高三化学一轮第六章第一讲化学能与热能1.docx

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高三化学一轮第六章第一讲化学能与热能1

第一讲　化学能与热能

[考纲展示]

1．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。

　2.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。

　3.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。

4．了解热化学方程式的含义。

　5.了解焓变与反应热的含义。

了解ΔH＝H（反应产物）－H（反应物）表达式的含义。

6．理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。

考点一　化学反应的热效应

一、反应热和焓变

1．反应热：

化学反应中放出或吸收的热量。

2．焓变：

在恒压条件下化学反应的热效应，其符号为ΔH，单位是kJ/mol。

二、吸热反应和放热反应

1．反应特点

（1）从能量高低的角度分析

对于吸热反应：

反应物的总能量＝生成物的总能量－吸收的热量；

对于放热反应：

反应物的总能量＝生成物的总能量＋放出的热量。

（2）从化学键的角度分析

2．常见的吸热反应和放热反应

（1）吸热反应：

大多数分解反应、盐的水解反应、Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O（g）反应、C与CO2反应。

（2）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。

（1）物质的物理变化过程中，也会有能量的变化，其不属于吸热反应或放热反应。

但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）化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系，如吸热反应NH4Cl与Ba（OH）2·8H2O在常温常压下即可发生反应，而很多放热反应需要在加热的条件下才能发生反应。

　（2015·高考北京卷）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]　A．状态Ⅰ总能量为反应物总能量，状态Ⅲ总能量为生成物总能量，由图示知反应物的总能量大于生成物的总能量，故该反应为放热反应。

B.从状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的图示可以看出，反应中CO并未断裂成C和O，C、O原子间一直有化学键。

C.由图示可以看出，CO和O生成了CO2，CO2分子中C与O形成极性共价键。

D.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的反应过程。

[答案]　C

题组二　反应热的大小比较

3．试比较下列三组ΔH的大小。

（1）同一反应，生成物状态不同时：

A（g）＋B（g）===C（g）　ΔH1<0

A（g）＋B（g）===C（l）　ΔH2<0

则ΔH1____ΔH2（填“>”、“<”或“＝”，下同）。

（2）同一反应，反应物状态不同时：

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1<0

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2<0

则ΔH1____ΔH2。

（3）两个有联系的不同反应相比：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1<0

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2<0

则ΔH1____ΔH2。

解析：

比较ΔH时一定要注意“＋”、“－”符号。

（1）因为C（g）===C（l）　ΔH3<0，则ΔH3＝ΔH2－ΔH1，所以ΔH2<ΔH1。

（2）由

（g）可知ΔH1<ΔH2。

（3）根据常识可知CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH3<0，则ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，所以ΔH2>ΔH1。

答案：

（1）>　

（2）<　（3）<

考点二　热化学方程式的书写

一、热化学方程式的概念

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。

二、热化学方程式的意义

表明了化学反应中的物质变化和能量变化，如2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1表示25℃，101kPa时，2_mol氢气和1_mol氧气反应生成2_mol液态水时放出571.6_kJ的热量。

三、热化学方程式的书写

1．注明反应条件

反应热与测定条件（温度、压强等）有关。

绝大多数反应是在25℃、101kPa下进行的，可不注明。

2．注明物质状态

物质所处的状态不同，ΔH值不同。

常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。

3．注意符号单位

ΔH应包括符号（放热反应为“－”，吸热反应为“＋”）、数字和单位（kJ/mol）。

4．注意热化学方程式的化学计量数

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，可以是整数，也可以是分数，且化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。

5．与普通化学方程式的区别

一般不标注“↑”、“↓”以及反应条件，如“点燃”、“加热”等。

ΔH与反应的“可逆性”

可逆反应的ΔH表示反应完全时的热量变化，与反应是否可逆无关，如N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，表示在298K时，1molN2（g）和3molH2（g）完全反应生成2molNH3（g）时放出92.4kJ的热量。

但实际上1molN2（g）和3molH2（g）充分反应，不可能生成2molNH3（g），故实际反应放出的热量小于92.4kJ。

　（2014·高考海南卷）标准状况下，气态分子断开1mol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

—判断热化学方程式正误的“五审”

在热化学方程式的书写和判断正误时，常见失误点有：

（1）忽视ΔH的正负。

（2）忽视ΔH的数值与化学计量数有关。

化学计量数发生变化时，ΔH的数值要相应变化。

（3）忽视物质的状态不同ΔH的数值也不同。

考点三　燃烧热、中和热及能源

一、燃烧热

注意：

“完全燃烧”是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：

C→CO2（g），H→H2O（l），S→SO2（g）等。

二、中和热

注意：

（1）必须是强酸和强碱的稀溶液反应。

（2）产物是1molH2O（l）。

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

三、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，t1——起始温度，t2——终止温度。

3．实验中的注意事项

（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。

四、能源

（1）在书写表示燃烧热的热化学方程式时，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：

H2（g）＋\f（1,2）O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－286kJ·mol－1，即H2的燃烧热ΔH＝－286kJ·mol－1。

（2）中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成1molH2O放出的热量，为57.3kJ·mol－1，弱酸和弱碱电离时吸热，放出的热量小于57.3kJ，浓硫酸稀释时放热，放出的热量大于57.3kJ。

　（2015·高考海南卷）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（　　）

A．55kJ　　　　　　　　B．220kJ

C．550kJD．1108kJ

[解析]　丙烷分子式是C3H8,1mol丙烷燃烧会产生4mol水，则丙烷完全燃烧产生1.8g水时消耗丙烷的物质的量是n（C3H8）＝

（m÷M）＝

（1.8g÷18g·mol－1）＝0.025mol，所以反应放出的热量是Q＝2215kJ·mol－1×0.025mol＝55.375kJ，因此所求数值与选项A接近。

故答案选A。

[答案]　A

—反应热答题规范指导

（1）用“焓变（ΔH）”表示反应热时，ΔH>0表示吸热，ΔH<0表示放热，因而ΔH后所跟数值需要带“＋”、“－”符号。

（2）描述反应热时，无论是用“反应热”、“焓变”表示还是用ΔH表示，其后所跟数值需要带“＋”、“－”符号。

（3）由于中和反应和燃烧均是放热反应，表示中和热和燃烧热时可不带“－”号。

　3.（2015·安徽池州模拟）下列关于热化学反应的描述中正确的是（　　）

A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

则H2SO4和Ca（OH）2反应的中和热ΔH＝2×（－57.3）kJ·mol－1

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

C．1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热

D．稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水，放出57.3kJ热量

解析：

选B。

中和热是以生成1molH2O作为标准的，因此A不正确；燃烧热是指1mol燃料完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量，因此B正确，C不正确；稀醋酸是弱酸，电离过程需要吸热，放出的热量要小于57.3kJ，D不正确。

题组一　燃烧热、中和热的含义及辨析

1．（教材改编）判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）甲烷的燃烧热ΔH＝－890.3kJ/mol，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。

（　　）

（2）在稀溶液中：

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ/mol，若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热量大于57.3kJ。

（　　）

解析：

（1）燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时的反应热，甲烷燃烧生成的稳定的氧化物应是二氧化碳气体和液态水。

（2）浓硫酸在稀释时还要放出一部分热量。

答案：

（1）×　

（2）√

2．（2015·湖南郴州四校联考）已知反应：

①25℃、101kPa时，2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221kJ/mol；

②稀溶液中，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ/mol。

下列结论正确的是（　　）

A．碳的燃烧热ΔH<－110.5kJ/mol

B．①的反应热为221kJ/mol

C．稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热ΔH＝－（2×57.3）kJ/mol

D．稀醋酸和稀NaOH溶液反应生成1molH2O，放出57.3kJ的热量

解析：

选A。

由2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221kJ/mol知1mol碳燃烧生成CO放热110.5kJ，则生成CO2放热大于110.5kJ，则燃烧热对应的ΔH<－110.5kJ/mol，故A正确；①的反应热ΔH应为－221kJ/mol，B错；中和热是指生成1mol水时的对应热量，故仍为ΔH＝－57.3kJ/mol，C错；醋酸电离吸热，故用醋酸与NaOH反应生成1molH2O，放热小于57.3kJ，D错。

题组二　对能源的认识

3．能源分类相关图如下图所示，下列四组选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（　　）

A．煤炭、石油、沼气B．水能、生物能、天然气

C．太阳能、风能、潮汐能D．地热能、海洋能、核能

解析：

选C。

A中煤炭、石油都是不可再生能源，B中天然气是不可再生能源，D中核能是不可再生能源。

4．《全球科技经济瞭望》报道了美国氢燃料电池技术的发展。

目前，我国的能源结构主要是煤，还有石油、天然气、核能等，这些能源都是不可再生且污染环境的能源，研究和开发清洁而又用之不竭的能源是未来发展的首要任务。

科学家预测“氢能”将是21世纪最理想的新能源，氢能是利用氢气的燃烧反应放热提供能量。

即H2（g）＋1/2O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.5kJ·mol－1。

（1）试分析为什么“氢能”将是21世纪最理想的新能源？

（指出两条优点即可）________________________________________________________________________。

（2）目前世界上的氢气绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取。

请写出工业上由天然气和高温水蒸气反应制氢气的化学方程式：

________________________________________________________________________。

（3）目前，有人提出一种最经济最理想的获得氢能源的循环体系，如下图所示：

这是一种最理想的氢能源循环体系，类似于生物的光合作用，太阳能和水是用之不竭的，而且价格低廉。

急需化学家研究的是________________________________________________________________________。

（4）列举两种方法简单安全地输送氢气：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）氢是宇宙中含量最丰富的元素之一，可提取出无穷无尽的氢气。

氢气用作燃料不会污染环境。

（2）该反应式的书写要注意工业上充分利用天然气，获得更多的氢气，必须利用廉价的水来提供氢，而不是直接分解。

另外产物是二氧化碳，而不是一氧化碳，这样甲烷的利用率才更高。

其反应式为CH4＋2H2O（g）

CO2＋4H2。

（3）由图可见，科学家需研究出合适的光分解催化剂，它能在光照条件下促使水的分解速率加快。

（4）管道运输（可以把现有的天然气和城市煤气管道输送系统改造为氢气输送系统）；用金属储氢材料储存后再运输。

答案：

（1）氢气来源广泛，作燃料不会产生污染等（答案合理即可）

（2）CH4＋2H2O（g）高温,CO2＋4H2

（3）合适的光分解催化剂，在光照下加快H2O的分解速率

（4）管道运输、用金属储氢材料储存后再运输（答案合理即可）

题组三　中和热的测定实验

（1）碎泡沫塑料（或纸条）及泡沫塑料板的作用是保温、隔热，减少实验过程中热量的损失。

（2）为保证酸、碱完全中和，常采用碱稍稍过量。

（3）实验时用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液的方法是上下搅动，不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是铜传热快，热量损失大。

（4）中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应。

（5）取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算，而不是结果的平均值，计算时应注意单位的统一。

考点四　有关反应热的计算[学生用书P122]

一、利用热化学方程式计算

反应热与反应物的物质的量成正比。

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，可以计算反应放出或吸收的热量；根据一定量的反应物或生成物的量计算出反应放出或吸收的热量，换算成1mol反应物或生成物的热效应，也可以书写热化学方程式。

二、根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算

若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。

三、利用盖斯定律计算

1．盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的，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．在具体的应用过程中，采用以下四个步骤就能快速、准确地解决问题。

（1）写：

写出目标方程式（题目中要书写的热化学方程式），配平。

（2）比：

将已知方程式和目标方程式比较，分析物质类别、位置（在反应物中还是在生成物中）的区别。

（3）倒：

为了将已知方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过来，反应热的量不变，但符号要相反。

这样，可以避免减法运算中容易出现的错误。

（4）乘：

为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个数（可以是分数），反应热也要进行相应地运算。

（5）加：

倒、乘两个方面做好了，只要将方程式相加即可得目标方程式，反应热也相加即可。

注意：

ΔH要带着“＋”、“－”符号进行运算。

（1）根据盖斯定律计算ΔH时，要带着符号、数值、单位运算，即进行代数运算。

（2）在比较反应热（ΔH）的大小时，带符号比较。

对于放热反应，放出的热量越多，ΔH反而越小。

　（2015·高考重庆卷）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－c　　　　　　B．c－3a－b

C．a＋b－cD．c－a－b

[解析]碳燃烧的热化学方程式为①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝akJ·mol－1，将另外两个热化学方程式进行编号，②S（s）＋2K（s）===K2S（s）　ΔH2＝bkJ·mol－1，③2K（s）＋N2（g）＋3O2（g）===2KNO3（s）　ΔH3＝ckJ·mol－1，运用盖斯定律，①×3＋②－③得S（s）＋2KNO3（s）＋3C（s）===K2S（s）＋N2（g）＋3CO2（g）　ΔH＝（3a＋b－c）kJ·mol－1，则x＝3a＋b－c，故A正确。

[答案]　A

—应用盖斯定律进行简单计算

（1）当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应乘、除以同一个数；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。

（2）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。

（3）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。

（4）根据物质燃烧放热数值计算Q放＝n（可燃物）×|ΔH|。

题组三　利用键能计算反应热

5．通常把断开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。

键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热（ΔH），化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。

下面列举了一些化学键的键能数据，供计算使用。

化学键

Si—O

Si—Cl

H—H

H—Cl

Si—Si

Si—C

键能/kJ·mol－1

460

360

436

431

176

347

工业上的高纯硅可通过下列反应制取：

SiCl4（g）＋2H2（g）===Si（s）＋4HCl（g），该反应的反应热ΔH为________。

6．（2012·高考北京卷节选）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：

ⅰ.反应A中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ的热量。

ⅱ.

（1）H2O的电子式是______________。

（2）反应A的热化学方程式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差约为__________kJ，H2O中H—O键比HCl中H—Cl键______________（填“强”或“弱”）。

答案：

（1）

（2）4HCl（g）＋O2（g）

2Cl2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－115.6kJ/mol

（3）32　强

（1）熟记反应热ΔH的基本计算公式

ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量

ΔH＝反应物的总键能之和－生成物的总键能之和

（2）规避两个易失分点

①旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的，缺少任何一个过程都不是化学变化。

②计算物质中键的个数时，不能忽略物质的结构，如1mol晶体硅中含2molSi—Si键，1molSiO2中含4molSi—O键。

1．（2014·高考新课标全国卷Ⅱ）室温下，将1mol的CuSO4·5H2O（s）溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1mol的CuSO4（s）溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O（s）

CuSO4（s）＋5H2O（l），热效应为ΔH3。

则下列判断正确的是（　　）

A．ΔH2>ΔH3　　　　　　B．ΔH1<ΔH3

C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2D．ΔH1＋ΔH2>ΔH3

2．（2014·高考上海卷）1,3丁二烯和2丁炔分别与氢气反应的热化学方程式如下：

①CH2===CH—CH===CH2（g）＋2H2（g）―→CH3CH2CH2CH3（g）＋236.6kJ

②CH3—C≡C—CH3（g）＋2H2（g）―→CH3CH2CH2CH3（g）＋272.7kJ

由此不能判断（　　）

A．1,3丁二烯和2丁炔稳定性的相对大小

B．1,3丁二烯和2丁炔分子储存能量的相对高低

C．1,3丁二烯和2丁炔相互转化的热效应

D．一个碳碳三键的键能与两个碳碳双键的键能之和的大小

3．（2014·高考江苏卷）已知：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1

CO2（g）＋C（s）===2CO（g）　ΔH2

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH3

4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）　ΔH4

3CO（g）＋Fe2O3（s）===3CO2（g）＋2Fe（s）　ΔH5

下列关于上述反应焓变的判断正确的是（　　）

A．ΔH1＞0，ΔH3＜0

B．ΔH2＞0，ΔH4＞0

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3

D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

4．（2013·高考上海卷）将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。

然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。

由此可见（　　）

A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应

B．该反应中，热能转化为产物内部的能量

C．反应物的总能量高于生成物的总能量

D．反应的热化学方程式为NH4HCO3＋HCl===NH4Cl＋CO2