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专题十三 化学能与热能-2023届（新高考）高考化学二轮复习课件
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这是一份专题十三 化学能与热能-2023届（新高考）高考化学二轮复习课件，共60页。PPT课件主要包含了考情解读，考点2热化学方程式，反应热计算的模型等内容，欢迎下载使用。
课标要求1.认识物质具有能量,认识吸热反应与放热反应,了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。2.能基于化学键解释某些化学反应的热效应。3.认识化学能可以与热能、电能等其他形式能量之间相互转化,能量的转化遵循能量守恒定律。知道内能是体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强、物质的聚集状态的影响。
课标要求4.认识化学能与热能的相互转化,恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示,了解盖斯定律及其简单应用。5.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。6.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。
高考怎么考 高考中常结合基本概念考查热化学方程式的书写和反应热的计算等,体现高考命题的基础性;也会结合最新科研成果中的反应历程等考查反应过程中的能量变化,体现高考命题的创新性。 预计2022年高考中,有关反应热的考查内容将不断拓宽,对热化学方程式的书写及盖斯定律的应用要求会有所提高,另外试题很可能涉及能源问题,引导考生形成与环境和谐共处、合理利用自然资源的观念。
考点1 化学反应中能量变化的有关概念考点帮·必备知识通关考法帮·解题能力提升考法1 化学反应中的能量变化考点2 热化学方程式考点帮·必备知识通关考法帮·解题能力提升考法2 热化学方程式的正误判断与书写
考点3 盖斯定律的应用及反应热的计算和大小比较考点帮·必备知识通关考法帮·解题能力提升考法3 反应热的计算考法4 反应热的大小比较
考点 1 化学反应中能量变化 的有关概念
考点帮▪必备知识通关
1.反应热、焓变(1)反应热:在等温条件下,在化学反应过程中吸收或放出的热量称为反应热。(2)焓变:在恒温恒压的条件下,化学反应过程中吸收或放出的热量称为反应的焓变,用ΔH表示,单位常用kJ/ml(或kJ·ml-1)。(3)规定:放热反应的ΔH为“-”,吸热反应的ΔH为“+”。
2.吸热反应和放热反应
3.ΔH的计算公式 [重点]ΔH=生成物总能量-反应物总能量=反应物总键能-生成物总键能=正反应活化能-逆反应活化能4.燃烧热和中和热 [易混易错]
注:新人教版《化学》(选择性必修1)中,有关燃烧热的表述为在101 kPa时,1 ml纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,叫作该物质的燃烧热。
注意 理解中和热时的注意事项1.稀溶液一般要求酸溶液中c(H+)和碱溶液中c(OH-)小于或等于1 ml·L-1。2.中和热不包括离子在水溶液中生成沉淀的热效应和弱电解质电离的热效应。如以下反应的反应热均不是中和热:H2SO4(aq) +Ba(OH)2(aq) BaSO4(s)+H2O(l) ΔH=中和热+BaSO4(s)的生成热;CH3COOH(aq)+NaOH(aq)CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH=中和热+CH3COOH的电离热。3.由于中和反应与燃烧反应均是放热反应,表示中和热与燃烧热时可不带“-”,但用ΔH表示时,必须带“-”。如某物质的燃烧热是Q kJ·ml-1或ΔH=-Q kJ·ml-1。
高考链接[2016海南,6改编]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1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为 。答案：-3.4×104 kJ·ml-1
5.中和热的测定 (1)装置
注:新版教材中对中和热的测定装置进行了改进。如人教版《化学》(选择性必修1)中为如图2所示装置。
(2)中和热的计算公式[以50 mL 0.5 ml·L-1盐酸与50 mL 0.55 ml·L-1 NaOH溶液反应为例,假设两者混合后溶液的比热容c=4.18 J·(g·℃)-1,两溶液的密度均为1.0 g·mL-1]
(3)注意事项①图1中双孔泡沫塑料板和碎泡沫塑料的作用是保温隔热,减少实验过程中的热量损失;环形玻璃搅拌棒的作用是使反应物迅速混合,使反应充分进行,保持体系温度均匀。②为保证酸(或碱)完全中和,常使碱(或酸)稍稍过量。③实验中若使用弱酸或弱碱,会使测得的数值偏小。
考法帮▪解题能力提升
考法1 化学反应中的能量变化1.化学反应中的能量变化图示
(1)a表示断裂旧化学键吸收的能量,也可以表示正反应的活化能。(2)b表示生成新化学键放出的能量,也可以表示逆反应的活化能。(3)ΔH=E(生成物)-E(反应物)=a-b。
2.催化剂对活化能、焓变的影响 [易错](1)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。(2)在无催化剂的情况下,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能。(3)活化能与焓变的关系:ΔH=E1-E2。
命题角度1 结合能量变化图像判断吸热反应和放热反应示例1[2015北京,9,6分]最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:
下列说法正确的是A.CO和O生成CO2是吸热反应B.在该过程中,CO断键形成C和OC.CO和O生成了具有极性共价键的CO2D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
解析：根据能量变化示意图可知,CO和O(状态Ⅰ)→CO2(状态Ⅲ)过程中放出热量,A项错误;根据反应过程示意图可以看出CO中的碳氧键没有断裂,B项错误;CO2中含有极性键,C项正确;状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O形成CO2的过程,D项错误。答案：C
考点扫描1.[2016海南,11改编]由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。(1)由X→Y 反应的ΔH=E5-E2( )(2)由X→Z反应的ΔH<0( )
2.[2016江苏,10A改编]如图所示 ,可表示燃料燃烧反应的能量变化( )答案：1.(1)✕ (2)√ 2.✕
命题角度2 结合反应历程考查化学反应能量变化 [新角度]示例2化学研究中,可结合实验与计算机模拟结果,探究物质反应的历程。回答下列各题:最近我国科学家实现了使用铜催化剂将N,N-二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO,简称DMF]转化为三甲胺。单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
(1)该反应历程中的最大能垒(活化能)= eV,该步骤的化学方程式为 。(2)该反应的ΔH (填“<”“>”或“=”)0,制备三甲胺的化学方程式为 。
解析：(1)由题图可知反应N(CH3)3*+OH*+H* N(CH3)3(g)+H2O(g)的活化能最大,活化能=-1.02 eV-(-2.21 eV)=1.19 eV。(2)根据盖斯定律,反应热只与反应的始态和终态有关,与反应过程无关,反应物总能量高于生成物总能量,该反应为放热反应,ΔH<0,化学方程式为(CH3)2NCHO(g)+2H2(g) N(CH3)3(g)+H2O(g)。答案：(1)1.19 N(CH3)3*+OH*+H* N(CH3)3(g)+H2O(g) (2)< (CH3)2NCHO(g)+2H2(g) N(CH3)3(g)+H2O(g)
1.定义表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。2.意义不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化。如H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·ml-1表示的意义为在25 ℃、101 kPa下,1 ml H2(g)和 ml O2(g)反应生成1 ml H2O(g)时放出241.8 kJ的热量。
考法2 热化学方程式的正误判断与书写1. 热化学方程式正误判断的“五审”
2. “五步”书写热化学方程式 步骤1 写方程式——写出配平的化学方程式;步骤2 标状态——用“s”“l”“g”“aq”标明物质的聚集状态;步骤3 标条件——标明反应的温度和压强(101 kPa、25 ℃时可不标注);步骤4 标ΔH——在方程式后写出ΔH,并根据信息注明ΔH的“+”或“-”;步骤5 标数值——根据化学计量数计算并写出ΔH的数值及单位。
注意：1.ΔH的数值大小与化学计量数成正比。2.区别于普通化学方程式:一般不注“↑”“↓”,不写“点燃”“ 加热” 等反应条件。3.热化学方程式中各物质化学式前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,若化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。4.不管化学反应是可逆反应还是不可逆反应,热化学方程式中的热效应都是指物质按化学方程式完全反应时的热效应。如2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-197 kJ·ml-1表示的意义为2 ml SO2(g)和1 ml O2(g)完全转化成 2 ml SO3(g)时放出197 kJ的热量。
命题角度1 热化学方程式的正误判断 示例 3 下列有关热化学方程式的叙述正确的是A.2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·ml-1,则氢气的燃烧热为241.8 kJ·ml-1B.已知C(石墨,s) C(金刚石,s)的ΔH>0,则金刚石比石墨稳定C.含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7 kJ的热量,则中和热的热化学方程式为NaOH+HCl NaCl+H2O ΔH=-57.4 kJ·ml-1D.已知C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1,C(s)+O2(g) CO(g) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
解析：表示氢气燃烧热时产物中的水应该为液态,故A错误;已知C(石墨,s) C(金刚石,s)的ΔH>0,则石墨能量较低,更稳定,故B错误;含20.0 g(即0.5 ml)NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7 kJ的热量,则中和热的热化学方程式为NaOH(aq)+HCl(aq) NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.4 kJ·ml-1,故C错误;已知C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1,C(s)+ O2(g) CO(g) ΔH2,完全燃烧时放出的热量多,故ΔH1<ΔH2,故D正确。答案：D
命题角度2 结合物质的燃烧热或物质的能量书写热化学方程式 示例 4 (1)[2020全国卷Ⅰ,28(1),2分]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Ⅱ,28(1)改编]天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。乙烷在一定条件可发生反应生成C2H4(g)和H2(g),相关物质的燃烧热数据如表所示:写出其热化学反应方程式: 。
解析：(1)根据题图知,V2O4(s)+SO3(g) V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=-24 kJ·ml-1①,V2O4(s)+2SO3(g) 2VOSO4(s) ΔH1=-399 kJ·ml-1②。根据盖斯定律,由②-①×2得:2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=(-399+48) kJ·ml-1=-351 kJ·ml-1。(2)根据题表中数据信息可写出热化学方程式(i)C2H6(g)+O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 560 kJ·ml-1、(ii)C2H4(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1 411 kJ·ml-1、(iii)H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=-286 kJ·ml-1,根据盖斯定律,由(i)-(ii)-(iii)得C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH=+137 kJ·ml-1。
答案：(1)2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH= -351 kJ·ml-1 (2)C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH=+137 kJ·ml-1
考点3 盖斯定律的应用及反应热 的计算和大小比较
1.盖斯定律不管化学反应是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的。即反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应途径无关。如:途径一:A→B途径二:A→C→B则ΔH1、ΔH2、ΔH的关系为ΔH=ΔH1+ΔH2。
2.盖斯定律的应用(1)应用盖斯定律比较反应热的大小。(2)应用盖斯定律间接计算某些反应的反应热。
考法3 反应热的计算反应热已成为近几年高考的必考内容,主要在非选择题部分某一问中结合化学反应速率、化学平衡及工艺流程进行考查,考查内容常与盖斯定律的应用和计算有关。随着能源问题的日益突出,与新能源相关的考点也应引起关注。1.反应热产生的本质原因
命题角度1 结合物质能量计算反应热示例5 [2020浙江7月选考,29(1)改编]已知:298 K时,相关物质的相对能量(如图)。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH (ΔH 随温度变化可忽略)。例如:H2O(g) H2O(l) ΔH=-286 kJ·ml-1-(-242 kJ·ml-1)=-44 kJ·ml-1,则C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g) ΔH= kJ·ml-1。
解析 ：由题给信息可知,ΔH=生成物总能量-反应物总能量=0+4×(-110 kJ·ml-1)-2×(-393 kJ·ml-1)-(-84 kJ·ml-1)=+430 kJ·ml-1。答案：+430
命题角度2 根据键能计算反应热示例6 [2018天津,10(2),4分]CO2与CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:
[则该反应的ΔH= 。分别在v L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1 ml的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 (填“A”或“B”)。
解析 ：根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能,该反应的ΔH=(413×4+745×2) kJ·ml-1-(1 075×2+436×2) kJ·ml-1=+120 kJ·ml-1。该反应为气体分子数增大的吸热反应,恒容时达到的平衡相当于恒压条件下达到平衡后增大压强,加压平衡向逆反应方向移动,故恒容时反应达平衡后吸收的热量比恒压时反应达平衡后吸收的热量少。答案：+120 kJ·ml-1 B
考法点睛·应用实践利用键能计算反应热的关键,就是要算清物质中化学键的数目,清楚中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目。
命题角度3 根据盖斯定律计算反应热示例7 [高考组合]请回答下列问题:(1)[2018全国卷Ⅲ,28(2),2分]SiHCl3在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=48 kJ·ml-13SiH2Cl2(g) SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·ml-1则反应4SiHCl3(g) SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为 kJ·ml-1。
2016全国卷Ⅲ,27(4)②,2分]已知下列反应:SO2(g)+2OH-(aq) S(aq)+H2O(l) ΔH1ClO-(aq)+SO32-(aq) SO42-(aq)+Cl-(aq) ΔH2CaSO4(s) Ca2+(aq)+SO42-(aq) ΔH3则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH= 。
解析：(1)将已知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) ΔH=3×48 kJ·ml-1 -30 kJ·ml-1=+114 kJ·ml-1。(2)将三个反应依次记为①②③,根据盖斯定律,由①+②-③得SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq) CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq) ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。答案：(1)+114 (2)ΔH1+ΔH2-ΔH3
考法点睛·应用实践 根据盖斯定律计算反应热的方法1.标位置:标出目标热化学方程式(i)中各物质在已知热化学方程式(ii、iii、iv等)中的位置。2.调系数:将ii、iii、iv等中标记的各物质的化学计量数调整为与i中的相同。3.同侧加、异侧减:挑出ii、iii、iv等中标记的物质与i中相关物质位于等式同一侧的,将这几个已知热化学方程式相加,然后与剩余的已知热化学方程式相减,即得i。4.算焓变:将已知焓变作出相应系数的调整并进行相应的加减计算,得目标热化学方程式的焓变。
考点扫描
答案：1.(1)✕ (2)√ 2.2ΔH3-2ΔH2-ΔH1 反应放热量大、产生大量气体
命题角度4 根据反应图像计算反应热示例8 已知:1 g C(s)燃烧生成一氧化碳放出9.2 kJ的热量;氧化亚铜与氧气反应的能量变化如图所示。下列叙述正确的是
A.碳[C(s)]的燃烧热为110.4 kJ·ml-1B.1 ml CuO分解生成Cu2O放出73 kJ的热量C.反应2Cu2O(s)+O2(g) 4CuO(s)的活化能为292 kJ·ml-1D.足量碳与CuO反应生成Cu2O的热化学方程式为C(s)+2CuO(s)Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+35.6 kJ·ml-1
考法4 反应热的大小比较1.根据反应物量的大小关系比较反应焓变大小①H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH1②2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH2反应②中H2的量更多,因此放热更多,|ΔH1|<|ΔH2|,但ΔH1<0,ΔH2<0,故ΔH1>ΔH2。
2.根据反应进行程度的大小比较反应焓变大小③C(s)+ O2(g) CO(g) ΔH3④C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH4反应④,C完全燃烧,放热更多,|ΔH3|<|ΔH4|,但ΔH3<0,ΔH4<0,故ΔH3>ΔH4。
3.根据反应物或生成物的状态比较反应焓变大小⑤S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH5⑥S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH6方法一:图像法由图像可知:|ΔH5|>|ΔH6|,但ΔH5<0,ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。
方法二:通过盖斯定律构造新的热化学方程式由⑤-⑥可得S(g) S(s) ΔH=ΔH5-ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。4.根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变大小⑦2Al(s)+ O2(g) Al2O3(s) ΔH7 ⑧2Fe(s)+ O2(g) Fe2O3(s) ΔH8由⑦-⑧可得2Al(s)+Fe2O3(s) 2Fe(s)+Al2O3(s) ΔH=ΔH7-ΔH8。已知铝热反应为放热反应,故ΔH<0,ΔH7<ΔH8。
注意：试题中可能出现比较ΔH、|ΔH|、Q的情况,其中只有ΔH需要带“+”“-”进行比较。
命题角度 反应热的大小比较示例9 [新课标全国卷Ⅱ高考]室温下,将1 ml的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 ml的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s) CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
课标要求1.认识物质具有能量,认识吸热反应与放热反应,了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。2.能基于化学键解释某些化学反应的热效应。3.认识化学能可以与热能、电能等其他形式能量之间相互转化,能量的转化遵循能量守恒定律。知道内能是体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强、物质的聚集状态的影响。
课标要求4.认识化学能与热能的相互转化,恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示,了解盖斯定律及其简单应用。5.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。6.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。
高考怎么考 高考中常结合基本概念考查热化学方程式的书写和反应热的计算等,体现高考命题的基础性;也会结合最新科研成果中的反应历程等考查反应过程中的能量变化,体现高考命题的创新性。 预计2022年高考中,有关反应热的考查内容将不断拓宽,对热化学方程式的书写及盖斯定律的应用要求会有所提高,另外试题很可能涉及能源问题,引导考生形成与环境和谐共处、合理利用自然资源的观念。
考点1 化学反应中能量变化的有关概念考点帮·必备知识通关考法帮·解题能力提升考法1 化学反应中的能量变化考点2 热化学方程式考点帮·必备知识通关考法帮·解题能力提升考法2 热化学方程式的正误判断与书写
考点3 盖斯定律的应用及反应热的计算和大小比较考点帮·必备知识通关考法帮·解题能力提升考法3 反应热的计算考法4 反应热的大小比较
考点 1 化学反应中能量变化 的有关概念
考点帮▪必备知识通关
1.反应热、焓变(1)反应热:在等温条件下,在化学反应过程中吸收或放出的热量称为反应热。(2)焓变:在恒温恒压的条件下,化学反应过程中吸收或放出的热量称为反应的焓变,用ΔH表示,单位常用kJ/ml(或kJ·ml-1)。(3)规定:放热反应的ΔH为“-”,吸热反应的ΔH为“+”。
2.吸热反应和放热反应
3.ΔH的计算公式 [重点]ΔH=生成物总能量-反应物总能量=反应物总键能-生成物总键能=正反应活化能-逆反应活化能4.燃烧热和中和热 [易混易错]
注:新人教版《化学》(选择性必修1)中,有关燃烧热的表述为在101 kPa时,1 ml纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,叫作该物质的燃烧热。
注意 理解中和热时的注意事项1.稀溶液一般要求酸溶液中c(H+)和碱溶液中c(OH-)小于或等于1 ml·L-1。2.中和热不包括离子在水溶液中生成沉淀的热效应和弱电解质电离的热效应。如以下反应的反应热均不是中和热:H2SO4(aq) +Ba(OH)2(aq) BaSO4(s)+H2O(l) ΔH=中和热+BaSO4(s)的生成热;CH3COOH(aq)+NaOH(aq)CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH=中和热+CH3COOH的电离热。3.由于中和反应与燃烧反应均是放热反应,表示中和热与燃烧热时可不带“-”,但用ΔH表示时,必须带“-”。如某物质的燃烧热是Q kJ·ml-1或ΔH=-Q kJ·ml-1。
高考链接[2016海南,6改编]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1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为 。答案：-3.4×104 kJ·ml-1
5.中和热的测定 (1)装置
注:新版教材中对中和热的测定装置进行了改进。如人教版《化学》(选择性必修1)中为如图2所示装置。
(2)中和热的计算公式[以50 mL 0.5 ml·L-1盐酸与50 mL 0.55 ml·L-1 NaOH溶液反应为例,假设两者混合后溶液的比热容c=4.18 J·(g·℃)-1,两溶液的密度均为1.0 g·mL-1]
(3)注意事项①图1中双孔泡沫塑料板和碎泡沫塑料的作用是保温隔热,减少实验过程中的热量损失;环形玻璃搅拌棒的作用是使反应物迅速混合,使反应充分进行,保持体系温度均匀。②为保证酸(或碱)完全中和,常使碱(或酸)稍稍过量。③实验中若使用弱酸或弱碱,会使测得的数值偏小。
考法帮▪解题能力提升
考法1 化学反应中的能量变化1.化学反应中的能量变化图示
(1)a表示断裂旧化学键吸收的能量,也可以表示正反应的活化能。(2)b表示生成新化学键放出的能量,也可以表示逆反应的活化能。(3)ΔH=E(生成物)-E(反应物)=a-b。
2.催化剂对活化能、焓变的影响 [易错](1)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。(2)在无催化剂的情况下,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能。(3)活化能与焓变的关系:ΔH=E1-E2。
命题角度1 结合能量变化图像判断吸热反应和放热反应示例1[2015北京,9,6分]最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:
下列说法正确的是A.CO和O生成CO2是吸热反应B.在该过程中,CO断键形成C和OC.CO和O生成了具有极性共价键的CO2D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
解析：根据能量变化示意图可知,CO和O(状态Ⅰ)→CO2(状态Ⅲ)过程中放出热量,A项错误;根据反应过程示意图可以看出CO中的碳氧键没有断裂,B项错误;CO2中含有极性键,C项正确;状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O形成CO2的过程,D项错误。答案：C
考点扫描1.[2016海南,11改编]由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。(1)由X→Y 反应的ΔH=E5-E2( )(2)由X→Z反应的ΔH<0( )
2.[2016江苏,10A改编]如图所示 ,可表示燃料燃烧反应的能量变化( )答案：1.(1)✕ (2)√ 2.✕
命题角度2 结合反应历程考查化学反应能量变化 [新角度]示例2化学研究中,可结合实验与计算机模拟结果,探究物质反应的历程。回答下列各题:最近我国科学家实现了使用铜催化剂将N,N-二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO,简称DMF]转化为三甲胺。单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
(1)该反应历程中的最大能垒(活化能)= eV,该步骤的化学方程式为 。(2)该反应的ΔH (填“<”“>”或“=”)0,制备三甲胺的化学方程式为 。
解析：(1)由题图可知反应N(CH3)3*+OH*+H* N(CH3)3(g)+H2O(g)的活化能最大,活化能=-1.02 eV-(-2.21 eV)=1.19 eV。(2)根据盖斯定律,反应热只与反应的始态和终态有关,与反应过程无关,反应物总能量高于生成物总能量,该反应为放热反应,ΔH<0,化学方程式为(CH3)2NCHO(g)+2H2(g) N(CH3)3(g)+H2O(g)。答案：(1)1.19 N(CH3)3*+OH*+H* N(CH3)3(g)+H2O(g) (2)< (CH3)2NCHO(g)+2H2(g) N(CH3)3(g)+H2O(g)
1.定义表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。2.意义不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化。如H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·ml-1表示的意义为在25 ℃、101 kPa下,1 ml H2(g)和 ml O2(g)反应生成1 ml H2O(g)时放出241.8 kJ的热量。
考法2 热化学方程式的正误判断与书写1. 热化学方程式正误判断的“五审”
2. “五步”书写热化学方程式 步骤1 写方程式——写出配平的化学方程式;步骤2 标状态——用“s”“l”“g”“aq”标明物质的聚集状态;步骤3 标条件——标明反应的温度和压强(101 kPa、25 ℃时可不标注);步骤4 标ΔH——在方程式后写出ΔH,并根据信息注明ΔH的“+”或“-”;步骤5 标数值——根据化学计量数计算并写出ΔH的数值及单位。
注意：1.ΔH的数值大小与化学计量数成正比。2.区别于普通化学方程式:一般不注“↑”“↓”,不写“点燃”“ 加热” 等反应条件。3.热化学方程式中各物质化学式前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,若化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。4.不管化学反应是可逆反应还是不可逆反应,热化学方程式中的热效应都是指物质按化学方程式完全反应时的热效应。如2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-197 kJ·ml-1表示的意义为2 ml SO2(g)和1 ml O2(g)完全转化成 2 ml SO3(g)时放出197 kJ的热量。
命题角度1 热化学方程式的正误判断 示例 3 下列有关热化学方程式的叙述正确的是A.2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·ml-1,则氢气的燃烧热为241.8 kJ·ml-1B.已知C(石墨,s) C(金刚石,s)的ΔH>0,则金刚石比石墨稳定C.含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7 kJ的热量,则中和热的热化学方程式为NaOH+HCl NaCl+H2O ΔH=-57.4 kJ·ml-1D.已知C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1,C(s)+O2(g) CO(g) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
解析：表示氢气燃烧热时产物中的水应该为液态,故A错误;已知C(石墨,s) C(金刚石,s)的ΔH>0,则石墨能量较低,更稳定,故B错误;含20.0 g(即0.5 ml)NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7 kJ的热量,则中和热的热化学方程式为NaOH(aq)+HCl(aq) NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.4 kJ·ml-1,故C错误;已知C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1,C(s)+ O2(g) CO(g) ΔH2,完全燃烧时放出的热量多,故ΔH1<ΔH2,故D正确。答案：D
命题角度2 结合物质的燃烧热或物质的能量书写热化学方程式 示例 4 (1)[2020全国卷Ⅰ,28(1),2分]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Ⅱ,28(1)改编]天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。乙烷在一定条件可发生反应生成C2H4(g)和H2(g),相关物质的燃烧热数据如表所示:写出其热化学反应方程式: 。
解析：(1)根据题图知,V2O4(s)+SO3(g) V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=-24 kJ·ml-1①,V2O4(s)+2SO3(g) 2VOSO4(s) ΔH1=-399 kJ·ml-1②。根据盖斯定律,由②-①×2得:2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=(-399+48) kJ·ml-1=-351 kJ·ml-1。(2)根据题表中数据信息可写出热化学方程式(i)C2H6(g)+O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 560 kJ·ml-1、(ii)C2H4(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1 411 kJ·ml-1、(iii)H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=-286 kJ·ml-1,根据盖斯定律,由(i)-(ii)-(iii)得C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH=+137 kJ·ml-1。
答案：(1)2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH= -351 kJ·ml-1 (2)C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH=+137 kJ·ml-1
考点3 盖斯定律的应用及反应热 的计算和大小比较
1.盖斯定律不管化学反应是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的。即反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应途径无关。如:途径一:A→B途径二:A→C→B则ΔH1、ΔH2、ΔH的关系为ΔH=ΔH1+ΔH2。
2.盖斯定律的应用(1)应用盖斯定律比较反应热的大小。(2)应用盖斯定律间接计算某些反应的反应热。
考法3 反应热的计算反应热已成为近几年高考的必考内容,主要在非选择题部分某一问中结合化学反应速率、化学平衡及工艺流程进行考查,考查内容常与盖斯定律的应用和计算有关。随着能源问题的日益突出,与新能源相关的考点也应引起关注。1.反应热产生的本质原因
命题角度1 结合物质能量计算反应热示例5 [2020浙江7月选考,29(1)改编]已知:298 K时,相关物质的相对能量(如图)。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH (ΔH 随温度变化可忽略)。例如:H2O(g) H2O(l) ΔH=-286 kJ·ml-1-(-242 kJ·ml-1)=-44 kJ·ml-1,则C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g) ΔH= kJ·ml-1。
解析 ：由题给信息可知,ΔH=生成物总能量-反应物总能量=0+4×(-110 kJ·ml-1)-2×(-393 kJ·ml-1)-(-84 kJ·ml-1)=+430 kJ·ml-1。答案：+430
命题角度2 根据键能计算反应热示例6 [2018天津,10(2),4分]CO2与CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:
[则该反应的ΔH= 。分别在v L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1 ml的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 (填“A”或“B”)。
解析 ：根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能,该反应的ΔH=(413×4+745×2) kJ·ml-1-(1 075×2+436×2) kJ·ml-1=+120 kJ·ml-1。该反应为气体分子数增大的吸热反应,恒容时达到的平衡相当于恒压条件下达到平衡后增大压强,加压平衡向逆反应方向移动,故恒容时反应达平衡后吸收的热量比恒压时反应达平衡后吸收的热量少。答案：+120 kJ·ml-1 B
考法点睛·应用实践利用键能计算反应热的关键,就是要算清物质中化学键的数目,清楚中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目。
命题角度3 根据盖斯定律计算反应热示例7 [高考组合]请回答下列问题:(1)[2018全国卷Ⅲ,28(2),2分]SiHCl3在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=48 kJ·ml-13SiH2Cl2(g) SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·ml-1则反应4SiHCl3(g) SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为 kJ·ml-1。
2016全国卷Ⅲ,27(4)②,2分]已知下列反应:SO2(g)+2OH-(aq) S(aq)+H2O(l) ΔH1ClO-(aq)+SO32-(aq) SO42-(aq)+Cl-(aq) ΔH2CaSO4(s) Ca2+(aq)+SO42-(aq) ΔH3则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH= 。
解析：(1)将已知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) ΔH=3×48 kJ·ml-1 -30 kJ·ml-1=+114 kJ·ml-1。(2)将三个反应依次记为①②③,根据盖斯定律,由①+②-③得SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq) CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq) ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。答案：(1)+114 (2)ΔH1+ΔH2-ΔH3
考法点睛·应用实践 根据盖斯定律计算反应热的方法1.标位置:标出目标热化学方程式(i)中各物质在已知热化学方程式(ii、iii、iv等)中的位置。2.调系数:将ii、iii、iv等中标记的各物质的化学计量数调整为与i中的相同。3.同侧加、异侧减:挑出ii、iii、iv等中标记的物质与i中相关物质位于等式同一侧的,将这几个已知热化学方程式相加,然后与剩余的已知热化学方程式相减,即得i。4.算焓变:将已知焓变作出相应系数的调整并进行相应的加减计算,得目标热化学方程式的焓变。
考点扫描
答案：1.(1)✕ (2)√ 2.2ΔH3-2ΔH2-ΔH1 反应放热量大、产生大量气体
命题角度4 根据反应图像计算反应热示例8 已知:1 g C(s)燃烧生成一氧化碳放出9.2 kJ的热量;氧化亚铜与氧气反应的能量变化如图所示。下列叙述正确的是
A.碳[C(s)]的燃烧热为110.4 kJ·ml-1B.1 ml CuO分解生成Cu2O放出73 kJ的热量C.反应2Cu2O(s)+O2(g) 4CuO(s)的活化能为292 kJ·ml-1D.足量碳与CuO反应生成Cu2O的热化学方程式为C(s)+2CuO(s)Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+35.6 kJ·ml-1
考法4 反应热的大小比较1.根据反应物量的大小关系比较反应焓变大小①H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH1②2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH2反应②中H2的量更多,因此放热更多,|ΔH1|<|ΔH2|,但ΔH1<0,ΔH2<0,故ΔH1>ΔH2。
2.根据反应进行程度的大小比较反应焓变大小③C(s)+ O2(g) CO(g) ΔH3④C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH4反应④,C完全燃烧,放热更多,|ΔH3|<|ΔH4|,但ΔH3<0,ΔH4<0,故ΔH3>ΔH4。
3.根据反应物或生成物的状态比较反应焓变大小⑤S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH5⑥S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH6方法一:图像法由图像可知:|ΔH5|>|ΔH6|,但ΔH5<0,ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。
方法二:通过盖斯定律构造新的热化学方程式由⑤-⑥可得S(g) S(s) ΔH=ΔH5-ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。4.根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变大小⑦2Al(s)+ O2(g) Al2O3(s) ΔH7 ⑧2Fe(s)+ O2(g) Fe2O3(s) ΔH8由⑦-⑧可得2Al(s)+Fe2O3(s) 2Fe(s)+Al2O3(s) ΔH=ΔH7-ΔH8。已知铝热反应为放热反应,故ΔH<0,ΔH7<ΔH8。
注意：试题中可能出现比较ΔH、|ΔH|、Q的情况,其中只有ΔH需要带“+”“-”进行比较。
命题角度 反应热的大小比较示例9 [新课标全国卷Ⅱ高考]室温下,将1 ml的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 ml的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s) CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
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