2023 高考化学二轮专题复习 专题6　化学反应的热效应 专题复习

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专题6　化学反应的热效应
课标要求
命题角度
1.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。
2.能进行反应焓变的简单计算,能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。
1.吸热与放热判断
2.热化学方程式的书写
3.依据键能计算ΔH
4.依据盖斯定律计算ΔH
5.反应进程中的能量变化含义
考点1　化学能与热能

角度1 热化学方程式书写
1.(2021·河北选择考节选)大气中的二氧化碳主要来自于煤、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:
物质
H2(g)
C(石墨,s)
C6H6(l)
燃烧热ΔH
(kJ·mol-1)
-285.8
-393.5
-3 267.5
则25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为_________________。 
解析根据表格燃烧热数据可知,存在反应:
①C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)
ΔH1=-393.5 kJ·mol-1;
②H2(g)+12O2(g)H2O(l)
ΔH2=-285.8 kJ·mol-1;
③C6H6(l)+152O2(g)6CO2(g)+3H2O(l)　
ΔH3=-3 267.5 kJ·mol-1。
根据盖斯定律,(①×6+②×3) -③得反应:
6C(石墨,s)+3H2(g) C6H6(l),ΔH=[(-393.5 kJ·mol-1)×6+(-285.8 kJ·mol-1)×3]-(-3 267.5 kJ·mol-1)=+49.1 kJ·mol-1。
答案:6C(石墨,s)+3H2(g) C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·mol-1
角度2 　盖斯定律的应用
2.(2022·广东选择考节选)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。
Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应历程如图,X(g)Y(g)过程的焓变为
　　　　　　　　　　　　　　(列式表示)。 

解析:由图可知,X(g)→Y(g)过程分为3个阶段,第一步反应的焓变ΔH1=E1-E2,第二步反应的焓变ΔH2=ΔH,第三步反应的焓变ΔH3=E3-E4,根据盖斯定律计算总反应的焓变为(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)。
答案:(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)
3.(2021·广东选择考节选)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) ΔH1
b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
c)CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH4
e)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:根据题目所给出的反应方程式关系可知,a=b+c-e=c-d,根据盖斯定律则有ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5=ΔH3-ΔH4;
答案:ΔH2+ΔH3-ΔH5或ΔH3-ΔH4
角度3　反应热的计算
4.(2021·湖南选择考节选)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能E/
(kJ·mol-1)
946
436.0
390.8
在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)　ΔH=　　　　kJ·mol-1。 
解析:根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能,2NH3(g)N2(g)+3H2(g),ΔH=390.8 kJ·mol-1×3×2-(946 kJ·mol-1+436.0 kJ·mol-1×3)=+90.8 kJ·mol-1。
答案:+90.8
5.(2022·浙江6月选考) 标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表:
物质(g)
O
H
HO
HOO
H2
O2
H2O2
H2O
能量/kJ·
mol-1
249
218
39
10
0
0
-136
-242
可根据HO(g)+HO(g)H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1。下列说法不正确的是 (　　)
A.H2的键能为436 kJ·mol-1
B.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:HOOΔH3
D.ΔH3+ΔH20,第三步为放热反应,ΔH3ΔH1>ΔH3,故C正确;由题图可知,第三步放出的热量大于第二步吸收的热量,则ΔH3+ΔH20
C.其他条件不变时,温度越高,CO2主要还原产物中碳元素的价态越低
D.其他条件不变时,增大体系压强可以提升A点CH3OCH3的选择性
解析:选C。由盖斯定律可知,反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)可由Ⅱ-2×Ⅰ得到,其焓变为ΔH2-2ΔH1,A正确;反应Ⅱ为放热反应,升高温度反应逆向进行,由图可知随着温度的升高,二氧化碳转化率下降速率小于二甲醚选择性下降速率,且高于300 ℃时二氧化碳转化率升高,说明反应Ⅰ正向移动,反应为吸热反应,ΔH1>0,B正确;由B分析可知,其他条件不变时,温度越高,反应Ⅰ占据主导地位,CO2主要还原产物为CO,CO中碳元素的价态较高,C错误;反应Ⅰ为气体分子数不变的反应,反应Ⅱ为气体分子数变小的反应,其他条件不变时,增大体系压强,导致反应Ⅱ正向移动,可以提升A点CH3OCH3的选择性,D正确。
2.已知高炉炼铁过程中会发生如下反应:
FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)　ΔH1
Fe2O3(s)+13CO(g) 23Fe3O4(s)+13CO2(g)　ΔH2
Fe3O4(s)+4CO(g) 3Fe(s)+4CO2(g)　ΔH3
Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH4
则ΔH4的表达式为　　　　(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。 
解析:由上到下对4个反应排序为①②③④,根据盖斯定律,反应②+③×23可得④Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH4=ΔH2+23ΔH3。
答案:ΔH2+23ΔH3
考点2　反应机理与能量图像
角度1　能量—历程转化
1.(2022·湖南选择考改编)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如下图所示:

下列有关四种不同反应进程的说法正确的是 (　　)
A.进程Ⅰ是吸热反应
B.平衡时P的产率:Ⅱ>Ⅰ
C.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ
D.进程Ⅳ中,Z没有催化作用
解析:选D。由图中信息可知,进程Ⅰ中S的总能量大于产物P的总能量,因此进程Ⅰ是放热反应,A说法不正确;进程Ⅱ中使用了催化剂X,但是催化剂不能改变平衡产率,因此在两个进程中平衡时P的产率相同,B说法不正确;进程Ⅲ中由S•Y转化为P•Y的活化能高于进程Ⅱ中由S•X转化为P•X的活化能,由于这两步反应分别是两个进程的决速步骤,因此生成P的速率为Ⅲ0
B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0
C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)
D. 对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3
解析:选C。根据盖斯定律,得ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,又易知Ca2+半径大于Mg2+半径,所以CaCO3的离子键强度弱于MgCO3,CaO的离子键强度弱于MgO。A.ΔH1表示断裂CO32-和M2+的离子键所吸收的能量,离子键强度越大,吸收的能量越大,因而ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0,A项正确;B. ΔH2表示断裂CO32-中共价键形成O2-和CO2吸收的能量,与M2+无关,因而ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0,B项正确;C.由上可知ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)ΔH3(MgO),ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)>0,C项错误;D.由上分析可知ΔH1+ΔH2>0,ΔH3ΔH3,D项正确。

物质转化历程与能量图像常见类型
1.曲线图式
将微观、抽象的化学变化体现为可视的示意图,分析活化能与反应历程的关系,考查化学反应能量变化的基础知识及信息整合应用能力。图例如下:

2.循环图式
将总反应的反应历程设计成物质转化循环图,标明各步的反应物和生成物,考查化学键的变化、能量转化形式、热化学方程式书写、催化剂的判断等相关考点。图例如下:

3.能垒图式
将化学反应历程中各基元反应的始态、终态、过渡态设计成势能图,考查催化剂对活化能的影响、能垒与反应速率快慢的关系、化学键的变化、热化学方程式书写等相关考点。图例如下:

(1)ΔH=终点(相对)能量-起点(相对)能量
(2)最大能垒=相对能量差值,能垒最大步骤的反应速率最慢,决定整个反应速率的快慢
(3)催化剂影响活化能,但不影响ΔH。
角度1能量历程转化
1.苯的亲电取代反应分两步进行,可表示为,生成中间体的一步是加成过程,中间体失去氢离子的一步是消除过程,其机理亦称加成-消除机理,苯的亲电取代反应进程和能量的关系如图,下列说法错误的是 (　　)

A.反应Ⅰ为苯亲电取代的决速步骤
B.E1与E2的差值为总反应的焓变
C.中间体的能量比苯的高,稳定性比苯的差
D.反应过程中,环上碳原子的杂化类型发生了变化
解析:选B。反应需要活化能越大,反应越慢,由图可知,该反应的决速步骤为反应Ⅰ,A正确;焓变与两步反应的活化能差值无关,与产物和反应物的能量差值有关,B错误;由图可知,中间体的能量比苯的高,所以中间体的稳定性比苯的差, C正确;由图可知,反应过程中中间体存在一个碳原子形成4个单键的中间状态,此碳原子的杂化类型为sp3杂化,苯环上的碳原子全部为sp2杂化,D正确。
2.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。则下列说法不正确的是 (　　)

A.水煤气变换为放热反应
B.物质在金催化剂表面吸附过程中能量保持不变
C.该历程中断开一个H—O要吸收能量
D.该历程中正向的最大能垒(活化能)E正=2.02 eV
解析:选B。ΔH与反应历程无关,只与反应的始态和终态有关,由图可知:生成物的总能量低于反应物的总能量,故水煤气变换为放热反应,A正确;根据图示可知:物质在金催化剂表面吸附过程中能量会发生改变,B错误;在任何化学反应中,断裂化学键均需吸收能量,因此在该历程中断开一个H—O要吸收能量,C正确;过渡态1能垒(活化能)E正=1.59 eV-(-0.32 eV)=1.91 eV,过渡态2能垒(活化能)E正=1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV,则该历程中最大能垒(活化能)E正=2.02 eV,D正确。
角度2　物质转化机理图
3.(2022·廊坊模拟)在活性炭催化条件下,煤气中的H2S可被脱除,反应机理如图(吸附在催化剂表面的物种用*标注)所示。下列有关说法错误的是 (　　)

A.CS2分子中含有非极性键
B.存在反应S*+2O*SO2
C.H2S脱除率小于100%
D.该过程中发生了能量变化
解析:选A。CS2分子中C和两个S分别形成2对共用电子对,只含有极性键,A项错误;由题图可知,在催化剂表面,氧原子和硫原子可形成二氧化硫,即S*+2O*SO2,B项正确;由题图知,后面又有H2S生成,H2S脱除率小于100%,C项正确;该过程中有化学键的断裂与生成,故一定有能量的变化,D项正确。
4.(2022·郑州模拟)Na2S2O8具有高水溶性、氧化性,我国科学家研究用Fe/Na2S2O8体系去除废水中的正五价砷As(Ⅴ),反应机制模型如图。下列说法正确的是 (　　)

A.Fe2+/Fe3+循环,可有效促进S2O82-转化为SO42-
B.中性废水中,可发生反应SO4-·+H2OSO42-+·OH+H+
C.SO4-·和·OH具有强氧化性,可将废水中的As(Ⅴ)氧化去除
D.若56 g Fe参加反应,则有1 mol S2O82-被还原
解析:选B。由图示知,Fe2+与S2O82-反应生成SO4-·和Fe3+,Fe3+与Fe反应又生成Fe2+,使得反应循环进行,同时促进S2O82-转化为SO4-·,A错误;由图示知,SO4-·与H2O反应生成·OH和H+,对应方程式为SO4-·+H2O·OH+H++SO42-,B正确;由图可知,溶液中As(Ⅴ)吸附在腐蚀层表面,之后通过与Fe(OH)2、Fe(OH)3形成共沉淀而被除去,并未涉及As(Ⅴ)被氧化过程,C错误;由图示知,部分Fe与S2O82-反应生成Fe2+和SO42-,部分Fe与Fe3+反应生成Fe2+,所以56 g Fe不一定都与S2O82-反应,故无法计算S2O82-被还原的物质的量,D错误。
角度3物质转化能量循环图
5.依据图示关系,下列说法不正确的是 (　　)

A.反应①是吸热反应
B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.反应③是一个熵增的反应
D.数据表明:V2O5(s)的能量比V2O4(s)低,更稳定
解析:选D。根据反应①的ΔH1>0,可知反应①是吸热反应,故A正确;根据盖斯定律,反应③可由反应①和反应②相加得到,则ΔH3=ΔH1+ΔH2,故B正确;反应③是固体生成气体的反应,是一个熵增的反应,故C正确;由于反应②还有三氧化硫和二氧化硫的参与,故不知道V2O5(s)和V2O4(s)的能量相对大小,不能确定V2O5(s)的能量比V2O4(s)低,更稳定,故D错误。
6.2 mol金属钠和1 mol氯气反应的能量关系如图所示,下列说法不正确的是 (　　)

A.相同条件下,K(s)的(ΔH'2+ΔH'3)P2
C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19 kJ·mol-1
D.相同条件下,由中间产物Z转化为产物的速率:v(P1)v(P2),故D错。
3.NH3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1;研究发现,在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图2。下列说法正确的是 (　　)


A.NH3催化还原NO为放热反应
B.过程Ⅰ中NH3断裂非极性键
C.过程Ⅱ中NO为氧化剂,Fe2+为还原剂
D.脱硝的总反应为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)
解析:选D。依据图1可知反应物能量高,生成物能量低,为放热反应,但NH3生成NO为催化氧化,A错误;NH3没有非极性键,B错误;过程Ⅱ中,Fe2+的化合价未变,C错误;据图2可知脱硝的总反应为2NH3(g)+2NO(g)+0.5O2(g)2N2(g)+3H2O,由此可写出反应的化学方程式为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O,D正确。
4.研究表明,大气中氮氧化物和碳氢化合物受紫外线作用可产生光化学烟雾,其中部分反应历程如图所示。下列说法错误的是 (　　)

A.整个过程中O3作催化剂和氧化剂
B.反应Ⅲ的化学方程式为 CH2CHCH3 +2O3HCHO+CH3CHO+2O2
C.光化学烟雾中含甲醛、乙醛等有机物
D.反应Ⅰ、反应Ⅲ均属于氧化还原反应
解析:选 A。催化剂在反应前后质量和性质不发生改变,由图可知O3只参与反应,没有O3的生成,因此O3不是催化剂,选项A错误;由图可知,反应Ⅲ:CH2CHCH3和O3参与反应,生成HCHO、CH3CHO、O2,化学方程式为
CH2CHCH3+2O3HCHO+CH3CHO+2O2,选项B正确;由图可知,反应Ⅲ生成甲醛和乙醛,因此光化学烟雾中含有甲醛和乙醛等有机物,选项C正确;反应Ⅰ:O2+2NO2NO2,存在化合价的变化,属于氧化还原反应,反应Ⅲ:CH2CHCH3+2O3HCHO+CH3CHO+2O2,存在化合价的变化,属于氧化还原反应,选项D正确。