2020高考化学月刊 专题1·化学反应及能量变化专题

2020高考化学月刊 专题1化学反应及能量变化专题一、反应热(1)化学反应中的能量变化任何一个化学反应，反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量总不会相等因此，在新物质产生的同时(即化学反应中)总是伴随着能量的变化其表现形式是化学能与热能、光能、电能等之间进行转变但以化学能与热能之间的转变最为常见化学反应的本质是旧化学键断裂，新化学键生成的过程，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互吸引，在形成新化学键时，由于原子间的相互吸引而放出能量由于需要的能量和放出的能量常常并不相等，因此总体上来看，一个化学反应的进行，往往需要向外界释放出能量，或从外界吸收一定的能量化学反应释放出的能量是当今世界上最重要的能源之一如化石燃料(煤、石油、天然气)的燃烧(2)反应热反应热 在化学反应过程中放出或吸收的热量，通常叫做反应热反应热用符号H表示，单位一般采用kJ/mol（H与Q相反Q大于0表示防热Q小于0表示吸热）放热反应和吸热反应 放出热量的化学反应叫做放热反应，H为负值例如：；H393.5kJ/mol吸收热量的化学反应叫做吸热反应，H为正值例如：；H+131.3kJ/mol(3).反应热的表示方法：反应热用H表示，其实是从体系的角度分析的。能量放热反应：体系 环境，体系将能量释放给环境，体系的能量降低，因此，放热反应的H0，为“”能量吸热反应：环境 体系，体系吸收了环境的能量，体系的能量升高，因此，吸热反应的H0，为“”(4).反应热与化学键键能的关系反应热等于反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量与生成物分子化学键形成时所释放的总能量之差。反应物的总能量生成物的总能量 (放热反应) 反应物的总能量生成物的总能量 (吸热反应(5).常见的放(吸)热反应 N2O4=2NO2 吸热Ba(OH)28H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3+10H2O 吸热（注意需要加热的反应不一定是吸热反应，如碳的燃烧，吕热反应。）例题1化学反应中的能量变化，通常表现为热量的变化，如的反应要吸收热量，在化学上叫做吸热反应。其原因是（ ）A反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量B反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量C在化学反应中需要加热的反应就是吸热反应D在化学反应中需要降温的反应就是放热反应例题2已知充分燃烧a g 乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量bkJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是( D )AC2H2(g) + 5/2O2(g) = 2CO2(g) + H2O(l)；H = 2b KJ/molB2C2H2(g) + 5O2(g) = 4CO2(g) + 2H2O(l)；H = 2b KJ/molC2C2H2(g) + 5O2(g) = 4CO2(g) + 2H2O(l)；H = b KJ/mol 反应热与反应物和生成物的能量关系当反应物的总能量比生成物的总能量多时，发生放热反应例如，1mol固体C和1mol气体所含的能量之和比1mol气体所含的能量多393.5kJ，所以1mol固体C和1mol气体反应生成1mol气体时，放出热量393.5kJ当反应物的总能量比生成物的总能量少时，发生吸热反应例如，1mol固体C和1mol水蒸气体所含有能量之和比1 mol CO气体和1 mol 气体所含有的能量之和少131.3kJ，所以，1 mol固体C和1 mol水蒸气反应生成1 mol CO气体和1 mol气体时，需要吸收(外界)热量131.3kJ(4)反应热与化学键的断裂和形成的关系当化学反应中断裂旧的化学键所需要吸收的能量小于生成新的化学键所放出的能量时，则发生放热反应反之，发生吸热反应例1. 已知断裂1 mol HH键，要吸收热量436kJ；断裂1 mol NN键，要吸收热量946kJ；生成1 mol NH键，会放出热量391kJ试求下列反应的反应热分析与解答根据反应热与化学键断裂和形成的关系，在上述反应中，断裂了1 mol NN键，断裂了3 mol HH键，生成了6 mol NH键则有：6391kJ(946kJ+3436kJ)92kJ答案 该反应是放热反应，H92kJ/mol例2化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成（或拆开）1mol化学键时释放（或吸收）的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如下图所示，现提供以下化学键的键能（kJmol-1）： PP：198， PO：360； O=O：498。白磷P4O6 二、正确书写热化学方程式的方法1要注明反应物和生成物的聚集状态，因为物质呈现哪一种聚集状态，与它们所具有的能量有关即：反应物的物质相同、状态不同、H也不同但不用沉淀和气体符号。有关物质的状态亦可用英文字母表示：固 solid s 液 liquid 气 gas g2要注明反应温度和压强(若为同素异形体，要注明名称)因为H的大小和反应的温度、压强有关如不特别注明，即表示在101 kPa和253热化学方程式中的化学计量数不表示分子个数，而是表示物质的量，故化学计量数可以是整数，也可以是分数，相同物质的化学反应，当化学计量数改变时，其H也同等倍数地改变4H的表示：在热化学方程式中H的“”与“”一定要注明，“”代表吸热，“”代表放热 (1)热化学方程式下列是丙烷()气体燃烧生成气体和液态水的热化学方程式：；H2220.0kJ/mol由此可知，热化学方程式既表明物质变化，又表明能量变化即更全面完整地表示了化学反应(2)书写热化学方程式的注意事项必须注明反应物和生成物的状态 因为物质的状态不同，反应热也不相同例如：；H241.8kJ/mol；H285.8kJ/mol用285.8kJ241.8kJ44kJ，为1mol气态水转变为液态水所放出的热量理解热化学方程式中的计量数 热化学方程式中各物质前的化学计量数(化学式前的系数)是物质的量，即以mol为单位计算，所以可以是整数，也可以是分数当化学计量数不同时，H也不同例如：；H184.6kJ/mol；H92.3kJ/mol需要注明反应的温度和压强，因反应的温度和压强不同时，其H也不同若没有特别注明，即为101kPa和25时的数据要注意H的正和负放热反应的H为“”，吸热反应的H为“”例1已知在发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料和NO2作氧化剂，这两者反应生成N2和水蒸气又知：N2(g)2O2(g)=2NO2(g)；H=677 kJmol1N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)；H=534 kJmol1写出肼与NO2反应的热化学方程式解析：将式逆写得NO2=N2O2；H=3385 kJmol1得肼与NO2反应的热化学方程式N2H4(g)NO2(g)=N2(g)2H2O(g)；H=56785 kJmol1答案：N2H4(g)NO2(g)=N2(g)2H2O(g)；H=56785 kJmol1例2已知下列热化学方程式：(1)Fe2O3(s)3CO(g)=2Fe(s)3CO2(g)；H=25 kJmol1(2)3Fe2O3(s)CO(g)=2Fe3O4(s)CO2(g)；H=47 kJmol(3)Fe3O4(s)CO(g)=3FeO(s)CO2(g)；H=19 kJmol1写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式 解析：依据盖斯定律：化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的我们可从题目中所给的有关方程式分析：从方程式(3)与方程式(1)可看出有我们需要的有关物质但方程式(3)必须通过方程式(2)有关物质才能和方程式(1)结合在一起1)整理得：FeO(s)CO(g)=Fe(s)CO2(g)；H=11 kJmol11已知下列两个热化学方程式2H2(g)O2(g)=2H2O(l)；H=5716 kJmol1C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)；H=22200 kJmol1实验测知氢气和丙烷的混合气体共5 mol，完全燃烧时放热3847 kJ，则混合气体中氢气与丙烷的体积比是A13B31C14D111解析：据题意：1 mol H2燃烧放出的热量为2858 kJ，1 mol混合气体燃烧放出的热量为3847/5=7694 kJ，由十字交叉法：则体积比为=，故正确答案为B例350 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在如图11所示的装置中进行中和反应通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热回答下列问题：图11（1）从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是_（2）烧杯间填满碎纸条的作用是_（3）大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值_（填“偏大”“偏小”“无影响”）（4）实验中改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量_（填“相等”“不相等”），所求中和热_（填“相等”“不相等”），简述理由_（5）用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会_；用50 mL 0.50 mol/L NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会_（均填“偏大”“偏小”“无影响”）【解析】 本实验成败的关键是准确测量反应后的温度因此所用装置必须保温、绝热且可使体系温度尽快达到一致，故缺少的仪器应为环形玻璃搅拌棒（2）碎纸条的作用为减少实验过程中的能量损失（3）不盖硬纸板会损失部分热量故所测结果偏低（4）由中和热概念可知，中和热只与生成水的量有关而与过量的酸碱无关，但液体体积增大温差减小，不便测量（5）由于弱酸弱碱的中和热等于H与OH生成H2O时的反应热加上其电离时吸热【答案】 （1）环形玻璃搅拌棒 （2）减少实验过程中的热量损失 （3）偏小 （4）不等 相等 因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O所放出的能量，与酸碱的用量无关 （5）偏小 偏小【思维启迪】 要想提高中和热测定的准确性，实验应注意什么？【答案】 （1）搅拌或倾倒时不要有溶液损失；（2）准确读取混合液的最高温度值；（3）溶液浓度不能太浓或太稀1、已知在1105 Pa，298 K条件下，2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ热量,下列热化学方程式正确的是 ( ) A. H2O(g) = H2(g)1/2 O2(g)； H1+242 kJmol-1B. 2 H2(g)+ O2(g)=2 H2O(l)； H2- 484 kJmol-1C. H2(g)1/2 O2(g)=H2O(g) ； H1+242 kJmol-12、下列热化学方程式中，H能正确表示物质的燃烧热的是 （ ）ACO(g) +1/2O2(g) =CO2(g); H-283.0 kJ/molA. C(s) +1/2O2(g) =CO(g); H-110.5 kJ/molB. H2(g) +1/2O2(g)=H2O(g); H-241.8 kJ/molC. 2C8H18(l) +25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(l); H-11036 kJ/mol例1 在相同温度下，下列3个反应放出的热量分别以Q1、Q2、Q3表示，则Q1、Q2、Q3的关系是（ ）AQ1Q2 , Q2=2Q3 BQ1=Q2=Q3 CQ1Q2，Q3=Q1/2 D无法比较 解析：因为水蒸气冷凝为液态水放出热量，当温度不变时，每摩水蒸气冷凝成液态水时放出43.9千焦热，而方程（1）和（3）分别表示2摩和1摩H2燃烧时放出的热量，所以Q3=1/2Q1，故答案C。例 2. 已知断裂1 mol HH键，要吸收热量436kJ；断裂1 mol NN键，要吸收热量946kJ；生成1 mol NH键，会放出热量391kJ试求下列反应的反应热分析与解答根据反应热与化学键断裂和形成的关系，在上述反应中，断裂了1 mol NN键，断裂了3 mol HH键，生成了6 mol NH键则有：6391kJ(946kJ+3436kJ)92kJ答案 该反应是放热反应，H92kJ/mol值得注意的是反应热一般由实验测定例3. 已知在25，101kPa下，1g (辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量表示上述反应的热化学方程式正确的是( )A；H48.40kJ/molB；H5518kJ/molC；H+5518kJ/molD；H11036kJ/mol分析与解答1 mol 燃烧放出热量48.40kJ/g114g5518kJ答案 BD三、燃烧热、中和热 1.燃烧热 (1)概念：在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用kJmol表示。 注意：完全燃烧，是指物质中下列元素完全转变成对应的物质：CC02，HH20，SS02等。1下列热化学方程式中H的绝对值能表示可燃物的燃烧热的是DAH2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）；H=184.6kJ/molBCH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）；H=802.3kJ/molC2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）；H=571.6kJ/mol DCO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）；H=283kJ/mol 2.中和热 (1)概念：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成 1 molH20，这时的反应热叫中和热。 (2)中和热的表示：H+(aq)+OH-(aq)=H2O (1)； H=-57.3kJmol。 注意：(1)这里的稀溶液一般要求酸溶液中的，碱溶液中的这是因浓酸溶液和浓碱溶液相互稀释时会放出热量(2)在中学化学主要研究强酸与强碱反应的中和热强酸与强碱的中和反应其实质是反应(即与酸、碱的种类无关)，通过许多次实验测定，反应生成1mol时，放出热量57.3kJ其热化学方程式为；H57.3kJ/mol因此，下列中和反应的H相同，都为57.3kJ/mol(3)有弱酸或弱碱参加的中和反应，其中和热的数值都小于57.3例如，下列中和反应的H的数值都小于57.3这是因为反应时弱酸或弱碱发生电离需要吸收热量(4)中和热是以生成1mol为基准，因为表示中和热的热化学方程式中，水的化学计量数为1，其酸、碱或盐的化学计量数可以为分数（5）有浓硫酸是浓硫酸稀释要放出热量所以大于57.3kJ3.使用化石燃料的利弊及新能源的开发 (1)重要的化石燃料：煤、石油、天然气 (2)煤作燃料的利弊问题 煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。 煤直接燃烧时产生S02等有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染。 煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低，且运输不方便。 可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤燃烧的热利用率。 (3)新能源的开发 调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油气资源，加强科技投入，加快开发水电、核电和新能源等就显得尤为重要和迫切。 最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能等。这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，对环境没有污染或污染少。l 理解中和热时注意： 稀溶液是指溶于大量水的离子。中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。中和反应的实质是H+和OH-化合生成 H20，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热内。例1(已知：；H=-57.3kJ/mol。（1）用1 mol NaOH配制成稀溶液跟足量的稀盐酸反应，能放出_等于_kJ的热量。（2）用1molNaOH配制成稀溶液跟足量的稀硫酸反应，能放出_大于_kJ的热量。（3）用1.00L 1.00mol/L醋酸与1.10L 1.00mol/L的KOH溶液反应，放出的热量_57.3kJ（填“等于”、“小于”或“大于”），理由是_小于_。（4）用1.00L 1.00mol/L醋酸与足量的KOH溶液反应，放出的热量_小于_57.3kJ例2(1)在101 kPa时，H2在100 mol O2中完全燃烧生成200 mol H2O(l)放出5716 kJ的热量，H2的燃烧热为 ，表示H2燃烧热的化学方程式为 (2)100 L 100 molL1 H2SO4溶液与200 L 100 molL1 NaOH溶液完全反应，放出1146 kJ热量，该反应的中和热为，表示其中和热的热化学方程式为 解析：H2的燃烧热应以燃烧1 mol H2为标准，当H2完全燃烧生成200 mol H2O时，需燃烧200 mol H2，故H2的燃烧热为=2858 kJmol1中和热以生成1 mol H2O为标准，而100 L 100 mol L1 H2SO4溶液与200 L 100 mol L1 NaOH溶液反应生成2 mol H2O，故该反应的中和热为=573 kJmol1书写表示燃烧热与中和热的热化