备战2021 高考化学 考点31 燃烧热与中和热 能源（原卷版）

备战2021 高考化学 考点31 燃烧热与中和热 能源（原卷版）

考点 31 燃烧热与中和热 能源 一、燃烧热和中和热 1．燃烧热 （1）概念：在 101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃 烧热。燃烧热的单位一般用 kJ·mol−1表示。 燃烧热的限定词有恒压．．(101．．．．kPa．．．时．)．、．可燃物的物质的量．．．．．．．．(1．．mol)．．．、．完全燃烧．．．．、．稳定的氧化物．．．．．．等，其中的“完 全燃烧”，是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)等。 （2）表示的意义：例如 C的燃烧热为 393.5 kJ·mol−1，表示在 101 kPa时，1 mol C完全燃烧放出 393.5 kJ的热量。 （3）书写热化学方程式：燃烧热是以 1 mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热 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)+ 25 2 O2(g) 8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=−5 518 kJ·mol−1，即 C8H18的燃烧热为 5 518 kJ·mol−1。 （4）燃烧热的计算：可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为 Q 放=n(可燃物)×ΔH 式中：Q 放为可燃物燃烧反应放出的热量；n为可燃物的物质的量；ΔH为可燃物的燃烧热。 2．中和热 （1）概念：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成 1 mol液态 H2O时的反应热叫中和热。 （2）注意几个限定词： ①稀溶液； ②产物是 1 mol液态 H2O； ③用离子方程式可表示为 OH−(aq)+H+(aq) H2O(l) ΔH=−57.3 kJ·mol−1。 3．燃烧热与中和热的异同 燃烧热 中和热 相同点 能量变化 放热 ΔH ΔH<0，单位：kJ·mol−1 不同点 反应物的量 1 mol（O2不限量） 不限量 生成物的量 不限量 H2O（l）是 1 mol 反应热的含义 1 mol 可燃物完全燃烧生成 稳定化合物时放出的热量； 不同的可燃物，其燃烧热一 般不同 在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反 应，生成 1 mol H2O（l）和可溶性盐 时放出的热量；不同的反应物中和热 大致相同，均约为 57.3 kJ·mol−1 表示方法 燃 烧 热 为 a kJ·mol−1 或 ΔH=−a kJ·mol−1 酸与碱反应的中和热为 57.3 kJ·mol－1 或ΔH =−57.3 kJ·mol−1 热化学方程式的书 写 以燃烧 1 mol 可燃物为标准 配平其余物质的化学计量数 (常用分数表示) 以生成 1 mol 水为标准来配平其余物 质的化学计量数(常用分数表示) 备注 必须生成稳定的氧化物，如 C 燃烧应生成 CO2 而不是 CO，H2燃烧应生成液态水而 非气态水 ①弱酸代替强酸(或弱碱代替强碱)， 因电离吸热，放出的热量减小，中和 热增大；②若用浓硫酸(或 NaOH 固 体)，放出热量增多，中和热减小 二、中和热的实验测定 实验原理 在稀溶液中，强酸和强碱发生中和反应生成 1 mol H2O(l)时的反应热叫中和热。 H+(aq)+OH−(aq) H2O(l) ΔH=−57.3 kJ·mol−1 实验装置 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，采取的措施是碱稍过量。 实验说明 （1）中和热的测定实验中，NaOH溶液的浓度稍大于盐酸的浓度是确保 HCl反应完全。若采用的酸、 碱浓度相等，可采用碱体积稍过量的方法达到这个目的。 （2）中和热的计算公式 ΔH=− ( ) ( )m m c t t n    酸 终碱 始 水 kJ/mol （3）实验中若用弱酸(或弱碱)代替强酸(或强碱)，因弱酸(或弱碱)电离出 H+(或 OH−)需要吸收热量，故 测定的中和热的数值偏小；若用浓硫酸与强碱反应测定中和热，因浓硫酸稀释要放热，故测定的中和热的 数值偏大。 误差分析 （1）分析的依据 看实验中有哪些因素能造成(t 终−t 始)出现误差。若(t 终−t 始)偏大，则|ΔH|偏大；若(t 终−t 始)偏小，则|ΔH| 偏小。 （2）误差分析实例 50 mL 0.50 mol/L盐酸与 50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液反应的误差分析： 引起误差的实验操作 t 终−t 始 |ΔH| 保温措施不好 偏小 偏小 搅拌不充分 偏小 偏小 所用酸、碱浓度过大 偏大 偏大 用同浓度的氨水代替 NaOH溶液 偏小 偏小 用同浓度的醋酸代替盐酸 偏小 偏小 用 50 mL 0.50 mol/L NaOH溶液 偏小 偏小 三、能源 1．概念 能提供能量的自然资源。 2．发展阶段 柴草时期→化石能源时期→多能源结构时期。 3．分类 （1）化石燃料 ①种类：煤、石油、天然气。 ②特点：蕴藏量有限，且不能再生。 （2）太阳能、生物质能和氢能的利用 1）太阳能的利用 ①直接利用：太阳能以光和热的形式传送到地面，人们可以直接利用太阳辐射获得光和热。 ②植物的光合作用：在太阳光的作用下，绿色植物把光能转化为化学能。 ③间接利用 a.人类所需的能源大多来自于石油、天然气、煤，它们所蕴藏的能量就是远古生物吸收的太阳能。 b.动物食用植物体内的淀粉、纤维素、蛋白质是间接利用太阳能。 2）生物质能的利用 ①直接燃烧。 ②生物化学转换：用含糖较多的农作物转化成乙醇。 ③热化学转换：转化成热值较高可燃性气体。 3）氢能的利用 ①氢能的优点 a.资源不受限制 b.绿色能源 c.热值高 ②氢能的开发方式 a.以天然气、石油和煤为原料，高温下与水蒸气反应： CH4＋H2O(g)===== 高温 CO＋3H2；C＋H2O(g)===== 高温 CO＋H2。 b.电解水：2H2O===== 通电 2H2↑＋O2↑。 c.使用催化剂，利用太阳能分解水：2H2O===== 催化剂 光 2H2↑＋O2↑。 d.利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解产生氢气。 4．能源问题 （1）我国目前使用的主要能源是化石燃料，它们的蕴藏量有限，而且不能再生，最终将会枯竭。 （2）化石燃料的大量使用带来严重的环境污染问题。 5．解决能源问题的措施 （1）提高能源的使用效率 ①改善开采、运输、加工等各个环节。 ②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。 二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷成雾状等。 （2）开发新的能源 开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。 考向一 燃烧热、中和热的概念及表示 典例 1 下列关于热化学反应的描述中正确的是 A．已知 H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则 H2SO4和 Ba(OH)2反应：H2SO4(aq)＋ Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)的反应热ΔH＝2×(－57.3)kJ·mol－1 B．燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是 CH3OH(g)＋1 2 O2(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝ －192.9 kJ·mol－1, 则 CH3OH(g)的燃烧热为 192.9 kJ·mol－1 C．H2(g)的燃烧热是 285.8 kJ·mol－1，则 2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1 D．葡萄糖的燃烧热是 2 800 kJ·mol－1，则 1 2 C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝ －1 400 kJ·mol－1 1．25℃、101 kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为 57.3 kJ·mol－1，辛烷的燃烧热为 5 518 kJ·mol－1。下列热化学方程式书写正确的是 A．2H＋(aq)＋SO2－4 (aq)＋Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1 B．KOH(aq)＋1 2 H2SO4(aq)===1 2 K2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1 C．C8H18(l)＋25 2 O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g) ΔH＝－5 518 kJ·mol－1 D．2C8H18(g)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l) ΔH＝－5 518 kJ·mol－1 过关秘籍 （1）中和反应的实质是 H+和 OH−化合生成 H2O。若反应过程中有其他物质生成(如生成不溶性物质、 难电离物质等)，这部分反应热不在中和热之内。 （2）用文字表述燃烧热和中和热时，不用带“−”，而用ΔH表示时，必须带“−”。如甲烷的燃烧热为 890.3 kJ· mol−1或甲烷燃烧时ΔH=−890.3 kJ· mol−1。 （3）中和反应的对象为稀溶液，且中学阶段一般指稀的强酸与稀的强碱。 考向二 中和热的实验测定 典例 2 某实验小组用 0.50 mol·L－1 NaOH溶液和 0.50 mol·L－1硫酸溶液进行反应热的测定，实验装置如图 所示。 （1）装置中碎泡沫塑料的作用是_____________________________。 （2）写出该反应的热化学方程式[生成 1 mol H2O(l)时的反应热为－57.3 kJ·mol－1]：_______________。 （3）取 50 mL NaOH溶液和 30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如表所示。 ①请填写表格中的空白： 温度 次数 起始温度 t1/℃ 终止温 度 t2/℃ 温度差平均 值(t2－t1)/℃H2SO4 NaOH 平均值 1 26.2 26.0 26.1 30.1 2 27.0 27.4 27.2 33.3 3 25.9 25.9 25.9 29.8 4 26.4 26.2 26.3 30.4 ②近似认为 0.50 mol·L－1 NaOH溶液和 0.50 mol·L－1硫酸溶液的密度都是 1.0 g·mL－1，中和后生成溶液 的比热容 c＝4.18 J·(g·℃)－1。则生成 1 mol H2O(l)时的反应热ΔH＝________(取小数点后一位)。 ③上述实验数值结果与－57.3 kJ·mol－1有偏差，产生偏差的原因不可能是________(填字母)。 a．实验装置保温、隔热效果差 b．量取 NaOH 溶液的体积时仰视读数 c．分多次把 NaOH 溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中 d．用温度计测定 NaOH 溶液起始温度后直接测定 H2SO4溶液的温度 （4）若将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液和稀氨水分别和 1 L 1 mol·L－1的稀盐酸恰好完全 反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为_________________________。 2．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℃。已知量热计的热容常数(量热计各部件每升高 1℃所需的热量)是 150.5 J·℃ －1，生成溶液的比热容为 4.184 J·g－1·℃－1，溶液的密度均近似为 1 g·cm－3。 （1）试求 CH3COOH的中和热ΔH＝__________。 （2）CH3COOH的中和热的文献值为－56.1 kJ·mol－1，则请你分析在（1）中测得的实验值偏差可能的原 因：______________________________________________。 （3）实验中 NaOH过量的目的是_____________________________________。 考向三 能源的开发和利用 典例 3 下列表述正确的是 ①开发使用新型清洁能源，减少化石燃料的燃烧，可从根本上防止酸雨的产生 ②我国从 2 000年起逐渐用二氧化氯取代氯气对饮用水进行消毒，因为二氧化氯杀菌、消毒能力强，持 效长 ③氧化镁可用来制造耐火砖和坩埚等 ④明矾能使水中的悬浮物凝聚，可做为净水剂 ⑤建设三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料 ⑥给机动车安装尾气净化器，可减少光化学烟雾的发生 A．①④⑤ B．①②④⑤ C．②③④⑥ D．全部 3．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。 （1）蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体。甲烷气体燃烧和水汽化的热 化学方程式分别为： CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802.3 kJ·mol－1 H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44 kJ·mol－1 则 356 g“可燃冰”(分子式为 CH4·9H2O)释放的甲烷气体完全燃烧生成液态水，放出的热量为________。 （2）0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出 649.5 kJ 热量，其热化学方程式为______________________________。 （3）家用液化气中主要成分之一是丁烷(C4H10)。常温常压时，当 1 g丁烷完全燃烧并生成 CO2和液态 水时，放出热量 50 kJ。试写出该状态下表示丁烷燃烧热的热化学方程式：______________________。 （4）环境保护问题正越来越受到关注，二氧化碳是主要的温室气体，而节能减排可以有效地降低二氧 化碳的排放量。有效“减碳”的手段之一是节能。下列制氢方法最节能的是________(填序号)。 A．电解水制氢：2H2O===== 通电 2H2↑＋O2↑ B．高温使水分解制氢：2H2O 2H2↑＋O2↑ C．太阳光催化分解水制氢：2H2O===== TiO2 太阳光2H2↑＋O2↑ D．天然气制氢：CH4＋H2O CO↑＋3H2↑ 1．随着科技进步，新能源汽车越来越普遍。下列能源组合中，均属于新能源的一组是 ①天然气 ②煤 ③沼气能 ④石油 ⑤太阳能 ⑥生物质能 ⑦风能 ⑧氢能 A．①②③④ B．①⑤⑥⑦⑧ C．③④⑤⑥⑦⑧ D．③⑤⑥⑦⑧ 2．下列说法正确的是 A．1 mol醋酸与 1 mol氢氧化钠反应时生成 1 mol水时的能量变化就是中和热 B．氢氧化钠的稀溶液与浓硫酸反应时生成 1 mol水时的能量变化就是中和热 C．测中和热时所用的盐酸和氢氧化钠溶液的浓度一般是相同的 D．测中和热时通过环形玻璃棒搅拌的上下移动使溶液混合均匀 3．一定条件下，充分燃烧一定量的丁烷(C4H10)生成二氧化碳气体和液态水，放出热量为 Q kJ(Q>0)，经测 定完全吸收生成的二氧化碳需消耗 5 mol/L 的 KOH溶液 100 mL，恰好生成正盐，则此条件下丁烷燃烧 热的ΔH为 A．＋8Q kJ/mol B．＋16Q kJ/mol C．－8Q kJ/mol D．－16Q kJ/mol 4．下列关于热化学反应的描述正确的是 A．CO的燃烧热是 283.0 kJ·mol－1，则 2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g) ΔH＝＋283.0 kJ·mol－1 B．HCl和 NaOH反应的中和热(ΔH)等于－57.3 kJ·mol－1，则 CH3COOH和 Ba(OH)2的中和热也等于－57.3 kJ·mol－1 C．等物质的量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出热量少 D．已知：H—H键的键能为 a kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为 b kJ·mol－1，H—Cl键的键能为 c kJ·mol－1， 则生成 1 mol HCl放出的能量为 a＋b－2c 2 kJ 5．一些烷烃的燃烧热如下表所示： 化合物 燃烧热/(kJ·mol-1) 化合物 燃烧热/(kJ·mol-1) 甲烷 891.0 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．正戊烷的燃烧热大约为 3 540 kJ·mol-1 B．热稳定性：正丁烷>异丁烷 C．乙烷燃烧的热化学方程式为 2C2H6(g)+7O2(g) 4CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-1 560.8 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 6．下列有关反应热的分析中正确的是 选项 A B C D 已知条件 中和热： 57.3 kJ/mol 中和热： 57.3 kJ/mol H2的燃烧热： 285.8 kJ/mol 碳的燃烧热： 393.5 kJ/mol 对应反应 H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq ) BaSO4(s)+2H2O(l) NH3·H2O(aq)+H+(aq) + 4NH (aq)+H2O(l) H2(g)+ 1 2 O2(g) H2O(g) 2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH =-114.6 kJ/mol =-57.3 kJ/mol >-285.8 kJ/mol =-787 kJ/mol 7．下列说法正确的是 A．已知 2C(s) + O2(g) 2CO(g) ΔH=－221 kJ·mol−1，则 C(碳)的燃烧热为 110.5 kJ·mol−1 B．已知氢气燃烧热△H=－285.5 kJ·mol−1，则 2H2O(l) 2H2(g)+ O2(g) △H=＋285.5 kJ·mol－1 C．已知中和热ΔH=－57.3 kJ·mol−1，若将含 0.5 mol H2SO4的稀溶液与 1 mol NaOH固体混合，放出的热 量小于 57.3 kJ D．含 20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出热量 28.7 kJ，则稀醋酸和稀 NaOH溶液反应的热 化学方程式为：NaOH(aq) + CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) + H2O(l) ΔH>－57.4 kJ·mol－1 8．强酸和强碱在稀溶液中的中和热可表示为：H+(aq)+OH−(aq) H2O(l) △H=−57.3 kJ•mol−1，又知在溶液 中反应有：CH3COOH(aq)+NaOH(aq) CH3COONa(aq)+H2O(l) △H=−Q1 kJ•mol−1， 1 2 H2SO4(浓)+NaOH(aq) 1 2 Na2SO4(aq)+H2O(l) △H=−Q2 kJ•mol−1，HNO3(aq)+KOH(aq) KNO3(aq)+H2O(l) △H=−Q3 kJ•mol−1，则 Q1、Q2、Q3的关系正确的是 A．Q1=Q2=Q3 B．Q2＞Q1＞Q3 C．Q2＞Q3＞Q1 D．Q2=Q3＞Q1 9．盐酸或稀硫酸和氢氧化钠溶液的中和反应，没有明显的现象。某学习兴趣小组的同学为了证明氢氧化钠 溶液与盐酸或稀硫酸发生了反应，从中和反应的热效应出发，设计了下面几种实验方案。请回答有关 问题。 （1）方案一：按上图组装好实验装置，图中小试管用细线吊着，细线的上端拴在细铁丝上。开始时使 右侧 U形管两端红墨水相平。实验开始后，向下插细铁丝，使小试管内盐酸和广口瓶内氢氧化钠溶液 混合，此时观察到的现象是 ，原因是 。 （2）方案二：该小组借助反应混合液温度的变化来判断反应的发生。如果氢氧化钠溶液与盐酸混合前 后有温度的变化，则证明发生了化学反应。该小组同学将不同浓度的氢氧化钠溶液和盐酸各 10 mL混 合，用温度计测量反应前后温度的变化，测得的部分数据如下表所示： 编号 盐酸 氢氧化钠 Δt/℃ 1 0.1 mol·L-1 0.05 mol·L-1 0.35 2 0.1 mol·L-1 0.1 mol·L-1 x 3 0.2 mol·L-1 0.2 mol·L-1 1.4 则 x等于 。 （3）方案三：该小组还设计了如图所示装置来证明氢氧化钠溶液确实与稀硫酸发生了反应。他们认为 若洗气瓶中导管口有气泡冒出，则说明该反应放出热量，从而证明锥形瓶内发生了反应。 ①实验时，打开分液漏斗活塞，发现导管流出液体不畅，原因可能是 。 ②从原理上讲，该实验设计的不合理之处为 。 请你在此实验装置的基础上提出修改方案 。 1．[2016 海南]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 3.8×104 kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH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 2．[2015海南]己知丙烷的燃烧热△H=−2215 kJ·mol−1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成 1.8 g水，则放出的 热量约为 A．55 kJ B．220 kJ C．550 kJ D．1108 kJ