2020版高考一轮复习化学通用版学案：第六章第1课时　化学能与热能（1）——基本概念一课过（过基础）

第1课时　化学能与热能(1)——基本概念一课过(过基础)

知识点一　焓变、热化学方程式

1．化学反应的实质与特征

2．焓变、反应热

(1)焓(H)

用于描述物质所具有能量的物理量。

(2)焓变(ΔH)

ΔH＝H(生成物)－H(反应物)，单位kJ·mol－1。

(3)反应热

当化学反应在一定温度下进行时，反应所放出或吸收的热量，通常用符号Q表示，单位kJ·mol－1。

(4)焓变与反应热的关系

对于等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能，则有：ΔH＝Qp。

(5)反应热、活化能图示

①在无催化剂的情况下，为正反应的活化能，为逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。

②催化剂能降低反应的活化能，但不影响焓变的大小。

3．吸热反应与放热反应

(1)从能量高低角度理解

(2)从化学键角度理解

(3)常见的放热反应与吸热反应

[提醒]　①化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，但这并不是唯一的表现形式，其他的还有发光、放电等。

②化学反应表现为吸热或放热，与反应的条件没有必然关系，而是取决于反应物和生成物具有的总能量(或焓)的相对大小。

③化学反应表现为吸热或放热，与反应开始时是否需要加热无关。需要加热的反应不一定是吸热反应，如C＋O2CO2为放热反应；不需要加热的反应也不一定是放热反应，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应。

4．热化学方程式

(1)概念

表示参加反应的物质的量和反应热关系的化学方程式。

(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。

(3)书写步骤

[对点训练]

1.如图是化学反应中物质变化和能量变化的示意图。若E1>E2，则下列反应符合该示意图的是(　　)

A．NaOH溶液与稀盐酸的反应

B．锌与稀盐酸的反应

C．氢氧化钡与氯化铵固体的反应

D．一氧化碳在空气中的燃烧反应

解析：选C　吸收的能量E1大于释放的能量E2，故该反应为吸热反应。NaOH溶液与稀盐酸的反应属于放热反应，故A错误；锌与稀盐酸的反应属于放热反应，故B错误；氢氧化钡与氯化铵固体的反应属于吸热反应，故C正确；一氧化碳在空气中的燃烧反应属于放热反应，故D错误。

2．由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．反应生成1 mol N2时转移4 mol e－

B．反应物能量之和大于生成物能量之和

C．N2O(g)＋NO(g)===N2(g)＋NO2(g)

ΔH＝－139 kJ·mol－1

D．断键吸收能量之和小于成键释放能量之和

解析：选A　N2O和NO反应生成N2和NO2的化学方程式为N2O＋NO===N2＋NO2，反应生成1 mol N2时转移2 mol e－，A不正确；根据图示，反应物能量之和大于生成物能量之和，B正确；该反应的反应热ΔH＝(209－348)kJ·mol－1＝－139 kJ·mol－1，C正确；由于该反应放热，所以断键吸收能量之和小于成键释放能量之和，D正确。

3．航天燃料从液态变为固态，是一项重大的技术突破。铍是高效率的火箭材料，燃烧时放出巨大的能量，已知1 kg金属铍完全燃烧放出的热量为62 700 kJ。则铍燃烧的热化学方程式正确的是(　　)

A．Be＋O2===BeO　ΔH＝－564.3 kJ·mol－1

B．Be(s)＋O2(g)===BeO(s)　ΔH＝＋564.3 kJ·mol－1

C．Be(s)＋O2(g)===BeO(s)　ΔH＝－564.3 kJ·mol－1

D．Be(s)＋O2(g)===BeO(g)　ΔH＝－564.3 kJ·mol－1

解析：选C　1 kg Be的物质的量为＝ mol，又因为1 kg Be完全燃烧放出的热量为62 700 kJ，则1 mol Be完全燃烧放出的热量为 kJ＝564.3 kJ，Be与O2反应生成BeO固体，则其热化学方程式为Be(s)＋O2(g)===BeO(s)　ΔH＝－564.3 kJ·mol－1。

4．(1)101 kPa时，1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3 kJ的热量，反应的热化学方程式为______________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)0.3 mol的气态乙硼烷(分子式B2H6)在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ的热量，则其热化学方程式为_______________________________________。

(3)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

________________________________________________________________________。

(4)下图是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：_____________________________________。

解析：(1)1 mol CH4完全燃烧需要2 mol O2生成1 mol CO2和2 mol液态H2O，故热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1。

(2)1 mol乙硼烷在氧气中燃烧放出的热量为649.5 kJ×＝2 165 kJ，则其热化学方程式为B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)　ΔH＝－2 165 kJ·mol－1。

(3)由题意可知生成n(CO2)＝n(CaCO3)＝＝1 mol，则由原子守恒可知，需要乙醇的物质的量为 mol，故热化学方程式为C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－(2×Q)＝－2Q kJ·mol－1。

(4)由图可知其热化学方程式为NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝E1－E2＝134 kJ·mol－1－368 kJ·mol－1＝－234 kJ·mol－1。

答案：(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

(2)B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)

ΔH＝－2 165 kJ·mol－1

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

(4)NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1

知识点二　燃烧热、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(以50 mL 0.5 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液反应为例)

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损失。

②为保证酸完全中和，采取的措施是使碱稍过量。

[提醒]　①当用热化学方程式表示中和热时，生成H2O的物质的量必须是1 mol，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 mol。

②由于中和反应与燃烧反应均是放热反应，表示中和热与燃烧热时可不带“－”号，但用ΔH表示时，必须带“－”号，如某物质的燃烧热为Q kJ·mol－1或ΔH＝－Q kJ·mol－1。

3．能源

[对点训练]

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)随着科技的发展，氢气将成为主要能源之一(√)

(2)化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能(√)

(3)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)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2 (g)　ΔH＝－192.9 kJ·mol－1，则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol－1(×)

(4)氢气的燃烧热为285.5 kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋285.5 kJ·mol－1(×)

(5)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol 水时放出57.3 kJ的热量(×)

2.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 mol液态H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量

D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值

解析：选C　2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)是吸热反应，说明2 mol液态H2O的能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。

3．下列热化学方程式或说法正确的是(　　)

A．甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

B．500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝－38.6 kJ·mol－1

C．同温同压下，等物质的量的H2与足量的Cl2在光照和点燃条件下充分反应，所产生的热量相同

D．已知中和热为57.3 kJ·mol－1，则稀硫酸与氢氧化钡溶液反应的热化学方程式为2H＋(aq)＋SO(aq)＋Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1

解析：选C　甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol－1，表示1 mol甲烷完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，由于水的稳定状态是液态，所以其燃烧的热化学方程式是CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，

A错误；由于氮气与氢气产生氨气的反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成氨气的物质的量小于1 mol，该反应的ΔH<－38.6 kJ·mol－1，B错误；由于反应热只与反应物、生成物的状态及物质的量的多少有关，与反应途径无关，所以在同温同压下，等物质的量的H2与足量的Cl2在光照和点燃条件下充分反应，所产生的热量相同，C正确；稀硫酸与氢氧化钡溶液反应生成了BaSO4沉淀和水，生成BaSO4沉淀还需要放出热量，所以该反应的ΔH<－57.3 kJ·mol－1×2，D错误。

4．石墨的燃烧热为393.5 kJ·mol－1，CO的燃烧热为283.0 kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　)

A．相同条件下C(石墨，s)燃烧生成CO气体的热化学方程式：2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝＋110.5 kJ·mol－1

B．1 mol C(石墨，s)不完全燃烧，生成CO2和CO混合气体时，放出热量283.0 kJ

C．C(石墨，s)和CO2(g)反应生成CO(g)的反应是放热反应

D．如果金刚石的燃烧热大于石墨的燃烧热，则可以断定从石墨转变为金刚石需要吸热

解析：选D　石墨燃烧必放热，A错；选项B中由于没有告知生成物CO和CO2的物质的量之比，因此无法计算反应放出的热量，B错；C项石墨与CO2反应是吸热反应，C错。

5．填空。

(1)2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝＋2×283.0 kJ·mol－1, 则CO(g)的燃烧热是________________________________________________________________________。

(2)葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·mol－1，则表示葡萄糖燃烧热的热化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)氢气的燃烧热为285.5 kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为______________。

(4)已知中和反应的中和热为57.3 kJ·mol－1。则Ba(OH)2和盐酸反应，表示中和热的热化学方程式为____________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　ΔH＝－5 518 kJ·mol－1，C8H18的燃烧热为________________________________________________________________________。

答案：(1)283.0 kJ·mol－1

(2)C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)ΔH＝－2 800 kJ·mol－1

(3)2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571 kJ·mol－1

(4)OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)

ΔH＝－57.3 kJ·mol－1

(5)5 518 kJ·mol－1

6．(1)(2016·海南高考)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________。

(2)(2015·海南高考)已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2 215 kJ·mol－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________。

解析：(1)燃烧热指的是燃烧1 mol 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，燃烧1 mol 油酸甘油酯释放出热量为×3.8×104 kJ＝3.36×104 kJ≈3.4×104 kJ，则得油酸甘油酯的燃烧热ΔH＝－3.4×104 kJ·mol－1。

(2)1.8 g水的物质的量为0.1 mol，丙烷的分子式是C3H8，1 mol丙烷完全燃烧会产生4 mol水，丙烷完全燃烧产生1.8 g水，燃烧的丙烷的物质的量为 mol，所以反应放出的热量为×2 215 kJ＝55.375 kJ。

答案：(1)－3.4×104 kJ·mol－1　(2)55.375 kJ

知识点三　盖斯定律

1．盖斯定律的定义

对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都一样，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．盖斯定律的应用

(1)热化学方程式相加或相减，如

①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1

②C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2

由①－②可得

CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2

(2)合理设计反应途径，如

顺时针方向和逆时针方向变化反应热代数和相等，即

ΔH＝ΔH1＋ΔH2。

(3)盖斯定律的理解

[对点训练]

1．(2019·滕州二中模拟)由金红石TiO2制取单质Ti，涉及的步骤为TiO2―→TiCl4Ti。已知：

①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2

③TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(s)＋O2(g)　ΔH3

则反应TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(s)＋2CO(g)的ΔH为(　　)

A．ΔH3＋2ΔH1－2ΔH2　 B．ΔH3＋ΔH1－ΔH2

C．ΔH3＋2ΔH1－ΔH2  D．ΔH3＋ΔH1－2ΔH2

解析：选C　根据盖斯定律，由2×①－②＋③，可得TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(s)＋2CO(g)　ΔH＝2ΔH1－ΔH2＋ΔH3，故C项正确。

2．工业上制取硝酸铵的流程图如下所示：

请回答下列问题：

已知：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1 745.2 kJ·mol－1

6NO(g)＋4NH3(g)5N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1 925.2 kJ·mol－1

则反应Ⅰ的热化学方程式可表示为____________________________________

________________________________________________________________________。

解析：将已知的两个热化学方程式依次标记为①和②，根据盖斯定律，由①×5－②×4得：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025.2 kJ·mol－1。

答案：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1 025.2 kJ·mol－1