2025步步高大一轮复习讲义人教版高考化学大单元四　第十一章　热点强化19　原子守恒法在多平衡体系计算中的应用含答案

2025步步高大一轮复习讲义人教版高考化学热点强化19原子守恒法在多平衡体系计算中的应用原子守恒法解题的基本思路：1．[2022·河北，16(2)②]工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)恒温恒压条件下，1molCH4(g)和1molH2O(g)反应达平衡时，CH4(g)的转化率为a，CO2(g)的物质的量为bmol，则反应Ⅰ的平衡常数Kx＝__________(写出含有a、b的计算式；对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，Kx＝eq\f(xpC·xqD,xmA·xnB)，x为物质的量分数)。其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5mol，达平衡时，a＝0.90，b＝0.65，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为__________(结果保留两位有效数字)。答案eq\f(a－b3a＋b3,1－a1－a－b2＋2a2)0.43解析由已知信息知，转化的CH4(g)为amol，剩余的CH4(g)为(1－a)mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为(a－b)mol，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(1－a－b)mol，H2(g)的物质的量为(3a＋b)mol，则反应混合物的总物质的量为(2a＋2)mol，平衡混合物中，CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物质的量分数分别为eq\f(1－a,2＋2a)、eq\f(1－a－b,2＋2a)、eq\f(a－b,2＋2a)、eq\f(3a＋b,2＋2a)，因此，反应Ⅰ的平衡常数Kx＝eq\f(\f(a－b,2＋2a)×\f(3a＋b,2＋2a)3,\f(1－a,2＋2a)×\f(1－a－b,2＋2a))＝eq\f(a－b3a＋b3,1－a1－a－b2＋2a2)；其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5mol，达平衡时，a＝0.90，b＝0.65，则平衡时，CH4(g)为0.1mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为0.25mol，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(5－0.90－0.65)mol＝3.45mol，H2(g)的物质的量为3.35mol，平衡混合物的总物质的量为7.8mol，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为eq\f(3.35,7.8)≈0.43。2．[2020·山东，18(2)]探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为amol，CO为bmol，此时H2O(g)的浓度为__________mol·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为__________。答案eq\f(a＋b,V)eq\f(ba＋b,1－a－b3－3a－b)解析由题给反应的化学方程式可知，对于反应Ⅰ，每生成1mol甲醇的同时生成1mol水；对于反应Ⅲ，每生成1mol一氧化碳的同时生成1mol水；对于反应Ⅱ，每消耗1mol一氧化碳的同时生成1mol甲醇；由此可知，生成的水的物质的量等于生成的甲醇和一氧化碳的物质的量之和，即生成水的物质的量为(a＋b)mol，即水的浓度为eq\f(a＋b,V)mol·L－1。由C原子个数守恒可知，平衡时混合气体中CO2的物质的量为(1－a－b)mol，由H原子个数守恒可知，平衡时混合气体中H2的物质的量为[3－2a－(a＋b)]mol，因此平衡常数K＝eq\f(ba＋b,1－a－b3－3a－b)。3．[2019·天津，7(5)]在1L真空密闭容器中加入amolPH4I固体，t℃时发生如下反应：PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)①4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)②2HI(g)H2(g)＋I2(g)③达平衡时，体系中n(HI)＝bmol，n(I2)＝cmol，n(H2)＝dmol，则t℃时反应①的平衡常数K值为________(用字母表示)。答案(b＋eq\f(8c－2d,3))b解析反应①生成的n(HI)＝体系中n(HI)＋2×体系中n(I2)＝(b＋2c)mol，反应②中生成的n(H2)＝体系中n(H2)－反应③中生成的n(H2)＝(d－c)mol，体系中n(PH3)＝反应①生成的n(PH3)－反应②中转化的n(PH3)＝[b＋2c－eq\f(2,3)(d－c)]mol＝(b＋eq\f(8c－2d,3))mol，反应①的平衡常数K＝c(PH3)·c(HI)＝(b＋eq\f(8c－2d,3))b。4．加热N2O5时，发生以下两个分解反应：①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2，在2L密闭容器中充入8molN2O5，加热到T℃达到化学平衡时O2为9mol，N2O3为3.4mol，则在该温度下反应①的平衡常数为()A．8.5B．9.6C．10.2D．10.7答案A解析假设反应①生成N2O3的物质的量为xmol，反应②中消耗N2O3的物质的量为ymol，则有x－y＝3.4，x＋y＝9，解得x＝6.2，y＝2.8。则反应达到平衡时，N2O5的物质的量为8mol－6.2mol＝1.8mol，该温度下反应①的平衡常数为eq\f(\f(3.4,2)×\f(9,2),\f(1.8,2))＝8.5，故选A。5．二甲醚是一种清洁能源，用水煤气制取二甲醚的原理如下：Ⅰ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)500K时，在2L密闭容器中充入4molCO和8molH2,4min达到平衡，平衡时CO的转化率为80%，且2c(CH3OH)＝c(CH3OCH3)，则：(1)0～4min，反应Ⅰ的v(H2)＝________。(2)反应Ⅱ中CH3OH的转化率α＝________，反应Ⅰ的平衡常数K＝________。答案(1)0.8mol·L－1·min－1(2)80%1.25解析(1)设平衡时CO为xmol，H2为ymol，CH3OH为zmol，则CH3OCH3为2zmol，H2O为2zmol，根据：C守恒：x＋z＋2×2z＝4H守恒：2y＋4z＋6×2z＋2×2z＝2×8O守恒：x＋z＋2z＋2z＝4CO的转化率为eq\f(4－x,4)＝80%，解得x＝0.8，y＝1.6，z＝0.64，v(H2)＝eq\f(8－1.6mol,2L×4min)＝0.8mol·L－1·min－1。(2)反应Ⅰ中CO的转化率为80%，则生成的CH3OH的物质的量为4mol×80%＝3.2mol，反应Ⅱ生成的CH3OCH3的物质的量为2zmol即2×0.64mol＝1.28mol，则反应Ⅱ转化的CH3OH的物质的量为2×1.28mol＝2.56mol，则反应Ⅱ中CH3OH的转化率α＝eq\f(2.56,3.2)×100%＝80%。根据之前所解方程，可得平衡时：CH3OH、H2、CO的浓度分别为0.32mol·L－1、0.8mol·L－1、0.4mol·L－1，反应Ⅰ的平衡常数K＝eq\f(0.32,0.82×0.4)＝1.25。6．在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)，体系中同时存在如下反应：反应Ⅰ：反应Ⅱ：反应Ⅲ：为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0molTAME，控制温度为353K，测得TAME的平衡转化率为α。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0。(1)则平衡体系中B的物质的量为__________mol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1＝________。(2)同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平衡将__________(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。平衡时，A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)∶c(CH3OH)＝__________。答案(1)0.9αeq\f(1－α2,0.1α2)(2)逆向移动1∶10解析(1)向某反应容器中加入1.0molTAME，控制温度为353K，测得TAME的平衡转化率为α，则平衡时n(TAME)＝(1－α)mol，n(A)＋n(B)＝n(CH3OH)＝αmol。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0，则eq\f(nB,nA)＝9.0，将该式代入上式可以求出平衡体系中n(B)＝0.9αmol，n(A)＝0.1αmol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1＝eq\f(\f(1－α,1＋α),\f(0.1α,1＋α)×\f(α,1＋α))＝eq\f(1－α2,0.1α2)。(2)同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平衡将向着分子数增大的方向移动，即逆向移动。平衡时，TAME的转化率变大，但是平衡常数不变，A与CH3OH物质的量浓度之比不变，c(A)∶c(CH3OH)＝0.1α∶α＝1∶10。热点强化20化学反应速率和化学平衡简答题文字描述代表一种开放性思维与能力，一般从速率问题、平衡(转化率)问题、安全问题、节能减排等角度作答(考查前两个角度居多)，实际上就是效益最大化的问题。1．条件选择类(1)实验最佳条件的选择或控制就是为了又“快”又“好”地生产，即主要是从反应速率与转化率(化学平衡)两个角度来分析。“快”就是提高反应速率，“好”就是提高转化率，原料利用率高，而影响速率与转化率的主要因素就是浓度、温度、压强与催化剂，其中温度与压强是试题中经常考查的因素。(2)从速率、转化率、产率、纯度等角度分析，选择最佳条件。如针对反应速率时，思考方向为如何提高浸出速率、如何提高反应速率等；针对平衡转化率、产率时，可运用平衡移动原理解释(其他条件不变的情况下，改变××条件，可逆反应平衡向××方向移动，导致××发生变化)；针对综合生产效益时，可从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护，绿色化学等方面作答。(3)选择当前条件的优势，其他条件的不足，往往不足的描述比较容易疏忽，如温度过高或过低，压强过小或过大，也要进行分析。2．原因分析类(1)依据化学反应速率和平衡移动原理，分析造成图像曲线变化的原因。(2)催化剂对反应的影响、不同反应的选择性问题是这类题目的难点，解题时要多加关注，不同的条件会有不同的选择性。(3)这类题目一般都是多因素影响，需要多角度分析原因。一、曲线上特殊点的分析1．用(NH4)2CO3捕碳的反应：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体，保持其他初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图如图。(1)c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)________(填“＞”“＝”或“＜”)v正(d)。(2)b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为________。(3)T3～T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)＜(2)Kb＞Kc＞Kd(3)T3～T4温度区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，不利于CO2的捕获解析(1)温度越高，反应速率越快，d点温度高，则c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆(c)＜v正(d)。(2)根据图像，温度为T3时反应达平衡，此后温度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移动，说明正反应是放热反应。升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，故Kb＞Kc＞Kd。2．[2020·天津，16(4)]用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH<0。恒压下，CO2和H2的起始物质的量之比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为_________________________________________________________________________________________________________。②P点甲醇产率高于T点的原因为_________________________________________________________________________________________________________________。③根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为____________℃。答案①该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小)②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高③210(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点(如图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故ΔH＜0。(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点(如图)。L线的左上方(如E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点：v正>v逆；则L线的右下方(如F点)：v正＜v逆。二、曲线变化趋势的分析3．[2020·山东，18(3)]探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。已知：CO2的平衡转化率＝eq\f(nCO2初始－nCO2平衡,nCO2初始)×100%CH3OH的平衡产率＝eq\f(nCH3OH平衡,nCO2初始)×100%其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图________(填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为__________；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是________________________________________________________________________。答案乙p1＞p2＞p3T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响解析由反应Ⅰ、Ⅱ可知，随着温度的升高，甲醇的平衡产率逐渐降低，因此图甲的纵坐标表示的是甲醇的平衡产率，图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率。同温度下，随着压强的增大，甲醇的平衡产率应增大，因此压强由大到小的顺序为p1＞p2＞p3。图乙中，当升温到T1时，CO2的平衡转化率与压强的大小无关，说明以反应Ⅲ为主，因为反应Ⅲ前后气体分子数相等。4．乙烯气相水合反应的热化学方程式为C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)ΔH＝－45.5kJ·mol－1，如图是乙烯气相水合法制乙醇中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为________，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案p4>p3>p2>p1该反应正向是气体分子数减小的反应，相同温度下，压强升高乙烯平衡转化率升高5.基于CuO/Cu2O载氧体的空气反应器的反应为2Cu2O(s)＋O2(g)4CuO(s)ΔH＝－227kJ·mol－1。往盛有CuO/Cu2O载氧体的刚性密闭容器中充入空气[氧气的物质的量分数x(O2)为21%]，发生反应。平衡时x(O2)随反应温度T变化的曲线如图所示。根据上图，x(O2)随温度升高而增大的原因是________________。反应温度必须控制在1030℃以下，原因是___________________________________________________________。答案反应为放热反应，温度升高平衡左移温度高于1030℃时，x(O2)大于21%，载氧体无法载氧6．汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag-ZSW-5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。(1)在eq\f(nNO,nCO)＝1条件下，最佳温度应控制在______左右。(2)若不使用CO，温度超过775K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为________________________________________________________________________。(3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：________________________________________________________________________________。答案(1)870K(860～880K范围内都可以)(2)该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行(3)加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO的转化率增大7．如图是在一定时间内，使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为________，相应温度为________；使用Mn作催化剂时，脱氮率在b～a段呈现如图变化的可能原因是_________________________________________________________________________________________________________________。答案Mn200℃b～a段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡，随着温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐增大第38讲反应热热化学方程式[复习目标]1.知道常见的吸热反应和放热反应，理解反应热、焓变及相关概念。2.了解中和反应反应热的测定方法。3.能正确书写热化学方程式。4.会分析化学反应过程中能量变化图像。5.了解燃烧热的含义和能源及其利用的意义。考点一反应热焓变1．反应热和焓变及相关概念(1)反应热(2)焓和焓变2．识记常见的吸热反应和放热反应有下列常见的化学反应：①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应②大多数的分解反应③大多数的化合反应④大多数的盐类水解⑤C和H2O(g)、C和CO2的反应⑥中和反应⑦可燃物的燃烧⑧金属与酸的置换反应⑨铝热反应其中属于放热反应的是______________(填序号，下同)，属于吸热反应的是__________。答案③⑥⑦⑧⑨①②④⑤3．反应过程中能量变化的原因(1)从化学键变化分析(2)从反应过程能量图理解放热反应(ΔH<0)吸热反应(ΔH>0)图示解释与说明①E1代表反应物断键吸收的能量，即反应物的键能之和。过渡态理论认为E1为正反应的活化能②E2代表形成化学键时释放的能量，即生成物的键能之和。过渡态理论认为E2为逆反应的活化能③ΔH为该反应过程的反应热ΔH＝∑E(生成物)－∑E(反应物)ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能ΔH＝E(正反应活化能)－E(逆反应活化能)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．弱电解质的电离是吸热反应，浓硫酸溶于水是放热反应()3．反应体系的焓就是体系的内能()4．活化能越大，表明化学反应吸收的能量越多()答案1.×2.×3.×4.×一、中和反应反应热测定1．某化学实验小组用简易量热计(装置如图)，采用50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液反应，测量中和反应的反应热。测定操作Ⅰ.用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸倒入量热计内筒中，测出盐酸的温度；Ⅱ.用另一量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；Ⅲ.将NaOH溶液倒入量热计内筒中，使之混合均匀，测得混合液最高温度。重复上述步骤，记录数据。回答下列问题：(1)NaOH溶液与盐酸混合均匀的正确操作是________(填字母)。a．把NaOH溶液分多次倒入量热计内筒小烧杯中与盐酸反应b．用温度计小心搅拌c．揭开杯盖用玻璃棒搅拌d．用套在温度计上的玻璃搅拌器上下轻轻地搅动e．实验时可用铜质搅拌器代替玻璃搅拌器(2)NaOH溶液稍过量的原因：_____________________________________________。(3)稀盐酸和氢氧化钠溶液的密度都视为1g·cm－3，溶液的比热容c＝4.18×10－3kJ·g－1·℃－1。某学生实验记录数据如下：实验序号起始温度t1/℃最高温度t2/℃盐酸氢氧化钠溶液混合溶液120.020.123.2220.220.423.4320.520.623.6计算生成1mol水的反应热。ΔH＝－eq\f(m1＋m2·c·t2－t1,nH2O)＝________(保留小数点后一位)。(4)问题讨论①在中和反应反应热的测定实验中，使用弱酸或弱碱会使测得的中和反应反应热数值________(填“偏高”“不变”或“偏低”)，其原因是________________________________________________________________________________________________。②有两组实验：ⅰ.50mL0.50mol·L－1盐酸和50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，ⅱ.60mL0.50mol·L－1盐酸和50mL0.55mol·L－1NaOH溶液。实验ⅰ、ⅱ反应放出的热量________(填“相等”或“不相等”，下同)，测得的中和反应反应热________，原因是__________________________________________________________________________________。答案(1)d(2)确保盐酸被完全中和(3)－51.8kJ·mol－1(4)①偏低弱酸或弱碱在溶液中部分电离，在反应过程中，弱酸或弱碱会继续电离，而电离是吸热的过程②不相等相等中和反应反应热是以生成1mol液态水为标准的，与反应物的用量无关二、反应过程中物质能量变化图像2．臭氧层中O3分解过程如图所示，回答下列问题。(1)ΔH________(填“>”或“<”)0。(2)催化反应①是________(填“吸热”或“放热”，下同)反应，催化反应②是________反应。(3)总反应的活化能是________，催化反应①的活化能是________，催化反应②对应的逆反应的活化能是____________，总反应对应的逆反应活化能为____________。答案(1)<(2)吸热放热(3)EE1E2＋|ΔH|E＋|ΔH|3．铋基催化剂对CO2电化学还原制取HCOOH具有高效的选择性。其反应历程与相对能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。CO2eq\o(→,\s\up7(＋e－))COeq\o\al(－,2)eq\o(→,\s\up7(＋HCO\o\al(－,3)),\s\do5(＋e－))HCOO－eq\o(→,\s\up7(＋H＋))HCOOH(1)使用Bi、Bi2O3两种催化剂，哪种更有利于CO2的吸附？________。简述判断依据：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)CO2电化学还原制取HCOOH反应的ΔH________(填“>”或“<”)0。(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*COeq\o\al(－,2)生成*HCOO－的反应为___________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)Bi2O3由图可知，使用Bi2O3催化剂时，相对能量减小得多，趋于更稳定状态(2)＜(3)0.38eV0.32eV(4)*COeq\o\al(－,2)＋HCOeq\o\al(－,3)＋e－=*COeq\o\al(2－,3)＋*HCOO－解析(3)使用Bi催化剂时，*CO2→*COeq\o\al(－,2)过程中的活化能最大，为－0.51eV－(－0.89eV)＝0.38eV，使用Bi2O3催化剂时，*COeq\o\al(－,2)→*COeq\o\al(2－,3)＋*HCOO－过程的活化能最大，为－2.54eV－(－2.86eV)＝0.32eV。三、化学反应的焓变与键能的相互计算4．CH3—CH3(g)=CH2=CH2(g)＋H2(g)ΔH，有关化学键的键能如下表：化学键C—HC=CC—CH—H键能/(kJ·mol－1)414615347436则该反应的反应热为____________。答案＋124kJ·mol－1解析ΔH＝E(C—C)＋6E(C—H)－E(C=C)－4E(C—H)－E(H—H)＝(347＋6×414－615－4×414－436)kJ·mol－1＝＋124kJ·mol－1。5．有关键能数据如表，SiO2晶体部分微观结构如图，晶体硅在O2中燃烧的热化学方程式：Si(s)＋O2(g)=SiO2(s)ΔH＝－989.2kJ·mol－1，则表中的x值为________。化学键Si—OO=OSi—Si键能/(kJ·mol－1)x498.8176答案460解析已知Si(s)＋O2(g)=SiO2(s)ΔH＝－989.2kJ·mol－1，由图可知，1molSiO2晶体中含有4molSi—O,1molO2中含有1molO=O,1mol晶体硅中有2molSi—Si，则根据反应热与键能关系可得：ΔH＝2×176kJ·mol－1＋498.8kJ·mol－1－4xkJ·mol－1＝－989.2kJ·mol－1，解得x＝460。考点二热化学方程式1．概念表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式。2．意义既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＝－571.6kJ·mol－1表示在25℃、101kPa条件下，2_mol_H2(g)与1_mol_O2(g)反应生成2_mol液态水时放出的热量为571.6_kJ。一、热化学方程式的书写及注意事项1．判断下列热化学方程式的正误，错误的指明原因。(1)2NO2=O2＋2NOΔH＝＋116.2kJ·mol－1()答案×物质未标明聚集状态。(2)3.2gCH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出178kJ的热量，其热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890kJ()答案×ΔH单位为kJ·mol－1。(3)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1，则NH3(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)ΔH＝＋46kJ·mol－1()答案√(4)在一定温度和压强下，1molSO2、0.5molO2混合反应后，放出热量akJ，则气态SO2转化为气态SO3的热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－2akJ·mol－1()答案×SO2与O2的反应为可逆反应，1molSO2、0.5molO2混合反应，消耗的SO2物质的量小于1mol。(5)若31g白磷的能量比31g红磷多bkJ，则白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(s)=4P(s)ΔH＝－4bkJ·mol－1()答案×同素异形体应指明名称。(6)1mol液态肼在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气，放出642kJ的热量：N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝＋642kJ·mol－1()答案×液态肼的燃烧为放热反应，ΔH应为“－”号。2．计算反应热书写热化学方程式。(1)已知2.0g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和水蒸气时，放出33.4kJ的热量，则表示肼燃烧的热化学方程式为___________________________________________________________________________________________________________________________。答案N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－534.4kJ·mol－1(2)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25℃、101kPa下，已知该反应每消耗1molCuCl(s)放热44.4kJ，该反应的热化学方程式是_______________________________________________________________________________________________。答案4CuCl(s)＋O2(g)=2CuCl2(s)＋2CuO(s)ΔH＝－177.6kJ·mol－1(3)断开1molH—H,1molN—H,1molN≡N分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，写出2molNH3分解的热化学方程式：__________________________________________________________________________________________________________________。答案2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝＋92kJ·mol－1二、提取反应过程图像信息书写热化学方程式3．分析下列图像，按要求书写热化学方程式。(1)图甲表示的是NO2(g)和CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)的过程中能量变化示意图，请写出NO2(g)和CO(g)反应的热化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)我国科学家研究化合物M(s)催化CO2氢化生成甲酸的机理，其中由化合物M(s)生成化合物N(s)的反应过程和相对能量曲线如图乙所示，TS1、TS2均为过渡态(已知：1eV＝96kJ·mol－1)。写出该反应的热化学方程式：_____________________________________________。(3)图丙表示一定条件下，在水溶液中1molCl－、ClOeq\o\al(－,x)(x＝1、2、3、4)的能量相对大小，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)NO2(g)＋CO(g)=NO(g)＋CO2(g)ΔH＝－234kJ·mol－1(2)M(s)＋CO2(g)=N(s)ΔH＝－48.96kJ·mol－1(3)①ClOeq\o\al(－,4)②3ClO－(aq)=ClOeq\o\al(－,3)(aq)＋2Cl－(aq)ΔH＝－117kJ·mol－1解析(3)D中氯元素的化合价为＋7价，应为ClOeq\o\al(－,4)；利用生成物的总能量减去反应物的总能量求得ΔH＝(63－60×3)kJ·mol－1＝－117kJ·mol－1，写出热化学方程式即可。考点三燃烧热能源1．燃烧热(1)概念：在101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。(2)意义：衡量燃料燃烧时放出热量的多少。(3)熟记常见元素完全燃烧生成的指定物质元素CHSN指定产物及状态CO2(g)H2O(l)SO2(g)N2(g)2.燃料的选择、能源(1)燃料选择的原则要综合考虑①环境保护；②热值大小；③其他因素，如来源、价格、运输、稳定性等。(2)能源分类及利用1．开发利用各种新能源，减少对化石燃料的依赖，可以降低空气中PM2.5的含量()2．使用氢气作燃料有助于控制温室效应()3．101kPa时，1mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热()4．煤、石油、天然气等燃料的最初来源都可追溯到太阳能()5．燃料燃烧阶段，可通过改进锅炉的炉型、燃料空气比等提高燃料的燃烧效率()6．空气燃料比越大，燃料燃烧越充分，则燃烧效率一定越高()7．氢气的燃烧热ΔH＝－285.8kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l)=2H2(g)＋O2(g)ΔH＝＋285.8kJ·mol－1()答案1.√2.√3.×4.√5.√6.×7．×1．在一定条件下，S8(s)和O2(g)发生反应依次转化为SO2(g)和SO3(g)。反应过程和能量关系可用如图简单表示(图中的ΔH表示生成1mol产物的数据)。(1)写出表示S8燃烧热的热化学方程式：_____________________________________________________________________________________________________________。(2)写出SO3分解生成SO2和O2的热化学方程式：____________________________。答案(1)S8(s)＋8O2(g)=8SO2(g)ΔH＝－8akJ·mol－1(2)SO3(g)=SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝＋bkJ·mol－1解析(1)1molS8(s)和O2(g)发生反应转化为SO2(g)时放出的热量为燃烧热，由图可知生成1molSO2(g)放出的热量为akJ，则S8燃烧热的热化学方程式为S8(s)＋8O2(g)=8SO2(g)ΔH＝－8akJ·mol－1。2．长征系列部分火箭采用了肼(N2H4)作燃料，N2H4与NH3有相似的化学性质，回答下列问题：(1)已知肼分子中所有原子最外层都满足稀有气体原子结构，则肼的结构式为________。(2)下表是常见的键能数据：化学键N—HN—NO=ON≡NO—HH—H键能/(kJ·mol－1)386167498946460a已知合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1，则a为________，肼蒸气在O2(g)中燃烧生成N2(g)与H2O(g)时的热化学方程式为_________________________________________________________________________________________________。(3)火箭推进剂通常选择液态的H2O2作氧化剂，混合后会产生大量的气体从而推动火箭升空，试写出该反应的化学方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________。(4)已知每12.8g的液态肼与足量的液态过氧化氢反应生成气态产物时放出热量256kJ，已知1mol液态水转化为水蒸气需要吸收44kJ的热量，则1mol的液态肼发生反应生成液态水放出的热量为Q＝________。(5)常见的助燃剂有O2、H2O2、NO2，若消耗等物质的量的肼，消耗物质的量最多的助燃剂为________，实际中火箭选择的助燃剂是NO2，主要考虑的因素可能是______________________________________________________________________________________________。答案(1)(2)426N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－577kJ·mol－1(3)N2H4＋2H2O2=N2↑＋4H2O↑(4)816kJ(5)H2O2高温下稳定，且更容易液化储存解析(2)合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1，可得(946＋3a－6×386)kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1，a＝426。肼蒸气在O2(g)中燃烧生成N2(g)与H2O(g)时的热化学方程式为N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝(386×4＋167＋498－946－4×460)kJ·mol－1＝－577kJ·mol－1。(4)每12.8g(0.4mol)的液态肼与足量的液态过氧化氢反应生成气态产物时放出热量256kJ，则1mol的液态肼生成4mol液态水所放出的热量Q＝(256×2.5＋4×44)kJ＝816kJ。1．(2023·湖北，1)2023年5月10日，天舟六号货运飞船成功发射，标志着我国航天事业进入到高质量发展新阶段。下列不能作为火箭推进剂的是()A．液氮－液氢 B．液氧－液氢C．液态NO2－肼 D．液氧－煤油答案A解析液氮较稳定，氢气不能在氮气中燃烧，液氮－液氢不能作为火箭推进剂，A符合题意。2．[2023·北京，16(2)]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____________(填序号)。a．活化能：反应ⅰ<反应ⅱb．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答案ab解析反应ⅰ的活化能是E1，反应ⅱ的活化能是E3，E1<E3，a项正确；从图中反应物和生成物能量的相对大小可看出反应ⅰ为放热反应，反应ⅱ为吸热反应，b项正确；总反应的ΔH＝E1－E2＋E3－E4，c项错误。3．(2022·浙江6月选考，18)标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表：物质(g)OHHOHOOH2O2H2O2H2O能量/(kJ·mol－1)249218391000－136－242可根据HO(g)＋HO(g)=H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214kJ·mol－1。下列说法不正确的是()A．H2的键能为436kJ·mol－1B．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：HOO<H2O2D．H2O(g)＋O(g)=H2O2(g)ΔH＝－143kJ·mol－1答案C解析根据表格中的数据可知，H2的键能为218kJ·mol－1×2＝436kJ·mol－1，A正确；由表格中的数据可知O2的键能为249kJ·mol－1×2＝498kJ·mol－1，由题中信息可知H2O2中氧氧单键的键能为214kJ·mol－1，则O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍，B正确；由表格中的数据可知HOO=HO＋O，解离其中氧氧单键需要的能量为249kJ·mol－1＋39kJ·mol－1－10kJ·mol－1＝278kJ·mol－1，H2O2中氧氧单键的键能为214kJ·mol－1，C错误；由表中的数据可知H2O(g)＋O(g)=H2O2(g)的ΔH＝－136kJ·mol－1－(－242kJ·mol－1)－249kJ·mol－1＝－143kJ·mol－1，D正确。4．按要求书写热化学方程式。(1)[2022·河北，16(1)]298K时，1gH2燃烧生成H2O(g)放热121kJ,1molH2O(l)蒸发吸热44kJ，表示H2燃烧热的热化学方程式为__________________________________________________________________________________________________________________。(2)[2021·海南，16(1)]已知25℃，100kPa时：1mol葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出2804kJ热量。则25℃时，CO2(g)与H2O(l)经光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的热化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________。(3)[2021·天津，13(3)]合成氨反应常使用铁触媒提高反应速率。如图为有、无铁触媒时，反应的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式：___________________________________________________________________________________________________。从能量角度分析，铁触媒的作用是_________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－286kJ·mol－1(2)6CO2(g)＋6H2O(l)=C6H12O6(s)＋6O2(g)ΔH＝＋2804kJ·mol－1(3)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－(a－b)kJ·mol－1降低反应的活化能解析(1)298K时，1gH2燃烧生成H2O(g)放热121kJ，1molH2O(l)蒸发吸热44kJ，则1molH2燃烧生成1molH2O(l)放热286kJ，表示H2燃烧热的热化学方程式为H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－286kJ·mol－1。课时精练1．化学与人类生活、社会可持续发展密切相关，下列说法正确的是()A．直接燃烧煤和将煤进行深加工后再燃烧的效率相同B．天然气、水能属于一次能源，水煤气、电能属于二次能源C．人们可以把放热反应释放的能量转化为其他可利用的能量，而吸热反应没有利用价值D．地热能、风能、天然气和氢能都属于新能源答案B解析A项，将煤进行深加工后，脱硫处理、气化处理能很好地减少污染气体，提高燃烧效率，燃烧的效果好，错误；C项，有时需通过吸热反应吸收热量降低环境温度，有利用价值，错误；D项，天然气是化石燃料，不属于新能源，错误。2．已知2H2(g)＋CO(g)=CH3OH(g)为放热反应，下列对该反应的说法正确的是()A．因该反应为放热反应，故不加热就可发生B．相同条件下，2molH2(g)的能量或1molCO(g)的能量一定高于1molCH3OH(g)的能量C．相同条件下，2molH2(g)和1molCO(g)的总能量一定高于1molCH3OH(g)的总能量D．达到平衡时，CO的浓度与CH3OH的浓度一定相等答案C解析放热反应与反应条件无关，可能需要加热才能发生，A错误；由该反应为放热反应可知，相同条件下，2molH2(g)与1molCO(g)的总能量一定高于1molCH3OH(g)的能量，B错误、C正确；平衡时，各物质的浓度是否相等与起始量、转化率有关，D错误。3．某同学设计如图所示实验，探究反应中的能量变化。下列判断正确的是()A．由实验可知，(a)、(b)、(c)所涉及的反应都是放热反应B．将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量有所增加C．实验(c)中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器对实验结果没有影响D．若用NaOH固体测定中和反应反应热，则测定结果数值偏高答案D解析A项，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于吸热反应，错误；B项，铝片更换为等质量的铝粉，没有改变反应物的本质，放出的热量不变，错误；C项，铁质搅拌器导热性好，热量损失较大，错误；D项，NaOH固体溶于水时放热，使测定结果数值偏高，正确。4．研究表明，在一定条件下，气态HCN(a)与HNC(b)两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是()A．HNC比HCN更稳定B．HCN转化为HNC，反应条件一定要加热C．HNC(g)HCN(g)ΔH＝－59.3kJ·mol－1D．加入催化剂，可以减小反应的热效应答案C解析能量越低越稳定，根据图示，等物质的量的HNC比HCN的能量高，HCN比HNC更稳定，A错误；HCN转化为HNC是吸热反应，吸热反应的发生不一定需要加热，B错误；加入催化剂，能降低反应的活化能，反应的热效应不变，D错误。5．工业生产硫酸过程中，SO2在接触室中被催化氧化为SO3气体，已知该反应为放热反应。现将2molSO2、1molO2充入一密闭容器充分反应后，放出热量98.3kJ，此时测得SO2的转化率为50%，则下列热化学方程式正确的是()A．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝＋196.6kJ·mol－1B．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－98.3kJ·mol－1C．SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)SO3(g)ΔH＝－98.3kJ·mol－1D．SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1答案C解析2molSO3、1molO2充入恒容容器中，达平衡时，SO2的转化率为50%，则反应了的SO2的物质的量为1mol，放出热量98.3kJ，故热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1或SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)SO3(g)ΔH＝－98.3kJ·mol－1。6．丙烷与溴原子能发生以下两种反应：①CH3CH2CH3(g)＋Br·(g)→CH3CH2CH2·(g)＋HBr(g)②CH3CH2CH3(g)＋Br·(g)→CH3eq\o(C,\s\up6(·))HCH3(g)＋HBr(g)反应过程的能量变化如图所示。下列说法不正确的是()A．反应①与②均为吸热反应B．反应②使用了催化剂C．产物中CH3CH2CH2·(g)的含量比CH3eq\o(C,\s\up6(·))HCH3(g)低D．CH3CH2CH2·(g)转变为CH3eq\o(C,\s\up6(·))HCH3(g)放出热量答案B解析催化剂能改变反应途径，降低反应的活化能，加快化学反应速率。反应②的活化能低，反应速率快，但反应①与②同时发生，不能确定反应②是否使用催化剂，B说法错误。7．某反应2A=3B，它的反应能量变化曲线如图所示，下列有关叙述正确的是()A．该反应为吸热反应B．A比B更稳定C．加入催化剂会改变反应的焓变D．整个反应的ΔH＝E1－E2答案D解析由图像可知物质A、B的能量相对大小，A比B能量高，B更稳定，所以A→B释放能量，是放热反应，A、B错误；催化剂能改变反应途径和活化能大小，但不能改变焓变，C错误。8．根据下列已知条件，所写热化学方程式正确的是()A．H2的燃烧热为akJ·mol－1：H2(g)＋Cl2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))2HCl(g)ΔH＝－akJ·mol－1B．1molSO2、0.5molO2完全反应，放出热量98.3kJ：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－98.3kJ·mol－1C．H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则H2SO4(aq)＋Ba(OH)2(aq)=BaSO4(s)＋2H2O(l)ΔH＝－114.6kJ·mol－1D．96gO2(g)能量比96gO3(g)的能量低bkJ：3O2(g)2O3(g)ΔH＝＋bkJ·mol－1答案D9．反应M＋Z→Q(ΔH＜0)分两步进行：①M＋Z→X(ΔH＞0)，②X→Q(ΔH＜0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是()答案D解析M＋Z→Q(ΔH<0)是放热反应，M和Z的能量之和大于Q；由①M＋Z→X(ΔH>0)可知这步反应是吸热反应，则M和Z的能量之和小于X；由②X→Q(ΔH<0)是放热反应，故X的能量大于Q；综上可知，只有图像D符合。10．(2021·浙江1月选考，20)已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表：共价键H—HH—O键能/(kJ·mol－1)436463热化学方程式2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－482kJ·mol－1则2O(g)=O2(g)的ΔH为()A．428kJ·mol－1 B．－428kJ·mol－1C．498kJ·mol－1 D．－498kJ·mol－1答案D解析设O=O的键能为x，则(2×436kJ·mol－1＋x)－2×2×463kJ·mol－1＝－482kJ·mol－1，x＝498kJ·mol－1，所以2O(g)=O2(g)的ΔH＝－498kJ·mol－1，D正确。11．下列示意图表示正确的是()A．甲图表示Fe2O3(s)＋3CO(g)=2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝＋26.7kJ·mo1－1反应的能量变化B．乙图表示碳的燃烧热C．丙图表示实验的环境温度为20℃，将物质的量浓度相等、体积分别为V1、V2的H2SO4、NaOH溶液混合，混合液的最高温度随V(NaOH)的变化(已知V1＋V2＝60mL)D．已知稳定性顺序：B<A<C，反应由两步反应A→B→C构成，反应过程中的能量变化曲线如丁图答案