高考化学考点29 化学反应的热效应

1化学反应中的能量变化（1）化学反应中的两大变化：物质变化和能量变化。（2）化学反应中的两大守恒：质量守恒和能量守恒。（3）化学反应中的能量转化形式：热能、光能、电能等。通常主要表现为热量的变化。2反应热(焓变)（1）定义：在恒温、恒压的条件下，化学反应过程中释放或吸收的能量，都可以用热量来描述，叫作反应热，又称为焓变。（2）符号：H。（3）单位：kJ/mol。（4）规定：放热反应的H为“”，吸热反应的H为“+”。注意：（1）任何化学反应都伴随着能量的变化，不存在不发生能量变化的化学反应。（2）反应热的单位是kJ/mol，热量的单位是kJ，不能混淆。（3）比较反应热大小时，应带“+”、“”一起比较。 反应热的理解1从微观的角度说，反应热是旧化学键断裂吸收的热量与新化学键形成放出的热量的差值，图中a表示旧化学键断裂吸收的热量；b表示新化学键形成放出的热量；c表示反应热。2从宏观的角度说，反应热是生成物的总能量与反应物的总能量的差值，图中a表示活化能，b表示活化分子结合成生成物所释放的能量，c表示反应热。3吸热反应和放热反应化学反应过程中释放或吸收的能量，都可以用热量(或换算成热量)来表述。通常把释放热量的化学反应称为放热反应，把吸收热量的化学反应称为吸热反应。类型比较放热反应吸热反应定义放出热量的化学反应吸收热量的化学反应形成原因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键的关系生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量表示方法H0H0联系H=H(生成物)H(反应物)，键能越大，物质能量越低，越稳定；键能越小，物质能量越高，越不稳定常见反应类型（1）所有的燃烧反应；（2）酸碱中和反应；（3）金属与酸或水的反应；（4）原电池反应；（5）少数分解反应(如TNT爆炸)；（6）大多数化合反应；（7）电石制乙炔的反应（1）大多数分解反应；（2）少数化合反应，如C与CO2、C与水蒸气的反应；（3）Ba(OH)28H2O与NH4Cl的反应；（4）盐的水解、弱电解质的电离4吸热反应与放热反应的判断化学反应过程中释放或吸收的能量，都可以用热量（或换算成热量）来表述。通常把释放热量的化学反应称为放热反应，把吸收热量的化学反应称为吸热反应。（1）理论分析判断法 H=生成物的总能量反应物的总能量。当H0时，反应吸热；当H反应物分子断键吸收的总能量时，该反应表现为放热反应，即H0；当生成物分子成键释放的总能量0。（2）规律判断法 常见的吸热反应：大多数分解反应；以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应，如C+H2O(g)CO+H2；Ba(OH)28H2O与NH4Cl晶体的反应。常见的放热反应：金属与水或酸的反应；酸碱中和反应；大多数化合反应；燃烧反应；铝热反应；营养物质在生物体内的氧化反应。（3）图象判断法 当反应物的总能量高于生成物的总能量时，为放热反应；当反应物的总能量低于生成物的总能量时，为吸热反应。 （4）反应条件判断法反应开始需要加热，而停止加热后，反应亦可继续进行，则为放热反应；若反应需要持续不断地加热才能进行，则可能为吸热反应也可能为放热反应。 （1）反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应也可能是放热反应。有些吸热反应不但反应开始时需要加热，反应发生过程中仍需不断加热才能使反应继续进行下去；有的放热反应在反应开始时也需要加热，反应发生后会放出一定的热量，如果放出的热量可使反应维持下去，则反应过程中不需要再加热，否则也必须不断加热才能使反应继续进行下去。（2）常温下就能进行的反应不一定都是放热反应，如氢氧化钡和氯化铵的反应。（3）任何化学反应都伴随着能量变化，但能量变化不一定都表现为热量变化，还可能以声、光、电等形式表现出来。（4）放出热量（或吸收热量）的物质变化过程不一定是放热反应（或吸热反应），如水蒸气冷凝为水放热，干冰升华吸热，它们不是放热反应或吸热反应，而是物理变化过程。5反应热大小的比较1同一反应的比较（1）反应物状态不同S(g)+O2(g)SO2(g) H10 S(s)+O2(g)SO2(g) H20因为等量反应物S(g)比S(s)所具有的能量多，反应放出的热量就多，H1H2。（2）生成物状态不同H2(g)+O2(g)H2O(g) H10 H2(g)+O2(g)H2O(l) H2H2。（3）化学计量数不同H2(g)+O2(g)H2O(l) H10 2H2(g)+ O2(g)2H2O(l) H2H2。2不同反应的比较（1）根据反应物的本性比较等物质的量的不同物质与同一物质反应时，越活泼，放热越多。H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) H10 H2(g)+Br2(g)2HBr(g) H20因Cl2比Br2活泼，故H1H2。（2）反应程度不同C(g)+O2(g)CO2(g) H10 C(g)+O2(g)CO(g) H20第一个反应程度大，放热多，因此H1H2。注意：比较反应热时，要将其数值和前面的符号“+”“”看作一个整体进行比较，不能只比较数值的大小。（1）若为放热反应，则有H0，反应吸收的热量越多，H的值越大。（3）对于不同的吸热、放热反应，吸热反应的H大于放热反应的H。考向一 反应过程与能量变化图象分析典例1 石墨在一定条件下转化为金刚石，其能量变化如图所示，其中E1=393.5 kJ，E2=395.4 kJ，下列说法正确的是A1 mol石墨完全转化为金刚石需吸收1.9 kJ的能量B石墨转化为金刚石属于物理变化C金刚石的稳定性强于石墨的D1 mol金刚石的能量大于1 mol CO2的能量【答案】A1如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2KClO32KCl+3O2的能量变化C该反应不需要加热就能发生D该反应的H=E2E1活化能与焓变的关系图解（1）在无催化剂的情况下：E1为正反应的活化能；E2为逆反应的活化能；H=E1E2为此反应的焓变。（2）催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响H，反应放热还是吸热取决于起点(反应物)和终点(生成物)能量的高低。考向二 利用键能计算反应热典例1 汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂的条件下可净化。反应的化学方程式为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。已知部分化学键的键能如下：分子式/结构式NO/NOCO/COCO2/O=C=ON2/NN化学键NOCOC=ONN键能(kJ/mol)6321 072750946请计算上述反应的H= kJ/mol。【答案】5382（1）乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：已知：化学键CHCCC=CHH键能/kJmol1412348612436计算上述反应的H=kJmol1。（2）已知反应2HI(g)H2(g)+I2(g) 的H=+11 kJmol1，1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收 436 kJ、151 kJ的能量，则 1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为kJ。利用键能计算反应热的方法（1）熟记反应热H的计算公式H=E(反应物的总键能之和)E(生成物的总键能之和)（2）注意特殊物质中键数的判断物质(1 mol)P4C(金刚石)SiSiO2键数(NA)62241下列图示表示的是吸热反应的是ABCD2下列关于反应热的说法正确的是A当H0时，表示该反应为吸热反应B已知C(s)+O2(g) CO(g)H=-110.5 kJmol-1，说明碳的燃烧热为110.5 kJmol-1C反应热的大小与反应物所具有的能量和生成物所具有的能量无关D化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，与反应的途径无关3根据如图所示的反应判断下列说法中错误的是ACO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量B该反应的焓变大于零C该反应中有离子键断裂也有共价键断裂，化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量D由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应4单斜硫和正交硫转化为二氧化硫的能量变化如图所示，下列说法正确的是AS(s，单斜)S(s，正交)H=+0.33 kJmol-1B相同物质的量的正交硫比单斜硫的能量高C正交硫比单斜硫稳定D表示断裂1 mol O2中的共价键所吸收的能量比形成1 mol SO2中的共价键所放出的能量少297.16 kJ5为探究NaHCO3、Na2CO3与1 molL1盐酸反应(设两反应分别是反应、反应)过程中的热效应，进行实验并测得如下数据。下列有关说法正确的是序号液体固体混合前温度混合后最高温度35 mL水2.5 g NaHCO320 18.5 35 mL水3.2 g Na2CO320 24.3 35 mL盐酸2.5 g NaHCO320 16.2 35 mL盐酸3.2 g Na2CO30 25.1 A仅通过实验即可判断反应是吸热反应B仅通过实验即可判断反应是放热反应C通过实验可判断出反应、分别是吸热反应、放热反应D通过实验可判断出反应、分别是放热反应、吸热反应6单斜硫和正交硫转化为二氧化硫的能量变化如下图所示。下列说法正确的是AS(单斜，s)=S(正交，s)H0.33 kJmol1B正交硫比单斜硫稳定C相同物质的量的正交硫比单斜硫所含有的能量高D表示断裂1 mol O2中的共价键所吸收的能量比形成1 mol SO2中的共价键所放出的能量少297.16 kJ7甲烷的燃烧热为H1，氢气的燃烧热为H2，且H1H2，若甲烷和氢气的混合物1 mol完全燃烧生成稳定的化合物时，反应热为H3，则甲烷和氢气的物质的量之比为A B C D 8某同学设计如下三个实验方案以探究某反应是放热反应还是吸热反应。方案一：如图1所示，在小烧杯里放入适量除去氧化铝保护膜的铝片，然后向烧杯里加入10 mL 2 mol/L 稀硫酸，用温度计测量温度变化，发现温度由20 逐渐升至75 ，随后温度逐渐下降至30 ，最终停留在20 。方案二：如图2所示，在烧杯底部用熔融的蜡烛粘一块小木片，往烧杯里加入10 mL 2 mol/L 稀硫酸，再向其中加入氢氧化钠溶液，片刻后提起烧杯，发现小木片脱落。方案三：如图3所示，甲试管中发生某化学反应。实验前U形管两侧红墨水液面相平，在化学反应过程中，通过U形管两侧红墨水液面高低判断某反应是吸热反应还是放热反应。序号甲试管中发生反应的物质U形管中两侧红墨水液面氧化钙与水左低右高氢氧化钡晶体与氯化铵晶体(充分搅拌)?铝片与烧碱溶液左低右高铜与浓硝酸左低右高根据上述实验回答下列相关问题：（1）铝片与稀硫酸的反应是(填“吸热”或“放热”)反应，写出该反应的离子方程式：。（2）方案一中，温度升至最高后又下降的原因是。（3）方案二中，小木片脱落的原因是，由此得出的结论是。（4）方案三中，如果甲试管里发生的反应是放热反应，则U形管两侧红墨水液面：左边(填“高于”、“低于”或“等于”)右边。（5）由方案三的现象得出结论：实验发生的反应都是(填“吸热”或“放热”)反应，如果放置较长时间，可观察到U形管里的现象是 。（6）方案三中实验的U形管中的现象为，说明反应物的总能量(填“大于”、“小于”或“等于”)生成物的总能量。12018江苏下列说法正确的是A氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能B反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应C3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于66.021023D在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快22018北京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%BCH4CH3COOH过程中，有CH键发生断裂C放出能量并形成了CC键D该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率32016海南由反应物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由反应的H=E5E2B由反应的H0时，表示该反应为吸热反应，A错误；燃烧热是指101 kP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，C(碳)燃烧生成了CO，CO不是C(碳)的稳定氧化物，B错误；反应热=生成物的总能量-反应物的总能量，C错误；化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，与反应的途径无关，D正确。3【答案】D【解析】因为碳酸钙受热分解是吸热反应，必有CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量，焓变大于零，故A、B正确；在CaCO3中，Ca2+和之间存在离子键，中，C与O之间存在共价键，故反应中有离子键断裂也有共价键断裂；化学键断裂吸收能量，新键形成放出能量，C正确；需要加热才发生的反应不一定为吸热反应，如碳的燃烧反应就是放热反应，D错误。&网4【答案】C【解析】根据图示可知，相同物质的量的单斜硫的能量比正交硫的能量高，S(s，单斜)S(s，正交)H =- 0.33 kJmol-1， A、B均错误；物质的能量越低越稳定，故正交硫比单斜硫稳定，C正确；表示断裂1 mol O2中的共价键和1 mol单斜硫的化学键所吸收的能量比形成 1 mol SO2中的共价键所放出的能量少297.16 kJ，D错误。5【答案】C【解析】根据表中数据可知，碳酸氢钠溶于水的过程为吸热过程，不能仅根据实验混合后溶液温度降低而判断碳酸氢钠与盐酸的反应为吸热反应，需要结合实验综合判断，A错误；根据实验可知，碳酸钠溶于水的过程为放热过程，所以不能仅根据实验碳酸钠与盐酸反应后混合液温度升高判断反应是放热反应，B错误；根据实验可知，碳酸氢钠溶于水后混合液温度从20 降低到18.5 ，而实验中碳酸氢钠与盐酸反应后混合液温度从20 降低16.2 24.3 ，碳酸钠与盐酸反应后混合液的温度比碳酸钠溶于水后升高的温度更高，证明碳酸钠与盐酸的反应为放热反应，C正确，D错误。&网6【答案】B【解析】根据盖斯定律，得：S(单斜，s)=S(正交，s)H0.33 kJmol1，可知单斜硫转化为正交硫时要放出热量，正交硫的能量要低，较稳定，故A项错误、B项正确；相同物质的量的正交硫比单斜硫所含有的能量低，C项错误；表示断裂1 mol S(单斜，s)和1 mol O2(g)中的共价键所吸收的能量比形成1 mol SO2(g)中的共价键所放出的能量少297.16 kJ，D项错误。7【答案】B 8【答案】（1）放热2Al+6H+2Al3+3H2（2）当化学反应完成后，随着热量的散失，烧杯里溶液的温度降低（3）蜡烛熔化氢氧化钠与稀硫酸的反应是放热反应（4）低于（5）放热红墨水液面左右相平（6）红墨水液面左高右低小于【解析】（1）根据温度计示数的变化可判断铝与稀硫酸的反应是放热反应，金属与非氧化性酸的反应实质是金属与H+反应。（2）当化学反应完成后，随着热量的散失，烧杯里溶液的温度会降低。（3）蜡烛受热熔化，小木片就会脱落，由此可推知氢氧化钠与稀硫酸发生的反应是放热反应。（4）如果甲试管里发生的反应是放热反应，则U形管内左侧气体温度升高，气体压强增大，U形管左侧气体压强大于外界大气压，红墨水液面左低右高。（5）根据实验的现象可推知，氧化钙与水的反应、铝与氢氧化钠溶液的反应、铜与浓硝酸的反应都是放热反应。（6）氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合发生吸热反应，则U形管左侧气体压强小于外界大气压，红墨水液面左高右低。对于吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量。1【答案】C 2【答案】D【解析】A项，根据图示CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH，总反应为CH4+CO2CH3COOH，只有CH3COOH一种生成物，原子利用率为100%，A项正确；B项，CH4选择性活化变为过程中，有1个CH键发生断裂，B项正确；C项，根据图示，的总能量高于的总能量，放出能量，对比和，形成CC键，C项正确；D项，催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误；答案选D。&网点睛：本题考查原子利用率、化学反应的实质、化学反应中的能量变化、催化剂对化学反应的影响，解题的关键是准确分析示意图中的信息。注意催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，催化剂不能改变H、不能使化学平衡发生移动。3【答案】BC【解析】A根据化学反应的实质，由反应的H=E3E2，A项错误；B由图象可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即由反应的H0，B项正确；C根据化学反应2X(g)3Y(g)，该反应是气体分子数增加的可逆反