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课件 高考化学一轮复习第七单元 化学反应与能量 第二十六讲 化学反应的热效应
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这是一份课件 高考化学一轮复习第七单元 化学反应与能量 第二十六讲 化学反应的热效应，共60页。PPT课件主要包含了使用建议，教学建议，考点一焓变与反应热，夯实必备知识，基本概念，反应物，2反应热与焓变，kJmol，kJ·mol-1，对点自测等内容，欢迎下载使用。
化学反应与能量包括化学能与热能、化学能与电能两部分,这两部分内容理论性强且均属于中学化学的核心知识,是高考试题中必考的知识点,考查的层次相对较高、难度相对较大,复习中应注意解决好如下几个方面的问题:1.把握常考热点,提高复习的针对性。化学反应与热能部分的考查点主要有①根据热化学方程式中ΔH与键能的关系求算某一化学键的键能或给出化学键键能求算某一反应的ΔH;②根据几个已知热化学方程式,利用盖斯定律书写某指定反应的热化学方程式或求该反应的反应热或反应热间的关系、活化能(或能垒),ΔH大小比较等;③利用物质能量图或能垒变化图判断反应的热效应或反应的自发性等。
化学能与电能部分常以新型二次电池为素材来考查原电池、电解池的工作原理,以及工作中电极周围的变化,电解质溶液的变化等。另外近几年有关电解池在污水治理、物质制备以及环境保护等方面应用的试题开始频频出现。因此复习过程中,一方面要通过对上述相应基础知识的重组、整合,形成知识网络;另一方面选题时应侧重电化学原理在新问题情境中的应用,训练学生的思维,培养与提高学生解决实际问题的能力。
2.总结规律技巧、突破难点与易混点。利用盖斯定律求反应热、电极反应式(尤其是新型原电池)的书写、电极产物种类的判断与数量的计算等是本单元知识的几个难点;电化学装置在工作时,阴离子、阳离子或质子交换膜的作用,特殊电解质条件下电极反应式的书写或正误判断,电子流动方向、离子移动方向、可能的电解产物(H2、O2)以及对应的电极种类等是本单元知识的几个易混点。复习中可通过列表对比、归纳总结、谐音记忆等方法突破上述难点、攻克易混点。二、课时安排本单元共3讲,建议8课时完成,其中6课时用于在课堂上互动式完成第26~28讲,2课时进行测试及讲评。
第26讲 化学反应的热效应
考点一 焓变与反应热考点二 热化学方程式考点三 燃烧热 中和反应反应热的测定 能源考点四 盖斯定律经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
1. 化学反应的实质与特征
(1)体系、环境与热量
3. 吸热反应与放热反应
(1)从能量变化角度分析物质能量变化与反应焓变的关系:ΔH=E(生成的总能量)-E(反应物的总能量)。
(2)从化学键变化角度分析利用键能计算反应焓变(ΔH):ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和。
(3)常见的吸热反应和放热反应
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)放热反应在任何条件下都可以发生,吸热反应不加热就不能发生( )(2)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( )
[解析] (2)焓变与反应条件无关,所以同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同。
[解析] (1)有的放热反应的发生也需要加热,如铝热反应;有的吸热反应不加热也能发生,如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
(3)可逆反应的ΔH表示完全反应时的能量变化,与反应是否可逆无关( )(4)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( )(5)H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH的“每摩尔反应”表示1 ml H2(g)与1 ml Cl2(g)反应生成2 ml HCl(g)( )
[解析] (3)反应的ΔH表示完全反应时的能量变化,与方程式中的化学计量数有关,与反应是否可逆无关。
(6)物质发生化学变化都伴有能量变化,伴有能量变化的物质变化都是化学变化( )
[解析] (6)任何化学反应都伴随着能量的变化,但物质的状态变化也伴随能量变化,而物质的状态变化属于物理变化。
2.[2024·辽宁六校联考] 如下图所示,有关化学反应和能量变化的说法正确的是( )A.图甲表示吸热反应,图乙表示放热反应B.图乙中反应物的总键能大于生成物的总键能C.图甲可以表示盐酸与碳酸氢钠反应的能量变化D.图乙可以表示Mg与盐酸反应的能量变化
[解析] 图甲反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,图乙反应物总能量小于生成物总能量,为吸热反应,A错误;图乙表示吸热反应,说明反应物总键能大于生成物总键能,B正确;图甲表示放热反应,盐酸与碳酸氢钠反应为吸热反应,C错误;图乙表示吸热反应,镁与盐酸反应为放热反应,D错误。
题组一 焓变和反应热概念的理解及应用
1.下图为碳酸钙的热分解示意图,下列说法中错误的是( )A.CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量B.该反应的焓变大于零C.该反应中有离子键断裂也有共价键断裂,化学键断裂吸收能量,化学键形成放出能量D.由该反应可推出凡是需要加热才能发生的反应均为吸热反应
2.在25 ℃和101 kPa下,根据如图所示的H2(g)和Cl2(g)反应生成HCl(g)过程中能量变化情况,判断下列说法错误的是( )A.1 ml H2(g)和1 ml Cl2(g)生成2 ml HCl(g)的反应热ΔH=+183 kJ·ml-1B.2 ml气态氢原子结合生成H2(g)时,能放出436 kJ能量C.断裂1 ml HCl(g)分子中的化学键,需要吸收431 kJ能量D.1 ml H2(g)和1 ml Cl2(g)具有的总能量比2 ml HCl(g)具有的总能量高
[解析] 由题干信息可知,1 ml H2(g)和1 ml Cl2(g)生成2 ml HCl(g)的反应热为ΔH=436 kJ·ml-1+243 kJ·ml-1-2×431 kJ·ml-1=-183 kJ·ml-1,A错误;断开1 ml H—H需要吸收436 kJ的能量,故2 ml气态氢原子结合生成H2(g)时,能放出436 kJ能量,B正确;断裂1 ml HCl(g)分子中的化学键,需要吸收431 kJ能量,C正确;由A项分析可知,该反应为放热反应,故该反应中反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量,D正确。
题组二 化学反应中能量变化的图像
3.[2023·浙江卷] 标准状态下,气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g) 和Cl2(g)的相对能量为0],下列说法不正确的是 ( )A.E6-E3=E5-E2B.可计算Cl—Cl键能为2(E2-E3) kJ·ml-1C.相同条件下,O3的平衡转化率:历程Ⅱ>历程ⅠD.历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的热化学方程式为ClO(g)+O(g) = O2(g)+Cl(g) ΔH=(E5-E4) kJ·ml-1
[解析] 历程Ⅰ是O3和O生成O2,历程Ⅱ是O3和O在Cl为催化剂条件下生成O2,催化剂的使用并不能改变ΔH,A项正确;两个历程中反应物能量相差(E2-E3) kJ·ml-1,已知Cl2(g)的相对能量为0,则1 ml Cl—Cl键能为2(E2-E3) kJ·ml-1,B项正确;催化剂的使用不能改变反应的平衡转化率,C项错误;反应速率最快的一步反应,即活化能最小的一步反应,结合图像可知为历程Ⅱ的第2步,D项正确。
4.铋基催化剂对CO2电化学还原制取HCOOH具有高效的选择性。其反应过程与能量变化如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用“*”标注。
(1)使用Bi、Bi2O3两种催化剂哪个更有利于CO2的吸附? 。简述判断依据: 。 (2)CO2电化学还原制取HCOOH的反应ΔH (填“>”“<”或“=”)0。
使用Bi2O3催化剂时,相对能量减小得多,趋于更稳定状态
(3)使用Bi催化剂时,最大能垒是 ,使用Bi2O3催化剂时,最大能垒是 。
【规律小结】 正确理解活化能与反应热的关系①E1为正反应活化能,E2为逆反应活化能,ΔH=E1-E2。②催化剂能降低反应所需的活化能,但不影响焓变的大小。
表明反应所 的热量的化学方程式。
3. 热化学方程式的书写方法
一般情况下,单质、氧化物、酸、碱和盐的转化关系可简单表示如下:
(1)热化学方程式不标“↑”“↓”,但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。(2)热化学方程式的化学计量数表示物质的量,可以是整数,也可以是分数,其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。(3)ΔH应包括“+”或“-”、数值和单位(kJ·ml-1)。(4)正、逆反应ΔH的数值相等、符号相反。
(5)可逆反应的ΔH表示完全反应的热量变化,与反应是否可逆无关。如N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1,表示在 101 kPa、25 ℃时,1 ml N2(g)和3 ml H2(g)完全反应生成2 ml NH3(g)时放出92.4 kJ 的热量。(6)同素异形体之间转化的热化学方程式除了注明物质的聚集状态外,还要注明名称。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(ΔH的绝对值均正确)(1)CH4(g)+2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ( )(2)NaOH(aq)+HCl(aq) = NaCl(aq)+H2O ΔH=+57.3 kJ·ml-1( )(3)S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH=+296.8 kJ·ml-1( )
[解析] (2)水未注明聚集状态,且酸碱中和反应ΔH<0。
[解析] (1)反应热的单位应该是kJ·ml-1。
[解析] (3)燃烧反应是放热反应,ΔH<0。
[解析] (6)能量越低,物质越稳定。
2.(1)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物,放出22.67 kJ的热量,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和液态水时,放出33.4 kJ的热量,则表示肼燃烧热的热化学方程式为 。
N2H4(g)+O2(g) = N2(g)+2H2O(l) ΔH=-534.4 kJ·ml-1
(3)1 ml NO2(g)和1 ml CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中能量变化示意图如图所示,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。
[解析] (3)由题给信息可知,反应物:NO2(g)+CO(g),生成物:CO2(g)+NO(g);反应物→过渡态的E1=134 kJ·ml-1,过渡态→生成物的E2=368 kJ·ml-1,则反应NO2(g)+CO(g) = CO2(g)+NO(g)的ΔH=134 kJ·ml-1-368 kJ·ml-1=-234 kJ·ml-1。
NO2(g)+CO(g) = CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·ml-1
题组一 热化学方程式的正误判断
1.碳和水蒸气反应生成1 ml H2和1 ml CO,吸收131.3 kJ热量,该反应的热化学方程式是( )A.C(s)+H2O(l) = H2(g)+CO(g) ΔH=-131.3 kJ·ml-1B.C(s)+H2O(g) = H2(g)+CO(g) ΔH=-131.3 kJ·ml-1C.C(s)+H2O(g) = H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·ml-1D.C(s)+H2O(l) = H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·ml-1
[解析] 碳和水蒸气反应生成1 ml H2和1 ml CO,吸收131.3 kJ热量,因此该反应的热化学方程式是C(s)+H2O(g) = H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·ml-1。
【方法技巧】 “五审”突破热化学方程式的正误判断
题组二 热化学方程式的书写
3.(1)在25 ℃和101 kPa时,Na与O2反应生成1 ml Na2O2放热510.9 kJ,写出该反应的热化学方程式: 。
[解析] (1)Na与O2反应生成1 ml Na2O2放热510.9 kJ,则热化学方程式为2Na(s)+O2(g) = Na2O2(s) ΔH = -510.9 kJ·ml-1。
2Na(s)+O2(g) = Na2O2(s) ΔH=-510.9 kJ·ml-1
(2)1 ml葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),放出2804 kJ热量。25 ℃时,CO2(g)与H2O(l)经光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的热化学方程式为 。
[解析] (2)1 ml葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出2804 kJ的热量,则热化学方程式为C6H12O6(s)+6O2(g) = 6CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-2804 kJ·ml-1。二氧化碳和液态水经光合作用生成葡萄糖和氧气的反应为葡萄糖燃烧的逆过程,生成1 ml葡萄糖会吸收2804 kJ的热量,故热化学方程式为6CO2(g)+6H2O(l) = C6H12O6(s)+6O2(g) ΔH=+2804 kJ·ml-1。
6CO2(g)+6H2O(l) = C6H12O6(s)+6O2(g) ΔH=+2804 kJ·ml-1
(3)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 。
[解析] (3)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(TiCl4),据原子守恒推知,气体为CO,配平可得:2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) = TiCl4(l)+2CO(g)。0.1 ml Cl2反应放热4.28 kJ,则2 ml Cl2(g)反应放热85.6 kJ,据此写出热化学方程式。
2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) = TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-85.6 kJ·ml-1
(4)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g),在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式是 。
NaBH4(s)+2H2O(l) = NaBO2(s)+4H2(g) ΔH=-216 kJ·ml-1
4.(1)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:反应Ⅰ:2H2SO4(l) = 2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·ml-1反应Ⅲ:S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH3=-297 kJ·ml-1反应Ⅱ的热化学方程式: 。
[解析] (1)根据图像,可得反应Ⅱ的化学方程式为3SO2(g)+ 2H2O(g) = 2H2SO4(l)+S(s),根据盖斯定律可得ΔH=-551 kJ·ml-1+297 kJ·ml-1=-254 kJ·ml-1。
3SO2(g)+2H2O(g) = 2H2SO4(l)+S(s) ΔH=-254 kJ·ml-1
(2)已知:TiO2(s)+2Cl2(g) = TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+175.4 kJ·ml-12C(s)+O2(g) = 2CO(g) ΔH2=-220.9 kJ·ml-1沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式: 。
[解析] (2)沸腾炉中的反应为TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g) = TiCl4(g)+2CO(g),根据盖斯定律,已知两式相加即可。
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) = TiCl4(g)+2CO(g) ΔH=-45.5 kJ·ml-1
(3)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为 、 。
H2S(g) = H2(g)+S(s) ΔH=+20 kJ·ml-1
【规律小结】 书写热化学方程式的“四注意”(1)热化学方程式中需注明各物质的聚集状态,在方程式后面注明热量变化,吸热反应的ΔH>0,放热反应的ΔH<0。(2)ΔH是一定温度和压强下的反应热,在 25 ℃、101 kPa下测定的ΔH可不注明温度和压强。(3)热化学方程式中的化学计量数表示物质的物质的量,可以是整数也可以是分数,化学计量数改变时,ΔH会相应改变。(4)正反应和逆反应的ΔH数值相等,符号相反。
考点三 燃烧热 中和反应反应热的测定 能源
[微点拨1] 理解燃烧热的注意事项(1)对于燃烧热,由于反应放热是确定的,所以文字描述时可不带“-”,但其焓变为负值。(2)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 ml。(3)物质完全燃烧生成的指定产物示例:H→H2O(l),C→CO2(g),S→SO2(g),N→N2(g)。
2. 中和反应反应热的测定
(3)实验装置简易量热计示意图
[微点拨2] 实验中的注意事项①隔热层及杯盖的作用是保温、隔热,减少热量损失。②为保证酸完全中和,常采用碱稍稍过量(0.50 ml·L-1 盐酸、0.55 ml·L-1 NaOH溶液等体积混合)。③实验时不能用铜质搅拌器代替玻璃搅拌器的理由是铜导热性好,比用玻璃搅拌器误差大。(4)实验结论在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 ml H2O(l)时放出57.3 kJ的热量。
(2)解决能源问题的措施①提高能源的利用效率:a.改善开采、运输、加工等各个环节;b.科学控制燃烧反应,使燃料充分燃烧。②开发新能源:开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)1 ml H2燃烧放出的热量为氢气的燃烧热( )(2)1 ml 硫完全燃烧生成SO3所放出的热量为硫的燃烧热( )
[解析] (2)1 ml S完全燃烧生成SO2(g)时所放出的热量为硫的燃烧热。
[解析] (1)氢气的燃烧热是指101 kPa时1 ml H2完全燃烧生成液态水时放出的热量。
(3)1 ml N2H4(肼)与足量氧气反应生成NO和液态水所放出的热量是肼的燃烧热( )(4)根据2H2(g)+O2(g) = 2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·ml-1 可知氢气的燃烧热为571.6 kJ·ml-1( )
[解析] (4)热化学方程式中H2的化学计量数为2,燃烧热对应1 ml 可燃物,因此氢气的燃烧热为285.8 kJ·ml-1。
[解析] (3)1 ml N2H4完全燃烧生成N2(g)和液态水时所放出的热量是肼的燃烧热。
(5)稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 ml H2O(l),放出57.3 kJ热量( )(6)煤、石油、天然气等燃料的最初来源都可追溯到太阳能( )
[解析] (6)地球上矿物燃料都由太阳能转化而来。
[解析] (5)醋酸是弱酸,电离过程需要吸热,生成1 ml H2O(l)时放出的热量小于57.3 kJ。
2.下列关于热化学反应的描述正确的是( )A.已知H+(aq)+OH-(aq) = H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1,用含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸反应测出的上述中和反应反应热为28.65 kJ·ml-1B.CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0 kJ·ml-1,则反应2CO2(g) = 2CO(g)+O2(g)的ΔH=+(2×283.0) kJ·ml-1C.1 ml甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热D.测定中和反应反应热的实验中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器对实验结果没有影响
[解析] 该中和反应是以生成1 ml H2O(l)作为标准的,A项错误;B项正确;有水生成的燃烧反应,必须按液态水计算燃烧热,C项错误;相较于玻璃搅拌器,铁质搅拌器导热快,会造成热量损失,对实验结果有影响,D项错误。
2.乙烷和乙烯燃烧以及乙烯与水反应转化为乙烷的热化学方程式如下:2C2H6(g)+7O2(g) = 4CO2(g)+6H2O(l) ΔH1=-3120 kJ·ml-1C2H4(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1411 kJ·ml-17C2H4(g)+4H2O(l) = 6C2H6(g)+2CO2(g) ΔH3下列有关判断错误的是( )A.乙烷的燃烧热ΔH=-1560 kJ·ml-1B.相同条件下,等体积乙烷和乙烯完全燃烧时,乙烯放出的热量少C.1 ml乙烯完全燃烧生成气态产物时,放出的热量小于 1411 kJD.ΔH3=+517 kJ·ml-1
[解析] 燃烧热是指在101 kPa时,1 ml纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,结合热化学方程式可知,乙烷的燃烧热ΔH=-1560 kJ·ml-1,A正确;相同条件下等体积的气体就是等物质的量,各1 ml乙烯和乙烷完全燃烧,乙烯放出的热量为1411 kJ,乙烷放出的热量为1560 kJ,相同物质的量的乙烯和乙烷燃烧时,乙烯放热较少,B正确; 1 ml乙烯完全燃烧生成液态水时放出的热量为1411 kJ,水由液态变为气态时需要吸收能量,所以1 ml乙烯完全燃烧生成气态产物时,放出的热量小于1411 kJ,C正确;
已知:①2C2H6(g)+7O2(g) = 4CO2(g)+6H2O(l) ΔH1=-3120 kJ·ml-1,②C2H4(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1411 kJ·ml-1,由盖斯定律可知,7×②-3×①可得7C2H4(g)+4H2O(l) = 6C2H6(g)+2CO2(g) ΔH3=7ΔH2-3ΔH1=-517 kJ·ml-1,D错误。
【易错警示】 对燃烧热概念的理解及应用(1)对燃烧热概念的理解①纯物质即纯净物,可以是单质,也可以是化合物。②完全燃烧生成指定产物:可燃物中的碳元素变为CO2(g),氢元素变为H2O(l),硫元素变为SO2(g),氮元素变为N2(g)。(2)根据燃烧热计算反应放出热量:Q=n(可燃物)×|ΔH|,ΔH代表燃烧热。
题组二 中和反应反应热测定
3.关于中和反应反应热的测定实验,下列说法错误的是( )A.使用玻璃搅拌器是为了增大反应速率,减小实验误差B.为了使反应进行得更完全,可以使酸或碱适当过量C.若简易量热计不盖杯盖,生成1 ml H2O(l)时所测得中和反应反应热ΔH将偏大D.用温度计测量盐酸的起始温度后直接测量NaOH溶液的温度,其他过程无误,则测得反应热ΔH偏小
[解析] 使用玻璃搅拌器是为了增大反应速率,缩短反应时间,减少热量的散失,即可减小实验误差,A正确;为了使反应进行得更完全,可以使酸或碱适当过量,以减小实验误差,B正确;若简易量热计不盖杯盖,则增大热量的散失,测量到的热量减少,但反应放热,ΔH<0,故生成1 ml H2O(l)时所测得中和反应反应热ΔH将偏大,C正确;用温度计测量盐酸的起始温度后直接测量NaOH溶液的温度,将使反应前溶液的平均温度增大,反应中测量的最终温度减小,其他过程无误,测量到的热量减少,但反应放热,ΔH<0,则测得反应热ΔH偏大,D错误。
4.利用如图所示装置测定中和反应反应热的实验步骤如下:①用量筒量取50 mL 0.50 ml·L-1盐酸倒入内筒中,测出盐酸温度;②用另一量筒量取50 mL 0.55 ml·L-1 NaOH溶液,并用同一温度计测出其温度;③将NaOH溶液倒入内筒中,立即盖上杯盖,插入温度计,设法使溶液混合均匀,测得混合液的最高温度。回答下列问题:(1)NaOH溶液稍过量的原因是 。 (2)倒入NaOH溶液的正确操作是 。
(3)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是 。 A.用温度计小心搅拌B.揭开杯盖用玻璃棒搅拌C.轻轻地振荡烧杯D.用套在温度计上的玻璃搅拌器轻轻地搅拌
(4)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、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] (4)稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离,它们的中和反应反应热相同,稀氨水中的溶质是弱电解质,它与盐酸的反应中,一水合氨的电离要吸收热量,故反应热的数值要小一些。
ΔH1=ΔH2<ΔH3
(5)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反应后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1 ml H2O(l)时,所释放的热量称为中和热。为了计算中和热,某学生实验记录数据如下:依据该学生的实验数据计算,该实验测得的中和热ΔH= (结果保留一位小数)。
-51.8 kJ·ml-1
题组三 能源的开发与利用
5.[2024·山东枣庄八中阶段考] “节约集约利用资源,倡导绿色简约生活”,下列行为不符合以上主题的是( )A.开发太阳能、水能、风能、可燃冰等新能源,减少使用煤、石油等化石燃料B.实现能源的清洁利用,开发新能源C.更新采煤、采油技术,提高产量以满足工业生产的快速发展D.落实“3R”发展观,即减少资源消耗、增加资源的重复使用、资源的循环再生
[解析] 煤、石油等化石燃料是不可再生能源,且使用时会产生环境污染,所以开发太阳能、水能、风能、可燃冰等新能源,有利于保护自然资源,保护人类生存环境,A正确;实现能源的清洁利用,开发新能源,有利于节约自然资源,保护环境,B正确;更新采煤、采油技术,提高产量,会造成自然资源的过量开采、过量使用,不利用保护自然资源和环境,C错误;减少资源消耗、增加资源的重复使用、资源的循环再生,有利于节约资源,提高资源的利用率,D正确。
6.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是( )A.H2O的分解反应是放热反应B.氢能源已被普遍使用C.2 ml 液态H2O具有的能量低于2 ml H2(g)和1 ml O2(g)的总能量D.氢气不易储存和运输,无开发利用价值
[解析] 2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g)是吸热反应,说明2 ml 液态H2O的总能量低于2 ml H2(g)和1 ml O2(g)的总能量。因由水制取H2耗能多且H2不易储存和运输,所以氢能源并未普及,但发展前景广阔。
(1)内容对于一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的。即化学反应的反应热只与反应体系的 有关,而与 无关。如:由反应物A生成产物B可以设计如下两条途径,则ΔH、ΔH1、ΔH2的关系可以表示为 。
(3)应用①根据盖斯定律计算反应热(虚拟路径法)
-283 kJ·ml-1
②根据盖斯定律书写热化学方程式(加和法)根据已知热化学方程式,运用加减运算法转化为目标热化学方程式。
(1)吸、放热反应过程中,比较吸收或放出热量(Q)的大小时,只比较数值大小,但比较ΔH大小时,必须带上“+”“-”比较,对于放热反应,放热越多,ΔH越 ;对于吸热反应,吸热越多,ΔH越 。
(2)比较化学反应ΔH大小的方法①吸热反应的ΔH 放热反应的ΔH。 ②同一反应,生成物状态不同时A(g)+B(g) = C(g) ΔH1<0A(g)+B(g) = C(l) ΔH2<0因为C(g) = C(l) ΔH3 0,且ΔH3= (用ΔH1、ΔH2表示),所以ΔH2 ΔH1。
③同一反应,反应物状态不同时S(g)+O2(g) = SO2(g) ΔH1<0S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH2<0因为S(g) = S(s) ΔH3 0,且ΔH3= (用ΔH1、ΔH2表示),所以ΔH1 ΔH2。
[解析] (2)1 g H2燃烧生成0.5 ml H2O(g)放出热量为0.5a kJ。
[解析] (1)一个反应的ΔH大小只与反应体系的始态和终态有关,与途径无关。
[解析] (4) ,ΔH2+ΔH3=ΔH1,则ΔH3=ΔH1-ΔH2,又因ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。
题组一 盖斯定律的应用
1.[2022·重庆卷] “千畦细浪舞晴空”,氮肥保障了现代农业的丰收。为探究(NH4)2SO4的离子键强弱,设计如图所示的循环过程,可得ΔH4/(kJ·ml-1)为( )A.+533B.+686C.+838D.+1143
[解析] (1)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。
(3)[2023·全国乙卷节选] 已知下列热化学方程式(2x=7+y):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。
[解析] (3)由盖斯定律知,ΔH=ΔH1+ΔH3-2ΔH2,则ΔH=(a+c-2b) kJ·ml-1。
【方法技巧】 利用盖斯定律计算反应热的思维模型(1)利用盖斯定律计算反应热的三个步骤
(2)运用盖斯定律的三个注意事项①热化学方程式乘以某一个数时,反应热的数值必须也乘上该数。②热化学方程式相加减时,物质之间相加减,反应热也必须相加减。③将一个热化学方程式颠倒时,ΔH的“+”“-”随之改变,但数值不变。
题组二 反应热大小的比较
3.相同温度和压强下,关于反应的ΔH,下列判断正确的是( )A.ΔH1>0,ΔH2>0B.ΔH3=ΔH1+ΔH2C.ΔH1>ΔH2,ΔH3>ΔH2D.ΔH2=ΔH3+ΔH4
[解析] 环己烷比环己烯、环己二烯稳定,则环己烷能量低,ΔH1<0,ΔH2<0,A项错误;根据反应方程式,结合盖斯定律,ΔH3=ΔH2+ΔH4,B项错误;将反应2减去反应1,得 (g)+H2(g) → (g) ΔH=ΔH2-ΔH1,由于环己烯比环己二烯稳定,则ΔH2-ΔH1<0,即ΔH2 <ΔH1,同理,将反应3减去反应2,得反应4: (g)+H2(g) → (g) ΔH4=ΔH3-ΔH2, 比 稳定,则ΔH3-ΔH2>0,即ΔH3>ΔH2,C项正确;根据盖斯定律,ΔH2=ΔH3-ΔH4,D项错误。
[解析] 等量H2(g)完全燃烧生成H2O(l)放出的热量比生成H2O(g)放出的热量多,则有ΔH1>ΔH2,A错误;等量S(g)具有的能量高于S(s)具有的能量,等量S(g)反应放出热量比S(s)反应放出的热量多,则有ΔH2>ΔH1,B正确;等量C(s)完全燃烧生成CO2(g)放出的热量比生成CO(g)放出的热量多,则有ΔH1>ΔH2,C错误;HCl(g)分解生成H2(g)和Cl2(g)是吸热反应,H2(g)和Cl2(g)生成HCl(g)是放热反应,则有ΔH1>ΔH2,D错误。
【规律小结】 反应热大小比较(1)看物质状态。物质的气、液、固三态转化时的能量变化如下:(2)看ΔH的符号。比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。(3)看化学计量数。当反应物与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。(4)看反应的程度。对于可逆反应,反应的程度越大,热量变化越大。
1. [2022·浙江卷] 标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表: 可根据HO(g)+HO(g) = H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·ml-1。下列说法不正确的是( )A.H2的键能为436 kJ·ml-1B.O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍C.解离氧氧单键所需能量:HOO
2. [2021·浙江卷] 已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表:则2O(g) = O2(g)的ΔH为( )A.428 kJ·ml-1 B.-428 kJ·ml-1 C.498 kJ·ml-1D.-498 kJ·ml-1
[解析] 反应2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g)的ΔH=2E(H—H)+E(O = O)-4E(H—O)=-482 kJ·ml-1,则2×436 kJ·ml-1+E(O = O)-4×463 kJ·ml-1=-482 kJ·ml-1,解得E(O = O)为498 kJ·ml-1,2个氧原子结合生成氧气的过程需要释放能量,因此2O(g) = O2(g)的ΔH=-498 kJ·ml-1。
3. (1)[2023·山东卷节选] 一定条件下,水气变换反应CO+H2O ⇌ CO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:Ⅰ.HCOOH ⇌ CO+H2O(快)Ⅱ.HCOOH ⇌ CO2+H2(慢)一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
[解析] (1)根据盖斯定律,反应Ⅱ-反应Ⅰ=水气变换反应,故水气变换反应的焓变ΔH=ΔH2-ΔH1。
(2)[2023·浙江卷节选] 水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g) ⇌ CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·ml-1该反应分两步完成:3Fe2O3(s)+CO(g) ⇌ 2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·ml-12Fe3O4(s)+H2O(g) ⇌ 3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2= kJ·ml-1。
[解析] (2)对热化学方程式进行编号:①CO(g)+H2O(g) ⇌ CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·ml-1;②3Fe2O3(s)+CO(g) ⇌ 2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·ml-1;③2Fe3O4(s)+H2O(g) ⇌ 3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2。根据盖斯定律可知,③=①-②,则ΔH2=ΔH-ΔH1=(-41.2 kJ·ml-1)-(-47.2 kJ·ml-1)=+6.0 kJ·ml-1。
[解析] (1)根据盖斯定律可得,①+②+2×③可得反应CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l) = Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g),则ΔH4=ΔH1+ΔH2+2ΔH3=(-65.17 kJ·ml-1)+(-16.73 kJ·ml-1)+2×(-415.0 kJ·ml-1)=-911.9 kJ·ml-1。
(2)[2022·全国乙卷节选] 已知下列反应的热化学方程式:①2H2S(g)+3O2(g) = 2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1036 kJ·ml-1②4H2S(g)+2SO2(g) = 3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=+94 kJ·ml-1③2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH3=-484 kJ·ml-1计算H2S热分解反应④2H2S(g) = S2(g)+2H2(g)的ΔH4= kJ·ml-1。
1. 依据图示关系,下列说法不正确的是 ( )A.石墨燃烧是放热反应B.1 ml C(石墨,s)和1 ml CO(g)分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多C.C(石墨,s)+CO2(g) = 2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2D.化学反应的ΔH,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
[解析] 燃烧反应都是放热反应,A项正确;从题图可知,1 ml石墨和1 ml CO完全燃烧,分别放出393.5 kJ、283 kJ的热量,B项正确;
根据盖斯定律可知,反应热与反应过程无关,只与反应的始态和终态有关,D项正确。
2. 已知:①2CH3OH(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+4H2O(l) ΔH1②2CO(g)+O2(g) = 2CO2(g) ΔH2③2H2(g)+O2(g) = 2H2O(l) ΔH3④2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH4⑤CO(g)+2H2(g) = CH3OH(g) ΔH5下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )A.ΔH1>0,ΔH2<0B.ΔH3>ΔH4C.ΔH1=ΔH2+2ΔH3-ΔH5D.2ΔH5+ΔH1<0
[解析] 甲醇燃烧是放热反应,ΔH1<0,A项错误;H2O(g) = H2O(l),放出热量,反应③放出的热量比反应④多,ΔH3<ΔH4,B项错误;根据盖斯定律,ΔH1=ΔH2+2ΔH3-2ΔH5,C项错误;2CO(g)+4H2(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=2ΔH5+ΔH1,相当于CO、H2的燃烧,均为放热反应,D项正确。
3. “钙基固硫”是将煤中的硫元素以CaSO4的形式固定,而煤炭燃烧过程中产生的CO又会发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,导致脱硫效率降低。某温度下,反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2),则下列反应过程的能量变化示意图正确的是( )反应Ⅰ:CaSO4(s)+CO(g) ⇌ CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH1=+218.4 kJ·ml-1反应Ⅱ:CaSO4(s)+4CO(g) ⇌ CaS(s)+4CO2(g) ΔH2=-175.6 kJ·ml-1
A B C D
[解析] 反应Ⅰ为吸热反应,说明反应Ⅰ生成物的总能量比反应物的总能量高,排除B、C选项;反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2),说明反应Ⅰ的活化能较小,反应Ⅱ的活化能较大,排除D选项,选项A正确。
4. (1)氨热分解法制氢气,一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。相关化学键的键能数据:反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH= kJ·ml-1。
[解析] (1)ΔH=6E(N—H)-E( )-3E(H—H)=6×390.8 kJ·ml-1-946 kJ·ml-1-3×436.0 kJ·ml-1=+90.8 kJ·ml-1。
(2)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:a)CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g) ΔH1b)CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH2c)CH4(g) ⇌ C(s)+2H2(g) ΔH3d)2CO(g) ⇌ CO2(g)+C(s) ΔH4e)CO(g)+H2(g) ⇌ H2O(g)+C(s) ΔH5根据盖斯定律,反应a的ΔH1= (写出一个代数式即可)。
[解析] (2)根据题目所给出的反应方程式可知,a=b+c-e=c-d,根据盖斯定律则有ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5=ΔH3-ΔH4。
ΔH2+ΔH3-ΔH5或ΔH3-ΔH4
(3)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下表:25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为 。
6C(石墨,s)+3H2(g) = C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·ml-1
1. 下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是( )A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应B.水的汽化需要吸收能量,所以水的汽化属于吸热反应C.X(s) = Y(s)是放热反应,则Y(s)比X(s)稳定D.对于吸热反应,生成物总能量一定低于反应物总能量
[解析] 需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如铝热反应为放热反应,但该反应在高温条件下才能进行,故A错误;吸热反应属于化学反应,水汽化属于物质状态之间的转化,是物理变化,所以水的汽化不属于吸热反应,故B错误;X(s) = Y(s)是放热反应,生成物总能量低于反应物总能量,能量越低越稳定,所以Y(s)比X(s)稳定,故C正确;吸热反应的生成物总能量高于反应物总能量,故D错误。
[解析] 使用不同的催化剂,反应的活化能不同,故A正确;反应物的总能量高于生成物的总能量,为放热反应,故B错误;反应过程b中使用了催化剂,故C错误;
2. 某反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是( )A.改变催化剂,可改变该反应的活化能B.该反应为吸热反应,热效应等于ΔHC.反应过程a有催化剂参与D.在催化剂条件下,反应的活化能等于E1+E2
E1、E2分别代表反应过程中各步反应的活化能,整个反应的活化能不是各步反应活化能之和,故D错误。
3. 利用太阳光在新型复合催化剂表面实现高效分解水,其主要过程如图所示:下列说法错误的是( )A.过程Ⅱ是一个放热过程B.氢能资源丰富,属于可再生能源C.该变化过程总体的焓变值应小于0D.过程Ⅰ、Ⅱ的总反应为2H2O H2O2+H2↑
[解析] 过程Ⅱ可看成是氢原子之间成键形成H2,原子团HO之间成键形成H2O2,成键放出能量,A正确;水分解产生H2和O2,H2燃烧又能生成H2O,故氢能属于可再生能源,B正确;该过程总反应为水分解反应,水分解为吸热反应,焓变数值大于0,C错误;过程Ⅰ、Ⅱ为H2O转化为H2O2和H2,故总反应为2H2O H2O2+H2↑,D正确。
4. [2023·江苏南通调研] 催化还原NO是重要的烟气脱硝技术,其反应过程与能量关系如图甲所示;有氧条件下,Fe3+催化NH3还原NO的反应过程如图乙所示。下列说法正确的是( )A.图甲所示热化学方程式为4NH3(g)+6NO(g) = 5N2(g)+6H2O(g) ΔH=(b-a) kJ·ml-1B.图乙所示催化脱硝过程中既有极性共价键的断裂和形成,也有非极性共价键的断裂和形成C.图乙所示反应①中氧化剂与还原剂物质的量之比为2∶1D.脱硝过程中使用催化剂的目的是改变反应的焓变
[解析] 图甲所示热化学方程式为4NH3(g)+6NO(g) = 5N2(g)+6H2O(g) ΔH=正反应活化能-逆反应活化能=(a-b) kJ·ml-1,故A错误;由图乙可知,该反应过程中断裂氮氢键、氮氧键、氧氧键,形成氮氮键、氧氢键,非极性共价键为氧氧键、氮氮键,故B正确;由图乙可知,反应①的离子方程式为NH3+Fe3+ = (FeNH2)2++H+,氧化剂为Fe3+,还原剂为NH3,则氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1,故C错误;催化剂不能改变反应的焓变,则脱硝过程中使用催化剂的目的不是改变反应的焓变,故D错误。
5. [2024·河北唐山一模] 1,2-丙二醇(CH2OHCHOHCH3)单分子解离反应相对能量如图所示,路径包括碳碳键断裂解离和脱水过程。下列说法正确的是( )A.解离过程中,断裂a处碳碳键比b处碳碳键所需能量高B.1,2-丙二醇单分子脱水过程均为吸热反应C.从能量的角度分析,TS1、TS2、TS3、TS4四种路径中TS4路径的速率最慢D.脱水生成的四种产物中,CH3C(OH) = CH2最稳定
1,2-丙二醇具有的总能量高于CH3COCH3和H2O具有的总能量,此过程为放热反应,B错误;图中CH2OHCHOHCH3→TS4的活化能最大,则反应速率最慢,C正确;由题图可知,脱水生成物中CH3COCH3具有的能量最低,其稳定性最强,D错误。
考点二 燃烧热 中和反应反应热的测定 热化学方程式
7. [2023·湖南雅礼中学模拟] 25 ℃时,一些烷烃的燃烧热如下表:下列表达正确的是( )A.乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)+7O2(g) = 4CO2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 560.8 kJ·ml-1B.稳定性:正丁烷>异丁烷C.正戊烷的燃烧热大于2 878.0 kJ·ml-1D.相同质量的烷烃,碳的质量分数越大,燃烧放出的热量越多
[解析] 1 ml C2H6(g)燃烧生成H2O(g),放出的热量要小于1 560.8 kJ,A错误;由表中燃烧热数据可知,1 ml正丁烷、异丁烷分别完全燃烧时,正丁烷放出的热量多,说明等量的两种物质,正丁烷具有的能量高于异丁烷,则异丁烷更稳定,B错误;由表中数据可知,碳原子数越多,烷烃的燃烧热越大,正丁烷的燃烧热为2 878.0 kJ·ml-1,故正戊烷的燃烧热大于2 878.0 kJ·ml-1,C正确;由表中数据分析可知,相同质量的烷烃,碳的质量分数越大,燃烧放出的热量越少,D错误。
8. [2023·浙江宁波十校联考] 测定中和反应反应热的简易装置如图所示,下列有关该实验的说法中不正确的是( )A.测定中和反应的反应热时,不能选用NaOH溶液和浓硫酸B.相同条件下,NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的反应热不相同C.实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度D.玻璃搅拌器上下搅拌有助于反应充分,隔热层起保温作用
[解析] 浓硫酸稀释时放出大量的热,选用NaOH溶液和浓硫酸进行实验,反应放出的热量偏高,A正确;盐酸、硝酸都是强酸,与NaOH溶液反应的实质都是OH-+H+ = H2O,故反应热相同,B错误;实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度,根据Q=cmΔt计算反应热,C正确;玻璃搅拌器上下搅拌,使溶液充分混合,有助于反应充分,隔热层起保温、隔热作用,防止热量散失,D正确。
9. 已知:①H2O(g) = H2O(l) ΔH=-Q1 kJ·ml-1;②C2H5OH(g) = C2H5OH(l) ΔH=-Q2 kJ·ml-1;③C2H5OH(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-Q3 kJ·ml-1 。下列判断正确的是( )A.酒精的燃烧热ΔH=-Q3 kJ·ml-1B.由③可知1 ml C2H5OH(g)的能量高于2 ml CO2(g)和3 ml H2O(g)的总能量C.H2O(g)→H2O(l)释放出了热量,所以该过程为放热反应D.23 g液体酒精完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),释放热量为(0.5Q3-0.5Q2+1.5Q1) kJ
[解析] 根据盖斯定律,由①×3+③-②可得:C2H5OH(l)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=[Q2-(3Q1+Q3)] kJ·ml-1,根据燃烧热的定义,酒精的燃烧热ΔH=[Q2-(3Q1+Q3)] kJ·ml-1,A错误。反应③是放热反应,反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量,不能判断某种物质具有的能量高低,B错误。H2O(g)→H2O(l)释放出热量,该过程是物理变化,不属于放热反应,C错误。根据A项分析,23 g液体酒精的物质的量为0.5 ml,故完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),释放热量为0.5 ml×(3Q1-Q2+Q3) kJ·ml-1=(0.5Q3-0.5Q2+1.5Q1) kJ,D正确。
10. 以CO和H2为原料合成甲醇是工业上的成熟方法,直接以CO2为原料生产甲醇是目前的研究热点。我国科学家用CO2人工合成淀粉时,第一步就需要将CO2转化为甲醇。已知:①CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g) ΔH1=-90.5 kJ·ml-1②CO(g)+H2O(g) ⇌ CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·ml-1③2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH3=-483.6 kJ·ml-1下列说法不正确的是 ( )A.若温度不变,反应①中生成1 ml CH3OH(l)时,放出的热量大于90.5 kJB.CO2与H2合成甲醇的热化学方程式为 CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.4 kJ·ml-1C.通过电解制H2和选用高效催化剂,可降低CO2与H2合成甲醇反应的焓变D.以CO2和H2O为原料合成甲醇,同时生成O2,该反应需要吸收能量
[解析] 1 ml CH3OH(g)的能量高于1 ml CH3OH(l),反应物的总能量相同,根据能量守恒定律,若温度不变,反应过程中生成1 ml CH3OH(l)时,放出的热量大于90.5 kJ,故 A正确;根据盖斯定律,①—②得CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2=(-90.5 kJ·ml-1)-(-41.1 kJ·ml-1)=-49.4 kJ·ml-1,故B正确;催化剂可降低CO2与H2合成甲醇反应的活化能,但不改变反应的焓变,故C错误;由B项分析可知,反应④CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH4=-49.4 kJ·ml-1,根据盖斯定律④×2-③×3得2CO2(g)+4H2O(g) ⇌ 2CH3OH(g)+3O2(g) ΔH=2ΔH4-3ΔH3=(-49.4 kJ·ml-1)×2-(-483.6 kJ·ml-1)×3=+1352 kJ·ml-1>0,则该反应需要吸收能量,故D正确。
11. [2024·湖北黄冈中学调研] 已知:①1.00 g CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出55.6 kJ热量;②2.00 g C2H2完全燃烧生成液态水和CO2,放出99.6 kJ热量。下列说法中不正确的是( )A.CH4的燃烧热为ΔH1=-889.6 kJ·ml-1,C2H2的燃烧热为ΔH2=-1 294.8 kJ·ml-1B.CH4和C2H2的燃烧热大小关系:ΔH1>ΔH2C.等量的C2H2完全燃烧生成水蒸气和CO2放出的热量比生成液态水和CO2放出的热量多D.分别燃烧等物质的量的CH4和C2H2生成液态水和CO2,C2H2放出的热量多
12. 12.298 K、101 kPa时,根据6C(石墨,s)+3H2(g) = C6H6(苯,l)设计的反应路径如下:上述条件下石墨、氢气、苯的燃烧热依次为ΔH(石墨)、ΔH(H2)、ΔH(C6H6),下列说法正确的是( )A.6×ΔH(石墨)+3×ΔH(H2)=ΔH2B.C6H6的能量一定高于CO2和H2O(l)的能量C.1 ml C6H6(苯,g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)的ΔH>ΔH3D.ΔH1=ΔH2+ΔH3
考点三 盖斯定律 反应热的计算
C6H6(苯,g)是气态,能量要高于C6H6(苯,l),1 ml C6H6(苯,g)燃烧时放出的能量要高,但是ΔH要更小,故1 ml C6H6(苯,g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)的ΔH<ΔH3,C错误;由题中图像,结合盖斯定律的原理,有ΔH2=ΔH1+ΔH3,D错误。
13. [2024·安徽皖优联盟联考] 已知ΔH2、ΔH3、ΔH5对应的反应中O2(g)已略,且ΔH2>ΔH5。下列说法正确的是( )A.ΔH1>0B.ΔH3的值是CH3CH2CH2CH3(g)的燃烧热C.ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4D.稳定性:正丁烷>异丁烷
[解析] ΔH2、ΔH5分别表示异丁烷与正丁烷的燃烧热,因ΔH2>ΔH5,则燃烧1 ml两种物质时,前者释放的热量比后者少,据此可知正丁烷转化为异丁烷是放热反应,ΔH1<0,A错误;燃烧热是1 ml纯物质完全燃烧生成指定产物时放出的热量,含H元素的物质燃烧生成的指定产物为液态水,故ΔH3的值不是正丁烷的燃烧热,B错误;ΔH1+ΔH2和ΔH3+ΔH4的始态和终态相同,由盖斯定律可知,ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4,C正确;相同条件下,能量越低越稳定,则稳定性:正丁烷<异丁烷,D错误。
14. [2023·浙江金华十校模拟] 某小组为测定NaCl晶体中离子键断裂时所需要的能量(ΔH4),设计了如图所示的转化关系,则ΔH4可表示为( )A.ΔH1+ΔH2-ΔH3-ΔH5+ΔH6B.ΔH1+ΔH2+ΔH3-ΔH5+ΔH6C.ΔH1+ΔH2+ΔH3-ΔH5-ΔH6D.ΔH3+ΔH5-ΔH1-ΔH2-ΔH6
[解析] 设ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4、ΔH5、ΔH6对应的过程分别为1、2、3、4、5、6。由题图可知,氯化钠和溴化钠固体通过过程1、2、6得到的微粒和通过过程3、4、5得到的微粒都是Na+(g)、Br-(aq)、Na+(aq)、Cl-(aq),故两部分的反应热相同,则有ΔH3+ΔH4+ΔH5=ΔH1+ΔH2+ΔH6,即ΔH4=ΔH1+ΔH2-ΔH3-ΔH5+ΔH6。
-(b-a) kJ·ml-1
(2)工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。已知:CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·ml-1CH3OCH3(g)+H2O(g) ⇌ 2CH3OH(g) ΔH2=+23.4 kJ·ml-1则2CO2(g)+6H2(g) ⇌ CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3= kJ·ml-1。
[解析] (2)根据盖斯定律分析,①CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·ml-1,②CH3OCH3(g)+H2O(g) ⇌ 2CH3OH(g) ΔH2=+23.4 kJ·ml-1,由①×2-②得2CO2(g)+6H2(g) ⇌ CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3=(-53.7 kJ·ml-1)×2-23.4 kJ·ml-1=-130.8 kJ·ml-1。
化学反应与能量包括化学能与热能、化学能与电能两部分,这两部分内容理论性强且均属于中学化学的核心知识,是高考试题中必考的知识点,考查的层次相对较高、难度相对较大,复习中应注意解决好如下几个方面的问题:1.把握常考热点,提高复习的针对性。化学反应与热能部分的考查点主要有①根据热化学方程式中ΔH与键能的关系求算某一化学键的键能或给出化学键键能求算某一反应的ΔH;②根据几个已知热化学方程式,利用盖斯定律书写某指定反应的热化学方程式或求该反应的反应热或反应热间的关系、活化能(或能垒),ΔH大小比较等;③利用物质能量图或能垒变化图判断反应的热效应或反应的自发性等。
化学能与电能部分常以新型二次电池为素材来考查原电池、电解池的工作原理,以及工作中电极周围的变化,电解质溶液的变化等。另外近几年有关电解池在污水治理、物质制备以及环境保护等方面应用的试题开始频频出现。因此复习过程中,一方面要通过对上述相应基础知识的重组、整合,形成知识网络;另一方面选题时应侧重电化学原理在新问题情境中的应用,训练学生的思维,培养与提高学生解决实际问题的能力。
2.总结规律技巧、突破难点与易混点。利用盖斯定律求反应热、电极反应式(尤其是新型原电池)的书写、电极产物种类的判断与数量的计算等是本单元知识的几个难点;电化学装置在工作时,阴离子、阳离子或质子交换膜的作用,特殊电解质条件下电极反应式的书写或正误判断,电子流动方向、离子移动方向、可能的电解产物(H2、O2)以及对应的电极种类等是本单元知识的几个易混点。复习中可通过列表对比、归纳总结、谐音记忆等方法突破上述难点、攻克易混点。二、课时安排本单元共3讲,建议8课时完成,其中6课时用于在课堂上互动式完成第26~28讲,2课时进行测试及讲评。
第26讲 化学反应的热效应
考点一 焓变与反应热考点二 热化学方程式考点三 燃烧热 中和反应反应热的测定 能源考点四 盖斯定律经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
1. 化学反应的实质与特征
(1)体系、环境与热量
3. 吸热反应与放热反应
(1)从能量变化角度分析物质能量变化与反应焓变的关系:ΔH=E(生成的总能量)-E(反应物的总能量)。
(2)从化学键变化角度分析利用键能计算反应焓变(ΔH):ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和。
(3)常见的吸热反应和放热反应
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)放热反应在任何条件下都可以发生,吸热反应不加热就不能发生( )(2)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( )
[解析] (2)焓变与反应条件无关,所以同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同。
[解析] (1)有的放热反应的发生也需要加热,如铝热反应;有的吸热反应不加热也能发生,如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
(3)可逆反应的ΔH表示完全反应时的能量变化,与反应是否可逆无关( )(4)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( )(5)H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g) ΔH的“每摩尔反应”表示1 ml H2(g)与1 ml Cl2(g)反应生成2 ml HCl(g)( )
[解析] (3)反应的ΔH表示完全反应时的能量变化,与方程式中的化学计量数有关,与反应是否可逆无关。
(6)物质发生化学变化都伴有能量变化,伴有能量变化的物质变化都是化学变化( )
[解析] (6)任何化学反应都伴随着能量的变化,但物质的状态变化也伴随能量变化,而物质的状态变化属于物理变化。
2.[2024·辽宁六校联考] 如下图所示,有关化学反应和能量变化的说法正确的是( )A.图甲表示吸热反应,图乙表示放热反应B.图乙中反应物的总键能大于生成物的总键能C.图甲可以表示盐酸与碳酸氢钠反应的能量变化D.图乙可以表示Mg与盐酸反应的能量变化
[解析] 图甲反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,图乙反应物总能量小于生成物总能量,为吸热反应,A错误;图乙表示吸热反应,说明反应物总键能大于生成物总键能,B正确;图甲表示放热反应,盐酸与碳酸氢钠反应为吸热反应,C错误;图乙表示吸热反应,镁与盐酸反应为放热反应,D错误。
题组一 焓变和反应热概念的理解及应用
1.下图为碳酸钙的热分解示意图,下列说法中错误的是( )A.CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量B.该反应的焓变大于零C.该反应中有离子键断裂也有共价键断裂,化学键断裂吸收能量,化学键形成放出能量D.由该反应可推出凡是需要加热才能发生的反应均为吸热反应
2.在25 ℃和101 kPa下,根据如图所示的H2(g)和Cl2(g)反应生成HCl(g)过程中能量变化情况,判断下列说法错误的是( )A.1 ml H2(g)和1 ml Cl2(g)生成2 ml HCl(g)的反应热ΔH=+183 kJ·ml-1B.2 ml气态氢原子结合生成H2(g)时,能放出436 kJ能量C.断裂1 ml HCl(g)分子中的化学键,需要吸收431 kJ能量D.1 ml H2(g)和1 ml Cl2(g)具有的总能量比2 ml HCl(g)具有的总能量高
[解析] 由题干信息可知,1 ml H2(g)和1 ml Cl2(g)生成2 ml HCl(g)的反应热为ΔH=436 kJ·ml-1+243 kJ·ml-1-2×431 kJ·ml-1=-183 kJ·ml-1,A错误;断开1 ml H—H需要吸收436 kJ的能量,故2 ml气态氢原子结合生成H2(g)时,能放出436 kJ能量,B正确;断裂1 ml HCl(g)分子中的化学键,需要吸收431 kJ能量,C正确;由A项分析可知,该反应为放热反应,故该反应中反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量,D正确。
题组二 化学反应中能量变化的图像
3.[2023·浙江卷] 标准状态下,气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g) 和Cl2(g)的相对能量为0],下列说法不正确的是 ( )A.E6-E3=E5-E2B.可计算Cl—Cl键能为2(E2-E3) kJ·ml-1C.相同条件下,O3的平衡转化率:历程Ⅱ>历程ⅠD.历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的热化学方程式为ClO(g)+O(g) = O2(g)+Cl(g) ΔH=(E5-E4) kJ·ml-1
[解析] 历程Ⅰ是O3和O生成O2,历程Ⅱ是O3和O在Cl为催化剂条件下生成O2,催化剂的使用并不能改变ΔH,A项正确;两个历程中反应物能量相差(E2-E3) kJ·ml-1,已知Cl2(g)的相对能量为0,则1 ml Cl—Cl键能为2(E2-E3) kJ·ml-1,B项正确;催化剂的使用不能改变反应的平衡转化率,C项错误;反应速率最快的一步反应,即活化能最小的一步反应,结合图像可知为历程Ⅱ的第2步,D项正确。
4.铋基催化剂对CO2电化学还原制取HCOOH具有高效的选择性。其反应过程与能量变化如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用“*”标注。
(1)使用Bi、Bi2O3两种催化剂哪个更有利于CO2的吸附? 。简述判断依据: 。 (2)CO2电化学还原制取HCOOH的反应ΔH (填“>”“<”或“=”)0。
使用Bi2O3催化剂时,相对能量减小得多,趋于更稳定状态
(3)使用Bi催化剂时,最大能垒是 ,使用Bi2O3催化剂时,最大能垒是 。
【规律小结】 正确理解活化能与反应热的关系①E1为正反应活化能,E2为逆反应活化能,ΔH=E1-E2。②催化剂能降低反应所需的活化能,但不影响焓变的大小。
表明反应所 的热量的化学方程式。
3. 热化学方程式的书写方法
一般情况下,单质、氧化物、酸、碱和盐的转化关系可简单表示如下:
(1)热化学方程式不标“↑”“↓”,但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。(2)热化学方程式的化学计量数表示物质的量,可以是整数,也可以是分数,其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。(3)ΔH应包括“+”或“-”、数值和单位(kJ·ml-1)。(4)正、逆反应ΔH的数值相等、符号相反。
(5)可逆反应的ΔH表示完全反应的热量变化,与反应是否可逆无关。如N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1,表示在 101 kPa、25 ℃时,1 ml N2(g)和3 ml H2(g)完全反应生成2 ml NH3(g)时放出92.4 kJ 的热量。(6)同素异形体之间转化的热化学方程式除了注明物质的聚集状态外,还要注明名称。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(ΔH的绝对值均正确)(1)CH4(g)+2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ( )(2)NaOH(aq)+HCl(aq) = NaCl(aq)+H2O ΔH=+57.3 kJ·ml-1( )(3)S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH=+296.8 kJ·ml-1( )
[解析] (2)水未注明聚集状态,且酸碱中和反应ΔH<0。
[解析] (1)反应热的单位应该是kJ·ml-1。
[解析] (3)燃烧反应是放热反应,ΔH<0。
[解析] (6)能量越低,物质越稳定。
2.(1)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物,放出22.67 kJ的热量,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和液态水时,放出33.4 kJ的热量,则表示肼燃烧热的热化学方程式为 。
N2H4(g)+O2(g) = N2(g)+2H2O(l) ΔH=-534.4 kJ·ml-1
(3)1 ml NO2(g)和1 ml CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中能量变化示意图如图所示,请写出NO2和CO反应的热化学方程式: 。
[解析] (3)由题给信息可知,反应物:NO2(g)+CO(g),生成物:CO2(g)+NO(g);反应物→过渡态的E1=134 kJ·ml-1,过渡态→生成物的E2=368 kJ·ml-1,则反应NO2(g)+CO(g) = CO2(g)+NO(g)的ΔH=134 kJ·ml-1-368 kJ·ml-1=-234 kJ·ml-1。
NO2(g)+CO(g) = CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·ml-1
题组一 热化学方程式的正误判断
1.碳和水蒸气反应生成1 ml H2和1 ml CO,吸收131.3 kJ热量,该反应的热化学方程式是( )A.C(s)+H2O(l) = H2(g)+CO(g) ΔH=-131.3 kJ·ml-1B.C(s)+H2O(g) = H2(g)+CO(g) ΔH=-131.3 kJ·ml-1C.C(s)+H2O(g) = H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·ml-1D.C(s)+H2O(l) = H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·ml-1
[解析] 碳和水蒸气反应生成1 ml H2和1 ml CO,吸收131.3 kJ热量,因此该反应的热化学方程式是C(s)+H2O(g) = H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·ml-1。
【方法技巧】 “五审”突破热化学方程式的正误判断
题组二 热化学方程式的书写
3.(1)在25 ℃和101 kPa时,Na与O2反应生成1 ml Na2O2放热510.9 kJ,写出该反应的热化学方程式: 。
[解析] (1)Na与O2反应生成1 ml Na2O2放热510.9 kJ,则热化学方程式为2Na(s)+O2(g) = Na2O2(s) ΔH = -510.9 kJ·ml-1。
2Na(s)+O2(g) = Na2O2(s) ΔH=-510.9 kJ·ml-1
(2)1 ml葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),放出2804 kJ热量。25 ℃时,CO2(g)与H2O(l)经光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的热化学方程式为 。
[解析] (2)1 ml葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出2804 kJ的热量,则热化学方程式为C6H12O6(s)+6O2(g) = 6CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-2804 kJ·ml-1。二氧化碳和液态水经光合作用生成葡萄糖和氧气的反应为葡萄糖燃烧的逆过程,生成1 ml葡萄糖会吸收2804 kJ的热量,故热化学方程式为6CO2(g)+6H2O(l) = C6H12O6(s)+6O2(g) ΔH=+2804 kJ·ml-1。
6CO2(g)+6H2O(l) = C6H12O6(s)+6O2(g) ΔH=+2804 kJ·ml-1
(3)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 。
[解析] (3)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(TiCl4),据原子守恒推知,气体为CO,配平可得:2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) = TiCl4(l)+2CO(g)。0.1 ml Cl2反应放热4.28 kJ,则2 ml Cl2(g)反应放热85.6 kJ,据此写出热化学方程式。
2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) = TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-85.6 kJ·ml-1
(4)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g),在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式是 。
NaBH4(s)+2H2O(l) = NaBO2(s)+4H2(g) ΔH=-216 kJ·ml-1
4.(1)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:反应Ⅰ:2H2SO4(l) = 2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·ml-1反应Ⅲ:S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH3=-297 kJ·ml-1反应Ⅱ的热化学方程式: 。
[解析] (1)根据图像,可得反应Ⅱ的化学方程式为3SO2(g)+ 2H2O(g) = 2H2SO4(l)+S(s),根据盖斯定律可得ΔH=-551 kJ·ml-1+297 kJ·ml-1=-254 kJ·ml-1。
3SO2(g)+2H2O(g) = 2H2SO4(l)+S(s) ΔH=-254 kJ·ml-1
(2)已知:TiO2(s)+2Cl2(g) = TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+175.4 kJ·ml-12C(s)+O2(g) = 2CO(g) ΔH2=-220.9 kJ·ml-1沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式: 。
[解析] (2)沸腾炉中的反应为TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g) = TiCl4(g)+2CO(g),根据盖斯定律,已知两式相加即可。
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) = TiCl4(g)+2CO(g) ΔH=-45.5 kJ·ml-1
(3)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为 、 。
H2S(g) = H2(g)+S(s) ΔH=+20 kJ·ml-1
【规律小结】 书写热化学方程式的“四注意”(1)热化学方程式中需注明各物质的聚集状态,在方程式后面注明热量变化,吸热反应的ΔH>0,放热反应的ΔH<0。(2)ΔH是一定温度和压强下的反应热,在 25 ℃、101 kPa下测定的ΔH可不注明温度和压强。(3)热化学方程式中的化学计量数表示物质的物质的量,可以是整数也可以是分数,化学计量数改变时,ΔH会相应改变。(4)正反应和逆反应的ΔH数值相等,符号相反。
考点三 燃烧热 中和反应反应热的测定 能源
[微点拨1] 理解燃烧热的注意事项(1)对于燃烧热,由于反应放热是确定的,所以文字描述时可不带“-”,但其焓变为负值。(2)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 ml。(3)物质完全燃烧生成的指定产物示例:H→H2O(l),C→CO2(g),S→SO2(g),N→N2(g)。
2. 中和反应反应热的测定
(3)实验装置简易量热计示意图
[微点拨2] 实验中的注意事项①隔热层及杯盖的作用是保温、隔热,减少热量损失。②为保证酸完全中和,常采用碱稍稍过量(0.50 ml·L-1 盐酸、0.55 ml·L-1 NaOH溶液等体积混合)。③实验时不能用铜质搅拌器代替玻璃搅拌器的理由是铜导热性好,比用玻璃搅拌器误差大。(4)实验结论在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 ml H2O(l)时放出57.3 kJ的热量。
(2)解决能源问题的措施①提高能源的利用效率:a.改善开采、运输、加工等各个环节;b.科学控制燃烧反应,使燃料充分燃烧。②开发新能源:开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)1 ml H2燃烧放出的热量为氢气的燃烧热( )(2)1 ml 硫完全燃烧生成SO3所放出的热量为硫的燃烧热( )
[解析] (2)1 ml S完全燃烧生成SO2(g)时所放出的热量为硫的燃烧热。
[解析] (1)氢气的燃烧热是指101 kPa时1 ml H2完全燃烧生成液态水时放出的热量。
(3)1 ml N2H4(肼)与足量氧气反应生成NO和液态水所放出的热量是肼的燃烧热( )(4)根据2H2(g)+O2(g) = 2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·ml-1 可知氢气的燃烧热为571.6 kJ·ml-1( )
[解析] (4)热化学方程式中H2的化学计量数为2,燃烧热对应1 ml 可燃物,因此氢气的燃烧热为285.8 kJ·ml-1。
[解析] (3)1 ml N2H4完全燃烧生成N2(g)和液态水时所放出的热量是肼的燃烧热。
(5)稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 ml H2O(l),放出57.3 kJ热量( )(6)煤、石油、天然气等燃料的最初来源都可追溯到太阳能( )
[解析] (6)地球上矿物燃料都由太阳能转化而来。
[解析] (5)醋酸是弱酸,电离过程需要吸热,生成1 ml H2O(l)时放出的热量小于57.3 kJ。
2.下列关于热化学反应的描述正确的是( )A.已知H+(aq)+OH-(aq) = H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1,用含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸反应测出的上述中和反应反应热为28.65 kJ·ml-1B.CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0 kJ·ml-1,则反应2CO2(g) = 2CO(g)+O2(g)的ΔH=+(2×283.0) kJ·ml-1C.1 ml甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热D.测定中和反应反应热的实验中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器对实验结果没有影响
[解析] 该中和反应是以生成1 ml H2O(l)作为标准的,A项错误;B项正确;有水生成的燃烧反应,必须按液态水计算燃烧热,C项错误;相较于玻璃搅拌器,铁质搅拌器导热快,会造成热量损失,对实验结果有影响,D项错误。
2.乙烷和乙烯燃烧以及乙烯与水反应转化为乙烷的热化学方程式如下:2C2H6(g)+7O2(g) = 4CO2(g)+6H2O(l) ΔH1=-3120 kJ·ml-1C2H4(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1411 kJ·ml-17C2H4(g)+4H2O(l) = 6C2H6(g)+2CO2(g) ΔH3下列有关判断错误的是( )A.乙烷的燃烧热ΔH=-1560 kJ·ml-1B.相同条件下,等体积乙烷和乙烯完全燃烧时,乙烯放出的热量少C.1 ml乙烯完全燃烧生成气态产物时,放出的热量小于 1411 kJD.ΔH3=+517 kJ·ml-1
[解析] 燃烧热是指在101 kPa时,1 ml纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,结合热化学方程式可知,乙烷的燃烧热ΔH=-1560 kJ·ml-1,A正确;相同条件下等体积的气体就是等物质的量,各1 ml乙烯和乙烷完全燃烧,乙烯放出的热量为1411 kJ,乙烷放出的热量为1560 kJ,相同物质的量的乙烯和乙烷燃烧时,乙烯放热较少,B正确; 1 ml乙烯完全燃烧生成液态水时放出的热量为1411 kJ,水由液态变为气态时需要吸收能量,所以1 ml乙烯完全燃烧生成气态产物时,放出的热量小于1411 kJ,C正确;
已知:①2C2H6(g)+7O2(g) = 4CO2(g)+6H2O(l) ΔH1=-3120 kJ·ml-1,②C2H4(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1411 kJ·ml-1,由盖斯定律可知,7×②-3×①可得7C2H4(g)+4H2O(l) = 6C2H6(g)+2CO2(g) ΔH3=7ΔH2-3ΔH1=-517 kJ·ml-1,D错误。
【易错警示】 对燃烧热概念的理解及应用(1)对燃烧热概念的理解①纯物质即纯净物,可以是单质,也可以是化合物。②完全燃烧生成指定产物:可燃物中的碳元素变为CO2(g),氢元素变为H2O(l),硫元素变为SO2(g),氮元素变为N2(g)。(2)根据燃烧热计算反应放出热量:Q=n(可燃物)×|ΔH|,ΔH代表燃烧热。
题组二 中和反应反应热测定
3.关于中和反应反应热的测定实验,下列说法错误的是( )A.使用玻璃搅拌器是为了增大反应速率,减小实验误差B.为了使反应进行得更完全,可以使酸或碱适当过量C.若简易量热计不盖杯盖,生成1 ml H2O(l)时所测得中和反应反应热ΔH将偏大D.用温度计测量盐酸的起始温度后直接测量NaOH溶液的温度,其他过程无误,则测得反应热ΔH偏小
[解析] 使用玻璃搅拌器是为了增大反应速率,缩短反应时间,减少热量的散失,即可减小实验误差,A正确;为了使反应进行得更完全,可以使酸或碱适当过量,以减小实验误差,B正确;若简易量热计不盖杯盖,则增大热量的散失,测量到的热量减少,但反应放热,ΔH<0,故生成1 ml H2O(l)时所测得中和反应反应热ΔH将偏大,C正确;用温度计测量盐酸的起始温度后直接测量NaOH溶液的温度,将使反应前溶液的平均温度增大,反应中测量的最终温度减小,其他过程无误,测量到的热量减少,但反应放热,ΔH<0,则测得反应热ΔH偏大,D错误。
4.利用如图所示装置测定中和反应反应热的实验步骤如下:①用量筒量取50 mL 0.50 ml·L-1盐酸倒入内筒中,测出盐酸温度;②用另一量筒量取50 mL 0.55 ml·L-1 NaOH溶液,并用同一温度计测出其温度;③将NaOH溶液倒入内筒中,立即盖上杯盖,插入温度计,设法使溶液混合均匀,测得混合液的最高温度。回答下列问题:(1)NaOH溶液稍过量的原因是 。 (2)倒入NaOH溶液的正确操作是 。
(3)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是 。 A.用温度计小心搅拌B.揭开杯盖用玻璃棒搅拌C.轻轻地振荡烧杯D.用套在温度计上的玻璃搅拌器轻轻地搅拌
(4)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、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] (4)稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离,它们的中和反应反应热相同,稀氨水中的溶质是弱电解质,它与盐酸的反应中,一水合氨的电离要吸收热量,故反应热的数值要小一些。
ΔH1=ΔH2<ΔH3
(5)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反应后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1 ml H2O(l)时,所释放的热量称为中和热。为了计算中和热,某学生实验记录数据如下:依据该学生的实验数据计算,该实验测得的中和热ΔH= (结果保留一位小数)。
-51.8 kJ·ml-1
题组三 能源的开发与利用
5.[2024·山东枣庄八中阶段考] “节约集约利用资源,倡导绿色简约生活”,下列行为不符合以上主题的是( )A.开发太阳能、水能、风能、可燃冰等新能源,减少使用煤、石油等化石燃料B.实现能源的清洁利用,开发新能源C.更新采煤、采油技术,提高产量以满足工业生产的快速发展D.落实“3R”发展观,即减少资源消耗、增加资源的重复使用、资源的循环再生
[解析] 煤、石油等化石燃料是不可再生能源,且使用时会产生环境污染,所以开发太阳能、水能、风能、可燃冰等新能源,有利于保护自然资源,保护人类生存环境,A正确;实现能源的清洁利用,开发新能源,有利于节约自然资源,保护环境,B正确;更新采煤、采油技术,提高产量,会造成自然资源的过量开采、过量使用,不利用保护自然资源和环境,C错误;减少资源消耗、增加资源的重复使用、资源的循环再生,有利于节约资源,提高资源的利用率,D正确。
6.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是( )A.H2O的分解反应是放热反应B.氢能源已被普遍使用C.2 ml 液态H2O具有的能量低于2 ml H2(g)和1 ml O2(g)的总能量D.氢气不易储存和运输,无开发利用价值
[解析] 2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g)是吸热反应,说明2 ml 液态H2O的总能量低于2 ml H2(g)和1 ml O2(g)的总能量。因由水制取H2耗能多且H2不易储存和运输,所以氢能源并未普及,但发展前景广阔。
(1)内容对于一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的。即化学反应的反应热只与反应体系的 有关,而与 无关。如:由反应物A生成产物B可以设计如下两条途径,则ΔH、ΔH1、ΔH2的关系可以表示为 。
(3)应用①根据盖斯定律计算反应热(虚拟路径法)
-283 kJ·ml-1
②根据盖斯定律书写热化学方程式(加和法)根据已知热化学方程式,运用加减运算法转化为目标热化学方程式。
(1)吸、放热反应过程中,比较吸收或放出热量(Q)的大小时,只比较数值大小,但比较ΔH大小时,必须带上“+”“-”比较,对于放热反应,放热越多,ΔH越 ;对于吸热反应,吸热越多,ΔH越 。
(2)比较化学反应ΔH大小的方法①吸热反应的ΔH 放热反应的ΔH。 ②同一反应,生成物状态不同时A(g)+B(g) = C(g) ΔH1<0A(g)+B(g) = C(l) ΔH2<0因为C(g) = C(l) ΔH3 0,且ΔH3= (用ΔH1、ΔH2表示),所以ΔH2 ΔH1。
③同一反应,反应物状态不同时S(g)+O2(g) = SO2(g) ΔH1<0S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH2<0因为S(g) = S(s) ΔH3 0,且ΔH3= (用ΔH1、ΔH2表示),所以ΔH1 ΔH2。
[解析] (2)1 g H2燃烧生成0.5 ml H2O(g)放出热量为0.5a kJ。
[解析] (1)一个反应的ΔH大小只与反应体系的始态和终态有关,与途径无关。
[解析] (4) ,ΔH2+ΔH3=ΔH1,则ΔH3=ΔH1-ΔH2,又因ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。
题组一 盖斯定律的应用
1.[2022·重庆卷] “千畦细浪舞晴空”,氮肥保障了现代农业的丰收。为探究(NH4)2SO4的离子键强弱,设计如图所示的循环过程,可得ΔH4/(kJ·ml-1)为( )A.+533B.+686C.+838D.+1143
[解析] (1)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。
(3)[2023·全国乙卷节选] 已知下列热化学方程式(2x=7+y):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。
[解析] (3)由盖斯定律知,ΔH=ΔH1+ΔH3-2ΔH2,则ΔH=(a+c-2b) kJ·ml-1。
【方法技巧】 利用盖斯定律计算反应热的思维模型(1)利用盖斯定律计算反应热的三个步骤
(2)运用盖斯定律的三个注意事项①热化学方程式乘以某一个数时,反应热的数值必须也乘上该数。②热化学方程式相加减时,物质之间相加减,反应热也必须相加减。③将一个热化学方程式颠倒时,ΔH的“+”“-”随之改变,但数值不变。
题组二 反应热大小的比较
3.相同温度和压强下,关于反应的ΔH,下列判断正确的是( )A.ΔH1>0,ΔH2>0B.ΔH3=ΔH1+ΔH2C.ΔH1>ΔH2,ΔH3>ΔH2D.ΔH2=ΔH3+ΔH4
[解析] 环己烷比环己烯、环己二烯稳定,则环己烷能量低,ΔH1<0,ΔH2<0,A项错误;根据反应方程式,结合盖斯定律,ΔH3=ΔH2+ΔH4,B项错误;将反应2减去反应1,得 (g)+H2(g) → (g) ΔH=ΔH2-ΔH1,由于环己烯比环己二烯稳定,则ΔH2-ΔH1<0,即ΔH2 <ΔH1,同理,将反应3减去反应2,得反应4: (g)+H2(g) → (g) ΔH4=ΔH3-ΔH2, 比 稳定,则ΔH3-ΔH2>0,即ΔH3>ΔH2,C项正确;根据盖斯定律,ΔH2=ΔH3-ΔH4,D项错误。
[解析] 等量H2(g)完全燃烧生成H2O(l)放出的热量比生成H2O(g)放出的热量多,则有ΔH1>ΔH2,A错误;等量S(g)具有的能量高于S(s)具有的能量,等量S(g)反应放出热量比S(s)反应放出的热量多,则有ΔH2>ΔH1,B正确;等量C(s)完全燃烧生成CO2(g)放出的热量比生成CO(g)放出的热量多,则有ΔH1>ΔH2,C错误;HCl(g)分解生成H2(g)和Cl2(g)是吸热反应,H2(g)和Cl2(g)生成HCl(g)是放热反应,则有ΔH1>ΔH2,D错误。
【规律小结】 反应热大小比较(1)看物质状态。物质的气、液、固三态转化时的能量变化如下:(2)看ΔH的符号。比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。(3)看化学计量数。当反应物与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。(4)看反应的程度。对于可逆反应,反应的程度越大,热量变化越大。
1. [2022·浙江卷] 标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表: 可根据HO(g)+HO(g) = H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·ml-1。下列说法不正确的是( )A.H2的键能为436 kJ·ml-1B.O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍C.解离氧氧单键所需能量:HOO
2. [2021·浙江卷] 已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表:则2O(g) = O2(g)的ΔH为( )A.428 kJ·ml-1 B.-428 kJ·ml-1 C.498 kJ·ml-1D.-498 kJ·ml-1
[解析] 反应2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g)的ΔH=2E(H—H)+E(O = O)-4E(H—O)=-482 kJ·ml-1,则2×436 kJ·ml-1+E(O = O)-4×463 kJ·ml-1=-482 kJ·ml-1,解得E(O = O)为498 kJ·ml-1,2个氧原子结合生成氧气的过程需要释放能量,因此2O(g) = O2(g)的ΔH=-498 kJ·ml-1。
3. (1)[2023·山东卷节选] 一定条件下,水气变换反应CO+H2O ⇌ CO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:Ⅰ.HCOOH ⇌ CO+H2O(快)Ⅱ.HCOOH ⇌ CO2+H2(慢)一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
[解析] (1)根据盖斯定律,反应Ⅱ-反应Ⅰ=水气变换反应,故水气变换反应的焓变ΔH=ΔH2-ΔH1。
(2)[2023·浙江卷节选] 水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g) ⇌ CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·ml-1该反应分两步完成:3Fe2O3(s)+CO(g) ⇌ 2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·ml-12Fe3O4(s)+H2O(g) ⇌ 3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2= kJ·ml-1。
[解析] (2)对热化学方程式进行编号:①CO(g)+H2O(g) ⇌ CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·ml-1;②3Fe2O3(s)+CO(g) ⇌ 2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·ml-1;③2Fe3O4(s)+H2O(g) ⇌ 3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2。根据盖斯定律可知,③=①-②,则ΔH2=ΔH-ΔH1=(-41.2 kJ·ml-1)-(-47.2 kJ·ml-1)=+6.0 kJ·ml-1。
[解析] (1)根据盖斯定律可得,①+②+2×③可得反应CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l) = Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g),则ΔH4=ΔH1+ΔH2+2ΔH3=(-65.17 kJ·ml-1)+(-16.73 kJ·ml-1)+2×(-415.0 kJ·ml-1)=-911.9 kJ·ml-1。
(2)[2022·全国乙卷节选] 已知下列反应的热化学方程式:①2H2S(g)+3O2(g) = 2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1036 kJ·ml-1②4H2S(g)+2SO2(g) = 3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=+94 kJ·ml-1③2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH3=-484 kJ·ml-1计算H2S热分解反应④2H2S(g) = S2(g)+2H2(g)的ΔH4= kJ·ml-1。
1. 依据图示关系,下列说法不正确的是 ( )A.石墨燃烧是放热反应B.1 ml C(石墨,s)和1 ml CO(g)分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多C.C(石墨,s)+CO2(g) = 2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2D.化学反应的ΔH,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
[解析] 燃烧反应都是放热反应,A项正确;从题图可知,1 ml石墨和1 ml CO完全燃烧,分别放出393.5 kJ、283 kJ的热量,B项正确;
根据盖斯定律可知,反应热与反应过程无关,只与反应的始态和终态有关,D项正确。
2. 已知:①2CH3OH(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+4H2O(l) ΔH1②2CO(g)+O2(g) = 2CO2(g) ΔH2③2H2(g)+O2(g) = 2H2O(l) ΔH3④2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH4⑤CO(g)+2H2(g) = CH3OH(g) ΔH5下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )A.ΔH1>0,ΔH2<0B.ΔH3>ΔH4C.ΔH1=ΔH2+2ΔH3-ΔH5D.2ΔH5+ΔH1<0
[解析] 甲醇燃烧是放热反应,ΔH1<0,A项错误;H2O(g) = H2O(l),放出热量,反应③放出的热量比反应④多,ΔH3<ΔH4,B项错误;根据盖斯定律,ΔH1=ΔH2+2ΔH3-2ΔH5,C项错误;2CO(g)+4H2(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=2ΔH5+ΔH1,相当于CO、H2的燃烧,均为放热反应,D项正确。
3. “钙基固硫”是将煤中的硫元素以CaSO4的形式固定,而煤炭燃烧过程中产生的CO又会发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,导致脱硫效率降低。某温度下,反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2),则下列反应过程的能量变化示意图正确的是( )反应Ⅰ:CaSO4(s)+CO(g) ⇌ CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH1=+218.4 kJ·ml-1反应Ⅱ:CaSO4(s)+4CO(g) ⇌ CaS(s)+4CO2(g) ΔH2=-175.6 kJ·ml-1
A B C D
[解析] 反应Ⅰ为吸热反应,说明反应Ⅰ生成物的总能量比反应物的总能量高,排除B、C选项;反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2),说明反应Ⅰ的活化能较小,反应Ⅱ的活化能较大,排除D选项,选项A正确。
4. (1)氨热分解法制氢气,一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。相关化学键的键能数据:反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH= kJ·ml-1。
[解析] (1)ΔH=6E(N—H)-E( )-3E(H—H)=6×390.8 kJ·ml-1-946 kJ·ml-1-3×436.0 kJ·ml-1=+90.8 kJ·ml-1。
(2)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:a)CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g) ΔH1b)CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH2c)CH4(g) ⇌ C(s)+2H2(g) ΔH3d)2CO(g) ⇌ CO2(g)+C(s) ΔH4e)CO(g)+H2(g) ⇌ H2O(g)+C(s) ΔH5根据盖斯定律,反应a的ΔH1= (写出一个代数式即可)。
[解析] (2)根据题目所给出的反应方程式可知,a=b+c-e=c-d,根据盖斯定律则有ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5=ΔH3-ΔH4。
ΔH2+ΔH3-ΔH5或ΔH3-ΔH4
(3)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下表:25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为 。
6C(石墨,s)+3H2(g) = C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·ml-1
1. 下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是( )A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应B.水的汽化需要吸收能量,所以水的汽化属于吸热反应C.X(s) = Y(s)是放热反应,则Y(s)比X(s)稳定D.对于吸热反应,生成物总能量一定低于反应物总能量
[解析] 需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如铝热反应为放热反应,但该反应在高温条件下才能进行,故A错误;吸热反应属于化学反应,水汽化属于物质状态之间的转化,是物理变化,所以水的汽化不属于吸热反应,故B错误;X(s) = Y(s)是放热反应,生成物总能量低于反应物总能量,能量越低越稳定,所以Y(s)比X(s)稳定,故C正确;吸热反应的生成物总能量高于反应物总能量,故D错误。
[解析] 使用不同的催化剂,反应的活化能不同,故A正确;反应物的总能量高于生成物的总能量,为放热反应,故B错误;反应过程b中使用了催化剂,故C错误;
2. 某反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是( )A.改变催化剂,可改变该反应的活化能B.该反应为吸热反应,热效应等于ΔHC.反应过程a有催化剂参与D.在催化剂条件下,反应的活化能等于E1+E2
E1、E2分别代表反应过程中各步反应的活化能,整个反应的活化能不是各步反应活化能之和,故D错误。
3. 利用太阳光在新型复合催化剂表面实现高效分解水,其主要过程如图所示:下列说法错误的是( )A.过程Ⅱ是一个放热过程B.氢能资源丰富,属于可再生能源C.该变化过程总体的焓变值应小于0D.过程Ⅰ、Ⅱ的总反应为2H2O H2O2+H2↑
[解析] 过程Ⅱ可看成是氢原子之间成键形成H2,原子团HO之间成键形成H2O2,成键放出能量,A正确;水分解产生H2和O2,H2燃烧又能生成H2O,故氢能属于可再生能源,B正确;该过程总反应为水分解反应,水分解为吸热反应,焓变数值大于0,C错误;过程Ⅰ、Ⅱ为H2O转化为H2O2和H2,故总反应为2H2O H2O2+H2↑,D正确。
4. [2023·江苏南通调研] 催化还原NO是重要的烟气脱硝技术,其反应过程与能量关系如图甲所示;有氧条件下,Fe3+催化NH3还原NO的反应过程如图乙所示。下列说法正确的是( )A.图甲所示热化学方程式为4NH3(g)+6NO(g) = 5N2(g)+6H2O(g) ΔH=(b-a) kJ·ml-1B.图乙所示催化脱硝过程中既有极性共价键的断裂和形成,也有非极性共价键的断裂和形成C.图乙所示反应①中氧化剂与还原剂物质的量之比为2∶1D.脱硝过程中使用催化剂的目的是改变反应的焓变
[解析] 图甲所示热化学方程式为4NH3(g)+6NO(g) = 5N2(g)+6H2O(g) ΔH=正反应活化能-逆反应活化能=(a-b) kJ·ml-1,故A错误;由图乙可知,该反应过程中断裂氮氢键、氮氧键、氧氧键,形成氮氮键、氧氢键,非极性共价键为氧氧键、氮氮键,故B正确;由图乙可知,反应①的离子方程式为NH3+Fe3+ = (FeNH2)2++H+,氧化剂为Fe3+,还原剂为NH3,则氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1,故C错误;催化剂不能改变反应的焓变,则脱硝过程中使用催化剂的目的不是改变反应的焓变,故D错误。
5. [2024·河北唐山一模] 1,2-丙二醇(CH2OHCHOHCH3)单分子解离反应相对能量如图所示,路径包括碳碳键断裂解离和脱水过程。下列说法正确的是( )A.解离过程中,断裂a处碳碳键比b处碳碳键所需能量高B.1,2-丙二醇单分子脱水过程均为吸热反应C.从能量的角度分析,TS1、TS2、TS3、TS4四种路径中TS4路径的速率最慢D.脱水生成的四种产物中,CH3C(OH) = CH2最稳定
1,2-丙二醇具有的总能量高于CH3COCH3和H2O具有的总能量,此过程为放热反应,B错误;图中CH2OHCHOHCH3→TS4的活化能最大,则反应速率最慢,C正确;由题图可知,脱水生成物中CH3COCH3具有的能量最低,其稳定性最强,D错误。
考点二 燃烧热 中和反应反应热的测定 热化学方程式
7. [2023·湖南雅礼中学模拟] 25 ℃时,一些烷烃的燃烧热如下表:下列表达正确的是( )A.乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)+7O2(g) = 4CO2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 560.8 kJ·ml-1B.稳定性:正丁烷>异丁烷C.正戊烷的燃烧热大于2 878.0 kJ·ml-1D.相同质量的烷烃,碳的质量分数越大,燃烧放出的热量越多
[解析] 1 ml C2H6(g)燃烧生成H2O(g),放出的热量要小于1 560.8 kJ,A错误;由表中燃烧热数据可知,1 ml正丁烷、异丁烷分别完全燃烧时,正丁烷放出的热量多,说明等量的两种物质,正丁烷具有的能量高于异丁烷,则异丁烷更稳定,B错误;由表中数据可知,碳原子数越多,烷烃的燃烧热越大,正丁烷的燃烧热为2 878.0 kJ·ml-1,故正戊烷的燃烧热大于2 878.0 kJ·ml-1,C正确;由表中数据分析可知,相同质量的烷烃,碳的质量分数越大,燃烧放出的热量越少,D错误。
8. [2023·浙江宁波十校联考] 测定中和反应反应热的简易装置如图所示,下列有关该实验的说法中不正确的是( )A.测定中和反应的反应热时,不能选用NaOH溶液和浓硫酸B.相同条件下,NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的反应热不相同C.实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度D.玻璃搅拌器上下搅拌有助于反应充分,隔热层起保温作用
[解析] 浓硫酸稀释时放出大量的热,选用NaOH溶液和浓硫酸进行实验,反应放出的热量偏高,A正确;盐酸、硝酸都是强酸,与NaOH溶液反应的实质都是OH-+H+ = H2O,故反应热相同,B错误;实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度,根据Q=cmΔt计算反应热,C正确;玻璃搅拌器上下搅拌,使溶液充分混合,有助于反应充分,隔热层起保温、隔热作用,防止热量散失,D正确。
9. 已知:①H2O(g) = H2O(l) ΔH=-Q1 kJ·ml-1;②C2H5OH(g) = C2H5OH(l) ΔH=-Q2 kJ·ml-1;③C2H5OH(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-Q3 kJ·ml-1 。下列判断正确的是( )A.酒精的燃烧热ΔH=-Q3 kJ·ml-1B.由③可知1 ml C2H5OH(g)的能量高于2 ml CO2(g)和3 ml H2O(g)的总能量C.H2O(g)→H2O(l)释放出了热量,所以该过程为放热反应D.23 g液体酒精完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),释放热量为(0.5Q3-0.5Q2+1.5Q1) kJ
[解析] 根据盖斯定律,由①×3+③-②可得:C2H5OH(l)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=[Q2-(3Q1+Q3)] kJ·ml-1,根据燃烧热的定义,酒精的燃烧热ΔH=[Q2-(3Q1+Q3)] kJ·ml-1,A错误。反应③是放热反应,反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量,不能判断某种物质具有的能量高低,B错误。H2O(g)→H2O(l)释放出热量,该过程是物理变化,不属于放热反应,C错误。根据A项分析,23 g液体酒精的物质的量为0.5 ml,故完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),释放热量为0.5 ml×(3Q1-Q2+Q3) kJ·ml-1=(0.5Q3-0.5Q2+1.5Q1) kJ,D正确。
10. 以CO和H2为原料合成甲醇是工业上的成熟方法,直接以CO2为原料生产甲醇是目前的研究热点。我国科学家用CO2人工合成淀粉时,第一步就需要将CO2转化为甲醇。已知:①CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g) ΔH1=-90.5 kJ·ml-1②CO(g)+H2O(g) ⇌ CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·ml-1③2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ΔH3=-483.6 kJ·ml-1下列说法不正确的是 ( )A.若温度不变,反应①中生成1 ml CH3OH(l)时,放出的热量大于90.5 kJB.CO2与H2合成甲醇的热化学方程式为 CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.4 kJ·ml-1C.通过电解制H2和选用高效催化剂,可降低CO2与H2合成甲醇反应的焓变D.以CO2和H2O为原料合成甲醇,同时生成O2,该反应需要吸收能量
[解析] 1 ml CH3OH(g)的能量高于1 ml CH3OH(l),反应物的总能量相同,根据能量守恒定律,若温度不变,反应过程中生成1 ml CH3OH(l)时,放出的热量大于90.5 kJ,故 A正确;根据盖斯定律,①—②得CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2=(-90.5 kJ·ml-1)-(-41.1 kJ·ml-1)=-49.4 kJ·ml-1,故B正确;催化剂可降低CO2与H2合成甲醇反应的活化能,但不改变反应的焓变,故C错误;由B项分析可知,反应④CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH4=-49.4 kJ·ml-1,根据盖斯定律④×2-③×3得2CO2(g)+4H2O(g) ⇌ 2CH3OH(g)+3O2(g) ΔH=2ΔH4-3ΔH3=(-49.4 kJ·ml-1)×2-(-483.6 kJ·ml-1)×3=+1352 kJ·ml-1>0,则该反应需要吸收能量,故D正确。
11. [2024·湖北黄冈中学调研] 已知:①1.00 g CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出55.6 kJ热量;②2.00 g C2H2完全燃烧生成液态水和CO2,放出99.6 kJ热量。下列说法中不正确的是( )A.CH4的燃烧热为ΔH1=-889.6 kJ·ml-1,C2H2的燃烧热为ΔH2=-1 294.8 kJ·ml-1B.CH4和C2H2的燃烧热大小关系:ΔH1>ΔH2C.等量的C2H2完全燃烧生成水蒸气和CO2放出的热量比生成液态水和CO2放出的热量多D.分别燃烧等物质的量的CH4和C2H2生成液态水和CO2,C2H2放出的热量多
12. 12.298 K、101 kPa时,根据6C(石墨,s)+3H2(g) = C6H6(苯,l)设计的反应路径如下:上述条件下石墨、氢气、苯的燃烧热依次为ΔH(石墨)、ΔH(H2)、ΔH(C6H6),下列说法正确的是( )A.6×ΔH(石墨)+3×ΔH(H2)=ΔH2B.C6H6的能量一定高于CO2和H2O(l)的能量C.1 ml C6H6(苯,g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)的ΔH>ΔH3D.ΔH1=ΔH2+ΔH3
考点三 盖斯定律 反应热的计算
C6H6(苯,g)是气态,能量要高于C6H6(苯,l),1 ml C6H6(苯,g)燃烧时放出的能量要高,但是ΔH要更小,故1 ml C6H6(苯,g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)的ΔH<ΔH3,C错误;由题中图像,结合盖斯定律的原理,有ΔH2=ΔH1+ΔH3,D错误。
13. [2024·安徽皖优联盟联考] 已知ΔH2、ΔH3、ΔH5对应的反应中O2(g)已略,且ΔH2>ΔH5。下列说法正确的是( )A.ΔH1>0B.ΔH3的值是CH3CH2CH2CH3(g)的燃烧热C.ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4D.稳定性:正丁烷>异丁烷
[解析] ΔH2、ΔH5分别表示异丁烷与正丁烷的燃烧热,因ΔH2>ΔH5,则燃烧1 ml两种物质时,前者释放的热量比后者少,据此可知正丁烷转化为异丁烷是放热反应,ΔH1<0,A错误;燃烧热是1 ml纯物质完全燃烧生成指定产物时放出的热量,含H元素的物质燃烧生成的指定产物为液态水,故ΔH3的值不是正丁烷的燃烧热,B错误;ΔH1+ΔH2和ΔH3+ΔH4的始态和终态相同,由盖斯定律可知,ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4,C正确;相同条件下,能量越低越稳定,则稳定性:正丁烷<异丁烷,D错误。
14. [2023·浙江金华十校模拟] 某小组为测定NaCl晶体中离子键断裂时所需要的能量(ΔH4),设计了如图所示的转化关系,则ΔH4可表示为( )A.ΔH1+ΔH2-ΔH3-ΔH5+ΔH6B.ΔH1+ΔH2+ΔH3-ΔH5+ΔH6C.ΔH1+ΔH2+ΔH3-ΔH5-ΔH6D.ΔH3+ΔH5-ΔH1-ΔH2-ΔH6
[解析] 设ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4、ΔH5、ΔH6对应的过程分别为1、2、3、4、5、6。由题图可知,氯化钠和溴化钠固体通过过程1、2、6得到的微粒和通过过程3、4、5得到的微粒都是Na+(g)、Br-(aq)、Na+(aq)、Cl-(aq),故两部分的反应热相同,则有ΔH3+ΔH4+ΔH5=ΔH1+ΔH2+ΔH6,即ΔH4=ΔH1+ΔH2-ΔH3-ΔH5+ΔH6。
-(b-a) kJ·ml-1
(2)工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。已知:CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·ml-1CH3OCH3(g)+H2O(g) ⇌ 2CH3OH(g) ΔH2=+23.4 kJ·ml-1则2CO2(g)+6H2(g) ⇌ CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3= kJ·ml-1。
[解析] (2)根据盖斯定律分析,①CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·ml-1,②CH3OCH3(g)+H2O(g) ⇌ 2CH3OH(g) ΔH2=+23.4 kJ·ml-1,由①×2-②得2CO2(g)+6H2(g) ⇌ CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3=(-53.7 kJ·ml-1)×2-23.4 kJ·ml-1=-130.8 kJ·ml-1。
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