2020年高考化学一轮总复习文档：第六章第19讲烷变热化学方程式 学案

第六章　化学能与热能

[考纲解读]　1.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。2.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。5.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。6.理解盖斯定律，能用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。

第19讲　焓变　热化学方程式

一、焓变

1．焓变和反应热

(1)反应热：化学反应中吸收或放出的热量。

(2)焓变：生成物与反应物的内能差，ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。在恒压条件下化学反应的热效应，其符号为ΔH，单位是kJ·mol－1或kJ/mol。

2．吸热反应与放热反应

(1)从能量守恒的角度理解

ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。

(2)从化学键变化角度理解

ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。

(3)常见的放热反应和吸热反应

①放热反应：大多数化合反应、中和反应、金属与酸的反应、所有的燃烧反应。

②吸热反应：大多数分解反应、盐的水解反应、Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O(g)反应、C与CO2反应。

二、热化学方程式

1．概念：表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。

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。例如：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示在25 ℃和1.01×105 Pa下，1 mol氢气和0.5 mol氧气完全反应生成1 mol液态水时放出285.8 kJ的热量。

3．热化学方程式的书写

三、燃烧热与中和热　能源

1．燃烧热

2．中和热

(1)中和热的概念及表示方法

(2)中和热的测定

①装置

②计算公式

ΔH＝－ kJ·mol－1

t1——起始温度，t2——终止温度。

(3)注意事项

①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散失。

②为保证酸完全中和，采取的措施是使碱稍过量。

3．能源

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。

(1)物质发生化学变化都伴有能量的变化。(√)

错因：_________________________________

(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。(×)

错因：碳的燃烧反应是放热反应，但反应需要加热引发，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，反应不需加热就能发生。

(3)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。(×)

错因：ΔH与反应引发的条件无关。

(4)N2分子中含3个共价键，键能大，故N2的能量(焓)也大。(×)

错因：分子中键能越大，分子越稳定，能量越低。

(5)甲烷的燃烧热ΔH＝－890 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890 kJ· mol－1。(×)

错因：燃烧热是指1_mol可燃物充分燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，最后应生成液态水。

(6)S(s)＋O2(g)===SO3(g)　ΔH＝－315 kJ·mol－1(燃烧热)(ΔH的数值正确)。(×)

错因：硫的燃烧热是硫充分燃烧生成SO2(g)时的焓变。

2．教材改编题

(据人教必修二P37 T6)下列有关能量的说法中，正确的是(　　)

A．化学反应中的能量变化主要是由电子转移引起的

B．化学反应必然伴随发生能量变化

C．化学反应中能量变化的大小与反应物的状态无关

D．化学反应中能量变化的大小与反应物的多少无关

答案　B

3．教材改编题

(据人教选修四P6 T4)关于下列图像的叙述不正确的是(　　)

A．图1表示的热化学方程式为CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ·mol－1

B．图2表示的热化学方程式为CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝＋41 kJ·mol－1

C．由图可知正、逆反应的热效应的数值相同

D．两个图像表示的含义不同

答案　B

考点　焓变、反应热

[典例1]　(2018·河北三市二联)某反应使用催化剂后，其反应过程中能量变化如图。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　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三项正确；使用催化剂能降低反应所需的活化能，B项错误。

答案　B

名师精讲

解答能量变化图像题的“三”关键

(1)注意活化能在图示中的意义。

①从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能(E1)；

②从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能(E2)；

③ΔH＝E1－E2。

(2)催化剂只影响正、逆反应的活化能，而不影响反应的焓变。

(3)涉及反应热的有关计算时，要特别注意图示中反应物和生成物的物质的量。

1．(2018·六安模拟)某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是(　　)

A．该反应为放热反应

B．催化剂能改变该反应的焓变

C．催化剂能降低该反应的活化能

D．逆反应的活化能大于正反应的活化能

答案　C

解析　由题图可以看出，反应物的总能量低于生成物的总能量，故该反应为吸热反应，A项错误；催化剂不能改变反应的焓变，B项错误；由图像可以看出，催化剂能降低该反应的活化能，C项正确；由图像可以看出E1>E2，即逆反应的活化能小于正反应的活化能，D项错误。

2．(北京高考)最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：

下列说法正确的是(　　)

A．CO和O生成CO2是吸热反应

B．在该过程中，CO断键形成C和O

C．CO和O生成了具有极性共价键的CO2

D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程

答案　C

解析　A项，状态Ⅰ总能量为反应物总能量，状态Ⅲ总能量为生成物总能量，由图示知反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应；B项，从状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的图示可以看出，反应中CO并未断裂成C和O，C、O原子间一直有化学键；C项，由图示可以看出，CO和O生成了CO2，CO2分子中C与O形成极性共价键；D项，状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程，并不是CO与O2的反应过程。

考点　热化学方程式的书写与判断

[典例2]　(海南高考)标准状况下，气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知H—H、H—O和O键的键焓ΔH分别为436 kJ·mol－1、463 kJ·mol－1和495 kJ·mol－1。下列热化学方程式正确的是(　　)

A．H2O(g)===H2(g)＋O2(g)ΔH＝－485 kJ·mol－1

B．H2O(g)===H2(g)＋O2(g)ΔH＝＋485 kJ·mol－1

C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝＋485 kJ·mol－1

D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－485 kJ·mol－1

解析　1 mol的气态水分解产生1 mol的氢气和 mol的氧气的能量变化是：2×463－436－×495＝242.5，因此热化学方程式为H2O(g)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋242.5 kJ·mol－1，A、B错误。2 mol的气态水分解产生2 mol的氢气和1 mol的氧气吸收的热量是485 kJ，物质分解吸收的热量与产物燃烧放出的热量数值相等，即热化学方程式是2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－485 kJ·mol－1，C错误，D正确。

答案　D

名师精讲

判断热化学方程式正误的“五审”

3．下列热化学方程式或叙述正确的是(　　)

A．1 mol液态肼在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气，放出642 kJ的热量：

　 N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝＋642 kJ·mol－1

B．12 g石墨转化为CO时，放出110.5 kJ的热量：

　2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g)ΔH＝－110.5 kJ·mol－1

C．已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)

ΔH＝－286 kJ·mol－1，

　则：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)的ΔH＝＋572 kJ·mol－1

D．已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，则在一定条件下向密闭容器中充入0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)充分反应放出46.2 kJ的热量

答案　C

解析　A项，放热反应，ΔH<0，错误；B项，12 g C的物质的量为1 mol，ΔH＝－221.0 kJ·mol－1，错误；C项，已知反应为放热反应，则其逆反应为吸热反应，ΔH为“＋”，ΔH与化学计量数成正比，正确；D项，反应是可逆反应，0.5 mol N2和1.5 mol H2不能完全反应，错误。

4．写出下列反应的热化学方程式。

(1)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键需要的能量分别是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为_________。

(2)在25 ℃、101 kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为__________________。

(3)已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示，请写出该反应的热化学方程式：__________________________。

(4)如图是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：___________________________。

答案　(1)N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)

ΔH＝－92 kJ·mol－1

(2)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－2Q kJ·mol－1

(3)A2(g)＋B2(g)===2AB(g)

ΔH＝＋(a－b)kJ·mol－1

(4)NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)

ΔH＝－234 kJ·mol－1

解析　(1)N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝(946＋436×3－391×6)kJ·mol－1＝－92 kJ·mol－1。

(2)根据C原子守恒有：C2H5OH～2CO2～2CaCO3。生成100 g CaCO3沉淀，乙醇为0.5 mol，则1 mol乙醇完全燃烧放出2Q kJ热量，据此可写出反应的热化学方程式：C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－2Q kJ·mol－1。

(3)由图可知，生成物总能量高于反应物总能量，故该反应为吸热反应，ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1。

(4)由图可知，产物总能量低于反应物总能量，该反应是放热反应，ΔH＝E1－E2＝134 kJ·mol－1－368 kJ·mol－1＝－234 kJ·mol－1。

考点　燃烧热　中和热　能源

[典例3]　某实验小组用0.50 mol·L－1 NaOH溶液和0.50 mol·L－1 H2SO4溶液进行中和热的测定。

测定中和热的实验装置如右图所示。

(1)写出稀硫酸和稀氢氧化钠溶液反应表示中和热的热化学方程式(中和热数值为57.3 kJ·mol－1)：____________。

(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸进行实验，实验数据如下表。

①请填写下表中的空白：

②近似认为0.50 mol·L－1 NaOH溶液和0.50 mol·L－1 H2SO4溶液的密度都是1 g·cm－3，中和后生成的溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1，则中和热ΔH＝________(取小数点后一位)。

③上述实验结果的数值与57.3 kJ·mol－1有偏差，产生偏差的原因可能是________(填字母)。

a．实验装置保温、隔热效果差

b．在量取NaOH溶液的体积时仰视读数

c．分多次把NaOH溶液倒入盛有稀硫酸的小烧杯中

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

解析　(2)1、2、3、4次实验的温度差分别为4.0 ℃、6.1 ℃、3.9 ℃、4.1 ℃，与其他三组数据相比，6.1 ℃误差较大，应舍去，其余三次温度差的平均值为4.0 ℃。0.50 mol·L－1 H2SO4(aq)和0.50 mol·L－1 NaOH(aq)的密度为1 g·cm－3，故m(H2SO4)＝ρ(H2SO4)·V(H2SO4)＝1 g·mL－1×30 mL＝30 g，m(NaOH)＝ρ(NaOH)·V(NaOH)＝1 g·mL－1×50 mL＝50 g。中和后生成的溶液为稀溶液，其比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1，由此可以计算出30  mL H2SO4(aq)和50 mL NaOH(aq)发生反应时放出的热量Q放＝[m(NaOH)＋m(H2SO4)]·c·(T2－T1)，中和热为生成1 mol H2O(l)时放出的热量，ΔH＝－＝－×10－3 kJ·mol－1≈－53.5 kJ·mol－1。

答案　(1)H2SO4(aq)＋NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1

(2)①4.0　②－53.5 kJ·mol－1　③acd

名师精讲

1．燃烧热、中和热

(1)由于中和反应和燃烧均是放热反应，因此表示中和热和燃烧热的ΔH要带“－”号。如：某物质的燃烧热为ΔH＝－Q kJ·mol－1。

(2)

2．中和热的测定

(1)测定原理

ΔH＝－

c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1；n为生成H2O的物质的量。稀溶液的密度用1 g·mL－1进行计算。

(2)注意事项

①碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板的作用是保温、隔热，减少热量损失。

②为保证酸、碱完全中和，常采用碱稍稍过量(0.5 mol·L－1 HCl、0.55 mol·L－1 NaOH溶液等体积混合)。

③实验时不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是铜丝导热性好，比用环形玻璃搅拌棒误差大。

(3)问题设计

①该实验小组做了三次实验，每次取溶液各50 mL，并记录如下原始数据。

已知盐酸、NaOH溶液密度近似为1.00 g·mL－1，中和后混合液的比热容c＝4.18×10－3kJ·g－1·℃－1，则该反应的中和热ΔH＝－55.176 kJ·mol－1。

②若用等浓度的醋酸与NaOH溶液反应，则测得的中和热会偏小，其原因是醋酸电离要吸热。

③在中和热测定实验中要用水冲洗温度计上的盐酸，若无此操作步骤，则测得的中和热偏小。

5．为了测量某酸碱反应生成1 mol水时的反应热，在计算时至少需要的数据有(　　)

①酸的浓度　②碱体积　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．①②③④  B．①③④⑤

C．③④⑤⑥  D．全部

答案　C

解析　测定中和热的原理为Q＝c·m·Δt，ΔH＝－，故需要的数据有比热容、反应后溶液的质量、反应前后温度变化、生成水的物质的量，C项正确。

6．氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：

(1)与汽油相比，氢气作为燃料的优点是________________(至少答出两点)。

(2)氢气可用于制备H2O2。已知：

H2(g)＋A(l)===B(l)　ΔH1

O2(g)＋B(l)===A(l)＋H2O2(l)　ΔH2

其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2(g)＋O2(g)===H2O2(l)的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。

(3)利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为________。

答案　(1)污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高(任写其中两个)　(2)<　(3)光能转化为化学能

解析　(2)题目中的两个反应都是熵减的反应，由于两个反应均能自发进行，所以两个反应都是放热反应，即ΔH1<0，ΔH2<0，根据盖斯定律，将题目中两个方程式相加得：H2(g)＋O2(g)===H2O2(l)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2<0。