2023届高中总复习第二轮专题一基本概念和基本原理第3讲化学反应与能量

第3讲化学反应与能量专题一2023高中总复习优化设计GAOZHONGZONGFUXIYOUHUASHEJI内容索引0102考情分析•备考定向高频考点•探究突破03新题演练•能力迁移考情分析•备考定向【专题知识脉络】

【能力目标解读】

命题热点考题统计考查能力分析热化学方程式的书写及反应热的计算2020全国Ⅰ,28(1)本部分重点考查计算能力,在高考中常考查盖斯定律的应用、反应热的计算及大小比较、热化学方程式的书写等,但侧重盖斯定律的考查,随着对能源问题的日益重视,本专题仍是考查重点盖斯定律及其应用2022,全国甲,28(1)2022,全国乙,28(1)2021全国甲,28(1)2020全国Ⅱ,28(1)【热点考题诠释】

1.(2022全国甲,节选)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及平衡常数如下:(ⅰ)直接氯化TiO2(s)+2Cl2(g)══TiCl4(g)+O2(g)

ΔH1=+172kJ·mol-1,Kp1=1.0×10-2(ⅱ)碳氯化TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)══TiCl4(g)+2CO(g)

ΔH2=-51kJ·mol-1,Kp2=1.2×1012

Pa(1)反应2C(s)+O2(g)══2CO(g)的ΔH为

kJ·mol-1,Kp=

Pa。

(2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是

。

答案:(1)-223

1.2×1014(2)碳氯化反应的ΔH<0,ΔS>0,ΔG<0,可自发进行,而直接氯化的反应中气体分子数不变,且是吸热反应,不能自发进行(2)根据ΔG=ΔH-TΔS,碳氯化反应的ΔH<0,ΔS>0,ΔG<0,所以碳氯化反应可自发进行。而直接氯化反应中,ΔH>0,ΔS=0,ΔG>0,不属于自发进行的反应,故碳氯化的反应趋势大于直接氯化。2.(2022全国乙,节选)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题。(1)已知下列反应的热化学方程式:①2H2S(g)+3O2(g)══2SO2(g)+2H2O(g)

ΔH1=-1036kJ·mol-1②4H2S(g)+2SO2(g)══3S2(g)+4H2O(g)

ΔH2=+94kJ·mol-1③2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)

ΔH3=-484kJ·mol-1计算H2S热分解反应④2H2S(g)══S2(g)+2H2(g)的ΔH4=

kJ·mol-1。

(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺,即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是

,缺点是

。

答案:(1)+170(2)能获取可作燃料的氢气消耗能源(2)分析优缺点时主要比较二者的反应物、生成物以及反应条件等,二者的反应物、生成物不完全相同,但反应④可生成氢气,因此优点为“能获取可作燃料的氢气”;二者的反应条件不同,反应④需要高温分解,因此缺点是消耗能源。3.(2021全国甲,节选)二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题。二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g)══CH3OH(g)+H2O(g),该反应一般认为通过步骤①②来实现。①CO2(g)+H2(g)══CO(g)+H2O(g)

ΔH1=+41kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g)══CH3OH(g)

ΔH2=-90kJ·mol-1总反应的ΔH=

kJ·mol-1;若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是

(填字母),判断的理由是

。

答案:-49

A

ΔH1为正值,ΔH2和ΔH为负值,反应①的活化能大于反应②的活化能解题要领:根据盖斯定律,①+②得CO2(g)+3H2(g)══CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-49

kJ·mol-1。反应①为慢反应说明反应①的活化能比反应②的活化能大,且总反应的ΔH<0,说明总反应的反应物总能量比生成物总能量高,故能体现反应能量变化的图像是A。4.(2020全国Ⅰ,节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)

SO3(g)

ΔH=-98kJ·mol-1。回答下列问题。钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为

。

答案:2V2O5(s)+2SO2(g)══2VOSO4(s)+V2O4(s)

ΔH=-351kJ·mol-1解题要领:观察题图,可得出以下两个热化学方程式:①V2O4(s)+2SO3(g)══2VOSO4(s)

ΔH1=-399

kJ·mol-1,②V2O4(s)+SO3(g)══V2O5(s)+SO2(g)

ΔH2=-24

kJ·mol-1,由①-2×②得2V2O5(s)+2SO2(g)══2VOSO4(s)+V2O4(s)ΔH=-351

kJ·mol-1。答案:+89.3解题要领:根据盖斯定律,将反应①和②叠加可得反应③,故ΔH3=ΔH1+ΔH2=+100.3

kJ·mol-1+(-11.0

kJ·mol-1)=+89.3

kJ·mol-1。高频考点•探究突破命题热点一热化学方程式的书写及反应热的计算【有关热化学方程式书写的思维路径】【问题探究】1.如何书写热化学方程式?考查热化学方程式的书写一般是结合计算进行,所以应分两步:(1)写。首先根据题意书写热化学方程式。特别注意:①要标明反应的温度和压强,若反应是在25℃和1.01×105Pa条件下进行的,可不注明;②要注明物质的聚集状态;③虽然热化学方程式的计量数可以是分数,但在书写时一般选比较常规的,如最简整数比或与题中所给信息相同的,这样才能与标准答案

相符。(2)算。根据题意计算反应热。注意:①计算时,一般先把所给已知量换算成物质的量,然后进行计算;②热化学方程式中ΔH值一定要与方程式中的化学计量数成比例;③要注明ΔH的单位和“+”“-”符号;④对于可逆反应,ΔH表示按照热化学方程式中物质的计量数完全反应时吸收或放出的热量。2.如何书写表示物质燃烧热和中和热的热化学方程式?3.计算ΔH的几种方法。ΔH=E(生成物总能量)-E(反应物总能量)ΔH=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能)ΔH=E(反应物的活化能)-E(生成物的活化能)例1依据事实,写出下列反应的热化学方程式。(1)在25℃、101kPa下,1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ。则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为

。

(2)若适量的N2与O2完全反应,每生成23gNO2需要吸收16.95kJ热量,相关的热化学方程式为

。

(3)已知拆开1molH—H、1molN—H、1molN≡N分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为

。

(4)在25℃、101kPa下,已知SiH4气体在氧气中完全燃烧后恢复至原状态,平均每转移1mol电子放热190.0kJ,该反应的热化学方程式是

。

分析推理:(1)热化学方程式中化学计量数表示的意义是什么?化学计量数表示参加反应的物质的物质的量,若给出的是物质的质量,必然先转化为1

mol该物质反应时放出或吸收的热量。根据题中数据进行计算可知,1

mol甲醇燃烧放出的热量是725.76

kJ,热化学方程式为(2)如何求算热化学方程式中的反应热?①根据热化学方程式中物质与Q之间的比例关系直接求算反应热。②依据燃烧热数据直接求算反应热:Q=燃烧热×n(可燃物的物质的量)。③根据反应物和生成物的总能量计算:ΔH=E(生成物)-E(反应物)。④根据反应物和生成物的键能计算:ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和。如对于反应:(3)H2O在热化学方程式中应标注什么状态?需要看具体情况,如在表示某物质燃烧热的热化学方程式中,水应为液态;室温下,水为液态。题后反思(1)在书写时易漏标状态,放热反应易丢负号,水易错写成气态;(2)书写热化学方程式时物质的化学计量数应与反应热对应。对点训练1(1)0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物,放热4.28kJ,该反应的热化学方程式为

。

(2)氨气具有还原性,例如,氨气能与卤素单质发生置换反应。已知几种化学键的键能数据如下表所示。化学键N—HN≡NBr—BrH—Br键能/(kJ·mol-1)391946194366请写出氨气与溴蒸气反应的热化学方程式:

。

答案:(1)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)══TiCl4(l)+2CO(g)

ΔH=-85.6kJ·mol-1(2)2NH3(g)+3Br2(g)══N2(g)+6HBr(g)ΔH=-214kJ·mol-1(3)N2(g)+3H2(g)2NH3(l)

ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1命题热点二盖斯定律及其应用【根据盖斯定律解答题目的思维路径】【问题探究】1.如何运用盖斯定律求反应热?参照目标热化学方程式,设计合理的反应途径,对原热化学方程式进行恰当“变形”(反写、乘除某一个数),然后热化学方程式之间进行“加减”,从而得出新热化学方程式。具体方法:(1)热化学方程式乘以某一个数时,反应热也必须乘上该数;(2)热化学方程式“加减”时,同种物质之间可相“加减”,反应热也随之“加减”。2.运用盖斯定律时,有哪些注意事项?(1)将一个热化学方程式颠倒时,ΔH的“+”“-”号也随之改变,但绝对值不变。(2)注意物质中共价键的数目:如1molH2、P4分别含有1molH—H、6molP—P,1molH2O中含有2molO—H,1molNH3中含有3molN—H,1molCH4中含有4molC—H。例2已知:①甲醇脱水反应2CH3OH(g)══CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH1=-23.9kJ·mol-1②甲醇制烯烃反应2CH3OH(g)══C2H4(g)+2H2O(g)

ΔH2=-29.1kJ·mol-1③乙醇异构化反应C2H5OH(g)══CH3OCH3(g)

ΔH3=+50.7kJ·mol-1则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g)══C2H5OH(g)的ΔH=

kJ·mol-1。

分析推理:分两步:先观察总反应方程式中各物质的状态和化学计量数,反应物中有1

mol

C2H4(g)和1

mol

H2O(g),②生成物中有1

mol

C2H4(g),所以需要方程式②颠倒过来,反应热ΔH2前也需要加负号,生成物中有1

mol

C2H5OH(g),③中1

mol

C2H5OH(g)在反应物中,所以需要方程式③颠倒过来,反应热ΔH3前也需要加负号,此时得到的方程式为C2H4(g)+2H2O(g)+CH3OCH3(g)══2CH3OH(g)+CH3CH2OH(g),只要与①相加即可。计算反应热:ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3=-45.5

kJ·mol-1答案:-45.5题后反思部分考生在写数值时丢了前面的负号,导致本空不得分,不少学生在运用盖斯定律计算时出错,计算能力需要在平时强化,在最后填空时还应注意是否需要写单位。对点训练21.(2021广东卷)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:根据盖斯定律,反应a的ΔH1=

(写出一个代数式即可)。

答案:ΔH2+ΔH3-ΔH5或ΔH3-ΔH4解析:根据盖斯定律可知,反应c-反应d可得反应a,则ΔH1=ΔH3-ΔH4;反应b+反应c-反应e可得反应a,则ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5。2.研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储,过程如图。反应Ⅰ:2H2SO4(l)══2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)

ΔH1=+551kJ·mol-1反应Ⅲ:S(s)+O2(g)══SO2(g)ΔH3=-297kJ·mol-1(1)反应Ⅱ的热化学方程式:

。

(2)若反应Ⅱ的逆反应活化能Ea(逆)为420kJ·mol-1,则该反应的正反应活化能Ea(正)为

kJ·mol-1。

答案:(1)3SO2(g)+2H2O(g)══2H2SO4(l)+S(s)

ΔH=-254kJ·mol-1(2)166解析:(1)由题给示意图可知,反应Ⅱ为二氧化硫发生歧化反应生成硫酸和硫,反应的化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)══2H2SO4(l)+S(s),由盖斯定律可知,-(反应Ⅲ+反应Ⅰ)得反应Ⅱ,则ΔH=-(ΔH3+ΔH1)=-(-297

kJ·mol-1)-(+551

kJ·mol-1)=-254

kJ·mol-1,则热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)══2H2SO4(l)+S(s)

ΔH=-254

kJ·mol-1。(2)若反应Ⅱ的逆反应活化能Ea(逆)为420

kJ·mol-1,则该反应的正反应活化能Ea(正)为Ea(正)=Ea(逆)+ΔH=420

kJ·mol-1-254

kJ·mol-1=166

kJ·mol-1。3.(2022皖豫名校联考)2022年北京冬奥会首次采用氢能作为火炬燃料,体现绿色奥运理念。工业上利用天然气制备氢气,还能得到乙烯、乙炔等化工产品,有关反应原理如下:反应1:2CH4(g) C2H2(g)+3H2(g)ΔH1反应2:2CH4(g) C2H4(g)+2H2(g)ΔH2请回答下列问题。已知几种物质的燃烧热(ΔH)数据如下。(1)写出表示C2H2(g)燃烧热的热化学方程式:

。

(2)上述反应中,ΔH1-ΔH2=

kJ·mol-1。

(3)已知反应1的ΔS=+220.2J·mol-1·K-1,则下列所给温度能使该反应自发进行的是

(填字母)。

A.0℃B.25℃C.1250℃D.2000℃新题演练•能力迁移1.如图是798K时N2与H2反应过程中能量变化的曲线图。下列叙述正确的是(

)。A.该反应的热化学方程式为N2+3H22NH3

ΔH=+92kJ·mol-1B.a曲线是加入催化剂时的能量变化曲线C.加入催化剂,该化学反应的反应热改变D.在温度、容积一定的条件下,通入1molN2和3molH2反应后放出的热量为Q1kJ,若通入2molN2和6molH2反应后放出的热量为Q2kJ,则184>Q2>2Q1D解析:反应的焓变与物质的状态有关,热化学方程式必须标注物质的聚集状态,A项错误;催化剂能改变反应的路径,使反应所需的活化能降低,但不改变化学平衡,反应的热效应不变,故图像中的b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线,B、C两项错误;在温度、容积一定的条件下,通入1

mol

N2和3

mol

H2反应后放出的热量为Q1

kJ,通入2

mol

N2和6

mol

H2,平衡正向移动,Q2>2Q1,2

mol

N2与6

mol

H2完全反应放出的热量为2×92

kJ=184

kJ,但反应为可逆反应,不可能进行到底,所以Q2<184,即184>Q2>2Q1,D项正确。2.(2022广东高三二模)研究表明,MgO基催化剂广泛应用于CH4的转化过程,如图是我国科研工作者研究MgO与CH4作用最终生成Mg和CH3OH的物质相对能量-反应进程曲线。下列说法不正确的是(

)。A.反应中甲烷被氧化B.中间体OMgCH4比中间体MgOCH4更稳定C.该反应的速率控制步骤对应的活化能是29.5kJ·mol-1D.MgOCH4转化为MgCH3OH的焓变为-145.1kJ·mol-1答案:C解析:分析可知,MgO与CH4作用的总反应为MgO+CH4→Mg+CH3OH,反应过程中C元素的化合价升高,甲烷作还原剂,被氧化,A项正确;由图可知,中间体OMgCH4的相对能量比中间体MgOCH4的更低,能量越低越稳定,因此中间体OMgCH4比中间体MgOCH4更稳定,B项正确;该反应的反应速率取决于活化能最大的步骤,由图可知,该反应中活化能最大的步骤是HOMgCH3到过渡态2的步骤,该步骤的活化能为299.8

kJ·mol-1,C项错误;由图可知,MgOCH4转化为MgCH3OH的焓变为-149.4

kJ·mol-1-(-4.3

kJ·mol-1)=-145.1

kJ·mol-1,D项正确。3.常温下,1mol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H—HF—FH—FH—ClH—IE/(kJ·mol-1)436157568432298A.432kJ·mol-1>E(H—Br)>298kJ·mol-1B.表中最稳定的共价键是H—FC.H2(g)══2H(g)

ΔH=+436kJ·mol-1D.H2(g)+F2(g)══2HF(g)

ΔH=-25kJ·mol-1D解析:依据溴原子半径大于氯原子小于碘原子,半径越大键能越小,所以结合图表中数据可知432

kJ·mol-1>E(H—Br)>298

kJ·mol-1,A项正确;键能越大形成的化学键越稳定,表中键能最大的是H—F,故最稳定的共价键是H—F,B项正确;H2变为氢原子吸收的热量等于H2断裂化学键需要的能量,H2(g)══2H(g)ΔH=+436

kJ·mol-1,C项正确;依据键能计算,反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和,ΔH=+436

kJ·mol-1+157

kJ·mol-1-2×568

kJ·mol-1=-543

kJ·mol-1,H2(g)+F2(g)══2HF(g)

ΔH=-543

kJ·mol-1,D项错误。4.NO与CO在金属铑(Rh)的催化下发生反应2NO(g)+CO(g)N2O(g)+CO2(g)ΔH,该反应历程如下:反应Ⅰ:NO(g)+CO(g)+Rh(s)RhN(s)+CO2(g)

ΔH1=-33.44kJ·mol-1;反应Ⅱ:RhN(s)+NO(g)Rh(s)+N2O(g)ΔH2=-319.35kJ·mol-1。如图所示为该反应在无催化剂(a)和有催化剂(b)时反应过程的能量变化对比图:下列有关判断正确的是(

)。A.ΔH=-285.91kJ·mol-1B.E1为反应2NO(g)+CO(g)N2O(g)+CO2(g)的活化能C.E2为使用催化剂后降低的活化能D.使用合适的催化剂可降低反应的活化能,增大反应速率D解析:根据盖斯定律,反应Ⅰ+反应Ⅱ可得反应2NO(g)+CO(g)N2O(g)+CO2(g)

ΔH=ΔH1+ΔH2=-352.79

kJ·mol-1,A项错误;E1为2NO(g)+CO(g)N2O(g)+CO2(g)不使用催化剂和使用催化剂的活化能之差,B项错误;E2为2NO(g)+CO(g)N2O(g)+CO2(g)的焓变,C项错误;使用合适的催化剂可降低反应的活化能,从而增大反应速率,D项正确。5.(2022山西临汾高三考前适应性考试)研究NOx、SO2和CO等气体的相关反应对治理大气污染、建设生态文明具有重要意义。请回答下列问题。(1)已知:①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)

ΔH1=-233kJ·mol-1;②N2(g)+O2(g)2NO(g)

ΔH2=+179kJ·mol-1;③2NO(g)+O2(g)2NO2(g)ΔH3=-111.9kJ·mol-1。则2NO2(g)+4CO(g)4CO2(g)+N2(g)

ΔH=

。

研究发现反应③分两步进行。第一步:2NO(g)