第16讲化学反应中的热效应（讲义）-2023年高考化学一轮复习四点卓越讲义（原卷版）

第16第16讲化学反应中的热效应考纲要求：考纲要求：1．了解焓变(ΔH)与反应热的含义。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．了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。4．了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。5．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。6．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。考点一焾变与反应热1．反应热、焓变(1)反应热化学反应在一定温度下进行时，反应所释放或吸收的能量叫做反应热。(2)焓变反应产物的总焓与反应物的总焓之差，ΔH＝H(反应产物)－H(反应物)，单位：kJ·mol－1。(3)反应热与焓变的关系恒压条件下，反应中物质的能量变化全部转化为热能时，化学反应的反应热等于焓变。则有如下关系：ΔH＝QP2．吸热反应和放热反应(1)两角度理解①从能量高低角度理解ΔHeq\a\vs4\al(<)0，放热反应ΔHeq\a\vs4\al(>)0，吸热反应②从化学键角度理解(2)常见的放热反应和吸热反应①放热反应：大多数化合反应、中和反应、金属与eq\a\vs4\al(酸)的反应、所有的燃烧反应。②吸热反应：大多数分解反应、盐类的水解反应、Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O(g)反应、C与CO2反应。3．焓变、活化能图示(1)在无催化剂的情况，eq\a\vs4\al(E1)为正反应的活化能，eq\a\vs4\al(E2)为逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2。(2)催化剂能降低反应的活化能，但不影响焓变的大小。4．热化学方程式及其意义(1)定义：表示参加反应的物质的物质的量和反应焓变的关系的化学方程式。5．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。例如：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1，表示在25℃和1.01×105Pa下，1mol氢气和0.5mol氧气完全反应生成1mol液态水时放出285.8kJ的热量。6．书写步骤7．注意事项8．燃烧热9．中和热(1)中和热的概念及表示方法(2)中和热的测定A．装置碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板的作用是__隔热防止热量散失__。B．计算公式：ΔH＝－eq\f(m碱＋m酸·c·t2－t1,n)kJ·mol－1t1——起始温度，t2——终止温度，n——生成水的物质的量，c——中和后生成的溶液的比热容，一般为4.18J/(g·℃)。C．实验步骤。eq\x(绝热装置的准备)——eq\x(减少热量损失)↓eq\x(量取反应物，测反应前温度)——eq\x(用NaOH稀溶液、稀盐酸)↓eq\x(混合反应物，测反应后温度)——eq\x(测反应后混合液的最高温度)↓eq\x(重复实验)——eq\x(减小实验误差)↓eq\x(计算反应热)D．几个注意问题。a．酸、碱溶液应当用强酸、强碱的稀溶液，因为浓酸或浓碱溶于水一般都要放热。若用弱酸或弱碱，它们电离时要吸收一部分热量，会使测得的数值偏小。b．测量酸、碱溶液温度时要过一段时间再读数，测量反应混合液温度时应随时读取温度值以记录最高温度。c．溶液混合要迅速，尽量减少热量的散失。d．为保证实验结果的准确性，重复实验2～3次，取其平均值。e．为了保证实验中盐酸完全反应，使用的碱稍微过量，计算中和热时按酸来算。f．做好保温工作是本实验成功的关键，如为什么用环形玻璃棒，不能用铁质或铜质环形棒，还应注意环形玻璃棒的使用方法。10．能源基础通关练基础通关练1．中科院科学家发现，在水滑石表面可发生：。关于该过程的说法正确的是A．属于固氮过程 B．化学能一部分转化成了热能C．反应物的总能量高于生成物的总能量 D．证明氮的非金属性大于氧2．N2(g)与H2(g)化合生成NH3(g)的能量变化如图，下列说法正确的是A．N2与H2的键能数值总和为1080B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)＋46kJC．1molH2(g)的能量比2molH(g)的能量低D．若使用催化剂会改变反应的热效应3．化学反应伴随着能量变化是化学反应的基本特征之一。下列说法中错误的是A．燃料的燃烧属于放热反应 B．需要加热的反应一定是吸热反应C．化学反应中既有物质变化也有能量变化 D．如图所示反应为放热反应4．根据如图能量关系示意图，下列说法正确的是A．1molC(s)与1molO2(g)的能量之和为393.5kJB．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=-221.2kJ·mol-1D．热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出热量，则CO热值ΔH=-10.1kJ·mol-1(1)化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成，任何化学反应都具有热效应。(2)不能根据反应条件判断反应是放热还是吸热，需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应，不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应。(3)有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应，如水结成冰放热但不属于放热反应。浓H2SO4、NaOH固体溶于水放热、NH4NO3溶于水吸热，因为不是化学反应，其放出或吸收的热量不是反应热。(4)物质三态变化时，能量的变化形式为固态eq\o(,\s\up7(吸热),\s\do5(放热))液态eq\o(,\s\up7(吸热),\s\do5(放热))气态。(5)热化学方程式与化学(离子)方程式的3个不同点①热化学方程式一般不注明反应条件；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ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。(6)ΔH与反应的“可逆性”可逆反应的ΔH表示反应完全时的热量变化，与反应是否可逆无关，如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，表示在298K时，1molN2(g)和3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)时放出92.4kJ的热量。但实际上1molN2(g)和3molH2(g)充分反应，不可能生成2molNH3(g)，故实际反应放出的热量小于92.4kJ。(7)中和热测定注意事项①碎泡沫塑料(或纸条)及硬纸板(或泡沫塑料板)的作用是保温、隔热，减少实验过程中热量的损失。②为保证酸、碱完全中和，常采用碱稍稍过量。③实验时用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液的方法是上下搅动，不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是铜传热快，热量损失大。④中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应。⑤取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算，而不是结果的平均值，计算时应注意单位的统一。(8)当用热化学方程式表示中和热时，生成H2O的物质的量必须是1mol，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1mol。(9)描述反应热时，不论是用“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＝－QkJ·mol－1或ΔH＝＋QkJ·mol－1，ΔH>0表示吸热，ΔH<0表示放热。(10)由于中和反应和燃烧均是放热反应，表示中和热和燃烧热时可不带“－”号，但用ΔH表示时，必须带“－”号，如某物质的燃烧热为ΔH＝－QkJ·mol－1或QkJ·mol－1。查缺补漏练查缺补漏练5．下列有关热化学方程式的叙述，正确的是A．1mol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B．由N2O4(g)⇌2NO2(g)ΔH=-56.9kJ·mol-1，可知将1molN2O4(g)置于密闭容器中充分反应后放出热量为56.9kJC．由：H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)ΔH=-57.3kJ·mol-1，可知：含1molCH3COOH的溶液与含1molNaOH的溶液混合，放出热量为57.3kJD．已知101kPa时，2C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH=-221kJ·mol-1，则1mol碳完全燃烧放出的热量大于110.5kJ6．下列实验不能达到目的的是ABCD实验室制取乙酸乙酯甲烷与氯气的取代反应用该装置制备并收集CO2盐酸与氢氧化钠稀溶液反应测定中和热A．A B．B C．C D．D7．实验室提供的玻璃仪器有容量瓶、烧杯、酒精灯、玻璃棒、分液漏斗、量筒(非玻璃仪器任选)。选用上述仪器能完成的实验是A．配制0.1000mol·L-1氢氧化钠溶液 B．食盐的精制C．用四氯化碳萃取碘水中的碘 D．测定中和反应的反应热8．周期表中ⅣA族元素及其化合物应用广泛，甲烷具有较大的燃烧热，是常见燃料；Si、Ge是重要的半导体材料，硅晶体表面能与氢氟酸(HF，弱酸)反应生成(在水中完全电离为和)；1885年德国化学家将硫化锗与共热制得了门捷列夫预言的类硅—锗；下列化学反应表示正确的是A．与HF溶液反应：B．高温下还原：C．铅蓄电池放电时的正极反应：D．甲烷的燃烧：“五审”判断热化学方程式的正误eq\x(一审“＋”“－”)—eq\x(放热反应的ΔH一定为“－”，吸热反应的ΔH一定为“＋”)↓eq\x(二审单位)—eq\x(单位一般为“kJ·mol－1”，易错写成“kJ”或漏写)↓eq\x(三审状态)—eq\x(物质的状态必须正确)↓eq\x(四审数值)—eq\x(\a\al(反应热的数值必须与方程式中的化学计量数相对应，即ΔH与化学,计量数成正比))↓eq\x(\a\al(五审是否,符合概念))—eq\x(如表示燃烧热、中和热的热化学方程式)利用状态，迅速比较反应热的大小若反应为放热反应(1)当反应物状态相同，生成物状态不同时，生成固体放热最多，生成气体放热最少。(2)当反应物状态不同，生成物状态相同时，固体反应放热最少，气体反应放热最多。(3)在比较反应热(ΔH)的大小时，应带符号比较。对于放热反应，放出的热量越多，ΔH反而越小。能力提升练能力提升练9．H2(g)+2ICl(g)→2HCl(g)+I2(g)能量曲线如图。描述正确的是A．反应①为放热反应，反应②为吸热反应B．若加入催化剂可降低反应热C．热化学方程式为H2(g)+2ICl(g)→2HCl(g)+I2(g)-218kJD．若反应的生成物为2HCl(g)+I2(s)，则反应热数值将变大10．环己烷()有椅型、半椅型、船型、扭船型等多种结构，在一定温度和压强下不同结构的势能不同，它们的相对势能如图所示。下列说法不正确的是A．上述四种结构中，半椅型结构最不稳定B．相同条件下，椅型转化成扭船型的速率比逆向转化的快C．D．加热有利于椅型转化成扭船型11．氯胺是由氯气遇到氨气反应生成的一类化合物，是常用的饮用水二级消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺(NH2Cl、NHCl2和NCl3)。已知部分化学键的键能和化学反应的能量变化如表和图所示。下列说法正确的是化学键N-HN-ClH-Cl键能(kJ/mol)391.3x431.8A．B．反应过程中的C．选用合适的催化剂，可降低反应过程中的值D．表中的x=191.212．图(a)、图(b)表示反应的相关反应机理及能量与反应历程关系。下列相关说法错误的是A．由图(a)可确定①、②为无效碰撞B．由图(a)可知，NO和的碰撞仅部分有效C．该反应的逆反应的活化能为191.2D．该反应的热化学方程式为考点二盖斯定律在比较、计算及书写热化学方程式中的应用1．盖斯定律及其应用(1)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)意义：间接计算某些反应的反应热。如：已知在25℃、101kPa时：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－393.5kJ·mol－1，②2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＝－221kJ·mol－1，则CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)的ΔH为－283_kJ·mol－1。(3)应用：盖斯定律的理解热化学方程式反应热间的关系aAeq\o(→,\s\up7(ΔH1))B、Aeq\o(→,\s\up7(ΔH2))eq\f(1,a)BΔH1＝aΔH2ABΔH1＝－ΔH2ΔH＝ΔH1＋ΔH2即：若一个化学方程式可由n个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这n个化学反应焓变的代数和。2．反应热的计算(1)主要依据热化学方程式、键能、盖斯定律及燃烧热、中和热、反应物和生成物的总能量等。(2)主要方法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ΔH＝__E生成物－E反应物__。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ΔH＝E反应物的化学键断裂吸收的能量－E生成物的化学键形成释放的能量④根据盖斯定律计算化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与反应的途径无关。即如果一个反应可以分步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的。应用盖斯定律常用以下两种方法。a．热化学方程式相加或相减，如由C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1；C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH2；可得2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH＝2(ΔH1－ΔH2)b．合理设计反应途径，如，则ΔH＝ΔH1＋ΔH2。⑤根据物质燃烧热数值计算Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH|⑥根据比热公式进行计算Q＝c·m·ΔT3．利用盖斯定律书写热化学方程式的一般步骤eq\x(目标)—先确定待求的方程式↓eq\x(查找)—eq\a\vs4\al(找出待求方程式中各物质在已知,方程式中的位置)↓eq\x(调整)—eq\a\vs4\al(根据待求方程式中各物质的计量数,调整已知方程式中各物质的计量数)↓eq\x(加减)—eq\b\lc\[\rc\(\a\vs4\al\co1(①根据物质在已知和待求方程式中的位置确,定“＋”“－”：物质在两方程式中位置相同时用,“＋”、物质在两方程式中位置不同时用“－”,②已知方程式中的反应热也需要进行相应的,“＋”“－”运算))↓eq\x(计算)—计算并写出待求的热化学方程式↓eq\x(检查)—检查得出的热化学方程式是否正确基础通关练基础通关练1．在一定温度压强下，依据图示关系，下列说法不正确的是A．B．1molC(石墨)和1molC(金刚石)分别与足量反应全部转化为(g)，前者放热多C．D．化学反应的△H，只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关2．某科研人员用下列流程实现了太阳能的转化与存储。反应Ⅰ：反应Ⅱ：则能表示S(s)的燃烧热的热化学方程式中的为A． B．C． D．3．下列关于如图所示转化关系(X代表卤素)，说法正确的是A．B．生成HX(g)的反应热与途径有关，所以C．若X分别表示Cl、Br、I，则过程Ⅲ放出的热量依次增多D．、分别发货所能反应Ⅰ，同一温度下的平衡常数分别为K1、K3，则K1>K34．下列关于盖斯定律描述不正确的是A．化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，也与反应的途径有关B．盖斯定律遵守能量守恒定律C．利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热D．利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热一、应用盖斯定律时要注意的问题(1)叠加各反应式时，有的反应要逆向写，ΔH符号也相反，有的反应式要扩大或缩小，ΔH也要相应扩大或缩小。(2)比较反应热大小时，反应热所带“＋”“－”均具有数学意义，参与大小比较。(3)利用键能计算反应热时，要注意物质中化学键的个数。如1molNH3中含有3molN—H键，1molP4中含有6molP—P键等。(4)同一物质的三态变化(固、液、气)，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。二、反应热大小比较的注意要点（1）反应物和生成物的状态物质的气、液、固三态的变化与反应热关系：（2）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）化学计量数当反应物和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）可逆反应与反应热(ΔH)正确理解可逆反应的反应热(ΔH)，如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1中的92.4kJ是1molN2(g)与3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)时放出的热量。查缺补漏练查缺补漏练5．“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∆H=-283kJ·mol-1，则2N2O(g)=2N2(g)+O2(g)的反应热∆H(kJ·mol-1)为A．-152 B．-76 C．+76 D．+1526．二氧化碳催化加氢制甲醇是一种实现“碳中和”的有效方法。在和催化制甲醇反应体系中，主要发生的反应的热化学方程式为反应I：反应II：将1mol和3mol混和气体通入恒压、密闭容器中，在的催化下反应，平衡时转化率、和CO选择率随温度变化如图所示(选择率：转化的中生成或CO的百分比)。下列说法错误的是A．选择率对应的曲线是bB．C．图中M点时，的平衡转化率为25%，则的转化率为33.3%D．提高转化为的转化率，需要研发在低温区高效的催化剂7．CH3COOH和氨水反应的能量循环体系如图所示，下列说法正确的是A．△H1+△H2+△H3=△H4 B．△H1+△H4>△H2+△H3C．△H4<△H1-△H2 D．△H3<08．已知：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH13H2(g)+Fe2O3(s)=2Fe(s)+3H2O(g)ΔH22Fe(s)+1.5O2(g)=Fe2O3(s)ΔH32Al(s)+1.5O2(g)=A12O3(S)ΔH42Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)ΔH5下列关于上述反应恰变的判断正确的是A．ΔH1＜0，ΔH3＞0 B．ΔH5＜0，ΔH4＜ΔH3C．ΔH1=ΔH2+ΔH3D．ΔH3=ΔH4+ΔH51．反应热大小的比较规律（1）吸热反应的ΔH比放热反应的ΔH大(前者大于0，后者小于0)（2）等量的可燃物完全燃烧所放出的热量比不完全燃烧所放出的热量多例：C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＜0C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH2＜0；ΔH1为完全燃烧放出的热量多，又ΔH1和ΔH2均为负值，所以ΔH1＜ΔH2（3）产物相同时，A(g)燃烧放出的热量比等量的A(s)燃烧放出的热量多例：S(g)＋O2(g)=SO2(g)ΔH1＜0S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2＜0则ΔH1＜ΔH2（4）反应物相同时，生成C(l)所放出的热量比生成等量的C(g)放出的热量多例：A(g)＋B(g)=C(l)ΔH1＜0A(g)＋B(g)=C(g)ΔH2＜0则ΔH1＜Δ