2018届二轮复习化学反应中的能量变化热化学方程式学案（全国通用）

2018届二轮复习化学反应中的能量变化热化学方程式学案（全国通用）

专题四 化学反应中的能量变化 热化学方程式 ‎【专题要点】‎ 反应热是高考重点考察内容之一，主要有（1）热化学方程式的书写及正误判断；能用盖斯定律进行简单化学反应反应热的计算（2）反应热的计算；（3）比较反应热的大小；（4）反应热与能源的综合考查。（5）化学能与热能的相互转化及其应用。了解吸热反应、放热反应、反应热(焓变)的概念。‎ ‎【考纲要求】‎ ‎1、 认识化学反应中能量转化的原因，知道常见的能量转化形式。‎ ‎2、 了解化学能与热能的相互转化及其应用。了解吸热反应、放热反应、反应热（焓变）等概念 ‎3、 能正确书写热化学方程式，能用盖斯定律进行有关反应热的计算。‎ ‎【教法指引】‎ ‎ 由于能源问题已成为社会热点，有关能源的试题也将成为今后命题的重点。在复习过程中应以能源问题为切入点，从不同的角度设问，形成跨学科的综合试题，来全面考查学生的基础知识和运用多学科知识分析问题和解决实际问题的能力。除此之外，今后高考命题的趋势是：考查反应热的内容将不断拓宽，难度有所提高，形势也会更加灵活。加强盖斯定律的教学也将是复习的重点。‎ 提炼1　反应热的计算方法 ‎1.利用热化学方程式进行有关计算 根据已知的热化学方程式、已知的反应物或生成物的物质的量、反应吸收或放出的热量，可以把反应热当作“产物”，计算反应放出或吸收的热量。‎ ‎2．根据燃烧热数据，计算反应放出的热量 计算公式：Q＝燃烧热×n(可燃物的物质的量)。‎ ‎3．根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算焓变 若反应物旧化学键断裂吸收能量E1，生成物新化学键形成放出能量E2，则反应的ΔH＝E1－E2。‎ ‎4．利用物质具有的能量计算：ΔH＝∑E(生成物)－‎ ‎∑E(反应物)。‎ ‎5．利用反应的互逆性关系计算：AB，ΔH1＝－ΔH2。‎ ‎6．利用盖斯定律计算：对于存在下列关系的反应：‎ 提炼2　热化学方程式的书写与反应热大小的比较 ‎1.热化学方程式书写的“六个注意”‎ ‎2．反应热大小的比较方法 ‎(1)利用盖斯定律比较，如比较ΔH1与ΔH2的大小的方法。因ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0(均为放热反应)，依据盖斯定律得ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，即|ΔH1|>|ΔH2|，所以ΔH1<ΔH2。‎ ‎(2)同一反应的生成物状态不同时，如 A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH1，‎ A(g)＋B(g)===C(l)　ΔH2，‎ 则ΔH1>ΔH2。‎ ‎(3)同一反应的反应物状态不同时，如 A(s)＋B(g)===C(g)　ΔH1，‎ A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH2，‎ 则ΔH1>ΔH2。‎ ‎(4)两个有联系的反应相比较时，如 C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1①，‎ C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2②。‎ 比较方法：利用反应①(包括ΔH1)乘以某计量数减去反应②(包括ΔH2‎ ‎)乘以某计量数，即得出ΔH3＝ΔH1×某计量数－ΔH2×某计量数，根据ΔH3大于0或小于0进行比较。‎ 总之，比较反应热的大小时要注意：‎ ‎①反应中各物质的聚集状态；‎ ‎②ΔH有正负之分，比较时要连同“＋”、“－”一起比较，类似数学中的正、负数大小的比较；‎ ‎③若只比较放出或吸收热量的多少，则只比较数值的大小，不考虑正、负号。‎ 热点题型1、利用化学键计算反应热，热化学方程式的书写 ‎1．已知：‎ C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1‎ ‎2C‎(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－220 kJ·mol－1 H—H键、O===O键和O—H键的键能分别为436 kJ·mol－1、496 kJ·mol－1和462 kJ·mol－1，则a为(　　)‎ A．－332　　 B. －‎118　‎　　‎ C．＋350　　 D. ＋130‎ D　[将两个热化学方程式分别标为①、②，则根据盖斯定律可知②－①×2即得到热化学方程式O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－(220＋‎2a) kJ/mol。由于反应热等于断键吸收的能量与形成新化学键所放出的能量的差值，则496 kJ/mol＋2×436 kJ/mol－2×2×462 kJ/mol＝－(220＋‎2a) kJ/mol，解得a＝＋130，答案选D。]‎ ‎2．已知：①破坏1 mol A—A键、1 mol B—B键、1 mol A—B键时分别需要吸收436 kJ、498 kJ、463 kJ的能量；②反应‎2A2(g)＋B2(g)===‎2A2B(g)的能量变化如图所示。下列说法中错误的是(　　) ‎ A．体系中A2、B2最活泼 B. E1＝1 370 kJ·mol－1‎ C．ΔH＝－482 kJ·mol－1 D. 该反应是放热反应 A　[由题图可以看出，反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应是放热反应，D正确；E1表示断开反应物中化学键所吸收的能量(即反应的活化能)，则E1＝2×436 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1＝1 370 kJ·mol－1，B正确；E2表示形成生成物中化学键所放出的热量，则E2＝2×2×463 kJ·mol－1＝1 852 kJ·mol－1，ΔH＝E1－E2＝1 370 kJ·mol－1－1 852 kJ·mol－1＝－482 kJ·mol－1，C正确；图中A和B具有的能量最高，因此A和B最活泼，故A错误。]‎ ‎3．(1)燃料的使用和防止污染是社会发展中一个无法回避的矛盾话题。‎ 直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。‎ 已知：①CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－860.0 kJ·mol－1‎ ‎②2NO2(g)N2O4(g)　ΔH2＝－66.9 kJ·mol－1‎ 写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(g)、CO2的热化学方程式：‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(2)如图为1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成NO(g)和CO2(g)过程中的能量变化示意图。已知E1＝134 kJ/mol，E2＝368 kJ/mol(E1、E2为反应的活化能)。若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，则E1、ΔH的变化分别是________、________(填“增大”“减小”或“不变”)。写出该反应的热化学方程式：_______________________________。‎ ‎[解析]　(1)根据盖斯定律，反应①－反应②即可得热化学方程式：CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－860.0 kJ·mol－1＋66.9 kJ·mol－1＝－793.1 kJ·mol－1。‎ ‎(2)E1为该反应的活化能，加入催化剂能降低反应的活化能但不能改变反应热。ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝E1－E2，据此可写出反应的热化学方程式。‎ ‎[答案]　(1)CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－793.1 kJ·mol－1‎ ‎(2)减小　不变 NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1‎ ‎4．(名师押题)参考下列图表和有关要求回答问题：‎ ‎(1)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是：‎ ‎①CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)‎ ΔH＝＋49.0 kJ·mol－1‎ ‎②CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)‎ ΔH＝－192.9 kJ·mol－1‎ 又知：③H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44 kJ·mol－1‎ 则甲醇燃烧生成液态水的热化学方程式为___________________________。‎ ‎(2)下表是部分化学键的键能数据：‎ 化学键 P—P P—O O===O P===O 键能/kJ·mol－1‎ a b c x 已知1 mol白磷(P4)完全燃烧放热为d kJ，白磷及其完全燃烧的产物结构如图所示，则上表中x＝________(用含有a、b、c、d的代数式表示)。‎ ‎[解析]　(1)②×3－①×2＋③×2得CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝3×(－192.9 kJ·mol－1)－2×49.0 kJ·mol－1＋(－44 kJ·mol－1)×2＝－764.7 kJ·mol－1。‎ ‎(2)反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和，即‎6a＋‎5c－(4x＋12b)＝－d，解得x＝－(12b－d－‎6a－‎5c)或(d＋‎6a＋‎5c－12b)。‎ ‎[答案]　(1)CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－764.7 kJ·mol－1‎ ‎(2)－(12b－d－‎6a－‎5c)或(d＋‎6a＋‎5c－12b)‎ 热点题型2、　盖斯定律及其应用 ‎1．用H2可将工业废气中的NO催化还原为N2，其能量转化关系如图(图中计量单位为mol)，则：NO(g)＋H2(g)===N2(g)＋H2O(g)的ΔH为(　　)‎ A.(a＋b－c－d) kJ·mol－1‎ B.(c＋a－d－b) kJ·mol－1‎ C.(c＋d－a－b) kJ·mol－1‎ D.(c＋d－a－b) kJ·mol－1‎ A　[由图中转化可知，断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，发生2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝(a＋b－c－d) kJ·mol－1，又因为化学计量数与反应中的能量变化成正比，则NO(g)＋H2(g)===N2(g)＋H2O(g)　ΔH＝(a＋b－c－d) kJ·mol－1。]‎ ‎2．氢气、铝、铁都是重要的还原剂。已知下列反应的热化学方程式：‎ ‎2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1‎ ‎3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g)　ΔH2‎ ‎2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH3‎ ‎2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4‎ ‎2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔH5‎ 下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)‎ ‎ ‎ A．ΔH1<0，ΔH3>0‎ B．ΔH5<0，ΔH4<ΔH3‎ C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3‎ D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5‎ B　[燃烧反应是放热反应，故ΔH1<0，ΔH3<0，A错；铝热反应是放热反应，故ΔH5<0，ΔH5＝ΔH4－ΔH3<0，即ΔH4<ΔH3，B正确；ΔH1＝(ΔH2＋ΔH3)×2/3，C错；ΔH3＝ΔH4－ΔH5，D错。]‎ ‎3．已知下列热化学方程式：‎ ‎①‎2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1；‎ ‎②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1；‎ ‎③2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566.0 kJ·mol－1；‎ ‎④CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)‎ ΔH＝－890.0 kJ·mol－1。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)CO的燃烧热为_________________________________。‎ ‎(2)炽热的木炭与二氧化碳反应生成一氧化碳的反应为________(填“放热”或“吸热”)反应，理由是__________________________。‎ ‎(3)实验中测定甲烷与氧气反应生成CO的反应热不易操作，原因是_______，‎ 写出甲烷与氧气反应生成CO的热化学方程式：______________________。‎ ‎[解析]　(1)由热化学方程式③可知CO的燃烧热为－283.0 kJ·mol－1。(2)热化学方程式①减去热化学方程式②可得C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝＋172.5 kJ·mol－1，故该反应为吸热反应。(3)甲烷燃烧时，无法控制反应使其完全生成CO，一般生成CO和CO2的混合物，故甲烷与氧气反应生成CO的反应热不易直接测定。根据盖斯定律，④×2－③即得新的热化学方程式2CH4(g)＋3O2(g)===2CO(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 214.0 kJ·mol－1。‎ ‎[答案]　(1)－283.0 kJ·mol－1　(2)吸热　由热化学方程式①减去热化学方程式②可得C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝＋172.5 kJ·mol－1　(3)不能保证甲烷全部生成CO　2CH4(g)＋3O2(g)===2CO(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 214.0 kJ·mol－1‎ ‎4.运动会中的火炬一般采用丙烷为燃料。丙烷的热值较高，污染较小，是一种优良的燃料。试回答下列问题：‎ ‎(1)一定量的丙烷完全燃烧生成CO2(g)和1 mol H2O(l)过程中的能量变化曲线如图所示，请在图中的括号内填“＋”或“－”。‎ ‎(2)写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式：‎ ‎______________________________________________________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(3)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型燃料，应用前景广阔。1 mol二甲醚完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出1 455 kJ热量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合气体完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时共放出1 645 kJ热量，则混合气体中丙烷和二甲醚的物质的量之比为________。‎ ‎[解析]　(1)一定量的丙烷完全燃烧生成CO2(g)和1 mol H2O(l)的过程放热，ΔH为负值。(2)燃烧热是1 mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，所以表示丙烷燃烧热的热化学方程式为C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 215.0 kJ·mol－1。(3)n(二甲醚)×1 455 kJ·mol－1＋[1 mol－n(二甲醚)]×2 215.0 kJ·mol－1＝1 645 kJ，解得n(二甲醚)＝0.75 mol，n(丙烷)＝0.25 mol。‎ ‎[答案]　(1)－　(2)C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 215.0 kJ·mol－1　(3)1∶3‎ ‎5．通常人们把断开1 mol化学键所吸收的能量看成是该化学键的键能。已知N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol－1、497 kJ·mol－1。‎ 查阅资料知：‎ ‎①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180 kJ·mol－1；‎ ‎②2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝－112 kJ·mol－1；‎ ‎③‎2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1；‎ ‎④C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1。‎ ‎(1)NO分子中化学键的键能为_________________________。‎ ‎(2)CO与NO2反应的热化学方程式为4CO(g)＋2NO2(g)===4CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝________。‎ ‎[解析]　(1)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180 kJ·mol－1，断开1 mol反应物的化学键共吸收热量：946 kJ＋497 kJ＝1 443 kJ，则NO分子中化学键的键能为 kJ·mol－1＝631.5 kJ·mol－1。‎ ‎(2)根据盖斯定律，由4×④－(2×③＋①＋②)可得4CO(g)＋2NO2(g)===4CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－1 200 kJ·mol－1。‎ ‎[答案]　(1)631.5 kJ·mol－1　(2)－1 200 kJ·mol－1‎