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届二轮复习化学反应与能量变化学案全国通用
专题六 化学反应与能量变化
最新考纲解读
命题热点透析
1.了解化学反应中能量转化的原因及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,能正确书写热化学方程式。
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(ΔH)与反应热的含义。
6.理解盖斯定律,并能用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
命题热点
考查方式
1.热化学方程式的书写及正误判断
2.盖斯定律的应用、反应热的计算
3.燃烧热、中和热的意义及计算
在高考中主要以非选择题的形式与化学平衡相结合考查相关知识,题目难度中等
主干知识梳理
1.必考的两个方法
(1)“叠加法”书写热化学方程式。
(2)应用盖斯定律计算ΔH。
2.热化学方程式书写五项注意
(1)物质的聚集状态。
(2)ΔH的符号“+”或“-”。
(3)ΔH的单位。
(4)反应热的数值与计量数相对应。
(5)可逆反应的焓变。
3.ΔH数值的两个计算公式
(1)ΔH=
E(生成物)-E(反应物)。
(2)ΔH=
E(断键吸)-E(成键放)。
注:
ΔH>0
吸热反应
ΔH<0
放热反应
4.理解燃烧热、中和热的概念
(1)燃烧热
①可燃物的物质的量为
1_mol,表示燃烧热的热化学方程式中可燃物化学计量数为1。
②生成
稳定的氧化物。
(2)中和热
①
稀溶液中,中和反应生成液态水物质的量为
1_mol。
②不同的强酸和强碱溶液反应,生成1molH2O(l)
ΔH=
-57.3_kJ·mol-1。
5.掌握一个应用
应用盖斯定律计算反应热时,热化学方程式进行适当的“加”“减”“乘”“除”,ΔH也需作相应的变化。
高频考点探究
考点1 反应热、热化学方程式
例1
(1)(2016·海南高考)(双选)由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A.由X→Y反应的ΔH=E5-E2
B.由X→Z反应的ΔH<0
C.降低压强有利于提高Y的产率
D.升高温度有利于提高Z的产率
(2)(2017·天津高考)0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物,放热4.28kJ,该反应的热化学方程式为____________________________。
(3)(2015·天津高考)随原子序数递增,八种短周期元素(用字母x等表示)原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如下图所示。
根据判断出的元素回答问题:
已知1mole的单质在足量d2中燃烧,恢复至室温,放出255.5kJ热量,写出该反应的热化学方程式:
__________________________。
答案
(1)BC
(2)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)===TiCl4(l)+2CO(g)
ΔH=-85.6kJ·mol-1
(3)2Na(s)+O2(g)===Na2O2(s)
ΔH=-511kJ·mol-1
解析
(1)由题给图示可知,X→Y的ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=E3-E2,A错误;2X(g)的能量高于Z(g)的能量,故X→Z是放热反应,ΔH<0,B正确;根据反应2X(g)3Y(g),可知压强减小,平衡正向移动,Y的产率提高,C正确;根据反应2X(g)Z(g) ΔH<0,温度升高,平衡逆向移动,Z的产率降低,D错误。
(2)根据题意可知生成的还原性气体为CO,易水解的液态化合物应为TiCl4。
(3)由题意可判断出d、e分别为O、Na,根据条件写出钠燃烧的热化学方程式,注意各物质的状态及化学计量数要与ΔH相对应。
1.从两种角度理解化学反应热
反应热图示
图像
微观
宏观
分析
a表示断裂旧化学键吸收的热量;
b表示新化学键生成放出的热量;
c表示反应热
a表示反应的活化能;
b表示活化分子形成生成物释放的能量;
c表示反应热
ΔH的计算
ΔH=∑E(生成物)-∑E(反应物)
ΔH=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能)
2.热化学方程式书写的注意事项
[注意] ①注意同素异形体转化的名称问题
对于具有同素异形体的物质,除了要注明聚集状态之外,还要注明物质的名称。
②注意可逆反应中的反应热及热量变化问题
由于反应热是指反应完全时的热效应,所以对于可逆反应,当反应物起始时的物质的量与其化学计量数相同时,其实际放出或吸收的热量要小于反应热。
1.(2018·福州市高三期末)H2O2分解反应过程能量变化如图所示,以下相关叙述正确的是( )
A.1molH2O2(l)键能总和比1molH2O(l)+0.5molO2(g)键能总和大(E2-E1)
B.该反应是吸热过程
C.使用MnO2催化剂,E3将降低
D.2H2O2(l)===2H2O(l)+O2(g) ΔH=E1-E2
答案 C
解析 物质的能量高,本身的键能小,根据图示可知,1molH2O2(l)键能总和比1molH2O(l)+0.5molO2(g)键能总和小(E2-E1),该反应是放热过程,A、B均错误;使用催化剂,能降低反应的活化能,C正确;根据图中数据,2H2O2(l)===2H2O(l)+O2(g) ΔH=2(E1-E2),D错误。
2.下列热化学方程式中,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(g)和1.5molH2(g)置于密闭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.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1,则1mol醋酸和1molNaOH反应的反应热ΔH=-57.3kJ·mol-1
D.在25℃、101kPa时,2gH2完全燃烧放出285.8kJ热量,则H2燃烧的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1
答案 D
解析 燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量,甲烷燃烧生成的水应为液态而非气态,所以甲烷燃烧的热化学方程式应表示为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3kJ·mol-1,A错误;由于反应可逆,0.5molN2(g)和1.5molH2(g)充分反应生成的NH3(g)的物质的量一定小于1mol,所以该热化学方程式对应的ΔH不是-38.6kJ·mol-1,B错误;醋酸为弱酸,要先电离,为吸热过程,中和反应放出的热量小于57.3kJ,C错误;25℃、101kPa时,H2、O2为气态,H2O为液态,热化学方程式书写正确,D正确。
3.依据信息书写热化学方程式。
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______________________________________________。
答案 C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2QkJ·mol-1
考点2 盖斯定律 焓变的计算
例2
(1)(2017·全国卷Ⅲ节选)已知:
As(s)+
H2(g)+2O2(g)===H3AsO4(s) ΔH1
H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH2
2As(s)+
O2(g)===As2O5(s) ΔH3
则反应As2O5(s)+3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH=________________。
(2)(2015·全国卷Ⅱ)甲醇是重要的化工原料,又可作为燃料。
利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
Ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
Ⅱ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
已知反应Ⅰ中相关的化学键键能数据如下:
由此计算ΔH1=________kJ·mol-1;已知ΔH2=-58kJ·mol-1,则ΔH3=________kJ·mol-1。
答案
(1)2ΔH1-3ΔH2-ΔH3
(2)-99 +41
解析
(1)将已知热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,由①×2-②×3-③可得:
As2O5(s)+3H2O(l)===2H3AsO4(s) ΔH=2ΔH1-3ΔH2-ΔH3。
(2)反应热等于反应物键能减去生成物键能,根据反应Ⅰ:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知ΔH1=1076kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1-3×413kJ·mol-1-343kJ·mol-1-465kJ·mol-1=-99kJ·mol-1,再根据盖斯定律:
反应Ⅱ-反应Ⅰ=反应Ⅲ,则ΔH3=-58kJ·mol-1+99kJ·mol-1=+41kJ·mol-1。
1.根据盖斯定律计算ΔH的步骤和方法
2.比较反应热大小常见的三类情况
(1)同一反应的生成物状态不同时,
如A(g)+B(g)===C(g) ΔH1
A(g)+B(g)===C(l) ΔH2,则ΔH1>ΔH2
(2)同一反应物状态不同时,
如A(s)+B(g)===C(g) ΔH1
A(g)+B(g)===C(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2
比较方法:
利用两个反应相减得到一个物质状态变化的热效应,利用此热效应大于0或小于0比较ΔH1、ΔH2大小。
(3)两个有联系的反应相比较时,
如①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1
②C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH2
比较方法:
生成CO2放出的热量大于生成CO放出的热量,则ΔH1<ΔH2。
4.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<0B.ΔH2<ΔH4
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
答案 C
解析 A项,C(s)、CO(g)在O2(g)中燃烧生成CO2,均为放热反应,则有ΔH1<0、ΔH3<0;B项,CO2(g)与C(s)在高温条件下反应生成CO(g),该反应为吸热反应,则有ΔH2>0,Fe(s)与O2(g)反应生成Fe2O3(s)为放热反应,则有ΔH4<0;C项,将五个热化学方程式依次编号为①、②、③、④、⑤,根据盖斯定律,由②+③可得①,则有ΔH1=ΔH2+ΔH3;D项,根据盖斯定律,由③×3-⑤×2可得④,则有ΔH4=3ΔH3-2ΔH5。
5.化学反应的焓变既可以通过实验测定,也可以根据理论计算。
(1)一氧化碳还原氧化铁是工业炼铁的原理。
已知:
①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)
ΔH1=-26.7kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g)
ΔH2=-50.8kJ·mol-1
③Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g)
ΔH3=-36.5kJ·mol-1
试写出CO气体还原固态FeO生成固态Fe和CO2气体的热化学方程式:
__________________________________________________________。
(2)请根据表中的数据计算ΔH1和ΔH2。
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)的ΔH1=________kJ·mol-1;CH4(g)+H2O(l)===3H2(g)+CO(g)的ΔH2=________kJ·mol-1。
答案
(1)FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=+7.3kJ·mol-1
(2)-170 +250.1
解析
(1)根据盖斯定律,由(①×3-②-③×2)×
得FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=(ΔH1×3-ΔH2-ΔH3×2)×
≈+7.3kJ·mol-1。
(2)ΔH1=2E(C===O)+4E(H—H)-4E(C—H)-4E(H—O)=(2×799+4×436-4×413-4×465)kJ·mol-1=-170kJ·mol-1。
根据燃烧热写出如下热化学方程式:
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-890.3kJ·mol-1;H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH4=-285.8kJ·mol-1;CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH5=-283.0kJ·mol-1。
故ΔH2=ΔH3-3ΔH4-ΔH5=(-890.3+3×285.8+283.0)kJ·mol-1=+250.1kJ·mol-1。
1.(2018·北京高考)下列我国科技成果所涉及物质的应用中,发生的不是化学变化的是( )
A.甲醇低温所制氢气用于新能源汽车
B.氘、氚用作“人造太阳”核聚变燃料
C.偏二甲肼用作发射“天宫二号”的火箭燃料
D.开采可燃冰,将其作为能源使用
答案 B
解析 A项,甲醇低温制氢气有新物质生成,属于化学变化;B项,氘、氚用作核聚变燃料,是核反应,不属于化学变化;C项,偏二甲肼与N2O4反应生成CO2、N2和H2O,放出大量的热,反应的化学方程式为C2H8N2+2N2O4
3N2↑+2CO2↑+4H2O,属于化学变化;D项,可燃冰是甲烷的结晶水合物,CH4燃烧生成CO2和H2O,放出大量的热,反应的化学方程式为CH4+2O2
CO2+2H2O,属于化学变化。
2.(2017·江苏高考)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。
下列说法不正确的是( )
①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)
ΔH1=akJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)
ΔH2=bkJ·mol-1
③CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH3=ckJ·mol-1
④2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH4=dkJ·mol-1
A.反应①、②为反应③提供原料气
B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C.反应CH3OH(g)===
CH3OCH3(g)+
H2O(l)的ΔH=
kJ·mol-1
D.反应2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1
答案 C
解析 反应③中的反应物为CO2、H2,A正确;反应③中的反应物为CO2,转化为甲醇,B正确;气态水的能量比液态水的能量高,则反应CH3OH(g)===
CH3OCH3(g)+
H2O(l)的ΔH≠
kJ·mol-1,故C错误;由盖斯定律可以知道,②×2+③×2+④得到2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g),则ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1,D正确。
3.(2016·江苏高考)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中电能转化为化学能
B.反应②为放热反应
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.反应CH4(g)===C(s)+2H2(g)的ΔH=+74.8kJ·mol-1
答案 D
解析 反应①是光能转化为化学能,A错误;反应②的焓变为正值,属于吸热反应,B错误;催化剂只能降低反应的活化能,但不会改变反应的焓变,C错误;根据盖斯定律可知,“反应③-反应②”得所求的反应,则焓变ΔH=+206.1kJ·mol-1-131.3kJ·mol-1=+74.8kJ·mol-1,D正确。
4.(2015·北京高考)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 根据能量变化示意图可以判断反应物总能量大于生成物总能量,该反应为放热反应,A错误;根据反应过程示意图可以看出CO中的碳氧键没有断裂,B错误;CO2中含有极性键,C正确;状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O形成CO2的过程,D错误。
5.(2014·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>ΔH3B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
答案 B
解析 由题干信息可得:
①CuSO4·5H2O(s)===Cu2+(aq)+SO
(aq)+5H2O(l)'ΔH1>0,②CuSO4(s)===Cu2+(aq)+SO
(aq)'ΔH2<0,③CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)+5H2O(l)'ΔH3,根据盖斯定律可知,ΔH3=ΔH1-ΔH2,由于ΔH1>0,ΔH2<0,故ΔH3>ΔH1,B正确,C、D错误;ΔH3>0,ΔH2<0,故ΔH3>ΔH2,A错误。
6.Ⅰ.(2017·全国卷Ⅰ)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为
____________________________、_________________________________,
制得等量H2所需能量较少的是________。
Ⅱ.(2017·全国卷Ⅱ)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。
回答下列问题:
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g)===C4H8(g)+H2(g) ΔH1
已知:
②C4H10(g)+
O2(g)===C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119kJ·mol-1
③H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH3=-242kJ·mol-1
反应①的ΔH1为________kJ·mol-1。
Ⅲ.(2016·全国卷Ⅱ)①2O2(g)+N2(g)===N2O4(l) ΔH1
②N2(g)+2H2(g)===N2H4(l) ΔH2
③O2(g)+2H2(g)===2H2O(g) ΔH3
④2N2H4(l)+N2O4(l)===3N2(g)+4H2O(g)
ΔH4=-1048.9kJ·mol-1
上述反应热效应之间的关系式为ΔH4=____________________。
Ⅳ.(2016·全国卷Ⅲ)已知下列反应:
SO2(g)+2OH-(aq)===SO
(aq)+H2O(l) ΔH1
ClO-(aq)+SO
(aq)===SO
(aq)+Cl-(aq) ΔH2
CaSO4(s)===Ca2+(aq)+SO
(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)===CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH=__________________。
答案 Ⅰ.H2O(l)===H2(g)+
O2(g) ΔH=286kJ·mol-1
H2S(g)===H2(g)+S(s) ΔH=20kJ·mol-1 系统(Ⅱ)
Ⅱ.+123
Ⅲ.2ΔH3-2ΔH2-ΔH1
Ⅳ.ΔH1+ΔH2-ΔH3
解析 Ⅰ.将题干中的四个热化学方程式分别编号为①②③④,根据盖斯定律,将①+②+③可得系统(Ⅰ)中的热化学方程式:
H2O(l)===H2(g)+
O2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=327kJ·mol-1-151kJ·mol-1+110kJ·mol-1=286kJ·mol-1
同理,将②+③+④可得系统(Ⅱ)中的热化学方程式:
H2S(g)===H2(g)+S(s) ΔH=ΔH2+ΔH3+ΔH4=-151kJ·mol-1+110kJ·mol-1+61kJ·mol-1=20kJ·mol-1
由所得两热化学方程式可知,制得等量H2所需能量较少的是系统(Ⅱ)。
Ⅱ.由盖斯定律可知,①式=②式-③式,即ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119kJ/mol-(-242kJ/mol)=123kJ/mol。
Ⅲ.根据盖斯定律,由2×(③-②)-①可得④,故ΔH4=2ΔH3-2ΔH2-ΔH1。
Ⅳ.SO2(g)+2OH-(aq)===SO
(aq)+H2O(l)'ΔH1(Ⅰ),ClO-(aq)+SO
(aq)===SO
(aq)+Cl-(aq) ΔH2(Ⅱ),CaSO4(s)===Ca2+(aq)+SO
(aq) ΔH3(Ⅲ),运用盖斯定律,由(Ⅰ)+(Ⅱ)-(Ⅲ)可得反应:
SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)===CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq),故ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
7.(新形式)已知氢气的燃烧热为286kJ·mol-1,N2与O2反应的热化学方程式为N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180kJ·mol-1,且N2(g)与H2(g)在铁催化剂表面反应生成NH3(g)的过程如图所示。
则氨气的催化氧化反应4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(l)的ΔH为( )
A.+1540kJ·mol-1B.-1540kJ·mol-1
C.+1172kJ·mol-1D.-1172kJ·mol-1
答案 D
解析 由氢气的燃烧热可写出热化学方程式①H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH1=-286kJ·mol-1;由合成氨的能量变化图像可得合成氨反应②
H2(g)+
N2(g)
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