2020届化学高考二轮复习（浙江）化学反应中的热效应学案


第1讲　化学反应中的热效应
[考试说明]
知识内容
考试要求
(1)化学反应中能量转化的主要形式
b
(2)吸热反应和放热反应
a
(3)从化学反应中的反应物的总能量与生成物的总能量变化理解反应中的热效应
b
(4)化学键的断裂和形成与反应中能量变化的关系
c
(5)热化学方程式的书写
b
(6)利用热化学方程式进行的简单计算
c
(7)合理利用化石燃料，提高燃料燃烧效率的方法
a
(8)太阳能开发利用的途径和方式
a
(9)生物质能的利用途径
a
(10)氢能的优点、开发与利用
a
(11)了解化石燃料的不可再生性及其给环境带来的问题
a
(12)反应热
a
(13)焓变的含义
a
(14)焓变与键能的关系
c
(15)中和热的测定
b
(16)标准燃烧热的概念
a
(17)热值的概念
a
(18)盖斯定律及其简单计算
b

　反应热与焓变　能源[学生用书P38]

1．反应热和焓变
(1)反应热：化学反应中放出或吸收的热量。
(2)焓变：在恒压条件下化学反应的热效应，其符号为ΔH，单位是kJ/mol。
2．从两个角度理解化学反应的热效应

(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，是反应物具有的总能量与生成物具有的总能量的差值，如图所示：
a表示反应的活化能；
b表示活化分子变成生成物分子所释放的能量；
c表示反应热。
3．反应热的量化参数——键能

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。
4．能源


(1)物质的物理变化过程中，也会有能量的变化，其不属于吸热反应或放热反应。但在进行反应热的有关计算时，必须要考虑到物理变化时的热效应，如物质的三态变化。
(2)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系，如吸热反应NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O在常温常压下即可发生反应，而很多放热反应需要在加热的条件下才能发生反应。
(3)催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。

题组一　反应热与焓变
1．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
2．某反应使用催化剂后，其反应过程中能量变化如图。

下列说法错误的是(　　)
A．总反应为放热反应
B．使用催化剂后，活化能不变
C．反应①是吸热反应，反应②是放热反应
D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2
解析：选B。由题图可知，反应①是吸热反应，反应②是放热反应，总反应是放热反应，且ΔH＝ΔH1＋ΔH2，A、C、D项正确；使用催化剂能降低反应所需的活化能，B项错误。
3.

美国研究人员将CO和O附着在一种钌催化剂表面，用激光脉冲将其加热到2 000 K，成功观察到CO与O形成化学键生成CO2的全过程。下列说法不正确的是(　　)
A．CO2属于酸性氧化物
B．CO与O形成化学键的过程中放出能量
C．钌催化剂可以改变该反应的焓变
D．CO与O形成化学键的过程中有电子转移
解析：选C。CO2为碳酸的酸酐，属于酸性氧化物，A项正确；形成化学键的过程中放出能量，B项正确；催化剂不能改变反应的焓变，C项错误；CO与O形成化学键的过程中CO被氧化，O被还原，有电子转移，D项正确。

活化能与反应热的关系

(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，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。
题组二　能源的开发和利用
4．(2017·浙江11月选考，T5)下列不属于化石燃料的是(　　)
A．煤　　　　　　　　 B．石油
C．天然气 D．甲醇
答案：D
5．氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好。氢能具有的优点包括(　　)
①资源丰富　　　　　　②易燃烧、热值高
③储存方便 ④制备工艺廉价易行
A．①② B．①③
C．③④ D．②④
解析：选A。氢能是易燃烧、热值高、资源丰富的新能源；但它也有储存难、制备成本高等缺点。
6．能源危机是当前全球性的问题，“开源节流”是应对能源危机的重要举措。下列做法不利于能源“开源节流”的是(　　)
A．大力发展农村沼气，将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
B．大力开采煤、石油和天然气，以满足人们日益增长的能源需求
C．开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源，减少煤、石油等化石燃料的使用
D．减少资源消耗，增加资源的重复使用，注重资源的循环再生
答案：B
　热化学方程式的书写与判断[学生用书P40]

1．五个注意
(1)注意ΔH的符号和单位
若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位为kJ·mol－1或kJ/mol。
(2)注意热化学方程式中的化学计量数
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，并不表示物质的分子数或原子数。因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。
(3)注意物质的聚集状态
反应物和生成物的聚集状态不同，反应热(ΔH)不同。因此，必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。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“↓”。
(4)注意ΔH的数值
热化学方程式中的ΔH的值应是表示反应已完成的热量变化。由于ΔH与反应完成的物质的量有关，所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。
逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。
(5)注意燃烧热和中和热

2．记忆口诀
热化方程要点多，漏掉一点分不得；
标清状态配好平，焓变正负千焦摩；
系数焓变成正比，逆向反应焓变号。

题组一　热化学方程式的书写
1．(1)肼是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示，写出肼燃烧的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)已知：Q的单质是常见的半导体材料，在25 ℃、101 kPa下，Q的气态氢化物在氧气中完全燃烧可得Q的最高价氧化物，反应中每转移1 mol电子放热190.0 kJ。则该反应的热化学方程式是__________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据题干图示可知，肼充分燃烧的产物是N2(g)和H2O(g)，1 mol 肼充分燃烧放出的热量为2 752 kJ－2 218 kJ＝534 kJ，根据要求写出热化学方程式。(2)由信息知Q为Si，其气态氢化物SiH4与O2反应生成SiO2和H2O，1 mol SiH4完全反应转移8 mol电子，故1 mol SiH4参加反应放出1 520.0 kJ热量，即可写出该反应的热化学方程式。
答案：(1)N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－534 kJ·mol－1
(2)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l)ΔH＝－1 520.0 kJ·mol－1
2．(1)已知1 mol 钠的单质在足量O2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：
________________________________________________________________________。
(2)贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应。温度为T时，该反应的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
已知温度为T时：CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝＋165 kJ/mol
CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)
ΔH＝－41 kJ/mol
解析：(1)1 mol Na的单质在足量O2中燃烧，放出255.5 kJ热量，则该反应的热化学方程式为2Na(s)＋O2(g)===Na2O2(s)　ΔH＝－511 kJ/mol。
(2)由题意知CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝＋165 kJ/mol①
CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ/mol　②
应用盖斯定律，由②－①可得CO、H2合成CH4的反应：
CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g)　ΔH＝－206 kJ/mol。
答案：(1)2Na(s)＋O2(g)===Na2O2(s)　ΔH＝－511 kJ/mol
(2)CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g)　ΔH＝－206 kJ/mol　
题组二　热化学方程式的正误判断
3．下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)(　　)
A．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)
ΔH＝－1 367.0 kJ/mol(燃烧热)
B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH＝＋57.3 kJ/mol(中和热)
C．2NO2===O2＋2NO　ΔH＝＋116.2 kJ/mol(反应热)
D．S(s)＋O2(g)===SO2(g)
ΔH＝－296.8 kJ/mol(反应热)
解析：选D。燃烧热是指101 kPa时1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量，而气态水不是稳定的氧化物，故A错误。中和反应是放热反应，ΔH<0，故B错误。书写热化学方程式时必须标明物质的聚集状态，故C错误。
4．下列热化学方程式中，正确的是(　　)
A．甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
B．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
C．HCl和NaOH反应的中和热ΔH为－57.3 kJ·mol－1，则H2SO4和NaOH反应的中和热ΔH＝2×(－57.3 kJ·mol－1)
D．在101 kPa时，2 g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，H2燃烧的热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
解析：选D。A项，热化学方程式中生成的水为气态，不属于稳定的氧化物，应为H2O(l)；B项，由该反应是可逆反应，可知放出 19.3 kJ 的热量时生成NH3的量一定小于1 mol，故N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜－38.6 kJ·mol－1；C项，中和热是指酸、碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol H2O时放出的热量，故H2SO4和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
　有关反应热的计算[学生用书P41]

1．盖斯定律的应用
(1)理论依据：反应热只与反应体系的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与具体反应的途径无关。
(2)计算模式

(3)主要应用：计算某些难以直接测量的反应热。
(4)注意事项：应用盖斯定律进行简单计算，关键在于设计反应途径。
①当反应式乘以或除以某数时，ΔH也应乘以或除以某数。
②热化学方程式加减运算以及比较反应热的大小时，ΔH都要带“＋”“－”号计算、比较，即把ΔH看作一个整体进行分析判断。
③在设计的反应途径中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。
④当设计的反应逆向进行时，其ΔH与正反应的ΔH数值相等，符号相反。
2．反应热计算的四种方法
(1)根据两个公式计算反应热
①ΔH＝E(生成物的总能量)－E(反应物的总能量)
②ΔH＝E(反应物的键能之和)－E(生成物的键能之和)
(2)根据热化学方程式计算反应热
焓变与反应物的物质的量成正比。
(3)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，则该反应的焓变可通过这几个化学反应焓变的加减而得到。
表示方法：，ΔH＝ΔH1＋ΔH2。
(4)根据比热公式计算反应热
Q＝cmΔT，ΔH＝。

题组一　利用盖斯定律求焓变
1．(2017·浙江11月选考，T19)根据Ca(OH)2/CaO体系的能量循环图：

下列说法正确的是(　　)
A．ΔH5＞0
B．ΔH1＋ΔH2＝0
C．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5
D．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝0
解析：选D。化学反应的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，则ΔH1＝－(ΔH3＋ΔH2＋ΔH4＋ΔH5)，故ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝0，D正确。
2．已知298 K和101 kPa条件下：
N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3
4NH3(g)＋O2(g)===2N2H4(l)＋2H2O(l)　ΔH4
则N2H4(l)的标准燃烧热ΔH＝________________。
解析：写出目标热化学方程式：N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)，参照目标热化学方程式，对所选择的热化学方程式进行合理的“变形”。将所给热化学方程式编号为①、②、③、④，将④式反写并乘以1/2，将①式反写，将②式乘以3/2，ΔH也做相应的变化。然后将变形的三个式子相加，可得目标热反应方程式。
答案：ΔH2－ΔH1－ΔH4
3．(1)①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l)　ΔH1
②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l)　 ΔH2
③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH3
④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH4＝－1 048.9 kJ·mol－1
上述反应热效应之间的关系式为ΔH4＝____________，联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为________________________________________________。
(2)已知下列反应：
SO2(g)＋2OH－ (aq) ===SO (aq)＋H2O(l)　ΔH1
ClO－ (aq)＋SO(aq)===SO(aq)＋Cl－(aq)　ΔH2
CaSO4(s)===Ca2＋(aq)＋SO(aq)　ΔH3
则反应SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－ (aq) === CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－ (aq)的ΔH＝________________。
(3)氢气可用于制备H2O2。已知：
H2(g)＋A(l)===B(l)　ΔH1
O2(g)＋B(l)===A(l)＋H2O2(l)　ΔH2
其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2(g)＋ O2(g)===H2O2(l)的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。
解析：(1)根据盖斯定律，由③×2－②×2－①可得④，则ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1；联氨和N2O4反应释放出大量热、产物无污染、产生大量气体等，故联氨和N2O4可作为火箭推进剂。(2)设三个反应依次为①、②、③，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。(3)题中的两个反应都是熵减的反应，由于两个反应均能自发进行，所以两个反应都是放热反应，即ΔH1<0、ΔH2<0。根据盖斯定律，将题中两个热化学方程式叠加得：H2(g)＋O2(g)===H2O2(l)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2<0。
答案：(1)2ΔH3－2ΔH2－ΔH1　反应放热量大，产生大量气体　(2)ΔH1＋ΔH2－ΔH3　(3)＜
题组二　反应热的计算及比较
4．已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2 215 kJ·mol－1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8 g水，则放出的热量约为(　　)
A．55 kJ　　　　　　　 B．220 kJ
C．550 kJ D．1 108 kJ
解析：选A。丙烷分子式是C3H8，燃烧热为ΔH＝－2 215 kJ·mol－1，1 mol丙烷燃烧会产生4 mol水，放热2 215 kJ。丙烷完全燃烧产生1.8 g水，水的物质的量为0.1 mol，则消耗丙烷的物质的量为0.025 mol，所以反应放出的热量Q＝0.025 mol×2 215 kJ·mol－1＝55.375 kJ，则放出的热量约为55 kJ。
5．(2019·浙江4月选考，T23)MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M＝Ca、Mg)：

已知：离子电荷相同时，半径越小，离子键越强。下列说法不正确的是(　　)
A．ΔH1(MgCO3)＞ΔH1(CaCO3)＞0
B．ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)＞0
C．ΔH1(CaCO3)－ΔH1(MgCO3)＝ΔH3(CaO)－ΔH3(MgO)
D．对于MgCO3和CaCO3，ΔH1＋ΔH2＞ΔH3
答案：C
6．(2018·浙江11月选考，T21)已知：
H2O(g)===H2O(l)　ΔH1
C6H12O6(g)===C6H12O6(s)　ΔH2
C6H12O6(s)＋6O2(g)===6H2O(g)＋6CO2(g)　ΔH3
C6H12O6(g)＋6O2(g)===6H2O(l)＋6CO2(g)　ΔH4
下列说法正确的是(　　)
A．ΔH1＜0，ΔH2＜0，ΔH3＜ΔH4
B．6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0
C．－6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0
D．－6ΔH1＋ΔH2－ΔH3＋ΔH4＝0
解析：选B。在H2O(g)===H2O(l)中，ΔH1<0；在 C6H12O6 (g)===C6H12O6(s)中，ΔH2<0；在C6H12O6 (s)＋6O2 (g)===6H2O(g)＋6CO2(g)中，ΔH3<0；在C6H12O6 (g)＋6O2 (g)===6H2O(l)＋6CO2(g)中，ΔH4<0，C6H12O6(s)转化为C6H12O6(g)需要吸收热量，H2O(g)转化为H2O(l)需要放出热量，所以ΔH3＞ΔH4，故A不正确；根据盖斯定律可知B正确，C和D都不正确。
7．(2018·浙江4月选考，T21)氢卤酸的能量关系如图所示：

下列说法正确的是(　　)
A．已知HF气体溶于水放热，则HF的ΔH1<0
B．相同条件下，HCl的ΔH2比HBr的小
C．相同条件下，HCl的(ΔH3＋ΔH4)比HI的大
D．一定条件下，气态原子生成1 mol H—X键放出a kJ能量，则该条件下ΔH2＝a kJ·mol－1
答案：D

计算反应热时常出现的错误
(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的化学计量数表示的物质的量与已知物质的物质的量之间的比例关系，然后进行计算。
(2)运用盖斯定律进行计算，在调整方程式时，要注意ΔH的正负和数值也要随之调整。
(3)根据化学键断裂和形成过程中的能量变化计算反应热时，需注意断键和成键的总数，必须是断键和成键时吸收或放出的总能量。