高考化学一轮复习教案第6章第1讲 化学能与热能（含解析）

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第1课时　必备知识——化学能与热能
知识清单
[重要概念]　①反应热；②热化学方程式；③吸热反应；④放热反应；⑤中和热；⑥燃烧热
[基本规律]　①反应热与键能、活化能的关系；②反应热的大小比较；③盖斯定律的应用
知识点1　反应热、燃烧热和中和热

1．化学反应的实质与特征

2．反应热(焓变)
(1)概念：在恒压条件下进行的反应的热效应。符号：ΔH。单位：kJ·mol－1或kJ/mol。
(2)表示方法：吸热反应，ΔH>0；放热反应，ΔH<0。
(3)放热反应和吸热反应的判断
①宏观角度：从反应物和生成物具有的总能量相对大小的角度分析，如图所示。

②微观角度：从反应物和生成物的总键能角度分析：

③熟记常见的放热反应和吸热反应
放热反应
吸热反应
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盐类的水解反应
②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
③C和H2O(g)、C和CO2的反应
④大多数的分解反应
①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。②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＋O2CO2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。③吸热反应和放热反应均是指化学反应；一般情况，物质具有的能量越高，其稳定性越弱。
(4)HT理解反应历程与反应热的关系
图示

图1

图2
意义
a表示正反应的活化能；b表示逆反应的活化能；c表示该反应的反应热
ΔH
图1：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝－c kJ·mol－1，表示放热反应
图2：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝c kJ·mol－1，表示吸热反应
3.燃烧热

4．中和热
(1)中和热的概念及表示方法

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1 mol，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1 mol。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Q kJ·mol－1或ΔH＝－Q kJ·mol－1。
(2)中和热的测定
①实验装置

②测定原理
ΔH＝－，c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18 kJ·kg－1·°C－1；n为生成H2O的物质的量。
③注意事项
a．泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温、隔热，减少热量损失。
b．为保证酸完全被中和，采取的措施是若酸、碱浓度相等，可采用碱体积稍过量。
c．计算ΔH时，要对数据进行近似处理，酸、碱溶液的密度近似等于水的密度；混合液的比热容近似等于水的比热容，即c＝4.18 kJ·kg·℃－1。

[通关1] (易错排查)判断正误
(1)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(×)
(2)物质发生化学变化都伴有能量的变化(√)
(3)(2017·天津卷)葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能(√)
(4)(2018·天津卷)反应活化能越高，该反应越易进行(×)
(5)(2020·江苏卷)反应SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)用E表示键能，该反应ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)(×)
(6)(2019·江苏卷)反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：ΔH＝反应中形成新共价键的键能之和－反应中断裂旧共价键的键能之和(×)
[通关2] (2020.1·浙江选考)在一定温度下，某反应达到了化学平衡，其反应过程对应的能量变化如图。下列说法正确的是(　　)

A．Ea为逆反应活化能，Ea′为正反应活化能
B．该反应为放热反应，ΔH＝Ea′－Ea
C．所有活化分子的平均能量高于或等于所有分子的平均能量
D．温度升高，逆反应速率加快幅度大于正反应加快幅度，使平衡逆移
D　[由图可知，Ea为正反应活化能，Ea′为逆反应活化能，A项错误；该反应中，反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，ΔH＝Ea－Ea′，B项错误；普通分子获得足够能量才能成为活化分子，因此所有活化分子的平均能量高于所有分子的平均能量，C项错误；升高温度，平衡逆向移动，则逆反应速率加快幅度大于正反应加快幅度，D项正确。]
[通关3] (2020·天津卷)理论研究表明，在101 kPa和298 K下，HCN(g)⇌HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．HCN比HNC稳定
B．该异构化反应的ΔH＝＋59.3 kJ·mol－1
C．正反应的活化能大于逆反应的活化能
D．使用催化剂，可以改变反应的反应热
D　[A对，HCN的能量低于HNC的能量，物质的能量越低越稳定；B对，根据题图可知反应为吸热反应，能量差为59.3 kJ·mol－1；C对，正反应的活化能为186.5 kJ·mol－1，逆反应的活化能为186.5 kJ·mol－1－59.3 kJ·mol－1＝127.2 kJ·mol－1，故正反应活化能大于逆反应活化能；D错，催化剂只能改变反应速率，不影响反应热。]
[通关4] (1)(海南卷改编)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1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为________________。
(2)(海南卷改编)已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2 215 kJ·mol－1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8 g水，则放出的热量为________________。
解析　(1)燃烧热指的是燃烧1 mol 可燃物生成稳定的氧化物所放出的热量。燃烧1 kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104 kJ，燃烧1 mol 油酸甘油酯释放出热量为×3.8×104 kJ≈3.4×104 kJ，则得油酸甘油酯的燃烧热ΔH为－3.4×104 kJ·mol－1。
(2)1.8 g水的物质的量为0.1 mol，丙烷的分子式是C3H8，1 mol丙烷完全燃烧会产生4 mol水，丙烷完全燃烧产生1.8 g水，燃烧的丙烷的物质的量为 mol，所以反应放出的热量为×2 215 kJ＝55.375 kJ。
答案　(1)－3.4×104 kJ·mol－1　(2)55.375 kJ
知识点2　热化学方程式的书写及判断

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．书写步骤及要求

可逆反应的热化学方程式中ΔH表示转化率为100%的反应热，不表示达到平衡状态的反应热。例如，N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，表示1 mol N2(g)和3 mol H2(g)生成2 mol NH3(g) 放出92.4 kJ热量。

[通关1] (易错排查)判断正误
(1)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1表示：101 kPa，25 ℃条件下，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(√)
(2)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＝－192.9 kJ·mol－1，则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol－1(×)
(3)氢气的燃烧热为285.5 kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋285.5 kJ·mol－1(×)
(4)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol 水时放出57.3 kJ的热量(×)
[通关2] (2021·河北邯郸检测)下列热化学方程式或说法正确的是(　　)
A．甲烷的燃烧热为890.3 kJ·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＝－890.3 kJ·mol－1
B．500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－38.6 kJ·mol－1
C．H2(g)的燃烧热是285.8 kJ·mol－1，则2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1
D．已知中和热为57.3 kJ·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＝－57.3 kJ·mol－1
C　[甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol－1，表示1 mol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＝－890.3 kJ·mol－1，A错误；由于氮气与氢气产生氨气的反应是可逆反应，0.5 mol N2和1.5 mol H2充分反应生成氨气的物质的量小于1 mol，该反应的ΔH<－38.6 kJ·mol－1，B错误；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<－57.3 kJ·mol－1×2，D错误。]

[通关3] (人教选修4·P6，4题改编)写出下列反应的热化学方程式。
(1)N2(g)与H2(g)反应生成17 g NH3(g)，放出46.1 kJ热量_________________。
(2)1 mol C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出1 366.8 kJ热量__________。
(3)标准状况下，44.8 L C2H2(g)在O2(g)中完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出2 598.8 kJ热量____________________________。
(4)24 g C(s)与足量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收262.6 kJ热量_____________________________。
解析　(1)1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)时放出的热量为46.1 kJ×2＝92.2 kJ。
(2)C2H5OH燃烧的化学方程式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，故C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2和H2O(l)的热化学方程式为C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 366.8 kJ/mol。
(3)n(C2H2)＝＝2 mol，故反应的热化学方程式为2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－2 598.8 kJ/mol。
(4)1 mol C(s)与足量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收的热量为＝131.3 kJ。
答案　(1)N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)ΔH＝－92.2 kJ/mol
(2)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－1 366.8 kJ/mol
(3)2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－2 598.8 kJ/mol
(4)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.3 kJ/mol
[通关4] (新教材链接)(人教选择性必修1·P12，1题改编)依据事实，写出下列反应的热化学方程式。
(1)1 mol Cu(s)与适量O2(g)反应生成CuO(s)，放出157.3 kJ的热量。
________________________________________________________________________。
(2)1 mol C2H4(g)与适量O2(g)反应生成CO2(g)和H2O(l)，放出1 411.0 kJ的热量。
________________________________________________________________________。
(3)下图是1 mol NO2和1 mol CO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：_________________________。

(4)化学反应N2＋3H2⇌2NH3的能量变化如图所示(假设该反应反应完全)。

试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式
________________________________________________________________________。
答案　(1)Cu(s)＋O2(g)===CuO(s)　ΔH＝－157.3 kJ·mol－1(其他合理答案均可)
(2)C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－1 411.0 kJ·mol－1
(3)NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1
(4)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(l)　ΔH＝－2(c＋b－a) kJ·mol－1

训练(二十七)　化学能与热能

1．(2020·四川成都期末)下列变化过程，属于放热反应的是(　　)
①NaOH固体溶于水　②黑火药的爆炸　③食物因氧化而腐败　④铝热反应　⑤酸碱中和反应　⑥煅烧石灰石制生石灰　⑦盐酸溶液中插入打磨过的铝片
A．②③④⑤⑦　　　　B．①②④⑤
C．②③④⑥ D．①②③⑥⑦
A　[NaOH固体溶于水放热，为物理过程，不是放热反应，①错误；黑火药的爆炸为放热反应，②正确；食物因氧化而腐败，为放热反应，③正确；铝热反应为放热反应，④正确；酸碱中和反应为放热反应，⑤正确；煅烧石灰石制生石灰为吸热反应，⑥错误；盐酸溶液中插入打磨过的铝片为放热反应，⑦正确。]
2．(2021·河北秦皇岛检测)下列说法正确的是(　　)
A．在101 kPa时，1 mol S(s)和2 mol S(s)的燃烧热相等
B．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
C．已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则稀H2SO4溶液和稀Ba(OH)2溶液反应的反应热ΔH>2×(－57.3)kJ·mol－1
D．已知2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝b kJ·mol－1，则b>0>a
A　[燃烧热与物质的物质的量多少无关，所以在25 ℃、101 kPa下，1 mol 硫和2 mol硫燃烧热相等， A项正确；反应热与反应条件无关，如铝热反应为放热反应，但需在高温下进行，B项错误；稀H2SO4溶液和稀Ba(OH)2溶液反应生成水和BaSO4沉淀，生成硫酸钡沉淀会放出热量，则ΔH<2×(－57.3)kJ·mol－1，C项错误；C的燃烧为放热反应，完全燃烧放出的能量多，则0>b>a，D项错误。]
3．(2021·河南焦作检测)等物质的量的CH2===CHCH===CH2与HBr加成生成两种主要产物X、Y的能量与反应进程如下图所示：

下列说法正确的是(　　)
A．产物Y比产物X更稳定
B．CH2===CHCH===CH2＋HBr―→W的过程放出能量
C．W→X正反应的活化能比W→Y正反应的活化能大
D．CH2===CHCH===CH2＋HBr―→W的速率比W→X(或Y)的快
A　[物质的能量越低越稳定，则产物Y比产物X更稳定，A项正确；CH2===CHCH===CH2与HBr的总能量比W的总能量低，为吸热反应，B项错误；由图可知W→X正反应的活化能小，W→Y正反应的活化能大，C项错误；活化能越小，反应速率越快，则CH2===CHCH===CH2＋HBr→W的速率比W→X(或Y)的慢，D项错误。]
4．(2021·湖南长沙一中检测)以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。

下列说法正确的是(　　)
A．过程①中钛氧键断裂会释放能量
B．该反应中，光能和热能转化为化学能
C．使用TiO2作催化剂可以降低反应的焓变，从而提高化学反应速率
D．CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)=== 2CO(g)＋O2(g)　ΔH＝＋30 kJ/mol
B　[过程①中钛氧键断裂需要吸收能量，A项错误；由图可知，光热化学循环分解CO2反应转化为CO，故光能和热能转化为化学能，B项正确；使用TiO2作催化剂可以降低反应的活化能，从而提高化学反应速率，但反应焓变(ΔH)不变，C项错误；结合图中数据，反应2CO2(g)=== 2CO(g)＋O2(g)的ΔH＝(1 598 kJ/mol×2)－(2×1 072 kJ/mol＋496 kJ/mol)＝＋556 kJ/mol，D项错误。]

5．(2021·浙江名校协作体联考)十氢萘(C10H18)是具有高储氢密度的氢能载体，经历“C10H18→C10H12→C10H8”的脱氢过程释放氢气。
反应Ⅰ：C10H18(l)―→C10H12(l)＋3H2(g)　ΔH1
反应Ⅱ：C18H12(l)―→C10H8(l)＋2H2(g)　ΔH2
在一定温度下，其反应过程对应的能量变化如图。下列说法不正确的是

A．ΔH1＞ΔH2＞0
B．ΔH1＝Ea1－Ea2
C．该脱氢过程速率的快慢由反应Ⅰ决定
D．C10H18脱氢过程中，不会有大量中间产物C10H12积聚
B　[由图可知，反应Ⅰ和反应Ⅱ均为吸热反应，且ΔH1＞ΔH2＞0，A项正确；图中Ea1代表反应Ⅰ中正反应活化能，但Ea2不是反应Ⅰ逆反应活化能，故ΔH1≠Ea1－Ea2，B项错误；活化能越大，反应速率越慢，反应Ⅰ中正反应活化能大于反应Ⅱ中正反应活化能，则反应Ⅰ的反应速率慢，故脱氢过程速率的快慢由反应Ⅰ决定，C项正确；反应Ⅱ的速率比反应Ⅰ的速率快，因此脱氢过程不会有大量中间产物C10H12积聚，D项正确。]
6．(2021·浙江嘉兴教学测试)2019年9月我国科研人员研制出Ti—H—Fe双温区催化剂，其中Ti—H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃。Ti—H—Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是(　　)

A．①②③在Fe区域发生，处于低温区
B．④过程表示N原子由Fe区域向Ti—H区域传递
C．该历程中能量变化最大的是2.46 eV，①是氮分子中氮氮三键的断裂过程
D．使用Ti—H—Fe双温区催化合成氨，使合成氨反应转化为吸热反应
B　[合成氨反应是放热反应，过程①②③涉及吸附和断键，应处于高温区，A项错误；过程④中Ti—H—Fe—*N转化为Ti—H—*N—Fe，则该过程中N原子由Fe区域向Ti－H区域传递，B项正确；由图可知，过程①能量变化最大(2.46 eV)，该过程中N2吸附在催化剂的表面，氮分子中共价键未断裂，C项错误；使用催化剂，只能改变活化能，不能改变反应热(ΔH)，故合成氨反应转化仍为放热反应，D项错误。]
7．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。
(1)1 g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2，需要吸收10.94 kJ 热量，此反应的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知2.0 g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和水蒸气时，放出33.4 kJ的热量，则表示肼燃烧的热化学方程式为________________________。
(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s)，放出1 669.8 kJ的热量。此反应的热化学方程式为_________________________________。
(4)2.3 g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃，恰好完全燃烧，生成2.7 g液态水和2.24 L CO2(标准状况)并放出68.35 kJ的热量。写出此反应的热化学方程式：_______。
解析　(1)1 g 碳与适量水蒸气反应生成CO和H2，需吸收10.94 kJ热量，则碳与水蒸气反应的热化学方程式为C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.28 kJ·mol－1。
(2)2.0 g 肼气体完全燃烧生成氮气和水蒸气时放出33.4 kJ热量，则表示肼燃烧的热化学方程式为N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534.4 kJ·mol－1。
(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s)，放出1 669.8 kJ的热量，则此反应的热化学方程式为4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)　ΔH＝－1 669.8 kJ·mol－1×2＝－3 339.6 kJ·mol－1。
(4)通过燃烧的产物可知该有机物中肯定含有碳元素和氢元素，可能含有氧元素。n(H2O)＝＝0.15 mol，n(H)＝0.3 mol，m(H)＝0.3 g，n(CO2)＝＝0.1 mol，n(C)＝0.1 mol，m(C)＝1.2 g，则碳元素和氢元素的质量之和是0.3 g＋1.2 g＝1.5 g<2.3 g，故该有机物中还含有氧元素，氧元素的质量是2.3 g－1.5 g＝0.8 g，n(O)＝0.05 mol，从而可确定该有机物的分子式为C2H6O，该液态有机物为C2H5OH，故该反应的热化学方程式为C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 367 kJ·mol－1。
答案　(1)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.28 kJ·mol－1
(2)N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－534.4 kJ·mol－1
(3)4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)ΔH＝－3 339.6 kJ·mol－1
(4)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－1 367 kJ·mol－1