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化学基本理论化学平衡中的极端假设法过程假设法与等效假设法

化学基本理论

——化学能与热能基本理论

知识点一　焓变、热化学方程式

1．化学反应的实质与特征

2．焓变、反应热

（1）焓（H）

用于描述物质所具有能量的物理量。

（2）焓变（ΔH）

ΔH＝H（生成物）－H（反应物），单位kJ·mol－1。

（3）反应热

当化学反应在一定温度下进行时，反应所放出或吸收的热量，通常用符号Q表示，单位kJ·mol－1。

（4）焓变与反应热的关系

对于等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能，则有：

ΔH＝Qp。

（5）反应热、活化能图示

①在无催化剂的情况下，

为正反应的活化能，

为逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。

②催化剂能降低反应的活化能，但不影响焓变的大小。

3．吸热反应与放热反应

（1）从能量高低角度理解

放热反应

吸热反应

图示

能量

高低

反应物的总能量大于生成物的总能量，ΔH

0

反应物的总能量小于生成物的总能量，ΔH

0

说

明

①a表示断裂旧化学键吸收的能量，也可以表示反应的活化能。

②b表示生成新化学键放出的能量，也可以表示活化分子结合成生成物分子所释放的能量。

③图中c表示反应的反应热，可通过计算焓变值求得。

（2）从化学键角度理解

（3）常见的放热反应与吸热反应

放热反应

吸热反应

常见反应

①可燃物的燃烧

②酸碱中和反应

③金属与酸的置换反应

④物质的缓慢氧化

⑤铝热反应

⑥大多数化合反应

①弱电解质的电离

②盐类的水解反应

③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应

④C和H2O（g）、C和CO2的反应

⑤大多数的分解反应

[提醒]　①化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，但这并不是唯一的表现形式，其他的还有发光、放电等。

②化学反应表现为吸热或放热，与反应的条件没有必然关系，而是取决于反应物和生成物具有的总能量（或焓）的相对大小。

③化学反应表现为吸热或放热，与反应开始时是否需要加热无关。

需要加热的反应不一定是吸热反应，如C＋O2

CO2为放热反应；不需要加热的反应也不一定是放热反应，如Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应。

4．热化学方程式

（1）概念

表示参加反应的物质的量和反应热关系的化学方程式。

（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。

（3）书写步骤

【即时巩固】

1.如图是化学反应中物质变化和能量变化的示意图。

若E1>E2，则下列反应符合该示意图的是（　　）

A．NaOH溶液与稀盐酸的反应

B．锌与稀盐酸的反应

C．氢氧化钡与氯化铵固体的反应

D．一氧化碳在空气中的燃烧反应

解析：

选C　吸收的能量E1大于释放的能量E2，故该反应为吸热反应。

NaOH溶液与稀盐酸的反应属于放热反应，故A错误；锌与稀盐酸的反应属于放热反应，故B错误；氢氧化钡与氯化铵固体的反应属于吸热反应，故C正确；一氧化碳在空气中的燃烧反应属于放热反应，故D错误。

2．由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．反应生成1molN2时转移4mole－

B．反应物能量之和大于生成物能量之和

C．N2O（g）＋NO（g）===N2（g）＋NO2（g）

ΔH＝－139kJ·mol－1

D．断键吸收能量之和小于成键释放能量之和

解析：

选A　N2O和NO反应生成N2和NO2的化学方程式为N2O＋NO===N2＋NO2，反应生成1molN2时转移2mole－，A不正确；根据图示，反应物能量之和大于生成物能量之和，B正确；该反应的反应热ΔH＝（209－348）kJ·mol－1＝－139kJ·mol－1，C正确；由于该反应放热，所以断键吸收能量之和小于成键释放能量之和，D正确。

3．航天燃料从液态变为固态，是一项重大的技术突破。

铍是高效率的火箭材料，燃烧时放出巨大的能量，已知1kg金属铍完全燃烧放出的热量为62700kJ。

则铍燃烧的热化学方程式正确的是（　　）

A．Be＋

O2===BeO　ΔH＝－564.3kJ·mol－1

B．Be（s）＋

O2（g）===BeO（s）　ΔH＝＋564.3kJ·mol－1

C．Be（s）＋

O2（g）===BeO（s）　ΔH＝－564.3kJ·mol－1

D．Be（s）＋

O2（g）===BeO（g）　ΔH＝－564.3kJ·mol－1

解析：

选C　1kgBe的物质的量为

＝

mol，又因为1kgBe完全燃烧放出的热量为62700kJ，则1molBe完全燃烧放出的热量为

kJ＝564.3kJ，Be与O2反应生成BeO固体，则其热化学方程式为Be（s）＋

O2（g）===BeO（s）　ΔH＝－564.3kJ·mol－1。

4．

（1）101kPa时，1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3kJ的热量，反应的热化学方程式为______________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）0.3mol的气态乙硼烷（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_______________________________________。

（3）在25℃、101kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量QkJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100gCaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

（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：

（1）1molCH4完全燃烧需要2molO2生成1molCO2和2mol液态H2O，故热化学方程式为CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890.3kJ·mol－1。

（2）1mol乙硼烷在氧气中燃烧放出的热量为649.5kJ×

＝2165kJ，则其热化学方程式为B2H6（g）＋3O2（g）===B2O3（s）＋3H2O（l）　ΔH＝－2165kJ·mol－1。

（3）由题意可知生成n（CO2）＝n（CaCO3）＝

＝1mol，则由原子守恒可知，需要乙醇的物质的量为

mol，故热化学方程式为C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－（2×Q）＝－2QkJ·mol－1。

（4）由图可知其热化学方程式为NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g）　ΔH＝E1－E2＝134kJ·mol－1－368kJ·mol－1＝－234kJ·mol－1。

答案：

（1）CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－890.3kJ·mol－1

（2）B2H6（g）＋3O2（g）===B2O3（s）＋3H2O（l）

ΔH＝－2165kJ·mol－1

（3）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－2QkJ·mol－1

（4）NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g）　ΔH＝－234kJ·mol－1

知识点二　燃烧热、中和热、能源

1．燃烧热

2．中和热

（1）中和热的概念及表示方法

（2）中和热的测定

①装置

②计算公式（以50mL0.5mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液反应为例）

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，采取的措施是使碱稍过量。

[提醒]　①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。

②由于中和反应与燃烧反应均是放热反应，表示中和热与燃烧热时可不带“－”号，但用ΔH表示时，必须带“－”号，如某物质的燃烧热为QkJ·mol－1或ΔH＝－QkJ·mol－1。

3．能源

【即时巩固】

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）随着科技的发展，氢气将成为主要能源之一（√）

（2）化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能（√）

（3）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（×）

（4）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（×）

（5）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（×）

2.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．2mol液态H2O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　2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）是吸热反应，说明2mol液态H2O的能量低于2molH2和1molO2的能量。

因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。

3．下列热化学方程式或说法正确的是（　　）

A．甲烷的燃烧热为890.3kJ·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＝－890.3kJ·mol－1

B．500℃、30MPa下，将0.5molN2和1.5molH2置于密闭的容器中充分反应生成NH3（g），放热19.3kJ，其热化学方程式为N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）

ΔH＝－38.6kJ·mol－1

C．同温同压下，等物质的量的H2与足量的Cl2在光照和点燃条件下充分反应，所产生的热量相同

D．已知中和热为57.3kJ·mol－1，则稀硫酸与氢氧化钡溶液反应的热化学方程式为2H＋（aq）＋SO

（aq）＋Ba2＋（aq）＋2OH－（aq）===BaSO4（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

解析：

选C　甲烷的燃烧热为890.3kJ·mol－1，表示1mol甲烷完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，由于水的稳定状态是液态，所以其燃烧的热化学方程式是CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890.3kJ·mol－1，

A错误；由于氮气与氢气产生氨气的反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以500℃、30MPa下，将0.5molN2和1.5molH2置于密闭的容器中充分反应生成氨气的物质的量小于1mol，该反应的ΔH<－38.6kJ·mol－1，B错误；由于反应热只与反应物、生成物的状态及物质的量的多少有关，与反应途径无关，所以在同温同压下，等物质的量的H2与足量的Cl2在光照和点燃条件下充分反应，所产生的热量相同，C正确；稀硫酸与氢氧化钡溶液反应生成了BaSO4沉淀和水，生成BaSO4沉淀还需要放出热量，所以该反应的ΔH<－57.3kJ·mol－1×2，D错误。

4．石墨的燃烧热为393.5kJ·mol－1，CO的燃烧热为283.0kJ·mol－1，下列说法正确的是（　　）

A．相同条件下C（石墨，s）燃烧生成CO气体的热化学方程式：

2C（石墨，s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝＋110.5kJ·mol－1

B．1molC（石墨，s）不完全燃烧，生成CO2和CO混合气体时，放出热量283.0kJ

C．C（石墨，s）和CO2（g）反应生成CO（g）的反应是放热反应

D．如果金刚石的燃烧热大于石墨的燃烧热，则可以断定从石墨转变为金刚石需要吸热

解析：

选D　石墨燃烧必放热，A错；选项B中由于没有告知生成物CO和CO2的物质的量之比，因此无法计算反应放出的热量，B错；C项石墨与CO2反应是吸热反应，C错。

5．填空。

（1）2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）反应的ΔH＝＋2×283.0kJ·mol－1,则CO（g）的燃烧热是________________________________________________________________________。

（2）葡萄糖的燃烧热是2800kJ·mol－1，则表示葡萄糖燃烧热的热化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）氢气的燃烧热为285.5kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为______________。

（4）已知中和反应的中和热为57.3kJ·mol－1。

则Ba（OH）2和盐酸反应，表示中和热的热化学方程式为____________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）　ΔH＝－5518kJ·mol－1，C8H18的燃烧热为________________________________________________________________________。

答案：

（1）283.0kJ·mol－1

（2）C6H12O6（s）＋6O2（g）===6CO2（g）＋6H2O（l）ΔH＝－2800kJ·mol－1

（3）2H2O（l）

2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋571kJ·mol－1

（4）OH－（aq）＋H＋（aq）===H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ·mol－1

（5）5518kJ·mol－1

6．

（1）油酸甘油酯（相对分子质量884）在体内代谢时可发生如下反应：

C57H104O6（s）＋80O2（g）===57CO2（g）＋52H2O（l）

已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ。

油酸甘油酯的燃烧热ΔH为________。

（2）（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________。

解析：

（1）燃烧热指的是燃烧1mol可燃物生成稳定的氧化物所放出的热量。

燃烧1kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104kJ，燃烧1mol油酸甘油酯释放出热量为

×3.8×104kJ＝3.36×104kJ≈3.4×104kJ，则得油酸甘油酯的燃烧热ΔH＝－3.4×104kJ·mol－1。

（2）1.8g水的物质的量为0.1mol，丙烷的分子式是C3H8，1mol丙烷完全燃烧会产生4mol水，丙烷完全燃烧产生1.8g水，燃烧的丙烷的物质的量为

mol，所以反应放出的热量为

×2215kJ＝55.375kJ。

答案：

（1）－3.4×104kJ·mol－1　

（2）55.375kJ

知识点三　盖斯定律

1．盖斯定律的定义

对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都一样，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．盖斯定律的应用

（1）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

（2）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，即

ΔH＝ΔH1＋ΔH2。

（3）盖斯定律的理解

热化学方程式

焓变之间的关系

aA===B　ΔH1

A===

B　ΔH2

ΔH2＝

ΔH1或ΔH1＝aΔH2

aA===B　ΔH1

B===aA　ΔH2

ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2

【即时巩固】

1．（2019·滕州二中模拟）由金红石TiO2制取单质Ti，涉及的步骤为TiO2―→TiCl4

Ti。

已知：

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1

②2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH2

③TiO2（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（s）＋O2（g）　ΔH3

则反应TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（s）＋2CO（g）的ΔH为（　　）

A．ΔH3＋2ΔH1－2ΔH2　B．ΔH3＋ΔH1－ΔH2

C．ΔH3＋2ΔH1－ΔH2D．ΔH3＋ΔH1－2ΔH2

解析：

选C　根据盖斯定律，由2×①－②＋③，可得TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（s）＋2CO（g）　ΔH＝2ΔH1－ΔH2＋ΔH3，故C项正确。

2．工业上制取硝酸铵的流程图如下所示：

请回答下列问题：

已知：

4NO（g）＋4NH3（g）＋O2（g）4N2（g）＋6H2O（g）ΔH＝－1745.2kJ·mol－1

6NO（g）＋4NH3（g）5N2（g）＋6H2O（g）ΔH＝－1925.2kJ·mol－1

则反应Ⅰ的热化学方程式可表示为____________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

将已知的两个热化学方程式依次标记为①和②，根据盖斯定律，由①×5－②×4得：

4NH3（g）＋5O2（g）===4NO（g）＋6H2O（g）　ΔH＝－1025.2kJ·mol－1。

答案：

4NH3（g）＋5O2（g）===4NO（g）＋6H2O（g）ΔH＝－1025.2kJ·mol－1

[课时检测]　

1．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　由题图可知，CO和O生成CO2是放热反应，A错误；由状态Ⅰ、状态Ⅱ可知，CO没有断键，B错误；CO2中碳氧键为极性共价键，C正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程，不是CO与O2反应的过程，D错误。

2.已知2X（g）＋2Y（g）3Z（g）＋W（g）　ΔH，反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．ΔH＝E2－E1

B．正反应的活化能等于E3

C．加入高效催化剂，ΔH减小

D．恒压下充入一定量的氦气，n（Z）不变

解析：

选D　ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝E1－E2，故A错误；正反应的活化能＝E3－E2，故B错误；催化剂对反应的热效应无影响，故C错误；恒压条件下充入一定量的氦气，该反应平衡不移动，n（Z）不变，故D正确。

3．（2019·永州联考）反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示，其热化学方程式正确的是（　　）

A．N2（g）＋3H2（g）2NH3（l）ΔH＝＋2（b＋c－a）kJ·mol－1

B．N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）ΔH＝＋2（b－a）kJ·mol－1

C．N2（g）＋3H2（g）2NH3（l）

ΔH＝－2（b＋c－a）kJ·mol－1

D．N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－（a＋b）kJ·mol－1

解析：

选C　由题图可知，反应物的能量高，则合成氨的反应为放热反应，由于

molN2（g）和

molH2（g）的总能量比1molNH3（g）的能量大（b－a）kJ，故热化学方程式为

N2（g）＋

H2（g）NH3（g）　ΔH＝－（b－a）kJ·mol－1，则N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－2（b－a）kJ·mol－1，故B、D错误；由于

molN2（g）和

molH2（g）的总能量比1molNH3（l）的能量大（b＋c－a）kJ，故热化学方程式为

N2（g）＋

H2（g）NH3（l）　ΔH＝－（b＋c－a）kJ·mol－1，则N2（g）＋3H2（g）2NH3（l）　ΔH＝－2（b＋c－a）kJ·mol－1，故A错误，C正确。

4．将V1mL1.0mol·L－1HCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示（实验中始终保持V1＋V2＝50mL）。

下列叙述正确的是（　　）

A．做该实验时环境温度为22℃

B．该实验表明热能可转化为化学能

C．NaOH溶液的浓度约为1.5mol·L－1

D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应

解析：

选C　温度为22℃时加入盐酸5mL，则不是做该实验时的环境温度，故A错误；该实验表明HCl溶液与NaOH溶液反应是放热的反应，即表明化学能可转化为热能，故B错误；恰好反应时参加反应的盐酸的体积是30mL，由V1＋V2＝50mL可知，消耗的NaOH溶液的体积为20mL，恰好反应时NaOH溶液中溶质的物质的量是n，由HCl＋NaOH===NaCl＋H2O可知，n＝1.0mol·L－1×0.03L＝0.03mol，所以浓度c＝

＝1.5mol·L－1，故C正确；只是该反应放热，其他有水生成的反应不一定是放热反应，如氯化铵和氢氧化钡晶体的反应，故D错误。

5．通过以下反应均可获取H2。

下列有关说法正确的是（　　）

①太阳光催化分解水制氢：

2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）

ΔH1＝571.6kJ·mol－1

②焦炭与水反应制氢：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH2＝131.3kJ·mol－1

③甲烷与水反应制氢：

CH4（g）＋H2O（g）===CO（g）＋3H2（g）

ΔH3＝206.1kJ·mol－1

A．反应①中