高考化学二轮总复习优化设计 专题八 化学反应的热效应课件PPT

这是一份高考化学二轮总复习优化设计 专题八 化学反应的热效应课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，考点一反应热，考点二反应热的计算，专项突破•素能提升，高考命题研究，2计算方法，答案+137，对点演练，答案B，解题思路等内容，欢迎下载使用。

【要点归纳•再提升】
1.从两种角度理解化学反应热
2.“五步”法书写热化学方程式
微点拨热化学方程式中各物质化学式前面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。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。
3.燃烧热概念理解的三要点(1)外界条件是25 ℃、101 kPa;(2)反应的可燃物是1 ml;(3)“完全燃烧生成指定产物”是指单质或化合物燃　　　　　　 　不一定都是氧化物烧后变为最稳定的物质。完全燃烧时,下列元素要生成对应的物质:C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g),N→N2(g)等。含硫物质燃烧不能直接生成SO3
【经典对练•得高分】
考向1　反应热基本概念真题示例1- 1.(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解析 根据图示,HCN的相对能量低于HNC的相对能量,故HCN更稳定,A项正确;HCN(g) HNC(g)为吸热反应,ΔH=+59.3 kJ·ml-1,B项正确;根据图示可知,正反应的活化能明显大于逆反应的活化能,C项正确;使用催化剂,可以改变反应的活化能,但不能改变反应热,D项错误。
1- 2.(2021湖南卷节选)氨热分解法制氢气的相关化学键的键能数据如下表。
反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)　ΔH=　　　　 kJ·ml-1。 
答案 +90.8解析 反应热ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,则2NH3(g) N2(g)+3H2(g)　ΔH=390.8 kJ·ml-1×3×2-(946 kJ·ml-1+436.0 kJ·ml-1×3)=+90.8 kJ·ml-1。
对点演练(2021湖南适应性考试)活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示:
下列说法正确的是(　　)A.该反应为吸热反应B.产物的稳定性:P1>P2C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19 kJ·ml-1D.相同条件下,由中间产物Z转化为产物的速率:v(P1)答案 C解析 由图示可知,反应物所具有的能量之和比生成物所具有的能量之和高,即该反应为放热反应,A项错误;产物P2所具有的能量比产物P1所具有的能量低118.4 kJ,所以产物P2比产物P1要稳定,B项错误;由图示可知中间产物Z到过渡态Ⅳ所需的活化能最大,则-18.92 kJ·ml-1-(-205.11 kJ·ml-1) =186.19 kJ·ml-1,C项正确;由Z到产物P1所需的活化能低于由Z到产物P2所需的活化能,则由中间产物Z转化为产物的速率:v(P1)>v(P2),D项错误。
方法技巧解答能量变化图像题需要注意的几点。(1)反应热不能取决于部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小,即部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小不能决定反应是吸热还是放热。
(2)注意活化能在图示(如下图)中的意义。
①从反应物至最高点的能量变化(E1)表示正反应的活化能。②从生成物至最高点的能量变化(E2)表示逆反应的活化能。(3)催化剂只能影响正、逆反应的活化能,而不影响反应的ΔH。(4)涉及反应热的有关计算时,要切实注意图示中反应物和生成物的物质的量。
考向2　热化学方程式的书写真题示例2- 1.(2021河北卷节选)当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时,相关物质的燃烧热数据如表:则25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为　 。 
2- 2.(2020全国Ⅰ节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+ O2(g) SO3(g)　ΔH=-98 kJ·ml-1。回答下列问题: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  。 
答案 2V2O5(s)+2SO2(g) === 2VOSO4(s)+V2O4(s)ΔH=-351 kJ·ml-1解析 观察题图,可得出以下两个热化学方程式:①V2O4(s)+2SO3(g) === 2VOSO4(s)　ΔH1=-399 kJ·ml-1,②V2O4(s)+SO3(g) === V2O5(s)+SO2(g)　ΔH2=-24 kJ·ml-1,由①-2×②得2V2O5(s)+2SO2(g) === 2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=ΔH1-2ΔH2=-399 kJ·ml-1-(-24 kJ·ml-1)×2=-351 kJ·ml-1。
对点演练(2020陕西宝鸡模拟)中和反应的反应热是在稀溶液中,强酸、强碱发生中和反应生成1 ml水时放出的热量,热化学方程式为H+(aq)+OH-(aq) === H2O(l)ΔH=-57.3 kJ·ml-1。下列热化学方程式中正确的是(　　)A.HNO3(aq)+KOH(aq) === H2O(l)+KNO3(aq)　ΔH>-57.3 kJ·ml-1B.HNO3(aq)+NH3·H2O(aq) === H2O(l)+NH4NO3(aq)　ΔH<-57.3 kJ·ml-1C.CH3COOH(aq)+KOH(aq) === H2O(l)+CH3COOK(aq)　ΔH<-57.3 kJ·ml-1D.CH3COOH(aq)+NH3·H2O(aq) === H2O(l)+CH3COONH4(aq)　ΔH>-57.3 kJ·ml-1
答案 D解析 HNO3和 KOH分别是强酸和强碱,当其反应生成1 ml 水时,放出的热量为57.3 kJ·ml-1,故反应热ΔH应等于-57.3 kJ·ml-1,A项错误;NH3·H2O是弱碱,电离吸热,故当NH3·H2O与HNO3反应生成1 ml水时,放出的热量小于57.3 kJ,则反应热ΔH应大于-57.3 kJ·ml-1,B项错误;CH3COOH是弱酸,电离吸热,故当CH3COOH与KOH反应生成1 ml水时,放出的热量小于57.3 kJ,则反应热ΔH应大于-57.3 kJ·ml-1,C项错误;NH3·H2O是弱碱,CH3COOH是弱酸,电离吸热,故当CH3COOH与NH3·H2O反应生成1 ml水时,放出的热量小于57.3 kJ,则反应热ΔH应大于-57.3 kJ·ml-1,D项正确。
易错警示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)对燃烧热的概念理解不到位,忽略其标准是1 ml可燃物而造成错误。
【易错防范•不失分】
判断下列说法的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)所有的燃烧反应都是放热反应,所以不需要加热就能进行。(　　)(2)伴有能量变化的一定是化学变化。(　　)(3)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。(　　)(4)活化能越大,表明反应断裂旧化学键需要吸收的能量越高。(　　)(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。(　　)
反应热计算的四种方法(1)根据燃烧热数据,计算反应放出的热量。利用公式:Q=燃烧热×n(可燃物的物质的量)如已知H2的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·ml-1,若H2的物质的量为2 ml,则2 ml H2燃烧放出的热量为2 ml×285.8 kJ·ml-1=571.6 kJ。一般出现在能量图像中,且多为相对能量 (2)依据反应物与生成物的总能量计算。ΔH=E(生成物)-E(反应物)。
(3)根据键能数据(E)计算。　　　 注意:反应物键能总和在前ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和(4)根据盖斯定律计算反应热。若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减而得到,则该反应的反应热也可通过这几个化学反应的反应热相加减而得到。
考向1　利用盖斯定律求算反应热真题示例(1)(2020山东卷节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
(2)(2021广东卷改编)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
①根据盖斯定律,反应a的ΔH1=　　　　　　　(写出一个代数式即可)。 ②一定条件下,CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该过程分　　　　步进行,其中,第　　　　步的正反应活化能最大。 
(3)(2021全国甲节选)二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g) === CH3OH(g)+H2O(g)该反应一般认为通过如下步骤来实现:①CO2(g)+H2(g) === CO(g)+H2O(g)　ΔH1=+41 kJ·ml-1②CO(g)+2H2(g) === CH3OH(g)　ΔH2=-90 kJ·ml-1
总反应的ΔH=　　　　　 kJ·ml-1;若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是　　　　(填字母),判断的理由是　 　。 
答案 (1)+40.9(2)①ΔH2+ΔH3-ΔH5(或ΔH3-ΔH4)　②4　4(3)-49　A　ΔH1为正值,ΔH2和ΔH为负值,反应①的活化能大于反应②的解析 (1)根据盖斯定律可得Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,则ΔH3=+40.9 kJ·ml-1。(2)①根据题目所给出的化学方程式关系可知,a=b+c-e=c-d,根据盖斯定律则有ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5=ΔH3-ΔH4。②由图可知,反应过程中能量变化出现了4个峰,即经历了4步反应;且从左往右看4次活化能吸收中,第4次对应的峰最高,对应的正反应活化能最大。
(3)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g) === CH3OH(g)+H2O(g),根据盖斯定律可知,①+②可得二氧化碳加氢制甲醇的总反应:CO2(g)+3H2(g) === CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=(+41 kJ·ml-1)+(-90 kJ·ml-1)=-49 kJ·ml-1;该反应总反应为放热反应,因此生成物总能量低于反应物总能量,反应①为慢反应,因此反应①的活化能高于反应②,同时反应①的反应物总能量低于生成物总能量,反应②的反应物总能量高于生成物总能量,因此示意图中能体现反应能量变化的是A项。
对点演练(2021广东适应性测试节选)温室气体的利用是当前环境和能源领域的研究热点。CH4与CO2重整可以同时利用两种温室气体,其工艺过程中涉及如下反应:
答案 +247.4解析 给反应 O2(g)+H2(g) === H2O(g)编序号为反应④,由盖斯定律可得:反应①=反应②+反应③-反应④,故ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH=+247.4 kJ·ml-1。
答题模板根据盖斯定律计算ΔH的步骤和方法:(1)计算步骤。
考向2　综合利用燃烧热及热化学方程式求算反应热真题示例(2020全国Ⅱ节选)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如下反应:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)　ΔH1,相关物质的燃烧热数据如下表所示:
ΔH1=　　　　 kJ·ml-1。 
A.-658 kJ·ml-1B.-482 kJ·ml-1C.-329 kJ·ml-1D.-285 kJ·ml-1
2- 2.(2021辽宁适应性测试)环氧乙烷是高效消毒剂,可用于口罩等医用品消毒,工业常用乙烯氧化法生产环氧乙烷。
ΔH1=-209.8 kJ·ml-1副反应:CH2=CH2(g)+3O2(g) === 2CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-1 323.0 kJ·ml-1若C2H4的燃烧热ΔH3=-1 411.0 kJ·ml-1,则环氧乙烷(g)的燃烧热ΔH=　　　　　　。 
答案 -1 306.1 kJ·ml-1
易错警示反应热计算的常见失误点。(1)根据已知的热化学方程式进行计算时,要清楚已知热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数表示的物质的量与实际参与反应的物质的物质的量之间的比例关系,然后进行计算。(2)根据化学键断裂和形成过程中的能量变化计算反应热时,要注意断键和成键的总数,计算时必须是断键和成键时吸收和放出的总能量。(3)运用盖斯定律进行计算时,在调整方程式时,要注意ΔH的值也要随之调整。
判断下列说法的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)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。(　　)(2)已知甲烷的燃烧热为890 kJ·ml-1,则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g) === CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-890 kJ·ml-1。(　　)(3)盖斯定律是质量守恒定律和能量守恒定律的共同体现。(　　)(4)一个反应一步完成或分几步完成,两者相比,经过的步骤越多,放出的热量越多。(　　)
(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)不同的热化学方程式之间,因反应的物质不同,故热化学方程式不能相加减。(　　)(7)由C(金刚石,s) === C(石墨,s)　ΔH=-1.9 kJ·ml-1,可知金刚石比石墨更稳定。(　　)
九、化学反应机理与能量变化模型图
【热点专攻】有关化学反应的热效应知识在各类考题中通常以图像形式考查,考查点主要有:反应热的判断、反应原理、形成化学键类型及数目、活化能(能垒——断开反应物的化学键所需的最低能量)大小等,其中对反应历程中能垒的判断是近几年较为新型的一种能量变化考查方式。通过此类题型的考查可使考生根据催化剂催化反应的过程粒子和能量变化示意图,认识反应粒子变化的复杂性、能量变化的多样性,从而培养考生的识图能力,考查考生的宏观辨识与微观探析等学科核心素养。
【解法导引】解决这类图像题应先认真阅读题干和图像,特别是图像的横坐标和纵坐标分别代表的物理量或物质;然后分析各反应历程的具体变化,包含物质(或粒子)变化和能量变化;最后结合问题或选项有针对性地进行解题或逐项判断各选项描述的正误。
【思维建模】三步突破能量变化活化能(能垒)图:
【题型突破】(2021山东卷)18O标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解,部分反应过程可表示为:
A.反应Ⅱ、Ⅲ为决速步B.反应结束后,溶液中存在18OH-C.反应结束后,溶液中存在D.反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变
【应考训练】1.(双选)(2020山东模拟考)热催化合成氨面临的两难问题:釆用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti-H-Fe双温区催化剂(Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应过程
如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是(　　)A.①为N≡N的断裂过程B.①②③在高温区发生,④⑤在低温区发生C.④为N原子由Fe区域向Ti-H区域传递的过程D.使用Ti-H-Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
2.(2021河北卷节选)当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。研究表明,在电解质水溶液中,CO2气体可被电化学还原。在电解质水溶液中,三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应过程中(H+电还原为H2的反应可同时发生),相对能量变化如图。由此判断,CO2电还原为CO从易到难的顺序为　　　　　(用a、b、c字母排序)。 
图1　CO2电还原为CO
图2　H+电还原为H2
答案 c、b、a解析 c催化剂条件下,CO2电还原的活化能小于H+电还原的活化能,更容易发生CO2的电还原;而催化剂a和b条件下,CO2电还原的活化能均大于H+电还原的活化能,相对来说,更易发生H+的电还原。其中a催化剂条件下,H+电还原的活化能比CO2电还原的活化能小得更多,发生H+电还原的可能性更大,因此反应从易到难的顺序为c、b、a。
3.我国科学家利用计算机模拟计算,分别研究反应CH3OH(g)+SO3(g) === CH3OSO3H(g)　ΔH=-63.4 kJ·ml-1在无水和有水条件下的反应过程,如图所示,其中分子间的静电作用力用“┄”表示。
(1)分子间的静电作用力最强的是　　　　　　(填“a”“b”或“c”)。 (2)水将反应的最高能垒由　　　eV降为　　　 eV。 (3)d到f转化的实质为质子转移,该过程断裂的化学键为　　　　　　(填字母)。 A.CH3OH中的氢氧键B.CH3OH中的碳氧键C.H2O中的氢氧键D.SO3中的硫氧键
答案 (1)a　(2)20.93　6.62　(3)ACD解析 (1)a处的分子能量更低,更稳定,分子间静电作用力更强。(2)无水时,反应的最高能垒为19.59 eV-(-1.34 eV)=20.93 eV,有水时,反应的最高能垒为3.66 eV-(-2.96 eV)=6.62 eV,即水将反应的最高能垒由20.93 eV降为6.62 eV。(3)由图可知,水中的氢氧键、甲醇中的氢氧键、三氧化硫中的硫氧键都发生了断裂,A、C、D符合。
4.(2020安徽蚌埠模拟)工业合成氨对人类生存贡献巨大,反应原理为
(1)科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理,反应步骤与能量的关系如图所示(吸附在催化剂表面的粒子用*标注,省略了反应过程中的部分粒子)。
写出步骤c的化学方程式:　　　　　　;由图像可知合成氨反应的ΔH　　　　(填“>”“<”或“=”)0。 
(2)合成氨的原料气H2可来自甲烷水蒸气催化重整。我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究,通常认为该反应分两步进行。第Ⅰ步:CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氢物种),其中碳(或碳氢物种)吸附在催化剂(ads)上,如CH4Cads/[C(H)n]ads+(2- )H2;第Ⅱ步:碳(或碳
氢物种)和H2O反应生成CO2和H2,如Cads/[C(H)n]ads+2H2O→CO2+(2+ )H2。反应过程和能量变化残图如下(过程①没有加催化剂,过程②加入催化剂),过程①和②ΔH的关系:①　　　　(填“>”“<”或“=”)②;控制整个过程②反应速率的是第　　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)步,其原因为　　　　　　　　　　　　。 
解析 (1)由图中可以看出,步骤c中*NNH与H2在催化剂作用下发生反应生成*N和NH3,步骤c的反应方程式为*NNH+H2 *N+NH3;由图像可知合成氨反应的反应物总能量大于生成物的总能量,所以合成氨反应的ΔH<0。(2)过程①和②中,催化剂不影响反应物的转化率,对ΔH不产生影响,所以①=②;整个过程②分两步进行,第Ⅱ步的活化能大,反应速率慢,所以需控制第Ⅱ步。