高考化学备考中等生 专题25 化学反应中的能量变化 教师版.docx
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高考化学备考中等生专题25化学反应中的能量变化教师版
专题5化学反应中的能量变化
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。
化学反应中的能量变化属于逐渐强化的高考热点,涉及到焓变与化学键的关系,热化学方程式的书写和正误判断,反应热大小的比较和计算,燃烧热和中和热的理解与测定等。
2016年高考仍会重点考查该部分知识,应高度关注。
考点1热化学方程式的书写与判断
书写热化学方程式应注意的几个问题
(1)ΔH只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边。
若为放热反应,ΔH为“-”;若为吸热反应,ΔH为“+”。
ΔH的单位一般为kJ/mol。
(2)反应热ΔH与测定条件(温度、压强等)有关。
因此,书写热化学方程式时应注明ΔH的测定条件。
绝大多数ΔH是在25℃、1.01×105Pa下测定的,可不注明温度和压强。
(3)热化学方程式中各物质的系数仅表示该物质的物质的量,并不表示该物质的分子数或原子数。
因此物质的系数可以是整数,也可以是分数。
(4)反应物和产物的聚集状态不同,反应热数值以及符号都可能不同。
因此,必须注明物质的聚集状态(s、l、g、aq)才能完整地体现出热化学方程式的意义。
热化学方程式中不用“↑”和“↓”,不用“―→”而用“=”表示。
(5)热化学方程式是表示反应已完成的数量。
由于ΔH与反应物的物质的量有关,所以热化学方程式中各物质的系数必须与ΔH相对应,如果系数加倍,则ΔH也要加倍。
当反应向逆反应方向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
【例1】化学反应A2+B2=2AB的能量变化如图所示,则下列说法正确的是()
A.该反应是吸热反应
B.断裂2molA-B键需要吸收ykJ能量
C.2molAB的总能量高于1molA2和1molB2的总能量
D.断裂1molA-A键和1molB-B键可放出xkJ能量
【答案】B
【考点定位】考查考查了化学键的键能与反应的活化能及反应热的关系的知识。
【名师点晴】本题考查了化学反应过程中物质变化与能量变化的关系。
物质发生化学反应的过程就是各种元素的原子重新组合的过程,在这个过程中要断裂反应物的化学键,形成生成物的化学键,断键吸收能量,成键释放能量,因此任何反应,无论是放热反应还是吸热反应都需要有一个活化的过程,即都需要在一定条件下进行。
反应热就是断键吸收的热量与成键释放的热量差。
研究反应热可以为反应的发生及反应过程中的能量变化充分利用,达到物质及能源的充分利用,更符合当今的原子经济型和能源经济型的消费理念。
【小结】判断热化学方程式正误的观察点:
“一观察”:
化学原理是否正确,如燃烧热和中和热的热化学方程式是否符合燃烧热和中和热的概念;“二观察”:
状态是否标明;“三观察”:
反应热ΔH的符号和单位是否正确;“四观察”:
反应热的数值与物质的系数是否对应。
考点2反应热的有关计算
1、主要依据:
热化学方程式、键能、盖斯定律及燃烧热、中和热等数据。
2、主要方法:
(1)根据热化学方程式计算:
反应热与反应物各物质的物质的量成正比。
(2)根据反应物和生成物的总能量计算:
ΔH=E生成物-E反应物。
(3)依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算:
ΔH=反应物的化学键断裂吸收的能量-生成物的化学键形成释放的能量。
(4)根据盖斯定律的计算:
应用盖斯定律进行简单计算时,关键在于设计反应过程,同时注意:
①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。
②当热化学方程式乘、除以某一个数时,ΔH也应相应地乘、除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。
③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。
④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。
⑤根据物质燃烧放热的数值计算:
Q(放)=n(可燃物)×|ΔH|。
⑥根据比热公式进行计算。
Q=c·m·ΔT
【例2】【2015重庆卷】黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为:
S(s)+2KNO3(s)+3C(s)==K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)ΔH=xkJ·mol-1
已知碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1
S(s)+2K(s)==K2S(s)ΔH2=bkJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)==2KNO3(s)ΔH3=ckJ·mol-1
则x为()
A.3a+b-cB.c+3a-bC.a+b-cD.c+a-b
【答案】A
【考点定位】本题主要考查盖斯定律的应用。
【名师点晴】在反应焓变的计算中,经常利用盖斯定律,考查盖斯定律的应用是高考命题的重点,将热化学中反应热的计算与黑火药爆炸原理联系起来,既考查了基础知识,又能引导学生提高人文素养,试题背景新颖,关注化学与生活、社会、科技等的有机结合和联系。
考点3反应热(ΔH)的大小比较
对于放热反应来说,ΔH=-QkJ/mol,虽然“-”仅表示放热的意思,但在比较大小时要将其看成真正意义上的“负号”,即放热越多,ΔH反而越小。
如:
(1)同一反应,生成物状态不同时,例如A(g)+B(g)===C(g) ΔH1<0,A(g)+B(g)===C(l)
ΔH2<0,因为C(g)===C(l) ΔH3<0,则ΔH3=ΔH2-ΔH1,所以ΔH2<ΔH1。
(2)同一反应,反应物状态不同时,例如S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1<0 S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2<0,
,ΔH2+ΔH3=ΔH1,则ΔH3=ΔH1-ΔH2,又ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。
(3)两个有联系的不同反应相比,例如C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1<0,C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH2<0,根据常识可知CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH3<0又因为ΔH2+ΔH3=ΔH1,所以ΔH2>ΔH1。
【例3】已知:
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1CO2(g)+C(s)=2CO(g)△H2
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H34Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)△H4
3CO(g)+Fe2O3(s)=3CO2(g)+2Fe(s)△H5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是()
A.△H1>0,△H3<0B.△H2>0,△H4>0
C.△H1=△H2+△H3D.△H3=△H4+△H5
【答案】C
【考点定位】本题主要是考查反应热的有关判断与计算
【名师点晴】应用盖斯定律进行简单计算时,关键在于设计反应过程,同时注意:
①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。
②当热化学方程式乘、除以某一个数时,ΔH也应相应地乘、除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。
③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。
④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。
关于ΔH的比较:
对放热反应,放热越多,ΔH越小;对吸热反应,吸热越多,ΔH越大。
比较反应热大小的四个注意要点:
(1)反应物和生成物的状态;物质的气、液、固三态的变化与反应热的关系:
。
(2)ΔH的符号:
比较反应热的大小时,不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
(3)参加反应物质的量,当反应物和生成物的状态相同时,参加反应物质的量越多放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
(4)反应的程度:
参加反应物质的量和状态相同时,反应的程度越大,热量变化越大。
1.【2015北京卷】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:
下列说法中正确的是()
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生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
【答案】C
【解析】 根据能量--反应过程的图像知,状态I的能量高于状态III的能量,故该过程是放热反应,A错误;根据状态I、II、III可以看出整个过程中CO中的C和O形成的化学键没有断裂,故B错误;由图III可知,生成物是CO2,具有极性共价键,故C正确;状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程,故D错误。
【考点定位】反应原理中化学反应与能量变化
【名师点晴】基础题,解题关键是明确化学反应中能量变化的原因,知道从能量高的状态变化到能量低的状态,可释放能量,并且要能根据图示内容正确分析物质变化情况。
2.下列说法中正确的是
A.KClO3和SO3溶于水后能导电,故KClO3和SO3为电解质
B.升高温度能降低反应活化能,所以反应速率加快
C.中和热测定实验中需要用到的玻璃仪器有烧杯、温度计和环形玻璃棒搅拌棒三种
D.等量的CH4在氧气中燃烧放出的热量与形成燃料电池放出的热量一样多
【答案】C
考点:
考查电解质的判断、温度对反应速率影响的分析、中和热测定实验、能量的转化判断
3.(2014海南卷)标准状态下,气态分子断开lmol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、463kJ/mol和495kJ/mol。
下列热化学方程式正确的是
A.H2O(g)=H2(g)+
O2(g);ΔH=-485kJ/mol
B.H2O(g)=H2(g)+
O2(g);ΔH==+485kJ/mol
C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH=+485kJ/mol
D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH=-485kJ/mol
【答案】D
考查:
考查热化学方程式判断
4.下列说法不正确的是()
A.已知冰的熔化热为6.0 kJ﹒mol-1,冰中氢键键能为20 kJ﹒mol-1,假设1mol冰中有2mol氢键,且熔化热完全用于打破冰的氢键,则最多只能破坏冰中30%的氢键
B.已知一定温度下,醋酸溶液的物质的量浓度为c,电离度为a,K a=(ca)2/C(1−a).若加入少量CH3COONa固体,则电离平衡CH3COOH
CH3COO-+H+向左移动,a减小,Ka不变
C.检测得环已烷(l)、环己烯(l)和苯(l)的标准燃烧热分别为-3916kJ.mol-1、-3747 kJ.mol-1和-3265kJ.mol-1可以证明在苯分子中不存在独立的碳碳双键
D.进行中和热反应中,如果不把温度计上的酸用水冲洗掉,那么根据cm△t计算得到的Q结果会偏小
【答案】A
【解析】
试题分析:
A.熔化热相当于破坏的氢键的物质的量6kJ÷20kJ/mol=0.3mol氢键,则最多只能破坏冰中氢键的0.3mol/2mol=15%,故A错误;B.Ka只与温度有关,与浓度无关,一定温度下其不变,故B正确;C.由环己烯(l)与环己烷(l)相比,形成一个碳碳双键,能量降低3916kJ.mol-1-3747kJ.mol-1=169kJ•mol-1,由苯(l)与环己烷(l)相比,形成三个碳碳双键,则能量应降低169kJ•mol-1×3=507kJ/mol,而实际能量降低了3916kJ•mol-1-3265kJ•mol-1=691kJ•mol-1,远大于507kJ•mol-1,充分说明苯分子不是环己三烯的结构,可以证明在苯分子中不存在独立的碳碳双键,故C正确;D.中和反应是放热反应,温度计上的酸与NaOH溶液反应放热,使温度计读数升高,使测得的中和热偏高,根据cm△t计算得到的Q结果会偏小,故D正确;答案为A。
考点:
主要考查物质的键能分析与应用、学反应能量变化中盖斯定律的应用、及弱电解质溶液的电离平衡分析以及中和热测定操作分析。
5.2012年10月24日飓风“桑迪”袭击美国。
一阵飓风过后,海面的巨浪上竟燃烧着熊熊大火。
海水会燃烧的原因是
A.飓风与海水发生剧烈摩擦,产生的巨大热能使水分子分解,引起氢气燃烧
B.飓风使海水温度升高,产生高温水蒸气,达到水的着火点,使海水燃烧
C.飓风产生高温,使氮气在空气中剧烈燃烧
D.以上说法均有可能
【答案】A
考点:
化学反应中的能量变化的原因
6.肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示。
已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ):
N≡N为942、O=O为500、N-N为154,则断裂1molN-H键所需的能量(kJ)是( )
A.194B.391C.516D.658
【答案】B
【解析】
试题分析:
根据图中内容,可以看出N2H4(g)+O2(g)=2N(g)+4H(g)+2O(g),△H3=2752kJ/mol-534kJ/mol=2218kJ/mol,化学反应的焓变等于产物的能量与反应物能量的差值,旧键断裂吸收能量,新键生成释放能量,设断裂1molN-H键所需的能量为K,旧键断裂吸收的能量:
154+4K+500=2218,解得K=391;答案为B。
考点:
考查学生化学键的断裂和生成与反应的吸放热之间的关系。
7.一定条件下,充分燃烧一定量的丁烷放出热量161.9kJ,经测定完全吸收生成的CO2需消耗5mol/L的KOH溶液100ml,恰好生成正盐,则此条件下热化学方程式:
C4H10(g)+13/2O2(g)→4CO2(g)+5H2O(g)的△H为( )
A.+2590.4kJ/molB.-2590.4kJ/molC.+1295.2kJ/molD.-1295.2kJ/mol
【答案】B
考点:
考查反应热的计算,根据氢氧化钾确定丁烷的物质的量是解答该题的关键。
8.下列依据热化学方程式得出的结论正确的是
A.已知C(石墨,s)=C(金刚石,s);ΔH>0,则金刚石比石墨稳定
B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);ΔH=-483.6kJ/mol,则氢气的燃烧热为241.8kJ•mol-1
C.500℃、30MPa下,N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)ΔH=-38.6kJ•mol-1;将1.5molH2和过量的N2在此条件下充分反应,放出热量19.3kJ
D.H2(g)+F2(g)=2HF(g)ΔH=-270kJ•mol-1,则相同条件下,2molHF气体的能量小于1mol氢气和1mol氟气的能量之和
【答案】D
【解析】
试题分析:
A中反应是吸热反应,说明石墨的总能量低于金刚石的总能量,因此石墨稳定,A错误;B.氢气的燃烧热是值1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量,单位是kJ/mol,气态水不是稳定氧化物,2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ•mol-1,则燃烧热>483.6kJ•mol-1/2=241.8kJ•mol-1,B错误;C.合成氨是可逆反应,1.5molH2在氮气过量的情况下也不可能全部转化为生成,放出的热量应小于19.3kJ,C错误;D.此反应是放热反应,说明反应物的总能量大于生成物的总能量,D正确;答案为D。
【考点定位】:
考查反应热、燃烧热的计算。
【名师点晴】关于化学反应中的能量变化,涉及热化学方程式的书写、燃烧热及中和热的计算,判断热化学方程式书的正误,首先观察物质的聚积态有没有注明,ΔH的正负与反应原理是否吻合,ΔH<0为放热反应,反之为吸热反应,容易混淆,再观察反应物的系数与ΔH的数值关系是否满足物质的量对就成比例,是否与燃烧热、中和热等概念吻合;另外反应热的计算要注意盖斯定律的应用要准确,要关注反应原理如选项C反应是可逆反应,反应物的转化量小于提供的物质的量等,总之要细心审题,紧扣概念。
9.下列关于能源的说法不正确的是
A.煤的干馏是物理变化,煤的气化和液化是化学变化
B.煤油可由石油分馏获得,可用作燃料和保存少量金属钠
C.沼气(主要成分是CH4)是可再生能源
D.太阳能、氢能、风能、地热能、生物质能都是新能源
【答案】A
考点:
本题考查化学与能源。
10.对于反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)△<0,在其它条件不变的情况下
A.加入催化剂,改变了反应的途径,反应的△H也随之改变
B.改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变
C.升高温度,反应速率加快,反应放出的热量不变
D.若在原电池中进行,反应放出的热量不变
【答案】B
【解析】
试题分析:
A.加入催化剂,改变了反应的途径,但不改变反应物和产物的能量,故反应的△H不改变,A错误;B.改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变,B正确;C.升高温度,反应速率加快,使上述平衡向吸热方向移动,即逆向移动,反应放出的热量减小,C错误;D.若在原电池中进行,将化学能转化为电能了,反应放出的热量大大减少,D错误,答案选B。
考点:
考查可逆反应反应热的有关判断
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