专题六化学能与热能教师版.docx

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专题六化学能与热能教师版

【高考预测】

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，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算

4．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。

【知识导学】

一.化学反应的焓变

1．定义：

化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以热量（或转换成相应的热量）来表示，称为焓变（ΔH），单位：

kJ/mol或kJ•mol-1

在化学反应中，旧键的断裂需要吸收能量，而新键的形成则放出能量。

总能量的变化取决于上述两个过程能量变化的相对大小。

任何一个化学反应中，反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量总不会相等的。

在新物质产生的同时总是伴随着能量的变化。

注意：

（1）反应热和键能的关系

例如：

1molH2和1molCl2反应生成2molHCl的反应热的计算。

1moLH2分子断裂开H—H键需要吸收436kJ的能量；1molCl2分子断裂开Cl—Cl键需要吸收243kJ的能量，而2molHCl分子形成2molH—Cl键放出431kJ·mol-1×2mol=862kJ的能量，所以，该反应H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）的反应热

△H=生成物分子形成时释放的总能量—反应物分子断裂时所需要吸收的总能量

=862kJ·mol--436kJ·mol-1-243kJ·mol—1=183kJ·mol-1

由于反应后放出的能量使反应本身的能量降低，故规定△H=反应物的键能总和—生成物的键能总和

（2）反应焓变与反应条件的关系

焓是科学家们为了便于计算反应热而定义的一个物理量，它的数值与物质具有的能量有关。

对于一定量的纯净物质，在一定的状态（如温度、压强）下，焓有确定的数值。

在同样的条件下，不同的物质具有的能量也不同，焓的数值也就不同；同一物质所处的环境条件（温度、压强）不同，以及物质的聚集状态不同，焓的数值也不同。

焓的数值的大小与物质的量有关，在相同的条件下，当物质的物质的量增加一倍时，焓的数值也增加一倍。

因此，当一个化学放映在不同的条件下进行，尤其是物质的聚集状态不同时，反应焓变是不同的。

2．放热反应和吸热反应

（1）放热反应：

即有热量放出的化学反应，其反应物的总能量大于生成物的总能量。

（2）吸热反应：

即吸收热量的化学反应，其反应物的总能量小于生成物的总能量。

二.热化学方程式

1．热化学方程式与普通化学方程式的区别有三点不同

（1）热化学方程式必须标有热量变化。

（2）热化学方程式中必须标明反应物和生成物的状态，因为反应热除跟物质的量有关外，还与反应物和生成物的聚集状态有关。

（3）热化学方程式中各物质的系数只表示各物质对应的物质的量，因此，有时可用分数表示，但要注意反应热也发生相应变化。

2．书写热化学方程式时明确以下问题：

（1）反应放出或吸收的热量的多少与外界的温度和压强有关，需要注明，未特别注明的指101kPa和25℃时的数据。

（2）物质的聚集状态不同，反应吸收和放出的热量不同，因此要注明反应物和生成物的聚集状态。

（3）热化学方程式中的热量数据，是与各化学计量数为物质的量时相对应的，不是几个分子反应的热效应。

因此式中化学计量数可以是整数，也可以是分数。

一般出现分数时是以某一反应物或生成物为“1mol”时其它物质才出现的。

（4）无论热化学方程式中化学计量数为多少，△H的单位总是KJ/mol，但△H的数值与反应式中的系数有关。

三.燃烧热、中和热

1.燃烧热

（1）概念：

在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。

燃烧热的单位一般用kJ／mol表示。

注意：

完全燃烧，是指物质中下列元素完全转变成对应的物质：

C→C02，H→H20，S→S02等。

（2）表示的意义：

例如C的燃烧热为393.5kJ／mol，表示在101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。

2.中和热

（1）概念：

在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1molH20，这时的反应热叫中和热。

（2）中和热的表示：

H+（aq）+OH-（aq）=H2O

（1）；△H=-57.3kJ／mol。

3.使

用化石燃料的利弊及

新能源的开发

（1）重要的化石燃料：

煤、石油、天然气

（2）煤作燃料的利弊问题

①煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。

②煤直接燃烧时产生S02等有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染。

③煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低，且运输不方便。

④可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤燃烧的热利用率。

（3）新能源的开

发

①调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油气资源，加强科技投入，加快开发水电、核电和新能源等就显得尤为重要和迫切。

②最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能等。

这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，对环境没有污染或污染少。

理解中和热时注意：

①稀溶液是指溶于大量水的离子。

②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。

③中和反应的实质是H+和OH-化合生成H20，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热内。

四.中和热测定实验

在50mL1.0mol/L盐酸跟50mL1.1mol/L氢氧化钠溶液在下图装置中进行中和反应。

通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。

试回答下列问题。

（1）大小烧杯间填满碎纸条的作用是什么？

（2）大烧杯上如不盖硬纸板，对求得中和热的数值有何影响?

（3）改用60mL1.0mol/L盐酸跟50mL1.1mol/L氢氧化钠溶液进行反应，与上述实验相比，所放热量是否相等?

所求中和热数值是否相等？

简述理由。

（4）用相同浓度和体积的氨水代替氢氧化钠溶液进行上述实验，为什么测得中和热的数值偏低？

五.反应焓变的计算

1．盖斯定律：

对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓（热量）变是一样的。

2．据盖斯定律计算化学反应的焓变

进行反应的焓变计算应注意的问题

（1）由于△H与反应物的物质的量有关，因此热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与△H相对应。

如化学计量数成倍减少或增加，则△H也要成倍的减少或成倍的增加。

当反应向逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，正负号相反。

（2）在使用盖斯定律时，伴随着两个或多个方程式的加减处理时，△H的计算一定要带上正负号。

【典型例题】

题型一：

有关热化学反应方程式的的含义及书写

1.已知一定量的物质参加反应放出的热量，写出其热化学反应方程式

例1.将0.3mol的气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ热量，该反应的热化学方程式为_____________。

又已知：

H2O（g）=H2O（l）；△H2＝－44.0kJ/mol，则11.2L（标准状况）乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是_____________kJ。

【解析】0.3mol乙硼烷完全燃烧生成液态水放出649.5kJ热量，则1mol乙硼烷完全燃烧放出的热量

为：

因此乙硼烷燃烧的热化学反应方程式为：

。

由于1mol水汽化需吸热44kJ，则3mol液态水全部汽化应吸热：

，所以1mol乙硼烷完全燃烧产生气态水时放热：

，则11.2L（标准状况）乙硼烷完全燃烧产生气态水放出热量是：

。

2、有关反应焓变的计算

（1）盖斯定律及其应用

化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与具体反应进行的途径无关，如果一个反应可以分几步进行，则各分步及反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的，这就是盖斯定律。

例如：

可以通过两种途径来完成。

如上图

已知：

H2（g）+1/2O2（g）=H2O（g）；△H1=－241.8kJ/mol

H2O（g）=H2O（l）；△H2=－44.0kJ/mol

根据盖斯定律，则

△H=△H1＋△H2=－241.8kJ/mol+（－44.0kJ/mol）=－285.8kJ/mol

其数值与用量热计测得的数据相同。

（2）根据一定量的物质参加反应放出的热量（或根据已知的热化学方程式），进行有关反应焓变的计算或比较大小。

例2、已知：

；

；

欲得到相同的热量，需分别燃烧固体碳和氢气的质量比约为

A.2:

3.25B.12:

3.25C.1:

1D.393.5:

241.8

【解析】由题意可列得方程

答案：

B

（3）利用键能计算反应热

　　方法：

ΔH=∑E（反应物）－∑E（生成物），即反应热等于反应物的键能总和跟生成物的键能总和之差。

　　通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。

键能常用E表示，单位是kJ/mol。

　　例题3．CH3—CH3→CH2＝CH2＋H2；有关化学键的键能如下。

　　化学键C－HC＝CC－CH－H

　　键能（kJ/mol）414.4615

.3347.4435.3

试计算该反应的反应热

　　【解析】ΔH=[6E（C－H）＋E（C－C）]－[E（C＝C）＋4E（C－H）＋E（H－H）]=（6×414.4＋347.4）kJ/mol－（615.3＋4×414.4＋435.3）kJ/mol=＋125.6kJ/mol

　　这表明，上述反应是吸热的，吸收的热量为125.6kJ/mol。

题型三：

燃烧热、中和热的判断、求算及测量

例4、下列说法正确的是

A.在101kPa时，1mol物质完全燃烧时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热

B.酸和碱发生中和反应生成1mol水，这时的反应热叫中和热

C.燃烧热或中和热是反应热的种类之一

D.在稀溶液中，1molCH3COOH和1molNaOH完全中和时放出的热量为57.3kJ

【解析】本题旨在考查对燃烧热、中和热的定义的理解，特别是两概念中应注意的问题，故不难确定答案为C。

【易错点点睛】

【1】下列说法正确的是（）

A．在101kPa时，1molC与适量

反应生成1molCO时，放出110.5kJ热

量，则C的燃烧热为110.5kJ／mol

B．在10lkPa时，lmol

完全燃烧生成液态水，放出285．8kJ热量，

燃烧热

为—285.8KJ/mol

C．鉴定HCL和NaOH反应的中和热时，每次实验均应测量3个温度，即盐酸起

始温度、NaOH起始温度和反应后终止温度

D．在稀溶液中：

，若将含

0.5mol

的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热量等于57.3KJ

【错解分析】本题有的同学对燃烧热、中和热的概念搞不清容易误选B或者C

【答案】本题的正确选项为C

【易错点点睛】燃烧热：

在101kPa时1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。

中和热：

在稀溶液中，强酸和强碱发生中和反应生成1mol水时的反应热。

【2】肼（N2H4）是火箭发动机的燃料，反应时N2O4为氧化剂，生成氮气和水蒸气。

已知：

N2（g）+2O2（g）=N2O4（g）；△H=+8.7kJ/mol

N2H4（g）+O2（g）=N2（g）+2H2O（g）；△H=－534.0kJ/mol

下列表示肼跟N2O4反应的热化学方程式，正确的是（）

A．2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）；△H=－542.7kJ/mol

B．2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）；△H=－1059.3kJ/mol

C．2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）；△H=－1076.7kJ/mol

D．N2H4（g）+

N2O4（g）=

N2（g）+2H2O（g）；△H=－1076.7kJ/mol

【错解分析】对盖斯定律的概念理解不透。

【答案】本题的正确选项为C

N2（g）+2O2（g）=N2O4（g）；△H=+8.7kJ/mol①

N2H4（g）+O2（g）=N2（g）+2H2O（g）；△H=－534.0kJ/mol②

②×2－①即得到

2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）；△H=－1076.7kJ/mol

【易错点点睛】对于一个化学反应，无论是一步完成，还是分几步完成，其反应的焓变是一样的。

另外还要注意热化学方程式的书写，一定要注意规范性。

【3】　CH3—CH3→CH2＝CH2＋H2；有关化学键的键能如下。

　　化学键         C－H  C＝C  C－C  H－H

　　键能（kJ/mol）414.4  615.3 347.4  435.3

试计算该反应的反应热?

【解析】ΔH=[6E（C－H）＋E（C－C）]－[E（C＝C）＋4E（C－H）＋E（H－H）]=（6×414.4＋347.4）kJ/mol－（615.3＋4×414.4＋435.3）kJ/mol=＋125.6kJ/mol

　　这表明，上述反应是吸热的，吸收的热量为125.6kJ/mol。

【易错点点睛】ΔH=∑E（反应物）－∑E（生成物），即反应热等于反应物的键能总和跟生成物的键能总和之差。

通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。

键能常用E表示，单位是kJ/mol。

【4】已知充分燃烧ag乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量bkJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是                                      

A.2C2H2（g）＋5O2（g）＝4CO2（g）＋2H2O（l）； ΔH＝－2bkJ/mol

B.C2H2（g）＋5/2O2（g）＝2CO2（g）＋H2O（l）； ΔH＝2bkJ/mol

C.2C2H2（g）＋5O2（g）＝4CO2（g）＋2H2O（l）； ΔH＝－4bkJ/mol

D.2C2H2（g）＋5O2（g）＝4CO2（g）＋2H2O（l）； ΔH＝bkJ/mol

【答案】A

【解析】以上各式中化学计量数及物质状态标注都正确；该反应放热，△H应为负值；生成1mol二氧化碳气体，放出热量bkJ，则又生成4mol二氧化碳气体，放出热量4bkJ。

【易错点点睛】1.△H只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边，并用“；”隔开。

放热反应，△H为“-”，吸热反应△H为“＋”，△H的单位一般为KJ·mol-1。

　 2.反应热△H的测定与条件有关。

绝大多数△H是在25℃、101KPa下测定的。

书写时可不注明温度和压强。

　　3.热化学方程式中的热量数据，是与各化学计量数为物质的量时相对应的，不是几分子反应的热效应。

因此式中的计量数可是整数，也可以是分数。

一般出现分数时是以某反应物或生成物为“1mol”时其它物质才出现的，不能随便都写分数。

　　4.必须注明聚集状态，用s、l、g分别表示固体、液体、气体。

5.无论热化学方程式中化学计量数为多少，△H的单位总是KJ·mol-1，但△H的数值与反应式中的系数有关。

【5】“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。

吸食时将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合后摇动即能制冷。

该化学物质是（）

A．氯化钠B．生石灰C．氢氧化钠D．硝酸铵

【答案】D

【解析】将该物质和水混合后摇动即能制冷，说明此物质溶于水时，可以吸收大量的热。

四个选项中，氯化钠溶解时没有明显的放热或吸热现象；生石灰和氢氧化钠溶解时均能放出大量的热；只有硝酸铵溶解时，吸收大量的热，能起到致冷作用。

【易错点点睛】由于对“溶质在水中溶解时的热量变化”的认识不清，造成失误。

【6】下列热化学方程式中的ΔH能表示物质燃烧热的是（　　）

A.2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）ΔH=-566KJ·mol-1

B.CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=-890KJ·mol-1

C.2

H2（g）+O2（g）=2H2O（l）ΔH=-571.6KJ·mol-1

D.H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）ΔH=-184.6KJ·mol-1

【答案】B

【解析】“燃烧热”的定义是：

在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的能量；热化学方程式中的化学计量数表示物质的量。

A、C项中CO、H2的物质的量是2mol，不行；D项H2不是在氧气中燃烧，不符合燃烧热的定义。

【易错点点睛】“生成稳定的氧化物”的两层涵义：

①指燃烧产物不能再燃烧（如生成CO2、H2O、SO2、

N2等）；②是生成物的聚集状态在燃烧热测定条件下处于稳定状态，一般燃烧热常用298K时数据，如H2的燃烧热是指1mol氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量。

燃烧热的计算标准是以可燃物为1mol来进行测量和计算的，因此在计算燃烧热时，热化学方程式里的化学计量数常常出现分数。

【7】已知H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）ΔH=-57.3kJ·mol-1。

以下四个化学反应方程式：

①H2SO4（aq）+2NaOH（aq）=Na2SO4（aq）+2H2O（l）；

②H2SO4（aq）+Ba（OH）2（aq）=BaSO4（s）+2H2O（l）；

③HCl（aq）+NH3•H2O（aq）=NH4Cl（aq）+H2O（l）；

④CH3COOH（aq）+NH3•H2O（aq）=CH3COONH4（aq）+H2O（l）。

其中反应热为57.3kJ·mol-1的是（）

A．①和②B．③C．④D．以上都不对

【答案】D

【易错点点睛】中和热的标准是以生成1molH2O所放出的热量来衡量的。

弱酸或者弱碱在稀溶液中发生中和反应时，由于弱电解质的电离需要吸收更多的热量，它们的中和热一般低于57.3kJ·mol-1；而如果是浓硫酸与碱反应，则由于浓硫酸溶解时表现为放热，则测得的中和热要高于上值。

【8】已知：

H+（aq）+OH-（aq）=H2O△H1=-57.3kJ·mol-1，

H2SO4（浓）+NaOH（aq）=

Na2SO4（aq）+H2O（l）△H2=m,下列说法正确的是（）

A.上述热化学方程式中的计量数表示分子个数B.△H1>△H2

C.△H2=-57.3kJ·mol-1D.|△H1|>|△H2|

【答案】B

【解析】热化学方程式中的化学计量数表示物质的量，A项不对；浓H2SO4在稀释时放热，含0.5molH2SO4的浓H2SO4与1molNaOH反应放出的热量应等于浓硫酸稀释时放出的热量和中和热之和，因此，△H2<△H1<0，且|△H1|>|△H2|。

【易错点点睛】此题旨在考查对“热化学方程式的意义”的理解和对“中和热”概念的掌握，属于容易题。

【9】在下列各说法中，正确的是

A．△H>0表示放热反应，△H<0表示吸热反应

B．热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量，可以是分数

C．1molH2SO4与1molBa（OH）2反应生成BaSO4沉淀时放

出的热叫做中和热

D．1molH2与0.5molO2反应放出的热就是H2的燃烧热

【答案】B

【解析】A项，△H>0表示吸热反应，△H<0表示放热反应；C项，“中和热”是指在稀溶液中，酸和碱发生中和反应，生成1mol水时放出的热量。

1molH2SO4与1molBa（OH）2反应生成2mol水，放出的热大于中和热；D项，在101kPa时，1molH2与0.5molO2反应，生成液态水时放出的热才是H2的燃烧热；题中没有说明生成的水的聚集状态，不行。

【易错点点睛】此题旨在考查对“热化学方程式的意义”的理解和对“中和热”、“燃烧热”概念的掌握。

【10】据《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。

假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不妥当的是

A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料

B．硅的来源丰富，易于开采，且可再生

C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制

D．寻找高效新催化剂，使硅的生产耗能很低，是硅能源开发利用的关键技术

【答案】D

【解析】A项，硅是固体，从安全角度考虑，不必考虑泄露的问题，便于运输、贮存，说法正确；B项，硅元素在自然界中的含量居第二位，来源丰富，说法也对：

C项，硅燃烧，生成的二氧化硅是固体，说法也对；D项，理论上，制备硅不需要催化剂，说法不对。

【易错点点睛】此题旨在讨论硅作新型燃料的特点和硅能源开发利用的优势，由于属于容易题。

【11】已知31g白磷变成红磷放出18.39kJ热量，下列两反应中：

P4（s）+5O2（g）=2P2O5（s），△H=Q1kJ·mol-1

4P（红,s）+5O2（g）=2P2O5（s），△H=Q2kJ·mol-1

则下列说法中正确的是（）

A.Q1>Q2，白磷比红磷稳定B.Q1>Q2，红磷比白磷稳定

C.Q1

【答案】D

【解析】根据白磷变成红磷放出18.39kJ热量可知，白磷所含的能量高，红磷所含的能量低，红磷比白磷稳定；红磷转化为白磷的反应是吸热反应。

根据“盖斯定律”，将两方程式叠加得：

P4（s）=4P（红,s），△H=（Q1-Q2）kJ·mol-1＜0，因此Q1

【易错点点睛】此题旨在考查对“放热反应”概念的理解和对“盖斯定律”在化学反应中有关反应热的计算中的运用，属于中等难度题。

【12】根据热化学方程式：

S（s）+O2（g）=SO2（g）△H=-297.23kJ·mol-1，下列说法正确的是：

A．1molSO2（g）的能量总和大于1moS（s）和1molO2（g）的能量总和

B．1molSO2（g）的能量总和小于1molS（s）和1molO2（g）的能量总和

C．S（g）+O2（g）=SO2（g）△H=-QkJ·mol-1；Q的值大于297.23

D．S（g）+O2（g）=SO2（g）△H=-QkJ·mol-1；Q的值等于297.23

【答案】BC

【解析】S（s）+O2（g）=SO2（g）△H=-297.23kJ·mol-1是表示S的燃烧热的热化学方程式。

根据“放热反应的实质是反应物的总能量高于生成物的总能量”可知，1molSO2（g）的能量总和小于1molS（s）和1molO2（g）的能量总和，则A项正确，B项错误；根据“盖斯定律”，S（s）+O2（g）=SO2（g）可以看作是通过“S（s）=S（g）（此过程是吸热的，设焓变为△H1，则△H1>0）”与“S（g）+O2（g）=SO2（g）（△H=-QkJ·mol-