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2021高考化学专题讲解 专题五 化学反应中的能量变化（讲解部分）课件
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这是一份2021高考化学专题讲解 专题五 化学反应中的能量变化（讲解部分）课件，共25页。
考点一 反应热的有关概念
基础知识一、反应热(焓变)1.定义:化学反应过程中放出或吸收的① 热量 叫反应热,在恒压条件下, 它等于反应前后体系的焓变。2.符号:② ΔH 。3.单位:③ kJ/ml或kJ·ml-1 。4.测量:可用量热计测量。5.表示方法:吸热反应的ΔH④ > 0,放热反应的ΔH⑤ < 0。6.产生原因:化学反应过程中旧键断裂吸收的能量与新键形成放出的能量 不相等,故化学反应均伴随着能量变化。
二、燃烧热和中和反应的反应热1.燃烧热
(1)定义:101 kPa时,⑥ 1 ml 纯物质完全燃烧生成⑦ 稳定 的氧化物 时所放出的热量,叫该物质的燃烧热。(2)表示意义CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.31 kJ/ml,表示101 kPa条件下,1 ml CH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时⑧放出 的热量是⑨890.31 kJ 。2.中和反应的反应热(1)定义:在稀溶液中,酸跟碱发生⑩ 中和 反应生成 1 ml H2O时所释放的热量,叫中和反应的反应热。(2)热化学方程式:H+(aq)+OH-(aq) H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1。
三、催化剂对活化能、焓变的影响催化剂能降低反应所需的活化能,但ΔH保持不变。如图所示:
核心精讲一、放热反应和吸热反应的比较
二、常见的放热反应和吸热反应1.常见的放热反应①活泼金属与水或酸的反应,例如:2Na+2H2O 2NaOH+H2↑2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑②酸碱中和反应,例如:2KOH+H2SO4 K2SO4+2H2OCH3COOH+NaOH CH3COONa+H2O③燃烧反应,例如:2CO+O2 2CO2CH3CH2OH+3O2 2CO2+3H2O
SO3+H2O H2SO4CaO+H2O Ca(OH)2CuSO4+5H2O CuSO4·5H2O2.常见的吸热反应①一些分解反应,例如:CaCO3 CaO+CO2↑CuSO4·5H2O CuSO4+5H2O②一些复分解反应,例如:2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) BaCl2+2NH3↑+10H2O③一些置换反应,例如:C(s)+H2O(g) CO+H2
④一些化合反应,例如:
CO2+C 2CO3.反应条件与放热反应、吸热反应的关系不同的化学反应发生的条件不同,放热反应和吸热反应均能在一定条件下 发生。反应开始需要加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。吸 热反应开始时加热,反应后需要不断加热才能维持反应继续进行;放热反应 开始时加热,反应后会放出一定的热量,此热量能够使反应继续进行,则反 应过程中不需要再加热,如煤的燃烧,一旦热量足够使煤燃烧起来,之后煤 就可以继续燃烧下去,不再需要外界加热。由此可见,反应是吸热还是放热 与反应的条件没有必然的联系,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。
考点二 热化学方程式 盖斯定律及其应用
基础知识一、热化学方程式1.定义:表示参加反应物质的量和① 反应热 的关系的化学方程式。2.书写要求(1)注明反应的温度和压强(25 ℃、101 kPa下进行的反应可不注明)。(2)注明反应物和生成物的状态:固态(② s 或注明晶型)、液态(③ l )、气态(④ g )、溶液(aq)。(3)热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量,而不代表⑤ 分子个数 ,因此可以写成分数。
二、盖斯定律及其应用1.内容:不管化学反应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⑥ 始态 和⑦ 终态 有关,而与反应的途径无关。2.应用:很多反应很难直接测其反应热,这时可利用盖斯定律来间接计算。
1.反应热大小比较方法(1)同一反应的生成物状态不同时A(g)+B(g) C(g) ΔH1<0A(g)+B(g) C(l) ΔH2<0C(g) C(l) ΔH3<0因为ΔH3=ΔH2-ΔH1,ΔH3<0,所以ΔH2<ΔH1。也可以按以下思路分析: C(g) C(l)
因为ΔH1+ΔH3=ΔH2,ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0,所以ΔH2<ΔH1。(2)同一反应的反应物状态不同时S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH1<0S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH2<0S(g) S(s) ΔH3<0 因为ΔH2+ΔH3=ΔH1,ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。(3)两个有联系的不同反应相比C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1<0C(s)+ O2(g) CO(g) ΔH2<0C(s) CO2(g)
C(s) CO(g) CO2(g)因为ΔH2+ΔH3=ΔH1,ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。并且据此可写出下面的热化学方程式:CO(g)+ O2(g) CO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2。2.反应热的计算方法(1)应用盖斯定律计算反应热某化学反应无论一步完成,还是分几步完成,反应的总热效应相同。即反应 热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应途径无关,这就是盖斯定律。 此定律的主要应用是用已知反应的反应热来推知相关反应的反应热。注意 应用盖斯定律进行简单计算的注意事项①设计合理的反应过程。②当反应方程式乘或除某数时,ΔH也应乘或除该数。
③反应方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且计算过程中 要带“+”“-”。④应用盖斯定律进行计算并比较反应热的大小时,同样要把ΔH看作一个 整体。⑤在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化,状 态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。⑥当设计的反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相 反。运用盖斯定律的关键在于分析总反应可由哪些中间过程构成,化简要 细心。(2)根据化学键键能计算ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和
(3)根据反应物和生成物的能量计算ΔH=生成物具有的总能量-反应物具有的总能量。
例1 (2019安徽定远期末,5)肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同,200 ℃时 在Cu表面分解的机理如图1。已知200 ℃时:反应Ⅰ:3N2H4(g) N2(g)+4NH3(g) ΔH1=-32.9 kJ/ml反应Ⅱ:N2H4(g)+H2(g) 2NH3(g) ΔH2=-41.8 kJ/ml 图1下列说法不正确的是 ( )A.图1所示过程①、②都是放热反应B.反应Ⅱ的能量过程示意图如图2所示
图2C.断开3 ml N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 ml N2(g)和4 ml NH3(g)中的化学键释放的能量D.200 ℃时,肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g) N2(g)+2H2 (g) ΔH=+50.7 kJ/ml
解题导引 理解能量变化与断键、成键的关系。书写热化学方程式应注 明物质的状态和焓变。
解析 A项,由已知信息“反应Ⅰ”知,过程①为放热反应;根据盖斯定律: (Ⅰ)-2×(Ⅱ)得N2H4(g) N2(g)+2H2(g) ΔH=-32.9 kJ/ml-2×(-41.8 kJ/ml)=+50.7 kJ/ml,过程②为吸热反应,故A错误。B项,反应Ⅱ为放热反应,反应 物能量高于生成物能量,故B正确。C项,由反应Ⅰ知断开3 ml N2H4(g)中的 化学键吸收的能量小于形成1 ml N2(g)和4 ml NH3(g)中的化学键释放的 能量,故C正确。D项,根据A项分析可知D正确。
例2 (2018河北邯郸质检,13)工业上,在一定条件下利用乙烯和水蒸气反 应制备乙醇。化学原理:CH2 CH2(g)+H2O(g) CH3CH2OH(g) ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示:
下列说法中错误的是 ( )A.上述合成乙醇的反应是加成反应B.相同时间段内,反应中用三种物质表示的反应速率相等C.碳碳双键的键能小于碳碳单键键能的2倍D.上述反应中,ΔH=-96 kJ·ml-1
解题导引 ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和。键能是从能量角度衡 量化学键强弱的物理量。
解析 题述反应中,ΔH=615 kJ·ml-1+413 kJ·ml-1×4+463 kJ·ml-1×2-348 kJ· ml-1-413 kJ·ml-1×5-463 kJ·ml-1-351 kJ·ml-1=-34 kJ·ml-1,D项错误。
1.盖斯定律的考查与节能减排、工业三废资源化处理、开发利用新能源 等社会热点问题相联系,并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中 简单的化学问题;在实践中逐步形成节约成本、循环利用、保护环境等观 念,体现了科学态度与社会责任这一化学学科核心素养。例1 (2017江苏单科,8,2分)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确的是 ( )①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH1=a kJ·ml-1②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=b kJ·ml-1③CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=c kJ·ml-1④2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=d kJ·ml-1
A.反应①、②为反应③提供原料气B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一C.反应CH3OH(g) CH3OCH3(g)+ H2O(l)的ΔH= kJ·ml-1D.反应2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d) kJ·ml-1
思路分析 反应①、②的生成物中CO2和H2是反应③的反应物。反应③ 是将CO2转化为CH3OH,变废为宝。已知的4个热化学方程式中的水都是气 态,没有H2O(g)→H2O(l)的反应热,因此无法计算CH3OH(g) CH3OCH3(g)+ H2O(l)的焓变。
题目价值 本题以新能源二甲醚的合成为背景,将化工流程简化为热化学 方程式来考查学生对能量的转化关系、化学反应焓变的概念、盖斯定律 的运用等知识的理解、掌握及应用。引导学生主动关心与环境保护、资 源开发等有关的社会热点问题,形成与环境和谐共处、合理利用自然资源 的观念。2.结合化学反应中能量变化的本质是化学键的断裂与形成,通过实验历程 图来展示反应的实质,考查学生对图表信息的加工处理能力。
例2 (2018北京理综,7,6分)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
考点一 反应热的有关概念
基础知识一、反应热(焓变)1.定义:化学反应过程中放出或吸收的① 热量 叫反应热,在恒压条件下, 它等于反应前后体系的焓变。2.符号:② ΔH 。3.单位:③ kJ/ml或kJ·ml-1 。4.测量:可用量热计测量。5.表示方法:吸热反应的ΔH④ > 0,放热反应的ΔH⑤ < 0。6.产生原因:化学反应过程中旧键断裂吸收的能量与新键形成放出的能量 不相等,故化学反应均伴随着能量变化。
二、燃烧热和中和反应的反应热1.燃烧热
(1)定义:101 kPa时,⑥ 1 ml 纯物质完全燃烧生成⑦ 稳定 的氧化物 时所放出的热量,叫该物质的燃烧热。(2)表示意义CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.31 kJ/ml,表示101 kPa条件下,1 ml CH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时⑧放出 的热量是⑨890.31 kJ 。2.中和反应的反应热(1)定义:在稀溶液中,酸跟碱发生⑩ 中和 反应生成 1 ml H2O时所释放的热量,叫中和反应的反应热。(2)热化学方程式:H+(aq)+OH-(aq) H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1。
三、催化剂对活化能、焓变的影响催化剂能降低反应所需的活化能,但ΔH保持不变。如图所示:
核心精讲一、放热反应和吸热反应的比较
二、常见的放热反应和吸热反应1.常见的放热反应①活泼金属与水或酸的反应,例如:2Na+2H2O 2NaOH+H2↑2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑②酸碱中和反应,例如:2KOH+H2SO4 K2SO4+2H2OCH3COOH+NaOH CH3COONa+H2O③燃烧反应,例如:2CO+O2 2CO2CH3CH2OH+3O2 2CO2+3H2O
SO3+H2O H2SO4CaO+H2O Ca(OH)2CuSO4+5H2O CuSO4·5H2O2.常见的吸热反应①一些分解反应,例如:CaCO3 CaO+CO2↑CuSO4·5H2O CuSO4+5H2O②一些复分解反应,例如:2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s) BaCl2+2NH3↑+10H2O③一些置换反应,例如:C(s)+H2O(g) CO+H2
④一些化合反应,例如:
CO2+C 2CO3.反应条件与放热反应、吸热反应的关系不同的化学反应发生的条件不同,放热反应和吸热反应均能在一定条件下 发生。反应开始需要加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。吸 热反应开始时加热,反应后需要不断加热才能维持反应继续进行;放热反应 开始时加热,反应后会放出一定的热量,此热量能够使反应继续进行,则反 应过程中不需要再加热,如煤的燃烧,一旦热量足够使煤燃烧起来,之后煤 就可以继续燃烧下去,不再需要外界加热。由此可见,反应是吸热还是放热 与反应的条件没有必然的联系,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。
考点二 热化学方程式 盖斯定律及其应用
基础知识一、热化学方程式1.定义:表示参加反应物质的量和① 反应热 的关系的化学方程式。2.书写要求(1)注明反应的温度和压强(25 ℃、101 kPa下进行的反应可不注明)。(2)注明反应物和生成物的状态:固态(② s 或注明晶型)、液态(③ l )、气态(④ g )、溶液(aq)。(3)热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量,而不代表⑤ 分子个数 ,因此可以写成分数。
二、盖斯定律及其应用1.内容:不管化学反应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⑥ 始态 和⑦ 终态 有关,而与反应的途径无关。2.应用:很多反应很难直接测其反应热,这时可利用盖斯定律来间接计算。
1.反应热大小比较方法(1)同一反应的生成物状态不同时A(g)+B(g) C(g) ΔH1<0A(g)+B(g) C(l) ΔH2<0C(g) C(l) ΔH3<0因为ΔH3=ΔH2-ΔH1,ΔH3<0,所以ΔH2<ΔH1。也可以按以下思路分析: C(g) C(l)
因为ΔH1+ΔH3=ΔH2,ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0,所以ΔH2<ΔH1。(2)同一反应的反应物状态不同时S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH1<0S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH2<0S(g) S(s) ΔH3<0 因为ΔH2+ΔH3=ΔH1,ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。(3)两个有联系的不同反应相比C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1<0C(s)+ O2(g) CO(g) ΔH2<0C(s) CO2(g)
C(s) CO(g) CO2(g)因为ΔH2+ΔH3=ΔH1,ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。并且据此可写出下面的热化学方程式:CO(g)+ O2(g) CO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2。2.反应热的计算方法(1)应用盖斯定律计算反应热某化学反应无论一步完成,还是分几步完成,反应的总热效应相同。即反应 热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应途径无关,这就是盖斯定律。 此定律的主要应用是用已知反应的反应热来推知相关反应的反应热。注意 应用盖斯定律进行简单计算的注意事项①设计合理的反应过程。②当反应方程式乘或除某数时,ΔH也应乘或除该数。
③反应方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且计算过程中 要带“+”“-”。④应用盖斯定律进行计算并比较反应热的大小时,同样要把ΔH看作一个 整体。⑤在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化,状 态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。⑥当设计的反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相 反。运用盖斯定律的关键在于分析总反应可由哪些中间过程构成,化简要 细心。(2)根据化学键键能计算ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和
(3)根据反应物和生成物的能量计算ΔH=生成物具有的总能量-反应物具有的总能量。
例1 (2019安徽定远期末,5)肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同,200 ℃时 在Cu表面分解的机理如图1。已知200 ℃时:反应Ⅰ:3N2H4(g) N2(g)+4NH3(g) ΔH1=-32.9 kJ/ml反应Ⅱ:N2H4(g)+H2(g) 2NH3(g) ΔH2=-41.8 kJ/ml 图1下列说法不正确的是 ( )A.图1所示过程①、②都是放热反应B.反应Ⅱ的能量过程示意图如图2所示
图2C.断开3 ml N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 ml N2(g)和4 ml NH3(g)中的化学键释放的能量D.200 ℃时,肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g) N2(g)+2H2 (g) ΔH=+50.7 kJ/ml
解题导引 理解能量变化与断键、成键的关系。书写热化学方程式应注 明物质的状态和焓变。
解析 A项,由已知信息“反应Ⅰ”知,过程①为放热反应;根据盖斯定律: (Ⅰ)-2×(Ⅱ)得N2H4(g) N2(g)+2H2(g) ΔH=-32.9 kJ/ml-2×(-41.8 kJ/ml)=+50.7 kJ/ml,过程②为吸热反应,故A错误。B项,反应Ⅱ为放热反应,反应 物能量高于生成物能量,故B正确。C项,由反应Ⅰ知断开3 ml N2H4(g)中的 化学键吸收的能量小于形成1 ml N2(g)和4 ml NH3(g)中的化学键释放的 能量,故C正确。D项,根据A项分析可知D正确。
例2 (2018河北邯郸质检,13)工业上,在一定条件下利用乙烯和水蒸气反 应制备乙醇。化学原理:CH2 CH2(g)+H2O(g) CH3CH2OH(g) ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示:
下列说法中错误的是 ( )A.上述合成乙醇的反应是加成反应B.相同时间段内,反应中用三种物质表示的反应速率相等C.碳碳双键的键能小于碳碳单键键能的2倍D.上述反应中,ΔH=-96 kJ·ml-1
解题导引 ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和。键能是从能量角度衡 量化学键强弱的物理量。
解析 题述反应中,ΔH=615 kJ·ml-1+413 kJ·ml-1×4+463 kJ·ml-1×2-348 kJ· ml-1-413 kJ·ml-1×5-463 kJ·ml-1-351 kJ·ml-1=-34 kJ·ml-1,D项错误。
1.盖斯定律的考查与节能减排、工业三废资源化处理、开发利用新能源 等社会热点问题相联系,并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中 简单的化学问题;在实践中逐步形成节约成本、循环利用、保护环境等观 念,体现了科学态度与社会责任这一化学学科核心素养。例1 (2017江苏单科,8,2分)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确的是 ( )①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH1=a kJ·ml-1②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=b kJ·ml-1③CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=c kJ·ml-1④2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=d kJ·ml-1
A.反应①、②为反应③提供原料气B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一C.反应CH3OH(g) CH3OCH3(g)+ H2O(l)的ΔH= kJ·ml-1D.反应2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d) kJ·ml-1
思路分析 反应①、②的生成物中CO2和H2是反应③的反应物。反应③ 是将CO2转化为CH3OH,变废为宝。已知的4个热化学方程式中的水都是气 态,没有H2O(g)→H2O(l)的反应热,因此无法计算CH3OH(g) CH3OCH3(g)+ H2O(l)的焓变。
题目价值 本题以新能源二甲醚的合成为背景,将化工流程简化为热化学 方程式来考查学生对能量的转化关系、化学反应焓变的概念、盖斯定律 的运用等知识的理解、掌握及应用。引导学生主动关心与环境保护、资 源开发等有关的社会热点问题,形成与环境和谐共处、合理利用自然资源 的观念。2.结合化学反应中能量变化的本质是化学键的断裂与形成,通过实验历程 图来展示反应的实质,考查学生对图表信息的加工处理能力。
例2 (2018北京理综,7,6分)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
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