2027届高三化学一轮复习课件：第七章　化学反应的热效应

第七章化学反应的热效应第1节化学反应中的能量变化第2节热化学方程式盖斯定律考法突破12反应历程图像分析目录CONTENTS第1节化学反应中的能量变化一、反应热和焓变1.反应热:在等温条件下(指化学反应发生后,使体系的温度恢复到反应前体系的温度,

即反应前后体系的温度相等),化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化

学反应的热效应,简称反应热。2.焓变:在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于焓变,其符号为ΔH,常用单位是kJ/

mol或kJ·mol-1。3.影响因素:①物质的状态;②反应物和生成物的物质的量。知识清单二、化学反应中能量变化的原因1.从反应物和生成物总能量大小角度分析

吸热反应(焓增大)放热反应(焓减小)图示

意义E1表示正反应活化能,E2表示逆反应活化能

ΔHΔH=生成物总能量-反应物总能量ΔH=正反应活化能-逆反应活化能

2.从化学键角度分析3.催化剂的影响催化剂参与反应,改变反应历程,降低反应活化能,增大反应速率(正、逆反应速率都增

大),缩短达到平衡的时间,但是不能改变反应热(ΔH),不能使平衡移动,不能改变平衡常

数,不能改变平衡转化率。4.常见的吸热、放热反应吸热反应:①大多数分解反应;②盐类的水解;③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应;④C和水

蒸气、C和CO2的反应;⑤NaHCO3与盐酸、柠檬酸的反应等。放热反应:①可燃物的燃烧;②中和反应;③大多数化合反应;④金属与酸的置换反应;⑤

缓慢氧化等。比较项目燃烧热中和反应反应热能量变化放热,ΔH<0

含义在101kPa时,1mol纯物质完全燃烧

生成指定产物时所放出的热量在25℃、101kPa下,在稀溶液里,酸

和碱发生中和反应时所放出的热量反应物的量可燃物为1mol不一定为1mol三、燃烧热与中和反应反应热的比较注意①测定燃烧热时可燃物中元素对应的指定产物为C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g),N→

N2(g)等。②在25℃和101kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时,放出57.3kJ热量。四、中和反应反应热的测定1.实验装置:简易量热计

2.计算公式ΔH=-

c:反应后生成的溶液的比热容,近似为4.18J·g-1·℃-1;t1:起始温度;t2:终止温度;n:生成H2O

的物质的量。3.注意事项①杯盖、隔热层、外壳的作用是保温,减少热量损失。②为保证酸被完全中和,通常采用稍过量的碱。③终止温度t2应取反应过程中的最高温度。

注意①因为弱酸或弱碱在溶液中存在电离平衡,电离过程需要吸热,实验中若使用弱酸或弱

碱,则放出的热量会减少,测得的反应热数值偏大。②用浓硫酸(或NaOH固体)作反应物,因二者溶于水会放热,则放出的热量会增大。③稀硫酸和Ba(OH)2溶液反应生成1molH2O(l)时所释放的热量比57.3kJ多,原因是除了

中和反应放热外,Ba2+和S

结合生成BaSO4沉淀也会放热。1.理论研究表明,在101kPa和298K下,HCN(g)

HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是

(

)

即练即清A.HCN比HNC稳定B.该异构化反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1C.正反应的活化能大于逆反应的活化能D.使用催化剂,可以改变反应的反应热D

解析

A项,物质能量越低越稳定,正确;B项,反应物总能量低于生成物总能量,该异构化

反应为吸热反应,正确;C项,由图可知,正反应活化能为186.5kJ·mol-1,逆反应活化能为(1

86.5-59.3)kJ·mol-1=127.2kJ·mol-1,正确;D项,催化剂能降低反应活化能,但不改变反应热,

错误。2.某同学设计如图所示实验,探究反应中的能量变化。下列判断正确的是

(

)A.(a)(b)(c)所涉及的反应都是放热反应B.将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量增加C.测定中和反应反应热时,量取酸、碱温度要使用同一只温度计D.实验(c)中将玻璃搅拌器改为铜质搅拌棒对实验结果没有影响C

解析Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于吸热反应,A错误;铝粉和铝片是同一种物质,

等质量时放出的热量相同,只是铝粉与盐酸的接触面积大,反应速率快,温度上升快,B错

误;为减少误差,量取酸、碱温度时要使用同一只温度计[提示:测量完酸或碱的温度后,

要用蒸馏水冲洗干净,擦干备用],C正确;铜质搅拌棒导热快,会造成热量损失,对实验结

果有影响,D错误。3.(2026届湖南岳阳一中9月考,6)下列说法或表示正确的是

(

)A.等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出的热量多B.C(金刚石,s)

C(石墨,s)

ΔH=-1.19kJ/mol,所以石墨比金刚石稳定C.已知:2H2(g)+O2(g)

2H2O(g)

ΔH=-483.6kJ/mol,则H2的燃烧热为241.8kJ/molD.HCl和NaOH在溶液中反应的生成1molH2O的反应热ΔH=-57.3kJ/mol,则H2SO4和Ca(OH)2反应的反应热ΔH=2×(-57.3)kJ/molB

解析硫固体转化为硫蒸气需要吸收能量,故等质量的硫蒸气比硫固体的能量高,完全

燃烧会释放更多热量,A错误;金刚石转化为石墨的反应为放热反应,故石墨能量更低,更

稳定,B正确;表示H2燃烧热的热化学方程式中水的状态应为液态[提示:燃烧热要求可燃

物的物质的量为1mol],C错误;H2SO4和Ca(OH)2反应还有CaSO4沉淀生成,也会放出热

量,则H2SO4和Ca(OH)2反应生成2molH2O的反应热不等于2×(-57.3)kJ/mol[提示:题中

未给出H2SO4与Ca(OH)2的量,不能计算],D错误。4.在25℃和101kPa下,1molH2(g)和1molCl2(g)完全反应生成HCl(g)的能量变化如图

所示,下列说法不正确的是

(

)

A.H—H键的键能为436kJ·mol-1B.生成1molHCl(g)释放431kJ的能量C.该反应的热化学方程式:H2(g)+Cl2(g)

2HCl(g)

ΔH=-862kJ·mol-1D.共价键断裂和形成时的能量变化是该化学反应能量变化的主要原因C

解析由题图知,断裂1molH—H键需吸收436kJ的能量(H—H键的键能为436kJ·mol-1),生成1molHCl(g)时放出431kJ的能量,A、B正确;ΔH=反应物总键能-生成物总键能=

436kJ·mol-1+243kJ·mol-1-2×431kJ·mol-1=-183kJ·mol-1,故该反应的热化学方程式为H2(g)

+Cl2(g)

2HCl(g)

ΔH=-183kJ·mol-1,C错误;化学反应的微观本质为旧化学键的断裂和新化学键的形成,共价键断裂和形成时的能量变化是反应H2+Cl2

2HCl能量变化的主要原因,D正确。第2节热化学方程式盖斯定律一、热化学方程式1.意义:表明了化学反应中的物质变化和能量变化。例如2H2(g)+O2(g)

2H2O(l)

ΔH=-571.6kJ·mol-1,表示25℃和101kPa下,2mol氢气和1mol氧气反应生成2mol液态水时放出571.6kJ的热量。2.书写要求①写出正确的化学方程式,注明反应的温度和压强(25℃、101kPa下的反应可不注明)。②注明各物质的聚集状态:固态(s)、液态(l)、气态(g)、水溶液(aq),不用“↑”和“↓”。另外涉及同素异形体,要标出同素异形体的名称,因为同素异形体的结构不同,

能量不同。③吸热反应的ΔH的数值为“+”,放热反应的ΔH的数值为“-”。ΔH的单位为kJ·mol-1。

知识清单

注意①热化学方程式中物质前的化学计量数只表示物质的量,所以可以是分数也可以是整

数。②ΔH单位中的“mol-1”指的是每摩尔反应,所以若化学方程式中各物质的化学计

量数发生变化,ΔH也要进行相应变化。③若化学方程式逆向书写,则ΔH变为原来的相

反数。④无论化学反应是否可逆,热化学方程式中的反应热ΔH都表示反应进行到底时

的能量变化。归纳总结“五审”判断热化学方程式的正误二、盖斯定律1.内容:不管化学反应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.应用:有些反应很难直接测其反应热,可用盖斯定律间接计算。热化学方程式(或反应关系)焓变之间的关系aA(g)

B(g)

ΔH1A(g)

B(g)

ΔH2ΔH1=aΔH2aA(g)

B(g)

ΔH1B(g)

aA(g)

ΔH2ΔH1=-ΔH2

ΔH=ΔH1+ΔH2三、计算反应热的常用方法1.根据反应物和生成物的能量计算ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量2.根据键能计算ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和3.根据反应的活化能计算ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能4.根据盖斯定律计算(1)虚拟路径法:如图,A→D有两条路径,则有ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。(2)留元法如已知三个热化学方程式:①4Fe(s)+3O2(g)

2Fe2O3(s)

ΔH1=-1648kJ·mol-1②C(s)+O2(g)

CO2(g)

ΔH2=-393kJ·mol-1③2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)

2FeCO3(s)

ΔH3=-1480kJ·mol-1如何写出加热时FeCO3在空气中反应生成Fe2O3和CO2的热化学方程式?首先书写目标反应的化学方程式:4FeCO3(s)+O2(g)

2Fe2O3(s)+4CO2(g),接下来通过对比观察选择FeCO3(s)、Fe2O3(s)和CO2(g)来计算ΔH(这三种物质在已知热化学方程式

中只出现过一次)。FeCO3在目标热化学方程式左侧,化学计量数为4,在已知热化学方

程式③的右侧,化学计量数为2,则③乘以-2;以此类推Fe2O3、CO2,则①乘以+1、②乘以+4,故目标热化学方程式=-2×③+①+4×②,即ΔH=-2ΔH3+ΔH1+4ΔH2=-260kJ·mol-1。

(3)消元法消去目标热化学方程式中没有而已知热化学方程式中有的物质Y。Y的特点:在已知热

化学方程式中出现两次。将已知热化学方程式进行化学计量数调整或适当颠倒,然后

将方程式“叠加”消去物质Y,直至得到目标热化学方程式。各已知热化学方程式

“消元”过程的加减和倍数关系即为焓变的加减和倍数关系。注意部分题目可能需要同时使用“留元法”和“消元法”,应灵活处理。四、反应热大小的比较

注意对于物质状态不同的反应,也可利用能量图比较反应热的大小。如对于上述反应①和

②,画出相应的能量图:

从图中可看出|ΔH2|>|ΔH1|,即反应②放出更多热量,故ΔH2<ΔH1。即练即清1.NO2(g)+CO(g)

CO2(g)+NO(g)反应过程中的能量变化如图所示,下列说法正确的是

(

)A.1molNO2与1molCO混合经充分反应放热234kJB.若反应开始时加入催化剂,则使E1、E2都变大C.正反应的活化能是134kJ/molD.该反应的反应热ΔH=E2-E1

C

解析题给反应为可逆反应,故1molNO2与1molCO混合经充分反应放出的热量小于

234kJ,A错误;使用催化剂可降低反应的活化能,E1和E2都降低,B错误;根据题图可知E1

表示正反应活化能,E2表示逆反应活化能,则正反应的活化能是134kJ/mol,C正确;ΔH=

正反应活化能-逆反应活化能=E1-E2,D错误。2.(2026届重庆七校开学考,8)以N2O5为新型硝化剂的硝化反应具有反应条件温和、选

择性高、无副反应发生、过程无污染等优点。可通过N2O4臭氧氧化法制备N2O5。已

知:在298K、101kPa时发生以下反应:①N2O4(g)

2NO2(g)

ΔH1=+akJ·mol-1②2O3(g)

3O2(g)

ΔH2=-bkJ·mol-1③2N2O5(s)

4NO2(g)+O2(g)

ΔH3=+ckJ·mol-1则反应N2O4(g)+O3(g)

N2O5(s)+O2(g)的ΔH(kJ·mol-1)为

(

)A.a+b-cB.2a-b+cC.a-

b-

cD.2a+

b+

cC

解析根据盖斯定律,反应N2O4(g)+O3(g)

N2O5(s)+O2(g)可由反应①+

×反应②-

×反应③得到,则ΔH=ΔH1+

ΔH2-

ΔH3=(a-

b-

c)kJ·mol-1,故选C。3.(2025江西九江三模,17节选)主反应:CH3COOH(g)+2H2(g)

CH3CH2OH(g)+H2O(g)

ΔH<0(2)已知相关物质的相对能量数据如下表。物质CH3COOH(g)CH3CH2OH(g)H2O(g)H2(g)相对能量/(kJ·mol-1)-418.3-259.7-231.20计算ΔH=___________________。

-72.6kJ·mol-1

解析

(2)ΔH=生成物总相对能量-反应物总相对能量,根据题给热化学方程式知,ΔH=(-

259.7kJ·mol-1-231.2kJ·mol-1)-(-418.3kJ·mol-1+2×0)=-72.6kJ·mol-1。考法突破12

反应历程图像分析一、基元反应、反应历程、过渡态理论和活化能1.基元反应:由反应物经过一步就能转化为生成物的反应。大多数的化学反应都是分

几步完成的,其中的每一步反应都是一个基元反应。2.反应历程:化学反应的微观过程,又称反应机理。反应机理中的每步反应就是一个基

元反应,反应机理体现了一个反应是通过哪些基元反应完成的。也可表述为基元反应

构成的反应序列就是反应历程,基元反应的总和称为总反应。3.过渡态理论:基元反应从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态,这个状

态称为过渡态。过渡态是基元反应中具有最高能量的一种结构状态。4.活化能:活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差。

图中E1表示反应的活化能,E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量,E1-E2表示反应热;E1也可代表正反应活化能,E2也可代表逆反应活化能。活化能越大,反应越难发生;在复杂反应中,活化能最大的基元反应为决速步。

二、物质反应历程图像的三种常见类型1.曲线图式(1)曲线图中,通过始态与终态的能量高低可以判断反应是吸热还是放热。(2)若有多步反应,活化能最大的那一步是决速步(决定整个反应速率的步骤)。(3)通过能量高低判断物质的稳定性时,能量越低,物质越稳定。(4)有几个峰,反应历程就分几步进行。(5)在多步反应中,介于两个过渡态之间的物质就是中间产物;中间产物往往比过渡态的

能量低,比过渡态稳定;在曲线图中,过渡态在波峰,中间产物在波谷。知识归纳图像

分析①该反应的反应物为A、B,中间产物

为C,生成物为D。②A+B→C为吸热反应,C→D为放热反应,总反应A+B→D为放热反应。③第一步活化能大,为慢反应,第二步为快反应,决定总反应快慢的是慢反应,即第一步反应①无催化剂时,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,E1-E2为此反应的焓变(ΔH)。②有催化剂时,总反应分成了两个反应,反应①为吸热反应,反应①的产物为中间产物;反应②为放热反应,总反应为放热反应。③催化剂的作用:降低E1、E2,但不影响ΔH,反应是放热反应还是吸热反应取决于始态(反应物)能量和终态(生成物)能量的相对大小即练即清典例1

在一定温度下,某反应达到了化学平衡,其反应过程对应的能量变化如图。下

列说法正确的是

(

)A.Ea为逆反应活化能,Ea'为正反应活化能B.该反应为放热反应,ΔH=Ea'-EaC.所有活化分子的平均能量高于或等于所有分子的平均能量D.温度升高,逆反应速率增大幅度大于正反应速率增大幅度,使平衡逆移D

解析观察题给能量变化图知,Ea为正反应活化能,Ea'为逆反应活化能,A错误;ΔH=正反

应活化能-逆反应活化能,B错误;所有活化分子的平均能量高于所有分子的平均能量,C

错误;因正反应为放热反应,温度升高,逆反应速率增大幅度大于正反应速率增大幅度,

使平衡逆移,D正确。典例2

(2025广东茂名二模,15)催化剂1和催化剂2均能催化反应R

W(M1和M2为中间产物)。反应历程如图所示。其他条件相同时,下列说法正确的是

(

)A.使用催化剂1,该反应焓变会变得更小B.使用催化剂2,反应能更快到达平衡C.使用催化剂2,平衡时W的浓度更大D.使用催化剂1和2,反应历程的步数一样B

解析催化剂能改变反应速率,改变反应的活化能,但不能改变反应焓变,A错误。由题

图知,使用催化剂2时活化能更小,反应速率更快,能更快到达平衡,B正确。催化剂不能

使平衡移动,使用催化剂2,平衡时W的浓度与使用催化剂1时相同,C错误。由题图知,使

用催化剂1,反应分2步进行;使用催化剂2,反应分3步进行,D错误。典例3

(2026届安徽皖南八校摸底,17节选)氮的氧化物种类繁多,氮氧化物(NOx)的资

源化利用和处理具有重要意义。回答下列问题:(2)2NO(g)+O2(g)

2NO2(g)实际由2个基元反应构成:反应ⅰ:2NO(g)

N2O2(g)

ΔH<0(快);反应ⅱ:N2O2(g)+O2(g)

2NO2(g)

ΔH<0(慢)。①能正确表示该反应历程能量变化的示意图是______(填标号)。

C

解析

(2)①两个基元反应均为放热反应,反应ⅰ是快反应,反应是ⅱ慢反应,则反应ⅰ

的活化能小于反应ⅱ的活化能,故选C。2.能垒图式(1)能垒图中,过渡态左侧相邻物质“爬坡”至过渡态所需的能量即为能垒,最大能垒对

应的步骤即为决速步。(2)有几个过渡态就有几个基元反应,图中所示反应包括2个基元反应。(3)图中所示反应为HCOOH

CO2↑+H2↑。根据始态和终态的能量,可知该反应为放热反应。(4)能量越低越稳定,据图可知过渡态Ⅰ最不稳定。即练即清典例4

(2026届山西大同一调,8)我国科学家利用两种不同的纳米催化剂(Co3O4/Pt、N-

Co3O4/Pt)在室温水汽条件下实现高效CO催化氧化(C16O+

16O2

C16O2),其反应历程中相对能量的变化如下图所示(TS1、TS2、TS3分别代表过渡态1、过渡态2、过渡态

3)。下列说法错误的是

(

)A.效果较好的催化剂是N-Co3O4/PtB.升高温度有利于提高反应物的平衡转化率C.催化剂为N-Co3O4/Pt时,该反应过程的决速步的活化能为1.09eVD.若利用

O进行同位素标记实验,检测到以上反应有C16O18O和C18O2生成,说明O—H键发生断裂B

解析由题图知