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新教材（广西专用）高考化学二轮复习专题8化学反应的热效应课件
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这是一份新教材（广西专用）高考化学二轮复习专题8化学反应的热效应课件，共53页。PPT课件主要包含了N2↑，H2O，2计算方法，对点演练，应考训练等内容，欢迎下载使用。
【考情分析•定向备考】
【要点归纳•夯基提能】
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
【明确考向•真题演练】
考向1 反应热基本概念(2022广东卷节选)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。催化剂Cr2O3可由(NH4)2Cr2O7加热分解制备,反应同时生成无污染气体。(1)完成化学方程式:(NH4)2Cr2O7 Cr2O3+ + 。 (2)Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应过程如图,X(g)→Y(g)过程的焓变为 (列式表示)。
(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)
(3)Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线 (用“→”表示含氮物质间的转化);其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为 。
2NO+O2═2NO2
对点演练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)
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 。
6C(石墨,s)+3H2(g)═C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·ml-1
2- 2.(2022河北卷)298 K时,1 g H2燃烧生成H2O(g)放热121 kJ,1 ml H2O(l)蒸发吸热44 kJ,表示H2燃烧热的热化学方程式为 。
对点演练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
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。
【易错易混•防范失分】
判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(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大。( )(5)吸热反应中,反应物化学键断裂吸收的总能量大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- 1.(2023湖南卷)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。苯乙烯的制备已知下列反应的热化学方程式:
解析 反应④可由①-②-③得到,故ΔH4=ΔH1-ΔH2-ΔH3=(-4 386.9+4 263.1+241.8) kJ·ml-1=+118 kJ·ml-1。
1- 2.(1)(2022全国甲改编)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式如下:(ⅰ)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+172 kJ·ml-1(ⅱ)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) ═TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2=-51 kJ·ml-1反应2C(s)+O2(g) ═2CO(g)的ΔH为 kJ·ml-1。 (2)(2022湖北卷)已知:①CaO(s)+H2O(l)═Ca(OH)2(s) ΔH1=-65.17 kJ·ml-1②Ca(OH)2(s)═Ca2+(aq)+2OH-(aq) ΔH2=-16.73 kJ·ml-1
则CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l)═Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g)的ΔH4= kJ·ml-1。
对点演练 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(2022湖南卷节选)2021年我国制氢量位居世界第一,煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题:在一定温度下,向容积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 ml H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1 ml。此时,整个体系 (填“吸收”或“放出”)热量 kJ。
解析 初始有1 ml H2O,转化率为50%,则根据O原子守恒,可知CO、CO2的氧原子的物质的量为0.5 ml,又平衡时CO为0.1 ml,则CO2中O原子的物质的量为0.4 ml,即CO2的物质的量为0.2 ml。说明反应Ⅰ生成CO 0.3 ml。即反应Ⅰ吸收0.3 ml×131.4 kJ·ml-1=39.42 kJ,反应Ⅱ放出0.2 ml×41.1 kJ·ml-1=8.22 kJ。故最终吸收39.42 kJ-8.22 kJ=31.2 kJ。
A.-658 kJ·ml-1B.-482 kJ·ml-1C.-329 kJ·ml-1D.-285 kJ·ml-1
2- 2. 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= 。
-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(正确的画“√”,错误的画“×”)。(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。( )
(5)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。( )
(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。( )
八、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】水煤气变换[CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程。我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH (填“大于”“等于”或“小于”)0。该历程中最大能垒(活化能)E正= eV,写出该步骤的化学方程式 。
COOH*+H*+H2O*═COOH*+2H*+OH*
【解题思路】第一步:通览全图,理清坐标含义此图为水煤气变换的反应历程中能量变化,横坐标表示CO2(g)与H2O(g)反应在金催化剂表面的反应历程;而纵坐标表示反应历程中的不同阶段的能量变化,从总体来看,反应CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)的过程中相对能量由0到-0.72 eV ΔH<0,为放热过程。第二步:细看变化,分析各段反应分段细分析,反应历程中过渡态1的能垒(活化能)E正为1.59 eV-(-0.32 eV)= 1.91 eV,结合图给信息可得此过程中的化学方程式为CO*+H2O*+H2O(g)═CO*+OH*+H*+H2O(g),而过渡态2的能垒(活化能)E正为1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV,结合图给信息可得此过程中的化学方程式为COOH*+H*+H2O*═COOH*+2H*+OH*(或H2O*═H*+OH*)。
第三步:综合分析,写出合理答案由第一步分析ΔH<0,由第二步分析过渡态1和过渡态2的能垒E正比较得出,反应历程中最大能垒E正为过渡态2,E正=2.02 eV,化学方程式为COOH*+H*+H2O*═COOH*+2H*+OH*(或H2O*═H*+OH*)。
A.含N分子参与的反应一定有电子转移B.由NO生成HONO的反应历程有2种C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水减少
1.(2022山东卷)在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是( )
2.我国科研人员合成了Y、Sc(Y1/NC,Sc1/NC)单原子催化剂,可用于电化学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对能量模拟计算结果如图所示(图中*表示吸附在稀土单原子催化剂表面)。下列说法错误的是( )。
A.新型催化剂会降低合成氨反应的焓变,从而降低生产能耗B.将催化剂附着在纳米多孔载体的表面可提高氨气的生产效率C.使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+H→NNHD.Sc1/NC单原子催化剂的催化效率理论上应高于Y1/NC单原子催化剂
解析 催化剂能降低反应的活化能,改变反应的途径,但不能改变反应的焓变,A项错误;催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,可提高氨气的生产效率,B项正确;由图可知,使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+H→NNH,C项正确;由图可知,Y1/NC单原子催化剂催化的反应历程中有一步反应的活化能最高,则理论上其催化效率应低于Sc1/NC单原子催化剂,D项正确。
3.(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
【考情分析•定向备考】
【要点归纳•夯基提能】
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
【明确考向•真题演练】
考向1 反应热基本概念(2022广东卷节选)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。催化剂Cr2O3可由(NH4)2Cr2O7加热分解制备,反应同时生成无污染气体。(1)完成化学方程式:(NH4)2Cr2O7 Cr2O3+ + 。 (2)Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应过程如图,X(g)→Y(g)过程的焓变为 (列式表示)。
(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)
(3)Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线 (用“→”表示含氮物质间的转化);其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为 。
2NO+O2═2NO2
对点演练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)
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 。
6C(石墨,s)+3H2(g)═C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·ml-1
2- 2.(2022河北卷)298 K时,1 g H2燃烧生成H2O(g)放热121 kJ,1 ml H2O(l)蒸发吸热44 kJ,表示H2燃烧热的热化学方程式为 。
对点演练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
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。
【易错易混•防范失分】
判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(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大。( )(5)吸热反应中,反应物化学键断裂吸收的总能量大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- 1.(2023湖南卷)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。苯乙烯的制备已知下列反应的热化学方程式:
解析 反应④可由①-②-③得到,故ΔH4=ΔH1-ΔH2-ΔH3=(-4 386.9+4 263.1+241.8) kJ·ml-1=+118 kJ·ml-1。
1- 2.(1)(2022全国甲改编)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式如下:(ⅰ)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+172 kJ·ml-1(ⅱ)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) ═TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2=-51 kJ·ml-1反应2C(s)+O2(g) ═2CO(g)的ΔH为 kJ·ml-1。 (2)(2022湖北卷)已知:①CaO(s)+H2O(l)═Ca(OH)2(s) ΔH1=-65.17 kJ·ml-1②Ca(OH)2(s)═Ca2+(aq)+2OH-(aq) ΔH2=-16.73 kJ·ml-1
则CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l)═Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g)的ΔH4= kJ·ml-1。
对点演练 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(2022湖南卷节选)2021年我国制氢量位居世界第一,煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题:在一定温度下,向容积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 ml H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1 ml。此时,整个体系 (填“吸收”或“放出”)热量 kJ。
解析 初始有1 ml H2O,转化率为50%,则根据O原子守恒,可知CO、CO2的氧原子的物质的量为0.5 ml,又平衡时CO为0.1 ml,则CO2中O原子的物质的量为0.4 ml,即CO2的物质的量为0.2 ml。说明反应Ⅰ生成CO 0.3 ml。即反应Ⅰ吸收0.3 ml×131.4 kJ·ml-1=39.42 kJ,反应Ⅱ放出0.2 ml×41.1 kJ·ml-1=8.22 kJ。故最终吸收39.42 kJ-8.22 kJ=31.2 kJ。
A.-658 kJ·ml-1B.-482 kJ·ml-1C.-329 kJ·ml-1D.-285 kJ·ml-1
2- 2. 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= 。
-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(正确的画“√”,错误的画“×”)。(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。( )
(5)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。( )
(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。( )
八、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】水煤气变换[CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程。我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH (填“大于”“等于”或“小于”)0。该历程中最大能垒(活化能)E正= eV,写出该步骤的化学方程式 。
COOH*+H*+H2O*═COOH*+2H*+OH*
【解题思路】第一步:通览全图,理清坐标含义此图为水煤气变换的反应历程中能量变化,横坐标表示CO2(g)与H2O(g)反应在金催化剂表面的反应历程;而纵坐标表示反应历程中的不同阶段的能量变化,从总体来看,反应CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)的过程中相对能量由0到-0.72 eV ΔH<0,为放热过程。第二步:细看变化,分析各段反应分段细分析,反应历程中过渡态1的能垒(活化能)E正为1.59 eV-(-0.32 eV)= 1.91 eV,结合图给信息可得此过程中的化学方程式为CO*+H2O*+H2O(g)═CO*+OH*+H*+H2O(g),而过渡态2的能垒(活化能)E正为1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV,结合图给信息可得此过程中的化学方程式为COOH*+H*+H2O*═COOH*+2H*+OH*(或H2O*═H*+OH*)。
第三步:综合分析,写出合理答案由第一步分析ΔH<0,由第二步分析过渡态1和过渡态2的能垒E正比较得出,反应历程中最大能垒E正为过渡态2,E正=2.02 eV,化学方程式为COOH*+H*+H2O*═COOH*+2H*+OH*(或H2O*═H*+OH*)。
A.含N分子参与的反应一定有电子转移B.由NO生成HONO的反应历程有2种C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水减少
1.(2022山东卷)在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是( )
2.我国科研人员合成了Y、Sc(Y1/NC,Sc1/NC)单原子催化剂,可用于电化学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对能量模拟计算结果如图所示(图中*表示吸附在稀土单原子催化剂表面)。下列说法错误的是( )。
A.新型催化剂会降低合成氨反应的焓变,从而降低生产能耗B.将催化剂附着在纳米多孔载体的表面可提高氨气的生产效率C.使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+H→NNHD.Sc1/NC单原子催化剂的催化效率理论上应高于Y1/NC单原子催化剂
解析 催化剂能降低反应的活化能,改变反应的途径,但不能改变反应的焓变,A项错误;催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,可提高氨气的生产效率,B项正确;由图可知,使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+H→NNH,C项正确;由图可知,Y1/NC单原子催化剂催化的反应历程中有一步反应的活化能最高,则理论上其催化效率应低于Sc1/NC单原子催化剂,D项正确。
3.(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
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