2018届一轮复习人教版化学反应的热效应学案

2018届一轮复习人教版化学反应的热效应学案

考点29 化学反应的热效应 ‎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）定义：在恒温、恒压的条件下，化学反应过程中释放或吸收的能量，都可以用热量来描述，叫作反应热，又称为焓变。‎ ‎（2）符号：ΔH。‎ ‎（3）单位：kJ/mol。‎ ‎（4）规定：放热反应的ΔH为“−”，吸热反应的ΔH为“+”。‎ 注意：（1）任何化学反应都伴随着能量的变化，不存在不发生能量变化的化学反应。 （2）反应热的单位是kJ/mol，热量的单位是kJ，不能混淆。 （3）比较反应热大小时，应带“+”、“−”一起比较。‎ 反应热的理解 ‎1．从微观的角度说，反应热是旧化学键断裂吸收的热量与新化学键形成放出的热量的差值，图中a表示旧化学键断裂吸收的热量；b表示新化学键形成放出的热量；c表示反应热。‎ ‎2．从宏观的角度说，反应热是生成物的总能量与反应物的总能量的差值，图中a表示活化能，b表示活化分子结合成生成物所释放的能量，c表示反应热。‎ ‎3．吸热反应和放热反应 化学反应过程中释放或吸收的能量，都可以用热量(或换算成热量)来表述。通常把释放热量的化学反应称为放热反应，把吸收热量的化学反应称为吸热反应。‎ 类型比较 放热反应 吸热反应 定义 放出热量的化学反应 吸收热量的化学反应 形成原因 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量 与化学键的关系 生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量 表示方法 ΔH＜0‎ ΔH＞0‎ 联系 ΔH=ΔH(生成物)−ΔH(反应物)，键能越大，物质能量越低，越稳定；键能越小，物质能量越高，越不稳定 常见反应类型 ‎（1）所有的燃烧反应；‎ ‎（2）酸碱中和反应；‎ ‎（3）金属与酸或水的反应；‎ ‎（4）原电池反应；‎ ‎（5）少数分解反应(如TNT爆炸)；‎ ‎（6）大多数化合反应；‎ ‎（7）电石制乙炔的反应 ‎（1）大多数分解反应；‎ ‎（2）少数化合反应，如C与CO2、C与水蒸气的反应；‎ ‎（3）Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应；‎ ‎（4）盐的水解、弱电解质的电离 ‎4．吸热反应与放热反应的判断 化学反应过程中释放或吸收的能量，都可以用热量（或换算成热量）来表述。通常把释放热量的化学反应称为放热反应，把吸收热量的化学反应称为吸热反应。‎ ‎（1）理论分析判断法 ‎ ΔH=生成物的总能量−反应物的总能量。当ΔH>0时，反应吸热；当ΔH<0时，反应放热。‎ ΔH=反应物的键能之和−生成物的键能之和。当生成物分子成键释放的总能量>反应物分子断键吸收的总能量时，该反应表现为放热反应，即ΔH<0；当生成物分子成键释放的总能量<反应物分子断键吸收的总能量时，该反应表现为吸热反应，即ΔH>0。‎ ‎（2）规律判断法 ‎ 常见的吸热反应：①大多数分解反应；②以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应，如C+H2O(g)‎ CO+H2；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体的反应。‎ 常见的放热反应：①金属与水或酸的反应；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④燃烧反应；⑤铝热反应；⑥营养物质在生物体内的氧化反应。‎ ‎（3）图象判断法 ‎ 当反应物的总能量高于生成物的总能量时，为放热反应；当反应物的总能量低于生成物的总能量时，为吸热反应。‎ ‎ ‎ ‎（4）反应条件判断法 反应开始需要加热，而停止加热后，反应亦可继续进行，则为放热反应；若反应需要持续不断地加热才能进行，则可能为吸热反应也可能为放热反应。‎ ‎（1）反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应也可能是放热反应。有些吸热反应不但反应开始时需要加热，反应发生过程中仍需不断加热才能使反应继续进行下去；有的放热反应在反应开始时也需要加热，反应发生后会放出一定的热量，如果放出的热量可使反应维持下去，则反应过程中不需要再加热，否则也必须不断加热才能使反应继续进行下去。学科@网 ‎（2）常温下就能进行的反应不一定都是放热反应，如氢氧化钡和氯化铵的反应。‎ ‎（3）任何化学反应都伴随着能量变化，但能量变化不一定都表现为热量变化，还可能以声、光、电等形式表现出来。‎ ‎（4）放出热量（或吸收热量）的物质变化过程不一定是放热反应（或吸热反应），如水蒸气冷凝为水放热，干冰升华吸热，它们不是放热反应或吸热反应，而是物理变化过程。‎ ‎5．反应热大小的比较 ‎1．同一反应的比较 ‎（1）反应物状态不同 S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH1<0 S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH2<0‎ 因为等量反应物S(g)比S(s)所具有的能量多，反应放出的热量就多，ΔH1<ΔH2。‎ ‎（2）生成物状态不同 H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH1<0 H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH2<0‎ 因为等量产物H2O(g)比H2O(l)所具有的能量多，反应放出的热量少，所以ΔH1>ΔH2。（3）化学计量数不同 H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH1<0 2H2(g)+ O2(g)2H2O(l) ΔH2<0‎ 有2ΔH1=ΔH2且ΔH1>ΔH2。‎ ‎2．不同反应的比较 ‎（1）根据反应物的本性比较 等物质的量的不同物质与同一物质反应时，越活泼，放热越多。‎ H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH1<0 H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH2<0‎ 因Cl2比Br2活泼，故ΔH1<ΔH2。‎ ‎（2）反应程度不同 C(g)+O2(g)CO2(g) ΔH1<0 C(g)+O2(g)CO(g) ΔH2<0‎ 第一个反应程度大，放热多，因此ΔH1<ΔH2。‎ 注意：比较反应热时，要将其数值和前面的符号“+”“−”看作一个整体进行比较，不能只比较数值的大小。‎ ‎（1）若为放热反应，则有ΔH<0，反应放出的热量越多，ΔH的值越小。‎ ‎（2）若为吸热反应，则有ΔH>0，反应吸收的热量越多，ΔH的值越大。‎ ‎（3）对于不同的吸热、放热反应，吸热反应的ΔH大于放热反应的ΔH。‎ 考向一 反应过程与能量变化图象分析 典例1 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反应进程中的能量变化如图所示。下列说法中错误的是 A．该反应的活化能为E1‎ B．该反应的ΔH=E1−E2‎ C．该反应一定可以设计成原电池 D．图中表示温度T1>T2‎ ‎【答案】D ‎1．如图表示某反应的能量变化，对于该图的理解，你认为一定正确的是 A．曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别表示两个化学反应的能量变化 B．曲线Ⅱ可表示反应2KClO32KCl+3O2↑的能量变化 C．该反应不需要加热就能发生 D．该反应的ΔH=E2−E1‎ 活化能与焓变的关系图解 ‎（1）在无催化剂的情况下：‎ E1为正反应的活化能；E2为逆反应的活化能；ΔH=E1−E2为此反应的焓变。‎ ‎（2）催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响ΔH，反应放热还是吸热取决于起点(反应物)和终点(生成物)能量的高低。‎ 考向二 利用键能计算反应热 典例1 汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂的条件下可净化。反应的化学方程式为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。‎ 已知部分化学键的键能如下：‎ 分子式/结构式 NO/N≡O CO/C≡O CO2/O=C=O N2/N≡N 化学键 N≡O C≡O C=O N≡N 键能(kJ/mol)‎ ‎632‎ ‎1 072‎ ‎750‎ ‎946‎ 请计算上述反应的ΔH=　　　　 kJ/mol。‎ ‎【答案】−538‎ ‎2．（1）乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：‎ 已知：‎ 化学键 C—H C—C C=C H—H 键能/kJ·mol−1‎ ‎412‎ ‎348‎ ‎612‎ ‎436‎ 计算上述反应的ΔH=　　　　kJ·mol−1。‎ ‎（2）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。‎ 利用键能计算反应热的方法 ‎（1）熟记反应热ΔH的计算公式 ΔH=E(反应物的总键能之和)−E(生成物的总键能之和)‎ ‎（2）注意特殊物质中键数的判断 物质(1 mol)‎ P4‎ C(金刚石)‎ Si SiO2‎ 键数(NA)‎ ‎6‎ ‎2‎ ‎2‎ ‎4‎ ‎1．下列变化属于吸热反应的是 ‎①液态水汽化 ②将胆矶加热变为白色粉末 ③浓硫酸稀释 ④氯酸钾分解 ⑤生石灰跟水反应 A．②④ B．①④ C．②③ D．①④⑤‎ ‎2．下列说法正确的是 A．任何化学反应都伴随着能量的变化 B．H2O（g）H2O（l）该过程放出大量的热，所以该过程是化学变化 C．化学反应中能量的变化都表现为热量的变化 D．对于如图所示的过程，是吸收能量的过程 ‎3．美国研究人员将CO和O附着在一种钌催化剂表面，用激光脉冲将其加热到2 000 K，成功观察到CO与O形成化学键生成CO2的全过程。下列说法不正确的是 A．CO2属于酸性氧化物 B．CO与O形成化学键的过程中放出能量 C．催化剂可以改变该反应的焓变 D．CO与O形成化学键的过程中有电子转移 ‎4．化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如下图所示，则下列说法中正确的是 A．该反应是吸热反应 B．断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键时能放出x kJ的能量 C．断裂2 mol A—B键时需要吸收y kJ的能量 D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量 ‎5．为探究NaHCO3、Na2CO3与1 mol·L－1盐酸反应(设两反应分别是反应Ⅰ、反应Ⅱ)过程中的热效应，进行实验并测得如下数据。下列有关说法正确的是 序号 液体 固体 混合前温度 混合后最高温度 ‎①‎ ‎35 mL水 ‎2.5 g NaHCO3‎ ‎20 ℃‎ ‎18.5 ℃‎ ‎②‎ ‎35 mL水 ‎3.2 g Na2CO3‎ ‎20 ℃‎ ‎24.3 ℃‎ ‎③‎ ‎35 mL盐酸 ‎2.5 g NaHCO3‎ ‎20 ℃‎ ‎16.2 ℃‎ ‎④‎ ‎35 mL盐酸 ‎3.2 g Na2CO3‎ ‎0 ℃‎ ‎25.1 ℃‎ A．仅通过实验③即可判断反应Ⅰ是吸热反应 B．仅通过实验④即可判断反应Ⅱ是放热反应 C．通过实验可判断出反应Ⅰ、Ⅱ分别是吸热反应、放热反应 D．通过实验可判断出反应Ⅰ、Ⅱ分别是放热反应、吸热反应 ‎6．单斜硫和正交硫转化为二氧化硫的能量变化如下图所示。下列说法正确的是 A．S(单斜，s)===S(正交，s)　ΔH＝＋0.33 kJ·mol－1‎ B．正交硫比单斜硫稳定 C．相同物质的量的正交硫比单斜硫所含有的能量高 D．①表示断裂1 mol O2中的共价键所吸收的能量比形成1 mol SO2中的共价键所放出的能量少297.16 kJ ‎7．臭氧层中氧分解过程如图所示，下列说法正确的是 A．催化反应①②均为放热反应 B．催化剂不能改变该反应的焓变 C．ClO是该反应的催化剂 D．在该反应过程中没有化学键的断裂与生成 ‎8．已知氮化硅陶瓷材料可由石英固体与焦炭颗粒在高温的氮气流中通过如下反应制得：SiO2+C+N2Si3N4+CO(未配平)。该反应过程中的能量变化如图所示。回答以下问题：学*科@网 ‎（1）上述反应中的氧化剂是__________________，其还原产物是__________________。‎ ‎（2）该反应是__________________ (填“吸热反应”或“放热反应”)，ΔH______(填“>”、“<”或“=”)0。‎ ‎（3）该反应过程中，断裂旧键吸收的热量__________________ (填“>”、“<”或“=”)形成新键释放的热量。‎ ‎1．[2016海南]由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．由反应的ΔH=E5−E2 B．由反应的ΔH<0‎ C．降低压强有利于提高Y的产率 D．升高温度有利于提高Z的产率 ‎2．[2016上海]一定条件下，某容器中各微粒在反应前后变化的示意图如下，其中和代表不同元素的原子。‎ 关于此反应说法错误的是 A．一定属于吸热反应 ‎ B．一定属于可逆反应 C．一定属于氧化还原反应 ‎ D．一定属于分解反应 ‎3．[2015·北京]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 ‎4．[2015上海]已知H2O2在催化剂作用下分解速率加快，其能量随反应进程的变化如下图所示。下列说法正确的是 A．加入催化剂，减小了反应的热效应 B．加入催化剂，可提高H2O2的平衡转化率 C．H2O2分解的热化学方程式：H2O2 → H2O + O2 + Q D．反应物的总能量高于生成物的总能量 ‎5．[2014·海南]某反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是 A．反应过程a有催化剂参与 B．该反应为放热反应，热效应等于ΔH C．改变催化剂，可改变该反应的活化能 D．有催化剂条件下，反应的活化能等于E1＋E2‎ 变式拓展 ‎1．【答案】D ‎【解析】曲线Ⅰ（表示没有使用催化剂）和曲线Ⅱ（表示使用了催化剂）是同一个反应的能量变化，A项错误；曲线Ⅱ可以表示使用了催化剂的放热反应的能量变化，但氯酸钾分解的反应属于吸热反应，B项错误；放热反应不一定不需要加热，C项错误；反应的ΔH等于生成物的总能量减去反应物的总能量，D项正确。‎ ‎2．【答案】（1）124‎ ‎（2）299‎ ‎ ‎考点冲关 ‎1．【答案】A ‎【解析】常见的吸热反应有分解反应等，所以②④是吸热反应。③浓硫酸稀释时放热，但是不属于化学反应。‎ ‎2．【答案】A ‎【解析】A、化学反应实质是旧键断裂和新键形成，反应过程中任何化学反应都伴随着能量的变化，故A正确；B、气态水变化为液态水是物质的聚集状态变化，无新物质生成，所以该过程是物理变化，故B错误；C、化学反应过程中主要是热量变化，同时也可以伴随光能变化，故C错误；D、图象分析反应物能量高于生成物能量，反应是放热反应，故D错误；故选A。‎ ‎3．【答案】C ‎【解析】CO2能与碱反应生成盐和水，A正确；形成化学键的过程中放出能量，B 正确；催化剂不能改变该反应的焓变，C错误；CO与O生成CO2是氧化还原反应，有电子转移，D正确。‎ ‎4．【答案】C ‎【解析】由图示可知：1 mol A2和1 mol B2的总能量高于2 mol AB的总能量，该反应为放热反应，A、D错误；断裂化学键时需要吸收能量，B错、C正确。‎ ‎5．【答案】C ‎【解析】根据表中数据可知，碳酸氢钠溶于水的过程为吸热过程，不能仅根据实验③混合后溶液温度降低而判断碳酸氢钠与盐酸的反应为吸热反应，需要结合实验①综合判断，A错误；根据实验②可知，碳酸钠溶于水的过程为放热过程，所以不能仅根据实验④碳酸钠与盐酸反应后混合液温度升高判断反应Ⅱ是放热反应，B错误；根据实验①可知，碳酸氢钠溶于水后混合液温度从20 ℃降低到18.5 ℃，而实验③中碳酸氢钠与盐酸反应后混合液温度从20 ℃降低16.2 ℃<18.5 ℃，通过反应Ⅰ后混合液温度更低，证明反应Ⅰ为吸热反应；同理根据实验②碳酸钠溶于水，混合液温度从20 ℃升高到24.3 ℃，实验④中碳酸钠与盐酸反应，温度从20 ℃升高到25.1 ℃>24.3 ℃，碳酸钠与盐酸反应后混合液的温度比碳酸钠溶于水后升高的温度更高，证明碳酸钠与盐酸的反应为放热反应，C正确，D错误。‎ ‎6．【答案】B ‎ 7．【答案】B ‎【解析】A、从图上可知，①反应中生成物能够高于反应物，①是吸热反应，故A错误；B、催化剂不影响平衡状态，不影响反应物和生成物能量高低，不能改变反应热，故B正确；C、从方程式可以看出，Cl反应前后不变，所以Cl是催化剂，故C错误；D、任何化学反应都是旧键断裂新键生成的过程，故D错误；故选B。‎ ‎8．【答案】（1）N2 Si3N4‎ ‎（2）放热反应 <‎ ‎（3）<‎ ‎【解析】（1）SiO2+C+N2Si3N4+CO(未配平)，反应中碳元素的化合价由0升高到+2，氮元素的化合价由0降低到−3。故反应中的氧化剂是N2，还原产物为Si3N4。‎ ‎（2）该反应过程中，反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，ΔH<0。‎ ‎（3）由（2）中分析可知，该反应为放热反应，故断裂旧键吸收的热量小于形成新键放出的热量。‎ 直通高考 ‎1．【答案】BC ‎【解析】A．根据化学反应的实质，由反应的ΔH=E3−E2，A项错误；B．由图象可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即由反应的ΔH<0，B项正确；C．根据化学反应2X(g)3Y(g)，该反应是气体分子数增加的可逆反应，降低压强，平衡正向移动，有利于提高Y的产率，C项正确；D．由B分析可知，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，Z的产率降低，D项错误；答案选BC。‎ ‎【名师点睛】对于化学图象问题，可按以下的方法进行分析： ①认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与化学反应原理挂钩。②紧扣反应特征，搞清反应方向是吸热还是放热，体积增大还是减小，有无固体、纯液体物质参加反应。③看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势等等。本题考查化学反应与能量变化，主要结合物质反应与能量变化图，考查学生对化学反应热的理解。对于AB两项判断反应是放热反应还是吸热反应，可以从三个角度判断：一是比较反应物和生成物的总能量相对大小，生成物总能量比反应物总能量高的反应是吸热反应；二是比较反应物和生成物的总键能；三是从常见的反应分类去判断。学&科@网 ‎2．【答案】A ‎【名师点睛】化学试题的呈现方式形式多样，可采用文字、数据、图表、示意图等多种方式的融合，增加试题信息的广度，考查学生从不同呈现方式中提取有用信息、加工信息，并利用信息进行思考或推理的能力。这些信息蕴含着解决试题的重要思路、数据和方法，如物质性质、物质形态、反应条件、反应产物、结构特征以及变化趋势等。这就要求考生通过“现场独立自学”的方式，从中概括抽象出新的知识或发现数据之间的关系，同时与学过的知识相组合，形成较全面的网络化的知识体系，将这些知识体系进一步应用到新的知识情境中，从而解决问题。这种试题培养和考查了考生自主学习和独立思考的能力。本题利用分子模型示意图考查了四种基本反应类型与氧化还原反应、可逆反应、吸（放）热反应的区别与联系，注意示意图中隐藏的信息：反应前只有一种分子，反应后既有新生成的化合物分子，又有新生成的单质分子，还有未反应的反应物分子，结合各种反应类型的本质特征回答即可。‎ ‎3．【答案】C ‎【解析】A．状态Ⅰ总能量为反应物总能量，状态Ⅲ总能量为生成物总能量，由图示知反应物的总能量大于生成物的总能量，故该反应为放热反应。B．从状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 的图示可以看出，反应中CO并未断裂成C和O，C、O原子间一直有化学键。C．由图示可以看出，CO和O2生成了CO2，CO2分子中C与O形成极性共价键。D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程，并不是CO与O2的反应过程。‎ ‎4．【答案】D ‎5．【答案】BC ‎【解析】A项由图示可知反应过程a需要的活化能较高，没有催化剂参与，错误；B项由于反应物的能量高于生成物的能量，多余的能量就以热能的形式释放出来，所以该反应为放热反应，热效应等于反应物与生成物能量的差值ΔH，正确；C项改变催化剂，改变了反应途径，改变了反应的活化能，但是反应热不变，正确；D项活化能是指过渡态能量与反应物的平均能量的差值，等于E1，错误。‎ 迟到的诺贝尔奖 在诺贝尔奖的历史中，用一年时间发表论文获奖，就算奇迹。绝大多数诺贝尔奖得主都难逃时间的折磨。盖尔曼获奖时，国际物理学界抱怨“这是等了6年多的事情”。因为6年来大家每年都认为“今年该轮到盖尔曼了”。同盖尔曼一样，等了些许年头的人物还有发现了X射线的伦琴，发现一系列放射性元素的卢瑟福，提出了原子结构量子轨道理论的玻尔等，发现了蜜蜂跳圆圈舞的佛里斯甚至等待了半个多世纪。‎