2024届高中化学一轮复习课件：化学反应的热效应 课件(共87张PPT)

(共87张PPT)
化学反应的热效应
1.化学反应的实质与特征
2.基本概念
(1)体系、环境
与热量
断裂
形成
物质
(2)反应热与
焓变
[微点拨] 反应热与焓变的关系:在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变,用符号ΔH表示。
H
ΔH
3. 吸热反应与放热反应
(1)化学反应中的能量变化(如图)
①a表示断裂旧化学键　　　　的
能量,也可以表示正反应的　　　　;
b表示逆反应的活化能。
②b表示形成新化学键　　　　的能量,也可以表示活化分子结合成生成物分子所　　　　的能量。
③c表示反应的　　　　,可通过计算焓变求得。
吸收
活化能
放出
放出
反应热
a.从物质所具有的焓角度分析,焓变(ΔH)为生成物的焓与反应物的焓之差:ΔH= 　　　　　　　　　　。
b.从化学键角度分析,焓变为反应物的键能和与生成物的键能和之差:ΔH=ΔE(　　 　)-ΔE(　 )= 　　　-　　　(用图中的符号填空)。
H(生成物)-H(反应物)
反应物
生成物
a
b
(2)常见的吸热反应和放热反应
(3)常见的吸热、放热过程
放热过程:放热反应;稀释浓硫酸;氢氧化钠固体溶于水等。
吸热过程:吸热反应;铵盐溶于水等。
放热反应(ΔH<0) 吸热反应(ΔH>0)
　①可燃物的燃烧; 　②酸碱中和反应; 　③大多数化合反应; 　④金属跟酸的置换反应; 　⑤物质的缓慢氧化等 　①大多数分解反应;
　②盐类的水解;
　③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应;
　④碳和水蒸气、C和CO2的反应等
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)放热反应在任何条件下都可以发生,吸热反应不加热就不能发生(　　)
(2)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g) =2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同(　　)
×
[解析]有的放热反应的发生也需要加热,如铝热反应;有的吸热反应不加热也能发生,如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
×
[解析]焓变与反应条件无关,所以同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g) =2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同。
[解析]可逆反应的ΔH表示完全反应时的能量变化,与方程式中的化学计量数有关,与反应是否可逆无关。
(4)反应2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和 ( 　)
(5)H2(g)+Cl2(g) =2HCl(g)　ΔH的“每摩尔反应”表示1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)反应生成2 mol HCl(g) (　 )
(6)物质发生化学变化都伴有能量变化,伴有能量变化的物质变化都是化学变化 (　 )
×
√
(3)可逆反应的ΔH表示完全反应时的能量变化,与反应是否可逆无关( 　)
√
[解析]任何化学反应都伴随着能量的变化,但物质的状态变化也伴随能量变化,而物质的状态变化属于物理变化。
×
2.下列变化过程属于放热反应的是 (　 )
①工业合成氨　②酸碱中和反应　③水蒸气变成液态水　④固体NaOH溶于水　⑤Na在Cl2中燃烧　⑥食物腐败　⑦浓H2SO4稀释　　　 　　　　　 　　　　　
A.①③④⑦ B.②③④⑤ C.①②⑤⑥ D.①②⑤⑦
C
[解析] ①属于放热反应;②属于放热反应;③不属于化学反应;④不属于化学反应;⑤属于放热反应;⑥属于放热反应;⑦不属于化学反应。
3.已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,若向一定容积的密闭容器中加入1 mol N2和 3 mol H2,充分反应后,放出的热量　　　　(填“>”“<”或“=”)92.4 kJ。
<
[解析]题述反应为可逆反应,1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应,因此放出的热量小于92.4 kJ。
1.图为碳酸钙的热分解示意图,下列说法中错误的是(　 )
A.CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量
B.该反应的焓变大于零
C.该反应中有离子键断裂也有共价键断裂,化学键断裂吸收能量,化学键形成放出能量
D.由该反应可推出凡是需要加热才能发生的反应均为吸热反应
题组一　焓变和反应热概念的理解及应用
D
[解析]碳酸钙受热分解的反应是吸热反应,焓变大于零,故CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量,A、B项正确;
在CaCO3中,Ca2+和C之间存在离子键,C 中C与O之间存在共价键,故反应中有离子键断裂,也有共价键断裂,旧化学键断裂需要吸收能量,新化学键形成放出能量,C项正确;
需要加热才能发生的反应不一定为吸热反应,如碳的燃烧需要加热,但该反应是放热反应,D项错误。
2.根据如图所示能量关系示意图,下列说法正确的是 (　 )
A.1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量之和
为393.5 kJ
B.反应2CO(g)+O2(g)= 2CO2(g)中,生成物
的总能量大于反应物的总能量
C.由C(s)→CO(g)的热化学方程式为
2C(s)+O2(g) =2CO(g)　ΔH=-221.2 kJ·mol-1
D.热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量,则CO的热值ΔH=-10.1 kJ·mol-1
C
[解析] A项,由图可知1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量和比1 mol CO2(g)的能量高393.5 kJ,错误;
B项,2CO(g)+O2(g) =2CO2(g)为放热反应,生成物的总能量小于反应物的总能量,错误;
C项,由图可知1 mol C(s)与 mol O2(g)生成1 mol CO(g)放出的热量为393.5 kJ-282.9 kJ=110.6 kJ,且物质的量与焓变的绝对值成正比,焓变为负,则热化学方程式为2C(s)+O2(g) =2CO(g)　ΔH=-221.2 kJ·mol-1,正确;
D项,热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量,则CO的热值为≈10.1 kJ·g-1,错误。
题组二　化学反应中能量变化的图像
1.等物质的量的CH2 =CHCH =CH2与HBr加成生成两种主要产物X、Y的能量与反应过程如图所示。下列说法正确的是 (　 )
A.产物Y比产物X更稳定
B.CH2 =CHCH =CH2+HBr→W的过程放出能量
C.W→X正反应的活化能比W→Y正反应的活
化能大
D.CH2 =CHCH =CH2+HBr→W的速率比W→X
(或Y)的快
A
[解析]能量越低越稳定,则产物Y比产物X更稳定,A正确;
CH2 =CHCH =CH2与HBr的总能量比W的总能量低,为吸热反应,B错误;
由图可知W→X正反应的活化能小,W→Y正反应的活化能大,C错误;
活化能越小,反应速率越快,则CH2 =CHCH =CH2+HBr→W的速率比W→X(或Y)的慢,D错误。
2.铋基催化剂对CO2电化学还原制取HCOOH具有高效的选择性。其反应过程与能量变化如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。
CO2 C HCOO- HCOOH
(1)使用Bi、Bi2O3两种催化剂哪个更有利于CO2的吸附 　　　　。简述判断依据:
　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)CO2电化学还原制取HCOOH的反应ΔH　　　　(填“>”“<”或“=”)0。
Bi2O3
由题图可知,使用Bi2O3催化剂时,相对能量减小得多,趋于更稳定状态
<
2.铋基催化剂对CO2电化学还原制取HCOOH具有高效的选择性。其反应过程与能量变化如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。
CO2 C HCOO- HCOOH
(3)使用Bi催化剂时,最大能垒是　　　　,
使用Bi2O3催化剂时,最大能垒是　　　　。
(4)由*C生成*HCOO-的反应为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
0.38 eV
[解析] (3)使用Bi催化剂时,*CO2→*C过程中的活化能为-0.51 eV-(-0.89 eV)=0.38 eV,使用Bi2O3催化剂时,*C→*C+*HCOO-过程的活化能为-2.54 eV-(-2.86 eV)=0.32 eV。
0.32 eV
*C+HC+e- =C+*HCOO-
[规律小结] 正确理解活化能与反应热的关系
①E1为正反应活化能,E2为逆反应活化能,ΔH=E1-E2。
②催化剂能降低反应所需的活化能,但不影响焓变的大小。
1.概念:表明反应所　　　　　　　　　　的热量的化学方程式。
2.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
　　　　变化。例如:H2(g)+O2(g) =H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1,
表示在25 ℃和1.01×105 Pa下,
　 　。
释放或吸收
能量
1 mol H2(g)和 mol O2(g)反应生成1 mol液态水时放出285.8 kJ的热量
3. 热化学方程式的书写方法
一写方程式——写出配平的化学方程式
二标状态　——用s、l、g、aq标明物质的聚集状态
三标条件　——标明反应的温度和压强(101 kPa、25 ℃时可不标注)
四标ΔH　——在方程式后写出ΔH,并根据信息注明ΔH的“+”或“-”
五标数值　——根据化学计量数计算写出ΔH的值
4. 注意事项
(1)热化学方程式不标“↑”“↓”,但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。
(2)热化学方程式的化学计量数表示物质的量,可以是整数,也可以是分数,其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。
(3)ΔH应包括“+”或“-”、数值和单位(kJ·mol-1)。
(4)正、逆反应ΔH的数值相等、符号相反。
(5)可逆反应的ΔH表示完全反应的热量变化,与反应是否可逆无关。如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,表示在101 kPa、25 ℃时,1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)时放出92.4 kJ 的热量。
(6)同素异形体之间转化的热化学方程式除了注明物质的聚集状态外,还要注明名称。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (ΔH的绝对值均正确)
(1)CH4(g)+2O2(g) =CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ(　　)
(2) NaOH(aq)+HCl(aq) =NaCl(aq)+H2O　ΔH=+57.3 kJ·mol-1 (　　)
×
×
(3) S(s)+O2(g) =SO2(g)　ΔH=+296.8 kJ·mol-1(　　)
×
[解析]反应热的单位应该是kJ·mol-1。
[解析]水未注明聚集状态,且酸碱中和反应ΔH<0。
[解析]燃烧反应是放热反应,ΔH<0。
(4)若2H2O(l) =2H2(g)+O2(g)　ΔH=+571.6 kJ·mol-1,则反应H2(g)+O2(g) =H2O(g)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1 (　 )
(5)反应O2(g)+2SO2(g) 2SO3(g),ΔH的“每摩尔反应”表示1 mol O2(g)和2 mol SO2(g)反应达到平衡状态 (　 )
(6)C(石墨,s) =C(金刚石,s)　ΔH>0,说明石墨比金刚石稳定(　　)
×
√
[解析]能量越低,物质越稳定。
×
2. (1)1 mol C(石墨,s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收131.3 kJ热量,热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　。
(2)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物,放出22.67 kJ的热量,热化学方程式为 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。
(3)已知2.0 g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和液态水时,放出33.4 kJ的热量,则表示肼燃烧热的热化学方程式为　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
C(石墨,s)+H2O(g) =CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1
NH3(g)+O2(g) =NO(g)+H2O(g) ΔH=-226.7 kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g) =N2(g)+2H2O(l) ΔH=-534.4 kJ·mol-1
(4)图是1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式:
　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。
NO2(g)+CO(g) =CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·mol-1
[解析]由题给信息可知,反应物:NO2(g)+CO(g),生成物:CO2(g)+NO(g);反应物→过渡态的E1=134 kJ·mol-1,过渡态→生成物的E2=368 kJ·mol-1,则反应NO2(g)+CO(g) =CO2(g)+NO(g)的ΔH=134 kJ·mol-1-368 kJ·mol-1=-234 kJ·mol-1。
1.碳和水蒸气反应生成1 mol H2和1 mol CO,吸收131.3 kJ热量,该反应的热化学方程式是 (　 )
A.C(s)+H2O(l) =H2(g)+CO(g)　ΔH=-131.3 kJ·mol-1
B.C(s)+H2O(g) =H2(g)+CO(g)　ΔH=-131.3 kJ·mol-1
C.C(s)+H2O(g) =H2(g)+CO(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1
D.C(s)+H2O(l) =H2(g)+CO(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1
题组一　热化学方程式的正误判断
[解析]碳和水蒸气反应生成1 mol H2和1 mol CO,吸收131.3 kJ热量,因此该反应的热化学方程式是C(s)+H2O(g) =H2(g)+CO(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1。
C
2.下列热化学方程式正确的是 (　 )
A.甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol-1,则甲烷燃烧热的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g) =CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-890.3 kJ·mol-1
B.一定条件下,将0.5 mol H2和0.5 mol I2(g)置于密闭容器中充分反应生成HI放热a kJ,其热化学方程式为H2(g)+I2(g) 2HI(g)　ΔH=-2a kJ·mol-1
C.已知在120 ℃、101 kPa下,1 g H2燃烧生成水蒸气放出121 kJ热量,其热化学方程式为H2(g)+O2(g)= H2O(g)　ΔH=-242 kJ·mol-1
D.密闭容器中,9.6 g硫粉与11.2 g铁粉混合加热生成硫化亚铁17.6 g时,放出19.12 kJ热量,则Fe(s)+S(s) =FeS(s)　ΔH=+95.6 kJ·mol-1
C
[解析]燃烧热是指1 mol可燃物完全燃烧生成指定产物所放出的热量,对于甲烷燃烧生成的应该是液态水,而不是气态水,A错误;
一定条件下,将0.5 mol H2和0.5 mol I2(g)置于密闭容器中充分反应生成HI放热a kJ,则I2和H2反应生成1 mol HI(g)时放热大于a kJ,放热焓变为负,则其热化学方程式为I2(g )+H2(g) 2HI(g)　ΔH<-2 a kJ·mol-1,B错误;
1 g(0.5 mol)H2燃烧生成水蒸气放出121 kJ热量,则1 mol H2燃烧生成水蒸气放出242 kJ热量,其热化学方程式为H2(g)+O2(g) =H2O(g)　ΔH=-242 kJ·mol-1,C正确;
n(S)===0.3 mol,n(Fe)===0.2 mol,已知Fe+S FeS,所以Fe的量不足,按照Fe计算,=,所以1 mol Fe反应放出热量为95.6 kJ,所以热化学方程式为Fe(s)+S(s) =FeS(s)　ΔH=-95.6 kJ·mol-1,D错误。
[方法技巧]　 “五审”突破热化学方程式的正误判断
一审ΔH的“+”“-”—放热反应ΔH为“-”,吸热反应ΔH为“+”
二审单位　—单位一定为“kJ·mol-1”,易错写成“kJ”或漏写
三审状态　—物质的聚集状态必须正确,特别是溶液中的反应易写错
四审数据对应性　—反应热的数值必须与方程式的化学计量数相对应,即化学计量数 与ΔH的绝对值成正比。当反应逆向进行时, 其反应热与正反应的 反应热数值相等,符号相反
五审是否符合概念—如燃烧热、中和热的热化学方程式
题组二　热化学方程式的书写
1.(1)2.3 g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃,恰好完全燃烧,生成2.7 g液态水和2.24 L CO2(标准状况)并放出68.35 kJ的热量。写出此反应的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
C2H6O(l)+3O2(g) =2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1367 kJ·mol-1
[解析]通过燃烧的产物可知该有机物中肯定含有碳元素和氢元素,可能含有氧元素。n(H2O)==0.15 mol,n(H)=0.3 mol,m(H)=0.3 g,n(CO2)==0.1 mol,n(C)=0.1 mol,m(C)=1.2 g,则碳元素和氢元素的质量之和是0.3 g+1.2 g=1.5 g<2.3 g,故该有机物中还含有氧元素,氧元素的质量是2.3 g-1.5 g=0.8 g,n(O)=0.05 mol,从而可确定该有机物的分子式为C2H6O,故该反应的热化学方程式为C2H6O(l)+3O2(g) =2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1367 kJ·mol-1。
(2)化学反应N2+3H2 2NH3的能量变化如图所示(假设该反应完全)。
试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　 　　　　。
N2(g)+3H2(g) 2NH3(l)　ΔH=-2(c+b-a) kJ·mol-1
[解析] mol N2(g)+ mol H2(g)→1 mol N+3 mol H的ΔE=a kJ,1 mol N+3 mol H→1 mol NH3(l)的ΔE=(b+c) kJ,则N2(g)+3H2(g) 2NH3(l)　ΔH=-2(c+b-a) kJ·mol-1。
2.(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的热化学方程式如下:
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,则甲醇蒸气燃烧为液态水的热化学方程
式为 　 。
CH3OH(g)+O2(g) =CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-764.7 kJ·mol-1
[解析]依据盖斯定律,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)在微生物的作用下,N经过两步反应被氧化成N。两步反应的能量变化示意图如图:
第二步反应是　　　　(填“放热”或“吸热”)反应。
1 mol N全部被氧化成N(aq)的热化学方程式为
　。
放热
N(aq)+2O2(g) =N(aq)+2H+(aq)+H2O(l)　ΔH=-346 kJ·mol-1
[解析]由题图可知,第二步反应的反应物总能量高于生成物总能量,是放热反应;第一步热化学方程式为N(aq)+O2(g) =2H+(aq)+N(aq)+H2O(l)　ΔH=-273 kJ·mol-1,第二步热化学方程式为N(aq)+O2(g) N(aq)　ΔH=-73 kJ·mol-1,两步热化学方程式相加得1 mol N(aq)全部被氧化成N(aq)的热化学方程式N(aq)+2O2(g)= N(aq)+2H+(aq)+H2O(l)　ΔH=-346 kJ·mol-1。
3.298 K时,1 g H2燃烧生成H2O(g)放热121 kJ,1 mol H2O(l)蒸发吸热44 kJ,表示H2燃烧热的热化学方程式为 　。
H2(g)+O2(g) =H2O(l)　ΔH=-286 kJ·mol-1
[解析] H2的燃烧热是指1 mol H2完全燃烧生成H2O(l)时所放出的热量。1 g H2燃烧生成H2O(g)放热121 kJ,则对应的热化学方程式为①H2(g)+O2(g) =H2O(g)　ΔH1=-242 kJ·mol-1,1 mol H2O(l)蒸发吸热44 kJ,②H2O(l) =H2O(g)　ΔH2=+44 kJ·mol-1,根据盖斯定律,①-②得:H2(g)+O2(g) =H2O(l)　ΔH=ΔH1-ΔH2=(-242 kJ·mol-1)-(+44 kJ·mol-1)=-286 kJ·mol-1。
[规律小结] 书写热化学方程式的“四注意”
(1)热化学方程式中需注明各物质的聚集状态,在方程式后面注明热量变化,吸热反应ΔH>0,放热反应ΔH<0。
(2)ΔH是一定温度和压强下的反应热,在 25 ℃、101 kPa下测定的ΔH可不注明温度和压强。
(3)热化学方程式中的化学计量数表示物质的物质的量,可以是整数也可以是分数,化学计量数改变时,ΔH会相应改变。
(4)正反应和逆反应的ΔH数值相等,符号相反。
1.燃烧热
1 mol
指定产物
1 mol C(s)
CO2(g)
[微点拨1] 理解燃烧热的注意事项
(1)对于燃烧热,由于反应放热是确定的,所以文字描述时可不带“-”,但其焓变为负值。
(2)当用热化学方程式表示燃烧热时,可燃物的物质的量必须为1 mol。
(3)物质完全燃烧生成的指定产物示例:H→H2O(l),C→CO2(g),S→SO2(g),N→N2(g)。
2. 中和反应反应热的测定
(1)实验目的
测定在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时所放出的热量。
(2)测定原理
ΔH=
c=4.18 J·g-1·℃-1=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1;n为生成H2O的物质的量。稀溶液的密度用1 g·mL-1进行计算。
(3)实验装置
简易量热计示意图
[微点拨2] 实验中的注意事项
①隔热层及杯盖的作用是保温、隔热,减少热量损失。
②为保证酸、碱完全中和,常采用碱稍稍过量(0.50 mol·L-1 盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合)。
③实验时不能用铜丝搅拌器代替玻璃搅拌器的理由是铜丝导热性好,比用玻璃搅拌器误差大。
(4)实验结论
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时放出57.3 kJ的热量。
3.能源
(1)能源分类
(2)解决能源问题的措施
①提高能源的利用效率:a.改善开采、运输、加工等各个环节;b.科学控制燃烧反应,使燃料充分燃烧。
②开发新能源:开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1) 1 mol H2燃烧放出的热量为氢气的燃烧热(　　)
(2) 1 mol 硫完全燃烧生成SO3所放出的热量为硫的燃烧热(　　)
×
×
(3) 1 mol N2H4(肼)与足量氧气反应生成NO和液态水所放出的热量是肼的燃烧热(　　)
×
[解析]氢气的燃烧热是指101 kPa时1 mol H2完全燃烧生成液态水时放出的热量。
[解析] 1 mol S完全燃烧生成SO2(g)时所放出的热量为硫的燃烧热。
[解析] 1 mol N2H4完全燃烧生成N2(g)和液态水时所放出的热量是肼的燃烧热。
[解析]稀醋酸是弱酸,电离过程需要吸热,放出的热量要小于57.3 kJ。
(5)稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出57.3 kJ热量(　　)
(4)根据2H2(g)+O2(g) =2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1 可知氢气的燃烧热为571.6 kJ·mol-1(　　)
×
√
[解析]热化学方程式中氢气的化学计量数为2,因此氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol-1。
×
(6)煤、石油、天然气等燃料的最初来源都可追溯到太阳能(　　)
[解析]地球上矿物燃料都由太阳能转化而来。
2.下列关于热化学反应的描述正确的是 (　 )
A.已知H+(aq)+OH-(aq) =H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1,用含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸反应测出的中和反应反应热为28.65 kJ·mol-1
B.CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0 kJ·mol-1,则反应2CO2(g) =2CO(g)+O2(g)的ΔH=+(2×283.0) kJ·mol-1
C.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的燃烧热
D.测定中和反应反应热的实验中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器对实验结果没有影响
B
[解析]中和反应反应热是以生成1 mol H2O(l)作为标准的,A项错误;
B项正确;
有水生成的燃烧反应,必须按液态水计算燃烧热,C项错误;
相较于玻璃搅拌器,铁质搅拌器导热快,会造成热量损失,对实验结果有影响,D项错误。
1.下列关于热化学反应的描述中正确的是 ( 　)
A.氢气的燃烧热为285.5 kJ·mol-1,则水分解的热化学方程式为2H2O(l) =2H2(g)+O2(g)　ΔH=+285.5 kJ·mol-1
B.25 ℃、101 kPa时,1 mol C(s)完全燃烧生成CO(g)放出110.5 kJ热量,但不能据此确定C(s)的燃烧热
C.101 kPa时,2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)　ΔH=-Q kJ·mol-1,则H2的燃烧热为Q kJ·mol-1
D.500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-38.6 kJ·mol-1
题组一　燃烧热的理解
B
[解析]氢气的燃烧热是指1 mol H2燃烧放出的热量,故水分解的热化学方程式为2H2O(l) =2H2(g)+O2(g)　ΔH=+(2×285.5) kJ·mol-1,A错误;
碳的燃烧热是指1 mol 碳完全燃烧生成CO2(g)对应的反应热,故不能据此确定碳的燃烧热,B正确;
H2的燃烧热必须是1 mol氢气完全燃烧生成液态水时所放出的热量,C错误;
该反应为可逆反应,0.5 mol 氮气不能完全反应,故D错误。
2. 工业上,以丁烯为原料制备丙烯的过程涉及反应:
反应Ⅰ:C4H8(g)+C2H4(g) 2C3H6(g)　ΔH1
反应Ⅱ:3C4H8(g) 4C3H6(g)　ΔH2 (主反应)
反应Ⅲ:C4H8(g) 2C2H4(g)　ΔH3 (副反应)
已知三种烃的燃烧热如下表所示:
(1)写出表示C4H8(g)的燃烧热的热化学方程式:　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。
气体 C4H8(g) C2H4(g) C3H6(g)
燃烧热(ΔH)/ (kJ·mol-1) -2539 -1411 -2049
C4H8(g)+6O2(g) =4CO2(g)+4H2O(l)　ΔH=-2539 kJ·mol-1
2. 工业上,以丁烯为原料制备丙烯的过程涉及反应:
反应Ⅰ:C4H8(g)+C2H4(g) 2C3H6(g)　ΔH1
反应Ⅱ:3C4H8(g) 4C3H6(g)　ΔH2 (主反应)
反应Ⅲ:C4H8(g) 2C2H4(g)　ΔH3 (副反应)
已知三种烃的燃烧热如下表所示:
(2)根据上述数据计算,反应Ⅰ的ΔH1=　　　　kJ·mol-1。
气体 C4H8(g) C2H4(g) C3H6(g)
燃烧热(ΔH)/ (kJ·mol-1) -2539 -1411 -2049
+148
[解析]根据燃烧热写出热化学方程式:①C4H8(g)+6O2(g) =4CO2(g)+4H2O(l)　ΔH=-2539 kJ·mol-1;②C2H4(g)+3O2(g) =2CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-1411 kJ·mol-1;③2C3H6(g)+9O2(g) =6CO2(g)+6H2O(l)　ΔH=-4098 kJ·mol-1。根据盖斯定律,由①+②-③可得反应Ⅰ,则有ΔH1=(-2539 kJ·mol-1)+(-1411 kJ·mol-1)-(-4098 kJ·mol-1)=+148 kJ·mol-1。
气体 C4H8(g) C2H4(g) C3H6(g)
燃烧热(ΔH)/ (kJ·mol-1) -2539 -1411 -2049
2. 工业上,以丁烯为原料制备丙烯的过程涉及反应:
反应Ⅰ:C4H8(g)+C2H4(g) 2C3H6(g)　ΔH1
反应Ⅱ:3C4H8(g) 4C3H6(g)　ΔH2 (主反应)
反应Ⅲ:C4H8(g) 2C2H4(g)　ΔH3 (副反应)
已知三种烃的燃烧热如下表所示:
(3)由表中数据可得,反应2C3H6(g) =3C2H4(g)的ΔH=　　　　kJ·mol-1。
气体 C4H8(g) C2H4(g) C3H6(g)
燃烧热(ΔH)/ (kJ·mol-1) -2539 -1411 -2049
+135
[解析] 结合(2)中热化学方程式,由③-②×3可得反应2C3H6(g) =3C2H4(g),则ΔH=(-4098 kJ·mol-1)-(-1411 kJ·mol-1)×3=+135 kJ·mol-1。
[易错警示] 对燃烧热概念的理解及应用
(1)对燃烧热概念的理解
①纯物质即纯净物,可以是单质,也可以是化合物。
②完全燃烧生成指定产物:可燃物中的碳元素变为CO2(g),氢元素变为H2O(l),硫元素变为SO2(g),氮元素变为N2(g)。
(2)根据燃烧热计算反应放出热量:Q=n(可燃物)×|ΔHc|,ΔHc代表燃烧热。
题组二　中和反应反应热测定
1.在测定中和反应反应热的实验中,下列说法正确的是 (　 )
A.使用玻璃搅拌器是为了加快反应速率,减小实验误差
B.为了准确测定反应混合溶液的温度,实验中温度计的水银球应与小烧杯底部接触
C.用0.5 mol·L-1 NaOH溶液分别与0.5 mol·L-1的盐酸、醋酸溶液反应,若所取的溶液体积相等,则测得的反应热数值相同
D.在测定中和反应反应热实验中需要使用的仪器有容量瓶、量筒、温度计、玻璃搅拌器
A
[解析]搅拌可加快反应速率,玻璃搅拌器可减小热量损耗带来的误差,A项正确;
实验中温度计的水银球应位于液面以下,但不能与小烧杯底部接触,B项错误;
HCl为强酸,醋酸为弱酸,弱酸电离要吸收能量,因此两实验中测得的中和反应反应热的数值不同,C项错误;
在测定中和反应反应热实验中不需要容量瓶,D项错误。
2.利用如图所示装置测定中和反应反应热的实验步骤如下:
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸倒入小烧
杯中,测出盐酸温度;②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH
溶液,并用同一温度计测出其温度;③将NaOH溶液倒入小烧杯中,
设法使之混合均匀,测得混合液的最高温度。回答下列问题:
(1)NaOH溶液稍过量的原因是　　　　　　　　　　　。
(2)倒入NaOH溶液的正确操作是　 。
(3)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是　　　　。
A.用温度计小心搅拌 B.揭开杯盖用玻璃棒搅拌
C.轻轻地振荡烧杯 D.用套在温度计上的玻璃搅拌器轻轻地搅动
确保盐酸被完全中和
一次迅速倒入
D
(4)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1 L
1 mol·L-1的稀盐酸恰好完全反应,其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为　 。
ΔH1=ΔH2<ΔH3
[解析] 稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离,它们的中和反应反应热相同,稀氨水中的溶质是弱电解质,它与盐酸的反应中一水合氨的电离要吸收热量,故反应热的数值要小一些。
实验序号 起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃
盐酸 氢氧化钠溶液 混合溶液
1 20.0 20.1 23.2
2 20.2 20.4 23.4
3 20.5 20.6 23.6
(5)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反应后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol H2O时,所释放的热量称为中和热。为了计算中和热,某学生实验记录数据如下:
依据该学生的实验数据计算,该实验测得的中和热ΔH=　　　 　(结果保留一位小数)。
-51.8 kJ·mol-1
题组三　能源的开发与利用
1. 下列说法不正确的是 (　 )
A.天然气是不可再生能源
B.用水煤气可合成液态碳氢化合物和含氧有机物
C.煤的液化属于物理变化
D.火棉是含氮量高的硝化纤维
C
[解析]天然气为化石燃料,是不可再生能源,A项正确;
水煤气可合成辛烷、甲醇等有机物,B项正确;
煤的液化属于化学变化,C项错误;
火棉是含氮量高的硝化纤维,也称作纤维素硝酸酯,D项正确。
2.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。
下列说法正确的是 (　 )
A.H2O的分解反应是放热反应
B.氢能源已被普遍使用
C.2 mol 液态H2O具有的能量低于2 mol
H2(g)和1 mol O2(g)的总能量
D.氢气不易储存和运输,无开发利用价值
C
[解析] 2H2O(l) =2H2(g)+O2(g)是吸热反应,说明2 mol 液态H2O的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的总能量。因由水制取H2耗能多且H2不易储存和运输,所以氢能源并未普及,但发展前景广阔。
1. 盖斯定律
(1)内容:对于一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的。即化学反应的反应热只与反应体系的　　　　　　　有关,而与　　　　　　　无关。如:由反应物A生成产物B可以设计如下两条途径,则ΔH、ΔH1、ΔH2的关系可以表示为　　　　　　　　。
始态和终态
反应的途径
ΔH=ΔH1+ΔH2
转化关系 反应热间的关系
aA B、A B ΔH1=　　　　
A B ΔH1=　　　　
ΔH=　　　　
(2)应用
①根据盖斯定律书写热化学方程式:根据已知热化学方程式,运用加减运算法转化为目标热化学方程式。
②根据盖斯定律计算反应热:
aΔH2
-ΔH2
ΔH1+ΔH2
如已知在25 ℃、101 kPa时:
C(s)+O2(g) =CO2(g)　ΔH=-393.5 kJ·mol-1,
2C(s)+O2(g) =2CO(g)　ΔH=-221 kJ·mol-1,
则CO(g)+O2(g) =CO2(g)的ΔH为　 　　　　。
2.反应热大小比较
(1)吸、放热反应过程中,比较吸收或放出热量(Q)的大小时,只比较数值大小,但比较ΔH大小时,必须带上“+”“-”比较,对于放热反应,放热越多,ΔH越　　　　;对于吸热反应,吸热越多,ΔH越　　　　。
-283 kJ·mol-1
小
大
(2)比较化学反应ΔH大小的方法
①吸热反应的ΔH　　　放热反应的ΔH。
②同一反应,生成物状态不同时
A(g)+B(g) =C(g)　ΔH1<0
A(g)+B(g) =C(l)　ΔH2<0
因为C(g) =C(l)　ΔH3　　0,且ΔH3=　　　　　　　(用ΔH2、ΔH1表示),所以ΔH2　 ΔH1。
大于
<
ΔH2-ΔH1
<
③同一反应,反应物状态不同时
S(g)+O2(g) =SO2(g)　ΔH1<0
S(s)+O2(g) =SO2(g)　ΔH2<0
因为S(g) =S(s)　ΔH3　　0,且ΔH3=　　　　　　(用ΔH2、ΔH1表示),所以ΔH1　ΔH2。
④两个有联系的不同反应相比
C(s)+O2(g) =CO2(g)　ΔH1<0
C(s)+O2(g) =CO(g)　ΔH2<0
根据常识可知CO(g)+O2(g) =CO2(g)　ΔH3　　0,且ΔH3=　　　　　　(用ΔH2、ΔH1表示),所以ΔH2　　　ΔH1。
<
ΔH1-ΔH2
<
<
ΔH1-ΔH2
>
3.反应热的计算
(1)根据热化学方程式计算:Q放=|ΔH|×n(反应物)=|ΔH|×n(生成物)。
(2)根据反应物和生成物的总能量计算:ΔH=E(生成物)-E(反应物)。
(3)根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:ΔH=Σ(反应物的键能)-Σ(生成物的键能)。
(4)根据盖斯定律进行计算。
(5)根据物质燃烧热(ΔH)数值计算:
Q(放)=　 。
n(可燃物)×|ΔH|
[解析] 1 g H2燃烧生成0.5 mol H2O(g)放出热量为0.5a kJ。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)一个反应一步完成或分几步完成,二者相比,经过的步骤越多,放出的热量越多(　 )
(2)由H2(g)+O2(g) =H2O(g)　ΔH=-a kJ·mol-1可知,1 g H2燃烧生成H2O(g)放出的热量为a kJ(　　)
×
×
[解析]一个反应的ΔH大小只与反应体系的始态和终态有关,与途径无关。
(3)已知C(s)+O2(g) =CO2(g)　ΔH1;C(s)+H2O(g) =H2(g)+CO(g)　ΔH2;H2(g)+O2(g) =H2O(g)　ΔH3;CO(g)+O2(g) =CO2(g)　ΔH4;则ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH4 (　 )
(4)已知S(g)+O2(g) =SO2(g)　ΔH1<0,S(s)+O2(g) =SO2(g)　ΔH2<0,则ΔH1<ΔH2(　　)
√
√
[解析] ,ΔH2+ΔH3=ΔH1,则ΔH3=ΔH1-ΔH2,又因ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。
2.关于下列ΔH的判断正确的是 ( 　)
C(aq)+H+(aq) =HC(aq)　ΔH1
C(aq)+H2O(l) HC(aq)+OH-(aq)　ΔH2
OH-(aq)+H+(aq) =H2O(l)　ΔH3
OH-(aq)+CH3COOH(aq) =CH3COO-(aq)+H2O(l)　ΔH4
A.ΔH1<0　ΔH2<0 B.ΔH1<ΔH2
C.ΔH3<0　ΔH4>0 D.ΔH3>ΔH4
B
[解析]反应①:C(aq)+H+(aq) =HC(aq)的逆反应为HC的电离,电离吸热,故ΔH1<0,反应②:C(aq)+H2O(l) HC(aq)+OH-(aq)属于水解反应,一般为吸热反应,故ΔH2>0,A项错误;
ΔH1<0,ΔH2>0,故ΔH1<ΔH2,B项正确;
反应③:H+(aq)+OH-(aq) =H2O(l)属于中和反应,放热,ΔH3<0,反应④:OH-(aq)+CH3COOH(aq) =CH3COO-(aq)+H2O(l)属于中和反应,故ΔH4<0,C项错误;
反应④比反应③多了CH3COOH的微弱电离CH3COOH(aq) CH3COO-(aq)+H+(aq)　ΔH5,电离吸热,故ΔH5>0,反应④-⑤=③,即ΔH4-ΔH5=ΔH3,ΔH4-ΔH3=ΔH5>0,故ΔH4>ΔH3,D项错误。
1.TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g) =TiCl4(g)+O2(g)　ΔH1=+172 kJ·mol-1
(ⅱ)碳氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) =TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH2=-51 kJ·mol-1
反应2C(s)+O2(g) =2CO(g)的ΔH为　　　　kJ·mol-1。
-223
[解析]根据盖斯定律,将“反应ⅱ-反应ⅰ”得到反应2C(s)+O2(g) =2CO(g),则ΔH=-51 kJ·mol-1-172 kJ·mol-1=-223 kJ·mol-1。
题组一　盖斯定律的应用
[方法技巧] 利用盖斯定律书写热化学方程式
(1)运用盖斯定律的技巧——“三调一加”
一调:根据目标热化学方程式,调整已知热化学方程式中反应物和生成物的左右位置,改写已知的热化学方程式。
二调:根据改写的热化学方程式调整相应ΔH的符号。
三调:调整中间物质的化学计量数。
一加:将调整好的热化学方程式及其ΔH相加。
(2)运用盖斯定律的三个注意事项
①热化学方程式乘以某一个数时,反应热的数值必须也乘上该数。
②热化学方程式相加减时,物质之间相加减,反应热也必须相加减。
③将一个热化学方程式颠倒时,ΔH的“+”“-”随之改变,但数值不变。
题组二　利用键能计算反应热
1. NH3和NO是有毒气体,在一定条件下,二者可通过反应转化为无害的N2和H2O。已知:断开1 mol N≡N、1 mol N—H、1 mol N =O、1 mol H—O的键能分别为946 kJ·mol-1、391 kJ·mol-1、607 kJ·mol-1、464 kJ·mol-1,则该反应4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g)的反应热ΔH为 ( 　)
A.-1964 kJ·mol-1 B.+430 kJ·mol-1
C.-1780 kJ·mol-1 D.-450 kJ·mol-1
A
[解析]根据反应的反应热与物质键能之间的关系,可进行如下计算:该反应4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g)的反应热ΔH=∑E(反应物的键能)- ∑ E(生成物的键能)=12E(N—H)+6E(N =O)-5E(N≡N)-12E(H—O)=12×391 kJ·mol-1+6×607 kJ·mol-1-5×946 kJ·mol-1-12×464 kJ·mol-1=-1964 kJ·mol-1。
2. (1)已知白磷和PCl3的分子结构如图所示,现提供以下化学键的键能(kJ·mol-1):P—P 198,Cl—Cl 243,P—Cl 331。
则反应P4(白磷,s)+6Cl2(g) =4PCl3(s)的反应热ΔH=　　　　　　　　　　。
-1326 kJ·mol-1
[解析]根据题图所示,1分子P4、PCl3中分别含有6个P—P、3个P—Cl,反应热为断裂6 mol P—P、6 mol Cl—Cl吸收的能量和形成12 mol P—Cl放出的能量之差,即ΔH=6×198 kJ·mol-1+6×243 kJ·mol-1-12×331 kJ·mol-1=-1326 kJ·mol-1。
(2)科学家已获得了极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四面体(如图所示),与白磷分子相似,已知断裂1 mol N—N吸收193 kJ热量,断裂1 mol N≡N吸收941 kJ热量,则1 mol N4气体转化为2 mol N2时的ΔH=　 。
-724 kJ·mol-1
[解析] 1 mol N4气体转化为2 mol N2时,要断裂6 mol N—N、形成2 mol N≡N,已知断裂1 mol N—N吸收193 kJ热量,断裂1 mol N≡N吸收941 kJ热量,则1 mol N4气体转化为2 mol N2时的ΔH=(193×6-941×2) kJ·mol-1=-724 kJ·mol-1。
[方法技巧]
1.熟记反应热ΔH的基本计算公式
ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量
ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和
2.常见物质中的化学键数目
物质 CO2 (C =O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2 (Si—O) 石墨 (单层) 金刚 石 S8 (S—S) Si
键数 2 4 6 4 1.5 2 8 2
题组三　反应热大小的比较
1. 相同温度和压强下,关于反应的ΔH,下列判断正确的是 ( 　)
(g)+H2(g)→ (g)　ΔH1
(g)+2H2(g)→ (g)　ΔH2
(g)+3H2(g)→ (g)　ΔH3
(g)+H2(g)→ (g)　ΔH4
A.ΔH1>0,ΔH2>0 B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH1>ΔH2,ΔH3>ΔH2 D.ΔH2=ΔH3+ΔH4
C
[解析]环己烷比环己烯、环己二烯稳定,则环己烷能量低,ΔH1<0,ΔH2<0,A项错误;
根据反应方程式,结合盖斯定律,ΔH3=ΔH2+ΔH4,B项错误;
将反应2减去反应1,得 (g)+H2(g)→ (g)　ΔH=ΔH2-ΔH1,由于环己烯比环己二烯稳定,则ΔH2-ΔH1<0,即ΔH2 <ΔH1,同理,将反应3减去反应2,得反应4
(g)+H2(g)→ (g)　ΔH4=ΔH3-ΔH2, 比 稳定,则ΔH3-ΔH2>0,即ΔH3>ΔH2,C项正确;
根据盖斯定律,ΔH2=ΔH3-ΔH4,D项错误。
2.在同温同压下,下列各组热化学方程式中,ΔH2>ΔH1的是(　 )
A.2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)　ΔH1 2H2(g)+O2(g) =2H2O(l)　ΔH2
B.S(g)+O2(g) =SO2(g)　ΔH1 S(s)+O2(g) =SO2(g)　ΔH2
C.C(s)+O2(g) =CO(g)　ΔH1 C(s)+O2(g) =CO2(g)　ΔH2
D.2HCl(g) =H2(g)+Cl2(g)　ΔH1 H2(g)+Cl2(g) =HCl(g)　ΔH2
B
[解析]等量H2(g)完全燃烧生成H2O(l)放出的热量比生成H2O(g)放出的热量多,则有ΔH1>ΔH2,A错误;
等量S(g)具有的能量高于S(s)具有的能量,等量S(g)反应放出热量比S(s)反应放出的热量多,则有ΔH2>ΔH1,B正确;
等量C(s)完全燃烧生成CO2(g)放出的热量比生成CO(g)放出的热量多,则有ΔH1>ΔH2,C错误;
HCl(g)分解生成H2(g)和Cl2(g)是吸热反应,H2(g)和Cl2(g)生成HCl(g)是放热反应,则有ΔH1>ΔH2,D错误。
[规律小结] 反应热大小比较
(1)看物质状态。物质的气、液、固三态转化时的能量变化如下:
(2)看ΔH的符号。比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
(3)看化学计量数。当反应物与生成物的状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
(4)看反应的程度。对于可逆反应,参加反应的物质的量和状态相同时,反应的程度越大,热量变化越大。