专题十三 化学能与热能
课标要求 考情分析 核心素养
1.了解化学反应中能量转化的原因及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,能正确书写热化学方程式； 4.了解焓变(△H)与反应热的含义； 5.了解燃烧热、中和热的定义，中和反应反应热的测定； 6.了解有关燃烧热、中和热的计算，燃烧热、中和热的热化学方程式的书写； 7.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算； 8.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 新高考3年考频 100% 变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知
试题难度 一般
考查形式 选择题、填空题
高频考向: 1. 选择题：以化学反应与能量的基本概念立题,考查化学反应中能量转化的形式、反应热的有关计算及热化学方程式的书写； 2. 填空题：以盖斯定律的应用立题，以图像或者实际的化工生产为载体，常涉及平行反应、多步连锁反应、反应历程、快慢反应及活化能等考点，着重考查热化学方程式书写及反应热的计算。
命题趋势：
高考试卷中的必考题，试题突显化学基础性和命题创新性，体现育人功能和学科价值 。仍会以化工原理综合大题的某一设问为主，也不排除以选择题的形式对盖斯定律的应用及△H的大小比较进行考查。要对以图象、图表为背景考查能量变化、化学键键能、正逆反应的活化能关系及简单计算等多加关注，与反应历程图形结合考查的形式是近年的一种新发展和变化。另外试题可能更加关注能源问题，以期引导考生形成与环境和谐共处，合理利用自然资源的观念。
解题思路：
解答化学能与热能图像题的技巧总结：
一、通览全图，理清坐标含义：能量变化过程图的横坐标一般表示反应的历程，横坐标的不同阶段表示一个完整反应的不同阶段。纵坐标表示能量的变化，不同阶段的最大能垒即该反应的活化能；
二、细看变化，分析各段反应：仔细观察曲线(或直线)的变化趋势，分析每一阶段发生的反应是什么，各段反应是放热还是吸热，能量升高的为吸热，能量下降的为放热；
三、综合分析，做出合理判断：综合整合各项信息，回扣题目要求，做出合理判断，如利用盖斯定律将各步反应相加，即得到完整反应；催化剂只改变反应的活化能，但不改变反应的反应热。
真题溯源
[2021.浙江卷]相同温度和压强下，关于反应的△H，下列判断正确的是（ ）
A. △H1＞0，△H2＞0
B. △H3=△H1+△H2
C. △H1＞△H2，△H3＞△H2
D. △H2=△H3+△H4
2. [2021.重庆卷]“天朗气清，惠风和畅”。研究表明，利用Ir+可催化消除大气污染物N2O和CO，简化中间反应进程后，相对能量变化如图所示。
已知CO(g)的燃烧热ΔH＝-283 kJ/mol，则2N2O(g)＝2N2(g)+O2(g)的反应热ΔH =（ ）
A.-152 kJ/mol B.-76 kJ/mol C.+76 kJ/mol D.+152 kJ/mol
3.[2021.山东卷]18O标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解，部分反应历程可表示为：能量变化如图所示。已知为快速平衡，下列说法正确的是（ ）
A. 反应Ⅱ、Ⅲ为决速步
B. 反应结束后，溶液中存在18OH-
C. 反应结束后，溶液中存在CH318OH
D. 反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变
4.[2022.广东广州模考] N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O+表面转化为无害气体，其反应为：N2O(g)+CO(g)=CO2(g)+N2(g) ΔH，有关化学反应的物质变化过程如图1所示，能量变化过程如图2所示，下列正确的是 （ ）
A. 由图1、图2可知ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔE1-ΔE2
B. 加入Pt2O+作为反应物，可使反应的焓变减小
C. 正反应的活化能大于逆反应的活化能
D. 物质的量相等的N2O、CO的键能总和大于CO2、N2的键能总和
5.[2022.江苏南京模考] HCHO（g）与O2（g）在催化剂Ca2（PO4）3（OH）（简写为HAP）表面催化生成CO2（g）和H2O（g）的历程示意图如图。已知该反应在较高温度下不能自发进行。
下列说法不正确的是（ ） A.ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和 B.羟基磷灰石（HAP）的作用是降低反应的活化能，加快反应速率 C.HCHO与CO2分子中的中心原子的杂化轨道类型相同 D.反应HCHO（g）+O2（g）CO2（g）+H2O（g）的ΔS＜0
6.[2022.安徽芜湖一模] 肼是一种常见的还原剂，不同条件下分解产物不同，60～300℃时，在Cu等金属表面肼分解的机理如图所示。
已知200℃时：Ⅰ．3N2H4(g)＝N2(g)+4NH3(g) ΔH1＝-32.9 kJ·mol-1；
Ⅱ．N2H4(g)+H2(g)＝2NH3(g) ΔH2＝-41.8 kJ·mol-1。
下列说法不正确的是
A.肼属于共价化合物
B.图示过程①、②都是吸热反应
C.反应Ⅰ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:1
D.200℃时，肼分解的热化学方程式为N2H4(g)＝N2(g)+2H2(g) ΔH＝+50.7 kJ·mol-1
7. [2022.漳浦模考]有关热化学方程式的书写与对应表述均正确的是（ ）
A.稀醋酸与0.1 molL-1 NaOH溶液反应：H+（aq）+OH-（aq）= H2O（l） ΔH=-57.3kJmol-1
B.密闭容器中，9.6g硫粉与11.2g铁粉混合加热生成17.6g疏化亚铁时，放出19.12kJ热量，则Fe（s）+S（s）= FeS（s） ΔH=-95.6 kJmol-1
C.氢气的燃烧热为285.8 kJmol-1，则水电解的热化学方程式为2H2O（l）=2H2（g）+O2（g） ΔH=285.8 kJmol-1
D.已知2C（s）+O2（g）= 2CO（g） ΔH=-221 kJmol-1，则可知C的燃烧热为110.5 kJmol-1
8. [2022.四川一模]如图所示是生产水煤气的反应C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）的能量变化，由图可判断下列说法正确的是（ ）
A.容器内充入1mol CO（g）、1mol H2（g）后充分反应，放出（b-a）kJ的热量
B.C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）ΔH=-（b-a）kJ mol-1
C.该反应过程中既有能量的吸收又有能量的释放
D.加入催化剂可以减小（b-a）的值，从而提高反应的焓变
9. [2022.湖南联考]（1）以NH3、CO2为原料生产重要的高效氮肥——尿素[CO（NH2）2]，涉及反应的反应过程中能量变化示意图如图1所示：
写出第一步反应的热化学方程式： 。已知两步反应中第二步反应是生产尿素的决速步骤，可判断Ea1 （填“>”“<”或“=”）Ea3。
（2）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了丙烷在六方氮化硼催化剂表面氧化脱氢制丙烯的反应历程，部分历程如图2所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
该历程中决速步骤能垒（活化能）为 eV。该历程中最低能垒对应步骤的化学方程式为 。该历程之后可能发生反应的化学方程式为 。
（3）已知I．C（s）+CO2（g）=2CO（g） △H1=+172 kJ mol-1；
II．CaSO4（s）+2C（s）=2CO2（g）+CaS（s） △H2=+226 kJ mol-1。
若某反应的平衡常数表达式为K=c4（CO），请结合反应I、II写出此反应的热化学方程式： 。又知该反应正反应的活化能Ea（正）=a kJ mol-1，则其逆反应的活化能Ea（逆）= 。
2专题十三 化学能与热能
课标要求 考情分析 核心素养
1.了解化学反应中能量转化的原因及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,能正确书写热化学方程式； 4.了解焓变(△H)与反应热的含义； 5.了解燃烧热、中和热的定义，中和反应反应热的测定； 6.了解有关燃烧热、中和热的计算，燃烧热、中和热的热化学方程式的书写； 7.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算； 8.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 新高考3年考频 100% 变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知
试题难度 一般
考查形式 选择题、填空题
高频考向: 1. 选择题：以化学反应与能量的基本概念立题,考查化学反应中能量转化的形式、反应热的有关计算及热化学方程式的书写； 2. 填空题：以盖斯定律的应用立题，以图像或者实际的化工生产为载体，常涉及平行反应、多步连锁反应、反应历程、快慢反应及活化能等考点，着重考查热化学方程式书写及反应热的计算。
命题趋势：
高考试卷中的必考题，试题突显化学基础性和命题创新性，体现育人功能和学科价值 。仍会以化工原理综合大题的某一设问为主，也不排除以选择题的形式对盖斯定律的应用及△H的大小比较进行考查。要对以图象、图表为背景考查能量变化、化学键键能、正逆反应的活化能关系及简单计算等多加关注，与反应历程图形结合考查的形式是近年的一种新发展和变化。另外试题可能更加关注能源问题，以期引导考生形成与环境和谐共处，合理利用自然资源的观念。
解题思路：
解答化学能与热能图像题的技巧总结：
一、通览全图，理清坐标含义：能量变化过程图的横坐标一般表示反应的历程，横坐标的不同阶段表示一个完整反应的不同阶段。纵坐标表示能量的变化，不同阶段的最大能垒即该反应的活化能；
二、细看变化，分析各段反应：仔细观察曲线(或直线)的变化趋势，分析每一阶段发生的反应是什么，各段反应是放热还是吸热，能量升高的为吸热，能量下降的为放热；
三、综合分析，做出合理判断：综合整合各项信息，回扣题目要求，做出合理判断，如利用盖斯定律将各步反应相加，即得到完整反应；催化剂只改变反应的活化能，但不改变反应的反应热。
真题溯源
[2021.浙江卷]相同温度和压强下，关于反应的△H，下列判断正确的是（ ）
A. △H1＞0，△H2＞0
B. △H3=△H1+△H2
C. △H1＞△H2，△H3＞△H2
D. △H2=△H3+△H4
【答案】C
【解析】A．环己烯、1，3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应，△H＜0，故A错误；
B．苯分子中没有碳碳双键，其中的碳碳键是介于单键和双键之间的特殊共价键，因此，其与氢气完全加成的反应热不等于环己烯、1，3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应的反应热之和，即，故B错误；
C．环己烯、1，3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应，1mol1，3-环己二烯含2mol碳碳双键，反应放热多，故△H1＞△H2；苯与氢气发生加成反应生成1，3-环己二烯的反应为吸热反应（），根据盖斯定律可知，苯与氢气完全加成的反应热，因此，因此△H3＞△H2，故C正确；
D．根据盖斯定律可知，△H3=△H4+△H2，故D错误；故选：C。
2. [2021.重庆卷]“天朗气清，惠风和畅”。研究表明，利用Ir+可催化消除大气污染物N2O和CO，简化中间反应进程后，相对能量变化如图所示。
已知CO(g)的燃烧热ΔH＝-283 kJ/mol，则2N2O(g)＝2N2(g)+O2(g)的反应热ΔH =（ ）
A.-152 kJ/mol B.-76 kJ/mol C.+76 kJ/mol D.+152 kJ/mol
【答案】A
【解析】①CO(g)的燃烧热ΔH＝-283 kJ/mol，CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH＝-283 kJ/mol，根据图可知，②N2O(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g) ΔH＝-(330-123+229-77)kJ/mol=-359 kJ/mol，由盖斯定律可知，②×2-①×2，得2N2O(g)＝2N2(g)+O2(g)的反应热ΔH=-359 kJ/mol×2-（-283 kJ/mol×2）=-152kJ/mol，故答案选A。
3.[2021.山东卷]18O标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解，部分反应历程可表示为：能量变化如图所示。已知为快速平衡，下列说法正确的是（ ）
A. 反应Ⅱ、Ⅲ为决速步
B. 反应结束后，溶液中存在18OH-
C. 反应结束后，溶液中存在CH318OH
D. 反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变
【答案】B
【解析】A.因 为快速平衡，一般来说，反应的活化能越高，反应速率越慢，由图可知，反应I和反应IV的活化能较高，因此反应的决速步为反应I、IV，，故A错误；
B. 反应I为加成反应，而为快速平衡，反应II的成键和断键方式为或，后者能生成18OH-，因此反应结束后，溶液中存在18OH-，故B正确；
C. 结合反应历程I、II、III、IV和 可知，18O只存在于乙酸甲酯、乙酸、氢氧根离子、水分子中，不会在甲醇分子中存在，故C错误；
D. 图示总反应的焓变=反应物的总焓-生成物的总焓=( I反应的活化能- II反应的活化能)-(III反应的活化能-IV反应的活化能)≠I反应的活化能-IV反应的活化能，故D错误。
4.[2022.广东广州模考] N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O+表面转化为无害气体，其反应为：N2O(g)+CO(g)=CO2(g)+N2(g) ΔH，有关化学反应的物质变化过程如图1所示，能量变化过程如图2所示，下列正确的是 （ ）
A. 由图1、图2可知ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔE1-ΔE2
B. 加入Pt2O+作为反应物，可使反应的焓变减小
C. 正反应的活化能大于逆反应的活化能
D. 物质的量相等的N2O、CO的键能总和大于CO2、N2的键能总和
【答案】A
【解析】A．由1图可知，①N2O(g)+Pt2O+(s)=Pt2O2+(s)+N2(g) △H1，
②Pt2O2+(s)+CO(g)=Pt2O+(s)+CO2(g) △H2，结合盖斯定律计算①+②得到N2O（g）+CO（g）=CO2（g）+N2（g），则ΔH=ΔH1+ΔH2，焓变=正反应活化能-逆反应活化能，图2中ΔE1为正反应活化能，ΔE2为逆反应活化能，所以ΔH=ΔE1-ΔE2， A符合题意；
B. Pt2O+为反应的催化剂，故加入Pt2O+，可降低反应的活化能，不能使反应的焓变减小，B不符题意；
C.根据图象可知，△E1小于△E2，正反应的活化能小于逆反应的活化能， C不符题意；
D.该反应为放热反应，所以反应物的键能总和小于生成物的键能总和，D不符题意；答案选A。
5.[2022.江苏南京模考] HCHO（g）与O2（g）在催化剂Ca2（PO4）3（OH）（简写为HAP）表面催化生成CO2（g）和H2O（g）的历程示意图如图。已知该反应在较高温度下不能自发进行。
下列说法不正确的是（ ） A.ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和 B.羟基磷灰石（HAP）的作用是降低反应的活化能，加快反应速率 C.HCHO与CO2分子中的中心原子的杂化轨道类型相同 D.反应HCHO（g）+O2（g）CO2（g）+H2O（g）的ΔS＜0
【答案】C
【解析】A．任一反应的反应热都满足：ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和，故A正确；
B．由题意可知，羟基磷灰石（HAP）是甲醛催化氧化的催化剂，可以降低反应的活化能，加快反应速率，故B正确；
C．HCHO中C原子的σ键数为3，无孤电子对，杂化方式为sp2杂化，CO2分子中C原子的σ键数为2，无孤电子对，C原子的杂化方式为sp杂化，两者杂化方式不同，故C错误；
D．由图可知，反应HCHO（g）+O2（g）CO2（g）+H2O（g）的ΔH＜0，为放热反应，但在高温下不能自发进行，即高温下，ΔH-TΔS＞0，则ΔS＜＜0，故D正确
6.[2022.安徽芜湖一模] 肼是一种常见的还原剂，不同条件下分解产物不同，60～300℃时，在Cu等金属表面肼分解的机理如图所示。
已知200℃时：Ⅰ．3N2H4(g)＝N2(g)+4NH3(g) ΔH1＝-32.9 kJ·mol-1；
Ⅱ．N2H4(g)+H2(g)＝2NH3(g) ΔH2＝-41.8 kJ·mol-1。
下列说法不正确的是
A.肼属于共价化合物
B.图示过程①、②都是吸热反应
C.反应Ⅰ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:1
D.200℃时，肼分解的热化学方程式为N2H4(g)＝N2(g)+2H2(g) ΔH＝+50.7 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】A．N2H4中只含有共价键，则N2H4属于共价化合物，A不符题意；
B．过程①是N2H4分解生成N2和NH3，已知热化学方程式Ⅰ中△H1为负值，所以图示过程①为放热反应，B符合题意；
C．3N2H4（g）═N2（g）+4NH3（g）反应中，4个N原子的化合价降低得电子，2个N原子的化合价升高失电子，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，C不符题意；
D．根据盖斯定律：（I）-2×（II）得N2H4（g）=N2（g）+2H2（g）△H=-32.9kJ mol-1-2×（-41.8kJ mol-1）=+50.7kJ mol-1，D不符题意；答案选B。
7. [2022.漳浦模考]有关热化学方程式的书写与对应表述均正确的是（ ）
A.稀醋酸与0.1 molL-1 NaOH溶液反应：H+（aq）+OH-（aq）= H2O（l） ΔH=-57.3kJmol-1
B.密闭容器中，9.6g硫粉与11.2g铁粉混合加热生成17.6g疏化亚铁时，放出19.12kJ热量，则Fe（s）+S（s）= FeS（s） ΔH=-95.6 kJmol-1
C.氢气的燃烧热为285.8 kJmol-1，则水电解的热化学方程式为2H2O（l）=2H2（g）+O2（g） ΔH=285.8 kJmol-1
D.已知2C（s）+O2（g）= 2CO（g） ΔH=-221 kJmol-1，则可知C的燃烧热为110.5 kJmol-1
【答案】B
【解析】A．醋酸是弱电解质，不用H+表示，A不符题意；
B.17.6 g硫化亚铁为0.2 mol，放出热量为19.12 kJ，故生成1 mol FeS时放出的热量为95.6 kJ，B符合题意；
C.燃烧热是指1 mol可燃物完全燃烧生成指定产物时放出的热量，即1 mo1氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量为285.8 kJ，则电解1 mol H2O时要吸收285.8 kJ热量，故热化学方程式为2H2O（l）=2H2（g）+O2（g）ΔH=+(285.8×2) kJmol-1，C不符题意；
D.碳的燃烧热是1 mol C完全然烧生成CO2时放出的热量，D不符题意；答案选B。
8. [2022.四川一模]如图所示是生产水煤气的反应C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）的能量变化，由图可判断下列说法正确的是（ ）
A.容器内充入1mol CO（g）、1mol H2（g）后充分反应，放出（b-a）kJ的热量
B.C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）ΔH=-（b-a）kJ mol-1
C.该反应过程中既有能量的吸收又有能量的释放
D.加入催化剂可以减小（b-a）的值，从而提高反应的焓变
【答案】C
【解析】A. 该反应是可逆反应，容器内充入1mol CO（g）、1mol H2（g）后充分反应，放出的热量小于（b-a）kJ，A不符题意；
B. 化学反应中，ΔH=反应物总键能-生成物总键能，故该反应的热化学方程式为C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）ΔH=（b-a）kJ mol-1，B不符题意；
C. 该反应中，反应物中先发生化学键的断裂形成原子，该过程吸收能量；原子再结合为新的物质，该过程释放能量，C符合题意；
D. 加入催化剂，只会降低反应的活化能，不会影响反应的焓变，D不符题意；答案选C。
9. [2022.湖南联考]（1）以NH3、CO2为原料生产重要的高效氮肥——尿素[CO（NH2）2]，涉及反应的反应过程中能量变化示意图如图1所示：
写出第一步反应的热化学方程式： 。已知两步反应中第二步反应是生产尿素的决速步骤，可判断Ea1 （填“>”“<”或“=”）Ea3。
（2）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了丙烷在六方氮化硼催化剂表面氧化脱氢制丙烯的反应历程，部分历程如图2所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
该历程中决速步骤能垒（活化能）为 eV。该历程中最低能垒对应步骤的化学方程式为 。该历程之后可能发生反应的化学方程式为 。
（3）已知I．C（s）+CO2（g）=2CO（g） △H1=+172 kJ mol-1；
II．CaSO4（s）+2C（s）=2CO2（g）+CaS（s） △H2=+226 kJ mol-1。
若某反应的平衡常数表达式为K=c4（CO），请结合反应I、II写出此反应的热化学方程式： 。又知该反应正反应的活化能Ea（正）=a kJ mol-1，则其逆反应的活化能Ea（逆）= 。
【答案】（1） ; < ;
（2）1.73; （或）;;
（3） ;
【解析】（1）由第一步反应的能量变化示意图可知，第一步反应的热化学方程式为 。两步反应中第二步反应是生产尿素的决速步骤，说明第二步反应是慢反应，控制总反应速率，即第二步反应速率小于第一步反应速率，故第二步反应的活化能较第一步反应的活化能大。
（2）该反应历程中的决速步骤为慢反应，活化能越大，反应速率越小，根据题图2，活化能最大的为1.73eV。该历程中最低能垒对应步骤的化学方程式为或。该历程中的产物之一为过氧化氢，其不稳定易分解，故可能发生的反应为。
（3）根据该反应的平衡常数表达式可知，该反应只有生成物CO为气体，且其化学计量数为4。根据已知的两个热化学方程式结合盖斯定律，由II+I×2得新的热化学方程式： 。，则。
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