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专题7化学反应与能量变化
专题7 化学反应与能量变化
考点一
[记牢主干知识]
1.化学反应的焓变
(1)反应热
当反应物和生成物具有相同温度时,所吸收或放出的热量称为化学反应的反应热。
(2)焓变
①焓(H)是与物质内能有关的物质量。
②焓变(ΔH)为反应产物的总焓与反应物的总焓之差,即ΔH=H(反应产物)-H(反应物)。
(3)焓变与反应热
①恒压条件下的焓变等于反应热。
②在恒温、恒压的条件下,化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变。
(4)焓变的符号和单位
符号ΔH,单位kJ·mol-1。
(5)吸热反应和放热反应
①概念:
吸收热量的反应称为吸热反应,放出热量的反应称为放热反应。
②从能量高低角度理解:
ΔH<0,放热反应 ΔH>0,吸热反应
③从化学键角度理解:
④常见的吸热反应和放热反应:
a.放热反应:
大多数化合反应、中和反应、金属与酸的反应、所有的燃烧反应。
b.吸热反应:
大多数分解反应、盐的水解反应、Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O(g)反应、C与CO2反应。
2.标准燃烧热、热值和中和热
(1)标准燃烧热
(2)热值
①概念:
1g物质完全燃烧所放出的热量,叫做该物质的热值。
②完全燃烧:
是指氮元素转化为N2(g),氢元素转化为H2O(l),碳元素转化为CO2(g)。
(3)中和热
3.反应热的测量
(1)中和反应反应热(简称中和热):
酸与碱发生中和反应生成1molH2O(l)时所释放出的热量。
(2)中和反应反应热的测量:
①装置如上图。
②实验记录:
盐酸的温度
t1/℃
NaOH溶液的温度
t2/℃
反应体系的最高温度
t3/℃
反应体系的温度变化
Δt=
/℃
反应体系的热容
C=[(VHCl·ρHCl+VNaOH·ρNaOH)×4.18]/J·℃-1
反应热计算
ΔH=-
/kJ·mol-1
4.能源
[练通基础小题]
一、基础知识全面练
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)放热反应不需要加热就能反应,吸热反应不加热就不能反应(×)
(2)物质发生化学变化都伴有能量的变化(√)
(3)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同(×)
(4)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(√)
(5)甲烷的标准燃烧热ΔH=-890kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890kJ·mol-1(×)
(6)在稀溶液中:
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合,放出的热量为57.3kJ(×)
(7)反应HCHO+O2
CO2+H2O为吸热反应(×)
(8)催化剂能改变反应的焓变(×)
(9)2SO2(g)+O2(g)===2SO3(g)和4SO2(g)+2O2(g)===4SO3(g)的ΔH相等(×)
(10)NaHCO3+H2
HCOONa+H2O反应中,储氢、释氢过程均无能量变化(×)
2.已知某反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),反应过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)该反应是________反应(填“吸热”或“放热”),该反应的ΔH=________kJ·mol-1(用含E1、E2的代数式表示),1mol气体A和1mol气体B具有的总能量比1mol气体C和1mol气体D具有的总能量________(填“一定高”“一定低”或“高低不一定”)。
(2)若在反应体系中加入催化剂使反应速率增大,则E1和E2的变化是:
E1________,E2________,ΔH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案:
(1)吸热 E1-E2 一定低
(2)减小 减小 不变
二、常考题点分组练
题点
(一) 能量变化的图示分析
1.(2015·北京高考)最新报道:
科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。
反应过程的示意图如下:
下列说法正确的是( )
A.CO和O生成CO2是吸热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO和O形成了具有极性共价键的CO2
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
解析:
选C A.状态Ⅰ总能量为反应物总能量,状态Ⅲ总能量为生成物总能量,由图示知反应物的总能量大于生成物的总能量,故该反应为放热反应。
B.从状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的图示可以看出,反应中CO并未断裂成C和O。
C.由图示可以看出,CO和O生成了CO2,CO2分子中C与O间为极性共价键。
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程,并不是CO与O2的反应过程。
2.(2015·海南高考·节选)由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示,若生成1molN2,其ΔH=______kJ·mol-1。
解析:
根据图像可知N2O与NO反应生成氮气和二氧化氮的反应热为(209-348)kJ·mol-1=-139kJ·mol-1。
答案:
-139
[知能存储]
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。
题点
(二) 燃烧热与中和热的含义
3.下列有关燃烧热、中和反应反应热的叙述正确的是②⑥。
①S(s)+
O2(g)===SO3(g)
ΔH=-315kJ·mol-1(燃烧热)(ΔH的数值正确)
②NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)
ΔH=-57.3kJ·mol-1(中和应热)(ΔH的数值正确)
③已知CH3OH(l)的燃烧热为238.6kJ·mol-1,则CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-238.6kJ·mol-1
④燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)+
O2(g)===CO2(g)+2H2(g)
ΔH=-192.9kJ·mol-1,则CH3OH(g)的燃烧热为192.9kJ·mol-1
⑤H2(g)的燃烧热是285.8kJ·mol-1,则2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6kJ·mol-1
⑥葡萄糖的燃烧热是2800kJ·mol-1,则
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1400kJ·mol-1
⑦已知101kPa时,2C(s)+O2(g)===2CO(g)
ΔH=-221kJ·mol-1,则该反应的反应热为221kJ·mol-1
⑧已知稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)
ΔH=-57.3kJ·mol-1,则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水时放出57.3kJ的热量
⑨已知HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1,则98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水的中和热为-57.3kJ·mol-1
⑩氢气的燃烧热为285.5kJ·mol-1,则电解水的热化学方程式为2H2O(l)
2H2(g)+O2(g) ΔH=+285.5kJ·mol-1
[知能存储]
燃烧热与中和热的比较
比较角度
燃烧热
中和反应反应热
相同点
能量变化
放热
ΔH
ΔH<0,单位:
kJ·mol-1
不同点
反应物的量
可燃性物质为1mol
不限量
生成物的量
不限量
H2O(l)是1mol
反应热的含义
1mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物时放出的热量;其中:
C―→CO2(g),H―→H2O(l)
在稀溶液中,强酸与强碱发生中和反应,生成1molH2O(l)和可溶性盐时放出的热量;不同的反应物中和反应反应热大致相同,均约为57.3kJ·mol-1
题点(三) 能源的开发与利用
4.氢能是一种既高效又干净的新能源,发展前景良好,用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。
我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”,已达到世界先进水平,并加快向产业化的目标迈进。
氢能具有的优点包括( )
①原料来源广 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.③④D.②④
解析:
选A 氢能是易燃烧、热值高、原料来源广的新能源;但它也有储存难、制备成本高等缺点,所以正确答案为A。
5.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。
下列说法正确的是( )
A.H2O的分解反应是放热反应
B.氢能源已被普遍使用
C.2molH2O具有的总能量低于2molH2和1molO2的能量
D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
解析:
选C 水的分解是吸热反应,A错误;氢能源由于受贮存和运输等因素的限制,还未普遍使用,但有巨大的开发利用的价值,B、D错误。
考点二
[基础自主落实]
1.热化学方程式及其意义
(1)概念:
表示参加反应的物质的物质的量和反应热的关系的化学方程式。
(2)意义:
不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化。
例如:
H2(g)+
O2(l)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1,表示在25℃和1.01×105Pa下,1mol氢气和0.5mol氧气完全反应生成1mol液态水时放出285.8kJ的热量。
2.热化学方程式的书写方法
[注意] ①热化学方程式中化学计量数仅表示该物质的物质的量,因此化学计量数可以是整数,也可以是分数。
②中和热的热化学方程式的书写应以生成1mol液态水为标准,燃烧热的热化学方程式的书写则应以1mol可燃物为标准。
小题热身
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)的焓变ΔH>0(√)
(2)H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH1和2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2中的ΔH1=ΔH2(×)
(3)H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH1和H2O(g)===H2(g)+
O2(g) ΔH2中的ΔH1=ΔH2(×)
(4)已知相同条件下2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH1,反应2SO2(s)+O2(g)2SO3(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2(×)
(5)C(石墨,s)===C(金刚石,s) ΔH>0,说明石墨比金刚石稳定(√)
(6)已知:
500℃、30MPa下,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1;将1.5molH2和过量的N2在此条件下充分反应,放出热量46.2kJ(×)
2.写出下列反应的热化学方程式。
(1)101kPa时,1molH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ的热量,H2燃烧热的化学方程式:
__________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)101kPa时,1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2气体,放出890.3kJ的热量,反应热的化学方程式:
___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)0.3mol乙硼烷(分子式B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5kJ的热量,则其热化学方程式为____________________________________________。
答案:
(1)H2(g)+
O2(g)===H2O(l)
ΔH=-285.8kJ·mol-1
(2)CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890.3kJ·mol-1
(3)B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l)
ΔH=-2165kJ·mol-1
[考向合作探究]
热化学方程式的正误判断
1.(2014·海南高考)标准状态下,气态分子断开1mol化学键的焓变称为键焓。
已知H—H、H—O和O===O键的键焓ΔH分别为436kJ·mol-1、463kJ·mol-1和495kJ·mol-1。
下列热化学方程式正确的是( )
A.H2O(g)===H2(g)+
O2(g) ΔH=-485kJ·mol-1
B.H2O(g)===H2(g)+
O2(g) ΔH=+485kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=+485kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-485kJ·mol-1
解析:
选D 1mol的气态水分解产生1mol的氢气和
mol的氧气的能量变化是:
2×463-436-
×495=242.5,因此热化学方程式为H2O(g)===H2(g)+
O2(g) ΔH=+242.5kJ·mol-1,A、B错误。
2mol的气态水分解产生2mol的氢气和1mol的氧气的能量变化则是+485kJ。
物质分解吸收的热量与产物燃烧放出的热量数值相等,即热化学方程式是2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-485kJ·mol-1,C错误,D正确。
2.(2016·佛山模拟)已知:
101kPa时1mol辛烷燃烧生成液态水时放出热量为5518kJ;强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1molH2O时放出的热量为57.3kJ,则下列热化学方程式的书写正确的是( )
①2C8H18(l)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(g)
ΔH=-11036kJ·mol-1
②2C8H18(l)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(l)
ΔH=-11036kJ·mol-1
③H++OH-===H2O ΔH=-57.3kJ·mol-1
④2NaOH(aq)+H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)+2H2O(l)ΔH=-114.6kJ·mol-1
A.①③ B.②③
C.②④D.只有②
解析:
选C 表示辛烷燃烧热时,生成的水应是液态而不是气态,故①错误、②正确;③中未标明反应物、生成物的聚集状态,错误。
[探规寻律]
“5审”判断热化学方程式正误
多角度书写热化学方程式
角度一 依据反应事实书写热化学方程式
3.根据信息,写出下列热化学方程式
(1)(2014·安徽高考)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。
在25℃、101kPa下,已知该反应每消耗1molCuCl(s),放热44.4kJ,该反应的热化学方程式是___________
________________________________________________________________________。
(2)(2014·大纲卷)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1molAX5,放出热量123.8kJ。
该反应的热化学方程式为________________
________________________________________________________________________。
(3)(2014·天津高考)由SiCl4制纯硅的反应中,测得每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量,写出该反应的热化学方程式:
__________________________________________________。
答案:
(1)4CuCl(s)+O2(g)===2CuCl2(s)+2CuO(s)ΔH=-177.6kJ·mol-1
(2)AX3(l)+X2(g)===AX5(s)ΔH=-123.8kJ·mol-1
(3)SiCl4(g)+2H2(g)===Si(s)+4HCl(g)ΔH=+0.025akJ·mol-1
角度二 依据图像书写热化学方程式
4.下图是1molNO2和1molCO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
由图可知,产物总能量低于反应物总能量,该反应是放热反应,ΔH=E1-E2=134kJ·mol-1-368kJ·mol-1=-234kJ·mol-1。
答案:
NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g)
ΔH=-234kJ·mol-1
5.化学反应N2+3H2===2NH3的能量变化如图所示(假设该反应反应完全)
试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式:
________________________________________________________________________。
答案:
N2(g)+3H2(g)===2NH3(l)
ΔH=-2(b+c-a)kJ·mol-1
考点三
1.盖斯定律
(1)内容:
一个化学反应,不论是一步完成,还是分几步完成,其总的热效应是完全相同的。
即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。
(2)本质:
盖斯定律的本质是能量守恒定律。
(3)计算方法
Ⅰ.热化学方程式相加或相减,如
①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1
②C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH2
由①-②可得
CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
Ⅱ.合理设计反应途径,如
顺时针方向和逆时针方向变化反应热代数和相等。
ΔH=ΔH1+ΔH2。
2.反应热大小的比较
(1)同一反应,生成物状态不同时
如A(g)+B(g)===C(g) ΔH1<0
A(g)+B(g)===C(l) ΔH2<0
因为C(g)===C(l) ΔH3<0,而ΔH3=ΔH2-ΔH1,则ΔH1>ΔH2。
(2)同一反应,反应物状态不同时
如S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1=-akJ·mol-1
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-bkJ·mol-1
(3)晶体类型不同,产物相同时
如C(s,石墨)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-akJ·mol-1
C(s,金刚石)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-bkJ·mol-1
(4)两个有联系的不同反应相比较时
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1<0
C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH2<0
C(s)
CO2(g)
C(s)
CO(g)
CO2(g)
ΔH2+ΔH3=ΔH1,ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0
所以ΔH1<ΔH2
据此可以写出热化学方程式:
CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
反应热的计算
角度一 根据燃烧热数据,计算反应放出的热量
1.(2015·海南高考)已知丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-1,若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水,则放出的热量约为( )
A.55kJ B.220kJ
C.550kJD.1108kJ
解析:
选A 丙烷分子式是C3H8,1mol丙烷完全燃烧会产生4mol水,则丙烷完全燃烧产生1.8g水,所以反应放出的热量为
×2215=55.375(kJ)。
2.1.5g火箭燃料二甲基肼(CH3—NH—NH—CH3)完全燃烧,放出50kJ热量,则二甲基肼的燃烧热ΔH为( )
A.-1000kJ·mol-1B.-1500kJ
C.-2000kJ·mol-1D.-2000kJ
解析:
选C 1.5g二甲基肼的物质的量是0.025mol,根据燃烧热的定义可知,1mol二甲基肼完全燃烧放出的热量应该为:
1/0.025×50kJ·mol-1=2000kJ·mol-1,即二甲基肼的燃烧热ΔH为-2000kJ·mol-1。
利用燃烧热计算热值的方法
计算公式:
Q=燃烧热×n(可燃物的物质的量),如H2的燃烧热为ΔH=-285.8kJ·mol-1,燃烧2molH2放出的热量为2mol×285.8kJ·mol-1=571.6kJ。
角度二 根据键能计算反应热
3.(2014·重庆高考)已知:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=akJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1
H—H、O===O和O—H键的键能分别为436kJ·mol-1、496kJ·mol-1和462kJ·mol-1,则a为( )
A.-332B.-118
C.+350D.+130
解析:
选D 根据盖斯定律由题给的两个热化学方程式可得:
2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+(2a+220)kJ·mol-1,则有:
4×462kJ·mol-1-2×436kJ·mol-1-496kJ·mol-1=(2a+220)kJ·mol-1,解得a=+130,故选项D正确。
4.(2015·全国卷Ⅰ·节选)已知反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的ΔH=+11kJ·mol-1,1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量,则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。
解析:
设1molHI(g)分子中化学键断裂吸收的能量为x,则2x-436kJ-151kJ=+11kJ,x=299kJ。
答案:
299
5.(2015·全国卷Ⅱ·节选)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。
发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
已知
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- 专题7 化学反应与能量变化 专题 化学反应 能量 变化