第6讲-化学反应与热能

选考系列化学 第6讲 化学能与热能【考点1】 焓变与热化学方程式1反应热(焓变)(1)定义：在恒压条件下进行的反应的热效应。符号：H。单位：kJmol1或kJ/mol。(2)表示方法吸热反应：H0；放热反应：H0。(3)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。(4)常见的放热反应和吸热反应放热反应：可燃物的燃烧；酸碱中和反应；大多数化合反应；金属跟酸的置换反应；物质的缓慢氧化；铝热反应等。吸热反应：大多数分解反应；盐的水解；Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应；碳和水蒸气、C和CO2的反应等。2反应热的本质图示a、b、c表示的意义微观宏观a表示断裂旧化学键吸收的能量；b表示形成新化学键放出的能量；c表示反应热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.热化学方程式(1)概念表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。(2)意义表明了化学反应中的物质变化和能量变化。如：2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJmol1表示：2 mol氢气和1 mol氧气反应生成2 mol液态水时放出571.6 kJ的热量。(3)热化学方程式的书写要求注明反应的温度和压强(25 、101 kPa下进行的反应可不注明)。注明反应物和生成物的状态：固态(s)、液态(l)、水溶液(aq)、气态(g)。热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的物质的量，而不表示分子个数(或原子个数)，因此可以写成分数。热化学方程式中不用“”和“”。热化学方程式能反映出该反应已完成的数量。由于H与反应物的物质的量有关，所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与H相对应，如果化学计量数加倍，则H也要加倍。当反应向逆反应方向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。【小思提示】正确理解活化能与反应热的关系(1)催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。(2)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，即E1E2|H|。根据键能计算反应中的焓变(1)计算公式：H反应物的键能总和生成物的键能总和。(2)根据键能计算反应热的关键是正确找出反应物和生成物所含共价键的数目，如H2O分子中含有2个HO共价键，NH3分子中含有3个NH共价键等。要注意晶体结构中化学键的情况，常见的有1 mol P4含有6 mol PP键，1 mol晶体硅含有2 mol SiSi键，1 mol 石墨晶体中含有1.5 mol CC键，1 mol金刚石含有2 mol CC键，1 mol SiO2含有4 mol SiO键等。书写热化学方程式要“五查”(1)查热化学方程式是否配平。(2)查各物质的聚集状态是否正确。(3)查H的“”“”符号是否正确。(4)查反应热的单位是否为kJmol1。(5)查反应热的数值与化学计量数是否对应。【例1】某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是()A该反应为放热反应B催化剂能改变该反应的焓变C催化剂能降低该反应的活化能D逆反应的活化能大于正反应的活化能【小思点评】 由题图可以看出，反应物的总能量低于生成物的总能量，故该反应为吸热反应，A项错误；催化剂不能改变反应的焓变，B项错误；由图像可以看出，催化剂能降低该反应的活化能，C项正确；由图像可以看出E1E2，即逆反应的活化能小于正反应的活化能，D项错误。本题答案为C【例2】某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是()A反应过程可表示为BE1为反应物的总能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能C正反应的热效应HE1E20，所以正反应为放热反应D此图中逆反应的热效应HE1E20，所以逆反应为放热反应【小思点评】由图可知，正反应放热，H为负值；逆反应吸热，H为正值，D错误。故答案为D。【例3】已知1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143 kJ,18 g水蒸气变成液态水放出44 kJ的热量。其他相关数据如下表：O=OHHHO(g)1 mol化学键断裂时需要吸收的能量/kJ496436x则表中x为()A920 B557 C463 D188【小思点评】根据题意，可得热化学方程式为2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H572 kJmol1；而18 g水蒸气变成液态水时放出44 kJ热量，则2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H484 kJmol1，即484 kJ2436 kJ496 kJ4x kJ，解得x463。故答案为C。【例4】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：_。【小思点评】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，H(ab) kJmol1。本题答案为A2(g)B2(g)=2AB(g)H(ab) kJmol1【例5】写出下列反应的热化学方程式(1)一定量N2(g)与一定量H2(g)在一定条件下反应生成2 mol NH3(g)，放出92.2 kJ热量。_。(2)14 g N2(g)与适量的O2(g)在一定条件下反应生成NO(g)，吸收34 kJ热量。_。(3)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_。(4)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_。(5)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25 、101 kPa下，已知该反应每消耗1 mol CuCl(s)，放热44.4 kJ，该反应的热化学方程式是_。【小思点评】本题答案为(1)N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.2 kJmol1(2)N2(g)O2(g)=2NO(g) H68 kJmol1(3)SiH4(g)2O2(g)=SiO2(s)2H2O(l) H1 427.2 kJmol1(4)C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H2Q kJmol1(5)4CuCl(s)O2(g)=2CuCl2(s)2CuO(s) H177.6 kJmol1【考点二】盖斯定律及反应热的计算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。(3)应用转化关系反应热间的关系aAB、ABH1aH2ABH1H2HH1H22.利用盖斯定律计算反应热(1)运用盖斯定律的技巧“三调一加”一调：根据目标热化学方程式，调整已知热化学方程式中反应物和生成物的左右位置，改写已知的热化学方程式。二调：根据改写的热化学方程式调整相应H的符号。三调：调整中间物质的化学计量数。一加：将调整好的热化学方程式及其H相加。(2)运用盖斯定律的三个注意事项热化学方程式乘以某一个数时，反应热的数值必须也乘上该数。热化学方程式相加减时，物质之间相加减，反应热也必须相加减。将一个热化学方程式颠倒时，H的“”“”随之改变，但数值不变。【例1】反应热比较选项判断(1)一个反应一步完成或几步完成，两者相比，经过的步骤越多，放出的热量越少()(2)H2(g)O2(g)=H2O(g)H1和2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H2中的H1H2()(4)C(石墨，s)=C(金刚石，s)H0，说明石墨比金刚石稳定()【小思点评】(1)一个反应的H大小只与反应的始态和终态有关，与途径无关。（2）比较H大小时要注意其正负号。（4）物质的能量越低越稳定，化学键的键能越高越稳定。本题答案为(1)(2)(3)(4)【例2】已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H13H2(g)Fe2O3(s)=2Fe(s)3H2O(g)H22Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)H32Al(s)O2(g)=Al2O3(s)H42Al(s)Fe2O3(g)=Al2O3(s)2Fe(s)H5下列关于上述反应焓变的判断正确的是()AH10BH50，H4H3CH1H2H3DH3H4H5【小思点评】大多数化合反应为放热反应，而放热反应的反应热(H)均为负值，故A错误；铝热反应为放热反应，故H50，而2Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)H3，2Al(s)O2(g)=Al2O3(s)H4，由可得：2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)H5H4H30，可得H40，H30，H20所以H1H3。方法二：方程式叠加法。CuSO45H2O(s)=Cu2(aq)SO(aq)5H2O(l) H10CuSO4(s)=Cu2(aq)SO(aq)H20CuSO45H2O(s)CuSO4(s)5H2O(l)H30：CuSO45H2O(s)=Cu2(aq)SO(aq)5H2O(l) H1H2H3由于H10，H20，H30，所以H1H3。本题答案为B【例4】在1 200 时，天然气脱硫工艺中会发生下列反应：H2S(g)O2(g)=SO2(g)H2O(g)H1 2H2S(g)SO2(g)=S2(g)2H2O(g)H2H2S(g)O2(g)=S(g)H2O(g)H3 2S(g)=S2(g)H4则H4的正确表达式为()AH4(H1H23H3)BH4(3H3H1H2)CH4(H1H23H3)DH4(H1H23H3)【小思点评】给题中方程式依次编号为、，由3得：3S(g)=S2(g) (H1H23H3)，故2S(g)=S2(g)H4(H1H23H3)。本题答案为A【例5】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()A488.3 kJmol1 B488.3 kJmol1C191 kJmol1 D191 kJmol1【小思点评】由题知表示各物质燃烧热的热化学方程式分别为C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol1；H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1；CH3COOH(l)2O2(g)=2CO2(g)2H2O(l) H870.3 kJmol1。则所求方程式可由反应22得出，反应热为488.3 kJmol1。本题答案为A。【例6】FeSO4可转化为FeCO3，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。已知25 、101 kPa时：4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s) H1 648 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H393 kJmol1 2Fe(s)2C(s)3O2(g)=2FeCO3(s) H1 480 kJmol1FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是_。【小思点评】将所给热化学方程式标号：4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)H1 648 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H393 kJmol12Fe(s)2C(s)3O2(g)=2FeCO3(s) H1 480 kJmol1根据盖斯定律：(2)4可得总方程式。本题答案为4FeCO3(s)O2(g)=2Fe2O3(s)4CO2(g)H260 kJmol1【例7】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()C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g) H1a kJmol1CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g) H2b kJmol1CO2(g)3H2(g)=CH3OH(g)H2O(g) H3c kJmol12CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(g) H4d kJmol1A反应、为反应提供原料气B反应也是CO2资源化利用的方法之一C反应CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(l)的H kJmol1D反应2CO(g)4H2(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)的H(2b2cd) kJmol1【小思点评】A项，反应、提供CO2和H2，正确；B项，反应将CO2转化为有机原料，是CO2的资源利用，正确；C项，反应生成液态水，放出热量大于，错误；D项，目标反应可由反应22获得，计算反应热为(2b2cd) kJmol1，正确。本题答案为C。【小纳自测】1页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。我国的页岩气储量超过其他任何一个国家，可采储量有1 275万亿立方英尺。这些储量足够中国使用300多年，有关页岩气的叙述错误的是()A页岩气属于一种新能源B页岩气属于一次能源C页岩气属于清洁能源D页岩气属于不可再生能源答案A解析页岩气属于天然气，是化石燃料，是不可再生能源。2美国研究人员将CO和O附着在一种钉催化剂表面，用激光脉冲将其加热到2 000 K，成功观察到CO与O形成化学键生成CO2的全过程。下列说法不正确的是()ACO2属于酸性氧化物BCO与O形成化学键的过程中放出能量C钉催化剂可以改变该反应的焓变DCO与O形成化学键的过程中有电子转移答案C解析二氧化碳能和碱反应生成盐和水，说明二氧化碳是酸性氧化物，A项正确；原子结合形成化学键时放出热量，B项正确；催化剂只改变反应速率，不改变反应的焓变，C项错误；一氧化碳转化为二氧化碳时碳的化合价升高，所以一氧化碳和氧形成化学键的过程中有电子转移，D项正确。3下列说法正确的是()A化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，还与反应的途径有关B能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的，且以物质为主C根据盖斯定律，热化学方程式中的H直接相加即可得总反应热D即使运用盖斯定律也无法计算出碳不完全燃烧时的反应热答案B解析化学反应的反应热与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关，A项错误；结合盖斯定律的内涵和应用可知C项错误；运用盖斯定律可计算出碳不完全燃烧时的反应热，D项错误。4下列有关热化学方程式的叙述，正确的是()A1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热B由N2O4(g)2NO2(g)H56.9 kJmol1，可知将1 mol N2O4(g)置于密闭容器中充分反应后放出热量为56.9 kJC由：H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJmol1，可知：含1 mol CH3COOH的溶液与含1 mol NaOH的溶液混合，放出热量为57.3 kJD已知101 kPa时，2C(s)O2(g)=2CO(g)H221 kJmol1，则1 mol碳完全燃烧放出的热量大于110.5 kJ答案D解析A项，液态的水才是氢的稳定氧化物，错误；B项，N2O4(g)2NO2(g)H56.9 kJmol1，这是一个可逆反应不可能完全反应，错误；C项，醋酸是弱电解质，电离的过程要吸收热量，因此1 mol CH3COOH的溶液与含1 mol NaOH的溶液混合，放出热量要小于57.3 kJ，错误。5在25 、101 kPa下，1 mol白磷(化学式为P4)完全燃烧放出的热量和4 mol红磷(化学式为P)完全燃烧放出的热量关系如图所示：由此判断，下列说法正确的是()A由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷比白磷能量高，白磷比红磷稳定B由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷比白磷能量低，红磷比白磷稳定C由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷比白磷能量高，白磷比红磷稳定D由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷比白磷能量低，红磷比白磷稳定答案D解析由图像知：白磷比红磷能量高，能量越高越不稳定，故红磷比白磷稳定，红磷转化为白磷时需要吸收能量，属于吸热反应。6下列各组热化学方程式的H前者大于后者的是()C(s)O2(g)=CO2(g)H1C(s)O2(g)=CO(g)H2S(s)O2(g)=SO2(g)H3S(g)O2(g)=SO2(g)H4H2(g)O2(g)=H2O(l)H52H2(g)O2(g)=2H2O(l)H6CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H7CaO(s)H2O(l)=Ca(OH)2(aq)H8A B C D答案C解析H有正、负之分，比较时要连同“”“”在内一起比较，类似数学中的正、负大小的比较。中第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得：CO(g)O2(g)=CO2(g)HH1H2，该反应为放热反应，即H1H20，所以H1H4；发生同样的燃烧反应，物质的量越多，放出的热量越多，故H5H6；碳酸钙分解吸收热量，H70，CaO与H2O反应放出热量，H8H8。7下列图示与对应的叙述相符的是()A图甲中的H1H2B图乙表示可逆反应A(s)3B(g)2C(g)H0C图丙表示充满NO2气体的试管，倒置于水槽中，向其中缓慢通入氧气直至试管中全部充满水，假设溶质不扩散，溶质的物质的量浓度与通入氧气的体积关系D由图丁可说明烯烃与H2加成反应是放热反应，虚线表示在有催化剂的条件下进行答案C解析H1、H2、H3均小于零，且H1H2H3，故A错误；平衡常数不会随压强的改变而改变，故B错误；试管中发生的总反应为4NO2O22H2O=4HNO3，所以随氧气通入，溶质的物质的量浓度不变，故C正确；催化剂会降低反应的活化能，故D错误。8一定条件下，在水溶液中1 mol Cl、ClO(x1,2,3,4)的能量(kJ)相对大小如图所示，下列有关说法正确的是()Ae是ClOBbac反应的活化能为60 kJmol1Ca、b、c、d、e中c最稳定Dbad反应的热化学方程式为3ClO(aq)=ClO(aq)2Cl(aq)H116 kJmol1答案D解析A项，e中Cl元素化合价为7价，而ClO中Cl元素化合价为5价，错误；B项，bac反应的活化能为40 kJmol1，错误；C项，a、b、c、d、e中a能量最低，所以最稳定，错误；D项，bad，根据转移电子守恒得该反应方程式为3ClO=ClO2Cl，反应热64 kJmol120 kJmol1360 kJmol1116 kJmol1，所以该热化学反应方程式为3ClO(aq)=ClO(aq)2Cl(aq)H116 kJmol1，正确。9常温下，1 mol化学键分解成气态原子所需要的能量用E表示。结合表中信息判断下列说法不正确的是()共价键HHFFHFHClHIE/kJmol1436157568432298A.432 kJmol1E(HBr)298 kJmol1B表中最稳定的共价键是HF键CH2(g)2H(g)H436 kJmol1DH2(g)F2(g)=2HF(g)H25 kJmol1答案D解析A项，Br的非金属性介于Cl、I之间，所以E(HBr)介于E(HCl)、E(HI)之间，即432 kJmol1E(HBr)298 kJmol1，正确；B项，根据表中的数据，HF键的键能最大，所以表中最稳定的共价键是HF键，正确；C项，破坏化学键需要吸收能量，所以H2(g)2H(g)H436 kJmol1，正确；D项，H2(g)F2(g)=2HF(g)H436 kJmol1157 kJmol12568 kJmol1543 kJmol1，错误。10火箭推进器常以联氨(N2H4)为燃料、过氧化氢为助燃剂。已知下列各物质反应的热化学方程式：N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g) H1533.23 kJmol1H2O(g)=H2O(l)H244 kJmol12H2O2(l)=2H2O(l)O2(g)H3196.4 kJmol1则联氨与过氧化氢反应的热化学方程式可表示为()AN2H4(g)2H2O2(l)=N2(g)4H2O(l) H817.63 kJmol1BN2H4(g)2H2O2(l)=N2(g)4H2O(g) H641.63 kJmol1CN2H4(g)2H2O2(l)=N2(g)4H2O(l) H641.63 kJmol1DN2H4(g)2H2O2(l)=N2(g)4H2O(g) H817.63 kJmol1答案B解析将题中的反应依次编号为、，生成液态水时的反应热2，生成气态水的反应热2，可求出B正确。11 N2与H2反应生成NH3的过程中能量变化曲线如图所示。若在一个固定容积的密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，使反应N23H22NH3达到平衡，测得反应放出热量为Q1。填写下列空白：(1)Q1_92 kJ(填“”“”或“”)。(2)b曲线是_时的能量变化曲线。(3)上述条件下达到平衡时H2的转化率为_。(4)在温度体积一定的条件下，若通入2 mol N2和6 mol H2反应后放出的热量为Q2 kJ，则2Q1与Q2的关系为_。答案(1)(2)加入催化剂(3)Q1/92 (4)Q22Q1解析从反应的图示可知，其热化学方程式为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92 kJmol1，且Q192 kJ；平衡时放出Q1 kJ热量，则消耗的n(H2) mol，则(H2)；当相同条件时充入2 mol N2和6 mol H2平衡后，(H2)增大，放出的热量Q22Q1。12煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低了脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：CaSO4(s)CO(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g) H1218.4 kJmol1(反应)CaSO4(s)4CO(g)CaS(s)4CO2(g) H2175.6 kJmol1(反应)请回答下列问题：(1)反应是放热反应还是吸