2020届高考化学一轮复习化学反应与能量学案

2020届高考化学一轮复习化学反应与能量学案

专题12 化学反应与能量 该题型为高考中必考题型，通常以选择题或填空题的形式出现，考查反应热、燃烧热、中和热的概念，反应热的计算及盖斯定律的应用，热化学方程式的书写及判断，中和热的测定等。盖斯定律的应用和热化学方程式的书写时考查的重点。预测在考中，考查反应热内容将不断拓宽，对热化学方程式的应用及盖斯定律的计算要求会有所提高，另外试题可能更加关注能源问题，引导考生“形成合理利用自然资源、与环境和谐共处的观念” ‎ 主要考查方面：‎ 一、焓变 反应热 ‎1．化学反应中的能量变化 ‎(1)化学反应中的两大变化：物质变化和能量变化。‎ ‎(2)化学反应中的两大守恒：质量守恒和能量守恒。‎ ‎(3)化学反应中的能量转化形式：热能、光能、电能等，通常主要表现为热量的变化。‎ ‎2．反应热、焓变 ‎(1)反应热 在化学反应过程中所释放或吸收的热量，通常叫做反应热。‎ ‎(2)焓变 生成物与反应物的焓值差。‎ 恒压条件下，化学反应的反应热等于焓变。‎ ‎(3)符号：ΔH。‎ ‎(4)单位：kJ·mol－1或kJ/mol。‎ ‎3．吸热反应和放热反应 ‎(1)反应特点 ‎①从能量高低角度理解 ΔH<0，放热反应　　　ΔH>0，吸热反应 ‎②从化学键角度理解 ‎(2)常见的吸热反应和放热反应 ‎①放热反应：大多数化合反应、中和反应、金属与酸的反应、所有的燃烧反应。‎ ‎②吸热反应：大多数分解反应、盐的水解反应、Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O(g)反应、C与CO2反应。‎ ‎4．燃烧热 ‎5．中和反应反应热 ‎(1)中和反应反应热的概念及表示方法 ‎ ‎ ‎(2)中和反应反应热的测定 ‎①装置(请在横线上填写仪器名称)‎ ‎②计算公式 ΔH＝－ kJ·mol－1‎ t1——起始温度，t2——终止温度，n——生成水的物质的量。‎ ‎(3)注意事项 ‎①泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热，减少实验过程中的热量损失。‎ ‎②为保证酸完全中和，采取的措施是使碱稍过量。‎ ‎1、能量变化的图示分析 例1．最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．CO和O生成CO2是吸热反应 B．在该过程中，CO断键形成C和O C．CO和O形成了具有极性共价键的CO2‎ D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程 ‎【答案】C 例2.由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示，若生成1 mol N2，其ΔH＝______ kJ·mol－1。　‎ ‎【答案】－139‎ ‎[知能存储]‎ 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，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。‎ ‎2.燃烧热与中和反应反应热的含义 例3．下列有关燃烧热、中和反应反应热的叙述正确的是②⑥。‎ ‎①S(s)＋O2(g)===SO3(g)‎ ΔH＝－315 kJ·mol－1(燃烧热)(ΔH的数值正确)‎ ‎②NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)‎ ΔH＝－57.3 kJ·mol－1(中和反应反应热)(ΔH的数值正确)‎ ‎③已知CH3OH(l)的燃烧热为238.6 kJ·mol－1，则CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－238.6 kJ·mol－1‎ ‎④燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)‎ ΔH＝－192.9 kJ·mol－1，则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol－1‎ ‎⑤H2(g)的燃烧热是285.8 kJ·mol－1，则2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1‎ ‎⑥葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·mol－1，则C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 400 kJ·mol－1‎ ‎⑦已知101 kPa时，‎2C(s)＋O2(g)===2CO(g)‎ ΔH＝－221 kJ·mol－1，则该反应的反应热为221 kJ·mol－1‎ ‎⑧已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)‎ ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量 ‎⑨已知HCl和NaOH反应的中和反应反应热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水的中和热为－57.3 kJ·mol－1‎ ‎⑩氢气的燃烧热为285.5 kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋285.5 kJ·mol－1　‎ ‎[知能存储]‎ 燃烧热与中和反应反应热的比较 比较角度 燃烧热 中和反应反应热 相同点 能量变化 放热 ΔH ΔH<0，单位：kJ·mol－1‎ 不同点 反应物的量 可燃性物质为1 mol 不限量 生成物的量 不限量 H2O(l)是1 mol 反应热的含义 ‎1 mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物时放出的热量；其中：C―→CO2(g)，H―→H2O(l)‎ 在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应，生成1 mol H2O(l)和可溶性盐时放出的热量；不同的反应物中和反应反应热大致相同，均约为57.3 kJ·mol－1‎ ‎3、能源的开发与利用 例4. 氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进。氢能具有的优点包括(　　)‎ ‎①原料来源广　②易燃烧、热值高　③储存方便　④制备工艺廉价易行 A．①②　　　　　　　　 　B．①③‎ C．③④ D．②④‎ ‎【答案】A 例5．为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．H2O的分解反应是放热反应 B．氢能源已被普遍使用 C．2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量 D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值 ‎【答案】C 二、热化学方程式 ‎ ‎1．热化学方程式及其意义 ‎(1)概念：表示参加反应的物质的物质的量和反应热的关系的化学方程式。‎ ‎(2)意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。例如：H2(g)＋O2(l)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示在‎25 ℃‎和1.01×105 Pa下，1 mol氢气和0.5 mol氧气完全反应生成1 mol液态水时放出285.8 kJ的热量。‎ ‎2．热化学方程式的书写方法 ‎[注意]　①热化学方程式中化学系数仅表示该物质的物质的量，因此化学系数可以是整数，也可以是分数。‎ ‎②中和热的热化学方程式的书写应以生成1 mol液态水为标准，燃烧热的热化学方程式的书写则应以1 mol可燃物为标准。‎ ‎1、热化学方程式的正误判断 例6.标准状态下，气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知H—H、H—O和O===O键的键焓ΔH分别为436 kJ·mol－1、463 kJ·mol－1和495 kJ·mol－1。下列热化学方程式正确的是(　　)‎ A．H2O (g)=== H2(g)＋O2(g)　ΔH＝ －485 kJ·mol－1‎ B．H2O (g)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋485 kJ·mol－1‎ C．2H2(g)＋ O2 (g)===2H2O(g)　ΔH ＝ ＋485 kJ·mol－1‎ D．2H2(g)＋ O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝ －485 kJ·mol－1‎ ‎【答案】D 例7.已知：101 kPa时1 mol辛烷燃烧生成液态水时放出热量为5 518 kJ；强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1 mol H2O时放出的热量为57.3 kJ，则下列热化学方程式的书写正确的是(　　)‎ ‎①‎2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(g) ΔH＝－11 036 kJ·mol－1‎ ‎②‎2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l) ΔH＝－11 036 kJ·mol－1‎ ‎③H＋＋OH－===H2O　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1‎ ‎④2NaOH(aq)＋H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)＋2H2O(l)ΔH＝－114.6 kJ·mol－1‎ A．①③　　　　　　　　 　B．②③‎ C．②④ D．只有②‎ ‎【答案】C ‎【解析】表示辛烷燃烧热时，生成的水应是液态而不是气态，故①错误、②正确；③中未标明反应物、生成物的聚集状态，错误。 ‎ 例13.已知反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·mol－1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量，则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。‎ ‎【答案】299‎ ‎【解析】设1 mol HI(g)分子中化学键断裂吸收的能量为x，则2x－436 kJ－151 kJ＝＋11 kJ，x＝299 kJ。‎ 例14.甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下：‎ ‎①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1‎ ‎②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2‎ ‎③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3‎ 回答下列问题：‎ 已知反应①中相关的化学键键能数据如下：‎ 化学键 HH CO HO CH E/(kJ·mol－1)‎ ‎436‎ ‎343‎ ‎1 076‎ ‎465‎ ‎413‎ 由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58 kJ·mol－1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。‎ ‎【答案】－99　＋41‎ 依据键能计算ΔH的方法 ‎(1)计算公式：ΔH＝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(O—H)共价键，NH3分子中含有3个(N—H)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 P—P键，1 mol晶体硅含有2 mol Si—Si键，1 mol石墨晶体中含有1.5 mol C—C键，1 mol金刚石含有2 mol C—C键，1 mol SiO2含有4 mol Si—O键等。‎ 四、利用盖斯定律计算反应热 ‎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，其反应焓变都是一样。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)本质：盖斯定律的本质是能量守恒定律。‎ ‎2．计算方法 ‎(1)热化学方程式相加或相减，如 ‎①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1‎ ‎②C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2‎ 由①－②可得 CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2‎ ‎(2)合理设计反应途径，如 顺时针方向和逆时针方向变化反应热代数和相等。‎ ΔH＝ΔH1＋ΔH2。‎ 例15.黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为 S(s)＋2KNO3(s)＋‎3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)‎ ΔH＝x kJ·mol－1‎ 已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1‎ S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1‎ ‎2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1‎ 则x为(　　)‎ A．‎3a＋b－c B．c－‎3a－b C．a＋b－c D．c－a－b ‎【答案】A 例16.已知：‎ ‎①Al2O3(s)＋‎3C(s)===2Al(s)＋3CO(g)‎ ΔH1＝＋1 344.1 kJ·mol－1　‎ ‎②2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g)‎ ΔH2＝＋1 169.2 kJ·mol－1　‎ 由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收，可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为 ‎①NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g)‎ ΔH1＝－200.9 kJ·mol－1‎ ‎②NO(g)＋O2(g)===NO2(g)　ΔH2＝－58.2 kJ·mol－1‎ 则反应3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)的ΔH＝______kJ·mol－1。　‎ ‎(3)贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应。温度为T时，该反应的热化学方程式为___________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 已知温度为T时：①CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)ΔH1＝＋165 kJ·mol－1‎ ‎②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)‎ ΔH2＝－41 kJ·mol－1‎ ‎【答案】(1)Al2O3(s)＋‎3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g)　ΔH＝＋174.9 kJ·mol－1‎ ‎(2)－317.3‎ ‎(3)CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g)‎ ΔH＝－206 kJ·mol－1‎ ‎2、反应热的大小比较 ‎(1)同一反应，生成物状态不同时 如A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH1<0‎ A(g)＋B(g)===C(l)　ΔH2<0‎ 因为C(g)===C(l)　ΔH3<0，而ΔH3＝ΔH2－ΔH1，则ΔH1>ΔH2。‎ ‎(2)同一反应，反应物状态不同时 如S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1＝－a kJ·mol－1 ‎ S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2＝－b kJ·mol－1‎ ‎(3)晶体类型不同，产物相同时，如C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－a kJ·mol－1‎ C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－b kJ·mol－1 ‎ ‎(4)两个有联系的不同反应相比较时 C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1<0‎ C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2<0‎ C(s)CO2(g)‎ C(s)CO(g)CO2(g)‎ ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0‎ 所以ΔH1<ΔH2‎ 据此可以写出热化学方程式：CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2‎ 例17.室温下，将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为ΔH3。则下列判断正确的是(　　)‎ A．ΔH2>ΔH3　　　　　　 　B．ΔH1<ΔH3‎ C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2 D．ΔH1＋ΔH2>ΔH3‎ ‎【答案】C 根据盖斯定律得到关系式ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，分析得到答案：ΔH1<ΔH3。‎ 方法二：本题还可以用图示法进行比较：‎ 方法是：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ΔH的大小。‎ 如图，从图中关系再确定各选项。 ‎ 例18．下列各组热化学方程式的ΔH前者大于后者的是(　　)‎ ‎①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1‎ C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2‎ ‎②S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3‎ S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH4‎ ‎③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH5‎ ‎2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH6‎ ‎④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH7‎ CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq)　ΔH8‎ A．① B．④‎ C．②③④ D．①②③‎ ‎【答案】C