专题6.1 化学能与热能.doc

1、- 1 -专题 6.1 化学能与热能1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出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。4.了解焓变与反应热的含义。了解 HH(反应产物)H(反应物)表达式的含义。5.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。6.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。 热点题型一 焓变与反应热 例 1、下图表示某反应的能量变化，对于该图的理解，你认为一定正确的是( )A.曲线和曲线分别表示两个化学反应的能量变化 B.曲线可表示反应 2KClO3 2KC

2、l3O2的能量变化 C.该反应不需要加热就能发生 D.该反应的 HE2E1 【答案】D 【解析】本题考查了化学反应中的能量变化，意在考查考生对化学反应中能量变化本质的理解以及分析化学图像的能力。曲线(表示没有使用催化剂)和曲线(表示使用了催化剂)是同一个反应的能量变化，A 项错误；曲线可以表示使用了催化剂的放热反应的能量变化，但二氧化锰催化氯酸钾分解的反应属于吸热反应，B 项错误；放热反应不一定不需要加热，C 项错误；反应的 H 等于生成物的总能量减去反应物的总能量，D 项正确。 【提分秘籍】1. 焓变与反应热任何化学反应都是旧键断裂，新键形成的过程，都伴随着能量的变化。其中断裂旧化学键吸收能

3、量，形成新化学键放出能量。 有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应，如水结成冰放热但不属于放热反应。 化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。如吸热反应 NH4Cl 与 Ba(OH)28H2O 在常温常压下即可进行。 2.解答能量变化图像题的“三”关键 (1)注意活化能在图示中的意义。 从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能； - 2 -从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能。 (2)催化剂只影响正、逆反应的活化能，而不影响反应的 H。 (3)设计反应热的有关计算时，要切实注意图示中反应物和生成物的物质的量。 【举一反三】 化学反应 H2(g)Cl2(g)=2HCl

4、(g)的能量变化如图所示，则下列说法中正确的是( )A.该反应是吸热反应 B.断裂 1 mol HH 键和 1 mol ClCl 键时能放出 x kJ 的能量 C.断裂 2 mol HCl 键时需要吸收 y kJ 的能量 D.2 mol HCl(g)的总能量高于 1 mol H2(g)和 1 mol Cl2(g)的总能量 【答案】C 【解析】由图示可知：1 mol H2(g)和 1 mol Cl2(g)的总能量高于 2 mol HCl(g)的总能量，故该反应为放热反应，A 项、D 项错误；断裂化学键时需要吸收能量，B 项错误、C 项正确。 【反思归纳】 1.熟记反应热 H 的基本计算公式 HE

5、(生成物的总能量)E(反应物的总能量) HE(反应物的总键能)E(生成物的总键能) 2.规避两个易失分点 (1)旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的，缺少任一个过程都不是化学变化。 (2)常见物质中的化学键数目 物质 CO2 (C=O) CH4 (CH) P4 (PP) SiO2 (SiO) 石墨 金刚石 S8 (SS) Si 键数 2 4 6 4 1.5 2 8 2 热点题型二 热化学方程式 例 2、 胶状液氢(主要成分是 H2 和 CH4)有望用于未来的运载火箭和空间运输系统。实验测得 101 kPa 时，1 mol H2 完全燃烧生成液态水，放出 285.8 kJ 的热量；1 mo

6、l CH4 完全燃烧生成液态水和 CO2，放出 890.3 kJ 的热量。下列热化学方程式书写正确的是( )A.2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H285.8 kJmol1 B.CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H890.3 kJmol1 C.CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g) H890.3 kJmol1 D.CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H890.3 kJmol1 【答案】B - 3 -【提分秘籍】 1. 热化学方程式H 与反应的“可逆性”可逆反应的 H 表示反应完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关。如 N2(g)3H2

7、(g)2NH3(g) H92.4 kJmol1。表示在 298 K 时， 1 mol N2(g)和 3 mol H2(g)完全反应生成 2 mol NH3 (g)时放出 92.4 kJ的热量。但实际上 1 mol N2 (g)和 3 mol H2(g)充分反应，不可能生成 2 mol NH3(g)，故实际反应放出的热量小于 92.4 kJ。H 单位“kJmol1”的含义，并不是指每摩尔反应物可以放热多少千焦，而是对整个反应而言，是指按照所给的化学方程式的化学计量数完成反应时，每摩尔反应所产生的热效应。【举一反三】 在一定条件下，S8(s)和 O2(g)发生反应依次转化为 SO2(g)和 SO3

8、(g)。反应过程和能量关系可用如图简单表示(图中的 H 表示生成 1 mol 产物的数据)。(1)写出表示 S8 燃烧热(1 mol 可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量)的热化学方程式_。 (2)写出 SO3 分解生成 SO2 和 O2 的热化学方程式：_。 【答案】(1)S8(s)8O2(g)=8SO2(g) H8akJmol1(2)SO3(g)=SO2(g) O2(g) HbkJmol112热点题型三 燃烧热和中和热 能源 例 3测定稀硫酸和氢氧化钠溶液反应的中和热(实验装置如图所示)。- 4 -(1)图中尚缺少的一种仪器是_。 (2)实验时环形玻璃搅拌棒的运动方向是_。 a.上下运动

9、 b.左右运动 c.顺时针运动 d.逆时针运动 (3)写出反应的热化学方程式为_ (中和热为 57.3 kJmol1)。 (4)该同学每次分别取 0.50 molL1 50 mL NaOH 溶液和 0.50 molL 130 mL 硫酸进行实验，通过多次实验测定中和热 H 53.5 kJmol1，与 57.3 kJmol1 有偏差，产生偏差的原因不可能是_(填字母)。 a.实验装置保温、隔热效果差 b.用量筒量取 NaOH 溶液的体积时仰视读数 c.分多次把 NaOH 溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中 d.用温度计测定 NaOH 溶液起始温度后直接测定硫酸溶液的温度 【答案】(1)温度计 (2)a(

10、3)NaOH(aq) H2SO4(aq)= Na2SO4(aq)H2O(l) H57.3 kJmol112 12或 2NaOH(aq)H2SO4(aq)=Na2SO4(aq)2H2O(l) H114.6 kJmol1(4)b【提分秘籍】(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稳定氧化物：CCO2(g)，HH2O(l)，SSO2(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：CO(g) O2(g)12=CO2(g) H283.0 kJ/mol，即 C

11、O 的燃烧热 H283.0 kJmol1。(3)中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成 1 mol H2O 放出的热量，H57.3 kJ/mol，弱酸、弱碱电离时吸热，放出的热量小于57.3 kJ，NaOH 固体溶解或浓硫酸稀释时放热，放出的热量大于 57.3 kJ，若反应过程中还有其他物质生成(如生成不溶性物质或难电离的其他物质等)，则此反应的反应热就不是中和热。(4)对于中和热、燃烧热，用文字描述时不带负号，但其焓变(H)还是为负值；另外，在关于反应热的文字描述中必须带上“”或“” 。- 5 -【举一反三】 能源分类相关图如图所示，下列四个选项中，全部符合图中阴影部分的能源是( )A.煤炭、石

12、油、沼气 B.水能、生物质能、天然气 C.太阳能、风能、潮汐能 D.地热能、海洋能、核能 【答案】C 【方法技巧】 解决能源问题的“两”措施 (1)提高能源的使用效率： 改善开采、运输、加工等各个环节。 科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。 一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大 O2 浓度等。二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷射成雾状等。 (2)开发新的能源： 开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。 热点题型四 盖斯定律及其应用例 4、已知：C(s)O2(g)=CO2(g) H1 CO2(g)C(s)=2CO(g) H2 2CO(g)O2

13、(g)=2CO2(g) H3 4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s) H4 3CO(g)Fe2O3(s)=3CO2(g)2Fe(s) H5 下列关于上述反应焓变的判断正确的是( ) A.H10，H30，H40 C.H1H2H3 D.H3H4H5 【答案】C - 6 -【提分秘籍】比较反应热大小的四个注意要点 (1)反应物和生成物的状态： 物质的气、液、固三态的变化与反应热的关系。 (2)H 的符号：比较反应热的大小时，不要只比较 H 数值的大小，还要考虑其符号。 (3)参加反应物质的量：当反应物和生成物的状态相同时，参加反应物质的量越多，放热反应的 H 越小，吸热反应的 H 越大。 (4

14、)反应的程度：参加反应物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。 【举一反三】 在 25 、101 kPa 时，C(s)、H2(g)、CH3COOH(l)的燃烧热分别为 393.5 kJmol1、285.8 kJmol1、870.3 kJmol1，则 2C(s)2H2(g)O2(g)=CH3COOH(l)的反应热为( ) A.488.3 kJmol1 B.488.3 kJmol1 C.191 kJmol1 D.191 kJmol1 【答案】A 【易错警示】 应用盖斯定律计算反应热时三个注意要点 1.首先要明确所求反应的始态和终态，各物质化学计量数；判断该反应是吸热还是放热； 2.设计

15、反应途径时，有的反应要逆向写，H 符号也相反，有的反应式要扩大或减小倍数，H 也要相应扩大或减小相同倍数； 3.注意各分步反应的 H 的正负。 1 【2016 年高考海南卷】油酸甘油酯（相对分子质量 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 1kg 该化合物释放出热量 3.8104kJ。油酸甘油酯的燃烧热H 为（ ）A3.8104kJmol-1 B3.8104kJmol-1- 7 -C3.4104kJmol-1 D3.4104kJmol-1【答案】D【解析】燃烧热指的是燃烧 1mol 可燃物生成稳定的氧化物所放出的

16、热量。燃烧 1kg 油酸甘油酯释放出热量 3.8104kJ，则燃烧 1mol 油酸甘油酯释放出热量为 3.4104kJ，则得油酸甘油酯的燃烧热H=3.4104kJmol-12 【2016 年高考海南卷】由反应物 X 转化为 Y 和 Z 的能量变化如图所示。下列说法正确的是（ ）A由 XY反应的 H=E5E2B由 Z反应的 H” 、“H3 BH1H3【答案】B2(1)已知：25 、101 kPa 时，Mn(s)O2(g)=MnO2(s) H520 kJmol1S(s)O2(g)=SO2(g) H297 kJmol1Mn(s)S(s)2O2(g)=MnSO4(s)H1 065 kJmol1SO2

17、与 MnO2 反应生成无水 MnSO4 的热化学方程式是_。(2)用 CaSO4 代替 O2 与燃料 CO 反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯 CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，反应为主反应，反应和为副反应。 1/4CaSO4(s)CO(g) 1/4CaS(s)CO2(g)H147.3 kJmol1 CaSO4(s)CO(g) CaO(s)CO2(g) SO2(g)H2210.5 kJmol1 CO(g) 1/2C(s)1/2CO2(g)H386.2 kJmol1反应 2CaSO4(s)7CO(g) CaS(s)CaO(s)6CO2(g)C(s)SO2(g)的H_(用 H1、H2

18、 和 H3 表示) 【答案】(1)MnO2(s)SO2(g)=MnSO4(s) H248 kJmol1(2)4H1H22H3O2燃烧- 13 -【解析】(1)将题中三个热化学方程式由上到下依次编号为、；根据盖斯定律可知，得MnO2(s)SO2(g)=MnSO4(s)H1 065 kJmol1520 kJmol1297 kJmol1248 kJmol13(2014江苏，10)已知：C(s)O2(g)=CO2(g) H1CO2(g)C(s)=2CO(g) H22CO(g)O2(g)=2CO2(g) H34Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s) H43CO(g)Fe2O3(s)=3CO2(g)2

19、Fe(s) H5下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )AH10，H30 BH20，H40 CH1H2H3 DH3H4H5【答案】C4(2014重庆理综，6)已知：C(s)H2O(g)=CO (g) H2 (g) Ha kJmol12C(s) O2(g)=2CO (g) H 220 kJmol1HH、O=O 和 OH 键的键能分别为 436、496 和 462 kJmol1，则 a 为( )。A332 B118 C350 D130【答案】D【解析】按顺序将题中两个热化学方程式分别编号为和，依据盖斯定律，2 得：2H2(g)O2(g)=2H2O(g) H (2202a) kJmol 1 代入相关

20、数据得：(2436496)4462(2202a)，解得 a130，D 项正确。5(1)已知：甲醇脱水反应2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(g) H123.9 kJmol1甲醇制烯烃反应2CH3OH(g)=C2H4(g)2H2O(g) H229.1 kJmol1乙醇异构化反应C2H5OH(g)=CH3OCH3(g) H350.7 kJmol1则乙烯气相直接水合反应 C2H4(g)H2O(g)=C2H5OH(g)的 H_kJmol1。(2)焙烧明矾产生的 SO2 可用于制硫酸。已知 25 、101 kPa 时：2SO2(g)O2(g) 2SO3(g) H1197 kJmol1；H2O

21、(g)=H2O(l) H244 kJmol1；2SO2(g)O2(g)2H2O(g)=2H2SO4(l) H3545 kJmol1。则 SO3(g)与 H2O(l)反应的热化学方程式是_。【答案】(1)45.5(2)SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l) H4130 kJmol1【解析】(1)将题中给出的三个热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由得：C2H4(g)H2O(g)=C2H5OH(g) H45.5 kJmol1。- 14 -(2)根据盖斯定律，得出 SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l) H4 只须按下式进行即可：H (H3H12H2)130 kJmol112热化学方程式应

22、为：SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l) H130 kJmol16 （2014重庆理综化学卷，T6）已知C(s)H2O(g)CO(g)H2(g) HakJmol12C(s)O2(g)2CO(g) H220kJmol1HH、OO 和 OH 键的键能分别为 436、496 和 462kJmol1,则 a 为( )A332 B118 C350 D130【答案】D【解析】设两个热化学方程式分别为，根据盖斯定律-2 得： 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H=-(220+2a)KJ/mol，则有：2436+496-4462= -(220+2a)，则 a=+130，答案选 D。7 （2014

23、上海单科化学卷，T9）1，3-丁二烯和 2-丁炔分别与氢气反应的热化学方程式如下：CH2=CHCH=CH2(g) + 2H2(g) CH3CH2CH2CH3(g) + 236.6 kJCH3-CC-CH3(g) + 2H2(g) CH3CH2CH2CH3(g) + 272.7 kJ由此不能判断A1，3-丁二烯和 2-丁炔稳定性的相对大小B1，3-丁二烯和 2-丁炔分子储存能量的相对高低C1，3-丁二烯和 2-丁炔相互转化的热效应D一个碳碳叁键的键能与两个碳碳双键键能之和的大小【答案】D8 （2014全国新课标 I 化学卷，T9）已知分解 1mol H2O2 放出热量 98KJ。在含有少量 I的

24、溶液中，H2O2 分解的机理为：H2O2+ I H2O+IOH2O2+ IO H2O+O2+ I下列有关该反应的说法正确的是（ ）A反应速率与 I浓度有关 BIO 也是该反应的催化剂C反应活化能等于 98KJmol-1 D 222(HO)()(vv【答案】A - 15 -9 （2014全国新课标 II 化学卷，T13）室温下，将 1mol 的 CuSO45H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为 H1，将 1mol 的 CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为H2；CuSO45H2O 受热分解的化学方程式为：CuSO45H2O(s) CuSO4(s) +5H2O(l)，热效应为 H

25、3。则下列判断正确的是AH2H3 BH10CuSO4(s)溶于水会（使溶液温度升高，该过程为放热过程）CuSO4(s) Cu2+( )+SO42-( ) H20A、根据上述分析，H20，所以 A 错误；B、H3=H1-H2（H2H1，B 正确；C、H3=H1-H2，C 错误；D、H1+H2”或“ Q2CQ1bD已知 P(白磷，s)=P(红磷，s) H0，H20 BH30，H40CH2H4H5 DH3H12H2【答案】D 【答案】2H2(g)O2(g)=2H2O(g)属于放热反应，故 H10。H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)属于放热反应，故 H20。4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)

26、2H2O(g)属于放热反应，故H30。N2(g)3H2(g) 2NH3(g)属于放热反应，故 H40，故 A、B 错误；根据盖斯定律，H2(H4H5) ，故 C 错误；根据盖斯定律，H3H12H2，故 D 正确。138已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H1571.6 kJmol12CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)H21 452 kJmol1H(aq)OH(aq)=H2O(l)H357.3 kJmol1下列说法正确的是( )AH2(g)的燃烧热为 571.6 kJmol1B同质量的 H2(g)和 CH3OH(l)完全燃烧，H2(g)放出的热量多C H2SO4(

27、aq) Ba(OH)2(aq)= BaSO4(s)H2O(l) H57.3 kJmol112 12 12- 27 -D3H2(g)CO2(g)=CH3OH(l)H2O(l)H131.4 kJmol1 【答案】B 9已知反应：H2(g) O2(g)=H2O(g) H112N2(g)O2(g)=NO2(g) H212N2(g) H2(g)=NH3(g) H312 32则反应 2NH3(g) O2(g)=2NO2(g)3H2O(g)的 H 为( )72A2H12H22H3 BH1H2H3C3H12H22H3 D3H12H22H3【答案】D 【解析】由题意把已知反应依次编号为、，根据盖斯定律将方程式2

28、22 得 2NH3(g) O2(g)=2NO2(g)3H2O(g) 72H3H12H22H3。10用 H2 可将工业废气中的 NO 催化还原成 N2，其能量转化关系如图(图中计量单位为 mol)，则：NO(g)H2(g)=0.5N2(g)H2O(g)的 H 为( )A0.5(abcd)kJmol1B0.5(cadb)kJmol1C0.5(cdab)kJmol1D0.5(cdab)kJmol1【答案】A 11(1)用 CaSO4 代替 O2 与燃料 CO 反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯 CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。反应为主反应，反应和为副反应。- 28 - CaSO4(s

29、)CO(g) CaS(s)CO2(g) H147.3 kJmol114 14CaSO4(s)CO(g) CaO(s)CO2(g)SO2(g) H2210.5 kJmol1CO(g) C(s) CO2(g) H386.2 kJmol1 12 12反应 2CaSO4(s)7CO(g) CaS(s)CaO(s)6CO2(g) C(s)SO2(g)的H_(用 H1、H2 和 H3表示)。(2)已知：25 、101 kPa 时，Mn(s)O2(g)=MnO2(s) H520 kJmol1S(s)O2(g)=SO2(g) H297 kJmol1Mn(s)S(s)2O2(g)=MnSO4(s) H1 065

30、 kJmol1 SO2 与 MnO2 反应生成无水 MnSO4 的热化学方程式是_。(3)捕碳技术(主要指捕获 CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前 NH3 和(NH4)2CO3 已经被用作工业捕碳剂，它们与 CO2 可发生如下可逆反应：反应：2NH3(l)H2O(l)CO2(g) (NH4)2CO3(aq)H1反应：NH3(l)H2O(l)CO2(g) NH4HCO3(aq)H2反应：(NH4)2CO3(aq)H2O(l)CO2(g) 2NH4HCO3(aq) H3H3 与 H1、H2 之间的关系是：H3_。(4)已知：温度过高时，WO2(s)转变为 WO2(g)：WO2(s)2

31、H2(g) W(s)2H2O(g) H66.0 kJmol1WO2(g)2H2(g) W(s)2H2O(g) H137.9 kJmol1则 WO2(s) WO2(g)的 H_。【答案】(1)4H1H22H3 (2)MnO2(s) SO2 (g)=MnSO4(s) H248 kJmol1(3)2H2H1 (4)203.9 kJmol112为了合理利用化学能，确保安全生产，化工设计需要充分考虑化学反应的焓变，并采取相应措施。化学反应的焓变通常用实验进行测定，也可进行理论推算。(1)实验测得 5 g 甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出 113.5 kJ 的热量，试写出甲醇燃烧的热化

32、学方程式：_。(2)由气态基态原子形成 1 mol 化学键释放的最低能量叫键能。从化学键的角度分析，化学反应的过程就是反应物的化学键被破坏和生成物的化学键的形成过程。在化学反应过程中，拆开化学键需要消耗能量，形成化学键又会释放能量。- 29 -化学键 HH NH NN键能/(kJmol1) 436 391 945已知反应：N2(g)3H2(g) 2NH3(g) Ha kJmol1试根据表中所列键能数据估算 a 的值为_。(3)依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。已知：C(s，石墨)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2

33、O(l) H2571.6 kJmol12C2H2(g)5O2(g)=4CO2(g)2H2O(l)H32 599 kJmol1根据盖斯定律，计算 298 K 时由 C(s，石墨)和 H2(g)生成 1 mol C2H2(g)反应的焓变：_。【答案】(1)2CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l) H1 452.8 kJmol1(2)93 (3)226.7 kJmol113参考下列图表和有关要求回答问题：(1)图是 1 mol NO2(g)和 1 mol CO(g)反应生成 CO2 和 NO 过程中能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1 的变化是_(填“增大

34、” “减小”或“不变” ，下同)，H 的变化是_。请写出 NO2 和 CO 反应的热化学方程式：_。(2)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原理是：CH3OH(g)H2O(g)=CO2(g)3H2(g)H49.0 kJmol1CH3OH(g) O2(g)=CO2(g)2H2(g)H192.9 kJmol112- 30 -又知H2O(g)=H2O(l) H44 kJmol1则甲醇燃烧生成液态水的热化学方程式：_。(3)下表是部分化学键的键能数据：化学键 PP PO O=O P=O键能(kJmol1) a b c x已知 1 mol 白磷(P4)完全燃烧放热为 d kJ，白磷及其完全燃烧的产物结构如图所示，则表中 x_ kJmol1(用含有 a、b、c、d 的代数式表示)。【答案】(1)减小 不变 NO2(g)CO(g)=CO2(g)NO(g) H234 kJmol1(2)CH3OH(g) O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H764.7 kJmol132(3)d 6a 5c 12b4