第27讲 化学反应的热效应
[目标速览] 1.认识化学能可以与热能、电能等其他形式能量之间相互转化,能量的转化遵循能量守恒定律。知道内能是体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强、物质的聚集状态的影响。2.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。3.能进行反应焓变的简单计算,能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。
微考点 核心突破
考点1 焓变 反应热
知|识|梳|理
1.反应热和焓变
(1)反应热是化学反应中____________的热量。
(2)焓变是化学反应在____________放出或吸收的热量。
(3)化学反应的反应热用一定条件下的焓变表示,符号为ΔH,单位为________。
2.吸热反应与放热反应
(1)从能量高低角度理解。
放热反应
吸热反应
①对于放热反应:反应物的总能量=______________+放出的热量;
②对于吸热反应:反应物的总能量=______________-吸收的热量。
(2)从化学键角度理解。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.物质发生化学变化都伴随着能量变化。( )
2.放热反应不需要加热就能发生,吸热反应需要加热才能发生。( )
3.若反应物总能量大于生成物总能量,则反应为吸热反应。( )
4.放热反应、吸热反应的热效应与反应的过程有关。( )
5.活化能越大,表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越大。( )
知|识|拓|展
1.避误区
(1)物质的物理变化过程中也会有能量的变化,不属于吸热反应或放热反应。但在进行反应热的有关计算时,必须要考虑到物理变化时的热效应,如物质的三态变化。
(2)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。如吸热反应NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O在常温常压下即可进行,而很多放热反应需要在加热的条件下才能进行,如铝热反应。
(3)可逆反应的ΔH表示反应物完全反应的热量变化。如N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。表示在298 K、101 kPa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。但实际上1 mol N2(g)和3 mol H2(g)充分反应不可能生成 2 mol NH3(g),故实际反应放出的热量肯定小于92.4 kJ。
(4)正确理解活化能与反应热的关系。
①催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。
②在无催化剂的情况下,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,ΔH=E1-E2。
2.技巧点拨
(1)反应热答题规范指导。
①描述反应热时,无论是用“反应热”“焓变”表示还是用ΔH表示,其后所跟数值都需要带“+”“-”符号。如某反应的反应热(或焓变)为ΔH=-Q kJ·mol-1或ΔH=+Q kJ·mol-1。
②由于中和反应和燃烧均是放热反应,表示中和反应的反应热和燃烧热时可不带“-”号。如某物质的燃烧热为ΔH=-Q kJ·mol-1或Q kJ·mol-1。
(2)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=反应物的总键能-生成物的总键能
(3)规避两个易失分点。
①旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任何一个过程都不是化学变化。
②计算物质中键的个数时,不能忽略物质的结构,如1 mol晶体硅中含2 mol Si—Si键,1 mol SiO2中含4 mol Si—O键。
知|识|对|练
角度一 焓变与反应热的概念
1.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↑+H2O ΔH=+Q kJ·mol-1
角度二 根据图形,理清活化能与焓变的关系
2.某反应过程中体系的能量变化如图所示,下列说法错误的是( )
A.反应过程可表示为—→—→
B.E1为反应物的平均能量与过渡态的能量差,称为正反应的活化能
C.正反应的热效应ΔH=E1-E2<0,所以正反应为放热反应
D.此图中逆反应的热效应ΔH=E1-E2<0,所以逆反应为放热反应
3.H2与ICl的反应分①②两步进行,其能量曲线如图所示。下列有关说法错误的是( )
A.反应①、反应②均为放热反应
B.反应①、反应②均为氧化还原反应
C.反应①比反应②的速率慢,与相应正反应的活化能无关
D.反应①、反应②的焓变之和为ΔH=-218 kJ·mol-1
4.研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示,下列说法错误的是( )
A.反应总过程ΔH<0
B.Fe+使反应的活化能降低
C.FeO+也是该反应的催化剂
D.Fe++N2O—→FeO++N2、FeO++CO—→Fe++CO2两步反应均为放热反应
角度三 利用键能计算反应热
5.已知H2(g)+Br2(l)===2HBr(g),蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ,其他相关数据如表,则反应H2(g)+Br2(l)===2HBr(g)的能量变化为( )
H2(g) Br2(g) HBr(g)
1 mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ 436 200 369
A.放出72 kJ B.吸收72 kJ
C.放出102 kJ D.吸收102 kJ
6.通常把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可用于估算化学反应的反应热(ΔH),化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据,供计算使用。
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
工业上的高纯硅可通过下列反应制取:SiCl4(g)+2H2(g)===Si(s)+4HCl(g),该反应的反应热ΔH为________________。
考点2 热化学方程式
知|识|梳|理
1.热化学方程式
表示________________________和________关系的化学方程式。
2.意义
热化学方程式不仅能够表明化学反应中的物质变化,也能表明化学反应中的______变化。
如2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1表示在25 ℃、101 kPa条件下,____________________________________。
3.热化学方程式书写注意事项
(1)注明反应条件:反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是在25 ℃、101 kPa下进行的,可不注明。
(2)注明物质状态:常用________、________、________、________分别表示固体、液体、气体、溶液。
(3)注意符号、单位:ΔH应包括“+”或“-”、数字和单位(kJ·mol-1)。
(4)注意守恒关系:①原子守恒和得失电子守恒;②能量守恒(ΔH与化学计量数相对应)。
(5)区别于普通方程式:一般不注明“↑”“↓”以及“点燃”“加热”等。
(6)注意热化学方程式的化学计量数。
热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量,可以是整数,也可以是分数。且化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。
(7)同素异形体转化的热化学方程式除了注明状态外,还要注明名称。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.C(石墨,s)===C(金刚石,s) ΔH>0,说明石墨比金刚石稳定。( )
2.对于反应SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-Q kJ·mol-1,增大压强平衡右移,放出的热量增大,ΔH减小。( )
3.热化学方程式H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1表示的意义:25 ℃、101 kPa时,发生上述反应生成1 mol H2O(g)后放出241.8 kJ的热量。( )
4.热化学方程式前面的计量数不仅表示分子数也表示物质的量。( )
5.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ。( )
知|识|拓|展
1.判断热化学方程式正误的“五审”
2.反应热的大小比较
(1)根据反应物的量的大小关系比较反应焓变的大小。
①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH1
②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2
反应②中H2的量更多,因此放热更多,故ΔH1>ΔH2。
(2)根据反应进行的程度大小比较反应焓变的大小。
①C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1
②C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2
反应②中,C完全燃烧,放热更多,故ΔH1>ΔH2。
(3)根据反应物或生成物的状态比较反应焓变的大小。
①S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1
②S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2
方法一:图像法,画出上述两反应能量随反应过程的变化曲线。
由图像可知:ΔH1<ΔH2。
方法二:通过盖斯定律构造新的热化学方程式。
由①-②可得S(g)===S(s) ΔH=ΔH1-ΔH2<0,故ΔH1<ΔH2。
(4)根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变的大小。
①2Al(s)+O2(g)===Al2O3(s) ΔH1
②2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s) ΔH2
由①-②可得2Al(s)+Fe2O3(s)===2Fe(s)+Al2O3(s) ΔH
已知铝热反应为放热反应,ΔH=ΔH1-ΔH2<0,故ΔH1<ΔH2。
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角度四 “五”审,快速判断热化学方程式的正误
7.根据如图所给信息,下列得出的结论正确的是( )
A.48 g碳完全燃烧放出热量为1 574 kJ/mol
B.2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221.0 kJ/mol
C.2CO2(g)===2CO(g)+O2(g) ΔH=+283.0 kJ/mol
D.C(s)+O2(g)===CO2(s) ΔH=-393.5 kJ/mol
角度五 热化学方程式的书写
8.依据事实写出下列反应的热化学方程式。
(1)1 g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2,需要吸收10.94 kJ热量,此反应的热化学方程式为_______________________________________________________________。
(2)已知2.0 g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和水蒸气时,放出33.4 kJ的热量,则表示肼燃烧的热化学方程式为____________________________________________。
(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s),放出1 669.8 kJ的热量。此反应的热化学方程式为____________________________________。
(4)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:____________________________________________。
角度六 依据能量图像书写热化学方程式
9.(1)化学反应的过渡态理论:化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的,而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量过渡态。
分析图中信息,回答下列问题:
NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图如图所示,请写出NO2和CO反应的热化学方程式:___________________________________________________________。
(2)CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题,可利用CH4与CO2制备“合成气”(CO、H2),还可制备甲醇、二甲醚、碳基燃料等产品。
科学家提出制备“合成气”反应历程分两步:
第一步:CH4(g)C(ads)+2H2(g)(慢反应);
第二步:C(ads)+CO2(g)2CO(g)(快反应)。
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量变化如图:
CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为___________________________________________________________。
角度七 反应热大小的比较
10.已知①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH1=a kJ· mol-1
②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2=b kJ· mol-1
③H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH3=c kJ· mol-1
④2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH4=d kJ· mol-1
下列关系式正确的是( )
A.a
d>0
C.2a=b<0 D.2c=d>0
11.下列两组热化学方程式中,有关ΔH的比较正确的是( )
①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH1
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH2
②NaOH(aq)+H2SO4(浓)===
Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH3
NaOH(aq)+CH3COOH(aq)===
CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH4
A.ΔH1>ΔH2;ΔH3>ΔH4
B.ΔH1>ΔH2;ΔH3<ΔH4
C.ΔH1=ΔH2;ΔH3<ΔH4
D.ΔH1<ΔH2;ΔH3>ΔH4
考点3 燃烧热和中和反应的反应热 能源
知|识|梳|理
1.燃烧热
2.中和反应的反应热
3.能源
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.H2(g)的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1,则2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1。( )
2.已知中和反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===2H2O(l)+BaSO4(s) ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1。( )
3.已知中和反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则CH3COOH(aq)+NH3·H2O(aq)===CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。( )
4.1 mol硫完全燃烧生成SO3所放出的热量为硫的燃烧热。( )
5.1 mol H2燃烧放出的热量为氢气的燃烧热。( )
实|验|回|放
实验一:镁条与盐酸反应的能量变化
实验 操作
实验 现象 镁条溶解,表面产生大量气泡;温度计示数变大
实验 结论 镁条与盐酸发生反应Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,该化学反应向外界放出热量,将化学能转化为热能
实验二:Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应的能量变化
实验步骤 实验现象 实验结论或解释
将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中,并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌混合物 有刺激性气味的气体产生 有NH3生成
闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯,用手触摸杯壁下部,并试着用手拿起烧杯 烧杯变凉,木片和烧杯底部黏结在一起 体系温度降低,使烧杯和木片之间的水凝结成冰,说明该反应吸热
观察烧杯内混合物的状态 呈糊状 有水生成
结论 Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl混合后发生化学反应Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O,该化学反应从外界吸收热量,将热能转化为化学能被生成物“储存”起来。
提醒 (1)实验成功的关键是短时间内反应充分进行,体系温度快速降低,使烧杯与木片间的水凝结成冰。
实验中要注意三点:
①Ba(OH)2·8H2O晶体要研细一点儿,以使其与NH4Cl晶体充分接触。
②由于该反应属于固相反应,因此,一定要在两种晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌,以使它们很快发生反应,快速吸收热量。
③反应放出有刺激性气味的NH3,其对环境有一定的污染,应注意对氨气的处理。
(2)化学反应中的物质变化总会伴随着能量变化,能量变化的主要形式是热量变化,包括吸收热量和放出热量。
(3)各种物质都具有能量,物质的组成、结构与状态不同,所具有的能量也不同。
实验三:中和反应反应热的测定
(1)实验目的。
测定强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应的反应热,感受化学反应的热效应。
(2)实验原理。
通过实验测量一定量的盐酸和NaOH溶液在反应前后的温度变化,依据Q=cmΔt计算放出的热量,再计算生成1 mol H2O时放出的热量。
(3)实验用品。
简易量热计、量筒(50 mL)两个、0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液。
注意 如图所示,简易量热计由温度计、玻璃搅拌器、内筒、外壳及隔热层等组成,内筒是反应容器,温度计用于测量反应前后体系的温度变化,玻璃搅拌器起使反应物充分混合、保持体系温度均匀变化的作用,内筒与外壳之间的隔热层起保温作用。
(4)实验步骤。
①酸溶液温度的测量:用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸,打开杯盖,倒入量热计的内筒中,盖上杯盖,插入温度计,测量并记录盐酸的初始温度(数据如表)。用水把温度计上的酸冲洗干净,擦干备用。
②碱溶液温度的测量:用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,用温度计测量并记录NaOH溶液的温度(数据如表)。
③反应后体系温度的测量:打开杯盖,将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒中,立即盖上杯盖,插入温度计,用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化,将最高温度记为反应后体系的温度(t2)(数据如表)。
④重复步骤①~③两次,记录数据。
(5)数据处理。
①取盐酸温度与NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1),计算温度差(t2-t1)。
实验次数 反应物的 温度/℃ 反应前体 系的温度 t1/℃ 反应后体 系的温度 t2/℃ 温度差 (t2-t1)/℃
盐酸 NaOH 溶液
1 20.1 20.3 20.2 23.7 3.5
2 20.3 20.5 20.4 23.8 3.4
3 21.6 21.6 21.6 24.9 3.3
②取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。
(t2-t1)/℃
=3.4
③反应热计算:根据温度差和比热容等计算反应热。
近似认为酸、碱稀溶液的密度与水的密度相同(1.0 g·cm-3),比热容也与水的比热容相同(4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1),并忽略量热计的比热容。
50 mL盐酸的质量m1=ρ1×V1=1.0 g·cm-3×50 mL=50 g,
50 mL NaOH溶液的质量m2=ρ2×V2=1.0 g·cm-3×50 mL=50 g,
故m混=100 g。
Q=c×Δt×m混=c×(t2-t1)×m混=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1×3.4 ℃×100 g=1.421 2 kJ。
n(HCl)=V1×c1=0.05 L×0.50 mol·L-1=0.025 mol;
n(NaOH)=V2×c2=0.05 L×0.55 mol·L-1=0.027 5 mol。
NaOH溶液稍过量,根据少量的一方计算,故由HCl的物质的量计算产生水的物质的量。
HCl(aq)+NaOH(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)
1 1
0.025 mol x mol
x=0.025
生成1 mol H2O时的反应热ΔH=-=-≈-56.8 kJ·mol-1。
(6)误差分析。
本次实验数据和理论数据有差异,可能的原因:
①量取液体体积不准确;②温度计读数有误(未读到最高值);③实验过程中有液体外溅;④混合酸碱时,动作过慢;⑤隔热措施不到位,实验过程中有热量损失;⑥测量盐酸温度后温度计未清洗;⑦溶液浓度不准确;⑧未做重复实验,未取平均值。
(7)为了提高测定的准确度,可以采取的措施。
①本实验中盐酸和氢氧化钠溶液的体积相同,NaOH溶液浓度略大于盐酸,目的是保证盐酸反应完全。
②盐酸和NaOH溶液的浓度要小,若使用浓溶液,混合瞬间相互稀释会放热,放出的热量增多。
③量取液体体积应准确无误,否则后面计算会产生误差,反应物应一次性迅速加入,反应前和反应后温度计读数要准确。
④实验测定温度时应该用同一支温度计,以减小实验系统误差;测完酸溶液温度后,温度计要用水清洗干净,擦干后再测碱溶液温度,否则温度计上附着的酸会中和一部分碱而放热,导致所测得的碱溶液起始温度偏高。
⑤实验所用的酸和碱溶液应当用稀溶液(0.1~0.5 mol·L-1),否则会造成较大误差。
⑥取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算,计算时应注意单位的统一。
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角度八 燃烧热、中和反应的反应热的含义及表达
12.油酸甘油酯(相对分子质量为884)在体内代谢时可发生如下反应:
C57H104O6(s)+80O2(g)===57CO2(g)+52H2O(l)
已知燃烧1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ,油酸甘油酯的燃烧热为( )
A.3.8×104 kJ·mol-1
B.-3.8×104 kJ·mol-1
C.3.4×104 kJ·mol-1
D.-3.4×104 kJ·mol-1
13.下列关于热化学反应的描述正确的是( )
A.HCl和NaOH反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1。则H2SO4和Ca(OH)2反应的反应热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1
B.CO(g)的燃烧热ΔH是-283.0 kJ·mol-1,则2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+(2×283.0)kJ·mol-1
C.25 ℃、101 kPa时,1 mol甲烷完全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.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出57.3 kJ热量
角度九 中和反应反应热及测定
14.利用图示装置测定中和热的实验步骤如下:
简易量热计示意图
①量取50 mL 0.25 mol·L-1 H2SO4溶液倒入量热计的内筒,测量温度;②量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,测量温度;③打开杯盖,将NaOH溶液倒入量热计的内筒,立即盖上杯盖,插入温度计,混合均匀后测量混合液温度。下列说法正确的是( )
A.仪器A的名称是铁丝搅拌器
B.NaOH溶液稍过量的原因是确保硫酸完全被中和
C.为便于酸碱充分反应,NaOH溶液应分多次加入
D.用温度计测定H2SO4溶液起始温度后直接测定NaOH溶液的温度,所测中和热ΔH比理论值小
15.如图是一种弹式热量计装置,测量有机物燃烧反应的恒容反应热。通常的使用过程是将样品放入不锈钢氧弹内,并充入氧气进行点火燃烧,整个氧弹放入装有水的内筒中,由温度传感器实时记录温度数据进行热量计算。下列说法不正确的是( )
1-搅拌器;2-水;3-氧弹;4-引燃线;5-温度计;6-绝热套
A.装置的绝热套可以尽量减少热量散失
B.实验前要保证充入足够量的氧气,以保证样品完全燃烧
C.内筒的水面要没过氧弹,以保证测量的准确性
D.搅拌器是为了保证内筒水温均匀一致,可以用玻璃棒代替
角度十 能量的开发和利用
16.为缓解能源紧张,越来越多的国家开始重视生物质能源(利用能源作物和有机废料,经过加工转变为生物燃料的一种能源)的开发利用。
(1)如图是某国能源结构比例图,其中生物质能源所占的比例是________。
(2)生物柴油是由动植物油脂转化而来,其主要成分为脂肪酸酯,几乎不含硫,生物降解性好,一些国家已将其添加在普通柴油中使用。关于生物柴油及其使用,下列说法正确的是________(填字母)。
①生物柴油是可再生资源 ②可减少二氧化硫的排放 ③与普通柴油相比易分解 ④与普通柴油制取方法相同
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
微充电 素养提升
常考题点——速用盖斯定律“揪出”唯一
口诀:先观察,找唯一;同正异负成比例,无关物质做消去
命题点1 利用盖斯定律计算反应热
1.盖斯定律的内容。
对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的。即: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。
2.盖斯定律的意义。
间接计算某些反应的反应热。
3.盖斯定律的应用。
转化关系 反应热间的关系
aAB、AB ΔH1=aΔH2
AB ΔH1=-ΔH2
ΔH=ΔH1+ΔH2
【母题1】 依据图示关系,下列说法不正确的是( )
A.ΔH5>ΔH4
B.1 mol石墨、1 mol CO分别完全燃烧,石墨放出热量多
C.石墨比金刚石稳定
D.C(石墨,s)+CO2(g)===2CO(g)的ΔH=ΔH3-ΔH2
【衍生1】 Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:
CuCl2(s)===CuCl(s)+Cl2(g) ΔH1=+83 kJ·mol-1
CuCl(s)+O2(g)===CuO(s)+Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1
CuO(s)+2HCl(g)===CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1
则4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=________ kJ·mol-1。
命题点2 根据盖斯定律书写热化学方程式
利用盖斯定律计算反应热的两种方法:
(1)虚拟途径法:先根据题意虚拟转化过程,然后根据盖斯定律列式求解,即可求得待求反应的反应热。
(2)加和法:将所给热化学方程式适当加减得到所求的热化学方程式,反应热也作相应的加减运算。流程如下
第一步—先确定待求反应的化学方程式
第二步—找出待求化学方程式中各物质在已知化学方程式中的位置,若在“同侧”,计算ΔH时用“+”,若在“异侧”,计算ΔH时用“-”,即“同侧相加、异侧相减”
第三步—根据待求化学方程式中各物质的化学计量数确定已知化学方程式的乘数,即“系数定乘数”
第四步—依据第二步、第三步的结论,计算待求反应的ΔH
【母题2】 用肼(N2H4)作燃料,四氧化二氮作氧化剂,二者反应生成氮气和气态水。已知:
N2(g)+2O2(g)===N2O4(g) ΔH=+10.7 kJ·mol-1
②N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ·mol-1
写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式:___________________________________________________。
【衍生2】 研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
反应Ⅰ:2H2SO4(l)===2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式为___________________________________________________________。
【衍生3】 硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-98 kJ·mol-1。钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为______________________________。
微真题 把握方向
考向一 新能源
1.(2024·全国甲卷)人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭和石油时期,现正向新能源方向高质量发展。下列有关能源的叙述错误的是( )
A.木材与煤均含有碳元素
B.石油裂化可生产汽油
C.燃料电池将热能转化为电能
D.太阳能光解水可制氢
2.(2021·全国乙卷)我国提出争取在2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”,这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进“碳中和”最直接有效的是( )
A.将重质油裂解为轻质油作为燃料
B.大规模开采“可燃冰”作为新能源
C.通过清洁煤技术减少煤燃烧污染
D.研发催化剂将CO2还原为甲醇
考向二 反应进程与焓变
3.(2024·安徽卷)某温度下,在密闭容器中充入一定量的X(g),发生下列反应X(g)Y(g)(ΔH1<0),Y(g)Z(g)(ΔH2<0),测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应过程示意图符合题意的是( )
考向三 盖斯定律
4.(2021·河北卷)大气中的二氧化碳主要来自于煤、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表:
物质 H2(g) C(石墨,s) C6H6(l)
燃烧热ΔH/ (kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -3 267.5
则25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为____________________________________。
5.(1)(2024·浙江卷1月)相关热化学方程式如下:
Ⅰ:C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
Ⅱ:C(s)+H2(g)+O2(g)===HCOOH(g) ΔH2=-378.7 kJ·mol-1
Ⅲ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH3
ΔH3=________kJ·mol-1。
(2)(2024·安徽卷)C2H6氧化脱氢反应:
2C2H6(g)+O2(g)===2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH1=-209.8 kJ·mol-1
C2H6(g)+CO2(g)===C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH2=178.1 kJ·mol-1
计算:2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3=________ kJ·mol-1
(3)(2024·河北卷)SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g) ΔH=-67.59 kJ·mol-1。
若正反应的活化能为E正 kJ·mol-1,则逆反应的活化能E逆=________kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。
(4)(2023·湖南卷)已知下列反应的热化学方程式:
①C6H5C2H5(g)+O2(g)===8CO2(g)+5H2O(g) ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CH==CH2(g)+10O2(g)===8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
计算反应④C6H5C2H5(g)C6H5CH==CH2(g)+H2(g)的ΔH4=________kJ·mol-1。
(5)(2023·新课标卷)根据如图数据计算反应N2(g)+H2(g)===NH3(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
(6)(2023·全国乙卷)已知下列热化学方程式:
FeSO4·7H2O(s)===FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1
FeSO4·4H2O(s)===FeSO4(s)+4H2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1
FeSO4·H2O(s)===FeSO4(s)+H2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1
则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·H2O(s)===2(FeSO4·4H2O)(s)的ΔH=________kJ·mol-1。
(7)(2023·北京卷)二十世纪初,工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步:
ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4;
ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。
结合反应过程中能量变化示意图,下列说法正确的是________(填字母)。
a.活化能:反应ⅰ<反应ⅱ
b.ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应
c.CO2(l)+2NH3(l)===CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=E1-E4
第27讲 化学反应的热效应
微考点·核心突破
考点1
知识梳理
1.(1)放出或吸收 (2)恒温恒压下 (3)kJ·mol-1
2.(1)①生成物的总能量 ②生成物的总能量 (2)放热 吸热
思维辨析
1.√ 提示:任何化学反应均有化学键的断裂和形成,断键吸热,成键放热,两者不相等,所以一定伴随着能量变化。
2.× 提示:化学反应是吸热还是放热与反应条件没有必然联系。
3.× 提示:若反应物总能量大于生成物总能量,则反应为放热反应。
4.× 提示:放热反应、吸热反应的热效应与反应的过程无关,取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。
5.√ 提示:断裂旧化学键所需要克服的能量总和等于该反应的活化能,故说法正确。
知识对练
1.B 解析 醋酸逐渐凝固说明反应吸收热量导致醋酸溶液温度降低,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,则反应后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状态,D项错误。
2.D 解析 该题图表示的正反应放热,ΔH为负值,逆反应吸热,ΔH为正值,D项错误。
3.C 解析 根据图像可知,反应①和反应②中反应物的总能量都大于生成物的总能量,则反应①②均为放热反应,A项正确;反应①②中都存在元素化合价变化,所以反应①②都是氧化还原反应,B项正确;反应①比反应②的速率慢,是因为反应①中正反应的活化能较大,则反应速率与活化能有关,C项错误;反应①、反应②的总能量变化为218 kJ·mol-1,根据盖斯定律可知,反应①、反应②的焓变之和为ΔH=-218 kJ·mol-1,D项正确。
4.C 解析 反应总过程为N2O+CO===N2+CO2,根据题图示可知,反应物总能量高于生成物总能量,为放热反应,ΔH<0,A项正确;根据反应过程,Fe+为催化剂,能够降低反应的活化能,B项正确;FeO+为中间产物,不是催化剂,C项错误;根据题图示,Fe++N2O—→FeO++N2、FeO++CO—→Fe++CO2两反应中反应物总能量均高于生成物总能量,均为放热反应,D项正确。
5.A 解析 已知反应H2(g)+Br2(l)===2HBr(g),蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ,对于反应H2(g)+Br2(l)===2HBr(g),该反应的焓变为436 kJ·mol-1+200 kJ·mol-1+30 kJ·mol-1-2×369 kJ·mol-1=-72 kJ·mol-1,说明反应H2(g)+Br2(l)===2HBr(g)的能量变化为放出72 kJ,故选A。
6.答案 +236 kJ·mol-1
解析 SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算,而产物硅属于共价晶体,可根据共价晶体的结构计算晶体硅中共价键的数目。1 mol晶体硅中所含的Si—Si键为2 mol,即制取高纯硅反应的反应热ΔH=4×360 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-(2×176 kJ·mol-1+4×431 kJ·mol-1)=+236 kJ·mol-1。
考点2
知识梳理
1.参加反应的物质的物质的量 反应热
2.能量 2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成2 mol H2O(l)时释放571.6 kJ的能量
3.(2)s l g aq
思维辨析
1.√ 提示:能量越低物质越稳定。
2.× 提示:反应热ΔH的数值与化学平衡的移动无关。
3.√ 提示:反应热ΔH单位中的“mol-1”代表的是1 mol题述反应,不是指具体物质的物质的量。
4.× 提示:热化学方程式前面的计量数只表示物质的量,不表示分子数。
5.× 提示:反应热的单位应该是kJ·mol-1。
知识对练
7.B 解析 48 g C完全燃烧放热为393.5 kJ/mol×4 mol=1 574 kJ,不是1 574 kJ/mol,A项错误;据图示可知,1 mol C燃烧生成CO放热393.5 kJ-283.0 kJ=110.5 kJ,所以2 mol C燃烧生成CO放热221.0 kJ,B项正确;1 mol CO燃烧生成1 mol二氧化碳放热283.0 kJ,所以2CO2(g)===2CO(g)+O2(g) ΔH=+566.0 kJ/mol,C项错误;应该生成二氧化碳气体,不是固态,D项错误。
8.答案 (1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28 kJ·mol-1
(2)N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4 kJ·mol-1
(3)4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-3 339.6 kJ·mol-1
(4)C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 367 kJ·mol-1
解析 (1)1 g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2,需吸收10.94 kJ热量,则碳与水蒸气反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28 kJ·mol-1。(2)2.0 g肼气体在氧气中完全燃烧生成氮气和水蒸气时放出33.4 kJ热量,则表示肼燃烧的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4 kJ·mol-1。(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s),放出1 669.8 kJ的热量,则此反应的热化学方程式为4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-1 669.8 kJ·mol-1×2=-3 339.6 kJ·mol-1。(4)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,该液态有机物为C2H5OH(l),故该反应的热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 367 kJ·mol-1。
9.答案 (1)NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·mol-1
(2)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+(E3-E1) kJ·mol-1
解析 (1)根据图像分析,该反应的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g) ΔH=+134 kJ·mol-1 -368 kJ·mol-1 =-234 kJ·mol-1。(2)由图可知,CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+(E3-E1) kJ·mol-1。
10.C 解析 氢气燃烧是放热反应,ΔH<0;生成液态水比生成气态水时放出的热量多,ΔH更小,即cb>d;②中各物质的物质的量是①中的2倍,则ΔH2=2ΔH1,即b=2a;综上所述,A、B、D三项错误。
11.B 解析 由于H2O(g)转化为H2O(l)要放出热量,所以等物质的量的CH4(g)燃烧生成液态水时放出热量的数值要比生成气态水时的大。等物质的量的NaOH与稀醋酸、浓硫酸恰好反应生成等物质的量的水,若不考虑浓硫酸溶解放热和弱电解质电离吸热,应放出相同的热量。但在实际反应中,浓硫酸溶于水时放热,使反应放出的总热量增多;醋酸是弱酸,部分CH3COOH分子在电离过程中要吸热,使反应放热减小。
考点3
知识梳理
1.指定产物 kJ/mol(或kJ·mol-1) 393.5
2.1 mol kJ/mol(或kJ·mol-1) 57.3
3.不可 可再生
思维辨析
1.× 提示:燃烧热生成的水是液态,此方程式中水为气态。
2.× 提示:此方程式中不仅有中和反应还有生成BaSO4沉淀的反应。
3.× 提示:CH3COOH、NH3·H2O为弱酸、弱碱,存在电离平衡,电离吸热,所以放出的热量小于57.3 kJ。
4.× 提示:1 mol S完全燃烧生成SO2时所放出的热量为硫的燃烧热。
5.× 提示:氢气的燃烧热是指常温常压下,1 mol H2完全燃烧生成液态水时放出的热量。
知识对练
12.C 解析 燃烧热是指25 ℃和101 kPa下,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,则油酸甘油酯的燃烧热为≈3.4×104 kJ·mol-1。
13.B 解析 中和反应的反应热是以生成1 mol H2O(l)作为标准的,A项错误;燃烧热是指1 mol燃料完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,CO(g)的燃烧热ΔH是-283.0 kJ·mol-1,则2 mol CO(g)完全燃烧放出热量为(2×283.0)kJ·mol-1,所以2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)反应的ΔH=-(2×283.0)kJ·mol-1,则2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+(2×283.0)kJ·mol-1,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;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,D项错误。
14.B 解析 仪器A为玻璃搅拌器,为减少热量损失,不能用铁丝搅拌器,A项错误;测定中和反应反应热时,为了保证硫酸完全被中和,加入的氢氧化钠溶液应稍微过量,B项正确;中和反应反应热测定实验中为了减少热量的损失,NaOH溶液应一次倒入盛有硫酸的量热计内筒中,不能分多次倒入,否则易导致热量的散失,C项错误;温度计测定H2SO4溶液起始温度后直接插入NaOH溶液测温度,NaOH溶液的起始温度偏高,测得的热量偏小,中和热的数值偏小,但ΔH偏大,D项错误。
15.D 解析 绝热套能防止进行热交换,作用是减少热量损失,A项正确;实验测量有机物燃烧反应的反应热,要充入足够量的氧气,以保证样品完全燃烧,B项正确;水面浸没过氧弹都是要保证数据准确性,C项正确;搅拌器是为了保证内筒水温均匀一致,不能用玻璃棒代替,D项错误。
16.答案 (1)27% (2)A
解析 (1)油料作物和甘蔗是能源作物,属于生物质能源;化石燃料不是生物质能源。(2)生物柴油的原料是动植物油脂,可再生(①对),几乎不含硫(②对),生物降解性好(③对),主要成分为酯类,而普通柴油属于烃类(石油),所以④错。
微充电·素养提升
母题1 D 解析 根据盖斯定律,ΔH5=ΔH1+ΔH4,ΔH5-ΔH4=ΔH1>0,则ΔH5>ΔH4,A项正确;由题图可知1 mol石墨完全燃烧放热393.5 kJ,1 mol CO完全燃烧放热283.0 kJ,石墨燃烧放热多,B项正确;由题图可知石墨转化为金刚石吸热,说明石墨能量低更稳定,C项正确;①C(石墨,s)+O2(g)===CO(g) ΔH5,②CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH2。根据盖斯定律,①-②得C(石墨,s)+CO2(g)===2CO(g)
ΔH=ΔH5-ΔH2,D项错误。
衍生1 答案 -116
解析 将所给反应依次编号为①②③,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。
母题2 答案 2N2H4(g)+N2O4(g)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 096.7 kJ·mol-1
解析 根据盖斯定律,由2×②-①得2N2H4(g)+N2O4(g)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=2×(-543 kJ·mol-1)-(+10.7 kJ·mol-1)=-1 096.7 kJ·mol-1。
衍生2 答案 3SO2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)+S(s)
ΔH2=-254 kJ·mol-1
解析 由题图可知,反应Ⅱ的化学方程式为3SO2+2H2O2H2SO4+S↓。根据盖斯定律,反应Ⅱ=-(反应Ⅰ+反应Ⅲ)可得3SO2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1。
衍生3 答案 2V2O5(s)+2SO2(g)===2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351 kJ·mol-1
解析 据题图写出热化学方程式:①V2O4(s)+2SO3(g)===2VOSO4(s)
ΔH1=-399 kJ·mol-1;②V2O4(s)+SO3(g)===V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=-24 kJ·mol-1,根据盖斯定律,由①-②×2可得2V2O5(s)+2SO2(g)===2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=ΔH1-2ΔH2=(-399 kJ·mol-1)-(-24 kJ·mol-1)×2=-351 kJ·mol-1。
微真题·把握方向
1.C 解析 木材的主要成分为纤维素,纤维素中含碳、氢、氧三种元素,煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的变化逐渐形成的固体,是有机物和无机物组成的复杂混合物,主要含碳元素,A项正确;石油裂化是将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程,汽油的相对分子质量较小,可以通过石油裂化的方式得到,B项正确;燃料电池是将燃料的化学能转化为电能的装置,不是将热能转化为电能,C项错误;在催化剂作用下,利用太阳能光解水可以生成氢气和氧气,D项正确。
2.D 解析 将重质油裂解为轻质油并不能减少二氧化碳的排放量,达不到“碳中和”的目的,A项不符合题意;大规模开采“可燃冰”作为新能源,会增大二氧化碳的排放量,不符合“碳中和”的要求,B项不符合题意;通过清洁煤技术减少煤燃烧污染,不能减少二氧化碳的排放量,达不到“碳中和”的目的,C项不符合题意;研发催化剂将二氧化碳还原为甲醇,可以减少二氧化碳的排放量,达到“碳中和”的目的,D项符合题意。
3.B 解析 X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0,而图像显示Y的能量高于X,即图像显示X(g)Y(g)为吸热反应,A项不符合题意;图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0,且X(g)Y(g)的活化能小于Y(g)Z(g)的活化能,B项符合题意;图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0,但图像上X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能,C项不符合题意;图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都大于0,且X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能,D项不符合题意。
4.答案 6C(石墨,s)+3H2(g)===C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·mol-1
解析 根据表格燃烧热数据可知,存在反应①C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1,②H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH2=-285.8 kJ·mol-1,③C6H6(l)+O2(g)===6CO2(g)+3H2O(l)
ΔH3=-3 267.5 kJ·mol-1,根据盖斯定律,①×6+②×3-③得反应6C(石墨,s)+3H2(g)===C6H6(l),ΔH=(-393.5 kJ·mol-1)×6+(-285.8 kJ·mol-1)×3-(-3 267.5 kJ·mol-1)=+49.1 kJ·mol-1。
5.答案 (1)+14.8 (2)-566 (3)E正+67.59 (4)+118 (5)-45 (6)(a+c-2b) (7)ab
解析 (1)ΔH3=ΔH2-ΔH1=-378.7 kJ·mol-1+393.5 kJ·mol-1=+14.8 kJ·mol-1。(2)将两个反应依次标号为反应①和反应②,反应①-反应②×2可得目标反应,则ΔH3=ΔH1-2ΔH2=(-209.8-178.1×2) kJ·mol-1=-566 kJ·mol-1。(3)根据反应热ΔH与活化能E正和E逆关系为ΔH=正反应活化能-逆反应活化能可知,该反应的E逆=E正 kJ·mol-1-ΔH=(E正+67.59) kJ·mol-1。(4)根据盖斯定律,①-②-③可得C6H5C2H5(g)C6H5CH==CH2(g)+H2(g) ΔH4=-4 386.9 kJ·mol-1-(-4 263.1 kJ·mol-1)-(-241.8 kJ·mol-1)=+118 kJ·mol-1。(5)该反应的ΔH=断裂旧键吸收的总能量-形成新键释放的总能量=(473+654)kJ·mol-1-(339+397+436)kJ·mol-1=-45 kJ·mol-1。(6)将题中反应依次编号为①②③,则根据盖斯定律,由①+③-2×②可得FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·H2O(s)===2(FeSO4·4H2O)(s) ΔH=ΔH1+ΔH3-2ΔH2=(a+c-2b)kJ·mol-1。(7)反应ⅰ的活化能是E1,反应ⅱ的活化能是E3,E1第27讲
大单元五 化学反应与能量
化学反应的热效应
目
标
速
览
1.认识化学能可以与热能、电能等其他形式能量之间相互转化，能量的转化遵循能量守恒定律。知道内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强、物质的聚集状态的影响。2.能辨识化学反应中的能量转化形式，能解释化学反应中能量变化的本质。3.能进行反应焓变的简单计 算，能用热化学方程式表示反应中的能量变化，能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。
考点1 焓变 反应热
微考点/核心突破
第一部分
1.反应热和焓变
(1)反应热是化学反应中______________的热量。
(2)焓变是化学反应在_______________放出或吸收的热量。
(3)化学反应的反应热用一定条件下的焓变表示，符号为ΔH，单位为
_____________。
放出或吸收
恒温恒压下
kJ·mol-1
2.吸热反应与放热反应
(1)从能量高低角度理解。
放热反应 吸热反应
①对于放热反应：反应物的总能量=_______________+放出的热量；
②对于吸热反应：反应物的总能量=_______________-吸收的热量。
(2)从化学键角度理解。
生成物的总能量
生成物的总能量
放热
吸热
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.物质发生化学变化都伴随着能量变化。( )
2.放热反应不需要加热就能发生，吸热反应需要加热才能发生。
( )
提示：任何化学反应均有化学键的断裂和形成，断键吸热，成键放热，两者不相等，所以一定伴随着能量变化。
提示：化学反应是吸热还是放热与反应条件没有必然联系。
3.若反应物总能量大于生成物总能量，则反应为吸热反应。( )
4.放热反应、吸热反应的热效应与反应的过程有关。( )
5.活化能越大，表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越大。( )
提示：若反应物总能量大于生成物总能量，则反应为放热反应。
提示：放热反应、吸热反应的热效应与反应的过程无关，取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。
提示：断裂旧化学键所需要克服的能量总和等于该反应的活化能，故说法正确。
1.避误区
(1)物质的物理变化过程中也会有能量的变化，不属于吸热反应或放热反应。但在进行反应热的有关计算时，必须要考虑到物理变化时的热效应，如物质的三态变化。
(2)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。如吸热反应NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O在常温常压下即可进行，而很多放热反应需要在加热的条件下才能进行，如铝热反应。
(3)可逆反应的ΔH表示反应物完全反应的热量变化。如N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。表示在298 K、101 kPa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。但实际上1 mol N2(g)和3 mol H2(g)充分反应不可能生成 2 mol NH3(g)，故实际反应放出的热量肯定小于92.4 kJ。
(4)正确理解活化能与反应热的关系。
①催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。
②在无催化剂的情况下，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化 能，ΔH=E1-E2。
2.技巧点拨
(1)反应热答题规范指导。
①描述反应热时，无论是用“反应热”“焓变”表示还是用ΔH表 示，其后所跟数值都需要带“+”“-”符号。如某反应的反应热(或焓变)为ΔH=-Q kJ·mol-1或ΔH=+Q kJ·mol-1。
②由于中和反应和燃烧均是放热反应，表示中和反应的反应热和燃烧热时可不带“-”号。如某物质的燃烧热为ΔH=-Q kJ·mol-1或Q kJ·mol-1。
(2)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=反应物的总键能-生成物的总键能
(3)规避两个易失分点。
①旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的，缺少任何一个过程都不是化学变化。
②计算物质中键的个数时，不能忽略物质的结构，如1 mol晶体硅中含2 mol Si—Si键，1 mol SiO2中含4 mol Si—O键。
角度一 焓变与反应热的概念
1.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↑+H2O ΔH
=+Q kJ·mol-1
醋酸逐渐凝固说明反应吸收热量导致醋酸溶液温度降低，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，则反应后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状态，D项错误。
解析
角度二 根据图形，理清活化能与焓变的关系
2.某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是( )
A.反应过程可表示为
B.E1为反应物的平均能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能
C.正反应的热效应ΔH=E1-E2<0，所以正反应为放热反应
D.此图中逆反应的热效应ΔH=E1-E2<0，所以逆反应为放热反应
该题图表示的正反应放热，ΔH为负值，逆反应吸热，ΔH为正 值，D项错误。
解析
3.H2与ICl的反应分①②两步进行，其能量曲线如图所示。下列有关说法错误的是( )
A.反应①、反应②均为放热反应
B.反应①、反应②均为氧化还原反应
C.反应①比反应②的速率慢，与相应正反应的活化能无关
D.反应①、反应②的焓变之和为ΔH=-218 kJ·mol-1
根据图像可知，反应①和反应②中反应物的总能量都大于生成物的总能量，则反应①②均为放热反应，A项正确；反应①②中都存在元素化合价变化，所以反应①②都是氧化还原反应，B项正确；反应①比反应②的速率慢，是因为反应①中正反应的活化能较大，则反应速率与活化能有关，C项错误；反应①、反应②的总能量变化为218 kJ·mol-1，根据盖斯定律可知，反应①、反应②的焓变之和为ΔH=-218 kJ·mol-1，D项正确。
解析
4.研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示，下列说法错误的是( )
A.反应总过程ΔH<0
B.Fe+使反应的活化能降低
C.FeO+也是该反应的催化剂
D.Fe++N2O FeO++N2、FeO++CO Fe++CO2两步反应均为放热反应
反应总过程为N2O+CO===N2+CO2，根据题图示可知，反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，ΔH<0，A项正确；根据反应过程，Fe+为催化剂，能够降低反应的活化能，B项正确；FeO+为中间产物，不是催化剂，C项错误；根据题图示，Fe++N2O —→FeO++N2、FeO++CO—→Fe++CO2两反应中反应物总能量均高于生成物总能量，均为放热反应，D项正确。
解析
角度三 利用键能计算反应热
5.已知H2(g)+Br2(l)===2HBr(g)，蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ，其他相关数据如表，则反应H2(g)+Br2(l)===2HBr(g)的能量变化为( )
H2(g) Br2(g) HBr(g)
1 mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ 436 200 369
A.放出72 kJ B.吸收72 kJ
C.放出102 kJ D.吸收102 kJ
已知反应H2(g)+Br2(l)===2HBr(g)，蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ，对于反应H2(g)+Br2(l)===2HBr(g)，该反应的焓变为436 kJ·mol-1+200 kJ·mol-1+30 kJ·mol-1-2×369 kJ·mol-1= -72 kJ·mol-1，说明反应H2(g)+Br2(l)===2HBr(g)的能量变化为放出72 kJ，故选A。
解析
6.通常把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数 据，供计算使用。
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
工业上的高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)+2H2(g)===Si(s)+
4HCl(g)，该反应的反应热ΔH为__________________。
SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于共价晶体，可根据共价晶体的结构计算晶体硅中共价键的数目。 1 mol晶体硅中所含的Si—Si键为2 mol，即制取高纯硅反应的反应热ΔH=4×360 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-(2×176 kJ·mol-1 +4×431 kJ·mol-1)=+236 kJ·mol-1。
解析
+236 kJ·mol-1
考点2 热化学方程式
微考点/核心突破
第一部分
1.热化学方程式
表示__________________________和________关系的化学方程式。
2.意义
热化学方程式不仅能够表明化学反应中的物质变化，也能表明化学反应中的______变化。
如2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1表示在25 ℃、101 kPa条件下，________________________________________________
_________________________。
参加反应的物质的物质的量
反应热
能量
2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成2 mol H2O(l)时释放571.6 kJ的能量
3.热化学方程式书写注意事项
(1)注明反应条件：反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是在25 ℃、101 kPa下进行的，可不注明。
(2)注明物质状态：常用___、___、___、_____分别表示固体、液 体、气体、溶液。
(3)注意符号、单位：ΔH应包括“+”或“-”、数字和单位(kJ· mol-1)。
(4)注意守恒关系：①原子守恒和得失电子守恒；②能量守恒(ΔH与化学计量数相对应)。
s
l
g
aq
(5)区别于普通方程式：一般不注明“↑”“↓”以及“点燃”“加 热”等。
(6)注意热化学方程式的化学计量数。
热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，可以是整数，也可以是分数。且化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。
(7)同素异形体转化的热化学方程式除了注明状态外，还要注明名 称。
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH>0，说明石墨比金刚石稳定。 ( )
2.对于反应SO2(g)+O2(g) SO3(g) ΔH=-Q kJ·mol-1，增大压强平衡右移，放出的热量增大，ΔH减小。( )
提示：能量越低物质越稳定。
提示：反应热ΔH的数值与化学平衡的移动无关。
3.热化学方程式H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1表示的意义：25 ℃、101 kPa时，发生上述反应生成1 mol H2O(g)后放出241.8 kJ的热量。( )
提示：反应热ΔH单位中的“mol-1”代表的是1 mol题述反应，不是指具体物质的物质的量。
4.热化学方程式前面的计量数不仅表示分子数也表示物质的量。( )
5.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ。( )
提示：热化学方程式前面的计量数只表示物质的量，不表示分子 数。
提示：反应热的单位应该是kJ·mol-1。
1.判断热化学方程式正误的“五审”
2.反应热的大小比较
(1)根据反应物的量的大小关系比较反应焓变的大小。
①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH1
②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2
反应②中H2的量更多，因此放热更多，故ΔH1>ΔH2。
(2)根据反应进行的程度大小比较反应焓变的大小。
①C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1
②C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2
反应②中，C完全燃烧，放热更多，故ΔH1>ΔH2。
(3)根据反应物或生成物的状态比较反应焓变的大小。
①S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1
②S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2
方法一：图像法，画出上述两反应能量随反应过程的变化曲线。
由图像可知：ΔH1<ΔH2。
方法二：通过盖斯定律构造新的热化学方程式。
由①-②可得S(g)===S(s) ΔH=ΔH1-ΔH2<0，故ΔH1<ΔH2。
(4)根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变的大小。
①2Al(s)+O2(g)===Al2O3(s) ΔH1
②2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s) ΔH2
由①-②可得2Al(s)+Fe2O3(s)===2Fe(s)+Al2O3(s) ΔH
已知铝热反应为放热反应，ΔH=ΔH1-ΔH2<0，故ΔH1<ΔH2。
角度四 “五”审，快速判断热化学方程式的正误
7.根据如图所给信息，下列得出的结论正确的是( )
A.48 g碳完全燃烧放出热量为1 574 kJ/mol
B.2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221.0 kJ/mol
C.2CO2(g)===2CO(g)+O2(g) ΔH=+283.0 kJ/mol
D.C(s)+O2(g)===CO2(s) ΔH=-393.5 kJ/mol
48 g C完全燃烧放热为393.5 kJ/mol×4 mol=1 574 kJ，不是1 574 kJ/mol，A项错误；据图示可知，1 mol C燃烧生成CO放热393.5 kJ-283.0 kJ=110.5 kJ，所以2 mol C燃烧生成CO放热221.0 kJ，B项正确；1 mol CO燃烧生成1 mol二氧化碳放热283.0 kJ，所以2CO2(g)===2CO(g)+O2(g) ΔH=+566.0 kJ/mol，C项错误；应该生成二氧化碳气体，不是固态，D项错误。
解析
角度五 热化学方程式的书写
8.依据事实写出下列反应的热化学方程式。
(1)1 g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2，需要吸收10.94 kJ热量，此反应的热化学方程式为_______________________________________
________________________。
(2)已知2.0 g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和水蒸气时，放出33.4 kJ的热量，则表示肼燃烧的热化学方程式为_____________________
______________________________。
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=
+131.28 kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g)===N2(g)
+2H2O(g) ΔH=-534.4 kJ·mol-1
(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s)，放出1 669.8 kJ的热量。此反应的热化学方程式为_____________________________________
____________________。
(4)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：_______________________________________
_______________________。
4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=
-3 339.6 kJ·mol-1
C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 367 kJ·mol-1
(1)1 g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2，需吸收10.94 kJ热量，则碳与水蒸气反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)===CO(g)
+H2(g) ΔH=+131.28 kJ·mol-1。(2)2.0 g肼气体在氧气中完全燃烧生成氮气和水蒸气时放出33.4 kJ热量，则表示肼燃烧的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4 kJ·mol-1。(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s)，放出 1 669.8 kJ的热量，则此反应的热化学方程式为4Al(s)+3O2(g)===
解析
2Al2O3(s) ΔH=-1 669.8 kJ·mol-1×2=-3 339.6 kJ·mol-1。(4)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
解析
mol，从而可确定该有机物的分子式为C2H6O，该液态有机物为C2H5OH(l)，故该反应的热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)===
2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 367 kJ·mol-1。
解析
角度六 依据能量图像书写热化学方程式
9.(1)化学反应的过渡态理论：化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量过渡态。
分析图中信息，回答下列问题：
NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图如图所示，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
(2)CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题，可利用CH4与CO2制备“合成气”(CO、H2)，还可制备甲醇、二甲醚、碳基燃料等产 品。
科学家提出制备“合成气”反应历程分两步：
第一步：CH4(g) C(ads)+2H2(g)(慢反应)；
第二步：C(ads)+CO2(g) 2CO(g)(快反应)。
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭，反应历程的能量变化如图：
CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为____________________
_____________________________________。
CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=+(E3-E1) kJ·mol-1
(1)根据图像分析，该反应的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)
===CO2(g)+NO(g) ΔH=+134 kJ·mol-1 -368 kJ·mol-1 =
-234 kJ·mol-1。(2)由图可知，CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=+(E3-E1) kJ·mol-1。
解析
角度七 反应热大小的比较
10.已知①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH3=c kJ· mol-1
④2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH4=d kJ·mol-1
下列关系式正确的是( )
A.ad>0
C.2a=b<0 D.2c=d>0
氢气燃烧是放热反应，ΔH<0；生成液态水比生成气态水时放出的热量多，ΔH更小，即cb>d；②中各物质的物质的量是①中的2倍，则ΔH2=2ΔH1，即b=2a；综上所述，A、B、D三项错 误。
解析
11.下列两组热化学方程式中，有关ΔH的比较正确的是( )
①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH1
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH2
②NaOH(aq)+H2SO4(浓)===Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH3
NaOH(aq)+CH3COOH(aq)===CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH4
A.ΔH1>ΔH2；ΔH3>ΔH4 B.ΔH1>ΔH2；ΔH3<ΔH4
C.ΔH1=ΔH2；ΔH3<ΔH4 D.ΔH1<ΔH2；ΔH3>ΔH4
由于H2O(g)转化为H2O(l)要放出热量，所以等物质的量的CH4(g)燃烧生成液态水时放出热量的数值要比生成气态水时的大。等物质的量的NaOH与稀醋酸、浓硫酸恰好反应生成等物质的量的水，若不考虑浓硫酸溶解放热和弱电解质电离吸热，应放出相同的热 量。但在实际反应中，浓硫酸溶于水时放热，使反应放出的总热量增多；醋酸是弱酸，部分CH3COOH分子在电离过程中要吸热，使反应放热减小。
解析
考点3 燃烧热和中和反应的
反应热 能源
微考点/核心突破
第一部分
1.燃烧热
指定产物
kJ/mol(或kJ·mol-1)
393.5
2.中和反应的反应热
1 mol
kJ/mol(或kJ·mol-1)
57.3
3.能源
不可
可再生
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.H2(g)的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1，则2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1。( )
2.已知中和反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1，则H2SO4(aq)+
Ba(OH)2(aq)===2H2O(l)+BaSO4(s) ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1。( )
提示：燃烧热生成的水是液态，此方程式中水为气态。
提示：此方程式中不仅有中和反应还有生成BaSO4沉淀的反应。
3.已知中和反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1，则CH3COOH(aq)+NH3
·H2O(aq)===CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。( )
4.1 mol硫完全燃烧生成SO3所放出的热量为硫的燃烧热。( )
5.1 mol H2燃烧放出的热量为氢气的燃烧热。( )
提示：CH3COOH、NH3·H2O为弱酸、弱碱，存在电离平衡，电离吸热，所以放出的热量小于57.3 kJ。
提示：1 mol S完全燃烧生成SO2时所放出的热量为硫的燃烧热。
提示：氢气的燃烧热是指常温常压下，1 mol H2完全燃烧生成液态水时放出的热量。
实验一：镁条与盐酸反应的能量变化
实验操作
实验现象 镁条溶解，表面产生大量气泡；温度计示数变大
实验结论 镁条与盐酸发生反应Mg+2HCl===MgCl2+H2↑，该化学反应向外界放出热量，将化学能转化为热能
实验二：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应的能量变化
实验步骤 实验现象 实验结论或解释
将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌混合物 有刺激性气味的气体产生 有NH3生成
闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸杯壁下部，并试着用手拿起烧杯 烧杯变凉，木片和烧杯底部黏结在一起 体系温度降低，使烧杯和木片之间的水凝结成冰，说明该反应吸热
观察烧杯内混合物的状态 呈糊状 有水生成
结论 Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl混合后发生化学反应Ba(OH)2·
8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O，该化学反应从外界吸收热量，将热能转化为化学能被生成物“储存”起来。
提醒 (1)实验成功的关键是短时间内反应充分进行，体系温度快速降低，使烧杯与木片间的水凝结成冰。
实验中要注意三点：
①Ba(OH)2·8H2O晶体要研细一点儿，以使其与NH4Cl晶体充分接 触。
②由于该反应属于固相反应，因此，一定要在两种晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌，以使它们很快发生反应，快速吸收热量。
③反应放出有刺激性气味的NH3，其对环境有一定的污染，应注意对氨气的处理。
(2)化学反应中的物质变化总会伴随着能量变化，能量变化的主要形式是热量变化，包括吸收热量和放出热量。
(3)各种物质都具有能量，物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量也不同。
实验三：中和反应反应热的测定
(1)实验目的。
测定强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应的反应热，感受化学反应的热效应。
(2)实验原理。
通过实验测量一定量的盐酸和NaOH溶液在反应前后的温度变化，依据Q=cmΔt计算放出的热量，再计算生成1 mol H2O时放出的热量。
(3)实验用品。
简易量热计、量筒(50 mL)两个、0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液。
注意 如图所示，简易量热计由温度计、玻璃搅拌器、内筒、外壳及隔热层等组成，内筒是反应容器，温度计用于测量反应前后体系的温度变化，玻璃搅拌器起使反应物充分混合、保持体系温度均匀变化的作用，内筒与外壳之间的隔热层起保温作用。
(4)实验步骤。
①酸溶液温度的测量：用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸，打开杯盖，倒入量热计的内筒中，盖上杯盖，插入温度计，测量并记录盐酸的初始温度(数据如表)。用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备 用。
②碱溶液温度的测量：用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液，用温度计测量并记录NaOH溶液的温度(数据如表)。
③反应后体系温度的测量：打开杯盖，将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒中，立即盖上杯盖，插入温度计，用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化，将最高温度记为反应后体系的温度(t2)(数据如表)。
④重复步骤①~③两次，记录数据。
(5)数据处理。
①取盐酸温度与NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1)，计算温度差(t2-t1)。
实验 次数 反应物的温度/℃ 反应前体系 的温度t1/℃ 反应后体系 的温度t2/℃ 温度差
(t2-t1)/℃
盐酸 NaOH溶液
1 20.1 20.3 20.2 23.7 3.5
2 20.3 20.5 20.4 23.8 3.4
3 21.6 21.6 21.6 24.9 3.3
②取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。
③反应热计算：根据温度差和比热容等计算反应热。
近似认为酸、碱稀溶液的密度与水的密度相同(1.0 g·cm-3)，比热容也与水的比热容相同(4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1)，并忽略量热计的比热容。
(t2-t1)/℃
=3.4
50 mL盐酸的质量m1=ρ1×V1=1.0 g·cm-3×50 mL=50 g，
50 mL NaOH溶液的质量m2=ρ2×V2=1.0 g·cm-3×50 mL=50 g，
故m混=100 g。
Q=c×Δt×m混=c×(t2-t1)×m混=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1×3.4 ℃× 100 g=1.421 2 kJ。
n(HCl)=V1×c1=0.05 L×0.50 mol·L-1=0.025 mol；
n(NaOH)=V2×c2=0.05 L×0.55 mol·L-1=0.027 5 mol。
NaOH溶液稍过量，根据少量的一方计算，故由HCl的物质的量计算产生水的物质的量。
HCl(aq)+NaOH(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)
1 1
0.025 mol x mol
x=0.025
生成1 mol H2O时的反应热ΔH=-=-≈-56.8 kJ·mol-1。
(6)误差分析。
本次实验数据和理论数据有差异，可能的原因：
①量取液体体积不准确；②温度计读数有误(未读到最高值)；③实验过程中有液体外溅；④混合酸碱时，动作过慢；⑤隔热措施不到 位，实验过程中有热量损失；⑥测量盐酸温度后温度计未清洗； ⑦溶液浓度不准确；⑧未做重复实验，未取平均值。
(7)为了提高测定的准确度，可以采取的措施。
①本实验中盐酸和氢氧化钠溶液的体积相同，NaOH溶液浓度略大于盐酸，目的是保证盐酸反应完全。
②盐酸和NaOH溶液的浓度要小，若使用浓溶液，混合瞬间相互稀释会放热，放出的热量增多。
③量取液体体积应准确无误，否则后面计算会产生误差，反应物应一次性迅速加入，反应前和反应后温度计读数要准确。
④实验测定温度时应该用同一支温度计，以减小实验系统误差；测完酸溶液温度后，温度计要用水清洗干净，擦干后再测碱溶液温 度，否则温度计上附着的酸会中和一部分碱而放热，导致所测得的碱溶液起始温度偏高。
⑤实验所用的酸和碱溶液应当用稀溶液(0.1~0.5 mol·L-1)，否则会造成较大误差。
⑥取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算，计算时应注意单位的统一。
角度八 燃烧热、中和反应的反应热的含义及表达
12.油酸甘油酯(相对分子质量为884)在体内代谢时可发生如下反应：
C57H104O6(s)+80O2(g)===57CO2(g)+52H2O(l)
已知燃烧1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ，油酸甘油酯的燃烧热为( )
A.3.8×104 kJ·mol-1 B.-3.8×104 kJ·mol-1
C.3.4×104 kJ·mol-1 D.-3.4×104 kJ·mol-1
燃烧热是指25 ℃和101 kPa下，1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，则油酸甘油酯的燃烧热为≈
3.4×104 kJ·mol-1。
解析
13.下列关于热化学反应的描述正确的是( )
A.HCl和NaOH反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1。则H2SO4和Ca(OH)2反应的反应热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1
B.CO(g)的燃烧热ΔH是-283.0 kJ·mol-1，则2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+(2×283.0)kJ·mol-1
C.25 ℃、101 kPa时，1 mol甲烷完全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.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水，放出57.3 kJ热量
中和反应的反应热是以生成1 mol H2O(l)作为标准的，A项错误；燃烧热是指1 mol燃料完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，CO(g)的燃烧热ΔH是-283.0 kJ·mol-1，则2 mol CO(g)完全燃烧放出热量为(2×283.0)kJ·mol-1，所以2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)反应的ΔH=-(2×283.0)kJ·mol-1，则2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+(2×283.0)kJ·mol-1，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；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，D项错误。
解析
角度九 中和反应反应热及测定
14.利用图示装置测定中和热的实验步骤如下：
简易量热计示意图
①量取50 mL 0.25 mol·L-1 H2SO4溶液倒入量热计的内筒，测量温 度；②量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液，测量温度；③打开杯 盖，将NaOH溶液倒入量热计的内筒，立即盖上杯盖，插入温度计，混合均匀后测量混合液温度。下列说法正确的是( )
A.仪器A的名称是铁丝搅拌器
B.NaOH溶液稍过量的原因是确保硫酸完全被中和
C.为便于酸碱充分反应，NaOH溶液应分多次加入
D.用温度计测定H2SO4溶液起始温度后直接测定NaOH溶液的温度，所测中和热ΔH比理论值小
仪器A为玻璃搅拌器，为减少热量损失，不能用铁丝搅拌器，A项错误；测定中和反应反应热时，为了保证硫酸完全被中和，加入的氢氧化钠溶液应稍微过量，B项正确；中和反应反应热测定实验中为了减少热量的损失，NaOH溶液应一次倒入盛有硫酸的量热计内筒中，不能分多次倒入，否则易导致热量的散失，C项错 误；温度计测定H2SO4溶液起始温度后直接插入NaOH溶液测温 度，NaOH溶液的起始温度偏高，测得的热量偏小，中和热的数值偏小，但ΔH偏大，D项错误。
解析
15.如图是一种弹式热量计装置，测量有机物燃烧反应的恒容反应 热。通常的使用过程是将样品放入不锈钢氧弹内，并充入氧气进行点火燃烧，整个氧弹放入装有水的内筒中，由温度传感器实时记录温度数据进行热量计算。下列说法不正确的是( )
1-搅拌器；2-水；3-氧弹；4-引燃线；5-温度计；6-绝热套
A.装置的绝热套可以尽量减少热量散失
B.实验前要保证充入足够量的氧气，以保证样品完全燃烧
C.内筒的水面要没过氧弹，以保证测量的准确性
D.搅拌器是为了保证内筒水温均匀一致，可以用玻璃棒代替
绝热套能防止进行热交换，作用是减少热量损失，A项正确；实验测量有机物燃烧反应的反应热，要充入足够量的氧气，以保证样品完全燃烧，B项正确；水面浸没过氧弹都是要保证数据准确性，C项正确；搅拌器是为了保证内筒水温均匀一致，不能用玻璃棒代替，D项错误。
解析
角度十 能量的开发和利用
16.为缓解能源紧张，越来越多的国家开始重视生物质能源(利用能源作物和有机废料，经过加工转变为生物燃料的一种能源)的开发利用。
(1)如图是某国能源结构比例图，其中生物质能源所占的比例是_____。
27%
(2)生物柴油是由动植物油脂转化而来，其主要成分为脂肪酸酯，几乎不含硫，生物降解性好，一些国家已将其添加在普通柴油中使 用。关于生物柴油及其使用，下列说法正确的是______(填字母)。
①生物柴油是可再生资源 ②可减少二氧化硫的排放
③与普通柴油相比易分解 ④与普通柴油制取方法相同
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
A
(1)油料作物和甘蔗是能源作物，属于生物质能源；化石燃料不是生物质能源。(2)生物柴油的原料是动植物油脂，可再生(①对)，几乎不含硫(②对)，生物降解性好(③对)，主要成分为酯类，而普通柴油属于烃类(石油)，所以④错。
解析
常考题点——速用盖斯定律
“揪出”唯一
微充电/素养提升
第二部分
口诀：先观察，找唯一；同正异负成比例，无关物质做消去
命题点1 利用盖斯定律计算反应热
1.盖斯定律的内容。
对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。即：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。
2.盖斯定律的意义。
间接计算某些反应的反应热。
3.盖斯定律的应用。
转化关系 反应热间的关系
aA B、A B ΔH1=aΔH2
A B ΔH1=-ΔH2
ΔH=ΔH1+ΔH2
【母题1】 依据图示关系，下列说法不正确的是( )
A.ΔH5>ΔH4
B.1 mol石墨、1 mol CO分别完全燃烧，石墨放出热量多
C.石墨比金刚石稳定
D.C(石墨，s)+CO2(g)===2CO(g)的ΔH=ΔH3-ΔH2
根据盖斯定律，ΔH5=ΔH1+ΔH4，ΔH5-ΔH4=ΔH1>0，则ΔH5>ΔH4，A项正确；由题图可知1 mol石墨完全燃烧放热393.5 kJ，1 mol CO完全燃烧放热283.0 kJ，石墨燃烧放热多，B项正确；由题图可知石墨转化为金刚石吸热，说明石墨能量低更稳定，C项正确；①C(石墨，s)+O2(g)===CO(g) ΔH5，②CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH2。根据盖斯定律，①-②得C(石墨，s)+CO2(g)===2CO(g)
ΔH=ΔH5-ΔH2，D项错误。
解析
【衍生1】 Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)===CuCl(s)+Cl2(g) ΔH1=+83 kJ·mol-1
CuCl(s)+O2(g)===CuO(s)+Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1
CuO(s)+2HCl(g)===CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1
则4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=________ kJ·mol-1。
-116
将所给反应依次编号为①②③，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。
解析
命题点2 根据盖斯定律书写热化学方程式
利用盖斯定律计算反应热的两种方法：
(1)虚拟途径法：先根据题意虚拟转化过程，然后根据盖斯定律列式求解，即可求得待求反应的反应热。
(2)加和法：将所给热化学方程式适当加减得到所求的热化学方程 式，反应热也作相应的加减运算。流程如下
【母题2】 用肼(N2H4)作燃料，四氧化二氮作氧化剂，二者反应生成氮气和气态水。已知：
①N2(g)+2O2(g)===N2O4(g) ΔH=+10.7 kJ·mol-1
②N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ·mol-1
写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式：______________________
_________________________________________。
2N2H4(g)+N2O4(g)===
3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 096.7 kJ·mol-1
根据盖斯定律，由2×②-①得2N2H4(g)+N2O4(g)===3N2(g)+
4H2O(g) ΔH=2×(-543 kJ·mol-1)-(+10.7 kJ·mol-1)=-1 096.7 kJ·mol-1。
解析
【衍生2】 研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：
反应Ⅰ：2H2SO4(l)===2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ：S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式为_____________________________________
______________________________。
3SO2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)+S(s)
ΔH2=-254 kJ·mol-1
由题图可知，反应Ⅱ的化学方程式为3SO2+2H2O 2H2SO4
+S↓。根据盖斯定律，反应Ⅱ=-(反应Ⅰ+反应Ⅲ)可得3SO2(g)+
2H2O(g)===2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1。
解析
【衍生3】 硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)+O2(g) SO3(g) ΔH=
-98 kJ·mol-1。钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为_____________
_________________________________________________________。
2V2O5(s)+
2SO2(g)===2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351 kJ·mol-1
据题图写出热化学方程式：①V2O4(s)+2SO3(g)===2VOSO4(s) ΔH1=-399 kJ·mol-1；②V2O4(s)+SO3(g)===V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=
-24 kJ·mol-1，根据盖斯定律，由①-②×2可得2V2O5(s)+2SO2(g)
===2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=ΔH1-2ΔH2=(-399 kJ·mol-1)-
(-24 kJ·mol-1)×2=-351 kJ·mol-1。
解析
微真题/把握方向
第三部分
考向一 新能源
1.(2024·全国甲卷)人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭和石油时期，现正向新能源方向高质量发展。下列有关能源的叙述错误的是( )
A.木材与煤均含有碳元素
B.石油裂化可生产汽油
C.燃料电池将热能转化为电能
D.太阳能光解水可制氢
木材的主要成分为纤维素，纤维素中含碳、氢、氧三种元素，煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的变化逐渐形成的固体，是有机物和无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，A项正确；石油裂化是将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程，汽油的相对分子质量较小，可以通过石油裂化的方式得到，B项正确；燃料电池是将燃料的化学能转化为电能的装置，不是将热能转化为电能，C项错误；在催化剂作用下，利用太阳能光解水可以生成氢气和氧气，D项正确。
解析
2.(2021·全国乙卷)我国提出争取在2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。 “碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进“碳中和”最直接有效的是( )
A.将重质油裂解为轻质油作为燃料
B.大规模开采“可燃冰”作为新能源
C.通过清洁煤技术减少煤燃烧污染
D.研发催化剂将CO2还原为甲醇
将重质油裂解为轻质油并不能减少二氧化碳的排放量，达不到“碳中和”的目的，A项不符合题意；大规模开采“可燃冰”作为新能源，会增大二氧化碳的排放量，不符合“碳中和”的要求，B项不符合题意；通过清洁煤技术减少煤燃烧污染，不能减少二氧化碳的排放量，达不到“碳中和”的目的，C项不符合题意；研发催化剂将二氧化碳还原为甲醇，可以减少二氧化碳的排放 量，达到“碳中和”的目的，D项符合题意。
解析
考向二 反应进程与焓变
3.(2024·安徽卷)某温度下，在密闭容器中充入一定量的X(g)，发生下列反应X(g) Y(g)(ΔH1<0)，Y(g) Z(g)(ΔH2<0)，测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应过程示意图符合题意的是( )
解析
考向三 盖斯定律
4.(2021·河北卷)大气中的二氧化碳主要来自于煤、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
6C(石
墨，s)+3H2(g)===C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·mol-1
根据表格燃烧热数据可知，存在反应①C(石墨，s)+O2(g)===
CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1，②H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH2=
-285.8 kJ·mol-1，③C6H6(l)+O2(g)===6CO2(g)+3H2O(l) ΔH3=
-3 267.5 kJ·mol-1，根据盖斯定律，①×6+②×3-③得反应6C(石墨，s)+3H2(g)===C6H6(l)，ΔH=(-393.5 kJ·mol-1)×6+(-285.8 kJ·mol-1)×3-(-3 267.5 kJ·mol-1)=+49.1 kJ·mol-1。
解析
5.(1)(2024·浙江卷1月)相关热化学方程式如下：
Ⅰ：C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
Ⅱ：C(s)+H2(g)+O2(g)===HCOOH(g) ΔH2=-378.7 kJ·mol-1
Ⅲ：CO2(g)+H2(g) HCOOH(g) ΔH3 ΔH3=______ kJ·mol-1。
(2)(2024·安徽卷)C2H6氧化脱氢反应：
2C2H6(g)+O2(g)===2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH1=-209.8 kJ·mol-1
C2H6(g)+CO2(g)===C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH2=178.1 kJ·mol-1
计算：2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3=_______ kJ·mol-1
+14.8
-566
(3)(2024·河北卷)SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g) ΔH=-67.59 kJ·
mol-1。
若正反应的活化能为E正 kJ·mol-1，则逆反应的活化能E逆=_________
kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。
(4)(2023·湖南卷)已知下列反应的热化学方程式：
①C6H5C2H5(g)+O2(g)===8CO2(g)+5H2O(g) ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CH==CH2(g)+10O2(g)===8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1
kJ·mol-1
E正+67.59
③H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
计算反应④C6H5C2H5(g) C6H5CH==CH2(g)+H2(g)的ΔH4=_______
kJ·mol-1。
(5)(2023·新课标卷)根据如图数据计算反应N2(g)+H2(g)===NH3(g)的ΔH=______kJ·mol-1。
+118
-45
(6)(2023·全国乙卷)已知下列热化学方程式：
FeSO4·7H2O(s)===FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1
FeSO4·4H2O(s)===FeSO4(s)+4H2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1
FeSO4·H2O(s)===FeSO4(s)+H2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1
则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·H2O(s)===2(FeSO4·4H2O)(s)的ΔH=
____________ kJ·mol-1。
(a+c-2b)
(7)(2023·北京卷)二十世纪初，工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：
ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4；
ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。
结合反应过程中能量变化示意图，下列说法正确的是___(填字母)。
a.活化能：反应ⅰ<反应ⅱ
b.ⅰ为放热反应，ⅱ为吸热反应
c.CO2(l)+2NH3(l)===CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=E1-E4
ab
(1)ΔH3=ΔH2-ΔH1=-378.7 kJ·mol-1+393.5 kJ·mol-1=+14.8 kJ· mol-1。(2)将两个反应依次标号为反应①和反应②，反应①-反应②×2可得目标反应，则ΔH3=ΔH1-2ΔH2=(-209.8-178.1×2) kJ· mol-1=-566 kJ·mol-1。(3)根据反应热ΔH与活化能E正和E逆关系为ΔH=正反应活化能-逆反应活化能可知，该反应的E逆=E正 kJ· mol-1-ΔH=(E正+67.59) kJ·mol-1。(4)根据盖斯定律，①-②-③可得C6H5C2H5(g) C6H5CH==CH2(g)+H2(g) ΔH4=-4 386.9 kJ·mol-1
-(-4 263.1 kJ·mol-1)-(-241.8 kJ·mol-1)=+118 kJ·mol-1。(5)该反应
解析
的ΔH=断裂旧键吸收的总能量-形成新键释放的总能量=(473+
654)kJ·mol-1-(339+397+436)kJ·mol-1=-45 kJ·mol-1。(6)将题中反应依次编号为①②③，则根据盖斯定律，由①+③-2×②可得FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·H2O(s)===2(FeSO4·4H2O)(s) ΔH=ΔH1
+ΔH3-2ΔH2=(a+c-2b)kJ·mol-1。(7)反应ⅰ的活化能是E1，反应ⅱ的活化能是E3，E1解析课时微练(二十七) 化学反应的热效应
基础训练
1.全球气候变暖给人类的生存和发展带来了严峻的挑战,在此背景下,“新能源”“低碳”“节能减排”“吃干榨尽”等概念愈来愈受到人们的重视。下列有关说法不正确的是( )
A.太阳能、地热能、生物质能和核聚变能均属于“新能源”
B.“低碳”是指采用含碳量低的烃类作为燃料
C.如图,甲烷经一氯甲烷生成低碳烯烃的途径体现了“节能减排”思想
D.让煤变成合成气,把煤“吃干榨尽”,实现了煤的清洁、高效利用
2.中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂,利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水,其主要过程如图所示。
已知几种物质中化学键的键能如表所示:
化学键 H2O中 H—O O2中 OO H2中 H—H H2O2中 O—O H2O2中 O—H
键能/ (kJ·mol-1) 463 496 436 138 463
若反应过程中分解了2 mol水,则下列说法不正确的是( )
A.总反应为2H2O2H2↑+O2↑
B.过程Ⅰ吸收了926 kJ能量
C.过程Ⅱ放出了574 kJ能量
D.过程Ⅲ属于放热反应
3.某些物质的燃烧热如表:
物质 氢气 甲烷 乙烷
燃烧热ΔH/ (kJ·mol-1) -285.8 -891.0 -1 560.8
乙烷与氢气反应生成甲烷的热化学方程式为( )
A.C2H6(g)+H2(g)2CH4(g) ΔH=-955.6 kJ·mol-1
B.C2H6(g)+H2(g)2CH4(g) ΔH=-64.6 kJ·mol-1
C.C2H6(g)+H2(g)2CH4(g) ΔH=+955.6 kJ·mol-1
D.C2H6(g)+H2(g)2CH4(g) ΔH=+64.6 kJ·mol-1
4.已知室温下,将 CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,将 CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高。则下列能量转化关系的判断不正确的是( )
A.ΔH1>0 B.ΔH2>ΔH3
C.ΔH3>ΔH1 D.ΔH2=ΔH1+ΔH3
5.工业上常利用CO2和NH3合成尿素[CO(NH2)2],该可逆反应分两步进行,整个过程中的能量变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.NH2COONH4为合成尿素反应的中间产物
B.反应Ⅰ逆反应的活化能>反应Ⅱ正反应的活化能
C.反应Ⅱ在热力学上进行趋势较小
D.2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)的ΔH=E1-E2
6.2 mol金属钠和l mol氯气反应的能量关系如图所示,下列说法不正确的是( )
A.原子失电子为吸热过程,相同条件下,K(s)的(ΔH2'+ΔH3')B.ΔH4的值数值上和Cl—Cl共价键的键能相等
C.ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5>-(ΔH6+ΔH7)
D.2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)在较低温度下自发进行
7.甲烷燃烧时的能量变化如图所示,下列有关描述错误的是( )
A.反应①和反应②均为放热反应
B.等物质的量时,CO2具有的能量比CO低
C.由图像可以推得:2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1
D.反应②的热化学方程式为CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2O(l) ΔH=-607.3 kJ·mol-1
能力训练
8.(1)用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。反应①为主反应,反应②和③为副反应。
①CaSO4(s)+CO(g)CaS(s)+CO2(g) ΔH1=-47.3 kJ·mol-1
②CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH2=+210.5 kJ·mol-1
③CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH3=-86.2 kJ·mol-1
反应2CaSO4(s)+7CO(g)CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的ΔH=____________(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。
(2)已知:25 ℃、101 kPa时,Mn(s)+O2(g)MnO2(s) ΔH=-520 kJ·mol-1
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=-297 kJ·mol-1
Mn(s)+S(s)+2O2(g)MnSO4(s) ΔH=-1 065 kJ·mol-1
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是____________________________________。
(3)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下可逆反应:
反应Ⅰ:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq) ΔH1
反应Ⅱ:NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)NH4HCO3(aq) ΔH2
反应Ⅲ:(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq) ΔH3
ΔH3与ΔH1、ΔH2之间的关系是ΔH3=________。
(4)已知:温度过高时,WO2(s)转变为WO2(g):
①WO2(s)+2H2(g)W(s)+2H2O(g) ΔH=+66.0 kJ·mol-1
②WO2(g)+2H2(g)W(s)+2H2O(g) ΔH=-137.9 kJ·mol-1
则WO2(s)WO2(g)的ΔH=________。
课时微练(二十七) 化学反应的热效应
1.B 解析 太阳能、地热能、生物质能和核聚变能是“新能源”,A项正确;“低碳”主要是指控制二氧化碳的排放量,B项错误;从题图分析,HCl循环利用,排出的水无污染,符合“节能减排”思想,C项正确;让煤变成合成气,能提高能源利用率,节能减排,D项正确。
2.D 解析 由题图可知,总反应为水分解生成氢气和氧气,实现了光能向化学能的转化。反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑,A项正确;过程Ⅰ为2 mol H2O分子变成2 mol氢原子和2 mol羟基的过程,吸收的能量为463 kJ·mol-1×2 mol=926 kJ,B项正确;过程Ⅱ为2 mol 氢原子和2 mol羟基生成1 mol氢气和1 mol过氧化氢,放出的能量为436 kJ+138 kJ=574 kJ,C项正确;过程Ⅲ为1 mol过氧化氢生成1 mol氧气和1 mol氢气,吸收的能量为463 kJ×2+138 kJ=1 064 kJ,放出的能量为496 kJ+436 kJ=932 kJ,吸收的能量大于放出的能量,该过程为吸热反应,D项错误。
3.B 解析 由题给燃烧热数据可得:
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-891.0 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH2=-285.8 kJ·mol-1
C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH3=-1 560.8 kJ·mol-1
所以ΔH=ΔH2+ΔH3-2ΔH1=[(-285.8)+(-1 560.8)-2×(-891.0)]kJ·mol-1=-64.6 kJ·mol-1,故选B。
易错警示 (1)在书写表示燃烧热的热化学方程式时,应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。例如:
C8H18(l)+O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 518 kJ·mol-1,即C8H18的燃烧热 ΔH=-5 518 kJ·mol-1。
(2)表示燃烧热时,要完全燃烧生成指定产物,其含义是什么
答:物质中下列元素完全转变成对应的指定产物,如C→CO2(g)、H→H2O(l)、S→SO2(g)等。
(3)中和反应的反应热是指常温常压下,强酸和强碱的稀溶液反应生成1 mol H2O时放出的热量为57.3 kJ·mol-1,弱酸弱碱电离时吸热,放出的热量小于57.3 kJ,浓硫酸稀释时放热,放出的热量大于57.3 kJ。
4.C 解析 将CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,说明是吸热反应,ΔH1>0,ΔH2>0,A项正确;由CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,说明是放热反应,ΔH3<0,知ΔH2>ΔH3,ΔH1>ΔH3,B项正确,C项错误;根据上述关系和盖斯定律知ΔH2=ΔH1+ΔH3,D项正确。
5.D 解析 反应Ⅱ为吸热反应,在热力学上进行的趋势较小,C项正确;2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)为放热反应,ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量<0,即ΔH=E2-E1,D项错误。
6.C 解析 原子失电子为吸热过程,相同条件下,K与Na位于同一主族,同主族元素从上到下电离能逐渐减小,K(s)的(ΔH2'+ΔH3')7.C 解析 由题图可知,反应①为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1,反应②为CH4(g)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l) ΔH=-607.3 kJ·mol-1,根据盖斯定律,反应①-反应②得到CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1,C项错误。
8.答案 (1)4ΔH1+ΔH2+2ΔH3
(2)MnO2(s)+SO2(g)===MnSO4(s) ΔH=-248 kJ·mol-1
(3)2ΔH2-ΔH1 (4)+203.9 kJ·mol-1
解析 (1)根据盖斯定律,由①×4+②+③×2得2CaSO4(s)+7CO(g)CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g) ΔH=4ΔH1+ΔH2+2ΔH3。(2)将已知3个热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律由③-①-②得MnO2(s)+SO2(g)===MnSO4(s) ΔH=-1 065 kJ·mol-1+520 kJ·mol-1+297 kJ·mol-1=-248 kJ·mol-1。(3)根据盖斯定律,反应Ⅲ=反应Ⅱ×2-反应Ⅰ,因此ΔH3=2ΔH2-ΔH1。(4)根据题意由①-②可得WO2(s)WO2(g) ΔH=+203.9 kJ·mol-1。(共25张PPT)
课时微练(二十七)
化学反应的热效应
1.全球气候变暖给人类的生存和发展带来了严峻的挑战，在此背景 下，“新能源”“低碳”“节能减排”“吃干榨尽”等概念愈来愈受到人们的重视。下列有关说法不正确的是( )
A.太阳能、地热能、生物质能和核聚变能均属于“新能源”
B.“低碳”是指采用含碳量低的烃类作为燃料
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C.如图，甲烷经一氯甲烷生成低碳烯烃的途径体现了“节能减排”思想
D.让煤变成合成气，把煤“吃干榨尽”，实现了煤的清洁、高效利用
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太阳能、地热能、生物质能和核聚变能是“新能源”，A项正确；
“低碳”主要是指控制二氧化碳的排放量，B项错误；从题图分析，HCl循环利用，排出的水无污染，符合“节能减排”思想，C项正 确；让煤变成合成气，能提高能源利用率，节能减排，D项正 确。
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2.中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。
已知几种物质中化学键的键能如表所示：
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化学键 H2O中 H—O O2中 O==O H2中 H—H H2O2中 O—O H2O2中
O—H
键能/(kJ·mol-1) 463 496 436 138 463
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成1 mol氧气和1 mol氢气，吸收的能量为463 kJ×2+138 kJ=
1 064 kJ，放出的能量为496 kJ+436 kJ=932 kJ，吸收的能量大于放出的能量，该过程为吸热反应，D项错误。
解析
3.某些物质的燃烧热如表：
乙烷与氢气反应生成甲烷的热化学方程式为( )
A.C2H6(g)+H2(g)===2CH4(g) ΔH=-955.6 kJ·mol-1
B.C2H6(g)+H2(g)===2CH4(g) ΔH=-64.6 kJ·mol-1
C.C2H6(g)+H2(g)===2CH4(g) ΔH=+955.6 kJ·mol-1
D.C2H6(g)+H2(g)===2CH4(g) ΔH=+64.6 kJ·mol-1
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物质 氢气 甲烷 乙烷
燃烧热ΔH/(kJ·mol-1) -285.8 -891.0 -1 560.8
由题给燃烧热数据可得：
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-891.0 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH2=-285.8 kJ·mol-1
C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH3=-1 560.8 kJ·mol-1
所以ΔH=ΔH2+ΔH3-2ΔH1=[(-285.8)+(-1 560.8)-2×(-891.0)]kJ·mol-1 =-64.6 kJ·mol-1，故选B。
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(1)在书写表示燃烧热的热化学方程式时，应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。例如：
C8H18(l)+O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 518 kJ·mol-1，
即C8H18的燃烧热ΔH=-5 518 kJ·mol-1。
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(2)表示燃烧热时，要完全燃烧生成指定产物，其含义是什么
答：物质中下列元素完全转变成对应的指定产物，如C→CO2(g)、H→H2O(l)、S→SO2(g)等。
(3)中和反应的反应热是指常温常压下，强酸和强碱的稀溶液反应生成1 mol H2O时放出的热量为57.3 kJ·mol-1，弱酸弱碱电离时吸热，放出的热量小于57.3 kJ，浓硫酸稀释时放热，放出的热量大于57.3 kJ。
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将CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，说明是吸热反应，ΔH1>0，ΔH2>0，A项正确；由CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,说明是放热反应，ΔH3<0，知ΔH2>ΔH3，ΔH1>ΔH3，B项正确，C项错误；根据上述关系和盖斯定律知ΔH2=ΔH1+ΔH3，D项正确。
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6.2 mol金属钠和l mol氯气反应的能量关系如图所示，下列说法不正确的是( )
A.原子失电子为吸热过程，相同条
件下，K(s)的(ΔH2'+ΔH3')(ΔH2+ΔH3)
B.ΔH4的值数值上和Cl—Cl共价键的
键能相等
C.ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5>-(ΔH6+ΔH7)
D.2Na(s)+Cl2(g)===2NaCl(s)在较低温度下自发进行
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原子失电子为吸热过程，相同条件下，K与Na位于同一主族，同主族元素从上到下电离能逐渐减小，K(s)的(ΔH2'+ΔH3')解析
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7.甲烷燃烧时的能量变化如图所示，
下列有关描述错误的是( )
A.反应①和反应②均为放热反应
B.等物质的量时，CO2具有的能量比
CO低
C.由图像可以推得：2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)
ΔH=-283 kJ·mol-1
D.反应②的热化学方程式为CH4(g)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l)
ΔH=-607.3 kJ·mol-1
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由题图可知，反应①为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=
-890.3 kJ·mol-1，反应②为CH4(g)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l) ΔH=-607.3 kJ·mol-1，根据盖斯定律，反应①-反应②得到CO(g)+ O2(g)===CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1，C项错误。
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4ΔH1+ΔH2+2ΔH3
(2)已知：25 ℃、101 kPa时，Mn(s)+O2(g)===MnO2(s)
ΔH=-520 kJ·mol-1
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-297 kJ·mol-1
Mn(s)+S(s)+2O2(g)===MnSO4(s) ΔH=-1 065 kJ·mol-1
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是________________________________________________。
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