2022高三化学一轮复习优化探究 第六章 第18讲　化学能与热能课件PPT

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考点 1　焓变、热化学方程式1．焓变、反应热(1)焓变(ΔH)ΔH＝______________________，单位为kJ/ml或kJ·ml－1。(2)焓变与反应热的关系对于______条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量全部转化为热能，则有如下关系：焓变等于反应热。(3)表示方法吸热反应：ΔH___0；放热反应：ΔH___0。
H(生成物)－H(反应物)
2．吸热反应和放热反应(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度理解。
(2)从化学键变化的角度理解
3．热化学方程式(1)概念：能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：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·ml－1表示在25 ℃、101 kPa条件下，____________________________________________________________________。
2 ml H2(g)和1 ml O2(g)完全反应生成2 ml H2O(l)，
放出571.6 kJ的热量
(3)热化学方程式的书写要求及步骤
1．参考教材选修4 P3、P4“资料”，你能说出ΔH单位中ml－1的含义吗？____________________________________________________________________________________________________________________________提示：指每摩尔指定的反应。
2．通过教材选修4 P3～4“例1”和“例2”，请归纳影响反应热的因素。____________________________________________________________________________________________________________________________提示：①温度和压强　②反应物的物质的量　③反应物和生成物的聚集状态
提示：<　上述反应为可逆反应，1 ml N2和3 ml H2不可能完全反应，因而放出的热量小于92.4 kJ。
(1)所有的燃烧反应都是放热反应，所以不需要加热就能进行。(　　)(2)反应物的总能量低于生成物的总能量时，一定不能发生反应。(　　)(3)一个反应的焓变因反应物的用量和反应条件的改变而发生改变。(　　)(4)可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关。(　　)(5)活化能越大，表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越高。(　　)
1．归纳整合：常见的放热反应与吸热反应
2．科学思维：图解反应热与活化能的关系
(1)在无催化剂的情况下，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．方法归纳：利用键能计算ΔH的方法(1)计算公式：ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。(2)计算关键：利用键能计算反应热的关键，就是要算清物质中化学键的种类和数目。
题组一　依据“反应过程——能量”图像，理清活化能与焓变的关系1．反应A＋B―→C(ΔH＜0)分两步进行：①A＋B―→X(ΔH＞0)，②X―→C(ΔH＜0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)
解析：由A＋B―→X　ΔH＞0可知，X的能量比A和B的能量和大。由X―→C　ΔH＜0可知，C的能量比X的能量低，分析图像可知，D正确。答案：D
2．研究表明N2O与CO在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示，下列说法错误的是(　　)A．反应总过程ΔH<0B．Fe＋使反应的活化能减小C．FeO＋是该反应的催化剂D．Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两步反应均为放热反应
解析：反应总过程为N2O＋CO===N2＋CO2，根据图示可知，反应物总能量高于生成物总能量 ，为放热反应，ΔH<0，A正确；根据反应过程，Fe＋为催化剂，能够降低反应的活化能，B正确；FeO＋为中间产物，而不是催化剂，C错误；根据图示，Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两反应中反应物总能量均高于生成物总能量，均为放热反应，D正确。
3．CO2和CH4催化重整可制备合成气，对减缓燃料危机具有重要的意义，其反应历程示意图如下：下列说法不正确的是(　　)A．合成气的主要成分为CO和H2B．①→②既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成C．①→②吸收能量D．Ni在该反应中作催化剂
题组二　利用键能计算焓变4．工业上，在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇；其化学方程式为CH2==CH2(g)＋H2O(g)―→CH3CH2OH(g)。已知几种共价键的键能如下：上述反应的ΔH＝______________。答案：－34 kJ·ml－1
题组三　热化学方程式的书写5．(1)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和氢气，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ，写出该反应的热化学方程式是____________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g)　ΔH＝－216 kJ·ml－1
(2)如图是1 ml NO2和1 ml CO反应生成CO2和NO的过程中能量变化示意图，写出NO2和CO反应的热化学方程式。 ________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(2)NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·ml－1
考点 2　燃烧热、中和热、能源1．燃烧热和中和热的比较
1 ml H2O(l)
－57.3 kJ·ml－1
2.中和热的测定(1)实验装置
(3)注意事项①泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是______。②为保证完全中和，采取的措施是_______________。
1．根据教材选修4中燃烧热的概念，回答下列问题：(1)用概念中所指“稳定氧化物”填空：C―→________，H―→________，S―→________。(2)在25 ℃、101 kPa时，1 ml C(s)完全燃烧生成CO2(g)放出593.5 kJ热量，请用两种方式表示碳的燃烧热。____________________________________________________________________________________________________________________________
提示：(1)CO2(g)　H2O(l)　SO2(g)(2)碳的燃烧热为593.5 kJ·ml－1；碳的燃烧热ΔH＝－593.5 kJ·ml－1。
2．浓硫酸与稀NaOH溶液反应、稀醋酸与稀NaOH溶液反应所测得的中和热都是ΔH＝－57.3 kJ·ml－1吗？为什么？____________________________________________________________________________________________________________________________提示：都不是，由于浓硫酸溶于水时放热，所以浓硫酸与稀NaOH溶液反应所测得的中和热ΔH<－57.3 kJ·ml－1；由于醋酸是弱电解质，其电离要吸热，所以稀醋酸与稀NaOH溶液反应所测得的中和热ΔH>－57.3 kJ·ml－1。
(1)已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热ΔH＝2×(－57.3) kJ·ml－1。(　　)(2)H2(g)的燃烧热是285.8 kJ·ml－1，则2H2O===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.6 kJ·ml－1。(　　)
错点提醒：规范表示燃烧热、中和热(1)由于中和反应和燃烧均是放热反应，表示中和热和燃烧热可不带“－”号。如：某物质的燃烧热为ΔH＝－Q kJ·ml－1或Q kJ·ml－1(Q>0)。(2)有关燃烧热的判断，一看是否以1 ml可燃物为标准，二看是否生成稳定氧化物。(3)有关中和热的判断，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。
2．(1)2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝＋2×283.0 kJ·ml－1，则CO(g)的燃烧热是_____________________________________________。(2)已知中和反应的中和热为57.3 kJ·ml－1。则Ba(OH)2和盐酸反应，表示中和热的热化学方程式为_________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)283.0 kJ·ml－1(2)OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)ΔH＝－57.3 kJ·ml－1
(3)油酸甘油酯(相对分子质量为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________。答案：(3)－3.4×104 kJ·ml－1
题组二　中和反应的反应热的测定3．把温度为20 ℃，浓度为1.0 ml/L的H2SO4溶液和2.2 ml/L的碱溶液各50 mL混合[溶液密度均为1 g/mL，比热容为4.18 kJ/(kg·℃)]轻轻搅动，测得酸碱混合液的温度变化数据如下：
答案：(1)4.2 kJ·ml－1 (2)－56.848　－52.668　(3)小于
题组三　能源的开发与利用4．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 H2O具有的总能量低于2 ml H2和1 ml O2的能量D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值
解析：水的分解是吸热反应，A错误；氢能源由于受贮存和运输等因素的限制，还未普遍使用，但有巨大的开发利用的价值，B、D错误。
5．我们把直接从自然界取得的能源称为一次能源，一次能源经过加工、转换得到的能源称为二次能源，下列属于一次能源的是________(填序号，下同)；未来新能源的特点是资源丰富，在使用时对环境无污染或污染很小，且可以再生，下列属于未来新能源的是________。①天然气　②煤　③石油　④太阳能　⑤生物质能　⑥风能　⑦氢能 答案：①②③④⑤⑥　④⑤⑥⑦
考点 3　盖斯定律的应用1．盖斯定律：不管化学反应分一步完成或几步完成，最终的反应热相同。化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应途径无关。
2．“盖斯定律”型反应热(焓变)的运算规则
试比较下列各组ΔH的大小。(1)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则ΔH1______(填“>”“<”或“＝”，下同)ΔH2。(2)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则ΔH1________ΔH2。
提示：(1)>　(2)<　(3)<
思维模型：利用盖斯定律计算反应热(ΔH)的解题流程：
2．LiH可作飞船的燃料，已知下列反应：①2Li(s)＋H2(g)===2LiH(s)　ΔH＝－182 kJ·ml－1②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－572 kJ·ml－1③4Li(s)＋O2(g)===2Li2O(s)　ΔH＝－1 196 kJ·ml－1试写出LiH在O2中燃烧的热化学方程式_______________________________________________________________________________________。
上述三式相加得：2LiH(s)＋O2(g)===Li2O(s)＋H2O(l)　ΔH＝－702 kJ·ml－1。答案：2LiH(s)＋O2(g)===Li2O(s)＋H2O(l)ΔH＝－702 kJ·ml－1
解析：H2在O2中燃烧为放热反应，a、b、c、d都小于0，所以B、D均错误；反应①－③得H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH3＝(a－c)kJ/ml，而ΔH>0，即a－c>0，a>c，A错误；比较①②两个热化学方程式得b＝2a，C正确。
题组三　新素材命题5．城市生活垃圾资源化清洁再生利用，是近年来新兴起来的朝阳产业。针对我国现阶段城市生活垃圾多组分、高水分、低热值的特点，浙大热能所提出了以内循环燃烧、气力输送式冷渣分选回送，湍流式烟气净化法为主要内容的“城市生活垃圾清洁焚烧”新方法，并成功应用于日处理800吨城市生活垃圾流化床焚烧炉的工程示范。该研究成果包括重金属、有机污染物、二噁英、氟、氯及化合物、小颗粒及温室气体等污染物的生成机理及控制技术，特别是对多种污染物的同时脱除进行了开创性的研究工作。实现了城市生活垃圾的高效洁净焚烧和能源化利用。
问题1　阅读材料分析城市生活垃圾焚烧应注意哪些问题？(素养角度——科学态度与社会责任)问题2　生活垃圾送到焚烧发电厂之后，卸至垃圾池内，发酵七天左右，可以实现脱水，然后才焚烧发电。分析这样操作的原因是什么？(素养角度——科学探究与创新意识)
答案：问题1　提示：生活垃圾焚烧时的热能利用；防止二次污染。问题2　提示：比如果皮等生活垃圾富含水分，如果直接送到焚烧炉里，难以彻底燃烧。脱水之后的生活垃圾更容易燃烧，利用率自然更高，产生的固体废物也更少，生活垃圾的处理也更加彻底。
问题3　发酵的垃圾中含有沼气，沼气可以很好地助燃，炉内温度可达850 ℃以上。含铅汽油、煤、防腐处理过的木材等各种废弃物在燃烧温度低于400 ℃时容易产生二噁英。但是燃烧炉温度保持在850 ℃以上，可以有效分解二噁英，基本可以消除二噁英对环境的不良影响。沼气的主要成分是甲烷，已知1 g甲烷完全燃烧生成液态水时放出55.64 kJ的热量，写出甲烷燃烧的热化学方程式，并计算出甲烷的燃烧热是多少？(素养角度——宏观辨识与微观探析)答案：问题3　提示：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.24 kJ·ml－1；甲烷的燃烧热是ΔH＝－890.24 kJ·ml－1。
1.理解物质能量与反应吸、放热之间的两个关系(1)E(反应物)E(生成物)，放热反应2.明确热化学方程式书写与判断的四点注意事项(1)标明物质的状态。(2)明确ΔH的符号与单位。(3)ΔH的数值与化学计量数是否对应。(4)燃烧热、中和热的条件的限制。
3.了解燃烧热和中和热的两点联系(1)对于中和热、燃烧热，由于它们的反应放热是确定的，所以描述中不带“－”，但其焓变小于零。(2)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 ml，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。4.把握盖斯定律的两个关键(1)化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关。(2)利用盖斯定律可计算某些反应的反应热。
解析：A对，HCN的能量低于HNC的能量，能量越低越稳定；B对，根据题图可知反应为吸热反应，能量差为59.3 kJ·ml－1；C对，正反应的活化能为186.5 kJ·ml－1，逆反应的活化能为186.5 kJ·ml－1－59.3 kJ·ml－1＝127.2 kJ·ml－1，故正反应活化能大于逆反应活化能；D错，催化剂只能改变反应速率，不影响反应热。
2．(2018·高考北京卷)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程表示意图如下。下列说法不正确的是(　　)A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%B．CH4→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂C．①→②放出能量并形成了C—C键D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
解析：催化剂只影响化学反应速率，不会使化学平衡发生移动，故不会提高反应物的平衡转化率，D不正确。
3．(2019·高考全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程。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________0(填“大于”“等于”或“小于”)。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_________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：根据图像，初始时反应物的总能量为0，反应后生成物的总能量为－0.72 eV，则ΔH＝－0.72 eV，即ΔH小于0。由图像可看出，反应的最大能垒在过渡态2，则此能垒E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV。由过渡态2初始反应物COOH*＋H*＋H2O*和结束时生成物COOH*＋2H*＋OH*，可得反应的方程式为COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*)。答案：小于　2.02　COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*)
4．(2019·高考北京卷)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。(1)反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是__________________________________。解析：(1)已知反应物为CH4和H2O(g)，生成物为H2和CO2，且物质的量之比为4∶1，据此结合质量守恒定律即可写出化学方程式。
(2)已知反应器中还存在如下反应：ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　　　ΔH1ⅱ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　　　ΔH2ⅲ.CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　　　ΔH3……ⅲ为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用__________反应的ΔH。