人教版高考化学一轮总复习第7章第1节化学反应的热效应课时学案

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第一节　化学反应的热效应考试评价解读核心素养达成1.能辨识化学反应中的能量转化形式，能解释化学变化中能量变化的本质。2．能进行反应焓变的简单计算，能用热化学方程式表示反应中的能量变化，能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。3．能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用，能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。变化观念与平衡思想认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析热化学方程式，能运用热化学反应原理解决实际问题。科学态度与社会责任确认能源对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与化学有关的社会热点问题作出正确的价值判断。焓变　热化学方程式[以练带忆]1．下列说法不正确的是(　　)A．任何化学反应都伴随着能量变化B．化学反应中的能量变化都表现为热量变化C．反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应D．C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH>0，说明石墨比金刚石稳定B　解析：任何化学反应都伴随着能量变化，但能量变化不一定表现为热量变化，还可能以光能等其他形式的能量放出；E(反应物)>E(生成物)，反应放热，E(反应物)<E(生成物)，反应吸热；石墨转化为金刚石是吸热反应，石墨具有的能量较低，石墨比金刚石稳定。2．如图是化学反应中物质变化和能量变化的示意图。若E1>E2，则下列反应符合该示意图的是(　　)A．NaOH溶液与稀盐酸的反应B．锌与稀盐酸的反应C．氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应D．一氧化碳在空气中的燃烧反应C　解析：断键吸收的能量大于形成化学键放出的能量，说明是吸热反应。NaOH溶液与稀盐酸的反应是放热反应，A错误；锌与稀盐酸的反应是放热反应，B错误；氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应是吸热反应，C正确；一氧化碳在空气中的燃烧反应是放热反应，D错误。3．已知1 g H2(g)完全转化成H2O，其能量变化如图所示，则下列表示该反应的热化学方程式正确的是(　　)A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝＋285.8 kJ/molB．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ/molC．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝＋571.6 kJ/molD．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ/molD　解析：由图可知，1 g H2(g)(即0.5 mol)和8 g O2(g)(即0.25 mol)完全反应生成H2O(l)放出142.9 kJ能量，据此写出热化学方程式：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ/mol。[练后梳理]一、焓变1．焓变(1)定义：在等压条件下进行的反应的热效应。符号：ΔH。单位：J/mol或kJ/mol。(2)表示方法：吸热反应：ΔH>0；放热反应：ΔH<0。2．放热反应和吸热反应的判断(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析　(2)从键能的角度分析(3)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盐酸与碳酸氢钠的反应；⑤碳和水蒸气、C和CO2的反应等。3．反应热、活化能图示(1)在无催化剂的情况，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。(2)催化剂能降低反应的活化能，但不影响焓变的大小。(1)化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成，任何化学反应都有热效应。(2)化学反应中物质A断键吸收的能量与形成该物质A成键放出的能量在数值上相等。(3)ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。(4)物质本身具有的能量越低越稳定，断裂所含化学键所需能量越多越稳定。二、热化学方程式1．热化学方程式及其意义(1)定义：表示参加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。例如，H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示在25 ℃和101 kPa下，1 mol气态H2和0.5 mol气态O2反应生成1 mol液态水时，放出285.8 kJ的热量。2．热化学方程式的书写方法 (1)可逆反应的ΔH表示完全反应的热量变化，与反应是否可逆无关。如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol，表示在25 ℃、101 kPa时，1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)时放出92.4 kJ的热量。 (2)同素异形体之间转化的热化学方程式除了注明状态外，还要注明名称。燃烧热　中和反应反应热的测定[以练带忆]1．(双选)下列热化学方程式中ΔH的数值表示可燃物燃烧热的是(　　)A．CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283 kJ·mol－1B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－802.3 kJ/molC．H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ/molD．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－184.6 kJ/molAC　解析：A、C项，符合燃烧热的概念，正确；B项，生成物中的水是气体，属于不稳定氧化物，错误；D项，HCl不是指定产物，不符合燃烧热的概念要求，错误。2．下列关于热化学反应的描述中正确的是(　　)A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ/mol。则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH＝2×(－57.3) kJ/molB．CO(g)的燃烧热ΔH是－283.0 kJ/mol，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝＋(2×283.0) kJ/molC．500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝－38.6 kJ/molD．稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水，放出57.3 kJ热量B　解析：中和热是以生成1 mol H2O(l)作为标准的，A不正确；燃烧热是指1 mol燃料完全燃烧生成指定产物所放出的热量，B正确；该反应为可逆反应，应用“”并且注明500 ℃、30 MPa下，且ΔH≠－38.6 kJ/mol，C错误；稀醋酸是弱酸，电离过程需要吸热，放出的热量要小于57.3 kJ，D不正确。3．用50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。回答下列问题：(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是________。(2)大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(3)如果用60 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量________(填“相等”或“不相等”)，所求中和热____________________(填“相等”或“不相等”)。(4)用相同浓度和体积的氨水(NH3·H2O)代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。解析：(3)中和热是指在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成1 mol水时放出的热量，与酸碱的用量无关，因而所求中和热数值相等。(4)由于NH3·H2O电离时吸热，所以测得的中和热的数值偏小。答案：(1)玻璃搅拌器　(2)偏小　(3)不相等　相等　(4)偏小[练后梳理]1．燃烧热和中和热的比较 燃烧热中和热相同点能量变化放热ΔH及其单位ΔH＜0，单位均为 kJ/mol不同点反应物的量1_mol不一定为1 mol生成物的量不确定生成水的量为1_mol反应热的含义101 kPa时，1_mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量在稀溶液里，酸与碱发生中和反应生成 1_mol水时所放出的热量表示方法燃烧热ΔH＝－a kJ/mol(a＞0)强酸与强碱反应的中和热ΔH＝－57.3_kJ/mol2．中和热的测定(1)装置(请在横线上填写仪器名称)(2)计算公式：ΔH＝－ kJ/molt1——起始温度，t2——终止温度。(3)注意事项①泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热，减少实验过程中的热量损失。②为保证酸完全中和，采取的措施是碱稍过量。③因为弱酸或弱碱存在电离平衡，电离过程需要吸热，实验中若使用弱酸、弱碱，则测得的数值偏小。(1)对于中和热、燃烧热，由于它们反应放热是确定的，所以描述中不带“－”，但其焓变为负值。(2)常温时生成指定产物示例：H→H2O(l)，C→CO2(g)，S→SO2(g)，N→N2(g)。反应热的计算[以练带忆]1．根据键能数据估算CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反应热ΔH为(　　)化学键C—HC—FH—FF—F键能/(kJ/mol)414489565155A．－485 kJ/mol B．＋485 kJ/molC．＋1 940 kJ/mol D．－1 940 kJ/molD　解析：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝414 kJ/mol×4＋155 kJ/mol×4－489 kJ/mol×4－565 kJ/mol×4＝－1 940 kJ/mol。2．已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2 215 kJ/mol，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8 g水，则放出的热量约为(　　)A．55 kJ B．220 kJ  C．550 kJ D．1 108 kJA　解析：丙烷分子式是C3H8,1 mol丙烷燃烧会产生4 mol水，则丙烷完全燃烧产生1.8 g水，消耗丙烷的物质的量是n(C3H8)＝m÷M÷4＝1.8 g÷18 g/mol÷4＝0.025 mol，所以反应放出的热量Q＝2 215 kJ/mol×0.025 mol＝55.375 kJ。3．在298 K、101 kPa时，已知：2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　ΔH1Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g)　ΔH22Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是(　　)A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2A　解析：①2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　ΔH1；②Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g)　ΔH2；③2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3。③＝①＋2×②，由盖斯定律可知，ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2。[练后梳理]1．盖斯定律(1)内容：对于一个化学反应，无论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，而与反应进行的途径无关。(2)意义：间接计算某些反应的反应热。(3)应用转化关系反应热间的关系aAB、ABΔH1＝aΔH2ABΔH1＝－ΔH2ΔH＝ΔH1＋ΔH22．利用盖斯定律计算反应热①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1②S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2③2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3求S(s)＋3C(s)＋2KNO3(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)　ΔH＝____________________________________________________________________。(1)找唯一：找总反应式中物质在分步反应中唯一出现的反应式，确定目标物质。①中有C，②中有S，③中有KNO3。(2)定侧向：目标物质在同侧时，反应式相加，目标物质在异侧时，反应式相减，即同侧时＋ΔH分，异侧时－ΔH分，C同侧(＋ΔH1)，S同侧(＋ΔH2)，KNO3异侧(－ΔH3)。(3)调化学计量数：根据总反应式中目标物质的化学计量数调整分反应式的化学计量数，①×3。(4)ΔH计算：ΔH＝3ΔH1＋ΔH2－ΔH3。3．其他计算反应热的方法(1)利用热化学方程式进行计算根据已知的热化学方程式和已知的反应物或生成物的物质的量或反应吸收或放出的热量，可以把反应热当作“产物”，计算反应放出或吸收的热量。(2)根据燃烧热数据，计算反应放出的热量计算公式：Q＝燃烧热×n(可燃物的物质的量)(3)根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算若反应物旧化学键断裂吸收能量E1，生成物新化学键形成放出能量E2，则反应的ΔH＝E1－E2。4．反应热大小的比较(1)看物质状态。物质的气、液、固三态转化时的能量变化如下：(2)看ΔH的符号。比较反应热大小时ΔH带本身的符号比较。(3)看化学计量数。当反应物与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)看反应的程度。对于可逆反应，参加反应的物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。常见物质中的化学键数目 物质CO2(C＝O)CH4(C—H)P4(P—P)SiO2(Si—O)石墨C－C 金刚石C－CS8(S—S)SiH2O2键数24641.528231．(命题情境：反应热与能源问题)“太阳能燃料”国际会议于2019年10月在我国武汉举行，旨在交流和探讨太阳能光催化分解水制氢、太阳能光催化二氧化碳转化为燃料等问题。下列说法错误的是(　　)A．太阳能燃料属于一次能源B．直接电催化CO2制取燃料时，燃料是阴极产物C．用光催化分解水产生的H2是理想的绿色能源D．研发和利用太阳能燃料，有利于经济的可持续发展A　解析：太阳能属于一次能源，但太阳能燃料属于二次能源，故A错误；直接电催化CO2制取燃料时，C化合价降低，在阴极反应，因此燃料是阴极产物，故B正确；H2燃烧放出的热量多，无污染，是理想的绿色能源，故C正确；研发和利用太阳能燃料，有利于经济的可持续发展，故D正确。2．(命题情境：催化剂与反应过程的问题)(双选)我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0，在低温下获得高转化率与高反应速率。反应过程示意图如下：下列说法正确的是(　　)A．图示显示：起始时的2个H2O最终都参与了反应B．过程Ⅰ、过程Ⅱ均为放热过程C．过程Ⅲ只生成了极性共价键D．使用催化剂不会改变水煤气变换反应的ΔHAD　解析：根据反应过程示意图，过程Ⅰ中1个水分子中的化学键断裂，过程Ⅱ中另一个水分子中的化学键断裂，过程Ⅲ中形成了新的水分子，因此起始时的2个H2O最终都参与了反应，A项正确；根据反应过程示意图，过程Ⅰ、Ⅱ中水分子中的化学键断裂的过程，为吸热过程，B项错误；过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气，H2中的化学键为非极性键，C项错误；催化剂不能改变反应的ΔH，D项正确。3．经过研究发现液态有机物是比较理想的储氢材料。1 mol (g)和3 mol H2(g)反应生成 1 mol (g)过程中的能量变化示意图如图所示。下列有关说法错误的是(　　)A．甲苯储氢反应属于加成反应B．加入高效催化剂，可降低E1值C． (g)＋3H2(g)―→(g)　ΔH＝(E1－E2) kJ/molD．该反应的正反应活化能大于逆反应活化能D　解析：1 mol (g)和3 mol H2(g)反应生成1 mol (g)的化学方程式为＋3H2―→。甲苯储氢反应属于加成反应，A正确；加入高效催化剂，可降低反应的活化能，即可降低E1值，B正确；该反应的热化学方程式为 (g)＋3H2(g)―→ (g)　ΔH＝(E1－E2) kJ/mol，C正确； 该反应的正反应活化能为E1，逆反应活化能为E2，正反应的活化能小于逆反应的活化能，D错误。4．我国科学家以MoS2为催化剂，在不同电解质溶液中实现常温电催化合成氨，其反应历程与相对能量模拟计算结果如图所示。下列说法错误的是(　　)A．Li2SO4溶液利于MoS2对N2的活化B．两种电解质溶液环境下从N2→NH3的焓变不同C．MoS2(Li2SO4溶液)将反应决速步(*N2→*N2H)的能量降低D．N2的活化是N≡N的断裂与N—H形成的过程B　解析：从图中可知在Li2SO4溶液中N2的相对能量较低，因此Li2SO4溶液利于MoS2对N2的活化，A正确；反应物、生成物的能量不变，因此反应的焓变不变，与反应途径无关，B错误；根据图示可知MoS2在Li2SO4溶液中比Na2SO4溶液中，将反应决速步(*N2→*N2H)的能量大大降低，C正确；根据图示可知N2的活化是N≡N断裂形成N2H的过程，即是N≡N的断裂与N—H形成的过程，D正确。5．(2021·济南模拟)2020年的秋冬季，既是“十三五”最后一个秋冬季，也是《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的最后一个秋冬季，其防治效果非常关键。有效除去大气中的SO2和氮氧化物，是打赢蓝天保卫战的关键。用NaOH溶液吸收热电企业产生的废气时，涉及如图转化，由转化关系可得：ΔH4＝__________________________。解析：根据盖斯定律分析，反应的能量变化取决于反应物和生成物，与过程无关，所以根据图分析，可得ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4，故ΔH4＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。答案：ΔH1＋ΔH2－ΔH3