2020届高考化学一轮复习化学反应与能量变化学案

2020届高考化学一轮复习化学反应与能量变化学案

化学反应与能量变化 ‎【考纲解读】‎ ‎1．了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。‎ ‎2．了解化学能与热能的相互转化；了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。‎ ‎3．了解热化学方程式的含义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。‎ ‎4．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础；了解化学在解决能源危机中的重要作用。‎ ‎【重点、难点剖析】‎ 一、反应热 ‎1．反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。‎ ‎2．反应是否需要加热，只是引发反应的条件，与反应是放热还是吸热并无直接关系。许多放热反应也需要加热引发反应，也有部分吸热反应不需加热，在常温时就可以进行。‎ ‎3．燃烧热：必须生成稳定的化合物，如C燃烧应生成CO2而不是CO，H2燃烧应生成液态水而不是气态水。‎ ‎4．中和热：强酸和强碱在稀溶液中发生中和反应生成1 mol H2O，ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。弱酸代替强酸(或弱碱代替强碱)，因电离吸热，放出的热量减小，中和热减小。若用浓硫酸(或NaOH固体)，因溶解放热放出的热量增多，中和热增大。‎ 二、反应热和焓变 ‎1．理解反应热的两个角度 ‎(1)从微观角度理解反应热 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生成放出的热量的差值，在下图中 a表示断裂旧化学键吸收的热量；‎ b表示新化学键生成放出的热量；‎ c表示反应热。‎ ‎(2)从宏观的角度说，反应热是反应物的总能量与生成物的总能量差值，在上图中 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。‎ ‎2．物质结构与稳定性和键能的关系 ‎(1)键能越大，物质所含能量越低，物质越稳定，反之亦然。如卤化氢的稳定性按氟、氯、溴、碘依次减弱，其氢化物的能量依次增大，氢卤键的键能依次减小。‎ ‎(2)物质所含能量越低，断裂其化学键所需能量越高，而形成其化学键所释放的能量也越多。‎ 三、热化学方程式的书写与判断 ‎1．漏写反应物或生成物的聚集状态，其根本原因是没有认识到反应热与物质的聚集状态有关。‎ ‎2．将ΔH的正、负混淆，其关键是没有体会到“＋”“－”分别表示吸收或放出热量后使体系本身的能量升高或降低了。‎ ‎3．热化学方程式不用注明“点燃”、“加热”等条件。‎ ‎4．未注意到化学计量数与反应热的数值的对应关系。 ‎ 如：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ·mol－1‎ H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g) ΔH＝－92.3 kJ·mol－1‎ ‎5．燃烧热的热化学方程式，可燃物的化学计量数必须为1，且完全燃烧生成稳定的氧化物，CCO2(g)，HH2O(l)，SSO2(g)。‎ ‎6．中和热的热化学方程式，要注意生成1 mol H2O，强酸强碱反应的中和热数值恒定为57.3，若弱酸或弱碱参加，则中和热值小于57.3。‎ 四、热化学方程式书写的“七大”要点 ‎1．注意ΔH的符号和单位 若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位为kJ·mol－1。‎ ‎2．注意反应热的测定条件 书写热化学方程式时应注明ΔH的测定条件(温度、压强)，但绝大多数ΔH是在‎25 ℃‎、101 325 Pa下测定的，此时可不注明温度和压强。‎ ‎3．注意热化学方程式中的化学计量数 热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子数或原子数。因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。‎ ‎4．注意物质的聚集状态 反应物和产物的聚集状态不同，反应热ΔH不同。因此，必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用↑和↓。‎ ‎5．注意ΔH的数值与符号 由于ΔH与反应完成的物质的量有关，所以ΔH必须与热化学方程式中化学式前面的化学计量数相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。‎ 互为逆反应的反应热数值相等，但符号相反。‎ ‎6．注意燃烧热和中和热 ‎7．对于可逆反应的反应热(ΔH)是指完全反应时的反应热。‎ 五、反应热的计算及其大小的比较方法 ‎1．利用盖斯定律进行ΔH计算时的注意事项 ‎(1)合理进行热化学方程式的叠加。热化学方程式的叠加类似于整式的运算，叠加时应遵循数学的运算规则，当需要将某一热化学方程式同乘以某一化学计量数时，各物质前的化学计量数和ΔH需同乘以该化学计量数，当某物质或ΔH移到“===”另一边时就变为异号。‎ ‎(2)ΔH在进行加、减、乘等运算时，一定要注意其符号的改变，即ΔH的运算包括数值和符号的双重运算。‎ ‎2．比较反应热大小的四个注意要点 ‎(1)反应物和生成物的状态 ‎ 物质的气、液、固三态的变化与反应热量的关系 ‎(2)ΔH的符号：比较反应热的大小时，不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号。‎ ‎(3)参加反应物质的量：当反应物和生成物的状态相同时，参加反应物质的量越多，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。‎ ‎(4)反应的程度：参加反应物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。‎ 六、有关反应热计算的六种方法 ‎1．利用热化学方程式进行求解 先写出热化学方程式，再根据热化学方程式中物质与反应热之间的比例关系直接求算反应热。‎ ‎2．依据燃烧热数据直接求算反应热 Q＝燃烧热×n(可燃物的物质的量)‎ ‎3．根据反应物和生成物的总能量计算 ΔH＝E(生成物)－E(反应物)。‎ ‎4．根据反应物和生成物的键能计算 ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和。‎ ‎5．根据盖斯定律计算 方法一：热化学方程式相加或相减，如由 C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1；‎ C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2；‎ 可得CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2‎ 方法二：合理设计反应途径如 由图可得：ΔH＝ΔH1＋ΔH2。‎ ‎6．根据比热公式进行计算。‎ Q＝c·m·ΔT ‎【题型示例】‎ 题型一、考查反应热和焓变 ‎ ‎【例1】 (2016·海南化学，11)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(双选)(　　)‎ A．由X→Y反应的ΔH＝E5－E2‎ B．由X→Z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 答案　BC ‎【方法技巧】解答能量变化图像题的“4关键”‎ ‎1．反应热不能取决于部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小，即部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小不能决定反应是吸热还是放热。‎ ‎2.‎ 注意活化能在图示(如右图)中的意义。‎ ‎(1)从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能，即E1；‎ ‎(2)从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能，即E2。‎ ‎3．催化剂只能影响正、逆反应的活化能，而不影响反应的ΔH。‎ ‎4．设计反应热的有关计算时，要切实注意图示中反应物和生成物的物质的量。‎ ‎【举一反三】(2016·江苏化学，8)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是(　　)‎ ‎①太阳光催化分解水制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋ O2(g)　ΔH1＝571.6 kJ·mol－1‎ ‎②焦炭与水反应制氢：C(s)＋ H2O(g)===CO(g)＋ H2(g)　ΔH2＝131.3 kJ·mol－1‎ ‎③甲烷与水反应制氢：CH4(g)＋ H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH3＝206.1 kJ·mol－1‎ A．反应①中电能转化为化学能 B．反应②为放热反应 C．反应③使用催化剂，ΔH3减小 D．反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝74.8 kJ·mol－1‎ 答案　D ‎【变式探究】(2015·海南化学，4，2分)已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2 215 kJ·mol－1。若一定量的丙烷完全燃烧后生成‎1.8 g水，则放出的热量约为(　　)‎ A．55 kJ B．220 kJ C．550 kJ D．1 108 kJ 解析　由丙烷的燃烧热ΔH＝－2 215 kJ·mol－1，可写出其燃烧的热化学方程式C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 215 kJ·mol－1，丙烷完全燃烧产生‎1.8 g水，n(H2O)＝m÷M＝‎1.8 g÷‎18 g/mol＝0.1 mol，所以反应放出的热量是Q＝(2 215 kJ÷4 mol)×0.1＝55.4 kJ，A选项正确。 ‎ ‎【答案】　(1)3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－1‎ ‎(2)(a＋b＋‎2c)‎ ‎【变式探究】【2017江苏卷】通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3 )。下列说法不正确的是 ‎①C(s) + H2O(g)=CO(g) + H2 (g) ΔH1 = akJ·mol−1‎ ‎②CO(g) + H2O(g)=CO2(g) + H2 (g) ΔH2 = bkJ·mol−1‎ ‎③CO2 (g) + 3H2 (g)=CH3OH(g) + H2O(g) ΔH3 = ckJ·mol−1‎ ‎④2CH3OH(g)=CH3OCH3 (g) + H2O(g) ΔH4 = dkJ·mol−1‎ A．反应①、②为反应③提供原料气 B．反应③也是CO2资源化利用的方法之一 C．反应CH3OH(g)=CH3OCH3 (g) +H2O(l)的ΔH =kJ·mol−1‎ D．反应2CO(g) + 4H2 (g)=CH3OCH3 (g) + H2O(g)的ΔH = ( 2b + ‎2c + d ) kJ·mol−1‎ ‎【答案】C ‎【变式探究】(2015·广东理综，31，16分)用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。‎ ‎(1)传统上该转化通过如下图所示的催化循环实现。‎ 其中，反应①为2HCl(g) ＋ CuO(s)H2O(g)＋CuCl2(s)　ΔH1‎ 反应②生成1 mol Cl2的反应热为ΔH2，则总反应的热化学方程式为_______________________，‎ ‎(反应热用ΔH1和ΔH2表示)。‎ ‎(2)新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性，‎ ‎①实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl～T曲线如下图：‎ 则总反应的ΔH________0(填“＞”、“＝”或“＜”)；A、B两点的平衡常数K(A)与K(B)中较大的是________。‎ ‎②在上述实验中若压缩体积使压强增大，画出相应αHCl～T曲线的示意图，并简要说明理由________________________________________________。‎ ‎③下列措施中，有利于提高α(HCl)的有________。‎ A．增大n(HCl) B．增大n(O2)‎ C．使用更好的催化剂 D．移去H2O ‎(3)一定条件下测得反应过程中 n(Cl2)的数据如下： ‎ t/min ‎0‎ ‎2.0‎ ‎4.0‎ ‎6.0‎ ‎8.0‎ n(Cl2)/10－3 mol ‎0‎ ‎1.8‎ ‎3.7‎ ‎5.4‎ ‎7.2‎ 计算2.0～6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min－1为单位，写出计算过程)。‎ ‎(4)Cl2用途广泛，写出用Cl2制备漂白粉的化学方程式。‎ 答案　(1) 2HCl(g)＋O2(g) H2O(g)＋Cl2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2　 (2) ①＜　K(A)　 ②见下图 增大压强，平衡右移，α(HCl)增大，相同温度下，HCl的平衡转化率比之前的大　　 ③BD　‎ ‎(3) 设2.0～6.0min时间内，HCl转化的物质的量为n，则 ‎ ‎2HCl(g)＋O2(g) H2O(g)＋Cl2(g)‎ ‎ 2mol 1mol ‎ n (5.4－1.8)×10－3mol n＝7.2×10－3 mol 所以v(HCl) ＝＝1.8×10－3mol·min－1‎ ‎(4) 2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O ‎【变式探究】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、O—O和O—H键的键能分别为436、496和462 kJ·mol－1，则a为(　　)‎ A．－332 B．－‎118 C．＋350 D．＋130‎ 答案：D ‎【误区警示】用键能计算反应热时，错误地应用生成物的总键能减去反应物的总键能，或计算H2O的总键能时，忽视1 mol H2O中含有2 mol H—O键，导致计算错误。‎ ‎【变式探究】标准状况下，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、463 kJ/mol、495 kJ/mol，下列热化学方程式正确的是(　　)‎ A．H2O(g)===H2(g)＋1/2O2(g)　ΔH＝－485 kJ/mol B．H2O(g)===H2(g)＋1/2O2(g)　ΔH＝＋485 kJ/mol C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝＋485 kJ/mol D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－485 kJ/mol 答案：D　‎ 题型3、盖斯定律的重要应用 ‎ ‎1．图示：盖斯定律的理解 热化学方程式 焓变之间的关系 aA===B　ΔH1‎ A===B　ΔH2‎ ΔH2＝ΔH1或ΔH1＝aΔH2‎ aA===B　ΔH1‎ B===aA　ΔH2‎ ΔH1＝－ΔH2‎ ΔH＝ΔH1＋ΔH2‎ ‎2.比较：反应热大小 ‎(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)同一反应物状态不同时，如：‎ A(s)＋B(g)===C(g)　ΔH1，‎ A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH2，‎ 则ΔH1＞ΔH2。‎ ‎【例3】(1)(2018·全国卷Ⅰ，节选)已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1‎ ‎2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1‎ 则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝______ kJ·mol－1。‎ ‎(2)(2018·全国卷Ⅲ，节选)SiHCl3在催化剂作用下发生反应：‎ ‎2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)‎ ΔH1＝48 kJ·mol－1‎ ‎3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)＋2SiHCl3(g)‎ ΔH2＝－30 kJ·mol－1‎ 则反应4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH为________kJ·mol－1。‎ ‎【答案】　(1)＋53.1　(2)＋114‎ ‎【变式探究】【2017新课标1卷】近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：‎ ‎（2）下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。‎ 通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为________________、______________，制得等量H2所需能量较少的是_____________。‎ ‎【答案】H2O(l)=H2(g)+ O2(g) ΔH=+286 kJ/mol H2S(g)=H2(g)+S(s) ΔH=+20 kJ/mol 系统（II） ‎ ‎【举一反三】(2015·重庆理综，6，6分)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 解析　由碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1，得C(s) ＋ O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1，目标反应可由①×3＋②－③得到，所以ΔH＝3ΔH1＋ΔH2－ΔH3，即x＝‎3a＋b－c。 ‎ ‎【变式探究】已知：‎ ‎25 ℃‎‎、101 kPa时，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s)　ΔH＝－520 kJ/mol S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ/mol Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝－1 065 kJ/mol SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是_____________________________________。 ‎ 答案：MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s) ΔH＝－248 kJ/mol ‎【变式探究】向足量H2SO4溶液中加入100 mL 0.4 mol·L－1 Ba(OH)2溶液，放出的热量是5.12 kJ。如果向足量Ba(OH)2溶液中加入100 mL 0.4 mol·L－1盐酸时，放出的热量为2.2 kJ。则Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应的热化学方程式为(　　)。‎ A.Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　ΔH＝－2.92 kJ·mol－1‎ B.Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　ΔH＝－18 kJ·mol－1‎ C.Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　ΔH＝－73 kJ·mol－1‎ D.Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　ΔH＝－0.72 kJ·mol－1‎ ‎【答案】B ‎【解析】这道题要求写出正确的热化学方程式，根据目标反应利用盖斯定律进行计算，是典型的叠加法求未知反应的热化学方程式或反应热的应用。首先观察已知的热化学方程式与目标热化学方程式的差异：①若目标热化学方程式中的某种反应物在某个已知热化学方程式中作生成物(或目标方程式中的某种生成物在某个已知热化学方程式中作反应物)，可把该热化学方程式的反应物和生成物颠倒，相应的ΔH改变符号；②将每个已知热化学方程式两边同乘以某个合适的数，使已知热化学方程式中某种反应物或生成物的化学计量数与目标热化学方程式中的该反应物或生成物的化学计量数一致。热化学方程式中的ΔH也进行相应的换算；③将已知热化学方程式进行叠加，相应的热化学方程式中的ΔH也进行叠加。 ‎ 根据题述条件可得如下热化学方程式：Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)＋2H＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－128 kJ·mol－1①，OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)　ΔH＝－55 kJ·mol－1②，根据盖斯定律：①－2×②可得：Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　ΔH＝－18 kJ·mol－1‎ ‎【方法技巧】盖斯定律应用“五步”分析法