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新教材(广西专版)高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第1讲化学反应的热效应课件
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这是一份新教材(广西专版)高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第1讲化学反应的热效应课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，增素能精准突破，研专项前沿命题，明考向真题演练，本章体系构建，课程标准，热化学方程式，中和反应反应热，答案C等内容，欢迎下载使用。
1.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。2.能进行反应焓变的简单计算,能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。3.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用,能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。4.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如煤炭的综合利用等。
一、焓变 热化学方程式1.焓变 反应热
2.吸热反应与放热反应放热(吸热)过程≠放热(吸热)反应;因为物理变化过程中也会有能量变化
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)物质发生化学变化都伴有能量的变化。( √ )(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。( × )(3)NH4NO3固体溶于水时吸热,属于吸热反应。( × )
应用提升 (1)焓变与反应发生的条件、反应进行是否彻底无关。(2)催化剂能降低反应所需的活化能,但不影响焓变的大小。(3)物质具有的能量越低,物质的稳定性越强。(4)热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示物质的“物质的量”,可以是整数,也可以是分数。(5)同素异形体转化的热化学方程式除注明状态外,还要注明名称。
二、燃烧热和中和反应反应热1.燃烧热 可燃物为1 ml,产物化学性质稳定、物理状态稳定
中和反应的本质是“H++OH- === H2O”,此处排除稀释(或溶解)过程的热量变化及弱酸(或弱碱)电离过程中的热量变化,以及沉淀生成过程中的热量变化。
3.中和反应反应热的测定 具有保温性,减少热量的散失(1)测定原理:通过简易量热计测定体系在反应前后的 温度 变化,再利用有关物质的比热容来计算反应热。 (2)实验装置
(3)实验步骤①测量并记录反应前体系的 平均 温度T1 ℃,②测量并记录反应后体系的 最高 温度T2 ℃,重复上述步骤①②两次。 (4)数据处理:取三次测量所得温度差的平均值T始、T终进行计算。代入公式计算: ,c=4.18 J·g-1·℃-1=4.18 kJ·kg-1·℃-1;n为生成H2O的物质的量。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(4)煤、石油、天然气均为化石能源,是可再生能源。( × )(5)开发利用各种新能源,减少对化石燃料的依赖,可以降低空气中PM2.5的含量。( √ )
应用提升 (1)有关燃烧热的判断,一看是否以1 ml可燃物为标准,二看是否生成稳定化合物。(2)有关中和反应反应热的判断,一看是否以生成1 ml H2O(l)为标准,二看酸碱的强弱和浓度,应充分考虑弱酸、弱碱电离吸热,浓的酸碱稀释放热等因素。
三、盖斯定律 反应热的计算1.盖斯定律(1)内容:一个化学反应不管是一步完成还是分几步完成,其反应热是 相同 的,即化学反应的反应热只与反应体系的 始态 和 终态 有关,而与反应的途径无关。 (2)意义:可间接计算某些难以直接测定的反应的反应热。
(3)应用①计算反应热。如
②判断反应热之间的关系
2.反应热大小的判断有以下三个反应:
(1)由物质的状态判断物质的气、液、固三态变化时的能量变化如下:如上述反应中:a > b。 (2)由ΔH的符号判断比较反应热大小时不能只比较ΔH数值,还要考虑其符号。如上述反应中ΔH1 < ΔH2。
(3)由化学计量数判断当反应物、生成物的状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。如上述反应中:c=2a,ΔH1 > ΔH3。 (4)由反应进行的程度判断对于可逆反应,参加反应的物质的量和状态均相同时,反应进行的程度越大,热量变化越大。
考向1.反应热与能量变化的关系典例突破反应2H2(g)+O2(g) === 2H2O(l)ΔH=-571.6 kJ·ml-1过程中的能量变化关系如图。下列说法错误的是( )A.ΔH1>ΔH2B.ΔH1+ΔH2+ΔH3=ΔH4=-571.6 kJ·ml-1
C.2 ml水蒸气转化为液态水能够释放出的能量为|ΔH3| kJD.若将上述反应设计成原电池,则当氢失4 ml电子时能够产生571.6 kJ的电能
答案 D解析 由题中图示可知,ΔH1>0,ΔH2<0,则ΔH1>ΔH2,A正确;由题中图示可知,图中为各个中间反应的能量变化,由2H2(g)+O2(g) === 2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·ml-1可知,根据盖斯定律,ΔH4=ΔH1+ΔH2+ΔH3=-571.6 kJ·ml-1,B正确;由题中图示可知,H2O(g)转化为H2O(l)的过程中,能量降低,即2 ml水蒸气转化为液态水能够释放出的能量为|ΔH3| kJ,C正确;该反应放出的热量不会被全部转化为电能,会有一部分损失,D错误。
针对训练1.下列有关说法正确的是( )A.铝热反应属于吸热反应B.若某反应的反应物的总能量大于生成物的总能量,则该反应为吸热反应C.H2→H+H的变化需要吸收能量D.凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应
答案 C解析 铝热反应属于放热反应,A项错误;反应物的总能量大于生成物的总能量,则该反应为放热反应,B项错误;断裂化学键需要吸收能量,C项正确;一个反应是吸热反应还是放热反应取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小,与反应的条件无关,有些放热反应也需要加热,如燃烧反应,D项错误。
2.根据如图所示的示意图,下列说法不正确的是( )
A.反应的热化学方程式可表示为C(s)+H2O(g) ══ CO(g)+H2(g) ΔH=+(b-a) kJ·ml-1B.该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量C.n ml C和n ml H2O反应生成n ml CO和n ml H2吸收的热量一定为131.3n kJD.1 ml C(g)、2 ml H(g)、1 ml O(g)转变成1 ml CO(g)和1 ml H2(g)放出的热量为a kJ
答案 C解析 1 ml C(s)、1 ml H2O(g)变成1 ml C(g)、2 ml H(g)和1 ml O(g)吸收b kJ热量,1 ml C(g)、2 ml H(g)和1 ml O(g)变成1 ml CO(g)和1 ml H2(g)放出a kJ热量,则有C(s)+H2O(g) ══ CO(g)+H2(g) ΔH=+(b-a) kJ·ml-1,A项正确;该反应生成物的总能量大于反应物的总能量,是吸热反应,则反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量,B项正确;n ml C(s)和n ml H2O(g)反应生成n ml CO(g)和n ml H2(g)吸收的热量为131.3n kJ,若反应物和生成物的状态改变,则吸收热量的数值不同,C项错误;由题图可知,1 ml C(g)、2 ml H(g)、1 ml O(g)转变成1 ml CO(g)和1 ml H2(g)放出的热量为a kJ,D项正确。
归纳总结有关反应热的注意事项(1)任何化学反应一定伴有能量变化,原因是旧键断裂吸收的能量与新键形成释放的能量不相等。(2)需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应,不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应。即反应放热或吸热与反应条件无关。(3)有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应,如水结成冰放热但不属于放热反应。(4)焓变ΔH的数值都需要带“+”或“-”符号。如某反应的ΔH=-Q kJ·ml-1或ΔH=+Q kJ·ml-1。
考向2.化学反应中能量变化图像分析典例突破
(2023河北石家庄期末)碳酸钠晶体(Na2CO3·10H2O)失水可得到Na2CO3·H2O(s)或Na2CO3(s),两个化学反应的能量变化示意图如下:
下列说法不正确的是( )A.ΔH1>0B.碳酸钠晶体(Na2CO3·10H2O)失水是化学变化C.向Na2CO3(s)中滴加几滴水,温度升高D.Na2CO3·H2O(s)失水生成Na2CO3(s):ΔH=ΔH1-ΔH2
答案 D解析 1 ml Na2CO3·H2O(s)和9 ml H2O(g)的总能量大于1 ml Na2CO3·10H2O(s)的能量,故ΔH1>0,A正确;碳酸钠晶体(Na2CO3·10H2O)失水生成新物质,是化学变化,B正确;1 ml Na2CO3·H2O(s)和9 ml H2O(g)的总能量大于1 ml Na2CO3·10H2O(s)的能量,向Na2CO3(s)中滴加几滴水,放出能量,温度升高,C正确;由两图像得①Na2CO3·10H2O(s) === Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH1,②Na2CO3·10H2O(s) === Na2CO3(s)+10H2O(g) ΔH2,根据盖斯定律,②-①得Na2CO3·H2O(s) === Na2CO3(s)+H2O(g) ΔH=ΔH2-ΔH1,D错误。
针对训练1.丙烷与氯气反应可得到两种一氯代物,其反应机理为自由基(电中性的原子或原子团)间的反应,部分反应过程如图所示,下列说法正确的是( )
A.自由基的形成过程中只断裂了极性键B.生成自由基CH3CH2CH2的速率较快C.主要有机产物是CH3CHClCH3D.生成一氯代物的反应可能是吸热反应
解析 由图中信息知,自由基的形成是丙烷与Cl·作用的结果,原料中的Cl2转化为Cl·时断裂了非极性键,A项错误;由图可知,过渡态Ⅰ活化能较高,相应的反应速率较慢,即生成自由基CH3CH2CH2的速率较慢,B项错误;由于生成CH3CHCH3的速率较快且CH3CHCH3的能量更低,故主要有机产物是CH3CHClCH3,C项正确;含碳自由基与Cl·结合可得到一氯代物,结合中会形成共价键,释放出能量,故产物总能量低于反应物总能量,反应是放热反应,D项错误。
2.(2023广西柳州模拟)甲烷分子结构具有高度对称性,且断开1 ml C—H需要吸收440 kJ能量。无催化剂作用下,甲烷在温度达到1 200 ℃以上才可裂解。在催化剂及一定条件下,CH4可在较低温度下发生裂解反应,甲烷在镍基催化剂上转化过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.1 ml甲烷催化裂解成C和H2的ΔH=+1 760 kJ·ml-1B.步骤②③反应均为吸热反应C.催化剂使用一段时间后失活的原因可能是碳在催化剂表面沉积D.使用该催化剂,反应的焓变减小
答案 C解析 1个CH4存在4个C—H,断开4 ml C—H需要吸收的能量为440 kJ·ml-1 ×4 ml=1 760 kJ,但不是甲烷催化裂解成C和H2需要吸收的能量,A错误;由题图可知,步骤②③反应物总能量都大于生成物总能量,则步骤②③反应均为放热反应,B错误;由题图可知,C可吸附在催化剂的表面,则催化剂使用一段时间后失活的原因可能是碳在催化剂表面沉积,C正确;焓变与反应的始态和终态有关,与反应的路径无关,加入催化剂,反应的路径改变,但是反应的始态和终态不变,即反应的焓变不变,D错误。
归纳总结正确理解活化能与反应热的关系(1)E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,ΔH=E1-E2。(2)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。(3)从活化能的角度分析,正反应的活化能大于逆反应的活化能时,反应吸热,反之,反应放热;从焓变的角度分析,ΔH>0,反应吸热,ΔH<0,反应放热。
考向3.热化学方程式的正误判断与书写典例突破铁系氧化物材料在光催化、电致变色、气敏传感器以及光电化学器件中有着广泛的应用和诱人的前景。实验室中可利用FeCO3和O2为原料制备少量铁红,每生成160 g固体铁红放出130 kJ热量,则下列有关该反应的热化学方程式书写正确的是( )A.4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-130 kJ·ml-1B.4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=+260 kJ·ml-1C.4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260 kJ·ml-1D.4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=+130 kJ·ml-1
答案 C解析 160 g铁红的物质的量为1 ml,每生成160 g固体铁红放出130 kJ热量,生成2 ml Fe2O3放出260 kJ热量,所以热化学方程式为4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260 kJ·ml-1,C正确。
针对训练1.下列热化学方程式正确的是( )
答案 D解析 符合已知条件的是H2和O2的反应,A项错误;ΔH应为-196.6 kJ·ml-1,B项错误;由于生成BaSO4沉淀,放出的热量大于114.6 kJ,C项错误。
2.写出下列反应的热化学方程式。(1)0.1 ml Cl2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4.28 kJ,该反应的热化学方程式为 。 (2)Si与Cl两元素的单质反应生成1 ml Si的最高价化合物,恢复至室温,放热687 kJ,已知该化合物的熔、沸点分别为-69 ℃和58 ℃。写出该反应的热化学方程式: 。
(3)在一定条件下,S8(s)和O2(g)发生反应依次转化为SO2(g)和SO3(g)。反应过程和能量关系可用如图简单表示(图中的ΔH表示生成1 ml产物的数据)。
①写出表示S8燃烧热的热化学方程式: 。 ②写出SO3分解生成SO2和O2的热化学方程式: 。
方法技巧“五审”突破热化学方程式的正误判断
考向1.对燃烧热、中和反应反应热含义的理解典例突破已知反应:①101 kPa时,2C(s)+O2(g) === 2CO(g) ΔH=-221 kJ·ml-1;②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq) === H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1。下列结论正确的是( )A.碳的燃烧热ΔH<-110.5 kJ·ml-1B.①的反应热为221 kJ·ml-1C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的反应热ΔH=-2×57.3 kJ·ml-1D.稀醋酸和稀NaOH溶液反应生成1 ml H2O,放出57.3 kJ的热量
答案 A解析 由于2C(s)+O2(g) === 2CO(g)生成的CO不是指定产物,因此1 ml C(s)反应生成CO的反应热 =-110.5 kJ·ml-1不是碳的燃烧热,由于CO转化为CO2放出热量,故碳的燃烧热ΔH<-110.5 kJ·ml-1,A正确;反应热的表示包含三部分:“符号”“数值”和“单位”,而B项中没有表示出符号,B错误;强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1 ml H2O(l)的ΔH=-57.3 kJ·ml-1,但反应的稀硫酸和稀NaOH的物质的量未知,不能计算ΔH,C错误;由于醋酸是弱电解质,电离时吸收热量,故稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成 1 ml H2O时放出的热量小于57.3 kJ,D错误。
针对训练1.(2023辽宁沈阳期中)H2C=C=CH2(丙二烯,沸点为-23.2 ℃)的燃烧热(ΔH)为-1 942.6 kJ·ml-1,CH3C≡CH(丙炔,沸点为-34.5 ℃)的燃烧热(ΔH)为-1 849.6 kJ·ml-1。下列说法或热化学方程式书写正确的是( )A.丙二烯比丙炔稳定B.H2C=C=CH2(g)+4O2(g) === 3CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1 942.6 kJ·ml-1C.H2C=C=CH2(g)+ O2(g) === 3CO(g)+2H2O(l) ΔH=-1 942.6 kJ·ml-1D.CH3C≡CH(g)+4O2(g) === 3CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1 849.6 kJ·ml-1
答案 D解析 H2C=C=CH2与CH3C≡CH互为同分异构体,前者燃烧放出的热量多,说明能量高,稳定性差,A错误;燃烧热是1 ml纯物质在25 ℃、101 kPa下测定的,此条件下水为液态,B错误;燃烧热是1 ml纯物质完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量,应生成CO2,C错误。
2.下列热化学方程式的书写正确的是( )A.CH4的燃烧热ΔH=-890 kJ·ml-1:CH4(g)+2O2(g) === CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890 kJ·ml-1B.强酸与强碱的稀溶液反应只生成1 ml H2O(l)时ΔH=-57.3 kJ·ml-1: CH3COOH(aq)+NaOH(aq) === H2O(l)+CH3COONa(aq) ΔH=-57.3 kJ·ml-1C.一定条件下,0.5 ml N2与1.5 ml H2充分反应后放出35.5 kJ的热量:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-71 kJ·ml-1D.96 g O2的能量比96 g O3的能量低b kJ:3O2(g) 2O3(g) ΔH=+b kJ·ml-1
答案 D解析 表示燃烧热时,生成的水必须为液态,A错误;强酸强碱的稀溶液反应只生成1 ml液态水时放出的热量为57.3 kJ·ml-1,醋酸为弱酸,B错误; 0.5 ml N2与1.5 ml H2充分反应后放出35.5 kJ的热量,可逆反应不能彻底,则N2+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<-71 kJ·ml-1,C错误;反应热与化学计量数成正比关系,反应物总能量比生成物低则为吸热反应,3O2(g) 2O3(g)ΔH=+b kJ·ml-1,D正确。
考向2.中和反应反应热的测定典例突破在如图所示的量热计中,将100 mL 0.50 ml·L-1 CH3COOH溶液与100 mL 0.55 ml·L-1 NaOH溶液混合,温度从25.0 ℃升高到27.7 ℃。下列说法错误的是( )A.若量热计的保温瓶绝热效果不好,则所测ΔH偏大B.搅拌器一般选用导热性差的玻璃搅拌器
C.若选用同浓度同体积的盐酸,则溶液温度将升高至不超过27.7 ℃D.所加NaOH溶液过量,目的是保证CH3COOH溶液完全被中和
答案 C解析 若量热计的保温瓶绝热效果不好,则会损失一部分热量,则测出的放出的热量偏少,因为ΔH为负值,则所测ΔH偏大,故A正确;搅拌选用导热性差的玻璃搅拌器,故B正确;若选用盐酸,则放出的热量将更多,所以温度将升高至超过27.7 ℃,故C错误;酸和碱反应测中和反应反应热时,为了保证一方完全反应,往往需要另一试剂稍稍过量,减少实验误差,所以加过量NaOH溶液的目的是保证CH3COOH溶液完全被中和,故D正确。
针对训练1.为了测量某酸碱反应的中和反应反应热,计算时至少需要的数据有( )①酸的浓度和体积 ②碱的浓度和体积 ③比热容 ④反应后溶液的质量 ⑤生成水的物质的量 ⑥反应前后温度变化 ⑦操作所需的时间A.仅需①②③④B.仅需①③④⑤C.仅需③④⑤⑥D.全部
答案 C解析 在测量并计算反应放出的热量时用到的公式为Q=mcΔT,理解各符号表示的物理意义即可:m表示④反应后溶液的质量,c表示③比热容,ΔT表示⑥反应前后温度变化,C正确。
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)仪器a的名称是 。 (2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验,测得起止温度差的平均值为4.0 ℃。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 g·cm-3,中和后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。则计算得反应热ΔH= (取小数点后一位)。 (3)上述实验结果与-57.3 kJ·ml-1有偏差,产生偏差的原因可能是 (填字母)。 A.实验时搅拌速度慢B.用量筒量取NaOH溶液的体积时仰视刻度线读数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硫酸溶液的温度
答案 (1)玻璃搅拌器 (2)-53.5 kJ·ml-1 (3)ACD解析 (1)仪器a的名称是玻璃搅拌器。(2)计算可得生成的H2O(l)的物质的量为0.025 ml,(3)53.5<57.3,则测定的温度差偏小。A项,实验时搅拌速度慢,导致热量散失,测定的温度差偏小;B项,用量筒量取NaOH溶液的体积时仰视刻度线读数,NaOH所取体积偏大,释放的热量偏多,测定的温度差偏大;C项,分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中,在加入过程中导致热量损失,测定的温度差偏小;D项,用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定硫酸溶液的温度,因温度计上附着的NaOH与硫酸反应放热,导致硫酸的起始温度偏高,测定的温度差偏小。
归纳总结中和反应反应热的测定实验中的注意事项(1)实验所用的酸和碱溶液应当用稀溶液,否则会造成较大误差。(2)量取酸和碱时,应当分别使用不同的量筒量取。(3)使用同一温度计分别先后测量酸、碱及混合液的最高温度时,测完一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸擦干再测另一种溶液的温度。(4)取多次实验起始温度(T1)、终止温度(T2)的平均值代入公式计算,计算时应注意单位的统一。
考向1.利用盖斯定律计算反应热或书写热化学方程式
典例突破(1)工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知25 ℃、101 kPa时:CaO(s)+H2SO4(l) === CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271 kJ·ml-15CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) === Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=-937 kJ·ml-1则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是 。 (2)已知:Al2O3(s)+3C(s) === 2Al(s)+3CO(g) ΔH1=+1 344.1 kJ·ml-12AlCl3(g) === 2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1 169.2 kJ·ml-1由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为 。
答案 (1)Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l) === 5CaSO4(s)+HF(g)+3H3PO4(l) ΔH=-418 kJ·ml-1(2)Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g) === 2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9 kJ·ml-1解析 (1)已知:①CaO(s)+H2SO4(l) === CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271 kJ·ml-1②5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) === Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=-937 kJ·ml-1则根据盖斯定律可知①×5-②即得到Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l) === 5CaSO4(s)+HF(g)+3H3PO4(l) ΔH=-418 kJ·ml-1。(2)已知:①Al2O3(s)+3C(s) === 2Al(s)+3CO(g) ΔH1=+1 344.1 kJ·ml-1②2AlCl3(g) === 2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1 169.2 kJ·ml-1则根据盖斯定律可知①-②即得到由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g) === 2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9 kJ·ml-1。
针对训练1.硝酸甘油又叫三硝酸甘油酯,它是一种黄色的油状透明液体,这种液体可因震动而爆炸,属化学危险品。在医药领域,它被稀释后制成0.3%硝酸甘油含片或气雾剂等,在临床主要用于缓解心绞痛。已知下列反应可用于制备硝酸甘油[C3H5(ONO2)3],其热化学方程式为①6C(s)+5H2(g)+3N2(g)+9O2(g) ══ 2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1②2H2(g)+O2(g) ══ 2H2O(g) ΔH2③C(s)+O2(g) ══ CO2(g) ΔH3④H2O(g) ══ H2O(l) ΔH4则反应4C3H5(ONO2)3(l) ══ 12CO2(g)+10H2O(l)+O2(g)+6N2(g)的ΔH为( )A.12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1+10ΔH4B.2ΔH1-5ΔH2-12ΔH3+10ΔH4C.12ΔH3-5ΔH2-2ΔH1+10ΔH4D.ΔH1-5ΔH2-12ΔH3+10ΔH4
答案 A解析 由盖斯定律可知②×5+③×12-①×2+④×10得ΔH=12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1+10ΔH4。
2.(1)(2023全国甲卷,节选)已知下列反应的热化学方程式:①3O2(g) === 2O3(g) K1 ΔH1=285 kJ·ml-1②2CH4(g)+O2(g) === 2CH3OH(l) K2 ΔH2=-329 kJ·ml-1反应③CH4(g)+O3(g) === CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3= kJ·ml-1。 (2)当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时,相关物质的燃烧热数据如表:
则25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为 。
(3)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
根据盖斯定律,反应a的ΔH1= (写出一个代数式即可)。
(2)6C(石墨,s)+3H2(g) === C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·ml-1(3)ΔH2+ΔH3-ΔH5(或ΔH3-ΔH4)
答案 (1)-307
(2)根据表格燃烧热数据可知,存在反应:
根据盖斯定律,[①×3+②×6]-③得反应:6C(石墨,s)+3H2(g) === C6H6(l) ΔH=[(-285.8 kJ·ml-1)×3+(-393.5 kJ·ml-1) ×6]-(-3 267.5 kJ·ml-1)=+49.1 kJ·ml-1。
(3)根据题目所给出的反应方程式关系可知,a=b+c-e=c-d,根据盖斯定律则有ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5=ΔH3-ΔH4。
归纳总结 利用盖斯定律书写热化学方程式
考向2.反应热的大小比较
典例突破根据以下热化学方程式,ΔH1和ΔH2的大小比较错误的是( )A.2H2S(g)+3O2(g) === 2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1 2H2S(g)+O2(g) === 2S(s)+2H2O(l) ΔH2 则有ΔH1>ΔH2B.Br2(g)+H2(g) === 2HBr(g) ΔH1 Br2(l)+H2(g) === 2HBr(g) ΔH2 则有ΔH1<ΔH2C.4Al(s)+3O2(g) === 2Al2O3(s) ΔH1 4Fe(s)+3O2(g) === 2Fe2O3(s) ΔH2 则有ΔH1<ΔH2D.Cl2(g)+H2(g) === 2HCl(g) ΔH1 Br2(g)+H2(g) === 2HBr(g) ΔH2 则有ΔH1<ΔH2
答案 A解析 将A中的热化学方程式依次编号为①、②,根据盖斯定律,由①-②可得2S(s)+2O2(g)2SO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2<0,即ΔH1<ΔH2,A错误;等量的Br2(g)具有的能量高于等量的Br2(l)具有的能量,故1 ml Br2(g)与H2(g)反应生成HBr(g)放出的热量比1 ml Br2(l)与H2(g)反应生成HBr(g)放出的热量多,则有ΔH1<ΔH2,B正确;将C中的两个反应依次编号为①、②,根据盖斯定律,由①-②得4Al(s)+2Fe2O3(s) === 2Al2O3(s)+4Fe(s),则有ΔH3=ΔH1-ΔH2<0,则ΔH1<ΔH2,C正确;Cl原子半径比Br原子半径小,H—Cl的键能比H—Br的键能大,故ΔH1<ΔH2,D正确。
针对训练1. 关于下列ΔH的判断正确的是( )A.ΔH1<0 ΔH2<0B.ΔH1<ΔH2C.ΔH3<0 ΔH4>0D.ΔH3>ΔH4
2. MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):已知:离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。下列说法不正确的是( )A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)D.对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3
答案 C解析 根据盖斯定律,得ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,又已知Ca2+半径大于Mg2+半径,所以离子键强度:MgCO3>CaCO3,MgO>CaO。A项,ΔH1表示断裂MCO3中的离子键形成M2+和 所吸收的能量,离子键强度越大,吸收的能量越大,因而ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0,正确;B项,ΔH2表示断裂 中的共价键形成O2-和CO2吸收的能量,与M2+无关,因而ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0,正确;C项,由上述分析可知,ΔH(MgCO3)≠ΔH(CaCO3),故ΔH1(MgCO3)+ΔH2+ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)+ΔH2+ΔH3(CaO),则ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)≠ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO),错误;D项,由以上分析可知ΔH1+ΔH2>0,ΔH3<0,故ΔH1+ΔH2>ΔH3,正确。
归纳总结比较反应热的常用方法方法一:利用盖斯定律进行比较。如①2H2(g)+O2(g) === 2H2O(g) ΔH1②2H2(g)+O2(g) === 2H2O(l) ΔH2由①-②可得2H2O(l) === 2H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2>0,则ΔH1>ΔH2。方法二:利用能量变化图进行比较。由图像可以看出放出或吸收热量的多少,若是放热反应,放出的热量越多,ΔH越小;若是吸热反应,吸收的热量越多,ΔH越大,故ΔH1>ΔH2。
化学反应历程与能量变化
考向1反应过程中能量变化的相对性例1. 二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题:二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g) === CH3OH(g)+H2O(g)该反应一般认为通过如下步骤来实现:①CO2(g)+H2(g) === CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41 kJ·ml-1②CO(g)+2H2(g) === CH3OH(g) ΔH2=-90 kJ·ml-1总反应的ΔH= kJ·ml-1;若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是 (填字母),判断理由是 。
思路指导利用盖斯定律计算反应热:第一步,根据总反应的物质变化,确定中间产物是CO。第二步,消去中间产物得到目标反应的热化学方程式。①+②可得二氧化碳加氢制甲醇的总反应:CO2(g)+3H2(g) === CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=(+41 kJ·ml-1)+(-90 kJ·ml-1)=-49 kJ·ml-1。
答案 -49 A ΔH1为正值,ΔH2和ΔH为负值,反应①的活化能大于反应②的活化能
突破方法根据盖斯定律,分步进行的化学反应,该反应的总能量变化可以直接观察“始态”和“终态”的能量相对高低;也可以根据分步反应的焓变,消去中间产物进行“四则运算”计算所得。
针对训练1.我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应: CO(g)+H2O(g) === CO2(g)+H2(g) ΔH<0,在低温下获得高转化率与高反应速率,反应过程示意图如下:下列说法正确的是( )A.图中显示:起始时的2个H2O都参与了反应过程B.过程Ⅰ、过程Ⅱ均为放热过程C.过程Ⅲ只生成了极性共价键D.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
答案 A解析 根据反应过程示意图,起始时的2个H2O分别在过程Ⅰ、过程Ⅱ中发生化学键的断裂,因此起始时的2个H2O都参与了反应过程,A项正确;根据反应过程示意图,过程Ⅰ、Ⅱ都发生了水分子中H—O的断裂,化学键断裂为吸热过程,B项错误;过程Ⅲ中生成了H2,H2中的化学键为非极性共价键,C项错误;催化剂能改变反应的活化能,不能改变反应的ΔH,D项错误。
2.(2023福建三明期末)2-甲基丙烯与HCl的加成反应有两种产物,这两种加成反应过程与其相应的能量变化曲线关系如图所示。在恒容绝热密闭容器中通入一定量的2-甲基丙烯与HCl的混合物进行有关反应。下列说法正确的是( )
A.反应焓变大小:反应Ⅰ>反应ⅡB.产物稳定性的强弱:产物1>产物2C.改变催化剂,反应Ⅰ、Ⅱ的活化能和反应热均发生改变
答案 A解析 根据题图,该反应为放热反应,反应Ⅰ放出的能量小于反应Ⅱ,所以反应焓变大小:反应Ⅰ>反应Ⅱ,A正确;能量越低越稳定,产物1的能量大于产物2,所以产物2稳定性大于产物1,B错误;改变催化剂,反应Ⅰ、Ⅱ的反应热不发生改变,C错误;2-甲基丙烯与H2O的加成反应产物中(CH3)3COH更稳定,D错误。
3.研究发现炭黑在一定条件下可以活化氧分子,生成活化氧,活化过程能量变化的模拟计算结果如图所示,活化氧可以快速氧化二氧化硫。
下列说法错误的是( )A.氧分子的活化包括O—O键的断裂与C—O键的生成B.每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量C.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eVD.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
答案 C解析 由图可知,氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成过程,故A项正确;反应物的总能量高于生成物的总能量,因此每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量,故B项正确;水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18 eV,故C项错误;活化氧可以快速氧化二氧化硫,而炭黑颗粒可以活化氧分子,因此炭黑颗粒可以看作大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂,故D项正确。
考向2反应过程中能量变化的计算例2. 我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH______ (填“大于”“等于”或“小于”)0。该历程中最大能垒(活化能)E(正)= eV,写出该步骤的化学方程式: 。
答案 小于 2.02 COOH*+H*+H2O* === COOH*+2H*+OH*(或H2O* === H*+OH*)
突破方法物质的具体能量是无法直接测量的,通常是以相对能量来判断能量的变化。如本题是以反应物的总能量为对照(即设为0),然后通过能量的相对差异确定过渡态、中间产物的能量,以及反应的能量变化。
针对训练4.我国科学家实现了在铜催化剂条件下将DMF[(CH3)2NCHO]转化为三甲胺[N(CH3)3]。计算机模拟单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图所示,下列说法正确的是( )
A.该历程中最小能垒的化学方程式为(CH3)2NCH2OH* ===(CH3)2NCH2+OH*B.该历程中最大能垒(活化能)为2.16 eVC.该反应的热化学方程式为(CH3)2NCHO(g)+2H2(g) === N(CH3)3(g)+H2O(g) ΔH=-1.02 eV·ml-1D.增大压强或升高温度均能加快反应速率,并增大DMF平衡转化率
解析 从图中可以看出,在正向进行的三个吸热反应中,其能垒分别为: [-1.23-(-2.16)] eV=0.93 eV、[-1.55-(-1.77)] eV=0.22 eV、[-1.02-(-2.21)] eV=1.19 eV。从以上分析知,该历程中最小能垒为0.22 eV,是由(CH3)2NCH2OH*转化为(CH3)2NCH2的反应,化学方程式为(CH3)2NCH2OH* ===(CH3)2NCH2+OH*,A正确;该历程中最大能垒(活化能)为1.19 eV,B不正确;该反应的总反应是由(CH3)2NCHO(g)转化为N(CH3)3(g),但1.02 eV为单个DMF分子反应时放出的热量,所以热化学方程式为(CH3)2NCHO(g)+2H2(g) === N(CH3)3(g)+H2O(g) ΔH=-1.02NA eV·ml-1,C不正确;增大压强或升高温度均能加快反应速率,但升高温度平衡逆向移动,不能增大DMF平衡转化率,D不正确。
5.某反应可有效降低汽车尾气污染物的排放,其反应热ΔH=-620.9 kJ·ml-1。一定条件下该反应经历三个基元反应阶段,反应历程如图所示(TS表示过渡态)。下列说法正确的是( )
A.ΔE=306.6 kJ·ml-1B.三个基元反应中只有③是放热反应C.该化学反应的速率主要由反应②决定D.该过程的总反应为2CO+2NO ══ N2+2CO2
答案 D解析 图中ΔE=248.3-[-620.9-199.2-(-513.5)]=554.9 kJ·ml-1,故A项错误;由图可知,三个基元反应中,反应②和反应③的反应物总能量大于生成物的总能量,属于放热反应,故B项错误;正反应活化能最大的是反应③,活化能越大反应速率越慢,整个反应由最慢的一步决定,则该化学反应的速率主要由反应③决定,故C项错误;由始态和终态可知,该过程的总反应为2CO+2NO N2+2CO2,故D项正确。
1.(2023湖南卷,节选)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。已知下列反应的热化学方程式:①C6H5C2H5(g)+ O2(g) === 8CO2(g)+5H2O(g) ΔH1=-4 386.9 kJ·ml-1②C6H5CH=CH2(g)+10O2(g) === 8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ·ml-1③H2(g)+ O2(g) === H2O(g) ΔH3=-241.8 kJ·ml-1计算反应④C6H5C2H5(g) C6H5CH=CH2(g)+H2(g)的ΔH4= kJ·ml-1。
答案 +118解析 根据盖斯定律,将①-②-③可得C6H5C2H5(g)C6H5CH=CH2(g)+H2(g) ΔH4=-4 386.9 kJ·ml-1-(-4 263.1 kJ·ml-1)-(-241.8 kJ·ml-1)=+118 kJ·ml-1。
2.(2023全国乙卷,节选)已知下列热化学方程式:FeSO4·7H2O(s) === FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ·ml-1FeSO4·xH2O(s) === FeSO4(s)+xH2O(g) ΔH2=b kJ·ml-1FeSO4·yH2O(s) === FeSO4(s)+yH2O(g) ΔH3=c kJ·ml-1则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·yH2O(s) === 2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH= kJ·ml-1。(已知x=4,y=1)
答案 a+c-2b解析 根据盖斯定律,因为x=4、y=1,因此将第1个反应加上第3个反应,再减去第2个反应的2倍,可得目标反应,故该反应的焓变ΔH=(a+c-2b) kJ·ml-1。
3.(2023北京卷,节选)20世纪初,工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步:ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4;ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。结合反应过程中能量变化示意图,下列说法正确的是 (填字母)。 a.活化能:反应ⅰ<反应ⅱb.ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应c.CO2(l)+2NH3(l) === CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=E1-E4
1.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。2.能进行反应焓变的简单计算,能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。3.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用,能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。4.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如煤炭的综合利用等。
一、焓变 热化学方程式1.焓变 反应热
2.吸热反应与放热反应放热(吸热)过程≠放热(吸热)反应;因为物理变化过程中也会有能量变化
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)物质发生化学变化都伴有能量的变化。( √ )(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。( × )(3)NH4NO3固体溶于水时吸热,属于吸热反应。( × )
应用提升 (1)焓变与反应发生的条件、反应进行是否彻底无关。(2)催化剂能降低反应所需的活化能,但不影响焓变的大小。(3)物质具有的能量越低,物质的稳定性越强。(4)热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示物质的“物质的量”,可以是整数,也可以是分数。(5)同素异形体转化的热化学方程式除注明状态外,还要注明名称。
二、燃烧热和中和反应反应热1.燃烧热 可燃物为1 ml,产物化学性质稳定、物理状态稳定
中和反应的本质是“H++OH- === H2O”,此处排除稀释(或溶解)过程的热量变化及弱酸(或弱碱)电离过程中的热量变化,以及沉淀生成过程中的热量变化。
3.中和反应反应热的测定 具有保温性,减少热量的散失(1)测定原理:通过简易量热计测定体系在反应前后的 温度 变化,再利用有关物质的比热容来计算反应热。 (2)实验装置
(3)实验步骤①测量并记录反应前体系的 平均 温度T1 ℃,②测量并记录反应后体系的 最高 温度T2 ℃,重复上述步骤①②两次。 (4)数据处理:取三次测量所得温度差的平均值T始、T终进行计算。代入公式计算: ,c=4.18 J·g-1·℃-1=4.18 kJ·kg-1·℃-1;n为生成H2O的物质的量。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(4)煤、石油、天然气均为化石能源,是可再生能源。( × )(5)开发利用各种新能源,减少对化石燃料的依赖,可以降低空气中PM2.5的含量。( √ )
应用提升 (1)有关燃烧热的判断,一看是否以1 ml可燃物为标准,二看是否生成稳定化合物。(2)有关中和反应反应热的判断,一看是否以生成1 ml H2O(l)为标准,二看酸碱的强弱和浓度,应充分考虑弱酸、弱碱电离吸热,浓的酸碱稀释放热等因素。
三、盖斯定律 反应热的计算1.盖斯定律(1)内容:一个化学反应不管是一步完成还是分几步完成,其反应热是 相同 的,即化学反应的反应热只与反应体系的 始态 和 终态 有关,而与反应的途径无关。 (2)意义:可间接计算某些难以直接测定的反应的反应热。
(3)应用①计算反应热。如
②判断反应热之间的关系
2.反应热大小的判断有以下三个反应:
(1)由物质的状态判断物质的气、液、固三态变化时的能量变化如下:如上述反应中:a > b。 (2)由ΔH的符号判断比较反应热大小时不能只比较ΔH数值,还要考虑其符号。如上述反应中ΔH1 < ΔH2。
(3)由化学计量数判断当反应物、生成物的状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。如上述反应中:c=2a,ΔH1 > ΔH3。 (4)由反应进行的程度判断对于可逆反应,参加反应的物质的量和状态均相同时,反应进行的程度越大,热量变化越大。
考向1.反应热与能量变化的关系典例突破反应2H2(g)+O2(g) === 2H2O(l)ΔH=-571.6 kJ·ml-1过程中的能量变化关系如图。下列说法错误的是( )A.ΔH1>ΔH2B.ΔH1+ΔH2+ΔH3=ΔH4=-571.6 kJ·ml-1
C.2 ml水蒸气转化为液态水能够释放出的能量为|ΔH3| kJD.若将上述反应设计成原电池,则当氢失4 ml电子时能够产生571.6 kJ的电能
答案 D解析 由题中图示可知,ΔH1>0,ΔH2<0,则ΔH1>ΔH2,A正确;由题中图示可知,图中为各个中间反应的能量变化,由2H2(g)+O2(g) === 2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·ml-1可知,根据盖斯定律,ΔH4=ΔH1+ΔH2+ΔH3=-571.6 kJ·ml-1,B正确;由题中图示可知,H2O(g)转化为H2O(l)的过程中,能量降低,即2 ml水蒸气转化为液态水能够释放出的能量为|ΔH3| kJ,C正确;该反应放出的热量不会被全部转化为电能,会有一部分损失,D错误。
针对训练1.下列有关说法正确的是( )A.铝热反应属于吸热反应B.若某反应的反应物的总能量大于生成物的总能量,则该反应为吸热反应C.H2→H+H的变化需要吸收能量D.凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应
答案 C解析 铝热反应属于放热反应,A项错误;反应物的总能量大于生成物的总能量,则该反应为放热反应,B项错误;断裂化学键需要吸收能量,C项正确;一个反应是吸热反应还是放热反应取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小,与反应的条件无关,有些放热反应也需要加热,如燃烧反应,D项错误。
2.根据如图所示的示意图,下列说法不正确的是( )
A.反应的热化学方程式可表示为C(s)+H2O(g) ══ CO(g)+H2(g) ΔH=+(b-a) kJ·ml-1B.该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量C.n ml C和n ml H2O反应生成n ml CO和n ml H2吸收的热量一定为131.3n kJD.1 ml C(g)、2 ml H(g)、1 ml O(g)转变成1 ml CO(g)和1 ml H2(g)放出的热量为a kJ
答案 C解析 1 ml C(s)、1 ml H2O(g)变成1 ml C(g)、2 ml H(g)和1 ml O(g)吸收b kJ热量,1 ml C(g)、2 ml H(g)和1 ml O(g)变成1 ml CO(g)和1 ml H2(g)放出a kJ热量,则有C(s)+H2O(g) ══ CO(g)+H2(g) ΔH=+(b-a) kJ·ml-1,A项正确;该反应生成物的总能量大于反应物的总能量,是吸热反应,则反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量,B项正确;n ml C(s)和n ml H2O(g)反应生成n ml CO(g)和n ml H2(g)吸收的热量为131.3n kJ,若反应物和生成物的状态改变,则吸收热量的数值不同,C项错误;由题图可知,1 ml C(g)、2 ml H(g)、1 ml O(g)转变成1 ml CO(g)和1 ml H2(g)放出的热量为a kJ,D项正确。
归纳总结有关反应热的注意事项(1)任何化学反应一定伴有能量变化,原因是旧键断裂吸收的能量与新键形成释放的能量不相等。(2)需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应,不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应。即反应放热或吸热与反应条件无关。(3)有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应,如水结成冰放热但不属于放热反应。(4)焓变ΔH的数值都需要带“+”或“-”符号。如某反应的ΔH=-Q kJ·ml-1或ΔH=+Q kJ·ml-1。
考向2.化学反应中能量变化图像分析典例突破
(2023河北石家庄期末)碳酸钠晶体(Na2CO3·10H2O)失水可得到Na2CO3·H2O(s)或Na2CO3(s),两个化学反应的能量变化示意图如下:
下列说法不正确的是( )A.ΔH1>0B.碳酸钠晶体(Na2CO3·10H2O)失水是化学变化C.向Na2CO3(s)中滴加几滴水,温度升高D.Na2CO3·H2O(s)失水生成Na2CO3(s):ΔH=ΔH1-ΔH2
答案 D解析 1 ml Na2CO3·H2O(s)和9 ml H2O(g)的总能量大于1 ml Na2CO3·10H2O(s)的能量,故ΔH1>0,A正确;碳酸钠晶体(Na2CO3·10H2O)失水生成新物质,是化学变化,B正确;1 ml Na2CO3·H2O(s)和9 ml H2O(g)的总能量大于1 ml Na2CO3·10H2O(s)的能量,向Na2CO3(s)中滴加几滴水,放出能量,温度升高,C正确;由两图像得①Na2CO3·10H2O(s) === Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH1,②Na2CO3·10H2O(s) === Na2CO3(s)+10H2O(g) ΔH2,根据盖斯定律,②-①得Na2CO3·H2O(s) === Na2CO3(s)+H2O(g) ΔH=ΔH2-ΔH1,D错误。
针对训练1.丙烷与氯气反应可得到两种一氯代物,其反应机理为自由基(电中性的原子或原子团)间的反应,部分反应过程如图所示,下列说法正确的是( )
A.自由基的形成过程中只断裂了极性键B.生成自由基CH3CH2CH2的速率较快C.主要有机产物是CH3CHClCH3D.生成一氯代物的反应可能是吸热反应
解析 由图中信息知,自由基的形成是丙烷与Cl·作用的结果,原料中的Cl2转化为Cl·时断裂了非极性键,A项错误;由图可知,过渡态Ⅰ活化能较高,相应的反应速率较慢,即生成自由基CH3CH2CH2的速率较慢,B项错误;由于生成CH3CHCH3的速率较快且CH3CHCH3的能量更低,故主要有机产物是CH3CHClCH3,C项正确;含碳自由基与Cl·结合可得到一氯代物,结合中会形成共价键,释放出能量,故产物总能量低于反应物总能量,反应是放热反应,D项错误。
2.(2023广西柳州模拟)甲烷分子结构具有高度对称性,且断开1 ml C—H需要吸收440 kJ能量。无催化剂作用下,甲烷在温度达到1 200 ℃以上才可裂解。在催化剂及一定条件下,CH4可在较低温度下发生裂解反应,甲烷在镍基催化剂上转化过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.1 ml甲烷催化裂解成C和H2的ΔH=+1 760 kJ·ml-1B.步骤②③反应均为吸热反应C.催化剂使用一段时间后失活的原因可能是碳在催化剂表面沉积D.使用该催化剂,反应的焓变减小
答案 C解析 1个CH4存在4个C—H,断开4 ml C—H需要吸收的能量为440 kJ·ml-1 ×4 ml=1 760 kJ,但不是甲烷催化裂解成C和H2需要吸收的能量,A错误;由题图可知,步骤②③反应物总能量都大于生成物总能量,则步骤②③反应均为放热反应,B错误;由题图可知,C可吸附在催化剂的表面,则催化剂使用一段时间后失活的原因可能是碳在催化剂表面沉积,C正确;焓变与反应的始态和终态有关,与反应的路径无关,加入催化剂,反应的路径改变,但是反应的始态和终态不变,即反应的焓变不变,D错误。
归纳总结正确理解活化能与反应热的关系(1)E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,ΔH=E1-E2。(2)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。(3)从活化能的角度分析,正反应的活化能大于逆反应的活化能时,反应吸热,反之,反应放热;从焓变的角度分析,ΔH>0,反应吸热,ΔH<0,反应放热。
考向3.热化学方程式的正误判断与书写典例突破铁系氧化物材料在光催化、电致变色、气敏传感器以及光电化学器件中有着广泛的应用和诱人的前景。实验室中可利用FeCO3和O2为原料制备少量铁红,每生成160 g固体铁红放出130 kJ热量,则下列有关该反应的热化学方程式书写正确的是( )A.4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-130 kJ·ml-1B.4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=+260 kJ·ml-1C.4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260 kJ·ml-1D.4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=+130 kJ·ml-1
答案 C解析 160 g铁红的物质的量为1 ml,每生成160 g固体铁红放出130 kJ热量,生成2 ml Fe2O3放出260 kJ热量,所以热化学方程式为4FeCO3(s)+O2(g) === 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260 kJ·ml-1,C正确。
针对训练1.下列热化学方程式正确的是( )
答案 D解析 符合已知条件的是H2和O2的反应,A项错误;ΔH应为-196.6 kJ·ml-1,B项错误;由于生成BaSO4沉淀,放出的热量大于114.6 kJ,C项错误。
2.写出下列反应的热化学方程式。(1)0.1 ml Cl2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4.28 kJ,该反应的热化学方程式为 。 (2)Si与Cl两元素的单质反应生成1 ml Si的最高价化合物,恢复至室温,放热687 kJ,已知该化合物的熔、沸点分别为-69 ℃和58 ℃。写出该反应的热化学方程式: 。
(3)在一定条件下,S8(s)和O2(g)发生反应依次转化为SO2(g)和SO3(g)。反应过程和能量关系可用如图简单表示(图中的ΔH表示生成1 ml产物的数据)。
①写出表示S8燃烧热的热化学方程式: 。 ②写出SO3分解生成SO2和O2的热化学方程式: 。
方法技巧“五审”突破热化学方程式的正误判断
考向1.对燃烧热、中和反应反应热含义的理解典例突破已知反应:①101 kPa时,2C(s)+O2(g) === 2CO(g) ΔH=-221 kJ·ml-1;②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq) === H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1。下列结论正确的是( )A.碳的燃烧热ΔH<-110.5 kJ·ml-1B.①的反应热为221 kJ·ml-1C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的反应热ΔH=-2×57.3 kJ·ml-1D.稀醋酸和稀NaOH溶液反应生成1 ml H2O,放出57.3 kJ的热量
答案 A解析 由于2C(s)+O2(g) === 2CO(g)生成的CO不是指定产物,因此1 ml C(s)反应生成CO的反应热 =-110.5 kJ·ml-1不是碳的燃烧热,由于CO转化为CO2放出热量,故碳的燃烧热ΔH<-110.5 kJ·ml-1,A正确;反应热的表示包含三部分:“符号”“数值”和“单位”,而B项中没有表示出符号,B错误;强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1 ml H2O(l)的ΔH=-57.3 kJ·ml-1,但反应的稀硫酸和稀NaOH的物质的量未知,不能计算ΔH,C错误;由于醋酸是弱电解质,电离时吸收热量,故稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成 1 ml H2O时放出的热量小于57.3 kJ,D错误。
针对训练1.(2023辽宁沈阳期中)H2C=C=CH2(丙二烯,沸点为-23.2 ℃)的燃烧热(ΔH)为-1 942.6 kJ·ml-1,CH3C≡CH(丙炔,沸点为-34.5 ℃)的燃烧热(ΔH)为-1 849.6 kJ·ml-1。下列说法或热化学方程式书写正确的是( )A.丙二烯比丙炔稳定B.H2C=C=CH2(g)+4O2(g) === 3CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1 942.6 kJ·ml-1C.H2C=C=CH2(g)+ O2(g) === 3CO(g)+2H2O(l) ΔH=-1 942.6 kJ·ml-1D.CH3C≡CH(g)+4O2(g) === 3CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1 849.6 kJ·ml-1
答案 D解析 H2C=C=CH2与CH3C≡CH互为同分异构体,前者燃烧放出的热量多,说明能量高,稳定性差,A错误;燃烧热是1 ml纯物质在25 ℃、101 kPa下测定的,此条件下水为液态,B错误;燃烧热是1 ml纯物质完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量,应生成CO2,C错误。
2.下列热化学方程式的书写正确的是( )A.CH4的燃烧热ΔH=-890 kJ·ml-1:CH4(g)+2O2(g) === CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890 kJ·ml-1B.强酸与强碱的稀溶液反应只生成1 ml H2O(l)时ΔH=-57.3 kJ·ml-1: CH3COOH(aq)+NaOH(aq) === H2O(l)+CH3COONa(aq) ΔH=-57.3 kJ·ml-1C.一定条件下,0.5 ml N2与1.5 ml H2充分反应后放出35.5 kJ的热量:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-71 kJ·ml-1D.96 g O2的能量比96 g O3的能量低b kJ:3O2(g) 2O3(g) ΔH=+b kJ·ml-1
答案 D解析 表示燃烧热时,生成的水必须为液态,A错误;强酸强碱的稀溶液反应只生成1 ml液态水时放出的热量为57.3 kJ·ml-1,醋酸为弱酸,B错误; 0.5 ml N2与1.5 ml H2充分反应后放出35.5 kJ的热量,可逆反应不能彻底,则N2+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<-71 kJ·ml-1,C错误;反应热与化学计量数成正比关系,反应物总能量比生成物低则为吸热反应,3O2(g) 2O3(g)ΔH=+b kJ·ml-1,D正确。
考向2.中和反应反应热的测定典例突破在如图所示的量热计中,将100 mL 0.50 ml·L-1 CH3COOH溶液与100 mL 0.55 ml·L-1 NaOH溶液混合,温度从25.0 ℃升高到27.7 ℃。下列说法错误的是( )A.若量热计的保温瓶绝热效果不好,则所测ΔH偏大B.搅拌器一般选用导热性差的玻璃搅拌器
C.若选用同浓度同体积的盐酸,则溶液温度将升高至不超过27.7 ℃D.所加NaOH溶液过量,目的是保证CH3COOH溶液完全被中和
答案 C解析 若量热计的保温瓶绝热效果不好,则会损失一部分热量,则测出的放出的热量偏少,因为ΔH为负值,则所测ΔH偏大,故A正确;搅拌选用导热性差的玻璃搅拌器,故B正确;若选用盐酸,则放出的热量将更多,所以温度将升高至超过27.7 ℃,故C错误;酸和碱反应测中和反应反应热时,为了保证一方完全反应,往往需要另一试剂稍稍过量,减少实验误差,所以加过量NaOH溶液的目的是保证CH3COOH溶液完全被中和,故D正确。
针对训练1.为了测量某酸碱反应的中和反应反应热,计算时至少需要的数据有( )①酸的浓度和体积 ②碱的浓度和体积 ③比热容 ④反应后溶液的质量 ⑤生成水的物质的量 ⑥反应前后温度变化 ⑦操作所需的时间A.仅需①②③④B.仅需①③④⑤C.仅需③④⑤⑥D.全部
答案 C解析 在测量并计算反应放出的热量时用到的公式为Q=mcΔT,理解各符号表示的物理意义即可:m表示④反应后溶液的质量,c表示③比热容,ΔT表示⑥反应前后温度变化,C正确。
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)仪器a的名称是 。 (2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验,测得起止温度差的平均值为4.0 ℃。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 g·cm-3,中和后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。则计算得反应热ΔH= (取小数点后一位)。 (3)上述实验结果与-57.3 kJ·ml-1有偏差,产生偏差的原因可能是 (填字母)。 A.实验时搅拌速度慢B.用量筒量取NaOH溶液的体积时仰视刻度线读数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硫酸溶液的温度
答案 (1)玻璃搅拌器 (2)-53.5 kJ·ml-1 (3)ACD解析 (1)仪器a的名称是玻璃搅拌器。(2)计算可得生成的H2O(l)的物质的量为0.025 ml,(3)53.5<57.3,则测定的温度差偏小。A项,实验时搅拌速度慢,导致热量散失,测定的温度差偏小;B项,用量筒量取NaOH溶液的体积时仰视刻度线读数,NaOH所取体积偏大,释放的热量偏多,测定的温度差偏大;C项,分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中,在加入过程中导致热量损失,测定的温度差偏小;D项,用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定硫酸溶液的温度,因温度计上附着的NaOH与硫酸反应放热,导致硫酸的起始温度偏高,测定的温度差偏小。
归纳总结中和反应反应热的测定实验中的注意事项(1)实验所用的酸和碱溶液应当用稀溶液,否则会造成较大误差。(2)量取酸和碱时,应当分别使用不同的量筒量取。(3)使用同一温度计分别先后测量酸、碱及混合液的最高温度时,测完一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸擦干再测另一种溶液的温度。(4)取多次实验起始温度(T1)、终止温度(T2)的平均值代入公式计算,计算时应注意单位的统一。
考向1.利用盖斯定律计算反应热或书写热化学方程式
典例突破(1)工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知25 ℃、101 kPa时:CaO(s)+H2SO4(l) === CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271 kJ·ml-15CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) === Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=-937 kJ·ml-1则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是 。 (2)已知:Al2O3(s)+3C(s) === 2Al(s)+3CO(g) ΔH1=+1 344.1 kJ·ml-12AlCl3(g) === 2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1 169.2 kJ·ml-1由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为 。
答案 (1)Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l) === 5CaSO4(s)+HF(g)+3H3PO4(l) ΔH=-418 kJ·ml-1(2)Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g) === 2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9 kJ·ml-1解析 (1)已知:①CaO(s)+H2SO4(l) === CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271 kJ·ml-1②5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) === Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=-937 kJ·ml-1则根据盖斯定律可知①×5-②即得到Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l) === 5CaSO4(s)+HF(g)+3H3PO4(l) ΔH=-418 kJ·ml-1。(2)已知:①Al2O3(s)+3C(s) === 2Al(s)+3CO(g) ΔH1=+1 344.1 kJ·ml-1②2AlCl3(g) === 2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1 169.2 kJ·ml-1则根据盖斯定律可知①-②即得到由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g) === 2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9 kJ·ml-1。
针对训练1.硝酸甘油又叫三硝酸甘油酯,它是一种黄色的油状透明液体,这种液体可因震动而爆炸,属化学危险品。在医药领域,它被稀释后制成0.3%硝酸甘油含片或气雾剂等,在临床主要用于缓解心绞痛。已知下列反应可用于制备硝酸甘油[C3H5(ONO2)3],其热化学方程式为①6C(s)+5H2(g)+3N2(g)+9O2(g) ══ 2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1②2H2(g)+O2(g) ══ 2H2O(g) ΔH2③C(s)+O2(g) ══ CO2(g) ΔH3④H2O(g) ══ H2O(l) ΔH4则反应4C3H5(ONO2)3(l) ══ 12CO2(g)+10H2O(l)+O2(g)+6N2(g)的ΔH为( )A.12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1+10ΔH4B.2ΔH1-5ΔH2-12ΔH3+10ΔH4C.12ΔH3-5ΔH2-2ΔH1+10ΔH4D.ΔH1-5ΔH2-12ΔH3+10ΔH4
答案 A解析 由盖斯定律可知②×5+③×12-①×2+④×10得ΔH=12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1+10ΔH4。
2.(1)(2023全国甲卷,节选)已知下列反应的热化学方程式:①3O2(g) === 2O3(g) K1 ΔH1=285 kJ·ml-1②2CH4(g)+O2(g) === 2CH3OH(l) K2 ΔH2=-329 kJ·ml-1反应③CH4(g)+O3(g) === CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3= kJ·ml-1。 (2)当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时,相关物质的燃烧热数据如表:
则25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为 。
(3)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
根据盖斯定律,反应a的ΔH1= (写出一个代数式即可)。
(2)6C(石墨,s)+3H2(g) === C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·ml-1(3)ΔH2+ΔH3-ΔH5(或ΔH3-ΔH4)
答案 (1)-307
(2)根据表格燃烧热数据可知,存在反应:
根据盖斯定律,[①×3+②×6]-③得反应:6C(石墨,s)+3H2(g) === C6H6(l) ΔH=[(-285.8 kJ·ml-1)×3+(-393.5 kJ·ml-1) ×6]-(-3 267.5 kJ·ml-1)=+49.1 kJ·ml-1。
(3)根据题目所给出的反应方程式关系可知,a=b+c-e=c-d,根据盖斯定律则有ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5=ΔH3-ΔH4。
归纳总结 利用盖斯定律书写热化学方程式
考向2.反应热的大小比较
典例突破根据以下热化学方程式,ΔH1和ΔH2的大小比较错误的是( )A.2H2S(g)+3O2(g) === 2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1 2H2S(g)+O2(g) === 2S(s)+2H2O(l) ΔH2 则有ΔH1>ΔH2B.Br2(g)+H2(g) === 2HBr(g) ΔH1 Br2(l)+H2(g) === 2HBr(g) ΔH2 则有ΔH1<ΔH2C.4Al(s)+3O2(g) === 2Al2O3(s) ΔH1 4Fe(s)+3O2(g) === 2Fe2O3(s) ΔH2 则有ΔH1<ΔH2D.Cl2(g)+H2(g) === 2HCl(g) ΔH1 Br2(g)+H2(g) === 2HBr(g) ΔH2 则有ΔH1<ΔH2
答案 A解析 将A中的热化学方程式依次编号为①、②,根据盖斯定律,由①-②可得2S(s)+2O2(g)2SO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2<0,即ΔH1<ΔH2,A错误;等量的Br2(g)具有的能量高于等量的Br2(l)具有的能量,故1 ml Br2(g)与H2(g)反应生成HBr(g)放出的热量比1 ml Br2(l)与H2(g)反应生成HBr(g)放出的热量多,则有ΔH1<ΔH2,B正确;将C中的两个反应依次编号为①、②,根据盖斯定律,由①-②得4Al(s)+2Fe2O3(s) === 2Al2O3(s)+4Fe(s),则有ΔH3=ΔH1-ΔH2<0,则ΔH1<ΔH2,C正确;Cl原子半径比Br原子半径小,H—Cl的键能比H—Br的键能大,故ΔH1<ΔH2,D正确。
针对训练1. 关于下列ΔH的判断正确的是( )A.ΔH1<0 ΔH2<0B.ΔH1<ΔH2C.ΔH3<0 ΔH4>0D.ΔH3>ΔH4
2. MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):已知:离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。下列说法不正确的是( )A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)D.对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3
答案 C解析 根据盖斯定律,得ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,又已知Ca2+半径大于Mg2+半径,所以离子键强度:MgCO3>CaCO3,MgO>CaO。A项,ΔH1表示断裂MCO3中的离子键形成M2+和 所吸收的能量,离子键强度越大,吸收的能量越大,因而ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0,正确;B项,ΔH2表示断裂 中的共价键形成O2-和CO2吸收的能量,与M2+无关,因而ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0,正确;C项,由上述分析可知,ΔH(MgCO3)≠ΔH(CaCO3),故ΔH1(MgCO3)+ΔH2+ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)+ΔH2+ΔH3(CaO),则ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)≠ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO),错误;D项,由以上分析可知ΔH1+ΔH2>0,ΔH3<0,故ΔH1+ΔH2>ΔH3,正确。
归纳总结比较反应热的常用方法方法一:利用盖斯定律进行比较。如①2H2(g)+O2(g) === 2H2O(g) ΔH1②2H2(g)+O2(g) === 2H2O(l) ΔH2由①-②可得2H2O(l) === 2H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2>0,则ΔH1>ΔH2。方法二:利用能量变化图进行比较。由图像可以看出放出或吸收热量的多少,若是放热反应,放出的热量越多,ΔH越小;若是吸热反应,吸收的热量越多,ΔH越大,故ΔH1>ΔH2。
化学反应历程与能量变化
考向1反应过程中能量变化的相对性例1. 二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题:二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g) === CH3OH(g)+H2O(g)该反应一般认为通过如下步骤来实现:①CO2(g)+H2(g) === CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41 kJ·ml-1②CO(g)+2H2(g) === CH3OH(g) ΔH2=-90 kJ·ml-1总反应的ΔH= kJ·ml-1;若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是 (填字母),判断理由是 。
思路指导利用盖斯定律计算反应热:第一步,根据总反应的物质变化,确定中间产物是CO。第二步,消去中间产物得到目标反应的热化学方程式。①+②可得二氧化碳加氢制甲醇的总反应:CO2(g)+3H2(g) === CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=(+41 kJ·ml-1)+(-90 kJ·ml-1)=-49 kJ·ml-1。
答案 -49 A ΔH1为正值,ΔH2和ΔH为负值,反应①的活化能大于反应②的活化能
突破方法根据盖斯定律,分步进行的化学反应,该反应的总能量变化可以直接观察“始态”和“终态”的能量相对高低;也可以根据分步反应的焓变,消去中间产物进行“四则运算”计算所得。
针对训练1.我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应: CO(g)+H2O(g) === CO2(g)+H2(g) ΔH<0,在低温下获得高转化率与高反应速率,反应过程示意图如下:下列说法正确的是( )A.图中显示:起始时的2个H2O都参与了反应过程B.过程Ⅰ、过程Ⅱ均为放热过程C.过程Ⅲ只生成了极性共价键D.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
答案 A解析 根据反应过程示意图,起始时的2个H2O分别在过程Ⅰ、过程Ⅱ中发生化学键的断裂,因此起始时的2个H2O都参与了反应过程,A项正确;根据反应过程示意图,过程Ⅰ、Ⅱ都发生了水分子中H—O的断裂,化学键断裂为吸热过程,B项错误;过程Ⅲ中生成了H2,H2中的化学键为非极性共价键,C项错误;催化剂能改变反应的活化能,不能改变反应的ΔH,D项错误。
2.(2023福建三明期末)2-甲基丙烯与HCl的加成反应有两种产物,这两种加成反应过程与其相应的能量变化曲线关系如图所示。在恒容绝热密闭容器中通入一定量的2-甲基丙烯与HCl的混合物进行有关反应。下列说法正确的是( )
A.反应焓变大小:反应Ⅰ>反应ⅡB.产物稳定性的强弱:产物1>产物2C.改变催化剂,反应Ⅰ、Ⅱ的活化能和反应热均发生改变
答案 A解析 根据题图,该反应为放热反应,反应Ⅰ放出的能量小于反应Ⅱ,所以反应焓变大小:反应Ⅰ>反应Ⅱ,A正确;能量越低越稳定,产物1的能量大于产物2,所以产物2稳定性大于产物1,B错误;改变催化剂,反应Ⅰ、Ⅱ的反应热不发生改变,C错误;2-甲基丙烯与H2O的加成反应产物中(CH3)3COH更稳定,D错误。
3.研究发现炭黑在一定条件下可以活化氧分子,生成活化氧,活化过程能量变化的模拟计算结果如图所示,活化氧可以快速氧化二氧化硫。
下列说法错误的是( )A.氧分子的活化包括O—O键的断裂与C—O键的生成B.每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量C.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eVD.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
答案 C解析 由图可知,氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成过程,故A项正确;反应物的总能量高于生成物的总能量,因此每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量,故B项正确;水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18 eV,故C项错误;活化氧可以快速氧化二氧化硫,而炭黑颗粒可以活化氧分子,因此炭黑颗粒可以看作大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂,故D项正确。
考向2反应过程中能量变化的计算例2. 我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH______ (填“大于”“等于”或“小于”)0。该历程中最大能垒(活化能)E(正)= eV,写出该步骤的化学方程式: 。
答案 小于 2.02 COOH*+H*+H2O* === COOH*+2H*+OH*(或H2O* === H*+OH*)
突破方法物质的具体能量是无法直接测量的,通常是以相对能量来判断能量的变化。如本题是以反应物的总能量为对照(即设为0),然后通过能量的相对差异确定过渡态、中间产物的能量,以及反应的能量变化。
针对训练4.我国科学家实现了在铜催化剂条件下将DMF[(CH3)2NCHO]转化为三甲胺[N(CH3)3]。计算机模拟单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图所示,下列说法正确的是( )
A.该历程中最小能垒的化学方程式为(CH3)2NCH2OH* ===(CH3)2NCH2+OH*B.该历程中最大能垒(活化能)为2.16 eVC.该反应的热化学方程式为(CH3)2NCHO(g)+2H2(g) === N(CH3)3(g)+H2O(g) ΔH=-1.02 eV·ml-1D.增大压强或升高温度均能加快反应速率,并增大DMF平衡转化率
解析 从图中可以看出,在正向进行的三个吸热反应中,其能垒分别为: [-1.23-(-2.16)] eV=0.93 eV、[-1.55-(-1.77)] eV=0.22 eV、[-1.02-(-2.21)] eV=1.19 eV。从以上分析知,该历程中最小能垒为0.22 eV,是由(CH3)2NCH2OH*转化为(CH3)2NCH2的反应,化学方程式为(CH3)2NCH2OH* ===(CH3)2NCH2+OH*,A正确;该历程中最大能垒(活化能)为1.19 eV,B不正确;该反应的总反应是由(CH3)2NCHO(g)转化为N(CH3)3(g),但1.02 eV为单个DMF分子反应时放出的热量,所以热化学方程式为(CH3)2NCHO(g)+2H2(g) === N(CH3)3(g)+H2O(g) ΔH=-1.02NA eV·ml-1,C不正确;增大压强或升高温度均能加快反应速率,但升高温度平衡逆向移动,不能增大DMF平衡转化率,D不正确。
5.某反应可有效降低汽车尾气污染物的排放,其反应热ΔH=-620.9 kJ·ml-1。一定条件下该反应经历三个基元反应阶段,反应历程如图所示(TS表示过渡态)。下列说法正确的是( )
A.ΔE=306.6 kJ·ml-1B.三个基元反应中只有③是放热反应C.该化学反应的速率主要由反应②决定D.该过程的总反应为2CO+2NO ══ N2+2CO2
答案 D解析 图中ΔE=248.3-[-620.9-199.2-(-513.5)]=554.9 kJ·ml-1,故A项错误;由图可知,三个基元反应中,反应②和反应③的反应物总能量大于生成物的总能量,属于放热反应,故B项错误;正反应活化能最大的是反应③,活化能越大反应速率越慢,整个反应由最慢的一步决定,则该化学反应的速率主要由反应③决定,故C项错误;由始态和终态可知,该过程的总反应为2CO+2NO N2+2CO2,故D项正确。
1.(2023湖南卷,节选)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。已知下列反应的热化学方程式:①C6H5C2H5(g)+ O2(g) === 8CO2(g)+5H2O(g) ΔH1=-4 386.9 kJ·ml-1②C6H5CH=CH2(g)+10O2(g) === 8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ·ml-1③H2(g)+ O2(g) === H2O(g) ΔH3=-241.8 kJ·ml-1计算反应④C6H5C2H5(g) C6H5CH=CH2(g)+H2(g)的ΔH4= kJ·ml-1。
答案 +118解析 根据盖斯定律,将①-②-③可得C6H5C2H5(g)C6H5CH=CH2(g)+H2(g) ΔH4=-4 386.9 kJ·ml-1-(-4 263.1 kJ·ml-1)-(-241.8 kJ·ml-1)=+118 kJ·ml-1。
2.(2023全国乙卷,节选)已知下列热化学方程式:FeSO4·7H2O(s) === FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ·ml-1FeSO4·xH2O(s) === FeSO4(s)+xH2O(g) ΔH2=b kJ·ml-1FeSO4·yH2O(s) === FeSO4(s)+yH2O(g) ΔH3=c kJ·ml-1则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·yH2O(s) === 2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH= kJ·ml-1。(已知x=4,y=1)
答案 a+c-2b解析 根据盖斯定律,因为x=4、y=1,因此将第1个反应加上第3个反应,再减去第2个反应的2倍,可得目标反应,故该反应的焓变ΔH=(a+c-2b) kJ·ml-1。
3.(2023北京卷,节选)20世纪初,工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步:ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4;ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。结合反应过程中能量变化示意图,下列说法正确的是 (填字母)。 a.活化能:反应ⅰ<反应ⅱb.ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应c.CO2(l)+2NH3(l) === CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=E1-E4
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