专题复习 高考化学 考点31 燃烧热与中和热 能源 讲义

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一、燃烧热和中和热
1．燃烧热
（1）概念：在101 kPa时，1 ml纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用kJ·ml−1表示。
燃烧热的限定词有恒压(101 kPa时)、可燃物的物质的量(1 ml)、完全燃烧、稳定的氧化物等，其中的“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。
（2）表示的意义：例如C的燃烧热为393.5 kJ·ml−1，表示在101 kPa时，1 ml C完全燃烧放出393.5 kJ的热量。
（3）书写热化学方程式：燃烧热是以1 ml物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以燃烧1 ml物质为标准来配平其余物质的化学计量数。例如：
C8H18(l)+ SKIPIF 1 < 0 O2(g) SKIPIF 1 < 0 8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=−5 518 kJ·ml−1，即C8H18的燃烧热为5 518 kJ·ml−1。
（4）燃烧热的计算：可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放=n(可燃物)×ΔH
式中：Q放为可燃物燃烧反应放出的热量；n为可燃物的物质的量；ΔH为可燃物的燃烧热。
2．中和热
（1）概念：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1 ml液态H2O时的反应热叫中和热。
（2）注意几个限定词：
①稀溶液；
②产物是1 ml液态H2O；
③用离子方程式可表示为OH−(aq)+H+(aq) SKIPIF 1 < 0 H2O(l) ΔH=−57.3 kJ·ml−1。
3．燃烧热与中和热的异同
二、中和热的实验测定
实验原理
在稀溶液中，强酸和强碱发生中和反应生成1 ml H2O(l)时的反应热叫中和热。
H+(aq)+OH−(aq)H2O(l) ΔH=−57.3 kJ·ml−1
实验装置
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，减少实验过程中的热量损失。
b.为保证酸完全中和，采取的措施是碱稍过量。
实验说明
（1）中和热的测定实验中，NaOH溶液的浓度稍大于盐酸的浓度是确保HCl反应完全。若采用的酸、碱浓度相等，可采用碱体积稍过量的方法达到这个目的。
（2）中和热的计算公式
ΔH=− QUOTE SKIPIF 1 < 0 kJ/ml
（3）实验中若用弱酸(或弱碱)代替强酸(或强碱)，因弱酸(或弱碱)电离出H+(或OH−)需要吸收热量，故测定的中和热的数值偏小；若用浓硫酸与强碱反应测定中和热，因浓硫酸稀释要放热，故测定的中和热的数值偏大。
误差分析
（1）分析的依据
看实验中有哪些因素能造成(t终−t始)出现误差。若(t终−t始)偏大，则|ΔH|偏大；若(t终−t始)偏小，则|ΔH|偏小。
（2）误差分析实例
50 mL 0.50 ml/L盐酸与50 mL 0.55 ml/L NaOH溶液反应的误差分析：
三、能源
1．概念 能提供能量的自然资源。
2．发展阶段 柴草时期→化石能源时期→多能源结构时期。
3．分类
（1）化石燃料
①种类：煤、石油、天然气。
②特点：蕴藏量有限，且不能再生。
（2）太阳能、生物质能和氢能的利用
1）太阳能的利用
①直接利用：太阳能以光和热的形式传送到地面，人们可以直接利用太阳辐射获得光和热。
②植物的光合作用：在太阳光的作用下，绿色植物把光能转化为化学能。
③间接利用
a.人类所需的能源大多来自于石油、天然气、煤，它们所蕴藏的能量就是远古生物吸收的太阳能。
b.动物食用植物体内的淀粉、纤维素、蛋白质是间接利用太阳能。
2）生物质能的利用
①直接燃烧。
②生物化学转换：用含糖较多的农作物转化成乙醇。
③热化学转换：转化成热值较高可燃性气体。
3）氢能的利用
①氢能的优点eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a.资源不受限制,b.绿色能源,c.热值高))
②氢能的开发方式
a.以天然气、石油和煤为原料，高温下与水蒸气反应：
CH4＋H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))CO＋3H2；C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))CO＋H2。
b.电解水：2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑。
c.使用催化剂，利用太阳能分解水：2H2Oeq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(光))2H2↑＋O2↑。
d.利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解产生氢气。
4．能源问题
（1）我国目前使用的主要能源是化石燃料，它们的蕴藏量有限，而且不能再生，最终将会枯竭。
（2）化石燃料的大量使用带来严重的环境污染问题。
5．解决能源问题的措施
（1）提高能源的使用效率
①改善开采、运输、加工等各个环节。
②科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。
一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等。
二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷成雾状等。
（2）开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
考向一 燃烧热、中和热的概念及表示
典例1 下列关于热化学反应的描述中正确的是
A．已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则H2SO4和Ba(OH)2反应：H2SO4(aq)＋Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)的反应热ΔH＝2×(－57.3)kJ·ml－1
B．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)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝－192.9 kJ·ml－1, 则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·ml－1
C．H2(g)的燃烧热是285.8 kJ·ml－1，则2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋571.6 kJ·ml－1
D．葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·ml－1，则 eq \f(1,2)C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝
－1 400 kJ·ml－1
【答案】D
【解析】反应过程中除了H＋和OH－反应放热，BaSO4沉淀的生成也伴随有沉淀热的变化，即H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热ΔH≠2×(－57.3)kJ·ml－1，故A错误；CH3OH(g)的燃烧热为1 ml甲醇蒸气燃烧转化为二氧化碳和液态水放出的热量，不能生成氢气，故B错误；H2(g)的燃烧热是285.8 kJ·ml－1，则2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·ml－1,2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋571.6 kJ·ml－1，液态水转化为气态水是吸热的，故C错误；由葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·ml－1可知，0.5 ml葡萄糖完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为1 400 kJ，即eq \f(1,2)C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 400 kJ·ml－1，故D正确。
1．25 ℃、101 kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3 kJ·ml－1，辛烷的燃烧热为5 518 kJ·ml－1。下列热化学方程式书写正确的是
A．2H＋(aq)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)＋Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1
B．KOH(aq)＋eq \f(1,2)H2SO4(aq)===eq \f(1,2)K2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1
C．C8H18(l)＋eq \f(25,2)O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g) ΔH＝－5 518 kJ·ml－1
D．2C8H18(g)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l) ΔH＝－5 518 kJ·ml－1
【答案】B
【解析】A项，所列热化学方程式中有两个错误，一是中和热是指反应生成1 ml H2O(l)时的反应热，二是当有BaSO4沉淀生成时，反应放出的热量会增加，生成1 ml H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ，错误；C项，燃烧热是指1 ml 纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所产生的热量，产物中的水应为液态水，错误；D项，当2 ml辛烷完全燃烧时，产生的热量为11 036 kJ，且辛烷应为液态，错误。
过关秘籍
（1）中和反应的实质是H+和OH−化合生成H2O。若反应过程中有其他物质生成(如生成不溶性物质、难电离物质等)，这部分反应热不在中和热之内。
（2）用文字表述燃烧热和中和热时，不用带“−”，而用ΔH表示时，必须带“−”。 如甲烷的燃烧热为890.3 kJ· ml−1或甲烷燃烧时ΔH=−890.3 kJ· ml−1。
（3）中和反应的对象为稀溶液，且中学阶段一般指稀的强酸与稀的强碱。
考向二 中和热的实验测定
典例2 某实验小组用0.50 ml·L－1 NaOH溶液和0.50 ml·L－1硫酸溶液进行反应热的测定，实验装置如图所示。
（1）装置中碎泡沫塑料的作用是_____________________________。
（2）写出该反应的热化学方程式[生成1 ml H2O(l)时的反应热为－57.3 kJ·ml－1]：_______________。
（3）取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如表所示。
①请填写表格中的空白：
②近似认为0.50 ml·L－1 NaOH溶液和0.50 ml·L－1硫酸溶液的密度都是1.0 g·mL－1，中和后生成溶液的比热容c＝4.18 J·(g·℃)－1。则生成1 ml H2O(l)时的反应热ΔH＝________(取小数点后一位)。
③上述实验数值结果与－57.3 kJ·ml－1有偏差，产生偏差的原因不可能是________(填字母)。
a．实验装置保温、隔热效果差
b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
（4）若将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液和稀氨水分别和1 L 1 ml·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为_________________________。
【解析】（3）①第2组数据偏差较大，应舍去，其他三组的温度差平均值约为4.0 ℃。②ΔH＝－[(50＋30)mL×1.0 g·mL－1×4.0 ℃×4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1÷0.025 ml]≈－53.5 kJ·ml－1。③放出的热量少可能是散热、多次加入碱或起始温度读得较高等原因。（4）稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离，它们的中和热相同，稀氨水中的溶质是弱电解质，它与盐酸的反应中NH3·H2O的电离要吸收热量，故中和热要小一些(注意中和热与ΔH的关系)。
【答案】（1）隔热保温，防止热量的损失
（2）H2SO4(aq)＋2NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋2H2O(l) ΔH＝－114.6 kJ·ml－1
（3）①4.0 ②－53.5 kJ·ml－1 ③b
（4）ΔH1＝ΔH20)，经测定完全吸收生成的二氧化碳需消耗5 ml/L的KOH溶液100 mL，恰好生成正盐，则此条件下丁烷燃烧热的ΔH为
A．＋8Q kJ/ml B．＋16Q kJ/ml
C．－8Q kJ/ml D．－16Q kJ/ml
【答案】D
【解析】5 ml/L KOH溶液100 mL含有0.5 ml的KOH，生成正盐K2CO3，吸收CO2为0.25 ml。而1 ml丁烷中有4 ml碳原子，所以会生成4 ml CO2，现在生成0.25 ml CO2，可知燃烧了0.062 5 ml丁烷。那么完全燃烧1 ml丁烷，会产生16Q kJ热量，燃烧热的ΔH均小于零，故为－16Q kJ/ml，选D。
4．下列关于热化学反应的描述正确的是
A．CO的燃烧热是283.0 kJ·ml－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g) ΔH＝＋283.0 kJ·ml－1
B．HCl和NaOH反应的中和热(ΔH)等于－57.3 kJ·ml－1，则CH3COOH和Ba(OH)2的中和热也等于－57.3 kJ·ml－1
C．等物质的量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出热量少
D．已知：H—H键的键能为a kJ·ml－1，Cl—Cl键的键能为b kJ·ml－1，H—Cl键的键能为c kJ·ml－1，则生成1 ml HCl放出的能量为eq \f(a＋b－2c,2) kJ
【答案】C
【解析】CO的燃烧热是283.0 kJ·ml－1，则有CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·ml－1，从而可得2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)的ΔH＝＋566.0 kJ·ml－1，A错误。CH3COOH是弱酸，电离过程中要吸收能量，故CH3COOH和Ba(OH)2的中和热不等于－57.3 kJ·ml－1，B错误。等物质的量的S(g)具有的能量高于S(s)，故等物质的量的S(g)和S(s)分别完全燃烧，前者放出的热量多，C正确。已知H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的ΔH异丁烷
C．乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)+7O2(g) 4CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-1 560.8 kJ·ml-1
D．相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多
【答案】A
【解析】根据表中烷烃的燃烧热数据可推测，正戊烷的燃烧热比2-甲基丁烷的燃烧热略大些，也可结合后面选项进一步验证；正丁烷和异丁烷完全燃烧生成的物质相同，故正丁烷的能量大于异丁烷的能量，即正丁烷的热稳定性比异丁烷的弱，B项错误；C项中ΔH应该为-3 121.6 kJ·ml-1，C项错误；D项中1 g CH4燃烧放出约55.69 kJ的热量，1 g C2H6燃烧放出约 52.03 kJ 的热量，甲烷中碳的质量分数比乙烷中的小，但是甲烷放出的热量多，D项错误。
6．下列有关反应热的分析中正确的是
【答案】C
【解析】中和热为稀溶液中的强酸、强碱反应只生成1 ml水时放出的热量，故A、B错；燃烧热为1 ml 纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，CO不是稳定的氧化物，故D错；因气态水本身所具有的能量高于液态水，故1 ml H2完全燃烧生成气态水时所放出的热量小于285.8 kJ/ml，故有ΔH>-285.8 kJ/ml。
7．下列说法正确的是
A．已知2C(s) + O2(g)2CO(g) ΔH=－221 kJ·ml−1，则C(碳)的燃烧热为110.5 kJ·ml−1
B．已知氢气燃烧热△H=－285.5 kJ·ml−1，则2H2O(l)2H2(g)+ O2(g) △H=＋285.5 kJ·ml－1
C．已知中和热ΔH=－57.3 kJ·ml−1，若将含0.5 ml H2SO4的稀溶液与1 ml NaOH固体混合，放出的热量小于57.3 kJ
D．含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出热量28.7 kJ，则稀醋酸和稀NaOH溶液反应的热化学方程式为：NaOH(aq) + CH3COOH(aq)CH3COONa(aq) + H2O(l) ΔH>－57.4 kJ·ml－1
【答案】D
【解析】本题考查了化学反应与能量的变化。燃烧热是在一定条件下，1 ml可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，碳完全燃烧的生成物是CO2，故A错。已知氢气燃烧热△H=－285.5 kJ·ml−1，则H2O(l)H2(g)+ O2(g) △H=＋285.5 kJ·ml－1，故B错。NaOH固体溶于水放热，则已知中和热ΔH=－57.3 kJ·ml−1，若将含0.5 ml H2SO4的稀溶液与1 ml NaOH固体混合，放出的热量大于57.3 kJ，故C错。含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出热量28.7 kJ，则1ml NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出热量57.4kJ，醋酸是弱酸，电离吸热，所以稀醋酸和稀NaOH溶液反应的热化学方程式为：NaOH(aq) + CH3COOH(aq)CH3COONa(aq) + H2O(l) ΔH>－57.4 kJ·ml－1，故D正确。
8．强酸和强碱在稀溶液中的中和热可表示为：H+(aq)+OH−(aq) H2O(l) △H=−57.3 kJ•ml−1，又知在溶液中反应有：CH3COOH(aq)+NaOH(aq) CH3COONa(aq)+H2O(l) △H=−Q1 kJ•ml−1，H2SO4(浓)+NaOH(aq) QUOTE Na2SO4(aq)+H2O(l) △H=−Q2 kJ•ml−1，HNO3(aq)+KOH(aq) KNO3(aq)+H2O(l) △H=−Q3 kJ•ml−1，则Q1、Q2、Q3的关系正确的是
A．Q1=Q2=Q3B．Q2＞Q1＞Q3
C．Q2＞Q3＞Q1D．Q2=Q3＞Q1
【答案】C
【解析】本题主要考查中和热的概念和反应热的比较。HNO3和KOH分别为强酸和强碱，其稀溶液中的中和热可表示为：H+(aq)+OH−(aq) H2O(l) △H=−57.3 kJ•ml−1，即Q3=57.3，CH3COOH为弱酸，电离过程中吸收热量，所以Q1 57.3，则Q1、Q2、Q3的关系正确的是Q2＞Q3＞Q1，故选C。
9．盐酸或稀硫酸和氢氧化钠溶液的中和反应，没有明显的现象。某学习兴趣小组的同学为了证明氢氧化钠溶液与盐酸或稀硫酸发生了反应，从中和反应的热效应出发，设计了下面几种实验方案。请回答有关问题。
（1）方案一：按上图组装好实验装置，图中小试管用细线吊着，细线的上端拴在细铁丝上。开始时使右侧U形管两端红墨水相平。实验开始后，向下插细铁丝，使小试管内盐酸和广口瓶内氢氧化钠溶液混合，此时观察到的现象是 ，原因是 。
（2）方案二：该小组借助反应混合液温度的变化来判断反应的发生。如果氢氧化钠溶液与盐酸混合前后有温度的变化，则证明发生了化学反应。该小组同学将不同浓度的氢氧化钠溶液和盐酸各10 mL混合，用温度计测量反应前后温度的变化，测得的部分数据如下表所示：
则x等于 。
（3）方案三：该小组还设计了如图所示装置来证明氢氧化钠溶液确实与稀硫酸发生了反应。他们认为若洗气瓶中导管口有气泡冒出，则说明该反应放出热量，从而证明锥形瓶内发生了反应。
①实验时，打开分液漏斗活塞，发现导管流出液体不畅，原因可能是 。
②从原理上讲，该实验设计的不合理之处为 。
请你在此实验装置的基础上提出修改方案 。
【答案】（1）U形管内液面左边下降，右边升高 盐酸和氢氧化钠发生中和反应放出热量，使瓶内气体温度升高，压强增大
（2）0.7
（3）①没打开分液漏斗上部塞子(其他合理答案也可) ②稀硫酸具有一定的体积，冒出气泡的原因可能是加入稀硫酸引起的
在分液漏斗上部塞子和锥形瓶之间连接一橡胶管
【解析】（1）方案一中盐酸和氢氧化钠发生中和反应会放出热量，使广口瓶内气体温度升高，气体受热膨胀，压强增大，U形管内液面左边下降，右边升高。
（2）方案二中由反应的NaOH和HCl的物质的量来看，1号实验中参加反应的NaOH和HCl都是0.5×10-3 ml，温度升高0.35 ℃，3号实验中参加反应的NaOH和HCl都是2×10-3 ml，为1号实验的4倍，而温度变化量也是4倍，由此看出参加反应的物质的量与温度变化量成正比。2号实验中参加反应的NaOH和HCl的物质的量是1号实验的2倍，故温度变化量也应为1号实验的2倍，为0.7 ℃。
（3）方案三中稀硫酸具有一定的体积，冒出气泡的原因可能是加入稀硫酸引起的。可以在分液漏斗上部塞子和锥形瓶之间连接一橡胶管。如图所示。
1．[2016海南]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
A．3.8×104 kJ·ml−1 B．－3.8×104 kJ·ml−1
C．3.4×104 kJ·ml−1 D．－3.4×104 kJ·ml−1
【答案】D
【解析】燃烧热指的是燃烧1 ml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，则燃烧1 ml油酸甘油酯释放出热量为3.4×104 kJ，则得油酸甘油酯的燃烧热ΔH=－3.4× 104 kJ·ml−1。
2．[2015海南]己知丙烷的燃烧热△H=−2215 kJ·ml−1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8 g水，则放出的热量约为
A．55 kJB．220 kJ
C．550 kJD．1108 kJ
【答案】A
【解析】丙烷分子式是C3H8，燃烧热为△H=−2215 kJ·ml−1，1 ml丙烷燃烧会产生4 ml水，放热2215 kJ。丙烷完全燃烧产生1.8 g水，物质的量为0.1 ml，消耗丙烷的物质的量为0.025 ml，所以反应放出的热量是Q=0.025 ml×2215 kJ/ml=55.375 kJ，选A。
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热
ΔH
ΔH-285.8 kJ/ml
=-787 kJ/ml
编号
盐酸
氢氧化钠
Δt/℃
1
0.1 ml·L-1
0.05 ml·L-1
0.35
2
0.1 ml·L-1
0.1 ml·L-1
x
3
0.2 ml·L-1
0.2 ml·L-1
1.4