山东版2021高考化学一轮复习专题五化学能与热能课件

山东版2021高考化学一轮复习专题五化学能与热能课件

考点 清单 考点一　反应热的有关概念及计算 一、燃料的充分燃烧 1.化石燃料主要包括煤、石油、天然气等。 2.可燃物燃烧的条件是① 　与O 2 接触     ,温度达到② 　着火点     。 3.充分燃烧的必要条件是③ 　O 2      要充足,可燃物与O 2 的接触面积要大。 4.不充分燃烧产热少,浪费资源,污染环境。 二、反应热(焓变) 1.定义:化学反应过程中放出或吸收的④ 　热量     ,叫作反应热,在恒压条件 下,它等于反应前后体系的焓变。 2.符号:⑤     Δ H      。 3.单位:⑥ 　kJ/mol或kJ·mol -1      。 4.测量:可用量热计测量。 5. 表示方法 : 吸热反应的 Δ H ⑦ 　 >     0, 放热反应的 Δ H ⑧ 　 <     0 。 6. 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。 三、燃烧热和中和反应反应热 1. 燃烧热 (1) 定义 :101 kPa 时 ,⑨ 　 1 mol     纯物质完全燃烧生成⑩ 　稳定     的氧化物 时所放出的热量 , 叫作该物质的燃烧热。 (2)表示意义 CH 4 (g)+2O 2 (g)   CO 2 (g)+2H 2 O(l)    Δ H =-890.31 kJ/mol,表示101 kPa条件 下,1 mol CH 4 完全燃烧生成CO 2 (g)和H 2 O(l)时   　放出     的热量是   　890.31 kJ     。 2.中和反应反应热 (1)定义:在稀溶液中,酸与碱发生  　 中和      反应生成  　 1 mol      H2O时 所释放的热量,叫作中和反应反应热。 (2)热化学方程式:H+(aq)+OH-(aq)  H2O(l)    ΔH=-57.3 kJ·mol-1。 四、反应热的计算 1.根据键能数据计算 Δ H =   　反应物     的总键能-   　生成物     的总键能。 2.根据热化学方程式计算 反应热与反应物或生成物的物质的量成正比。 3.根据实验数据计算 Δ H =- Q =-( C × Δ t )( C 代表溶液及量热计的总热容,单位为J/℃)或Δ H =- Q =-( cm × Δ t )[ c 代表反应物的比热容,单位为J/(g·℃)]。 考点二　热化学方程式　盖斯定律及其应用 一、热化学方程式 1.定义:表示参加反应的物质的物质的量和① 　反应热     的关系的化学方程式。 2.书写要求 (1)注明反应的温度和压强(25 ℃、101 kPa下进行的反应可不注明)。 (2)注明反应物和生成物的状态:固态(② 　s     或注明晶型)、液态 (③ 　l     )、气态(④ 　g     )、溶液(aq)。 (3)热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量,而不代表⑤ 　分子个数     ,因此可以写成分数。 3.书写步骤 二、盖斯定律及其应用 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⑥ 　始态     和⑦ 　终态     有关,而与反应 的途径无关。 2.应用:很多反应很难直接测其反应热,这时可利用盖斯定律来间接计算。 知能拓展 一、反应热大小的比较 1.直接比较法 依照规律、经验和常识直接判断不同反应的Δ H 的大小。 (1)吸热反应的Δ H 肯定比放热反应的Δ H 大(前者Δ H 大于0,后者Δ H 小于0)。 (2)物质燃烧反应中,可燃物的化学计量数越大,Δ H 反而越小。 (3)等量的可燃物完全燃烧放出的热量肯定比不完全燃烧所放出的热量多。 (4)同一反应,产物相同时,气态物质燃烧所放出的热量比固态物质燃烧所 放出的热量多。 (5)同一反应,反应物相同时,生成液态物质放出的热量比生成气态物质所 放出的热量多。 (6)中和反应生成等量的水时,强酸与强碱的稀溶液反应比弱酸与强碱(或 强碱与弱酸、弱碱与弱酸)的稀溶液反应放出的热量多,但热化学方程式 的Δ H 小。 (7)对于可逆反应,因反应不能进行完全,实际反应过程中放出或吸收的热 量要小于相应热化学方程式中的反应热数值。例如:2SO 2 (g)+O 2 (g)   2 SO 3 (g)    Δ H =-197 kJ·mol -1 ,则向密闭容器中通入2 mol SO 2 (g)和1 mol O 2 (g), 反应达到平衡后,放出的热量要小于197 kJ。 2.图示比较法 反应热是生成物所具有的总能量与反应物所具有的总能量的差,即Δ H = E 生 - E 反 ,画出化学变化过程中的能量变化图后,依据反应物的总能量与生成物的总能量的高低关系可以很方便地比较Δ H 的大小。这种方法称为图示比较法。 3.盖斯定律法 依据盖斯定律,化学反应的反应热只与反应的始态(反应物)和终态(生成 物)有关,而与反应进行的具体途径无关。判断两个热化学方程式相减所 得到的物质变化或新的热化学方程式的Δ H 是大于0还是小于0,可以用来 判断原来两个反应的Δ H 的大小。这种方法称为盖斯定律法。 例1    (2018浙江4月选考,21,2分)氢卤酸的能量关系如图所示:   下列说法正确的是   (　　) A.已知HF气体溶于水放热,则HF的Δ H 1 <0 B.相同条件下,HCl的Δ H 2 比HBr的小 C.相同条件下,HCl的(Δ H 3 +Δ H 4 )比HI的大 D.一定条件下,气态原子生成1 mol H—X键放出 a kJ能量,则该条件下Δ H 2 = a kJ·mol -1 解析　HF气体溶于水放热,则由HF(aq)→HF(g)需要吸收热量,因此Δ H 1 >0, 故A错误;HCl比HBr稳定,则HCl的Δ H 2 比HBr的大,故B错误;Δ H 3 是H(g)→H + (g)的热效应,Δ H 4 是H + (g)→H + (aq)的热效应,所以,HCl和HI的(Δ H 3 +Δ H 4 )相 等,故C错误;由题图可知,H(g)+X(g)   HX(g)    Δ H 7 =-Δ H 2 =- a kJ·mol -1 ,则Δ H 2 = a kJ·mol -1 ,故D正确。 答案    D 二、利用盖斯定律计算的步骤   例2    (2018青岛期初调研,17)CO是生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻血压的功能。回答下列问题: (1)几种共价键的键能如下表所示: 已知:O 2 (g)+2C(s)   2CO(g)    Δ H =-220 kJ·mol -1 ,则H 2 O(g)+C(s)   CO(g)+H 2 (g)    Δ H = 　　　     kJ·mol -1 。 (2)200 ℃时,将物质的量均为1 mol的CO 2 和C(s)加入2 L的密闭容器中,在一定条件下发生反应:CO 2 (g)+C(s)   2CO(g)    Δ H ,平衡时CO的体积分数 为40%。 ①下列事实能够说明该反应达到平衡状态的是 　　　     。 a.混合气体的平均相对分子质量不变 化学键 O   O H—H O—H 键能(kJ·mol -1 ) 496 436 462 b.该反应的Δ H 不变 c.CO 2 和CO的生成速率相等 d.混合气体的密度不变 ②达到平衡时CO 2 的转化率为 　　　     。 ③若在300 ℃时,将物质的量均为1 mol的CO 2 和C(s)加入2 L的密闭容器中,平衡时CO的体积分数为50%,则该反应的Δ H 　　　     0 (填“>”或“<”)。 解题导引　(1)Δ H =反应物键能之和-生成物键能之和,根据题给键能数据 和盖斯定律求反应热;(2)判断平衡状态时要注意容器体积不变,利用三段 式计算CO 2 的转化率;对比在200 ℃、300 ℃的温度下,反应平衡时的CO的 体积分数从而确定平衡移动方向,判断Δ H 符号。 解析　(1)根据三种共价键的键能可知,①2H 2 (g)+O 2 (g)   2H 2 O(g)    Δ H = 反应物总键能-生成物总键能=2 × 436 kJ·mol -1 +496 kJ·mol -1 -4 × 462 kJ·mol -1 =-480 kJ·mol -1 ,又已知②O 2 (g)+2C(s)   2CO(g)    Δ H =-220 kJ·mol -1 ,根据盖 斯定律,   × (②-①)得:H 2 O(g)+C(s)   CO(g)+H 2 (g)    Δ H =   × [(-220)-(-48 0)] kJ·mol -1 = +130 kJ·mol -1 。 (2)①CO 2 (g)+C(s)   2CO(g)反应中,气体的质量和物质的量均发生变化, 当混合气体的平均相对分子质量不变时,说明气体的质量和物质的量不变,能够说明反应达到平衡状态,a正确;反应的Δ H 与反应的限度无关,b错误;CO 2 和CO的生成速率相等,表示正反应速率小于逆反应速率,不是平衡状态,c错误;CO 2 (g)+C(s)   2CO(g)反应中,气体的质量发生变化,而体积不 变,因此混合气体的密度不变时,说明气体的质量不变,能够说明反应达到平衡状态,d正确。 ②设反应的二氧化碳的物质的量为 x mol。 　　　　　　　　　　　CO 2 (g)+C(s)   2CO(g) 起始物质的量(mol)　　 1　 　1　 0 反应物质的量(mol)　　 x 　　 2 x 平衡物质的量(mol)　　1- x 　　 2 x 则   × 100%=40%,解得 x =0.25,则达到平衡时CO 2 的转化率为   × 100%=25%。 ③若在300 ℃时,将物质的量均为1 mol的CO 2 和C(s)加入2 L的密闭容器中, 平衡时CO的体积分数为50%,而在200 ℃时,将物质的量均为1 mol的CO 2 和 C(s)加入2 L的密闭容器中,平衡时CO的体积分数为40%,说明升高温度,平 衡正向移动,正反应为吸热反应,Δ H >0。 答案　(1)+130　(2)①ad　②25%　③> 实践探究 1.盖斯定律的考查一般与节能减排、工业三废资源化处理、开发利用新 能源等社会热点问题联系密切,要求考生能运用所学的化学知识和方法解 决生产、生活中简单的化学问题;并在实践中逐步形成节约成本、循环利 用、保护环境等观念,体现了科学态度与社会责任的学科核心素养。 例1    (2017江苏单科,8,2分)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH 3 OCH 3 )。下列说法   的是   (　　) ①C(s)+H 2 O(g)   CO(g)+H 2 (g)    Δ H 1 = a kJ·mol -1 ②CO(g)+H 2 O(g)   CO 2 (g)+H 2 (g)    Δ H 2 = b kJ·mol -1 ③CO 2 (g)+3H 2 (g)   CH 3 OH(g)+H 2 O(g)    Δ H 3 = c kJ·mol -1 ④2CH 3 OH(g)   CH 3 OCH 3 (g)+H 2 O(g)    Δ H 4 = d kJ·mol -1 A.反应①、②为反应③提供原料气 B.反应③也是CO 2 资源化利用的方法之一 C.反应CH 3 OH(g)     CH 3 OCH 3 (g)+   H 2 O(l)的Δ H =   kJ·mol -1 D.反应2CO(g)+4H 2 (g)   CH 3 OCH 3 (g)+H 2 O(g)的Δ H =(2 b +2 c + d )kJ·mol -1 解析    本题考查盖斯定律的应用等知识。结合题给信息可知反应①、②产生的H 2 和CO 2 可以作为反应③的原料,故A正确;反应③产生了甲醇,是CO 2 资源化利用的一种方法,故B正确;根据反应④可知CH 3 OH(g)     CH 3 OCH 3 (g)+   H 2 O(g)的Δ H =   kJ·mol -1 ,但选项反应中水呈液态,故Δ H 不等于   kJ·mol -1 ,C错误;根据盖斯定律,② × 2+③ × 2+④可得2CO(g)+4H 2 (g)   CH 3 OCH 3 (g)+H 2 O(g)的Δ H =(2 b +2 c + d )kJ·mol -1 ,故D正确。 题目价值    本题以新能源二甲醚的合成为背景,将化工流程简化为热化学方程式来考查学生对能量的转化关系、化学反应焓变的概念、盖斯定律的运用等知识的理解、掌握及应用能力。引导学生主动关心与环境保护、资源开发等有关的社会热点问题,形成与环境和谐共处,合理利用自然资源的观念。 答案    C 2.结合化学反应中能量变化的本质是化学键的断裂与形成,通过实验历程 图来展示反应的实质,考查学生对图表信息的加工处理能力。 例2    (2018北京理综,7,6分)我国科研人员提出了由CO 2 和CH 4 转化为高附 加值产品CH 3 COOH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CH 3 COOH总反应的原子利用率为100% B.CH 4 →CH 3 COOH过程中,有C—H键发生断裂 C.①→②放出能量并形成了C—C键 D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率 解析　本题考查能量变化、催化剂催化机理等知识。催化剂只影响化学 反应速率,不会使化学平衡发生移动,故不会提高反应物的平衡转化率,D不 正确。 答案    D 题目价值　本题以高附加值产品CH 3 COOH的合成历程图为背景,分析物 质发生的化学变化和伴随的能量转化及物质微观结构之间的关系。考查 了“原子经济”的概念、催化剂对化学反应速率和平衡的影响、物质结 构式和结构简式的理解和掌握,要求学生能依据“绿色思想”和科学理论 对化学过程进行分析,权衡利弊,做出合理的决策。