2020届二轮复习 化学反应与能量 学案（全国通用）

第2讲　化学反应与能量
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1.了解化学反应中能量转化的原因及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、中和热、燃烧热等概念。3.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。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。5.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。6.理解盖斯定律，并能用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。7.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。8.了解常见化学电源的种类及其工作原理。9.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
考点1　化学能与热能

1.理解化学反应热效应的两种角度
(1)从微观的角度说，是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值，如下图所示：

a表示旧化学键断裂吸收的能量；
b表示新化学键形成放出的能量；
c表示反应热。
(2)从宏观的角度说，是反应物的总能量与生成物的总能量的差值，在上图中：
a表示活化能；
b表示活化分子结合成生成物所释放的能量；
c表示反应热。
2.反应热的量化参数

3.燃烧热、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－1
不同点
反应物的量
1 mol
不一定为1 mol
生成物的量
不确定
生成液态水的物质的量为1 mol
反应热的含义
25 ℃，101 kPa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
在稀溶液里，酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时所放出的热量
表示方法
燃烧热ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)
强酸与强碱反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
4.ΔH计算的几种方法

(1)从宏观角度分析计算
ΔH＝H1(生成物的总能量)－H2(反应物的总能量)
(2)从微观角度分析计算
ΔH＝E1(反应物的键能总和)－E2(生成物的键能总和)
(3)从活化能角度分析计算
ΔH＝E1(正反应的活化能)－E2(逆反应的活化能)
(4)根据盖斯定律计算
计算步骤

(5)根据反应过程中的热量变化Q计算
ΔH＝＋(－) kJ·mol－1


角度一　反应热的基本概念、能量图像
1.(2018·北京理综，7)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如图。

下列说法不正确的是(　　)
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4―→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C—C键
D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
解析　由CO2和CH4制备CH3COOH的化学方程式为CO2＋CH4CH3COOH，反应中没有副产物生成，所以总反应的原子利用率为100%，A项正确；CH4分子中含有4个C—H键，而CH3COOH分子中含有3个C—H键，显然CH4―→CH3COOH过程中必有C—H键发生断裂，B项正确；观察反应的示意图可知，①→②过程中放出能量，且在此过程中形成了新化学键，即乙酸分子中的C—C键，C项正确；催化剂只能改变化学反应速率，而不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误。
答案　D
2.[2015·海南化学，16(3)]由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示，若生成1 mol N2，其ΔH＝________kJ·mol－1。

答案　－139
角度二　热化学方程式的书写与正误判断
3.(2017·4月浙江选考)已知断裂1 mol H2(g)中的H—H键需要吸收436.4 kJ的能量，断裂1 mol O2(g)中的共价键需要吸收498 kJ的能量，生成H2O(g)中的1 mol H—O键能放出462.8 kJ的能量。下列说法正确的是(　　)
A.断裂1 mol H2O中的化学键需要吸收925.6 kJ的能量
B.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－480.4 kJ·mol－1
C.2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝471.6 kJ·mol－1
D.H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－240.2 kJ·mol－1
解析　本题易错选A。1 mol H2O中2 mol H—O，断裂1 mol H2O(g)中的化学键吸收热量为2×462.8 kJ，A选项未说明H2O状态，故不正确；C、D中都为H2O(l)，根据题意，错误；B方程式中ΔH＝2×436.4 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－4×462.8 kJ·mol－1＝－480.4 kJ·mol－1，故正确。
答案　B
4.(1)(2019·天津理综，10)硅粉与HCl在300 ℃时反应生成1 mol SiHCl3气体和H2，放出225 kJ热量，该反应的热化学方程式为____________________
____________________________________________________________。
(2)(2016·天津理综)硅与氯两元素的单质反应生成1 mol Si的最高价化合物，恢复至室温，放热687 kJ，已知该化合物的熔、沸点分别为－69 ℃和58 ℃，写出该反应的热化学方程式____________________________________
____________________________________________________________。
解析　(1)该反应的热化学方程式为：Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)　ΔH＝－225 kJ·mol－1。(2)Si与Cl2生成Si的最高价化合物为SiCl4，根据SiCl4的熔、沸点可知其室温下状态为液态，故该反应的热化学方程式为Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(l)　ΔH＝－687 kJ·mol－1。
答案　(1)Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)　ΔH＝－225 kJ·mol－1
(2)Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(l)　ΔH＝－687 kJ·mol－1
角度三　盖斯定律、ΔH的计算
5.(1)[2019·课标全国Ⅱ，27(1)]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：
已知：(g)===(g)＋H2(g)
ΔH1＝100.3 kJ·mol－1　①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)
ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1　②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)　③
ΔH3＝________ kJ·mol－1。
(2)[2019·北京理综，27(1)]甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是______________________________________
____________________________________________________________。
②已知反应器中还存在如下反应：
ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH1
ⅱ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH2
ⅲ.CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH3
……
ⅲ为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用____________________________________________________________反应的ΔH。
(3)[2018·天津理综，10(2)①]CO2与CH4经催化重整，制得合成气：
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
C—H
C===O
H—H
CO(CO)
键能/kJ·mol－1
413
745
436
1 075
则该反应的ΔH＝________。
解析　(1)根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(100.3－11.0) kJ·mol－1＝＋89.3 kJ·mol－1。(2)①根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4∶1，结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4＋2H2O(g)===4H2＋CO2。②根据盖斯定律，由ⅰ＋ⅱ－ⅲ或ⅰ－ⅱ－ⅲ可得C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)。(3)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·mol－1－(1 075×2＋436×2)kJ·mol－1＝＋120 kJ·mol－1。
答案　(1)89.3
(2)①CH4＋2H2O(g)4H2＋CO2
②C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)
(3)＋120 kJ·mol－1
6.(2014·新课标全国Ⅱ，13)室温下，将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1 mol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.ΔH1ΔH3
解析　根据题意，可知①CuSO4·5H2O(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)＋5H2O(l)　ΔH1>0，②CuSO4(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)　ΔH20。A项，由以上分析知，ΔH20，故有ΔH3>ΔH2，错误；B项，由于ΔH1>0，ΔH2