第六章化学反应与能量第一讲化学反应与能量的变化 高考化学一轮复习学案人教版

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第一讲　化学反应与能量的变化

考点一　焓变　反应热(命题指数★★★★★)

1.化学反应的实质与特征:
(1)实质:反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。
(2)特征:既有物质变化,又伴有能量变化,通常主要表现为热量的变化。
2.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(或kJ·mol-1)。
3.吸热反应和放热反应:
(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析。

(2)从化学键的变化角度分析。

(3)常见放热反应。
①可燃物的燃烧;②酸碱中和反应;③大多数化合反应;④金属跟酸的置换反应;⑤物质的缓慢氧化。
(4)常见吸热反应。
①大多数分解反应;②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应;③碳和水蒸气、C和CO2的反应。

1.判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)物质发生化学变化都伴有能量的变化。 (　　) 
提示:√。任何化学反应均有化学键的断裂和形成,断键吸热,成键放热,所以一定伴随着能量变化。
(2)放热反应不需要加热就能反应,吸热反应不加热就不能反应。 (　　) 
提示:×。化学反应是吸热还是放热与反应条件没有必然联系。
(3)NH4NO3固体溶于水时吸热,属于吸热反应。 (　　) 
提示:×。NH4NO3固体溶于水是物理变化,不属于吸热反应。
(4)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同。 (　　) 
提示:×。焓变与反应条件无关,此反应在光照和点燃条件下的ΔH相同。
(5)活化能越大,表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越大。 (　　) 
提示:√。断裂旧化学键所需要克服的能量总和就等于该反应的活化能,故说法正确。
2.H2O2分解反应过程能量变化如图所示:

(1)该反应是　　　　(填“吸热”或“放热”)反应,2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)　ΔH=　　　　。 
(2)使用MnO2催化剂,E3将　　　　(填“升高”“降低”或“不变”)。 
提示:(1)放热　2(E1-E2) 
(2)降低。根据图示可知,该反应是放热反应;根据图中数据,2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)　ΔH=2(E1-E2);使用催化剂,能降低反应的活化能。 

命题角度1:反应热与能量变化的关系
【典例1】
某反应使用催化剂后,其反应过程中能量变化如图所示,下列说法错误的是 (　　) 

A.总反应为放热反应
B.使用催化剂后,活化能不变
C.反应①是吸热反应,反应②是放热反应
D.ΔH=ΔH1+ΔH2
【解析】选B。由题图可知,反应①是吸热反应,反应②是放热反应,总反应是放热反应,且ΔH=ΔH1+ΔH2,A、C、D项正确;催化剂能降低反应的活化能,B项错误。

已知反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,在催化剂存在时反应过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是 (　　) 

A.反应的ΔH=E4-E3+E2-E1
B.加入催化剂,ΔH不变,活化能降低,反应速率加快
C.加入催化剂后反应经过两步完成,其中第一步决定反应速率
D.向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2发生反应达平衡时,放出92.4 kJ热量 
【解析】选B。A.①A→B的反应焓变为E1-E2,②B→C的反应焓变为E3-E4,①+②可得:A→C,结合盖斯定律A→C的反应焓变为E1-E2+E3-E4,故A错误;B.加入催化剂可以改变反应历程,降低反应活化能,加快反应速率,但是不改变始终态,所以焓变不变,故B正确;C.由图可知加入催化剂后反应经过两步完成,第一步反应的活化能E1小于第二步反应的活化能E3,所以第二步反应较慢,其决定总反应速率,故C错误;D.由3H2(g)+N2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1可知,若消耗3 mol H2和1 mol N2,会放出92.4 kJ热量,但向密闭容器中充入3 mol H2和1 mol N2,由于该反应是可逆反应,无法完全反应,所以反应放出热量小于92.4 kJ,故D错误。 
【思维升华】 
两道试题均考查了化学反应的催化历程中能量的变化。解答此类问题时需注意: 
(1)分析能量示意图时,要明确反应物、中间产物、生成物,根据物质能量的高低判断反应过程中的能量变化,注意催化剂的加入可降低反应的活化能,但不会改变反应的焓变。
(2)若题目中出现粒子构成时,要观察粒子结构的变化,分析不同反应阶段化学键的断裂或形成情况,最终确定反应过程中的能量变化。
【备选例题】 
中国学者在水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH]中突破了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题,该过程是基于双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化实现的。反应过程示意图如下: 

下列说法正确的是 (　　) 
A.过程Ⅰ、过程Ⅲ均为放热过程
B.过程Ⅲ生成了具有极性共价键的H2、CO2
C.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
D.图示过程中的H2O均参与了反应过程
【解析】选D。根据反应过程示意图,过程Ⅰ是水分子中的化学键断裂的过程,为吸热过程,故A错误;过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气,H2中的化学键为非极性键,故B错误;催化剂不能改变反应的ΔH,故C错误;根据反应过程示意图,过程Ⅰ中水分子中的化学键断裂,过程Ⅱ也是水分子中的化学键断裂的过程,过程Ⅲ中形成了水分子,因此H2O均参与了反应过程,故D正确。
命题角度2:利用键能计算ΔH
【典例2】工业上,在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇,化学原理为CH2CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)　ΔH。已知几种共价键的键能如表所示: 
化学键
C—H
CC
H—O
C—C
C—O
键能/
(kJ·mol-1)
413
615
463
348
351
则上述反应式中,ΔH=　　　　。 
【解析】题述反应式中,ΔH=615 kJ·mol-1+413 kJ·mol-1×4+463 kJ·mol-1×2-348 kJ·mol-1-413 kJ·mol-1×5-463 kJ·mol-1-351 kJ·mol-1=-34 kJ·mol-1。 
答案:-34 kJ·mol-1 

在题干条件不变的情况下,下列说法中错误的是 (　　) 
A.碳碳双键的键能小于碳碳单键的键能的2倍
B.相同时间段内,反应中用三种物质表示的反应速率相等
C.上述合成乙醇的反应是放热反应
D.CH3CH2OH(g)CH2CH2(g)+H2O(g)　ΔH=-96 kJ·mol-1 
【解析】选D。由题中数据可知,碳碳双键的键能小于碳碳单键的键能的2倍,A正确;反应混合物中,各物质的化学计量数相同,所以相同时间段内,反应中用三种物质表示的反应速率相等,B正确;上述反应式中,ΔH=615 kJ·mol-1+413 kJ·mol-1×4+463 kJ·mol-1×2-348 kJ·mol-1-413 kJ·mol-1×5-463 kJ·mol-1-351 kJ·mol-1=-34 kJ·mol-1,ΔHv(P2),故D项错误。 
【加固训练—拔高】 
1.研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示,下列说法错误的是 (　　) 

A.反应总过程ΔH0
　D.优良的催化剂降低了反应的活化能,并减少ΔH3,节约了能源 
【解析】选C。根据图象可知反应Ⅰ生成物能量大于反应物能量,因此为吸热反应,故A错误;根据图象可知1 mol CH3OH(g)和H2O(g)的总能量小于1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)的总能量,故B错误;1 mol CH3OH(g)和H2O(g)的总能量小于1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)的总能量,是吸热反应,因此c>0,故C正确;优良的催化剂降低了反应的活化能,焓变不变,焓变只能由反应物和生成物总能量决定,故D错误。 
3.某反应过程中体系的能量变化如图所示,下列说法错误的是 (　　) 

A.反应过程可表示为
B.E1为反应物的总能量与过渡态的能量差,称为正反应的活化能
C.正反应的热效应ΔH=E1-E20,ΔH2ΔH4
C.ΔH1=ΔH2+2ΔH3-ΔH5
D.2ΔH5+ΔH10,故A正确;B.由CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l)知ΔH2>ΔH3,故B正确;将CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高说明是放热反应,ΔH30,故ΔH3>ΔH1是错的,故C错误;根据上述关系和盖斯定律知ΔH2=ΔH1+ΔH3,故D正确。 

1.(2020·浙江7月选考)关于下列ΔH的判断正确的是 (　　) 
C(aq)+H+(aq)HC(aq)　ΔH1 
C(aq)+H2O(l)HC(aq)+OH-(aq)　ΔH2 
OH-(aq)+H+(aq)H2O(l)　ΔH3 
OH-(aq)+CH3COOH(aq)CH3COO-(aq)+H2O(l)　ΔH4 
A.ΔH1