(以放热反应为例)。(1)当反应物状态相同，生成物状态不同时，生成固体放热最多，生成气体放热最少。(2)当反应物状态不同，生成物状态相同时，固体反应放热最少，气体反应放热最多。(3)在比较反应热(ΔH)的大小时，应带符号比较。对于放热反应，放出的热量越多，ΔH反而越小。
☞核心素养12　化学反应机理的分析与判断
化学反应机理的分析与判断，一是以图像、图表为背景考查能量变化，化学键键能，正、逆反应活化能的关系及简单计算；二是热化学方程式的书写及正误判断；三是盖斯定律应用于未知反应热的计算；四是结合生产、生活考查燃烧热、中和热和能源的开发利用。能够从宏观和微观的视角分析化学反应中的能量变化，揭示化学反应的实质。体会能源在生产和生活中的应用，提升科学态度和社会责任感。
常见考查角度：确定模型表示的物质，观察模型变化的结果，判定模型表示的化学反应、物质类别、粒子构成，判断化学反应的顺序，寻找符合模型的构成，计算质量、质量比等。
(2020·福建三明期末质量检测)德国化学家利用N2和H2在催化剂表面合成氨气而获得诺贝尔奖，该反应的微观历程及反应过程中的能量变化如图1、图2所示，其中 分别表示N2、H2、NH3及催化剂。下列说法不正确的是(　　) 图1 图2
A．①→②过程中催化剂与气体之间形成离子键B．②→③过程中，需要吸收能量C．图2说明加入催化剂可降低反应的活化能D．在密闭容器中加入1 ml N2、3 ml H2，充分反应放出的热量小于92 kJ【答案】A【解析】①→②过程中催化剂与气体之间是吸附，没有形成离子键，A错误。
[解题思路](1)运用微粒观点解释实际问题时，要先看与哪种粒子有关，然后再联系该粒子的有关性质进行分析解答。(2)运用模型图示来解答有关题目时，要先留意单个原子模型图的说明(即原子模型图所代表的意义和相应的元素符号)，然后再逐一分析，综合考虑。
首先要理解物质变化的微粒观以及与模型图相关的学科知识，以此为基础并根据所给的问题情境或图表信息，结合生产或生活经验细致地分析各种信息，按照题目要求进行解答。
1．(2020·山东济南模拟)如图为氟利昂(如CFCl3)破坏臭氧层的反应过程示意图，下列不正确的是 (　　)
A．过程Ⅰ中断裂极性键CCl键B．过程Ⅱ可表示为O3＋Cl ===ClO＋O2C．过程Ⅲ中O＋O===O2是吸热过程D．上述过程说明氟利昂中氯原子是破坏O3的催化剂【答案】C【解析】原子结合成分子的过程是放热的，C错误。
2．(2020·吉林榆树第一高级中学期末)中国化学家研究的一种新型复合光催化剂[碳纳米点(CQDs)/氮化碳(C3N4)纳米复合物]可以利用太阳光实现高效分解水，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．C3N4中C的化合价为－4B．反应的两个阶段均为吸热过程C．阶段Ⅱ中，H2O2既是氧化剂，又是还原剂D．通过该反应，实现了化学能向太阳能的转化【答案】C【解析】C的化合价为＋4，A错误；阶段Ⅱ过氧化氢分解生成氧气和水的过程为放热反应，B错误；利用太阳能实现高效分解水的反应，实现了太阳能向化学能的转化，D错误。
3．以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法，其流程图如下：
下列说法不正确的是(　　)A．该过程实现了太阳能到化学能的转化B．SO2和I2对总反应起到了催化剂的作用C．总反应的热化学方程式为2H2O(l)===2H2 (g)＋O2(g)　ΔH＝＋286 kJ·ml－1D．该过程降低了水分解制氢反应的活化能，但总反应的ΔH不变【答案】C【解析】反应Ⅰ＋反应Ⅱ＋反应Ⅲ，得到H2O(l)===H2(g)＋1/2O2(g)　ΔH＝(－213＋327＋172)kJ·ml－1＝＋286 kJ·ml－1，或者2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋572 kJ·ml－1，C错误。
2．(2020·天津卷)理论研究表明，在101 kPa和298 K下，HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是(　　)A．HCN比HNC稳定B．该异构化反应的ΔH＝＋59.3 kJ·ml－1C．正反应的活化能大于逆反应的活化能D．使用催化剂，可以改变反应的反应热【答案】D
3．(1)(2020·全国卷Ⅰ，节选)钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为________________________________________________________。
(2)(2020·全国卷，节选)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH，相关物质的燃烧热数据如下表所示：    ΔH＝__________________kJ·ml－1。
(3)(2019·全国卷Ⅰ，节选)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质用·标注。