2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第六单元 第1节　化学能与热能

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第六单元　化学反应与能量
第1节　化学能与热能

备考要点
素养要求
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,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
1.变化观念与平衡思想:认识化学变化的本质是有新物质生成,并伴有能量的转化;能多角度、动态地分析热化学反应方程式,运用热化学反应原理解决实际问题。
2.证据推理与模型认知:通过分析、推理等方法认识研究反应热的本质,建立盖斯定律模型。
3.科学态度与社会责任:赞赏化学对社会发展的重大贡献,具有可持续发展意识和绿色化学观念,能对与化学有关的社会热点问题作出正确的价值判断。


考点一　焓变与反应热
必备知识自主预诊　
知识梳理
1.化学反应的实质与特征
化
学
反
应
2.基本概念
(1)焓变(ΔH)。
ΔH=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。单位 kJ·mol-1。 
(2)反应热。
在　　　　条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的　　　　　,称为化学反应的　　　　　　,简称反应热。 
(3)焓变与反应热的关系。
研究表明,在等压条件下进行的化学反应,其反应热　　　　反应的焓变。 
3.吸热反应与放热反应
(1)化学反应中的能量变化。

①a表示断裂旧化学键　　　　　的能量,也可以表示反应的　　　　　。 
②b表示生成新化学键　　　　　的能量,也可以表示活化分子变成生成物分子所　　　　　的能量。 
③c表示反应的　　　　　,可通过计算焓变值求得。 
从化学键角度分析,焓变为反应物分子的化学键断裂时所吸收的总能量与生成物分子的化学键形成时所释放的总能量之差,ΔH=　　　-　　　(用上图中符号填空)。 
(2)常见放热反应和吸热反应。
放热反应:①可燃物的燃烧;②酸碱中和反应;③大多数化合反应;④金属跟水或酸的反应;⑤物质的缓慢氧化;⑥原电池反应;⑦铝热反应;⑧少数分解反应(如H2O2分解)。
吸热反应:①大多数分解反应;②盐类的水解;③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应;④碳与水蒸气、CO2的反应等。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)物质发生化学变化都伴有能量的变化。(　　)
(2)放热反应中,生成物的总能量高于反应物的总能量。(　　)
(3)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。(　　)
(4)活化能越大,表明反应旧化学键断裂需要克服的能量越大。(　　)
(5)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。(　　)
(6)物质的物理变化过程中,也会有能量变化,但不属于吸热反应和放热反应。(　　)
(7)化石燃料属于可再生能源,对其过度开采不影响可持续发展。(　　)
2.已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,若向一定体积密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2,充分反应后,放出热量　　　　　　(填“>”“0,说明石墨比金刚石稳定。(　　)
2.请你写出298 K、101 kPa时,下列反应的热化学方程式。
(1)一定量N2(g)与一定量H2(g)反应生成2 mol NH3(g),放出92.4 kJ热量。
(2)14 g N2(g)与适量的O2(g)反应生成NO(g),吸收34 kJ热量。
(3)1 mol C8H18(l)在O2(g)中完全燃烧,生成CO2(g)和H2O(g),放出5 518 kJ热量。





关键能力考向突破　
考向1　热化学方程式的正误判断
【典例1】(2020上海崇明模拟)固体碳和水蒸气反应生成1 mol H2和1 mol CO,吸收131.3 kJ的热量,该反应的热化学方程式是(　　)
A.C(s)+H2O(l)H2(g)+CO(g)　ΔH=-131.3 kJ·mol-1
B.C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)　ΔH=-131.3 kJ·mol-1
C.C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1
D.C(s)+H2O(l)H2(g)+CO(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1
对点演练1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的热量,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·mol-1
B.4FeCO3(s)+O2(g)2Fe2O3(s)+4CO2(g)　
ΔH=+260 kJ·mol-1
C.4FeCO3(s)+O2(g)2Fe2O3(s)+4CO2(g)　
ΔH=-260 kJ·mol-1
D.4FeCO3(s)+O2(g)2Fe2O3(s)+4CO2(g)　
ΔH=+130 kJ·mol-1
方法技巧“五审”突破热化学方程式的正误判断

考向2　热化学方程式的书写
【典例2】(1)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应的热化学方程式如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)　ΔH=+49.0 kJ·mol-1
②CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)　ΔH=-192.9 kJ·mol-1
又知③H2O(g)H2O(l)　ΔH=-44 kJ·mol-1,则甲醇蒸气燃烧生成二氧化碳气体和液态水的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)在微生物作用的条件下,NH4+经过两步反应被氧化成NO3-。这两步的能量变化如图:

第二步反应是　　　　　　(填“放热”或“吸热”)反应。1 mol NH4+(aq)全部氧化成NO2-(aq)的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
对点演练2依据事实,写出下列反应的热化学方程式。
(1)在25 ℃,101 kPa下,将1 mol N2和3 mol H2充入一密闭容器中发生反应生成氨气,达到平衡时N2的转化率为25%,放出Q kJ的热量,写出N2与H2反应的热化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(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1 mol 单质Na在足量O2中燃烧,恢复至室温,放出255.5 kJ的热量,写出该反应的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2,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为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
易错警示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,在方程式后面注明能量变化,吸热反应ΔH>0,放热反应ΔH-57.3 kJ·mol-1。(　　)
(5)已知H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则Ca(OH)2和HCl反应的反应热ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1。(　　)
(6)表示乙醇燃烧热的热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g)　ΔH=-1 367.0 kJ·mol-1。(　　)
2.(1)已知甲烷的燃烧热ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为　　　　　　。 
(2)16 g固体硫完全燃烧生成二氧化硫气体时放出b kJ的热量,则表示硫燃烧热的热化学方程式为　　　　　　。 
(3)11.2 L(标准状况)氢气燃烧生成液态水时放出142.9 kJ的热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为　　　　　　　　　。 
关键能力考向突破　
考向1　燃烧热和中和热的理解
【典例1】(2020辽宁抚顺六校期末)下列关于热化学反应的描述中正确的是(　　)
A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则1 mol 硫酸与足量氢氧化钡溶液反应放出热量为114.6 kJ
B.一定条件下,H2(g)的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1,则该条件下2H2O(l)2H2(g)+O2(g)反应的ΔH=+571.6 kJ·mol-1
C.101 kPa时,2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-Q kJ·mol-1,则H2的燃烧热ΔH=12Q kJ·mol-1
D.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
对点演练1(2020江西九江模拟)25 ℃、101 kPa时,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,辛烷的燃烧热ΔH=-5 518 kJ·mol-1。下列热化学方程式书写正确的是(　　)
A.2H+(aq)+SO42-(aq)+Ba2+(aq)+2OH-(aq)BaSO4(s)+2H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1
B.KOH(aq)+12H2SO4(aq)12K2SO4(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1
C.C8H18(l)+252O2(g)8CO2(g)+9H2O(g)　ΔH=-5 518 kJ·mol-1
D.2C8H18(g)+25O2(g)16CO2(g)+18H2O(l)　ΔH=-5 518 kJ·mol-1
易错警示燃烧热和中和热应用中的注意事项
(1)有关燃烧热的判断,一看是否以1mol纯物质为标准,二看是否生成指定的产物。
(2)有关中和热的判断,一看是否以生成1molH2O(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。
考向2　中和反应反应热测定的误差分析及实验数据处理
【典例2】(2020广东深圳实验学校月考)用如图所示的装置进行中和反应反应热的测定实验,分别取50 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液、50 mL 0.25 mol·L-1的硫酸溶液进行实验,回答下列问题:

(1)从如图实验装置看,其中尚缺少的一种玻璃用品是　　　　　,除此之外,装置中的一个明显错误是　　　　　　。 
(2)近似认为0.55 mol·L-1的NaOH溶液和0.25 mol·L-1的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,通过以下数据计算中和热ΔH=　　　　　　(结果保留小数点后一位)。 

实验
次数
起始温度t1/℃
终止温
度t2/℃
H2SO4溶液
NaOH溶液
平均值
1
26.2
26.0
26.1
29.5
2
27.0
27.4
27.2
32.3
3
25.9
25.9
25.9
29.2
4
26.4
26.2
26.3
29.8

(3)若改用60 mL 0.25 mol·L-1的H2SO4溶液和50 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量　　　　(填“相等”或“不相等”)。 
(4)上述实验数值结果与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.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸溶液的小烧杯中
d.将以上四次实验测量温度均纳入计算平均值
对点演练2在测定中和热的实验中,下列说法正确的是(　　)
A.使用环形玻璃搅拌棒是为了加快反应速率,减小实验误差
B.为了准确测定反应混合溶液的温度,实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触
C.用0.5 mol·L-1NaOH溶液分别与0.5 mol·L-1的盐酸、醋酸溶液反应,若所取的溶液体积相等,则测得的中和热数值相同
D.在测定中和热实验中需要使用的仪器有容量瓶、量筒、烧杯、温度计、环形玻璃搅拌棒
易错警示中和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,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。
考点四　盖斯定律　反应热的计算
必备知识自主预诊　
知识梳理
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　　　　　　　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　　　　　　　　。 

(2)应用:
①根据盖斯定律书写热化学方程式:根据已知热化学方程式,运用数学计算转化为目标热化学方程式。
②根据盖斯定律计算反应热:


转化关系
反应热间的关系
aAB、A1aB
ΔH1=　　　　　 
AB
ΔH1=　　　　　　 

ΔH=　　　　　　 

2.反应热大小的比较

(1)看物质状态。物质的气、液、固三态转化时的能量变化如右:
(2)看ΔH的符号。比较反应热大小时不要只比较ΔH绝对值的大小,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分别相同时,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,参加反应的物质的量和状态分别相同时,反应的程度越大,热量变化越大。
3.利用盖斯定律计算反应热
(1)运用盖斯定律的技巧——“三调一加”。
一调:根据目标热化学方程式,调整已知热化学方程式中反应物和生成物的左右位置,改写已知的热化学方程式。
二调:根据改写的热化学方程式调整相应ΔH的符号。
三调:调整中间物质的化学计量数。
一加:将调整好的热化学方程式及其ΔH相加。
(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,焓变ΔH也必须乘上该数。
②热化学方程式相加减时,物质之间相加减,焓变ΔH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,但绝对值不变。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)一个反应一步完成或分几步完成,二者相比,经过的步骤越多,放出的热量越多。(　　)
(2)由H2(g)+12O2(g)H2O(g)　ΔH=-a kJ·mol-1可知,1 g H2(g)燃烧生成H2O(g)放出的热量为a kJ。(　　)
(3)已知:C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1;C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)　ΔH2;
H2(g)+12O2(g)H2O(g)　ΔH3;CO(g)+12O2(g)CO2(g)　ΔH4;
则ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH4。(　　)
(4)已知S(g)+O2(g)SO2(g)　ΔH1298kJ·mol-1,A项正确;键能越大形成的化学键越稳定,表中键能最大的是H—F,最稳定的共价键是H—F,B项正确;氢气变化为氢原子,所吸收的热量等于氢气中断裂化学键需要的能量,H2(g)2H(g)
ΔH=+436kJ·mol-1,C项正确;依据ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和计算判断,反应H2(g)+F2(g)2HF(g)的ΔH=436kJ·mol-1+157kJ·mol-1-2×568kJ·mol-1=-543kJ·mol-1,D项错误。
典例3B　CO32-与H+的反应为放热反应,ΔH10,则ΔH1