高三化学二轮复习-专题六 化学反应与能量学案

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专题六 化学反应与能量
1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出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 等概念。 3.了解热化学方程式的含义。 4.了解焓变与反应热的含义。了解ΔH＝H(生成物)－H(反应物)表达式 的含义。 5.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。 6.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。
考纲要求
内容索引
考点一 反应热及其表示方法
考点二 盖斯定律的应用
考点一 反应热及其表示方法
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，如右图所示：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，是反应物自身的能量与生成物能量的差值，在下图中：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——键能反应热与键能的关系
反应热：ΔH＝E1－E2或ΔH＝E4－E3，即ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。
3.反应热的表示方法——热化学方程式热化学方程式书写或判断的注意事项。(1)注意ΔH的符号和单位：ΔH的单位为kJ·mol－1。(2)注意测定条件：绝大多数的反应热ΔH是在25 ℃、101 kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。(3)注意热化学方程式中的化学计量数：热化学方程式化学计量数可以是整数，也可以是分数。(4)注意物质的聚集状态：气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用“↑”和“↓”。
(5)注意ΔH的数值与符号：如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。(6)对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态外，还要注明物质的名称。如①S(单斜，s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH1＝－297.16 kJ·mol－1②S(正交，s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH2＝－296.83 kJ·mol－1③S(单斜，s)===S(正斜，s)ΔH3＝－0.33 kJ·mol－1
题组一　反应热的理解和计算1.正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”。(1) 如图表示燃料燃烧反应的能量变化(2016·江苏，10A)( )(2)在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。该反应中化学能全部转化为热能 (2015·江苏，4D)( )(3)催化剂能改变反应的焓变( )(4)催化剂能降低反应的活化能( )
答案
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(5)同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同( )(6)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·mol－1( )
答案
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解析
2.下列关于反应热和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－1，则H2SO4和Ca(OH)2反 应的中和热ΔH＝2×(－57.3) kJ·mol－1B.CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反 应的ΔH＝＋2×283.0 kJ·mol－1C.氢气的燃烧热ΔH＝－285.5 kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为 2H2O(l) 2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋285.5 kJ·mol－1D.1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
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解析　在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol液态H2O时的反应热叫做中和热，中和热是以生成 1 mol 液态H2O为基准的，A项错误；
CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，则CO(g)＋ O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，则2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－2×283.0 kJ·mol－1，逆向反应时反应热的数值相等，符号相反，B项正确；
电解 2 mol 水吸收的热量和2 mol H2完全燃烧生成液态水时放出的热量相等，C项中的ΔH应为＋571.0 kJ·mol－1；在101 kPa 时，1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物(水应为液态)时所放出的热量是该物质的燃烧热，D项错误。
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3.(2016·海南，6)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(　　)A.3.8×104 kJ·mol－1 B.－3.8×104 kJ·mol－1C.3.4×104 kJ·mol－1 D.－3.4×104 kJ·mol－1
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对比法理解反应热、燃烧热与中和热“三热”是指反应热、燃烧热与中和热，可以用对比法深化对这三个概念的理解，明确它们的区别和联系，避免认识错误。(1)化学反应吸收或放出的热量称为反应热，符号为ΔH，单位常用kJ·mol－1，它只与化学反应的化学计量数、物质的聚集状态有关，而与反应条件无关。中学阶段研究的反应热主要是燃烧热和中和热。
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(2)燃烧热：在101 kPa时，1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。单位：kJ·mol－1。需注意：①燃烧热是以1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量来定义的，因此在书写燃烧热的热化学方程式时，一般以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数；②燃烧产物必须是稳定的氧化物，如C→CO2、H2→H2O(l)等。(3)中和热：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol液态H2O时的反应热。需注意：①稀溶液是指物质溶于大量水中；②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应；③中和反应的实质是H＋和OH－化合生成H2O，即H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。(4)反应热是指反应完全时的热效应，所以对于可逆反应，其热量要小于反应完全时的热量。
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解析
题组二　“式形相随”理解反应热4.[2014·北京理综，26(3)①]已知：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH12NO2(g)N2O4(l)　ΔH2下列能量变化示意图中，正确的是(选填字母)______。
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解析　等质量的N2O4(g)具有的能量高于N2O4(l)，因此等量的NO2(g)生成N2O4(l)放出的热量多，只有A项符合题意。
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答案
5.[2015·海南，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。
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解析
6.(2015·上海，8)已知H2O2在催化剂作用下分解速率加快，其能量随反应进程的变化如下图所示。下列说法正确的是(　　)A.加入催化剂，减小了反应的热效应B.加入催化剂，可提高H2O2的平衡转化率C.H2O2分解的热化学方程式：H2O2―→ H2O＋ O2＋QD.反应物的总能量高于生成物的总能量
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解析　催化剂不会影响反应的热效应和平衡转化率；C项，热化学方程式应标明物质状态。
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解析
题组三　“一式”解决反应热的计算7.(1)[2015·浙江理综，28(1)]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
已知：
计算上述反应的ΔH＝____ kJ·mol－1。
答案
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解析　设“ ”部分的化学键键能为a kJ·mol－1，则ΔH＝(a＋348＋412×5) kJ·mol－1－(a＋612＋412×3＋436) kJ·mol－1＝124 kJ·mol－1。
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(2)[2015·全国卷Ⅰ，28(3)]已知反应2HI(g)===H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·mol－1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量，则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为_____kJ。解析　形成1 mol H2(g)和1 mol I2(g)共放出436 kJ＋151 kJ＝587 kJ能量，设断裂2 mol HI(g)中化学键吸收2a kJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H—I)－E(H—H)－E(I—I)，2E(H—I)＝ΔH＋E(H—H)＋E(I—I)＝11 kJ·mol－1＋436 kJ·mol－1＋151 kJ·mol－1＝598 kJ·mol－1，则E(H—I)＝299 kJ·mol－1。]
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解析答案
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解析
8.(2014·重庆理综，6)已知：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝a kJ·mol－12C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－220 kJ·mol－1H—H、O==O和O—H键的键能分别为436 kJ·mol－1、496 kJ·mol－1和462 kJ·mol－1，则a为(　　)A.－332 B.－118C.＋350 D.＋130
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利用键能计算反应热，要熟记公式：ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，其关键是弄清物质中化学键的数目。在中学阶段要掌握常见单质、化合物中所含共价键的数目。原子晶体：1 mol金刚石中含2 mol C—C键，1 mol硅中含2 mol Si—Si键，1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键；分子晶体：1 mol P4中含有6 mol P—P键，1 mol P4O10(即五氧化二磷)中，含有12 mol P—O键、4 mol P==O键，1 mol C2H6中含有6 mol C—H键和 1 mol C—C键。
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题组四　热化学方程式的书写9.(1)[2014·大纲全国卷，28(1)]化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。回答下列问题：已知AX3的熔点和沸点分别为－93.6 ℃和76 ℃，AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5，放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为____________________________________________。
AX3(l)＋X2(g)===AX5(s) ΔH＝－123.8 kJ·mol－1
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答案
(2)[2014·天津理综，7(4)]晶体硅(熔点1 410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下：
写出SiCl4的电子式：_________；在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12 kg纯硅需吸收a kJ热量，写出该反应的热化学方程式：_________________________________________________________。
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(3)[2015·安徽理综，27(4)]NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g)，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ，该反应的热化学方程式是___________________________________________________________。
NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g) ΔH＝－216 kJ·mol－1
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(4)[2015·天津理综，7(4)]随原子序数递增，八种短周期元素(用字母x等表示)原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如下图所示。
根据判断出的元素回答问题：已知1 mol e的单质在足量d2中燃烧，恢复至室温，放出255.5 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：_______________________________________________。
2Na(s)＋O2(g)===Na2O2(s) ΔH＝－511 kJ·mol－1
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答案
热化学方程式书写易出现的错误1.未标明反应物或生成物的状态而造成错误。2.反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出“＋”号，放热反应未标出“－”号，从而导致错误。3.漏写ΔH的单位，或者将ΔH的单位写为kJ，从而造成错误。4.反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。5.对燃烧热、中和热的概念理解不到位，忽略其标准是1 mol 可燃物或生成1 mol H2O(l)而造成错误。
解题心得
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考点二 盖斯定律的应用
1.定律内容一定条件下，一个反应不管是一步完成，还是分几步完成，反应的总热效应相同，即反应热的大小与反应途径无关，只与反应的始态和终态有关。
2.常用关系式
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题组一　利用盖斯定律求焓变1.(2015·重庆理综，6)黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)　ΔH＝x kJ·mol－1已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－12K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1，则x为(　　)A.3a＋b－c B.c－3a－bC.a＋b－c D.c－a－b
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解析　由碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1，得①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1，将另外两个热化学方程式依次编号为②、③，目标反应可由①×3＋②－③得到，所以ΔH＝3ΔH1＋ΔH2－ΔH3，即x＝3a＋b－c。
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2.在1 200 ℃时，天然气脱硫工艺中会发生下列反应：
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则ΔH4的正确表达式为(　　)
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3.[2015·江苏，20(1)]烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收，可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g)ΔH＝－200.9 kJ·mol－1NO(g)＋ O2(g)===NO2(g)ΔH＝－58.2 kJ·mol－1SO2(g)＋O3(g)===SO3(g)＋O2(g)ΔH＝－241.6 kJ·mol－1反应3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析
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解析　对所给的三个热化学方程式由上到下依次标记为①、②、③，由反应①和②可知O2是中间产物，①＋②×2消去O2，可得目标反应，故目标反应的ΔH＝－200.9 kJ·mol－1＋(－58.2 kJ·mol－1)×2＝－317.3 kJ·mol－1。
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4.[2016·全国卷Ⅲ，27(4)②]已知下列反应：
则反应SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)的ΔH＝_______________。解析　将题中的3个反应依次标记为①、②、③，根据盖斯定律，①＋②－③即得所求的反应，ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。
ΔH1＋ΔH2－ΔH3
解析答案
答题模板
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叠加法求焓变步骤1　“倒”为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。步骤2　“乘”为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要相乘。步骤3　“加”上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得目标方程式，反应热也要相加。
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题组二　多角度比较焓变大小5.(2014·新课标全国卷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.ΔH1＜ΔH3C.ΔH1＋ΔH3＝ΔH2 D.ΔH1＋ΔH2＞ΔH3
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解析　1 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，为吸热反应，故ΔH1＞0,1 mol CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，为放热过程，故ΔH2＜0,1 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水可以分为两个过程，先分解成1 mol CuSO4(s)和5 mol水，然后1 mol CuSO4(s)再溶于水，CuSO4·5H2O的分解为吸热反应，即ΔH3＞0，根据盖斯定律得到关系式ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，分析得到答案：ΔH1＜ΔH3。
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6.已知下列热化学方程式：
下列关系式中正确的是(　　)A.a＜c＜0 B.b＞d＞0C.2a＝b＜0 D.2c＝d＞0
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解析　H2的燃烧反应是放热反应，ΔH＜0，故a、b、c、d都小于0，B、D错；反应③与反应①相比较，产物的状态不同，H2O(g)转化为H2O(l)为放热反应，所以a＞c，A错；反应②的化学计量数是①的2倍，②的反应热也是①的2倍，b＝2a＜0，C对。
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方法归纳
7.(2014·江苏，10)已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH22CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH34Fe(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
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解析　A项，C(s)、CO(g)在O2(g)中燃烧生成CO2，均为放热反应，则有ΔH1＜0、ΔH3＜0；B项，CO2(g)与C(s)在高温条件下反应生成CO(g)，该反应为吸热反应，则有ΔH2＞0，Fe(s)与O2(g)反应生成Fe2O3(s)为放热反应，则有ΔH4＜0；C项，将五个热化学方程式依次编号为①、②、③、④、⑤，根据盖斯定律，由②＋③可得①，则有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3；D项，将五个热化学方程式依次编号为①、②、③、④、⑤，根据盖斯定律，由③×3－⑤×2可得④，则有ΔH4＝3ΔH3－2ΔH5。
方法归纳
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反应热大小比较1.利用盖斯定律比较。2.同一反应的生成物状态不同时，如A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH1，A(g)＋B(g)===C(l)　ΔH2，则ΔH1＞ΔH2。3.同一反应的同一反应物状态不同时，如A(s)＋B(g)===C(g)　ΔH1，A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH2，则ΔH1＞ΔH2。4.两个有联系的反应相比较时，如①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1，②C(s)＋1/2O2(g)===CO(g)　ΔH2。
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比较方法：利用反应①(包括ΔH1)乘以某计量数减去反应②(包括ΔH2)乘以某计量数，即得出ΔH3＝ΔH1×某计量数－ΔH2×某计量数，根据ΔH3大于0或小于0进行比较。总之，比较反应热的大小时要注意：①反应中各物质的聚集状态；②ΔH有正负之分，比较时要连同“＋”、“－”一起比较，类似数学中的正、负数大小的比较；③若只比较放出或吸收热量的多少，则只比较数值的大小，不考虑正、负号。
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题组三　反应热与化学平衡移动8.已知热化学方程式：SO2(g)＋ O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98.32 kJ·mol－1，在容器中充入2 mol SO2和1 mol O2充分反应，最终放出的热量为(　　)A.196.64 kJ B.98.32 kJC.＜196.64 kJ D.＞196.64 kJ解析　根据热化学方程式SO2(g)＋ O2(g)SO3(g) ΔH＝－98.32 kJ·mol－1的含义，可知SO2和O2反应生成1 mol SO3时放出的热量为98.32 kJ，所以生成2 mol SO3时放出的热量为196.64 kJ，由于该反应为可逆反应，2 mol SO2和1 mol O2不能完全反应，所以放出的热量一定小于196.64 kJ，故选C。
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9.已知298 K时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1，在相同温度下，向密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时放出热量Q1；向另一体积相同的密闭容器中通入1 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时放出热量Q2。则下列关系正确的是(　　)A.2Q2＝Q1 B.2Q2＜Q1C.Q2＜Q1＜197 kJ D.Q2＝Q1＜197 kJ
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解析　反应的热化学方程式：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·mol－1，由热化学方程式可知，在上述条件下反应生成1 mol SO3气体放热98.5 kJ，加入2 mol SO2和1 mol O2，生成的SO3量小于2 mol，所以Q1＜197 kJ,1 mol SO2和1 mol O2相当在2 mol SO2和1 mol O2达平衡的基础上，减少反应物的浓度，平衡逆向移动，即Q2＜Q1，综上：Q2＜Q1＜197 kJ。故选C。
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10.已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1。在25 ℃时，向恒压密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时放出热量a1；若25 ℃时，在此恒压密闭容器中只通入1 mol SO2和0.5 mol O2，达到平衡时放出热量a2。则下列关系正确的是(　　)A.2a2＝a1＝197 kJ B.197 kJ＞a1＝2a2C.a2＞a1＞197 kJ D.2a2＜a1＜197 kJ
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解析　恒温恒压下，对于可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，向恒压密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2与只通入1 mol SO2和0.5 mol O2互为等效平衡，达到平衡时反应物的转化率一定相等，则反应放出的热量关系：a1＝2a2；在可逆反应的热化学方程式中，反应热是指完全转化的热量，所以a1＜197 kJ，即197 kJ＞a1＝2a2，故选B。
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