第30讲　化学反应的热效应(基础课)（共82张PPT）-2024届高考化学一轮复习

(共82张PPT)
第30讲　化学反应的热效应(基础课)
第四部分　化学反应原理
第六章　化学反应与能量
　　　　　　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。　5.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。了解活化能的概念。　6.了解有关燃烧热、中和反应反应热的计算，了解中和反应反应热的测定。　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。
知识点一　焓变　热化学方程式
必备知识梳理
关键能力训练
01
断裂
形成
物质
能量
热量
2．反应热和焓变
(1)反应热：在等温条件下，化学反应体系向环境______或从环境______的热量。
(2)焓变：在等压条件下化学反应的热效应，其符号为______，单位是__________(或kJ·mol－1)。
释放
吸收
ΔH
kJ/mol
　　　　等压条件下，反应中的能量变化全部转化为热能时，焓变(ΔH)等于反应热。
3．吸热反应和放热反应
(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析，如图所示。
吸
放
(2)从反应热的量化参数——键能的角度分析
<
放热
E1－E2
>
吸热
　　　　　放热反应可以看成反应物所具有的化学能转化为热能释放出来；吸热反应可以看成热能转化为化学能被生成物储存起来。
[识记]　常见的放热反应与吸热反应
放热反应：①可燃物的燃烧，②酸碱中和反应，③大多数化合反应，④金属跟水或酸的置换反应，⑤物质的缓慢氧化，⑥铝热反应。
吸热反应：①大多数分解反应，②盐类的水解反应，③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应，④碳和水蒸气、C和CO2的反应，⑤NaHCO3与盐酸的反应。
4．热化学方程式
(1)定义：表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。
(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能量变化。
如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1表示在25 ℃、101 kPa条件下，__________________________________________________
_____________________________。
2 mol 气态H2和1 mol 气态O2反应生成2 mol液态水时，放出571.6 kJ 的热量
(3)书写步骤
(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。而在书写同素异形体转化的热化学方程式时，由于不同单质可能用同一元素符号表示(如金刚石与石墨都用C表示)，除了注明状态外，还要注明名称。
②热化学方程式的化学计量数只表示物质的量，其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。
③ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应条件及反应是否可逆无关。
5．活化能与催化剂
图中：E1为______________，E2为逆反应活化能，使用催化剂时的正反应活化能为_____，反应热为__________。
正反应活化能
E3
E1－E2
　　　　　①活化能又称能垒。
②活化能与温度无关，与使用的催化剂有关。
③催化剂不改变焓变(ΔH)。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)需加热进行的反应均为吸热反应，其焓变ΔH>0。(　　)
(2)任何化学反应都伴随着能量变化，有能量变化的过程均为化学变化。(　　)
(3)C(s，石墨)===C(s，金刚石)　ΔH>0，金刚石比石墨稳定。(　　)
(4)H2(g)＋ O2(g)===H2O(l)　ΔH1，H2(g)＋ O2(g)===H2O(g)　ΔH2，则ΔH1＝ΔH2。(　　)
(5)对同一反应，使用催化剂可以改变反应的活化能和焓变。(　　)
(6)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。(　　)
[答案]　(1)　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
2．根据信息书写热化学方程式。
(1)化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。已知AX3的熔点和沸点分别为－93.6 ℃和76 ℃，AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5，放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为_______________________。
(2)在一定条件下，将1 mol N2和3 mol H2充入一密闭容器中发生反应生成氨气，达到平衡时N2的转化率为25%，放出Q kJ的热量，N2与H2反应的热化学方程式为________________________________。
(3)NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g)，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ，该反应的热化学方程式是_________________。
[答案]　(1)AX3(l)＋X2(g)===AX5(s)　ΔH＝－123.8 kJ·mol－1　
(2)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－4Q kJ·mol－1
(3)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g)　ΔH＝－216 kJ·mol－1
　　　　　能量关系图分析
1．(2022·南京模拟)某反应使用催化剂后，其反应过程中能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．总反应为放热反应
B．使用催化剂后，活化能不变
C．反应①是吸热反应，反应②是放热反应
D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2
B　[由题图可知，反应①是吸热反应，反应②是放热反应，总反应是放热反应，且ΔH＝ΔH1＋ΔH2，A、C、D项正确；催化剂能降低反应的活化能，B项错误。]
2．分析图像书写热化学方程式。
(1)图甲表示氧族元素中的氧、硫、硒、碲在生成1 mol气态氢化物时的焓变数据，根据焓变数据可确定a、b、c、d分别代表哪种元素，试写出硒化氢在热力学标准状态下，发生分解反应的热化学方程式：_______________。
(2)图乙表示一定条件下，在水溶液中1 mol Cl－、ClO(x＝1，2，3，4)相对能量的大小。
①D是_______________________(填离子符号)。
②B―→A＋C反应的热化学方程式为____________(用离子符号表示)。
[答案]　(1)H2Se(g)===Se(s)＋H2(g)　ΔH＝－81 kJ·mol－1
　　　　　利用键能确定焓变(ΔH)
3．(2022·浙江6月选考，T18)标准状况下，下列物质气态时的相对能量如下表：
物质(g) O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O
能量/ (kJ· mol－1) 249 218 39 10 0 0 －136 －242
可根据HO(g)＋HO(g)===H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol－1。下列说法不正确的是(　　)
A．H2的键能为436 kJ·mol－1
B．O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C．解离氧氧单键所需能量：HOOD．H2O(g)＋O(g)===H2O2(g)　ΔH＝－143 kJ·mol－1
C　[根据表格中的数据可知，H2的键能为218 kJ·mol－1×2＝436 kJ·
mol－1，A正确；O2的键能为249 kJ·mol－1×2＝498 kJ·mol－1，而H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol－1，则O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍，B正确；HOO===HO＋O，解离其中氧氧单键需要的能量为249 kJ·mol－1＋39 kJ·mol－1－10 kJ·mol－1＝278 kJ·mol－1，H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol－1，C错误；H2O(g)＋O(g)===H2O2(g)的ΔH＝－136 kJ·mol－1－249 kJ·mol－1－(－242 kJ·mol－1)＝－143
kJ·mol－1，D正确。]
4．化学反应的ΔH等于反应物的总键能与生成物的总键能之差。
化学键 Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C
键能/ (kJ· mol－1) 460 360 436 431 176 347
工业上高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)＋2H2(g) Si(s)＋4HCl(g)　ΔH＝______ kJ·mol－1。　
[解析]　ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－2E(Si—Si)－4E(H—Cl)＝(4×360＋2×436－2×176－4×431) kJ·mol－1＝＋236 kJ·mol－1。
[答案]　＋236
ΔH的基本计算
(1)ΔH＝E(生成物)－E(反应物)。
(2)ΔH＝反应物断键吸收的能量－生成物成键放出的能量。
(3)ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能
注意：常见物质(1 mol)中化学键数目
物质(化学键) CO2 (C===O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2 (Si—O) 石 墨 金刚 石 S8 (S—S) Si
化学键 数目(NA) 2 4 6 4 1.5 2 8 2
知识点二　燃烧热与中和反应热　能源
02
必备知识梳理
关键能力训练
1．燃烧热
(1)概念：在101 kPa时，_________纯物质完全燃烧生成__________时所放出的能量，其单位为_____________，指定产物一般指稳定的氧化物。
(2)表示：已知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，则H2燃烧热的热化学方程式为____________________________________________________。
(3)元素燃烧生成的指定产物：C→__________、H→__________、S→__________、N→________等。
1 mol
指定产物
kJ·mol－1
CO2(g)
H2O(l)
SO2(g)
N2(g)
　　　　①燃烧热有两种表示方法，如C的燃烧热为393.5 kJ·mol－1，也可表示为C的燃烧热ΔH为－393.5 kJ·mol－1。
②“焓变、ΔH与反应热”描述时一定指明“＋”“－”和“kJ·mol－1”。
2．中和反应反应热的实验测定
中和反应反应热的热化学离子方程式为________________________________________________________。
(1)实验装置
(2)实验步骤
①绝热装置组装→②量取一定体积酸、碱稀溶液→③测反应前酸、碱液温度→④混合酸、碱液测反应时最高温度→⑤重复2～3次实验→⑥求平均温度差(t终－t始)→⑦计算中和反应反应热ΔH。
(3)数据处理
c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1。
(4)注意事项
①碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板的作用是保温、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(0.5 mol·L－1 HCl、0.55 mol·L－1 NaOH溶液等体积混合)。
③实验时不能用铜丝搅拌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若用弱酸或弱碱反应，中和反应反应热小于57.3 kJ·mol－1，其ΔH>－57.3 kJ·mol－1。
3．能源
(1)分类
不可再生
可再生
(2)科学开发利用能源的措施
①提高能源的利用率
科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧：一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等；二是保证_____________________
_________，如将固体粉碎成粉末，使液体喷射成雾状等。
②开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、对环境无污染的新能源等。
燃料与空气有足够大的
接触面积
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)已知H2(g)＋ O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，则H2的燃烧热为a kJ·mol－1。(　　)
(2)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量。(　　)
(3)煤的液化或气化可以提高能源利用率，减少污染气体的排放。(　　)
(4)天然气、水能、风能、氢能、生物质能均属于可再生的新能源。(　　)
(5)天然气、风能属于一次能源，水煤气、电能属于二次能源。(　　)
(6)已知S(s)的燃烧热为a kJ·mol－1，则S(s)燃烧的热化学方程式为S(s)＋
O2(g)===SO3(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×
1．一些烷烃的燃烧热如下表：
化合物 燃烧热/ (kJ·mol－1) 化合物 燃烧热/
(kJ·mol－1)
甲烷 890.3 正丁烷 2 878.0
乙烷 1 560.8 异丁烷 2 869.6
丙烷 2 221.5 2 甲基丁烷 3 531.3
下列说法正确的是(　　)
A．乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)＋7O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 560.8 kJ·mol－1
B．稳定性：正丁烷>异丁烷
C．正戊烷的燃烧热大于3 531.3 kJ·mol－1
D．相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多
C　[表示乙烷燃烧的热化学方程式中，H2O应为液态，且该反应的ΔH＝－3 121.6 kJ·mol－1，A错误；由表中燃烧热数据可知，1 mol正丁烷、异丁烷分别完全燃烧时，正丁烷放出的热量多，说明等量的两种物质，正丁烷具有的能量高于异丁烷，则异丁烷更稳定，B错误；2 甲基丁烷的稳定性强于正戊烷，由于2 甲基丁烷的燃烧热为3 531.3 kJ·mol－1，故正戊烷的燃烧热大于3 531.3 kJ·mol－1，C正确；由表中数据分析可知，相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越少，D错误。]
2. (2022·唐山月考)在如图所示的量热计中，将100 mL 0.50 mol·L－1 CH3COOH溶液与100 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液混合，温度从25.0 ℃升高到27.7 ℃。下列说法错误的是(　　)
A．若量热计的保温瓶绝热效果不好，则所测ΔH偏大
B．搅拌器一般选用导热性差的玻璃搅拌器
C．若选用同浓度同体积的盐酸，则溶液温度将升高至不超过27.7 ℃
D．分多次把NaOH溶液倒入CH3COOH溶液混合，所测ΔH偏大
C　[若用盐酸代替CH3COOH，反应放出的热量多，最高温度将高于27.7 ℃，C错误。]
知识点三　盖斯定律及其应用
03
必备知识梳理
关键能力训练
1．盖斯定律
(1)内容
对于一个化学反应，不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。即：在一定条件下，化学反应的反应热只与反应体系的____________有关，而与__________无关。
始态和终态
反应途径
(2)意义：间接计算一些难以测定的反应的反应热或很难反应的反应
热。如确定C―→CO的ΔH时可以通过盖斯定律设计 ，ΔH＝______________。
ΔH1－ΔH2
(3)应用
aΔH2
－ΔH2
ΔH1＋ΔH2
利用盖斯定律计算反应热的方法
1．已知：反应Ⅰ：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
反应Ⅱ：2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋ O2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
[答案]　＋53.1
[解析]　将所给反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，(①＋②＋③)×2可得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝[(＋83 kJ·mol－1)＋(－20 kJ·mol－1)＋(－121 kJ·mol－1)]×2＝－116 kJ·mol－1。
[答案]　－116
3．(2022·潍坊模拟)在H2还原SiCl4和SiHCl3混合物得到纯硅，该过程发生的主要反应为
ⅰ.SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1
ⅱ.SiHCl3(g)＋H2(g)===Si(s)＋3HCl(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1
还知2SiHCl3(g)===SiCl4(g)＋SiH2Cl2(g)　ΔH3＝48 kJ·mol－1
请写出H2(g)还原SiCl4(g)生成SiH2Cl2(g)的热化学方程式为____________________________________________________。
[解析]　根据盖斯定律目标反应：SiCl4(g)＋2H2(g)===SiH2Cl2(g)＋2HCl(g)的ΔH＝2(ΔH1－ΔH2)＋ΔH3＝(2a－2b＋48) kJ·mol－1。
[答案]　SiCl4(g)＋2H2(g)===SiH2Cl2(g)＋2HCl(g)　ΔH＝(2a－2b＋48) kJ·mol－1
4．(2021·河北选择性考试，T16节选)大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时，相关物质的燃烧热数据如下表：
则25 ℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为_____________。
物质 H2(g) C(石墨，s) C6H6(l)
燃烧热ΔH/ (kJ·mol－1) －285.8 －393.5 －3 267.5
[答案]　3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)　ΔH＝＋49.1 kJ·mol－1
真题感悟·明确考向
04
1．(2022·精选真题)(1)(海南等级考)已知：电解液态水制备1 mol O2(g)，电解反应的ΔH＝＋572 kJ·mol－1。由此计算H2(g)的燃烧热(焓)ΔH＝________kJ·mol－1。
(2)(河北选择性考试)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___________________________________________________。
1
3
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4
(3)(全国乙卷)已知下列反应的热化学方程式：
①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－1 036 kJ·mol－1
②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g)　ΔH2＝＋94 kJ·mol－1
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝－484 kJ·mol－1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝________ kJ·mol－1。
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[答案]　(1)－286　(2)H2(g)＋ O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－286 kJ·mol－1　(3)＋170
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2．(2022·广东选择性考试，T19节选)Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图，X(g)→Y(g)过程的焓变为_______________________(列式表示)。
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[解析]　设反应过程中第一步的产物为M，第二步的产物为N，则X→M　ΔH1＝(E1－E2)，M→N　ΔH2＝ΔH，N→Y　ΔH3＝(E3－E4)，根据盖斯定律可知，X(g)→Y(g)的焓变为ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)。
[答案]　(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)
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3．(2021·真题精选)(1)(湖北选择性考试)丙烯是一种重要的化工原料，可以在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
反应Ⅰ(直接脱氢)：C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋125 kJ·mol－1
反应Ⅱ(氧化脱氢)：C3H8(g)＋ O2(g)===C3H6(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－118 kJ·mol－1
已知键能：E(C—H)＝416 kJ·mol－1，E(H—H)＝436 kJ·mol－1，由此计算生成1 mol 碳碳π键放出的能量为________ kJ。
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(2)(湖南选择性考试)氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据如下：
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化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol－1) 946.0 436.0 390.8
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。
反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝________kJ·mol－1。
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(3)(辽宁选择性考试)苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应：
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已知：Ⅲ.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3
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[解析]　(1)反应Ⅰ中断裂2 mol C—H键、形成1 mol碳碳π键和1 mol H—H键，即416 kJ·mol－1×2－436 kJ·mol－1－E(碳碳π键)＝＋125 kJ·mol－1，解得：E(碳碳π键)＝271 kJ·mol－1，所以形成1 mol 碳碳π键放出的能量为271 kJ。
(2)ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，根据热化学方程式以及表格中数据可得ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－(946.0 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3)＝＋90.8 kJ·mol－1。
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4．(2020·浙江7月选考，T27)100 mL 0.200 mol·L－1 CuSO4溶液与1.95 g锌粉在量热计中充分反应。测得反应前温度为20.1 ℃，反应后最高温度为30.1 ℃。
已知：反应前后，溶液的比热容均近似为4.18 J·g－1·℃－1、溶液的密度均近似为1.00 g·cm－3，忽略溶液体积、质量变化和金属吸收的热量。请计算：
(1)反应放出的热量Q＝________________J。
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(2)反应Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)的ΔH＝____________
kJ·mol－1(列式计算)。
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[答案]　(1)4.18×103　
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