版2019版高考化学微一轮复习第20讲化学能与热能学案09136.doc

第20讲化学能与热能考纲要求1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出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，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。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。考点一焓变与反应热1化学反应的实质与特征(1)实质：反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成。(2)特征：既有物质变化，又伴有能量变化；能量转化主要表现为热量的变化。2焓变与反应热(1)反应热：化学反应过程中放出或吸收的热量。(2)焓变：生成物与反应物的内能差，HH(生成物)H(反应物)，单位：kJ/mol(或kJmol 1)。(3)反应热与焓变的关系：恒压条件下的反应热等于焓变。3吸热反应与放热反应(1)从能量守恒的角度理解(2)从化学键变化角度理解4中和反应的反应热(简称中和热)(1)含义：酸与碱发生中和反应生成1_mol H2O(l)时所释放出的热量，其值为57.3 kJmol1。(2)中和反应反应热的测定装置(请在横线上填写仪器名称)计算公式H kJ/mol。t1起始温度，t2终止温度。注意事项a泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热，减少实验过程中的热量损失。b为保证酸完全中和，采取的措施是使碱稍过量。【感悟测评】1(2018张家界模拟)下列变化中，属于放热反应的是()AH2O(g)=H2O(l)H44 kJ/molB2HI(g)=H2(g)I2(g)H14.9 kJ/mol C能量变化如图所示的化学反应D形成化学键时放出能量的化学反应答案：C2判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)放热反应不需要加热就能反应，吸热反应不加热就不能反应。()(2)物质发生化学变化都伴有能量的变化。()(3)伴有能量变化的物质变化都是化学变化。()(4)同温同压下，反应H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的H不同。()(5)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。()(6)测定中和热时可用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)1正确理解活化能与反应热的关系催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。2反应热答题规范指导(1)用“焓变(H)”表示反应热时，H0表示吸热，H0表示放热，因而，H后所跟数值需要带“”、“”符号。(2)描述反应热时，无论是用“反应热”、“焓变”表示还是用H表示，其后所跟数值需要带“”、“”符号。3利用键能计算反应热，其关键是算清物质中化学键的数目在中学阶段要掌握常见单质、化合物中所含共价键的数目。原子晶体：1 mol金刚石中含2 mol CC键，1 mol硅中含2 mol SiSi键，1 mol SiO2晶体中含4 mol SiO键：分子晶体：1 mol P4中含有6 mol PP键，1 mol P4O10(即五氧化二磷)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。考向一反应过程与能量变化图象分析1(2018抚顺期末)已知某化学反应A2(g)2B2(g)=2AB2(g) 的能量变化如图所示，下列有关叙述中正确的是()A该反应的进行一定需要加热B该反应的H(E1E2)kJ/molC该反应中反应物的键能总和大于生成物的键能总和D断裂1 mol AA和2 mol BB放出E1 kJ能量解析：吸热反应进行时不一定都要加热，例如氢氧化钡晶体和氯化铵在常温下就反应，故A错误；该反应的焓变为H(E1E2)kJ/mol，故B错误；断裂化学键吸收热量，所以断裂1 mol AA和2 mol BB吸收E1 kJ能量，故D错误。答案：C2据报道，科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是()解析：水的分解为吸热反应，即产物能量应高于反应物能量。另外，催化剂可降低反应所需的活化能。答案：B【题后悟道】活化能与焓变的关系图解(1)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；HE1E2为此反应的焓变。(2)催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响H，反应放热还是吸热取决于起点(反应物)和终点(生成物)能量的高低。考向二吸热、放热反应(过程)的判断3(2018南京校级模拟)下列变化中生成物的总能量大于反应物的总能量的是()AHClHClBHHHHCZnH2SO4=ZnSO4H2DHClNaOH=NaClH2O解析：断键要吸热，故A正确；形成化学键要放热，故B错误；金属与酸的反应是放热反应，故C错误；酸碱中和反应是放热反应，故D错误。答案：A4(2018邢台校级月考)下列变化过程，属于放热反应的是()液态水变成水蒸气酸碱中和反应浓硫酸稀释固体NaOH溶于水H2在Cl2中燃烧碳高温条件下还原CO2ABC D解析：液态水变成水蒸气要吸收热量，是物理变化，故错误；浓硫酸稀释要放出热量，是物理变化，故错误；固体NaOH溶于水要放出热量，是物理变化，故错误；碳高温条件下还原CO2，属于吸热反应，故错误。答案：C【题后悟道】(1)常见的放热反应(过程)活泼金属与水或酸的反应酸碱中和反应燃烧反应多数化合反应铝热反应化学键的形成过程(2)常见的吸热反应(过程)多数分解反应盐的水解碳和水蒸气、C和CO2的反应Ba(OH)28H2O与NH4Cl的反应弱电解质的电离过程化学键的断裂过程考向三利用键能计算反应热5以下是部分共价键键能数据：HS364 kJmol1，SS266 kJmol1，S=O522 kJmol1，HO464 kJmol1。试根据这些数据计算下面这个反应的H。2H2S(g)SO2(g)=3S(g)2H2O(g)H_。解析：根据题图8个S原子有8个共价键，则一个S原子平均有一个共价键。HE(反应物键能)E(生成物键能)4364 kJmol12522 kJmol13266 kJmol14464 kJmol1154 kJmol1。答案：154 kJmol16已知1 g H2完全燃烧生成水蒸气放出121 kJ的热量。有关数据如下：O=O(键能为496 kJmol1)、HH(键能为436 kJmol1)试求H2O(g)中HO键的键能为()A463 kJmol1B926 kJmol1C1 852 kJmol1 D920 kJmol1解析：由题意可得：2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H484 kJmol1又由：H2E(HH)E(O=O)4E(OH)484 kJmol12436 kJmol1496 kJmol14E(OH)解得E(OH)463 kJmol1答案：A【题后悟道】(1)熟记反应热H的计算公式HE(反应物的总键能之和)E(生成物的总键能之和)(2)注意特殊物质中键数的判断物质(1 mol)P4C(金刚石)SiSiO2键数(mol)6224考点二热化学方程式1热化学方程式(1)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。(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H2(g)O2(g)=H2O(g)H241.8 kJmol1表示：在25 、101 kPa条件下，1 mol H2(g)和 mol O2(g)生成1 mol H2O(g)时释放241.8 kJ的热量。2热化学方程式的书写(1)书写步骤(2)注意事项【多维思考】1H的单位：“kJ/mol ”中每摩尔的含义是什么？提示：H单位kJ/mol 中“每摩尔”指的不是每摩尔某物质，而是指每摩尔反应。2已知：N2(g)3H2(g)2NH3(g)Ha kJ/mol，现向一密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2，反应完全后放热a kJ，对吗？提示：热化学方程式中H的数值代表反应进行到底的热效应，在密闭容器中反应时考虑该反应是可逆反应，放出热量小于a kJ。3实验室用4 mol SO2与2 mol O2在一定条件下进行下列反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.64 kJ/mol，当放出314.624 kJ热量时，SO2的转化率为多少？提示：当放出热量为314.624 kJ时，参加反应的SO2的物质的量为2 mol3.2 mol，故SO2的转化率为100%80%。热化学方程式的书写方法考向一热化学方程式的正误判断1下列有关热化学方程式的书写及对应的表述均正确的是()A密闭容器中，9.6 g硫粉与11.2 g铁粉混合加热生成 17.6 g 硫化亚铁时，放出19.12 kJ热量，则Fe(s)S(s)=FeS(s)H95.6 kJmol1B稀醋酸与0.1 molL1 NaOH溶液反应：H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJmol1C已知1 mol氢气完全燃烧生成液态水所放出的热量为285.5 kJ，则水分解的热化学方程式为2H2O(l)=2H2(g)O2(g)H285.5 kJmol1D已知2C(s)O2(g)=2CO(g)H221 kJmol1，则可知C的燃烧热H110.5 kJmol1解析：稀醋酸是弱酸，电离过程是吸热过程，与0.1 molL1 NaOH溶液反应放出的热量小于中和热，结合焓变是负值，则H57.3 kJmol1，故B错误；已知1 mol 氢气完全燃烧生成液态水所放出的热量为285.5 kJ，则水分解的热化学方程式：2H2O(l)=2H2(g)O2(g)H571 kJmol1，故C错误；燃烧热是1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，碳燃烧生成的一氧化碳不是稳定氧化物，故D错误。答案：A2(2018贵州模拟)根据如图所给信息，得出的结论正确的是()A48 g碳完全燃烧放出热量为1 574 kJ/mol B2C(s)O2(g)=2CO(g)H221.0 kJ/molC2CO2(g)=2CO(g)O2(g)H283.0 kJ/molDC(s)O2(g)=CO2(s)H393.5 kJ/mol解析：48 g C完全燃烧放热为393.5 kJ/mol4 mol1 574 kJ，不是1 574 kJ/mol，故A错误；据图示可知，1 mol C燃烧生成CO放热393.5 kJ283.0 kJ110.5 kJ，所以2 mol C燃烧生成CO放热221.0 kJ，故B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)H566.0 kJ/mol，故C错误；应该生成二氧化碳气体，不是固态，故D错误。答案：B【技法归纳】判断热化学方程式正误的方法考向二热化学方程式的书写3(1)由C、S形成的液态化合物CS2 0.2 mol 在O2中完全燃烧，生成两种气态氧化物，298 K时放出热量215 kJ。该反应的热化学方程式为_。(2)我国两次成功发射“神舟”载人飞船，火箭用的燃料是液态的偏二甲肼(C2H8N2)和四氧化二氮，若0.1 mol 液态偏二甲肼与液态N2O4完全反应，生成气态N2、H2O和CO2，同时放出a kJ热量，该反应的氧化剂是_(填化学式)；试写出该反应的热化学方程式：_。解析：1 mol CS2(l)完全燃烧放出的热量为1 075 kJ；1 mol C2H8N2(l)与N2O4(l)完全反应生成气态N2、H2O、CO2放出的热量为10a kJ，由此可写出反应的热化学方程式，书写时注意物质的状态。答案：(1)CS2(l)3O2(g)=CO2(g)2SO2(g)H1 075 kJmol1(2)N2O4C2H8N2(l)2N2O4(l)=2CO2(g)4H2O(g)3N2(g)H10a kJmol14化学反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是_。解析：通过图分析起点 mol N2(g) mol H2(g)，变化三阶段为吸收能量a kJ；放出能量b kJ；放出能量c kJ到1 mol NH3(l)。故可得热化学方程式： N2(g) H2(g)NH3(l)H(abc)kJmol1，扩大化学计量数后得到答案。答案：N2(g)3H2(g)2NH3(l)H2(abc)kJmol1【题后悟道】热化学方程式与化学(离子)方程式的3个不同点(1)热化学方程式不注明反应条件；(2)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。(3)热化学方程式的化学计量数只表示物质的量，其H必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。考点三盖斯定律燃烧热和能源1盖斯定律(1)含义不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的，它只与反应体系的始态和终态有关，而与反应途径无关。(2)应用间接计算某些反应(反应热无法直接测得)的反应热。如，则有HH1H2。2燃烧热1 mol 稳定的氧化物 kJ/mol1 molC CO2(g)3能源【感悟测评】1试比较下列三组H的大小(1)A(g)B(g)=C(g)H10A(g)B(g)=C(l)H2”“”或“”，下同)。(2)P4(g)5O2(g)=P4O10(s)H10P4(s)5O2(g)=P4O10(s)H20则H1_H2。(3)C(s)O2(g)=CO2(g)H10C(s)O2(g)=CO(g)H2(2)(3)2已知下列反应的热化学方程式为：C(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJmol1CH3COOH(l)2O2(g)=2CO2(g)2H2O(l)H2870.3 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)H3571.6 kJmol1(1)请计算：2C(s)2H2(g)O2(g)=CH3COOH(l)H4_。(2)能表示燃烧热的热化学方程式是_。(3)根据上述题目总结根据盖斯定律求反应热时如何消去物质的方法。答案：(1)488.3 kJmol1(2)(3)消去物质的方法：观察目标化学方程式和已知化学方程式，确定拟被消去的物质。化学方程式两边乘以某数(整数或分数)，使拟被清除物质的化学计量数相同。拟被消去的物质在已知化学方程式的同一边时用减法，不同边时用加法。1反应热的计算方法(1)根据热化学方程式计算：反应热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；(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；(4)根据盖斯定律进行计算；(5)根据物质燃烧热数值计算：Q(放)n(可燃物)|H|；(6)根据比热公式进行计算：QcmT。2反应热大小的比较(1)H的符号：比较反应热的大小时，不要只比较H数值的大小，还要考虑其符号。(2)参加反应物质的量：当反应物和生成物的状态相同时，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)反应的程度：参加反应物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。考向一反应热的计算与比较1(2018内蒙古校级模拟)已知反应：H2(g)O2(g)=H2O(g)H1N2(g)O2(g)=NO2(g)H2N2(g)H2(g)=NH3(g)H3则反应2NH3(g)O2(g)=2NO2(g)3H2O(g)的H为()A2H12H22H3BH1H2H3C3H12H22H3D3H12H22H3解析：根据盖斯定律322得：2NH3(g)O2(g)=2NO2(g)3H2O(g)H3H12H22H3。答案：D2(2018盐城三模)已知：S(g)O2(g)=SO2(g)H1S(s)O2(g)=SO2(g)H22H2S(g)O2(g)=2S(s)2H2O(l)H32H2S(g)3O2(g)=2SO2(g)2H2O(l)H4SO2(g)2H2S(g)=3S(s)2H2O(l)H5下列关于上述反应焓变的判断不正确的是()AH1H2BH3H4CH5H3H2 D2H53H3H4解析：硫从固体变为气体的过程是吸热的过程，硫单质的燃烧放热，焓变均小于零，所以H1H2，故A正确；硫化氢完全燃烧生成二氧化硫放出的热量要比不完全燃烧生成硫单质放出的热量多，硫化氢的燃烧都是放热的，焓变是负值，所以H3H4，故B错误；SO2(g)2H2S(g)=3S(s)2H2O(l)可以根据2H2S(g)O2(g)=2S(s)2H2O(l)减去S(s)O2(g)=SO2(g)得到，据盖斯定律H5H3H2，故C正确；2SO2(g)4H2S(g)=6S(s)4H2O(l)可以根据反应6H2S(g)3O2(g)=6S(s)6H2O(l)减去2H2S(g)3O2(g)=2SO2(g)2H2O(l)得到，据盖斯定律，2H53H3H4，故D正确。答案：B考向二能源的分类、开发和利用3能源分类相关图如图所示，下面四组能源中，全部符合图中阴影部分的能源是()A煤炭、石油、沼气B水能、生物能、天然气C太阳能、风能、潮汐能 D地热能、海洋能、核能解析：A中煤炭、石油均属于化石能源，属于不可再生能源，错误；B中天然气属于不可再生能源，错误；C中三者都既是新能源，又是可再生能源，且风能、潮汐能都是来自太阳辐射的能量，正确；D中核能不属于可再生能源，错误。答案：C4(2018湖北荆州质检)能源可划分为一次能源和二次能源。自然界中以现成形式提供的能源称为一次能源；需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源。氢气是一种高效而没有污染的二次能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取：2H2O(l)=2H2(g)O2(g)H571.6 kJ/mol。根据以上叙述回答：(1)下列叙述正确的是_。A电能是二次能源B水力是二次能源C天然气是一次能源 D焦炉气是一次能源(2)已知：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJ/mol，等质量的氢气和甲烷分别完全燃烧后，放出的热量之比约为_。A13.4 B11.7C2.61 D4.61(3)关于用水制取二次能源氢气，以下研究方向不正确的是_。A组成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可研究在水不分解的情况下，使氢成为二次能源B设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气C寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能量D寻找特殊催化剂，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气解析：(1)电能通常是由其他能源(如煤、石油等)间接制取的，应属于二次能源。直接利用水的动能和势能，水力应属于一次能源，若用水力发电，则发出的电能应属于二次能源。天然气为一次能源。焦炉气是从煤间接制取的，应属于二次能源。(2)假设H2和CH4的质量都为1 g,1 g H2产生热量为 571.6 kJ/4,1 g CH4产生的热量为890.3 kJ/16，之比约为2.61。(3)构成水的氢、氧两元素与其单质H2和O2性质不同，O2也不是可燃物，O2只是能助燃，A错误；水的分解是吸热反应，利用太阳能产生高温使水分解，此法可取，B正确；水分解的反应是吸热反应，C错误；D是一个可以肯定的研究方向，以解决分解水制H2的问题。答案：(1)AC(2)C(3)AC 1(2017高考天津卷)下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是()A硅太阳能电池工作时，光能转化成电能B锂离子电池放电时，化学能转化成电能C电解质溶液导电时，电能转化成化学能D葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能解析：A.硅太阳能电池主要是以半导体材料为基础，利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应，与氧化还原反应无关；B.锂离子电池工作时，涉及到氧化还原反应；C.电解质溶液导电实质是电解的过程，与氧化还原反应有关；D.葡萄糖供能时，涉及到生理氧化过程。故选A。答案：A2(2017高考江苏卷)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3 )。下列说法不正确的是()C(s) H2O(g)=CO(g)H2 (g)H1 a kJmol1 CO(g)H2O(g)=CO2 (g)H2 (g)H 2 b kJmol1CO2(g)3H2(g)=CH3OH(g)H2O(g)H3c kJmol12CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)H4d kJmol1 A反应、为反应提供原料气 B反应也是 CO2资源化利用的方法之一 C反应CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(l)的HkJmol1 D反应 2CO(g)4H2(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)的H(2b2cd) kJmol1 解析：A.反应、的生成物CO2和H2是反应的反应物，A正确；B.反应可将二氧化碳转化为甲醇，变废为宝，B正确；C.4个反应中，水全是气态，没有给出水由气态变为液态的焓变，所以C错误；D.把反应三个反应按()2可得该反应及对应的焓变，D正确。答案选C。答案：C3(2016高考海南卷)油酸甘油酯(相对分子质量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3.8104 kJ，油酸甘油酯的燃烧热H为()A3.8104kJmol1B3.8104kJmol1C3.4104kJmol1 D3.4104kJmol1解析：燃烧热指的是燃烧1 mol可燃物生成稳定的氧化物所放出的热量，燃烧1 kg油酸甘油酯释放出热量3.8104kJ，则1 kg该化合物的物质的量为，则油酸甘油酯的燃烧热H3.4104kJmol1，故选D。答案：D4(2016全国各省市高考试题组合)(1)(2016高考江苏卷)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是() 太阳光催化分解水制氢：2H2O(l)=2H2(g) O2(g)H1571.6 kJmol1焦炭与水反应制氢：C(s) H2O(g)=CO(g) H2(g)H2131.3 kJmol1甲烷与水反应制氢：CH4(g) H2O(g)=CO(g)3 H2(g)H3206.1 kJmol1A反应中电能转化为化学能B反应为放热反应C反应使用催化剂，H3减小D反应CH4(g)=C(s)2 H2(g)的H74.8 kJmol1(2)(2016高考全国卷节选)2O2(g)N2(g)=N2O4(l)H1N2(g)2H2(g)=N2H4(l) H2O2(g)2H2(g)=2H2O(g) H32N2H4(l)N2O4(l)=3N2(g)4H2O(g)H41 048.9 kJmol1上述反应热效应之间的关系式为H4_，联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为_。(3)(2016高考全国卷节选)已知下列反应：SO2(g)2OH(aq)=SO(aq)H2O(l)H1ClO (aq)SO (aq) =SO (aq)Cl(aq) H2CaSO4(s)=Ca2(aq)SO(aq) H3则反应SO2(g) Ca2(aq) ClO (aq)2OH(aq)=CaSO4(s)H2O(l)Cl(aq)的H_。(4)(2016高考四川卷节选)工业上常用磷精矿Ca5(PO4)3F和硫酸反应制备磷酸。已知25 ，101 kPa时：CaO(s)H2SO4(l)=CaSO4(s)H2O(l)H271 kJ/mol5CaO(s)3H3PO4(l)HF(g)=Ca5(PO4)3F(s)5H2O(l)H937 kJ/mol则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是_。答案：(1)D(2)H42H32H2H1 反应放热量大、产生大量气体(3)H1H2H3(4)Ca5(PO4)3F (s) 5H2SO4(l)=5CaSO4(s) 3H3PO4(l)HF(g)H418 kJ/mol 。5(2017全国各省市高考试题组合)(1)(2017高考全国卷节选)已知：As(s)H2(g)2O2(g)=H3AsO4(s)H1H2(g)O2(g)=H2O(l)H22As(s)O2(g)=As2O5(s)H3则反应As2O5(s) 3H2O(l)=2H3AsO4(s)的H_。(2)(2017高考全国卷节选)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：C4H10(g)=C4H8(g)H2(g)H1已知：C4H10(g)O2(g)=C4H8(g)H2O(g)H2119 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(g)H3242 kJmol1反应的H1为_kJmol1。(3)(2017高考全国卷节选)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。通过计算，可知系统()和系统()制氢的热化学方程式分别为