高考化学总复习之反应热专题突破

高考化学总复习之反应热专题突破

‎2019年高考化学总复习之《反应热》专题突破 ‎【考试目标】‎ ‎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。‎ ‎ 4．了解焓变与反应热的含义。‎ ‎【考点梳理】‎ 要点一、反应热（焓变） 1．定义：化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以热量（或转换成相应的热量）来表述，叫做反应热，又称为“焓变”，符号：ΔH，单位：kJ/mol 或 kJ·mol-1 2．反应热的表示方法： 　　反应热用ΔH表示，其实是从体系的角度分析的。‎ 放热反应：体系环境，体系将能量释放给环境，体系的能量降低，因此，放热反应的ΔH＜0，为“－”。‎ 吸热反应：环境体系，体系吸收了环境的能量，体系的能量升高，因此，吸热反应的ΔH＞0，为“+”。‎ 化学变化过程中的能量变化见下图：‎ 表示方法——热化学方程式：既能表明化学反应中物质的变化，又能表明能量的变化的化学方程式，叫做热化学方程式。‎ ‎3．化学反应中能量变化的原因 ‎ 化学反应的本质：旧的化学键断裂和新的化学键生成。‎ ‎ 任何化学反应都有反应热，这是由于在化学反应过程中，反应物分子间相互作用时，旧的化学键断裂，需要吸收能量；当生成物分子生成时，新的化学键形成，需要放出能量，而吸收的总能量和放出的总能量总是有差距的。‎ ‎ 如果反应完成时，生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量大，这是放热反应。对于放热反应，由于反应后放出能量（释放给环境）而使反应体系的能量降低。因此，规定放热反应的ΔH为“负”。‎ ‎ 反之，对于吸热反应，由于反应吸收能量(能量来自环境)而使反应体系的能量升高。因此，规定吸热反应的ΔH为“正”。‎ ‎ 当ΔH为“负”或ΔH＜0时，为放热反应；‎ ‎ 当ΔH为“正”或ΔH＞0时，为吸热反应。‎ ‎ 结论：根据质量守恒定律和能量守恒定律，特定反应的反应热等于反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量与生成物分子化学键形成时所释放的总能量之差。‎ ‎ 即ΔH=E反应物分子化学键总键能－E生成物分子化学键总键能 ‎4．键能的概念：‎ 断开1mol某化学键所吸收的能量叫做该键的键能，形成1mol该化学键所放出的能量也叫做该键的键能。‎ 例如：‎ （1） 断开化学键吸收能量：1 mol H2 中含有1 mol H—H键，常温常压下使1 mol H2变为2‎ ‎ mol H原子，即断开了1molH—H键，需要吸收436kJ的热量。‎ ‎（2）形成化学键放出能量 　由2molH原子生成1molH2，有1molH—H键生成，生成过程中向外界释放436kJ的热量。 　　结论：形成1molH—H键释放的能量与断开1molH—H键吸收的能量相等。故H—H键的键能为436kJ/mol。‎ ‎5．活化能：活化分子高出反应物分子平均能量的部分。‎ E1：活化能 E2：活化分子变成生成物分子放出的能量 E1-E2：化学反应前后的能量变化 ΔH=E1-E2‎ ‎6．反应热数据的用途： 　　(1)判断吸热反应、放热反应(2)计算燃料的用量(3)比较反应物、生成物能量的高低 ‎7．放热反应和吸热反应的比较 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 ΔH的正负 ΔH＜0‎ ΔH＞0‎ 键能大小 反应物总键能小于生成物总键能 反应物总键能大于生成物总键能 体系能量 大小 反应物的总能量大于生成物的总能量 反应物的总能量小于生成物的总能量 形成原因 反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量比生成物分子化学键形成时所释放的总能量小 反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量比生成物分子化学键形成时所释放的总能量大 反应过程 图示 实例 ‎①大多数化合反应 ‎②所有的燃烧反应 ‎③物质的缓慢氧化 ‎ ‎④酸碱中和反应 ‎⑤金属与酸反应 ‎①大多数分解反应 ‎②盐的水解 ‎③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 ‎④C和CO2、C和H2O (g)反应 ‎⑤弱电解质的电离 ‎⑥铝热反应 应用 比较反应物和生成物的相对稳定性，能量越低越稳定 注意：反应条件和反应放热和吸热没有直接的关系。吸热反应开始加热，后来需要持续加热维持反应，放热反应开始加热，后来反应放出热量可以维持反应。 ‎ ‎８．金刚石和石墨的比较 已知：C(金刚石)=C（石墨）；ΔH＜0。试比较金刚石和石墨，完成下表：‎ 金刚石 石墨 键能 较低 较高 体系能量 较高 较低 燃烧等量二者放热多少 较多 较少 稳定性 稳定 更稳定 熔点 较低 较高 要点二、燃烧热和中和热 ‎１．燃烧热 （1）．定义：在101kPa时，1mol某物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量 　　如C完全燃烧应生成CO2(g)，而生成CO(g)属于不完全燃烧。 　　又如H2燃烧生成液态H2O，而不是气态水蒸气。 要点诠释： ‎ ‎①条件：101kPa（但是书中表格提供的数据都是在25℃的条件下测得的） 　　②燃烧的物质一定为1mol 　　③生成的物质一定要稳定 　　a、状态要稳定（例如：CO2为气体，H2O为液体）； 　　b、要完全燃烧 　　一般指：C →CO2 (g)　 S →SO2 (g)　 H2→H2O(l)　 一般有机物→CO2 (g)和H2O(l) （2）．表示的意义： 　　如：表示C2H4燃烧热的△H为-1141.0kJ/mol，含义： 1mol C2H4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O放热1141.0kJ。 （3）．表示燃烧热的热化学方程式的书写： 　　应以燃烧物计量系数为1的标准来配平其余物质的化学计量数。 （4）．根据燃烧热计算一定量可燃物完全燃烧时放出的热量时要注意单位的换算。‎ ‎2．中和热 ‎(1)概念：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成 1 molH2O，这时的反应热叫中和热。‎ ‎(2)中和热的表示：H+(aq)+OH-(aq)=H2O (1)；△H=-57.3kJ／mol。‎ 要点诠释：‎ ‎①稀溶液是指电解质已经完全电离成离子。 ‎ ‎②强酸和强碱中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。‎ ‎③弱碱和强酸反应或弱酸与强碱反应的中和热：△H＞-57.3kJ／mol ‎ ‎④中和反应的实质是H+和OH-化合生成 H2‎ O，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热内。‎ ‎3．燃烧热和中和热的比较 燃烧热 中和热 相同点 能量变化 均为放热反应 ΔH ΔH＜0，单位：kJ·mol－1‎ 不同点 反应物的量 ‎1 mol可燃物（O2的量不限）‎ 可能是1 mol，也可能是0.5 mol 生成物的量 不限量 H2O (l)是1 mol 反应热的 含义 ‎25℃、101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量；不同反应物，燃烧热不同 稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol液态H2O时所释放的热量；不同反应物的中和热大致相同，均约为57.3 kJ·mol－1‎ ‎4．中和热的测定 ‎（1）实验步骤：‎ ‎　①用大、小烧杯、泡沫塑料、温度计和环形搅拌棒组装反应装置。(也可在保温杯中进行) 　②用量筒量取50mL0.5mol/L的盐酸倒入小烧杯中并用温度计测量温度，记入下表。 　③用另一量筒量取50mL0.55mol/L的NaOH溶液并测量温度，记入下表。 　④把温度计和环形搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯，用环形搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记为最终温度，记入下表。 　⑤重复实验两次，取测量所得数据的平均值作为计算依据。 　　　　　　　　　　 　　⑥根据实验数据计算中和热。（具体计算不要求） 要点诠释： 　　要精确地测定反应中的能量变化，一是要注重“量的问题”‎ ‎，二是要最大限度地减小实验误差。 　　①所用装置要尽可能做到保温、隔热。 　　②所用药品溶液浓度的配制必须准确，且浓度尽可能的要小。 　　③为保证盐酸完全被氢氧化钠中和，须使氢氧化钠溶液的浓度稍大于盐酸的浓度。 　　④温度计刻度要小点，读数要尽可能准确，且估读至小数点后两位。 　　⑤水银球部位一定要完全浸没在溶液中，且要稳定一段时间后再读数，以提高测量的精度。 　　⑥两次读数的时间间隔要短，这样才能读到最高温度，即最终温度。 　　⑦实验操作时动作要快，以尽量减少热量的损失。‎ ‎（2）实验原理： 　　Q=mcΔt 　① 　　Q:中和反应放出的热量。 　　m:反应混合液的质量。 　　c：反应混合液的比热容。 　　Δt：反应前后溶液温度的差值。 　　Q=（V酸ρ酸＋V碱ρ碱）·c·（t2－t1）② 　　V酸=V碱=50 mL。 　　c酸=0.50 mol/L c碱=0.55 mol/L 　　ρ酸=ρ碱=1 g/cm3 　　c=4.18 J/（g·℃） 　　Q=0.418（t2－t1）kJ ③‎ 要点三、能源 ‎1．概念 ：能源就是提供能量的自然资源，其它能源包括：化石燃料(煤、石油、天然气)、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。‎ ‎2．能源的分类及应用 ：‎ 标准 ‎ 分类 ‎ 举例 ‎ 按转换 过程分 ‎ 一次能源 ‎ 煤、石油、天然气等化石能源、水能、风能、生物质能、太阳能等 ‎ 二次能源 ‎ 各种石油制品、煤气、蒸气、电力、氢能、沼气等 ‎ 标准 ‎ 分类 ‎ 举例 ‎ 按性质分 ‎ 可再生能源 ‎ 风能、水能、生物质能、太阳能、潮汐能等 ‎ 非再生能源 ‎ 石油、煤、天然气等化石能源、核能 ‎ 按利用 历史分 ‎ 常规能源 ‎ 煤、石油、天然气、水能、生物能等 ‎ 新能源 ‎ 地热能、氢能、核能、风能、太阳能、海洋能等 ‎ ‎3．煤作燃料的利弊问题 ‎①煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。‎ ‎②煤直接燃烧时产生SO2等有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染。‎ ‎③煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低，且运输不方便。‎ ‎④可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤燃烧的热利用率。‎ ‎4．新能源的开发 ‎①调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油气资源，加强科技投入，加快开发水电、核电和新能源等就显得尤为重要和迫切。‎ ‎②新能源是太阳能、氢能、风能、地热能和生物质能等。这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，对环境没有污染或污染少。‎ ‎5．燃料充分燃烧的条件 ‎①要有足够的空气；‎ ‎②燃料与空气要有足够大的接触面积。‎ ‎6．提高燃料燃烧效率的措施 ‎①通入空气足量，使燃料充分燃烧。空气足量但要适当，否则，过量的空气会带走部分热量。‎ ‎②增大燃料与空气的接触面积。通常将大块固体燃料粉碎，液体燃料雾化。‎ ‎③将煤气化或液化。煤的气化或液化更易增大燃料与空气的接触面积，使燃烧更充分，同时又防止煤炭直接燃烧。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：反应热（△H）等概念的理解及运用 例１、已知：CH3CH2CH2CH3 (g)+6.5 O2 (g)=4CO2 (g)+5H2O (l)；ΔH= ―2878 kJ·mol―1‎ ‎(CH3)2CHCH3 (g)+6.5 O2 (g)=4CO2 (g)+5H2O (l) ΔH=―2869 kJ·mol―1‎ 下列说法正确的是（ ）‎ A．正丁烷分子储存的能量大于异丁烷分子 B．正丁烷的稳定性大于异丁烷 C．异丁烷转化为正丁烷的过程是一个放热过程 D．异丁烷分子中的碳氢键比正丁烷的多 ‎【思路点拨】对比两个热化学方程式异同，生成物相同，ΔH的绝对值大小不同：第一个反应放热较多，说明第一个反应的反应物总能量较高。‎ ‎【答案】A 【解析】从热化学方程式可以看出，在同样的条件下，正丁烷放热比异丁烷多，A正确；物质的能量越高越不稳定，因此稳定性异丁烷大于正丁烷，B错误；异丁烷转化为正丁烷能量增加，因此是一个吸热过程，C错误；由烃的结构特点可知氢原子数相同，两者碳氢键个数相等，D错误。 【总结升华】同分异构体中，支链越多，能量越低，越稳定。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】下列各项与ΔH的大小无关的是（ ）‎ A．反应物和生成物的状态 B．反应物的物质的量的多少 C．方程式的化学计量数 D．反应的快慢 ‎【答案】ＢＤ ‎【变式2】1，3﹣丁二烯和2﹣丁炔分别与氢气反应的热化学方程式如下：‎ CH2=CH﹣CH═CH2（g）+2H2（g）→CH3CH2CH2CH3（g） △H=-236.6kJ/mol CH3﹣C≡C﹣CH3（g）+2H2（g）→CH3CH2CH2CH3（g） △H=-272.7kJ/mol 由此不能判断（ ）‎ A．1，3﹣丁二烯和2﹣丁炔稳定性的相对大小 B．1，3﹣丁二烯和2﹣丁炔分子储存能量的相对高低 C．1，3﹣丁二烯和2﹣丁炔相互转化的热效应 D．一个碳碳叁键的键能与两个碳碳双键的键能之和的大小 ‎【答案】D ‎【解析】据△H=生成物的能量和﹣反应物的能量和=反应物的键能和﹣生成物的键能和，可知1，3﹣丁二烯和2﹣丁炔的能量高低，能量越低越稳定。‎ A、相同条件下2﹣丁炔放出热量比1，3﹣丁二烯多，说明，1，3﹣丁二烯能量低，稳定，故A正确；‎ B、相同条件下2﹣丁炔放出热量比1，3﹣丁二烯多，说明1，3﹣丁二烯能量低，故B正确；‎ C、相同条件下，2﹣丁炔放出热量比1，3﹣丁二烯多，说明1，3﹣丁二烯能量低，其相互转化有能量变化，故C正确；‎ D、1，3﹣丁二烯和2﹣丁炔所含的碳碳单键数目不同，所以不能判断一个碳碳叁键的键能与两个碳碳双键的键能大小，故D错误。‎ 类型二：反应热的比较 例2、下列各组热化学方程式中，化学反应的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 (s) ΔH8‎ A．① B．④ C．②③④ D．①②③‎ ‎【思路点拨】ΔH的大小比较，比较的是代数值；先判断ΔH的正负，再进行比较。 【答案】C ‎【解析】①中前者为完全燃烧，后者为不完全燃烧，热效应是前者大于后者，但ΔH1、ΔH2均为负数，故ΔH1＜ΔH2；②中S单质状态不同，气态的能量高于固态，放热多；③中方程式的化学计量数不同；④中前者为吸热反应，ΔH7为正数，后者为放热反应，ΔH8为负数。故C项符合题意。 【总结升华】在比较两个热化学方程式中ΔH的大小时要带“+”“―”号比较，比较反应放出或吸收的热量多少时要去掉“+”“－”号。例如： 　　H2 (g)+O2 (g)==H2O (g)　 ΔH1=―Q1 kJ·mol―1 　　2H2 (g)+O2 (g)==2H2O (g)　 ΔH2=―Q2 kJ·mol―1 　　1 mol H2完全燃烧生成气态水时放出的热量Q1小于2 mol H2完全燃烧生成气态水时放出的热量Q2，即Q1＜Q2，则ΔH1＞ΔH2。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】根据以下三个热化学方程式：‎ ‎2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－Q1 kJ·mol－1‎ ‎2H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(l) ΔH＝－Q2kJ·mol－1；‎ ‎2H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(g) ΔH＝－Q3kJ·mol－1。‎ 判断Q1、Q2、Q3三者关系正确的是（ ）‎ A．Q1＞Q2＞Q3 B．Q1＞Q3＞Q2‎ C．Q3＞Q2＞Q1 D．Q2＞Q1＞Q3‎ ‎【答案】A ‎【解析】H2S燃烧生成SO2和H2O(l)放出热量最多，生成S(s)和H2O(l)比生成S(s)和H2O(g)放出热量多，所以Q1＞Q2＞Q3。‎ ‎【变式2】已知1 mol白磷转化成1 mol红磷，放出18.39 kJ热量，又知：‎ ‎ P4 (白，s)+5O2 (g)==2P2O5 (s) ΔH1；4P (红，s)+5O2 (g)==2P2O5 (s) ΔH2，则ΔH1和ΔH2的关系正确的是（ ）‎ A．ΔH1＞ΔH2 B．ΔH1＜ΔH2 C．ΔH1=ΔH2 D．无法判断 ‎【答案】B ‎【解析】设想P4（白）转化为P（红），由题意第一个反应放出的热量大于第二个反应，故ΔH1＜ΔH2。‎ 类型三：中和热和燃烧热 例3、下列关于热化学反应的描述中正确的是（ ）‎ A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH=－57.3 kJ / mol，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(－57.3) kJ / mol B．CO (g)的燃烧热是283.0 kJ / mol，则2CO2 (g)==2CO (g)+O2 (g)反应的ΔH=+2×283.0 kJ / mol C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 D．1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷燃烧热 ‎【思路点拨】中和热是指在稀溶液中强酸与强碱反应生成1 mol H2O的反应热；燃烧热是指在定温定压下，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。 【答案】B ‎【解析】A项：中和热是指生成1 mol H2O的反应热，并且生成CaSO4还伴着热量的变化；C项，需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如NH3的催化氧化就是一个在加热条件下进行的放热反应；D项，甲烷的燃烧热应指生成液态水时放出的热量。 【总结升华】 　　（1）判断燃烧热，产物必须是稳定的氧化物。如C→CO2 (g)，H2→H2O (l)。 　　（2）ΔH=―57.3 kJ·mol―1是稀的强酸与稀的强碱的中和热，若有弱酸或弱碱参与反应，中和热小于57.3 kJ·mol―1；若强酸、强碱中有浓度很大的，则中和热大于57.3 kJ·mol―1。 　　（3）中和反应的实质是H+和OH－化合生成H2O。若反应过程中有其他物质生成（如生成不溶性物质或难电离的其他物质等），这部分反应热不计在中和热内。‎ ‎（4）“+”“－”分别表示“吸热”和“放热”，若题中说出了“放出”或“吸收”热量，则不用再写“+”“－”，热量多少也只看数值；若只说“反应热为……”等，则数值前应标出“+”“－”，表示“吸热”或“放热”。　‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】下列说法正确的是（ ） 　　A．101kPa时，1mol物质完全燃烧时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热 　　B．酸和碱发生中和反应生成1mol水，这时的反应热叫中和热 　　C．燃烧热或中和热都属于反应热 　　D．在稀溶液中，1molCH3COOH和1mol NaOH完全中和时放出的热量为57.3kJ 【答案】C ‎【解析】选项A没有注明生成稳定的氧化物；选项B应说明是稀溶液；选项D用的是弱酸，由于混合后电离吸热，最后的数值会小于57.3kJ。 【变式2】已知H2 (g)、C2H4 (g)和C2H5OH (1)的燃烧热分别是－285.8kJ·mol－1、－1411.0 kJ·mol－1和－1366.8 kJ·mol－1，则由C2H4 (g)和H2O (I)反应生成C2H5OH (l)的△H为（ ）‎ ‎ A．－44.2 kJ·mol－1 B．+44.2 kJ·mol－1‎ ‎ C．－330 kJ·mol－1 D．+330 kJ·mol－1‎ ‎【答案】A ‎【解析】由燃烧热的定义写出热化学方程式分别为：‎ H2 (g)+O2 (g)=H2O (l) ΔH1=―285.8 kJ·mol―1 ①‎ C2H4 (g)+3O2 (g)=2CO2 (g)+2H2O (l) ΔH2=―1411.0 kJ·mol―1 ②‎ C2H5OH (l)+3O2 (g)=2CO2 (g)+3H2O (l) ΔH3=―1366.8 kJ·mol―1 ③‎ 将②－③可得C2H4 (g)+H2O (l)=C2H5OH (l) ΔH=ΔH2―ΔH3‎ ΔH=―1411.0 kJ·mol―1―(―1366.8 kJ·mol―1)=―44.2 kJ·mol―1。‎ 类型四：能源的利用 例4、我国二氧化碳的排放量位居世界第二，为减少二氧化碳这种温室气体的排放，下列措施不合适的是（ ） 　　A．大力发展氢能源　　　　　B．充分利用太阳能 　　C．不使用含碳能源　　　　　D．提高能源利用率 【答案】C ‎【解析】目前全球能源还主要依靠含碳物质的燃烧。要减少二氧化碳的排放应在开发新能源，提高能源利用率等方面下功夫。 【总结升华】造成温室效应的气体除CO2外，还有CH4等碳氢化合物。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】合理利用燃料减小污染符合“绿色奥运”理念，下列关于燃料的说法正确的是（ ）‎ A．“可燃冰”是将水变为油的新型燃料 B．氢气是具有热值高、无污染等优点的燃料 C．乙醇是比汽油更环保、不可再生的燃料 D．石油和煤是工厂经常使用的可再生的化石燃料 ‎【答案】B ‎【解析】A项，不符合化学反应原理；C项，乙醇是可再生燃料；D项，石油和煤是不可再生燃料，只有B项正确．‎ ‎【变式2】下列关于能源和作为能源的物质叙述错误的是（ ） 　　A．化石能源物质内部蕴涵着大量的能量 　　B．绿色植物进行光合作用是将太阳能转化为化学能“贮存”起来 　　C．物质的化学能可以在不同的条件下转为热能、电能为人类利用 　　D．吸热反应没有利用价值 【答案】D ‎【变式3】下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是（ ）‎ A．石油裂解得到的汽油是纯净物 B．石油产品都可用于聚合反应 C．天然气是一种清洁的化石燃料 D．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料 ‎【答案】Ｃ