高考化学一轮复习第六章化学反应与能量第一讲化学反应与能量的变化学案

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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