届一轮复习人教版 化学反应与能量变化 学案 1.docx

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届一轮复习人教版化学反应与能量变化学案1

第1节　化学反应与能量变化

考试说明

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。

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。

5．了解焓变与反应热的含义。

了解ΔH＝H（生成物）－H（反应物）表达式的含义。

命题规律

能源是社会关注的热点之一，因此本节内容是高考的必考点，考查形式有：

一是以图像、图表为背景考查能量变化、化学键键能、正逆反应的活化能的关系及简单计算；二是热化学方程式的书写及正误判断；三是结合生产、生活考查燃烧热、中和热和能源的开发利用，题型以选择题、填空题为主，难度不大。

考点1　焓变与反应热

1．化学反应的实质与特征

（1）实质：

反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成。

（2）特征：

既有物质变化，又伴有能量变化；能量转化主要表现为热量的变化，也有光能和电能等。

2．焓变和反应热

（1）反应热：

化学反应中吸收或放出的热量。

（2）焓变：

生成物与反应物的内能差，ΔH＝H（生成物）－H（反应物）。

在恒压条件下化学反应的热效应，其符号为ΔH，单位是kJ·mol－1或kJ/mol。

（3）产生原因

3．吸热反应和放热反应

（1）物质的物理变化过程中，也会有能量的变化，但不属于吸热反应或放热反应，在进行反应热的有关计算时，必须要考虑到物理变化时的热效应，如物质的三态变化。

（2）化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成，任何化学反应都有热效应。

（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。

【基础辨析】

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）物质发生化学变化都伴有能量的变化。

（√）

（2）伴有能量变化的物质变化都是化学变化。

（×）

（3）水变成水蒸气时吸收的能量就是该过程的反应热。

（×）

（4）化学变化中的能量变化都是化学能和热能间的相互转化。

（×）

（5）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。

（√）

（6）放热反应在任何条件下都可以发生，吸热反应不加热就不能发生。

（×）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

题组一焓变与反应热的概念

1．伴随下列变化而发生的能量变化中，属于反应热的是（　　）

A．形成1molH—Cl键放出的能量

B．石墨转化成金刚石吸收的能量

C．Na变成Na＋吸收的能量

D．水蒸气变成液态水放出的能量

答案　B

解析　反应热是化学反应所放出或吸收的热量。

2．用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。

利用反应A，可实现氯的循环利用。

反应A：

4HCl＋O2

2Cl2＋2H2O

已知：

①反应A中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ热量。

②

判断下列说法正确的是（　　）

A．反应A的ΔH>－115.6kJ·mol－1

B．H2O中H—O键比HCl中H—Cl键弱

C．由②中的数据判断氯元素的非金属性比氧元素强

D．断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差31.9kJ

答案　D

解析　反应A中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ能量，则反应A的ΔH＝－115.6kJ·mol－1，A错误；反应A中ΔH＝∑E（反应物）－∑E（生成物），则有4×E（H—Cl）＋498kJ·mol－1－[2×243kJ·mol－1＋4×E（H—O）]＝－115.6kJ·mol－1，整理可得E（H—O）－E（H—Cl）＝31.9kJ·mol－1，故断裂1molH—O键比断裂1molH—Cl键多吸收31.9kJ能量，故H2O中H—O键比HCl中H—Cl键强，B错误；由断键所需的能量不能比较元素的非金属性强弱，由反应A可知，O2可将HCl氧化为Cl2，则O2的氧化性强于Cl2，故O元素的非金属性强于Cl元素，C错误；由B项分析可知，断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差31.9kJ，D正确。

题组二反应过程中能量变化及图像分析

3．反应A＋B===C（放热）分两步进行：

①A＋B===X（吸热）；②X===C（放热）。

下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是（　　）

答案　B

解析　反应A＋B===C为放热反应，则A、B具有的总能量高于C具有的总能量；A＋B===X为吸热反应，则A、B具有的总能量低于X具有的总能量；X===C为放热反应，则X具有的总能量高于C具有的总能量，综上所述，只有B项符合题意。

4．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　状态Ⅰ的总能量为反应物的总能量，状态Ⅲ的总能量为生成物的总能量，由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，则该反应为放热反应，A错误；从状态Ⅰ～Ⅲ的图示可知，反应中CO并未断键形成C和O，C、O原子之间始终存在化学键，B错误；由图示可知，CO与O在催化剂表面形成了CO2，CO2分子内存在C===O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，并不是CO与O2反应的过程，D错误。

反应热与反应过程中的各物质的能量变化

E1：

旧键断裂吸收的能量或称为活化能。

E2：

新键形成放出的能量。

ΔH＝E1－E2，为此反应的焓变。

催化剂的作用：

降低E1、E2，但不影响ΔH，反应放热还是吸热取决于起点（反应物）和终点（生成物）能量的高低。

考点2　热化学方程式

1．概念

表示参加化学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。

如H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8kJ·mol－1表示的意义为在25℃、101kPa条件下，1molH2（g）和

molO2（g）反应生成1_mol_H2O（g）时放出241.8kJ的热量。

3．书写

（1）注明反应条件：

绝大多数反应是在25℃、101kPa下进行的，可不注明。

（2）注明物质的聚集状态：

常用s、l、g、aq分别表示固态、液态、气态、溶液。

（3）注意符号单位：

ΔH应包括“＋”或“－”、数值和单位（kJ·mol－1）。

（4）注意对应关系：

ΔH的数值大小与化学计量数相对应。

（5）区别于普通化学方程式：

一般不注“↑”“↓”以及“点燃”“加热”等反应条件。

（1）对于同素异形体，除注明聚集状态外，还要注明名称。

因为同素异形体虽然构成元素相同，但属于不同物质，其本身具有的能量不同，所以反应中的ΔH也不同。

（2）热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数仅表示该物质的物质的量，可以是整数，也可以是分数。

且化学计量数必须与ΔH相对应，若化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。

（3）正反应与逆反应的ΔH数值相等，符号相反。

（4）不管化学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物质按化学方程式完全反应时的热效应。

如2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＝－197kJ·mol－1表示的意义为2molSO2（g）和1molO2（g）完全转化成2molSO3（g）时放出197kJ的热量。

【基础辨析】

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）C（石墨，s）===C（金刚石，s）　ΔH>0，说明石墨比金刚石稳定。

（√）

（2）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。

（×）

（3）2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）的焓变ΔH>0。

（√）

（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）H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH1和2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2中的ΔH1＝ΔH2。

（×）

（6）H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH1和H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH2中的ΔH1＝－ΔH2。

（√）

题组一热化学方程式正误判断

1．已知断裂1molH2（g）中的H—H键需要吸收436.4kJ的能量，断裂1molO2（g）中的共价键需要吸收498kJ的能量，生成H2O（g）中的1molH—O键能放出462.8kJ的能量。

下列说法正确的是（　　）

A．断裂1molH2O中的化学键需要吸收925.6kJ的能量

B．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）

ΔH＝－480.4kJ·mol－1

C．2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）

ΔH＝471.6kJ·mol－1

D．H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH＝－240.2kJ·mol－1

答案　B

解析　断裂1molH—O键吸收的能量与形成1molH—O键放出的能量相等，1molH2O（g）中含有2molH—O键，断裂1molH2O（g）中的化学键需要吸收925.6kJ的能量，但题目未标注H2O的状态，A错误。

根据题给信息可知，反应2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）中断裂反应物中化学键吸收的热量为2×436.4kJ＋498kJ＝1370.8kJ，形成生成物中化学键放出的热量为4×462.8kJ＝1851.2kJ，则该反应的ΔH＝－（1851.2－1370.8）kJ·mol－1＝－480.4kJ·mol－1，B正确。

题目未指明生成H2O（l）中1molH—O键放出的能量，无法计算C、D项中反应的ΔH，故C、D错误。

2．下列热化学方程式或叙述正确的是（　　）

A．1mol液态肼在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气，放出642kJ的热量：

N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝＋642kJ·mol－1

B．12g石墨转化为CO时，放出110.5kJ的热量：

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

C．已知：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH＝－286kJ·mol－1，

则：

2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）的ΔH＝＋572kJ·mol－1

D．已知N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，则在一定条件下向密闭容器中充入0.5molN2（g）和1.5molH2（g）充分反应放出46.2kJ的热量

答案　C

解析　A项，放热反应，ΔH<0，错误；B项，12gC的物质的量为1mol,2C（石墨，s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221.0kJ·mol－1，错误；C项，已知反应为放热反应，则其逆反应为吸热反应，ΔH为“＋”，ΔH与化学计量数成正比，正确；D项，反应是可逆反应，0.5molN2和1.5molH2不能完全反应，错误。

题组二热化学方程式的书写

3．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

（1）SiH4是一种无色气体，遇到空气能发生爆炸性自燃，生成SiO2和液态H2O。

已知室温下2gSiH4自燃放出热量89.2kJ。

SiH4自燃的热化学方程式为____________________。

（2）已知拆开1molH—H键、1molN—H键、1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为____________________________________。

（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）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________________________________。

答案　

（1）SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）

ΔH＝－1427.2kJ·mol－1

（2）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

ΔH＝－92kJ·mol－1

（3）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－2QkJ·mol－1

（4）AX3（l）＋X2（g）===AX5（s）

ΔH＝－123.8kJ·mol－1

解析　

（1）2gSiH4自燃放出热量89.2kJ,1molSiH4自燃放出热量1427.2kJ，故热化学方程式为SiH4（g）＋2O2（g）===SiO2（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－1427.2kJ·mol－1。

（2）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝（946＋436×3－391×6）kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1。

（3）根据C原子守恒有C2H5OH～2CO2～2CaCO3。

生成100gCaCO3沉淀，则乙醇为0.5mol，据此可写出反应的热化学方程式。

（4）由题目信息可知，常温时AX3为液体，AX5为固体，从而可写出该反应的热化学方程式为AX3（l）＋X2（g）===AX5（s）　ΔH＝－123.8kJ·mol－1。

热化学方程式的书写步骤

步骤1　写方程——写出配平的化学方程式；

步骤2　标状态——用“s”“l”“g”“aq”标明物质的聚集状态；

步骤3　标条件——标明反应物的温度和压强（101kPa、25℃时可不标注）；

步骤4　标ΔH——在方程式后写出ΔH，并根据信息注明ΔH的“＋”或“－”；

步骤5　标数值——根据化学计量数计算写出ΔH的数值及单位。

ΔH的单位为kJ·mol－1。

考点3　燃烧热与中和热　能源

1．燃烧热

（1）概念：

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

单位一般用kJ·mol－1（或kJ/mol）表示。

注意：

①压强——101_kPa。

②量——可燃物的物质的量为1_mol。

③完全燃烧。

④产物——元素完全燃烧时对应的稳定氧化物：

C→CO2（g），H→H2O（l），S→SO2（g）等。

（2）意义：

例如，C的燃烧热是393.5kJ·mol－1，表示在25℃，101kPa条件下1_mol_C完全燃烧放出393.5_kJ的热量。

（3）燃烧热热化学方程式的书写原则

燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。

例如：

C8H18（l）＋

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

2．中和热

（1）概念：

在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol_H2O时的反应热叫做中和热。

注意：

①溶液的浓度——稀溶液。

②量——产物的物质的量为1_mol_H2O。

③用离子方程式可表示为H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

（2）中和热热化学方程式的书写原则

中和热是以稀的酸和碱溶液反应生成1mol水时所放出的热量来定义的，因此在书写热化学方程式时，应以生成1molH2O为标准来配平其余物质的化学计量数，如硫酸与氢氧化钠溶液反应，用热化学方程式可表示为

H2SO4（aq）＋NaOH（aq）===

Na2SO4（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

（3）中和热的测定实验

①装置如图

②注意事项

a．碎泡沫塑料及泡沫塑料板的作用是保温隔热，防止热量散失。

b．为保证酸、碱完全中和，常使碱（或酸）稍稍过量。

c．实验中若使用弱酸或弱碱，会使测得数值偏小。

（4）测定原理

ΔH＝－

（其中：

c＝4.18J·g－1·℃－1＝4.18×10－3kJ·g－1·℃－1；n为生成H2O的物质的量）

3．能源

（1）能源的分类

（2）提高能源的使用效率

①改善开采、运输、加工等各个环节。

②科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。

一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等。

二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷成雾状等。

（1）中和反应的实质是H＋和OH－化合生成H2O。

若反应过程中有其他物质生成（如生成不溶性物质、难电离物质等），这部分反应热不在中和热之内。

（2）用文字表述燃烧热和中和热时，不用带“－”，而用ΔH表示时，必须带“－”。

如甲烷的燃烧热为890.3kJ·mol－1或甲烷燃烧时ΔH＝－890.3kJ·mol－1。

（3）中和反应的对象为稀溶液，稀的强酸与稀的强碱溶液发生中和反应，生成易溶盐和水时，ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

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，故浓硫酸发生中和反应生成1molH2O时放出的热量大于57.3kJ。

【基础辨析】

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）向汽油中添加甲醇后，该混合燃料的热值不变。

（×）

（2）1molH2燃烧放出的热量为H2的燃烧热。

（×）

（3）甲烷的燃烧热ΔH＝－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。

（×）

（4）已知H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则Ca（OH）2和HCl反应的反应热ΔH＝2×（－57.3）kJ·mol－1。

（×）

（5）开发利用各种新能源，减少对化石燃料的依赖，可以降低空气中PM2.5的含量。

（√）

（6）随着科技的发展，氢气将成为主要能源之一。

（√）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

题组一燃烧热、中和热的含义及正确表述

1．25℃、101kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热ΔH＝－57.3kJ/mol，石墨的燃烧热ΔH＝－393.5kJ/mol，乙醇的燃烧热ΔH＝－1366.8kJ/mol。

下列热化学方程式书写正确的是（　　）

A．2H＋（aq）＋SO

（aq）＋Ba2＋（aq）＋2OH－（aq）===BaSO4（s）＋2H2O（l）　

ΔH＝－57.3kJ/mol

B．KOH（aq）＋

H2SO4（aq）===

K2SO4（aq）＋H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ/mol

C．C（石墨）＋

O2（g）===CO（g）

ΔH＝－393.5kJ/mol

D．C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）

ΔH＝－1366.8kJ/mol

答案　B

解析　A项，生成1mol水放出的热量是57.3kJ，且生成BaSO4沉淀也要放热，错误；C项，石墨的燃烧热的热化学方程式中应生成CO2，不是CO，错误；D项，乙醇的燃烧热中生成的水为液态，错误。

题组二中和热测定误差分析和数据处理

2．为了测量某酸碱反应生成1mol水时的反应热，如下数据在计算时至少需要的数据有（　　）

①酸的浓度　②碱体积　③比热容　④反应后溶液的质量　⑤生成水的物质的量　⑥反应前后温度变化　⑦操作所需的时间

A．①②③④B．①③④⑤

C．③④⑤⑥D．全部

答案　C

解析　测定中和热的原理为Q＝c·m·Δt，ΔH＝－

，故需要的数据有比热容、反应后溶液的质量、反应前后温度变化、生成水的物质的量，C项正确。

3．利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：

①用量筒量取30mL0.50mol·L－1硫酸溶液倒入小烧杯中，测出硫酸溶液的温度；②用另一量筒取50mL0.50mol·L－1NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。

回答以下问题：

（1）为什么所用H2SO4溶液要稍过量？

___________________________________________________。

（2）倒入NaOH溶液的正确操作是________（填序号）。

A．沿玻璃棒缓慢倒入B．分三次少量倒入

C．一次迅速倒入

（3）使硫酸溶液与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________（填序号）。

A．用温度计小心搅拌

B．揭开硬纸片用玻璃棒搅拌

C．轻轻地振荡烧杯

D．用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动

（4）写出该反应的热化学方程式[生成1molH2O（l）时的反应热为－57.3kJ·mol－1]__________________________________________。

答案　

（1）确保NaOH被完全中和

（2）C

（3）D

（4）H2SO4（aq）＋2NaOH（aq）===Na2SO4（aq）＋2H2O（l）ΔH＝－114.6kJ·mol－1

解析　

（1）实验中用稍微过量的H2SO4以保证NaOH完全被中和。

（2）为了减少热量损失，倒入NaOH溶液应一次迅速倒入，若分次或缓慢加入，会使热量散失。

（3）温度计不能用于搅拌液体，搅拌过程中要防止热量散失。

（4）书写时注意ΔH与化学计量数相对应。

题组三能源的开发与利用

4．下列说法正确的是（　　）

A．煤、石油、沼气属于人类利用的主要化石燃料

B．煤干馏是复杂的物理变化，可得到焦炭、煤焦油和焦炉煤气

C．氢气是一种清洁能源

D．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

答案　C

解析　A项，沼气不属于化石燃料，错误；B项，煤干馏是化学变化，错误；C项，氢气是一种清洁能源，正确；D项，有的放热反应也需要加热，如木炭燃烧是一个放热反应，该反应需要点燃才能发生，错误。

5．氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。

回答下列问题：

（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是________________（至少答出两点）。

（2）氢气可用于制备H2O2。

已知：

H2（g）＋A（l）===B（l）　ΔH1

O2（g）＋B（l）===A（l）＋H2O2（l）　ΔH2

其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2（g）＋O2（g）===H2O2（l）的ΔH____0（填“>”“<”或“＝”）。

（3）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为________。

答案　

（1）污染小、可再生、来源广、资