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高考化学专题复习化学反应与热能
第六章化学反应与能量电化学
第一节化学能与热能
核心知识图
命题预测
通常结合图像判断化学反应中能量的变化,反应是放热反应还是吸热反应;热化学方程式的书写;燃烧热和中和热的概念;其中应用盖斯定律进行反应热的计算是高考考查的重点内容。
考查形式一是选择题;二是非选择题,主要给出一些数据或热化学方程式信息,考查热化学方程式的书写、反应热的计算等。
预测今后对本节知识的考查将体现在“创新”二字上:
概念应用创新,命题一般不直接考查概念,而是通过转化考查概念的内涵和外延;反应热综合应用创新,如反应热与能源开发利用、环保,能量与物质稳定性的关系,化学能与热能的转化;热化学方程式正误判断和书写的创新,题目可通过能量变化图、盖斯定律、键能等创设情境,提供新信息,通过比较分析、计算等方法判断或书写热化学方程式。
自主复习
一、焓变 反应热
1.焓变
在恒温恒压条件下进行的反应的热效应,符号:
,单位:
或。
2.反应热
化学反应过程中,反应的能量。
3.吸热反应与放热反应
(1)当反应物能量生成物能量时,反应放热,ΔH0。
当反应物能量生成物能量时,反应吸热,ΔH0。
(2)当旧化学键断裂吸收的能量新化学键形成放出的能量时,反应放热,ΔH0。
当旧化学键断裂吸收的能量新化学键形成放出的能量时,反应吸热,ΔH0。
注意:
(1)一个确定的化学反应是吸热还是放热,取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。
(2)化学反应的本质是旧化学键断裂、新化学键形成,任何化学反应都具有热效应。
(3)需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应,不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应。
(4)放热反应、吸热反应的常见反应类型:
①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。
②吸热反应:
大多数分解反应;盐的水解反应;弱电解质的电离;Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应;C与H2O(g)反应、C与CO2反应。
即时即练
下列过程属于吸热过程的是________、属于放热过程的是________。
①反应物的总能量大于生成物的总能量 ②ΔH>0 ③发生反应时,断开反应物的化学键吸收的总能量大于生成生成物时形成新化学键放出的总能量 ④氢气燃烧 ⑤NaOH+HCl===NaCl+H2O ⑥NH4Cl+H2ONH3·H2O+HCl ⑦NaOH固体溶于水 ⑧电能转变为化学能 ⑨化学能转变为光能 ⑩工业合成氨
二、热化学方程式 盖斯定律
1.热化学方程式
(1)概念:
表示参加反应的物质的量和的关系的化学方程式。
(2)意义:
表明了化学反应中的变化和变化。
如:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6kJ·mol-1
表示在25℃、101kPa条件下,。
2.盖斯定律
(1)内容:
化学反应不管是一步完成还是分几步完成,其反应热是的。
如由A到B可以设计如下两个途径:
途径一:
A→B(ΔH)
途径二:
A→C→B(ΔH1+ΔH2)
则焓变ΔH、ΔH1、ΔH2的关系可以表示为ΔH=。
(2)应用:
间接计算某些反应的反应热。
如已知在25℃、101kPa时:
①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1
②2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221kJ·mol-1
则CO(g)+
O2(g)===CO2(g)的ΔH为。
注意:
(1)书写热化学方程式要注明反应时环境的温度与压强(对于25℃、101kPa时进行的反应,可以不注明)。
(2)书写热化学方程式要注明各物质的聚集状态,即固体—s、液体—l、气体—g、溶液—aq。
(3)书写热化学方程式一定要注明焓变的“+”、“-”号,“+”表示吸热,“-”表示放热。
(4)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。
即时即练
硝酸是一种重要的化工原料,工业上一般以氨气为原料来制备硝酸。
请回答:
(1)氨气催化氧化的化学方程式为___________________________________________。
(2)硝酸厂的尾气直接排放将污染空气,目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水,反应机理为:
①CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160kJ·mol-1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为_______________________________________
三、燃烧热、中和反应反应热
1.燃烧热
25℃、101kPa时,纯物质完全燃烧生成时所释放出的能量。
实例:
在25℃、101kPa下,1gH2完全燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量,表示H2燃烧热的化学方程式为:
,H2的燃烧热为。
2.中和反应反应热(简称中和热)
稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成molH2O(l)时所释放出的热量,其值为kJ/mol。
注意:
(1)燃烧热是指可燃物完全燃烧,生成稳定的氧化物:
如C―→CO2(g)而不是CO,如H2―→H2O(l)而不是H2O(g),S―→SO2(g)而不是SO3。
(2)中和热是强酸强碱的稀溶液生成1molH2O放出的热量为57.3kJ,弱酸弱碱电离时吸热,生成1molH2O时放出的热量小于57.3kJ。
浓硫酸稀释时放热,生成1molH2O时放出的热量大于57.3kJ。
(3)对于中和热、燃烧热,由于它们的反应放热是确定的,所以描述中不带“-”,但其焓变为负值。
(4)当用热化学方程式表示中和热时,生成H2O的物质的量必须是1mol,当用热化学方程式表示燃烧热时,可燃物的物质的量必须为1mol。
3.中和反应反应热的测定
(1)装置:
(请在横线上填写仪器名称)
(2)计算公式:
ΔH=-
kJ·mol-1。
t1——起始温度,t2——终止温度。
(3)注意事项:
①泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热,减少实验过程中的热量损失。
②为保证酸完全中和,采取的措施是。
即时即练
下列有关热化学方程式及其叙述正确的是( )
A.氢气的燃烧热为285.8kJ/mol,则水电解的热化学方程式为:
2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+285.8kJ/mol
B.1mol甲烷完全燃烧生成CO2和H2O(l)时放出890kJ热量,它的热化学方程式为:
1/2CH4(g)+O2(g)===1/2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-445kJ/mol
C.已知2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221kJ/mol,则C的燃烧热为110.5kJ/mol
D.HF与NaOH溶液反应:
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol
自主评估
1.(2013·北京卷·6)下列设备工作时,将化学能转化为热能的是( )
A
B
C
D
硅太阳能电池
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
2.(2013·沈阳市质监
(二)·10)物质溶于水的过程中通常伴随着能量的变化,下表为四种物质的溶解热(“+”为放热,“-”为吸热,18℃)
化学式
NH4NO3
NaOH
NaCl
KNO3
溶解热(kJ/kg)
-330.75
+1040.5
-84.10
-353.17
将等质量的上述物质加入等质量的水中,对水的电离平衡影响最小的是( )
A.NH4NO3 B.NaOH
C.NaClD.KNO3
3.(2013·沈阳市质监
(一)·7)已知:
①H2O(g)===H2O(l) ΔH1=-Q1kJ·mol-1
②C2H5OH(g)===C2H5OH(l) ΔH2=-Q2kJ·mol-1
③C2H5OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g)
ΔH3=-Q3kJ·mol-1(Q1、Q2、Q3均>0)
下列说法正确的是( )
A.乙醇的燃烧热为Q3kJ·mol-1
B.C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=(Q2-3Q1-Q3)kJ·mol-1
C.等量的液态乙醇与气态乙醇完全燃烧生成稳定物质,前者放出的热量多
D.反应③正反应的活化能大于逆反应的活化能
4.(2013·高考名校联考信息优化卷)美国某技术公司开发出纳米级催化剂,可在较低温度下将甲烷转化成乙烯:
2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH,已知在降低温度时该反应平衡向左移动,且有下列两个反应(Q1、Q2均为正值):
反应Ⅰ:
C(s)+2H2(g)===CH4(g) ΔH1=-Q1
反应Ⅱ:
C(s)+H2(g)===
C2H4(g) ΔH2=-Q2
则下列判断正确的是( )
A.ΔH<0B.Q2>Q1
C.ΔH=2(Q1-Q2)D.ΔH=Q1-Q2
5.(2013·高考名校联考信息优化卷)1.01×105Pa下,1.0kg丁烷在空气中完全燃烧生成CO2和液态水放出5×104kJ的热量。
下列判断正确的是( )
A.丁烷是一种新型能源
B.丁烷的燃烧热为5×104kJ·mol-1
C.1.0kg丁烷在1.01×105Pa下燃烧成二氧化碳和气态水放出的热量大于5×104kJ
D.丁烷燃烧的热化学方程式为C4H10(g)+
O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2900kJ/mol
6.(2013·陕西市宝鸡市质检(三))25℃、101kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5kJ/mol、285.8kJ/mol、890.3kJ/mol、2800kJ/mol。
则下列热化学方程式正确的是( )
A.C(s)+
(g)===CO(g) ΔH=-393.5kJ/mol
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=+571.6kJ/mol
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2Og(g) ΔH=-890.3kJ/mol
D.
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2o(L) ΔH=-1400kJ/mol
7.实验室利用如图装置进行中和热的测定。
回答下列问题:
(1)该图中有两处未画出,它们是______、________;
(2)烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是__________________;若不用任何材料填充,则所求得的中和热(ΔH)将________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”);
(3)已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol。
若向三份等体积、等物质的量浓度的NaOH溶液中分别加入稀醋酸、浓硫酸、稀硝酸至恰好完全反应,并将上述过程中放出的热量分别记为Q1、Q2、Q3,则三者大小关系是________。
8.美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机于2009年5月升空修复哈勃望远镜。
(1)“亚铁兰蒂斯”号使用的燃料是液氢和液氧,下面是298K时,氢气(H2)、碳(C)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)燃烧的热化学方程式:
H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol
C(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol
C8H18(l)+25/2O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l)
ΔH=-5518kJ/mol
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890.3kJ/mol
相同质量的H2、C、C8H18、CH4完全燃烧时,放出热量最多的是________,等质量的氢气和碳完全燃烧时产生热量的比是________(保留1位小数)。
(2)已知:
H2(g)===H2(l) ΔH=-0.92kJ/mol
O2(g)===O2(l) ΔH=-6.84kJ/mol
H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44.0kJ/mol
请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式:
________________________________________________________________________。
(3)如果此次“亚特兰蒂斯”号所携带的燃料为45吨,液氢、液氧恰好完全反应生成气态水,总共释放能量________kJ(保留3位有效数字)。
学科素养提升
考点1热化学方程式的书写
【生之思】
1.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1,2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2,ΔH1和ΔH2相等吗?
其大小关系如何?
2.已知:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92kJ·mol-1,kJ·mol-1的含义是什么?
若1molN2和3molH2在一定条件下发生反应,放出的热量等于92kJ吗?
3.已知:
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH1=akJ·mol-1,则
H2(g)+
Cl2(g)===HCl(g)与2HCl(g)===H2(g)+Cl2(g)的焓变ΔH2、ΔH3分别是多少?
【师之导】
与普通化学方程式相比,热化学方程式不仅代表物质变化,还代表着能量变化,在书写时要切实注意以下几点:
1.物质状态
物质所处的状态不同,ΔH值不同,所以必须注明物质状态。
2.反应条件
(1)热化学方程式可不用标反应条件。
如氢气在空气中燃烧生成液态水的热化学方程式为:
H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1,可不用标明反应条件“点燃”。
(2)不管反应是可逆反应还是不可逆反应,热化学方程式中的热效应都是指完全反应时的热效应,计算可逆反应的反应热时,要注意其不能进行到底。
(3)在25℃,101kPa时进行的反应,可不标明温度和压强,不在此条件下进行的反应需要标明温度和压强。
3.反应热(ΔH)
(1)单位:
kJ/mol或kJ·mol-1。
(2)符号:
放热反应为“-”;吸热反应为“+”。
4.化学计量数
(1)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。
(2)热化学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。
当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
例题1(2012·天津高考节选)X、Y、Z、M、G五种元素分属三个短周期,且原子序数依次增大。
X、Z同主族,可形成离子化合物ZX;Y、M同主族,可形成MY2、MY3两种分子。
已知X2M的燃烧热
ΔH=-akJ·mol-1,写出X2M燃烧反应的热化学方程式________________________________________。
【考点过关】
1.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=-1367.0kJ/mol(燃烧热)
B.NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=+57.3kJ/mol(中和热)
C.S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-296.8kJ/mol(反应热)
D.2NO2===O2+2NO ΔH=+116.2kJ/mol(反应热)
2.(2013·湖南模拟)化学反应N2+3H22NH3的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是( )
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(l) ΔH=2(a-b-c)kJ/mol
B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=2(b-a)kJ/mol
C.
N2(g)+
H2(g)2NH3(l) ΔH=(b+c-a)kJ/mol
D.
N2(g)+
H2(g)2NH3(g) ΔH=(a+b)kJ/mol
考点2反应热的计算
【生之思】
1.8gCH4(g)充分燃烧生成CO2(g)和H2O(l),释放出445kJ的热量,2molCH4(g)充分燃烧生成CO2(g)和H2O(l),释放出的热量是多少?
2.H2在Cl2中燃烧生成HCl的反应:
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g),旧键断裂吸收的总能量为679kJ/mol,新键形成过程中释放的总能量为862kJ/mol,则该反应的反应热是多少?
3.根据下图你能表示出Ⅰ、Ⅱ的反应热吗?
【师之导】
计算反应热的题目类型有多种,现总结如下:
(1)利用热化学方程式进行有关计算。
根据已知的热化学方程式和已知的反应物或生成物的物质的量或反应吸收或放出的热量,可以把反应焓变当作“产物”,计算反应的反应热。
(2)依据燃烧热数据,利用公式直接计算反应热。
反应热=燃烧热×n(可燃物的物质的量)
(3)根据图示中能量变化来确定焓变
ΔH=H(生成物)-H(反应物)
如图Ⅰ:
ΔH=H1-H2<0,该反应为放热反应;
图Ⅱ:
ΔH=H2-H1>0,该反应为吸热反应;焓变=a-b。
(4)根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算反应热。
如反应物旧化学键断裂吸收能量E1,生成物新化学键形成放出能量E2,则反应的ΔH=E1-E2。
(5)利用盖斯定律求解——合并热化学方程式。
首先根据已知的热化学方程式,进行相应的变化,然后进行加减得出需要求解的热化学方程式,最后进行必要的有关反应物物质的量或反应吸、放热的有关计算。
例题2
(1)(2012·海南高考节选)肼可作为火箭发动机的燃料,与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。
已知:
①N2(g)+2O2(g)===N2O4(l)ΔH1=-19.5kJ/mol
②N2H4(l)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g)ΔH2=-534.2kJ/mol
写出肼和N2O4反应的热化学方程式_________________________________________________________
(2)(2012·广东高考节选)碘也可用作心脏起搏器电源——锂碘电池的材料,
该电池反应为:
2Li(s)+I2(s)===2LiI(s)ΔH
已知:
4Li(s)+O2(g)===2Li2O(s)ΔH1
4LiI(s)+O2(g)===2I2(s)+2Li2O(s)ΔH2
则电池反应的ΔH=________;碘电极作为该电池的________极。
(3)(2012·天津高考节选)已知:
温度过高时,WO2(s)转变为WO2(g):
WO2(s)+2H2(g)W(s)+2H2O(g)ΔH=+66.0kJ/mol
WO2(g)+2H2(g)W(s)+2H2O(g)ΔH=-137.9kJ/mol
则WO2(s)WO2(g)的ΔH=________。
(4)(2012·江苏高考节选)铝是地壳中含量最高的金属元素,其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。
真空碳热还原—氯化法可实现由铝土矿制备金属铝,其相关反应的热化学方程式如下:
Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)===3AlCl(g)+3CO(g)ΔH=akJ/mol
3AlCl(g)===2Al(l)+AlCl3(g) ΔH=bkJ/mol
则反应Al2O3(s)+3C(s)===2Al(l)+3CO(g)的ΔH=________kJ/mol(用含a、b的代数式表示)。
【考点过关】
3.白磷与氧可发生如下反应:
P4+5O2===P4O10。
已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为:
P—PakJ·mol-1、P—ObkJ·mol-1、P===OckJ·mol-1、O===OdkJ·mol-1。
根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH,其中正确的是( )
A.(6a+5d-4c-12b)kJ·mol-1B.(4c+12b-6a-5d)kJ·mol-1
C.(4c+12b-4a-5d)kJ·mol-1D.(4a+5d-4c-12b)kJ·mol-1
4.已知:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ/mol
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890kJ/mol
现有H2和CH4的混合气体112L(标准状况),使其完全燃烧生成CO2和H2O(l),若实验测得反应放热3695kJ,则原混合气体中H2和CH4的物质的量之比是( )
A.1:
1 B.1:
3
C.1:
4D.2:
3
学科素养提升
利用盖斯定律求算反应热
用盖斯定律进行有关反应热的简单计算及热化学方程式的书写是近几年新课程高考的必考点。
该类题目常常与元素化合物知识相结合,以能源危机为背景,以能量变化图像为载体进行命题设计,突出对化学核心概念和基本原理的考查,同时还考查了学生获取信息并初步加工和运用的能力。
解答该类题目的一般步骤
如已知下列热化学方程式
Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)
ΔH1=-25kJ·mol-1 ①
3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g)
ΔH2=-47kJ·mol-1 ②
Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g)
ΔH3=+19kJ·mol-1 ③
书写FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式过程为:
第一步:
写出CO还原FeO的化学方程式:
CO+FeO===Fe+CO2
第二步:
通过观察,找出与上述化学方程式有关的热化学方程式,通过观察可知上述①②③三个热化学方程式均可应用
第三步:
调整可用热化学方程式的方向和倍数并加和,该反应可用题给的三个反应来表示:
×[3×①-(2×③+②)]
典型例题符合如图所示的转化关系,且当X,Y,Z的物质的量相等时,存在焓变ΔH=ΔH1+ΔH2。
满足上述条件的X,Y可能是( )
①C,CO ②S,SO2 ③Na,Na2O ④AlCl3,Al(OH)3 ⑤Fe,Fe(NO3)2 ⑥NaOH,Na2CO3
A.①④⑤B.①②③C.①③④D.①③④⑤⑥
【过关训练】
1.(2013·福建卷·11)某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO。
其过程如下:
mCeO2
(m-x)CeO2·xCe+xO2
(m-x)CeO2·xCe+xH2O+xCO2
mCeO2+xH2+xCO
下列说法不正确的是( )
A.该过程中CeO2没有消耗
B.该过程实现了太阳能向化学能的转化
C.上图中ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO+4OH--2e-===CO
+2H2O
2.半导体工业用石英砂做原料通过三个重要反应生产单质硅
SiO2(s)+2C(s)===Si(s)+2CO(g)ΔH1=+682.44kJ·mol-1
(石英砂) (粗硅)
Si(s)+2Cl2(g)===SiCl4(l) ΔH2=-657.01kJ·mol-1
(粗硅)
SiCl4(l)+2Mg(s)===2
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- 高考 化学 专题 复习 化学反应 热能