2019届高考化学一轮复习化学反应与能量学案 12页

化学反应与能量 知识体系 一、反应热与热化学方程式：‎ ‎1、反应热：化学反应都伴有能量的变化，常以热能的形式表现出来，有的反应放热，有的反应吸热。反应过程中放出或吸收的热叫做反应热。反应热用符号△H表示，单位是kJ/mol或（kJ·mol－1）。放热反应的△H为“－”，吸热反应的△H为“＋”。反应热（△H）的确定常常是通过实验测定的。‎ 注意：在进行反应热和△H的大小比较中，反应热只比较数值的大小，没有正负之分；而比较△H大小时，则要区别正与负。‎ ‎2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)；△H1＝－a kJ·mol－1 反应热：a kJ·mol－1，△H：－a kJ·mol－1‎ ‎2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)；△H2＝－b kJ·mol－1 反应热：b kJ·mol－1，△H：－b kJ·mol－1‎ a与b比较和△H1与△H2的比较是不一样 ‎ 2、影响反应热大小的因素 ‎①反应热与测定条件（温度、压强等）有关。不特别指明，即指‎25℃‎，1.01×105Pa（101kPa）测定的。中学里热化学方程式里看到的条件（如：点燃）是反应发生的条件，不是测量条件。‎ ‎②反应热的大小与物质的集聚状态有关。‎ ‎③反应热的大小与物质的计量数有关。 ‎ 在反应：2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；△H1＝－a kJ·mol－1中，2molH2燃烧生成气态水放出的热量a kJ，该反应的反应热是a kJ·mol－1，该反应的△H是－a kJ·mol－1。注意这三个单位。‎ ‎3、书写热化学方程式注意事项：‎ ‎ a. 注明反应的温度和压强（若在101kPa和298K条件下进行，可不予注明），注明△H的“＋”与“－”，放热反应为“－”，吸热反应为“＋”。‎ ‎ b. △H写在方程式右边，并用“；”隔开。‎ ‎ c. 必须标明物质的聚集状态（气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”）。若用同素异形体要注明名称。‎ ‎ d. 各物质前的计量系数不表示分子数目只表示物质的量的关系。△H与计量数成正比关系。同样的反应，计量系数不同，△H也不同，例如：‎ ‎2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；△H＝－483.6kJ·mol－1 ‎ H2(g)＋O2(g)＝H2O(g)；△H＝－241.8kJ·mol－1 ‎ ‎ 上述相同物质的反应，前者的△H是后者的两倍。‎ 燃烧热和中和热：在101kPa时，1mol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。在稀溶液里，酸跟碱发生中和反应而生成1mol 液态H2O，这时的反应热叫做中和热。燃烧热的热化学方程式强调燃烧物前的计量数为1，中和热强调热化学方程式中水前的计量数为1。燃烧热要强调生成稳定的氧化物，如：生成液态水。‎ 如：H2的燃烧热的热化学方程式：H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)；△H＝－286kJ·mol－1 ‎ ‎ 中和热的热化学方程式：‎ NaOH(aq)＋H2SO4(aq)＝Na2SO4(aq)＋H2O(l)；△H＝－57.3kJ·mol－1 ‎ 二、化学反应与物质的能量 ‎1、放热反应：反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量，热量的多少等于反应物具有的总能量与生成物具有的总能量的差值。常见的放热反应有：燃烧、中和反应、常温下能自发发生的绝大多数的各类反应。‎ ‎2、吸热反应：反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，热量的多少等于生成物具有的总能量与反应物具有的总能量的差值。常见的吸热反应有：水解反应、结晶水合物失水的反应、碳与二氧化碳或与水蒸气的反应等 物质的能量越低，性质就越稳定；物质的能量越高，性质就越活泼。物质的化学能是化学键的能 量，通过化学键的键能可计算反应热。‎ 如：反应H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g)；△H。△H == E(H－H)＋E(Cl－Cl)－2E(H－Cl)。‎ ‎3、盖斯定律：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，而与具体反应进行的途径无关。这就是盖斯定律。利用盖斯定律可以间接计算反应热。‎ ‎ 例如：C(s)＋O2(g)＝CO2(g)；△H1 ‎ C(s)＋O2(g)＝CO(g)；△H2 CO(g)＋O2(g)＝CO2(g)；△H3 ‎ 依盖斯定律有：△H1＝△H2＋△H3。‎ ‎ ‎基础过关 第1课时 化学反应的焓变 ‎1．定义：化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以热量（或转换成相应的热量）来表示，称为焓变（ΔH），单位：kJ/mol 或 kJ•mol-1在化学反应中，旧键的断裂需要吸收能量 ，而新键的形成则放出能量。总能量的变化取决于上述两个过程能量变化的相对大小。‎ 任何一个化学反应中，反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量总不会相等的。在新物质产生的同时总是伴随着能量的变化。‎ 注意：‎ （1） 反应热和键能的关系 例如：1molH2和1molCl2反应生成2molHCl的反应热的计算。‎ ‎1moLH2分子断裂开H—H键需要吸收436kJ的能量；1molCl2分子断裂开Cl—Cl键需要吸收243kJ的能量，而2molHCl分子形成2molH—Cl键放出431kJ·mol-1×2mol=862kJ的能量，所以，该反应H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）的反应热 ‎△H===生成物分子形成时释放的总能量—反应物分子断裂时所需要吸收的总能量 ‎===862kJ·mol--436 kJ·mol-1-243 kJ·mol—1‎ ‎===183kJ·mol-1‎ 由于反应后放出的能量使反应本身的能量降低，故规定△H=反应物的键能总和—生成物的键能总和 ‎（2）反应焓变与反应条件的关系 焓是科学家们为了便于计算反应热而定义的一个物理量，它的数值与物质具有的能量有关。对于一定量的纯净物质，在一定的状态（如温度、压强）下，焓有确定的数值。在同样的条件下，不同的物质具有的能量也不同，焓的数值也就不同；同一物质所处的环境条件（温度、压强）不同，以及物质的聚集状态不同，焓的数值也不同。焓的数值的大小与物质的量有关，在相同的条件下，当物质的物质的量增加一倍时，焓的数值也增加一倍。因此，当一个化学放映在不同的条件下进行，尤其是物质的聚集状态不同时，反应焓变是不同的。‎ ‎2．放热反应和吸热反应 ‎(1)放热反应：即有热量放出的化学反应，其反应物的总能量大于生成物的总能量。‎ ‎(2)吸热反应：即吸收热量的化学反应，其反应物的总能量小于生成物的总能量。 ‎ ‎3．化学反应中的能量变化示意图对于该“示意图”可理解为下列形式：‎ 能量 反应过程 反应过程 反应物 生成物 能量 ‎△H<0‎ ‎△H>0‎ 反应物 生成物 ‎ 由能量守恒可得：‎ ‎ 反应物的总能量：生成物的总能量+热量(放热反应)‎ 反应物的总能量：生成物的总能量-热量(吸热反应)‎ ‎4．燃料充分燃烧的两个条件 ‎ (1)要有足够的空气 ‎ (2)燃料与空气要有足够大的接触面。‎ ‎5.燃烧热与中和热 ‎1）燃烧热 ‎ (1)概念：在101kPa时，1mol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表示。‎ 注意：完全燃烧，是指物质中下列元素完全转变成对应的物质：C→C02，H→H20，S→S02等。‎ ‎ (2)表示的意义：例如C的燃烧热为393.5kJ／mol，表示在101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。‎ ‎2）中和热 (1)概念：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成 1 molH20，这时的反应热叫中和热。‎ ‎ (2)中和热的表示：H+(aq)+OH-(aq)=H2O (1)； △H=-57.3kJ／mol。‎ ‎3）使用化石燃料的利弊及新能源的开发 ‎ (1)重要的化石燃料：煤、石油、天然气 ‎ (2)煤作燃料的利弊问题 ‎①煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。‎ ‎②煤直接燃烧时产生S02等有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染。‎ ‎③煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低，且运输不方便。‎ ‎④‎ 可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤燃烧的热利用率。‎ ‎ (3)新能源的开发 ‎①调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油气资源，加强科技投入，加快开发水电、核电和新能源等就显得尤为重要和迫切。‎ ‎②最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能等。这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，对环境没有污染或污染少。‎ ‎●理解中和热时注意：‎ ‎①稀溶液是指溶于大量水的离子。②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。③中和反应的实质是H+和OH-化合生成 H20，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热内。‎ 典型例题 ‎【例1】下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是 A 生成物能量一定低于反应物总能量 B 放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率 C 英语盖斯定律，可计算某些难以直接侧脸房的反应焓变 D 同温同压下，在光照和点燃条件的不同 解析：生成物的总能量低于反应总能量的反应，是放热反应，若是吸热反应则相反，故A错；反映速率与反应是吸热还是放热没有必然的联系，故B错；C是盖斯定律的重要应用，正确；根据=生成物的焓-反应物的焓可知，焓变与反应条件无关，故D错。‎ 答案：C ‎【例2】硼酸（H3BO3）在食品、医药领域应用广泛。‎ ‎(1)请完成B2H6气体与水反应的化学方程式：B2H6 + 6H2O=2H3BO3 +________。‎ ‎(2)在其他条件相同时，反应H3BO3 +3CH3OHB(OCH3)3 +3H2O中，H3BO 3的转化率（）在不同温度下随反应时间（t）的变化见图12，由此图可得出：‎ ‎①温度对应该反应的反应速率和平衡移动的影响是____ ___‎ ‎②该反应的_____0(填“<”、“=”或“>”).‎ ‎(3)H3BO 3溶液中存在如下反应：‎ H3BO 3（aq）+H2O（l） [B(OH)4]-( aq)+H+（aq）已知0.70 mol·L-1 H3BO 3溶液中，上述反应于298K达到平衡时，c平衡（H+）=2. 0 × 10-5mol·L-1，c平衡（H3BO 3）≈c起始（H3BO 3），水的电离可忽略不计，求此温度下该反应的平衡常数K（H2O的平衡浓度不列入K的表达式中，计算结果保留两位有效数字）‎ 解析：(1)根据元素守恒，产物只能是H2， 故方程式为B2H6 + 6H2O=2H3BO3 +6H2。‎ ‎(2)由图像可知，温度升高，H3BO 3的转化率增大，故升高温度是平衡正向移动，正反应是吸热反应，△H＞O。‎ ‎(3) K===‎ 答案：‎ ‎(1) B2H6 + 6H2O=2H3BO3 +6H2‎ ‎(2) ①升高温度，反应速率加快，平衡正向移动 ②△H＞O ‎(3) 或1.43‎ ‎【例3】已知 蒸发1mol Br2（l）需要吸收的能量为30kJ，其它相关数据如下表：‎ 则表中a为 A．404 B．‎260 C．230 D．200‎ 答案D ‎【解析】本题考查盖斯定律的计算。由已知得：Br2(l)=Br2(g) DH=+30KJ/mol，则H2(g) + Br2(g) = 2HBr(g)；DH= －102KJ/mol。436+a-2×369=－102；a=―200KJ，D项正确。‎ ‎ ‎基础过关 第2课时 热化学方程式 1． 热化学方程式与普通化学方程式的区别有三点不同 ‎（1）热化学方程式必须标有热量变化。‎ ‎（2）热化学方程式中必须标明反应物和生成物的状态，因为反应热除跟物质的量有关外，还与反应物和生成物的聚集状态有关。‎ ‎（3）热化学方程式中各物质的系数只表示各物质对应的物质的量，因此，有时可用分数表示，但要注意反应热也发生相应变化。‎ ‎2．书写热化学方程式时明确以下问题： ‎ ‎(1)反应放出或吸收的热量的多少与外界的温度和压强有关，需要注明，未特别注明的指101kPa和‎25℃‎时的数据。‎ ‎(2)物质的聚集状态不同，反应吸收和放出的热量不同，因此要注明反应物和生成物的聚集状态。‎ ‎(3)热化学方程式中的热量数据，是与各化学计量数为物质的量时相对应的，不是几个分子反应的热效应。因此式中化学计量数可以是整数，也可以是分数。一般出现分数时是以某一反应物或生成物为“1mol”时其它物质才出现的。‎ ‎(4)无论热化学方程式中化学计量数为多少，△H的单位总是KJ/mol，但△H的数值与反应式中的系数有关。‎ 典型例题 ‎【例1】下列热化学方程式或离子方程式中，正确的是：‎ A.甲烷的标准燃烧热为-890.3kJ·mol-1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为：‎ CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-890.3kJ·mol-1‎ B. ‎500℃‎、30MPa下，将0.5mol N2和1.5molH2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3kJ，其热化学方程式为：‎ ‎ △H=-38.6kJ·mol-1‎ C. 氯化镁溶液与氨水反应：‎ D. 氧化铝溶于NaOH溶液：‎ 试题解析：‎ 本题考查热化学方程式与离子方程式的书写。A、标准燃烧热的定义，1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时方出的热量(标准指298K,1atm)。水液态稳定，方程式系数就是物质的量，故A错。B、根据热化学方程式的含义，与对应的热量是1mol氮气完全反应时的热量，但次反应为可逆反应故，投入0.5mol的氮气，最终参加反应的氮气一定小于0.5mol。所以△H的值大于38.6。B错。D、氢氧化铝沉淀没有沉淀符号。‎ 本题答案：C 教与学提示：‎ 化学用语的教学是化学学科技术规范，强调准确性，强调正确理解与应用。特别重视热化学方程式的系数与反应热的对应关系。重视离子方程式的拆与不拆的问题。热化学方程式的书写问题由：聚集状态、系数、系数与反应热数值对应、反应热单位、可逆反应的反应热等内容构成。离子方程式的书写问题由：强弱电解质、最简整数比、定组成规律、离子方程式正误判断、守恒、定量离子方程式等内容组成。‎ ‎【例2】 X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的四种常见元素，其相关信息如下表：‎ 元素 相关信息 X X的基态原子核外3个能级上有电子，且每个能级上的电子数相等 Y 常温常压下，Y单质是淡黄色固体，常在火山口附近沉积 Z Z和Y同周期,Z的电负性大于Y W W的一种核素的质量数为63，中子数为34‎ ‎（1）Y位于元素周期表第　　　周期表　　　族，Y和Z的最高价氧化物对应的水化物的酸性较强的是　　　　　　（写化学式）。‎ ‎（2）XY2是一种常用的溶剂，XY2的分子中存在　　　个σ键。在H―Y、H―Z两种共价键中，键的极性较强的是　　　　，键长较长的是　　　　　。‎ ‎（3）W的基态原子核外电子排布式是　　　　　　　　　　　。W2Y在空气中煅烧生成W2O的化学方程式是　　　　　　　　 　　　　　　。‎ ‎（4）处理含XO、YO2烟道气污染的一种方法，是将其在催化剂作用下转化为单质Y。‎ 已知：‎ XO(g)+O2(g)=XO2(g) H=－283.0 kJ·mol－2‎ Y(g)+ O2(g)=YO2(g) H=－296.0 kJ·mol－1‎ 此反应的热化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。‎ 答案：(1)3 VIA HClO4 ‎ ‎(2)2 H-Z H-Y ‎ ‎ (3)[Ar]3d104s1 2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2 ‎ ‎(4)2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2 (g) △H=-270kJ/mol 解析：由表中可知，X为C Y为 S Z为 Cl W为Cu ‎ ‎ ‎基础过关 第3课时 反应焓变的计算 1． 盖斯定律：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓（热量）变是一样的。‎ 2． 据盖斯定律计算化学反应的焓变 进行反应的焓变计算应注意的问题 （1） 由于△H与反应物的物质的量有关，因此热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与△H相对应。如化学计量数成倍减少或增加，则△H也要成倍的减少或成倍的增加。当反应向逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，正负号相反。‎ 在使用盖斯定律时，伴随着两个或多个方程式的加减处理时，△H的计算一定要带上典型例题 ‎【例1】下表列出了3种燃煤烟气脱硫方法的原理。‎ （1） 方法Ⅰ中氨水吸收燃煤烟气中的化学反应为：‎ 能提高燃煤烟气中去除率的措施有 ▲ （填字母）。‎ A．增大氨水浓度 ‎ B.升高反应温度 C.使燃煤烟气与氨水充分接触 ‎ D. 通入空气使转化为 采用方法Ⅰ脱硫，并不需要预先除去燃煤烟气中大量的，原因是▲（用离子方程式表示）。‎ （1） 方法Ⅱ重要发生了下列反应：‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 与反应生成的热化学方程式为 。‎ （2） 方法Ⅲ中用惰性电极电解溶液的装置 如右图所示。阳极区放出气体的成分为 。‎ ‎（填化学式）‎ ‎【答案】‎ ‎（1）AC ‎(2)S（g）+O2（g）= S O2（g） H=-574.0kJmol-1‎ ‎(3) O2 SO2‎ ‎【解析】本题考察的知识比较散，涉及到环境保护，一道题考察了几个知识点。覆盖面比较多。但盖斯定律、热化学方程式、离子方程式、点击方程式都是重点内容（1）提高SO2的转化率，可以增大氨水的浓度、与氨水充分接触；不需要通入CO2的原因是因为HCO3+SO2=CO2+HSO3而产生CO2 (2)主要考察盖斯定律的灵活运用。适当变形，注意反应热的计算。不要忽视热化学方程式的书写的注意事项。（3）阴极的电极产生的气体为O2和SO2.‎ ‎【例2】在298K、100kPa时，已知：2 ⊿‎ ‎ ⊿‎ ‎ ⊿‎ 则⊿与⊿和⊿间的关系正确的是 A .⊿=⊿+2⊿ B ⊿=⊿+⊿‎ C. ⊿=⊿-2⊿ D. ⊿=⊿- ⊿‎ 解析：第三个方程式可由第二个方程式乘以2与第一个方程式相加，有盖斯定律可知 答案：A ‎【例3】二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。‎ 请回答下列问题：‎ ‎⑴ 煤的气化的主要化学反应方程式为：___________________________。‎ ‎⑵ 煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收，生成两种酸式盐，该反应的化学方程式为：________________________________________。‎ ‎⑶ 利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：‎ ‎① 2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)；ΔH ＝ －90.8 kJ·mol－1 ‎ ‎② 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)；ΔH＝ －23.5 kJ·mol－1 ‎ ‎③ CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)；ΔH＝ －41.3 kJ·mol－1 ‎ 总反应：3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2 (g)的ΔH＝ ___________；‎ 一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是__________（填字母代号）。‎ a．高温高压 b．加入催化剂 c．减少CO2的浓度 d．增加CO的浓度 e．分离出二甲醚 ‎⑷ 已知反应②2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH ，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：‎ 物质 CH3OH CH3OCH3‎ H2O 浓度/（mol·L－1）‎ ‎0.44‎ ‎0.6‎ ‎0.6‎ ‎① 比较此时正、逆反应速率的大小：v正 ______ v逆 （填“>”、“<”或“＝”)。‎ ‎② 若加入CH3OH后，经10 min反应达到平衡，此时c(CH3OH) ＝ _________；该时间内反应速率v(CH3OH) ＝ __________。‎ 解析：(1)煤生成水煤气的反应为C+H2OCO+H2。‎ ‎(2)既然生成两种酸式盐，应是NaHCO3和NaHS，故方程式为：‎ Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS。‎ ‎(3)观察目标方程式，应是①×2+②+③，故△H=2△H1+△H2+△H3=-246.4kJ· mol -1。‎ 正反应是放热反应，升高温度平衡左移，CO转化率减小；加入催化剂，平衡不移动，转化率不变；减少CO2的浓度、分离出二甲醚，平衡右移，CO转化率增大；增大CO浓度，平衡右移，但CO转化率降低；故选c、e。‎ ‎(4)此时的浓度商Q==1.86＜400，反应未达到平衡状态，向正反应方向移动，故正＞逆；设平衡时生成物的浓度为0.6+x，则甲醇的浓度为（0.44-2x）有：400=，解得x=0.2 mol·L-1，故0.44 mol·L-1-2x=0.04 mol·L-1。‎ 由表可知，甲醇的起始浓度度为(0.44+1.2) mol·L-1=1.64 mol·L-1，其平衡浓度为0.04 mol·L-1，‎ ‎10min变化的浓度为1.6 mol·L-1，故(CH3OH)=0.16 mol·L-1·min-1。‎ 答案：(1) C+H2OCO+H2。‎ ‎(2) Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS ‎(3) -246.4kJ· mol ‎-1 c、e ‎(4) ①＞ ②0.04 mol·L-1 0.16 mol·L-1·min-1‎ 命题立意：本题是化学反应原理的综合性试题，考查了化学方程式的书写、盖斯定律的应用、化学平衡移动原理，和利用浓度商和平衡常数的关系判断平衡移动的方向、平衡常数和速率的计算等。‎