2019版高考化学一轮精选教师用书人教通用：第六章化学反应与能量第1节　化学能与热能


第1节　化学能与热能
【考纲要求】
了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。　 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。　 了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。　 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。　 了解焓变(ΔH)与反应热的含义。　 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。
考点一　焓变　反应热

1．化学反应的实质与特征
(1)实质：反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。
(2)特征：既有物质变化，又伴有能量变化，通常主要表现为热量的变化。
2．反应热和焓变
(1)反应热：化学反应中放出或吸收的热量。
(2)焓变：在恒压条件下化学反应的热效应，其符号为ΔH，单位是kJ/mol(或kJ·mol－1)。
3．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分析

(2)从化学键的变化角度分析

(3)常见放热反应
①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化。
(4)常见吸热反应
①大多数分解反应；②盐的水解和弱电解质的电离；③Ba(OH)2·8H2O 与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应。

1．物质发生化学变化时都伴有能量的变化(　　)
2．化学变化中的能量变化都是化学能和热能间的相互转化(　　)
3．伴有能量变化的物质变化都是化学变化(　　)
4．水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热(　　)
5．NH4NO3固体溶于水时吸热，属于吸热反应(　　)
6．需加热才能进行的反应是吸热反应，不需加热就能进行的反应是放热反应(　　)
7．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(　　)
8．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(　　)
答案：1.√　2.×　3.×　4.×　5.×　6.×　7.×　8.√

题组一　考查反应热与能量变化的关系
1．下列说法中正确的是(　　)
A．在化学反应过程中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化
B．破坏生成物全部化学键所需要的能量大于破坏反应物全部化学键所需要的能量时，该反应为吸热反应
C．生成物的总焓大于反应物的总焓时，反应吸热，ΔH>0
D．ΔH的大小与热化学方程式的化学计量数无关
解析：选C。化学反应中一定有能量变化，A错误；由ΔH＝断开旧化学键吸收的能量－形成新化学键放出的能量，得ΔH0(　　)
3．C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH>0，说明石墨比金刚石稳定(　　)
4．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2，则ΔH1＝ΔH2(　　)
5．若N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1，则1 mol N2和3 mol H2在一定条件下发生反应，放出的热量等于92 kJ(　　)
6．CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1表示标准状况下1 mol CO(g)和 mol O2(g)反应生成1 mol CO2(g)时放出Q kJ的热量(　　)
答案：1.×　2.√　3.√　4.×　5.×　6.×

题组一　考查热化学方程式的书写
1．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。
(1)SiH4是一种无色气体，遇到空气能发生爆炸性自燃，生成SiO2和液态H2O。已知室温下2 g SiH4自燃放出热量89.2 kJ。SiH4自燃的热化学方程式为_____________________。
(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)NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g)，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是__________________________________。
答案：(1)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l)　 ΔH＝－1 427.2 kJ·mol－1
(2)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　 ΔH＝－2Q kJ·mol－1
(3)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g)　 ΔH＝－216 kJ·mol－1
2．(1)已知如图是NO2和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：______________________。

(2)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：_____________________________________________________________________。

解析：(1)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。
(2)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。
答案：(1)NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1
(2)A2(g)＋B2(g)===2AB(g)　ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1
题组二　考查热化学方程式的正误判断
3．下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)(　　)
A．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)
ΔH＝－1 367.0 kJ·mol－1(燃烧热)
B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH＝＋57.3 kJ·mol－1(中和热)
C．S(s)＋O2(g)===SO2(g)
ΔH＝－296.8 kJ·mol－1(反应热)
D．2NO2===O2＋2NO
ΔH＝＋116.2 kJ·mol－1(反应热)
解析：选C。A项，表示燃烧热时，应生成稳定的氧化物，这时水的状态应为液态；B项，中和反应为放热反应，ΔH值为负值；D项，各物质未注明聚集状态。
4．已知：101 kPa时1 mol辛烷完全燃烧生成液态水时放出热量为5 518 kJ；强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1 mol H2O时放出的热量为57.3 kJ，则下列热化学方程式书写正确的是(　　)
①2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(g)
ΔH＝－5 518 kJ·mol－1
②2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)
ΔH＝－11 036 kJ·mol－1
③H＋＋OH－===H2O　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
④2NaOH(aq)＋H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)＋2H2O(l)
ΔH＝－114.6 kJ·mol－1
A．①③　　　　 B．②③
C．②④ D．只有②
解析：选C。判断热化学方程式的书写时，要注意状态、ΔH单位、符号以及数值是否与前面的化学计量数相对应。①中水的状态应为液态且焓变数值与方程式的化学计量数不对应，故错误；③错在没有标出是在水溶液中的反应，正确的热化学方程式为H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。

“六看法”判断热化学方程式正误
(1)看方程式是否配平。
(2)看各物质的聚集状态是否正确。
(3)看ΔH的“＋”“－”符号是否正确。　
(4)看反应热的单位是否为kJ·mol－1。
(5)看ΔH的数值与化学计量数是否对应。
(6)看化学原理是否正确，如燃烧热和中和热的热化学方程式是否符合燃烧热和中和热的概念。
考点三　燃烧热和中和热　能源

1．燃烧热和中和热的比较

燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热
ΔH及其单位
ΔH＜0，单位均为kJ·mol－1
不同点
反应物的量
1 mol
不一定为1 mol
生成物的量
不确定
生成物水为
1 mol
反应热含义
101 kPa 时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量
在稀溶液里，酸与碱发生中和反应生成1 mol水时所放出的热量
表示方法
燃烧热为ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)
强酸与强碱在稀溶液中反应的中和热为57.3 kJ·mol－1或ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
2.中和热的测定
(1)装置(请在横线上填写仪器名称)

(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(或硬纸板)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，采取的措施是碱稍过量。
③因为弱酸或弱碱存在电离平衡，电离过程需要吸热，实验中若使用弱酸或弱碱则测得的反应热数值偏小。
3．能源


1．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能(　　)
2．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，则氢气的燃烧热为571.6 kJ·mol－1(　　)
3．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1，则C(s)的燃烧热为110.5 kJ·mol－1(　　)
4．弱酸、弱碱中和生成1 mol液态水时，放出的热量小于57.3 kJ(　　)
5．测定中和反应反应热的过程中，搅拌溶液时可用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒(　　)
6．将固体粉碎成粉末或将液体喷成雾状可使燃料燃烧更充分(　　)
7．农村用沼气池产生的沼气作燃料属于生物质能的利用(　　)
8．开发利用各种新能源，减少对化石燃料的依赖，可以降低空气中PM2.5的含量(　　)
答案：1.√　2.×　3.×　4.√　5.×　6.√　7.√　8.√

题组一　考查燃烧热、中和热的概念
1．已知反应：①101 kPa时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ/mol；
②稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ/mol。
下列结论正确的是(　　)
A．碳的燃烧热ΔH＜－110.5 kJ/mol
B．①的反应热为221 kJ/mol
C．稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热ΔH＝－2×57.3 kJ/mol
D．稀醋酸和稀NaOH溶液反应生成1 mol H2O，放出57.3 kJ的热量
解析：选A。强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol H2O的中和热ΔH＝－57.3 kJ/mol，C错误；由于2C(s)＋O2(g)===2CO(g)生成的CO不是稳定的氧化物，因此＝110.5 kJ/mol不是碳的燃烧热，由于CO转化为CO2放出热量，故碳的燃烧热ΔH＜－110.5 kJ/mol，A正确；反应热的表示包含三部分“符号”“数值”和“单位”，而B项中没有表示出符号，B错误；由于稀醋酸是弱电解质，电离时吸收热量，故稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol H2O时放出的热量小于57.3 kJ，D错误。
2．下列有关燃烧热及中和热的叙述正确的是(　　)
A．已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，则氢气的燃烧热ΔH为－241.8 kJ·mol－1
B．已知充分燃烧a g乙炔(C2H2)气体时生成1 mol二氧化碳气体和液态水，并放出b kJ热量，则表示乙炔燃烧热的热化学方程式是C2H2(g)＋5/2O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－2b kJ·mol－1
C．含0.5 mol NaOH的稀溶液与稀醋酸完全中和，放出 26.7 kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)　ΔH＝－53.4 kJ·mol－1
D．在稀溶液中：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，若向含0.5 mol H2SO4的稀硫酸溶液中加入1 mol NaOH固体，放出的热量为57.3 kJ
解析：选B。氢气的燃烧热是指1 mol H2(g)完全燃烧生成 H2O(l)放出的热量，而题目中所给反应的产物是气态水，A错误；生成1 mol二氧化碳气体时反应的乙炔的物质的量为0.5 mol，故乙炔的燃烧热数值为2b，B正确；醋酸是弱电解质，在反应过程中还能继续电离吸热，C错误；NaOH固体溶于水的过程也放热，D项中放出的热量大于57.3 kJ，D错误。

(1)燃烧热定义中的“完全燃烧”是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)等。
(2)燃烧热是以1 mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。例如：C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　ΔH＝－5 518 kJ·mol－1，即C8H18的燃烧热ΔH＝－5 518 kJ·mol－1。
(3)中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成1 mol液态H2O放出的热量，为57.3 kJ·mol－1，弱酸、弱碱电离时吸热，放出的热量小于57.3 kJ，浓硫酸稀释时放热，放出的热量大于57.3 kJ。　
题组二　考查中和热的测定
3．为了测量某酸碱反应的中和热，计算时至少需要的数据有(　　)
①酸的浓度和体积　②碱的浓度和体积　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
解析：选C。在测量并计算反应放出的热量时用到的公式为Q＝mCΔt，理解各符号表示的物理意义即可：m表示④反应后溶液的质量，C表示③比热容，Δt表示⑥反应前后温度变化，C正确。
4．将V1 mL 1.0 mol·L－1HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1＋V2＝50)。下列叙述正确的是(　　)

A．做该实验时环境温度为22 ℃
B．该实验表明化学能可转化为热能
C．NaOH溶液的浓度约为1.0 mol·L－1
D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应
解析：选B。中和反应为放热反应，B对；中和反应有水生成，但有水生成的反应不一定是放热反应，如H2＋CuOH2O＋Cu是吸热反应，D错；从表中分析可知当加入HCl溶液5 mL、NaOH溶液45 mL反应后温度为22 ℃，故实验时环境温度低于22 ℃，A错；加入HCl溶液30 mL反应放热最多，应是酸碱正好中和，故c(NaOH)＝1.0 mol·L－1×30 mL/20 mL＝1.5 mol·L－1，C错。
题组三　考查能源的开发和利用
5．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。下列能源符合未来新能源标准的是(　　)
①天然气　②煤　③核能　④石油　⑤太阳能　⑥生物质能　⑦风能　⑧氢能
A．①②③④ B．③④⑤⑥⑦⑧
C．③⑤⑥⑦⑧ D．⑤⑥⑦⑧
解析：选D。新能源要符合污染小，可再生性强等特点，选D。
6．氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好。氢能具有的优点包括(　　)
①资源丰富　②易燃烧、热值高　③储存方便　④制备工艺廉价易行
A．①②　　　　 B．①③
C．③④ D．②④
解析：选A。氢能是易燃烧、热值高、资源丰富的新能源；但它也有储存难、制备成本高等缺点。
考点四　盖斯定律及反应热的计算与比较

1．盖斯定律
(1)内容：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。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)意义：间接计算某些反应的反应热。
2．反应热的计算
(1)利用热化学方程式进行有关计算
根据已知的热化学方程式和已知的反应物或生成物的物质的量或反应吸收或放出的热量，可以把反应热当作“产物”，计算反应放出或吸收的热量。
(2)根据燃烧热数据，计算反应放出的热量
计算公式：Q＝燃烧热×n(可燃物的物质的量)
(3)根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算焓变
若反应物旧化学键断裂吸收能量E1，生成物新化学键形成放出能量E2，则反应的ΔH＝E1－E2。

(4)利用盖斯定律计算反应热
①热化学方程式相加或相减，如：
Ⅰ.C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1；
Ⅱ.C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2；
Ⅰ－Ⅱ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．反应热的比较
(1)利用盖斯定律比较
如比较ΔH1与ΔH2的大小的方法。因ΔH1Q3>Q2
C．Q3>Q2>Q1 D．Q2>Q1>Q3
解析：选A。由得：S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝(ΔH1－ΔH2)Q3。
6．已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH2
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3
4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH4
3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)　ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)
A．ΔH1＞0，ΔH3＜0 B．ΔH2＞0，ΔH4＞0
C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3 D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5
解析：选C。C与O2生成CO2的反应是放热反应，ΔH10，CO与O2生成CO2的反应是放热反应，ΔH3