2018届一轮复习鲁科版专题五化学能与热能考点一化学反应中能量变化的有关概念及计算学案

2018届一轮复习鲁科版专题五化学能与热能考点一化学反应中能量变化的有关概念及计算学案

专题五　化学能与热能专题五　化学能与热能 考纲展示　命题探究 ‎1　焓变、反应热 ‎(1)焓(H)：用于描述物质所具有能量的物理量。‎ ‎(2)焓变(ΔH)：ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。单位 kJ/mol 或 kJ·mol－1。‎ ‎(3)反应热：指当化学反应在一定温度下进行时，反应所放出或吸收的热量，通常用符号Q表示，单位kJ/mol或kJ·mol－1。‎ ‎(4)焓变与反应热的关系：对于等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能，则有如下关系：ΔH＝Qp。‎ ‎(5)规定：放热反应的ΔH为“－”，吸热反应的ΔH为“＋”。‎ ‎2　燃烧热 ‎(1)概念：在‎25 ℃‎、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。‎ ‎(2)条件：在‎25 ℃‎、101 kPa下测定。规定可燃物的物质的量为 1_mol。因此，表示可燃物的燃烧热的热化学方程式中，可燃物的化学计量数为1，其他物质的化学计量数常出现分数。‎ ‎3　中和热 ‎(1)概念：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成 1_mol_H2O(l)时的反应热。‎ ‎(2)中和热的表示：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。‎ ‎(3)条件：中和反应的对象为稀溶液；以生成 1_mol H2O(l)为基准，因此表示中和热的热化学方程式中，水的化学计量数为1，酸、碱或盐的化学计量数可以为分数。‎ ‎(4)中和热的测定实验 ‎①装置如图(在横线上填出仪器的名称)‎ ‎②注意事项 a．碎泡沫塑料及泡沫塑料板的作用是保温隔热，防止热量散失。‎ b．为保证酸、碱完全中和，常使酸或碱稍稍过量。‎ c．实验中若使用弱酸或弱碱，会使测得数值偏小。‎ ‎③测定原理 ΔH＝－ ‎(其中：c＝4.18 J·g－1· ℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1· ℃－1；n为生成H2O的物质的量)‎ ‎④中和热的计算：Q放＝n(H2O)×|ΔH|‎ 式中：Q放为中和反应放出的热量，n(H2O)为中和反应生成H2O的物质的量，ΔH为中和热。‎ 学霸巧学卡　正确理解“燃烧热”和“中和热”‎ ‎(1)燃烧热中的生成物必须为稳定的氧化物，如H2→H2O(l)、C→CO2(g)、S→SO2(g)。‎ ‎(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。‎ ‎(4)强酸和弱碱或弱酸和强碱的稀溶液发生反应，中和热一般小于57.3 kJ·mol－1，因为弱电解质的电离是吸热的。‎ ‎(5)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。‎ ‎4　放热反应和吸热反应 学霸巧学卡　对“放热反应”和“吸热反应”的深度分析 ‎(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。如浓硫酸、NaOH溶于水放出热量，NH4NO3溶于水吸收热量，但它们不是化学反应，其放出或吸收的热量不属于反应热。‎ ‎(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。‎ ‎(3)加热条件下进行的反应，可能是吸热反应，如C＋CO22CO；也可能是放热反应，如2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，两者的区别是放热反应撤去热源后仍能进行，吸热反应必须持续加热才能继续进行。‎ ‎(4)化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，但这并非是唯一的表现形式，其他的还有光、电等。‎ ‎1.思维辨析 ‎(1)物质发生化学变化都伴有能量的变化。(　　)‎ ‎(2)伴有能量变化的物质变化都是化学变化。(　　)‎ ‎(3)水变成水蒸气时吸收的能量就是该过程的反应热。(　　)‎ ‎(4)NaOH固体溶于水时放热，属于放热反应。(　　)‎ ‎(5)化学变化中的能量变化都是化学能和热能间的相互转化。(　　)‎ ‎(6)放热反应在任何条件下都可以发生，吸热反应不加热就不能发生。(　　)‎ 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×‎ ‎2．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是(　　)‎ A．X的能量一定低于M的能量，Y的能量一定低于N的能量 B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行 C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量 D．X和Y的总能量一定低于M和N的总能量 答案　D 解析　已知X＋Y===M＋N　ΔH>0，说明X与Y总能量低于M与N总能量，A错误，D正确；破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，C错误；吸热反应有的不需要加热也可反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵混合搅拌即可发生反应，B错误。‎ ‎　[考法综述]　高考对本考点的考查主要是结合图象考查化学反应中的能量变化，常见的吸热反应和放热反应以及反应热的本质及计算，题型主要是选择题；难度不大，属基础题。‎ 命题法1　化学反应中的能量变化 典例1　　最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．CO和O生成CO2是吸热反应 B．在该过程中，CO断键形成C和O C．CO和O生成了具有极性共价键的CO2‎ D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程 ‎[解析]　根据能量变化示意图可以判断反应物总能量大于生成物总能量，该反应为放热反应，A项错误；根据反应过程示意图可以看出CO中的碳氧键没有断裂，B项错误；CO2中含有极性键，C项正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O形成CO2的过程，D项错误。‎ ‎[答案]　C ‎【解题法】　正确理解反应过程、能量图象 E1：旧键断裂吸收的能量或称为活化能。‎ E2：新键形成放出的能量或称为逆反应的活化能。‎ ΔH＝E1－E2，为此反应的焓变。‎ 催化剂的作用：降低E1、E2，但不影响ΔH，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。‎ 命题法2　反应热的本质及计算 典例2　　请参考题中图表，已知E1＝134 kJ·mol－1、E2＝368 kJ·mol－1，根据要求回答问题。‎ ‎(1)图Ⅰ是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，ΔH的变化是________。请写出NO2和CO反应的热化学方程式：____________________________。‎ ‎(2)下表是部分化学键的键能参数：‎ 化学键 P—P P—O O===O P===O 键能/kJ·mol－1‎ a b c x ‎　　已知白磷的燃烧热为d kJ·mol－1，白磷及其完全燃烧的产物的结构如图Ⅱ所示，则表中x＝________ kJ·mol－1(用含a、b、c、d的代表数式表示)。‎ ‎[解析]　(1)观察图象，E1应为反应的活化能，加入催化剂反应的活化能降低，但是ΔH不变；1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2‎ 和NO的反应热数值即反应物和生成物的能量差，因此该反应的热化学方程式为NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1。‎ ‎(2)白磷燃烧的化学方程式为P4＋5O2P4O10，结合图Ⅱ中白磷及其完全燃烧产物的结构，根据“反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和”与燃烧热概念可得等式：‎6a＋‎5c－(4x＋12b)＝－d，据此可得x＝(d＋‎6a＋‎5c－12b)。‎ ‎[答案]　(1)减小　不变　NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1‎ ‎(2)(d＋‎6a＋‎5c－12b)‎ ‎【解题法】　反应热计算的注意事项 ‎(1)明确通过键能计算反应热的关系式和通过物质的能量计算反应热的关系式的意义，避免混淆。‎ 据化学键计算：‎ ΔH＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键放出的总能量 据能量守恒计算：‎ ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量 ‎(2)根据键能计算反应热时，须注意反应前后物质分子中断裂或形成的化学键的数目。常见的特殊物质含有的化学键数目：1 mol Si中含有2 mol Si—Si键，1 mol金刚石中含有2 mol C—C键，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键，1 mol白磷中含有6 mol P—P键，1 mol 石墨含1.5 mol C—C 键。‎ ‎1. (双选)某反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．反应过程a有催化剂参与 B．该反应为放热反应，热效应等于ΔH C．改变催化剂，可改变该反应的活化能 D．有催化剂条件下，反应的活化能等于E1＋E2‎ 答案　BC 解析　过程a的活化能比过程b的活化能高，故反应过程b有催化剂参与，A错误；生成物所具有的能量比反应物所具有的能量低，且由图中信息可知两者能量的差值为ΔH ‎，B正确；不同催化剂的催化效率不同，故改变催化剂，可改变该反应的活化能，C正确；在有催化剂的条件下，该反应的活化能等于E1，D错误。‎ ‎2．已知：‎ C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)‎ ΔH＝a kJ·mol－1‎ ‎2C‎(s)＋O2(g)===2CO(g) ‎ ΔH＝－220 kJ·mol－1‎ H—H、O===O和O—H键的键能分别为436、496和462 kJ·mol－1，则a为(　　)‎ A．－332 B．－118 ‎ C．＋350 D．＋130‎ 答案　D 解析　本题考查盖斯定律的应用以及根据键能计算反应热。根据盖斯定律可得反应：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－220 kJ·mol－1－‎2a kJ·mol－1，则2×436 kJ·mol－1＋496 kJ·mol－1－4×462 kJ·mol－1＝－220 kJ·mol－1－‎2a kJ·mol－1，a＝＋130 kJ·mol－1。‎ ‎3．对于反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)' ΔH<0，在其他条件不变的情况下(　　)‎ A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的ΔH也随之改变 B．改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变 C．升高温度，反应速率加快，反应放出的热量不变 D．若在原电池中进行，反应放出的热量不变 答案　B 解析　ΔH的大小取决于反应的始态和终态，与反应途径无关，A项错误；反应放出的热量与参加反应的物质的量成正比，平衡不移动，参加反应的物质总量不变，B项正确；升高温度，平衡逆向移动，反应放出的热量减少，C项错误；若反应在原电池中进行，化学能会转化为电能，D项错误。‎ ‎4．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。由此可知(　　)‎ 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>0‎ 答案　B 解析　醋酸凝固说明体系温度降低，此反应为吸热反应，热能转化为化学能，B正确；D选项，没有标明反应物、生成物的状态，错误。‎ ‎5．已知热化学方程式(Q1、Q2均为正值)：‎ C(s)＋O2(g)===CO(g)‎ ΔH＝－Q1 kJ·mol－1，‎ C(s)＋O2(g)===CO2(g)‎ ΔH＝－Q2 kJ·mol－1，‎ 有关上述反应的叙述错误的是(　　)‎ A．Q1Q1，A正确；两反应均为放热反应，故生成物总能量均低于反应物总能量，B错误；由1 mol C(s)反应生成1 mol CO气体时放出Q1 kJ热量，C正确；等物质的量的同种物质，气态时所具有的能量高于固态时所具有的能量，D正确。‎ ‎6．甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：‎ ‎①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1‎ ‎②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2‎ ‎③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3‎ 回答下列问题：‎ 已知反应①中相关的化学键键能数据如下：‎ 化学键 H—H C—O CO H—O C—H E/(kJ·mol－1)‎ ‎436‎ ‎343‎ ‎1076‎ ‎465‎ ‎413‎ 由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58 kJ·mol－1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。‎ 答案　－99　＋41‎ 解析　反应①中，生成1 mol CH3OH时需要形成3 mol C—H键、1 mol C—O键和1 mol O—H键，则放出的热量为(413×3＋343＋465) kJ＝2047 kJ，需要断开1 mol CO 键和2 mol H—H 键，吸收的热量为(1076＋436×2) kJ＝1948 kJ，则该反应为放热反应，ΔH1＝(1948－2047) kJ·mol－1＝－99 kJ·mol－1；根据盖斯定律，ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝(－58＋99) kJ·mol－1＝＋41 kJ·mol－1。‎ ‎7．将NO2(g)转化为N2O4(l)，制备浓硝酸。‎ ‎(1)已知：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH1‎ ‎2NO2(g)N2O4(l)　ΔH2‎ 下列能量变化示意图中，正确的是(选填字母)________。‎ ‎(2)N2O4与O2、H2O化合的化学方程式是___________________ _____________________________________________________。‎ 答案　(1)A ‎(2)2N2O4＋O2＋2H2O===4HNO3‎ 解析　(1)物质由气态转为液态时，应放出热量，所以N2O4(g)的能量高于N2O4(l)的能量，只有A选项正确。(2)N2O4与氧气、水反应，由化合价守恒可知N2O4中N的化合价升高，只能变为＋5，生成硝酸。‎