1、专题专题八八 化学能化学能与热能与热能本专题主要包含反应热的有关概念、热化学方程式的书写与正误判断、化学反应热的计算、盖斯定律的应用等内容。在之前的化学学习中,也许有许多需要大量记忆的内容,但化学理论专题的学习,一定不能死记硬背,而要真正地去理解公式和概念背后的实质性含义。复习这部分知识,我的体会是:(1)要注意准确理解反应热、燃烧热、中和热、吸热反应、放热反应、焓变等概念,注意概念的要点、关键词等;对于能量与物质稳定性、能量变化与反应条件之间的关系要理解到位。(2)要理解放热反应和吸热反应的实质,能解决与此有关的图像问题。(3)热化学方程式的书写与正误判断要注意物质聚集状态、焓变的数值与化学
2、计量数的对应关系等。(4)利用盖斯定律书写热化学方程式和计算焓变时,要注意抓住参加反应的物质的聚集状态、前后位置及化学计量数等,进行准确推断与相关计算。考点30考点31试做真题高手必备萃取高招对点精练反应热的有关概念热化学方程式的书写1.(2015北京,9)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:考点30考点31试做真题高手必备萃取高招对点精练下列说法中正确的是()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OC.CO和O生成了具有极性共价键的CO2D.状态状态表示CO与O2反应的过程【答案】C由图示可知CO和O
3、生成CO2是放热反应,A项错误;由状态、状态可知CO没有断键,B项错误;CO2中碳氧键为极性键,C项正确;状态状态表示CO与O反应的过程,过程中未出现O2,D项错误。考点30考点31试做真题高手必备萃取高招对点精练2.(2014海南,4)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HH键、HO键和O O键的键焓H分别为436 kJ mol-1、463 kJ mol-1、495 kJ mol-1,下列热化学方程式正确的是()考点30考点31试做真题高手必备萃取高招对点精练【答案】D根据“HH键、HO键和O O键的键焓H分别为436 kJ mol-1、463 kJ mol-1、49
4、5 kJ mol-1”,可以计算出2 mol H2和1 mol O2完全反应生成2 mol H2O(g)产生的焓变是436 kJ mol-12+495 kJmol-11-463 kJ mol-14=-485 kJ mol-1,所以该过程的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-485 kJ mol-1,D项正确。考点30考点31试做真题高手必备萃取高招对点精练3.(2013上海,9)将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。由此可见()A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B.该反应中,热能转化为产物内部的能
5、量C.反应物的总能量高于生成物的总能量D.反应的热化学方程式为NH4HCO3+HCl NH4Cl+CO2+H2OH0【答案】B醋酸逐渐凝固说明反应吸收热量导致温度降低,即NH4HCO3与HCl的反应为吸热反应,A项错误;因反应为吸热反应,即吸收的热量转化为产物内部的能量,B项正确;因反应为吸热反应,则生成物的总能量高于反应物的总能量,C项错误;书写热化学方程式时,应注明物质的聚集状态及H的数值和单位,D项错误。考点30考点31试做真题高手必备萃取高招对点精练中能量变化的是()考点30考点31试做真题高手必备萃取高招对点精练【答案】DA+B XH0,X具有的能量大于A、B能量总和,A、C两项错误
6、;X CH0,A+B CH0,C具有的能量小于X具有的能量,也小于A、B能量总和,D项正确,B项错误。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点311.焓变与反应热(1)反应热与焓变的定义:反应热是化学反应中吸收或放出的热量。恒压条件下的反应热,称之为焓变,符号为H,单位为kJ mol-1。(2)化学反应中的能量变化 放热反应H0 试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31a表示断裂旧化学键吸收的热量,也可以表示反应的活化能。b表示生成新化学键放出的热量,也可以表示活化分子生成生成物所释放的能量。c表示反应的反应热,可通过计算求得反应热(焓变)。a.从物质所具有的焓角度分析,焓变(H)
7、为生成物的焓与反应物的焓之差:H=H(生成物)-H(反应物)。b.从化学键角度分析,焓变为反应物总键能与生成物总键能之差:H=a-b(如图所示)。(3)放热反应和吸热反应常见的放热反应:可燃物的燃烧;酸碱中和反应;大多数化合反应;金属与酸(或水)的置换反应;物质的缓慢氧化;铝热反应等。常见的吸热反应:大多数分解反应;盐的水解;Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应;碳与水蒸气、C与CO2的反应等。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点312.燃烧热和中和热(1)燃烧热定义:在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,叫做该物质的燃烧热。其中的“完全燃烧”,
8、是指物质中下列元素完全转变成对应的稳定氧化物:CCO2(g),HH2O(l),SSO2(g)等。在书写表示燃烧热的热化学方程式时,应以燃烧 1 mol可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数。例如表示辛烷燃烧热的热H=-5 518 kJmol-1。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31(2)中和热 试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31(3)中和反应反应热的测定实验基础:a.装置b.50 mL 0.55 molL-1的NaOH溶液和50 mL 0.50 molL-1的稀盐酸混合反应。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31t1起始温度,t2终止温度(反应完毕后的最高温
9、度)实验注意事项:a.碎泡沫塑料和塑料板的作用是隔热、保温,减少实验过程中的热量损失。b.为保证酸完全被NaOH溶液中和,采取的措施是碱稍过量。c.因为弱酸或弱碱电离时吸热,实验中若使用弱酸、弱碱,则反应放出的热减少,即H偏大。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点313.热化学方程式(1)热化学方程式及其意义定义:表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。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。H=-285.8 kJ mol-1,表示在25 和1.01105 Pa下,1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g)完全反应生成1 mol H2O(l)
10、时放出热量285.8 kJ。注意事项:a.热化学方程式中H的单位为kJmol-1,它是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化。式中的“mol-1”不能理解为每摩尔反应物或生成物,可以理解为“每摩尔反应”。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31b.热化学方程式中化学计量数仅表示该物质的物质的量,因此化学计量数可以是整数也可以是分数。(2)热化学方程式的书写方法试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31【疑难辨析】(1)物质发生化学变化都伴有能量的变化。但有能量变化的过程并不都是化学变化。如物质的三态变化也伴随能量变化,但却属于物理变化。(2)化学
11、反应是吸热还是放热与反应条件无直接关系。需要加热的反应不一定是吸热反应,如燃料的燃烧一般需要加热或点燃才能进行;而不需要加热就可以进行的反应也不一定是放热反应,如Ba(OH)28H2O和NH4Cl的反应在常温下进行,但属于吸热反应。(3)可逆反应的H表示完全反应时的热量变化,与反应是否可逆无关。(4)燃烧热定义中稳定的氧化物是指常温下稳定的氧化物,如CO2、SO2、H2O(l)、P2O5等。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31(5)表示中和热的热化学方程式要生成1 mol液态水,表示燃烧热的热化学方程式则应以1 mol可燃物为标准。有弱酸(或弱碱)参与反应的中和热的H-57.3 k
12、J mol-1,因为弱酸或弱碱的电离吸收热量。(6)中和热测定实验中,应用环形玻璃搅拌棒上下搅动。因为金属传热快,热量损失大,所以不能用金属搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31典例导引典例导引1(1)(2015海南,16节选)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H=kJmol-1。(2)(2014浙江,27节选)已知:H1=+218.4 kJmol-1(反应)H2=-175.6 kJmol-1(反应)试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31假设某温度下,反应的速率(v1)大于反应的速率(v2),则下列反应
13、过程的能量变化示意图正确的是。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31(3)(2015浙江,28节选)乙苯催化脱氢制苯乙烯的反应为 已知:计算上述反应的H=kJmol-1。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31【解析】(1)根据图像可知,H=209 kJmol-1-348 kJmol-1=-139 kJmol-1。(2)由于反应是吸热反应,故反应生成物所具有的能量高于反应物所具有的能量,A、D项错误;反应的速率(v1)大于反应的速率(v2),说明反应的活化分子百分数比较大、活化能低于反应,反应的中间产物所具有的能量低,B项错误。(3)计算依据为反应物的总键能减去生成物的总键能
14、等于反应的焓变。反应可看成是苯乙烷中乙基的两个碳氢键断裂,由碳碳单键变成碳碳双键,同时有H2生成,故有H=412 kJmol-12+348 kJmol-1-612 kJmol-1-436 kJmol-1=+124 kJmol-1。【答案】(1)-139(2)C(3)+124试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31高招1解答反应热或焓变有关问题的注意点解答反应热或焓变有关问题的注意点(1)正确理解活化能与反应热的关系催化剂能降低反应的活化能,但不影响焓变(反应热)的大小。(2)有关反应热的答题规范用“焓变(H)”表示反应热时,H0表示反应吸热,H0表示反应放热,因而,H的数值需要带“+”
15、“-”。书写热化学方程式时一定要正确标出各物质的聚集状态。H的单位为“kJmol-1”,不能错写为“kJ”。(3)利用键能计算反应热,其关键是数清物质所含化学键的数目。常见单质、化合物中所含共价键的数目:含1 mol C的金刚石中含2 mol CC键;含1 mol硅的晶体中含2 mol SiSi键;1 mol SiO2晶体中含4 mol SiO键;1 mol白磷(P4)中含有6 mol PP键;1 mol P4O10(即通常所说的五氧化二磷)中含有12 mol PO键、4 mol P O键;1 mol CH3CH3中含有6 mol CH键和1 mol CC键等。试做真题高手必备萃取高招对点精练
16、考点30考点31典例导引典例导引2(2017广东佛山模拟)已知:101 kPa时1 mol辛烷完全燃烧生成液态水时放出的热量为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()H=-114.6 kJmol-1A.B.C.D.只有试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31【解析】根据题意,辛烷燃烧生成的水应是液态而不是气态,故错误;中未标明反应物、生成物的聚集状态。【答案】C试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31高招2热化学方程式书写或正误判断需要审查的热化学方程式书写或正误判断需要审查的“五个方
17、面五个方面”(1)化学原理是否正确。如燃烧热和中和热的热化学方程式是否符合燃烧热和中和热的概念。(2)反应热H的符号是否正确。放热反应的H0。(3)要注明反应物和生成物的聚集状态。特别注意水溶液中物质的表示符号为aq,而纯液体的表示符号为l。(4)化学计量数只表示物质的量,因此可以是整数,也可以是分数。化学计量数改变,H要相应改变;正、逆反应H的绝对值相等,符号相反。(5)热化学方程式一般不要求写反应条件,不用注明“点燃”“加热”等反应条件;不必标注“”“”等。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31典例导引典例导引3某实验小组用0.50 molL-1 NaOH溶液和0.50 molL
18、-1硫酸溶液进行反应热的测定。(1)写出该反应的热化学方程式生成1 mol H2O(l)时的反应热为-57.3 kJmol-1:。(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验,实验数据如下表。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31请填写下表中的空白:近似认为0.50 molL-1NaOH溶液和0.50 molL-1硫酸溶液的密度都是1.0 gmL-1,中和后生成溶液的比热容c=4.18 J(g)-1。则生成1 mol H2O(l)时的反应热H=(取小数点后一位)。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31上述实验结果与-57.3 kJmol-1有偏差,产生偏差的
19、原因不可能是(填字母)。a.实验装置保温、隔热效果差b.量取NaOH溶液的体积时仰视读数c.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31【解析】(2)第2组数据偏差较大,应舍去,其他三组的温度差平均值为4.0。放出的热量偏少可能是有热量散失,a、c、d所述都会造成热量的损失,b项操作会导致反应放出的热量偏多。【答案】(1)H2SO4(aq)+2NaOH(aq)Na2SO4(aq)+2H2O(l)H=-114.6 kJmol-1(2)4.0-53.5 kJmol-1b试做真题高手必备萃
20、取高招对点精练考点30考点31高招3规范操作、注意细节规范操作、注意细节,成功规避中和热测定实验中的成功规避中和热测定实验中的“易错易错点点”(1)中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应。(2)酸碱溶液应当用稀溶液(0.10.5 molL-1),若溶液浓度过大,会造成较大的测量误差。(3)应使用两只量筒分别量取酸和碱。(4)若使用同一支温度计分别测量酸、碱及混合液的最高温度,测完一种溶液后,必须用水冲洗干净并用滤纸擦干,然后再测另一种溶液的温度。(5)取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算,而不是取计算结果的平均值,计算时应注意单位的统一;实验所测t中的离群数
21、据要注意舍弃。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31B(l)。下列能量变化示意图正确的是()程,故2A(g)能量最高,B(l)能量最低,只有A项符合题意。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点312.(2017山西临汾模拟)实验室进行中和热测定的实验时,除需要大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)外,其他所用的仪器和试剂均正确的一组是()A.0.50 molL-1盐酸,0.50 molL-1 NaOH溶液,100 mL量筒1个B.0.50 molL-1盐酸,0.55 molL-1 NaOH溶液,100 mL量筒2个C.0.50 molL-1盐酸,0.55 molL-1
22、NaOH溶液,50 mL量筒1个D.0.50 molL-1盐酸,0.55 molL-1 NaOH溶液,50 mL量筒2个【答案】D本实验中为了保证0.50 molL-1盐酸完全被中和,应采用0.55 molL-1 NaOH溶液,使碱稍过量,故A项不符合;所需酸、碱量均为50 mL,故B项不符合;酸、碱溶液应分别用不同的量筒量取,故C项不符合。试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点313.(2017安徽池州模拟)下列依据热化学方程式得出的结论正确的是()A.常温常压下,1 g H2在足量Cl2中燃烧生成HCl气体放出92.3 kJ则含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28
23、.7 kJ的热量D.相同条件下,2 mol氢原子所具有的能量小于1 mol氢分子所具有的能量试做真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31【答案】CH2在Cl2中燃烧放出热量,HH3B.H1H3CuSO4(s)+5H2O(l),H3=H1-H20。由于H10,H2H2,H3H1,A、C、D项错误,B项正确。透析真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31试做真题2.(2013课标全国,12)在1 200 时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应:透析真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31试做真题【答案】A将题干中的四个反应依次编号为,根据盖斯 透析真题高手必备萃取高招对点精练考点30考点31
24、试做真题3.(2013海南,5)已知下列反应的热化学方程式:则反应4C3H5(ONO2)3(l)12CO2(g)+10H2O(g)+O2(g)+6N2(g)的H为()A.12H3+5H2-2H1B.2H1-5H2-12H3C.12H3-5H2-2H1D.H1-5H2-12H3【答案】A分析所求反应的热化学方程式,反应物中有4 mol C3H5(ONO2)3,可知应-2式,由生成物中有12 mol CO2(g)可知应+12式,生成物中有10 mol H2O(g)可知应+5式,所以H=12H3+5H2-2H1。考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题(1)(2015课标全国,27节
25、选)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:已知反应中相关的化学键键能数据如下:由此计算H1=kJmol-1;已知H2=-58 kJmol-1,则H3=kJmol-1。考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题(2)(2014课标全国,28节选)已知:考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题【解析】(1)根据反应热=断开旧键吸收的总能量-形成新键释放的总能量,可得H1=(1 076+4362)kJmol-1-(4133+343+465)kJmol-1=-99 kJmol-1。式-式
26、可得式,故H2-H3=H1,H3=-58 kJmol-1-(-99 kJmol-1)=+41 kJmol-1。(2)将已知的三个热化学方程式按照先后顺序依次编序为,用-即为所求的热化学方程式,由此可得到H=-45.5 kJmol-1。【答案】(1)-99+41(2)-45.5考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题1.盖斯定律(1)内容: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。如:由反应物A生成产物B可以设计如图所示两条途径,则H、H1、H2的关系可以表示为H=H1+H2。(2)本质:盖斯定律的本
27、质是能量守恒定律。(3)根据盖斯定律计算反应热:应用盖斯定律除虚拟反应途径外,还可以用热化学方程式之间的“四则运算”法计算,如考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题可由上述方程式:2-2,得2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=2(H1-H2)2.反应热(H)的计算方法(1)根据热化学方程式计算:反应放出或吸收的热量与反应物和生成物各物质的物质的量成正比;(2)根据反应物和生成物的总能量计算(理论上成立,实际上无法进行,因为反应物和生成物的总能量是无法获知的);(3)依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算,即H=反应物键能总和-生成物键能总和;(4)根
28、据盖斯定律进行计算;(5)根据物质的燃烧热进行计算:Q(放)=n(可燃物)燃烧热;(6)根据比热公式进行计算:Q=cmT。考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题3.反应热(H)大小比较三要点(1)比较H的大小时,不要只比较H绝对值的大小,还要考虑其符号。(2)当各物质的状态一定时,参加反应物质的量越多,放热反应的H越小,吸热反应的H越大。(3)参加反应物质的量和状态一定时,反应的程度越大,热量变化越大。考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题典例导引典例导引(2017湖北武汉模拟)现有三个热化学方程式:A.-488.3 kJmol-1B.+488.3 kJmo
29、l-1C.-2 228.9 kJmol-1D.+191 kJmol-1考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题【解析】运用盖斯定律解题时先观察方程式2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l)的化学计量数,然后利用盖斯定律进行整合叠加。由(2)2+(3)2-(1)得:2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l)H=(-393.5 kJmol-1)2+(-285.8 kJmol-1)2-(-870.3 kJmol-1)=-488.3 kJmol-1,选A。【答案】A考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题高招求算焓变的方法之一求算焓变的方法
30、之一已知热化学方程式叠加法已知热化学方程式叠加法首先观察已知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(或目标热化学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H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H也要进行相应的换算。考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题(3)将已知热化学方程式进行叠加,相应的热化学方程式
31、中的H也进行叠加即得目标热化学方程式。考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题1.(经典考题)已知:HCN(aq)与NaOH(aq)反应的H=-12.1 kJmol-1;HCl(aq)与NaOH(aq)反应的H=-55.6 kJmol-1。则HCN在水溶液中电离的H等于()A.-67.7 kJmol-1B.-43.5 kJmol-1C.+43.5 kJmol-1D.+67.7 kJmol-1【答案】C根据题意可得如下热化学方程式:HCN(aq)+OH-(aq)H+(aq)+CN-(aq)H=(-12.1 kJmol-1)-(-55.6 kJmol-1)=+43.5 kJmol-
32、1,C项正确。考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题2.(经典考题)(1)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。H=+247.4 kJmol-1以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为。考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题(2)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知表示H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)燃烧热的H分别为-285.8 kJmol-1、-283.0 kJmol-1和
33、-726.5 kJmol-1。请回答下列问题:用太阳能分解10 mol水消耗的能量是 kJ。甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为。H=+165.0 kJmol-1(2)2 858H=-443.5 kJmol-1 考点30考点31透析真题高手必备萃取高招对点精练试做真题式得到,故H=+165.0 kJmol-1。(2)因为1 mol氢气燃烧生成1 mol水放出的热量是285.8 kJ,则1 mol水分解需要吸收285.8 kJ的能量,所以用太阳能分解10 mol水需要的能量是2 858 kJ。根据题意写出如下热化学方程式:726.5+283.0)kJmol-1=-443.5 kJmol-1。
