备战2021 高考化学 考点29 化学反应的热效应（原卷版） 13页

考点 29 化学反应的热效应 1．化学反应中的能量变化 （1）化学反应中的两大变化：物质变化和能量变化。 （2）化学反应中的两大守恒：质量守恒和能量守恒。 （3）化学反应中的能量转化形式：热能、光能、电能等。通常主要表现为热量的变化。 ①吸热反应：热能―→化学能。 ②放热反应：化学能―→热能。 ③光合作用：光能―→化学能。 ④燃烧反应：化学能―→热能，化学能―→光能。 ⑤原电池反应：化学能―→电能。 ⑥电解池反应：电能―→化学能。 （4）化学反应的实质与特征 2．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－1或 kJ/mol。 （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－1。 （4）焓变与反应热的关系 对于恒温恒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“+”。 注意：（1）任何化学反应都伴随着能量的变化，不存在不发生能量变化的化学反应。 （2）反应热的单位是 kJ/mol，热量的单位是 kJ，不能混淆。 （3）比较反应热大小时，应带“+”、“−”一起比较。 反应热的理解 1．从微观的角度说，反应热是旧化学键断裂吸收的热量与新化学键形成放出的热量的差值，图中 a 表 示旧化学键断裂吸收的热量；b 表示新化学键形成放出的热量；c 表示反应热。 2．从宏观的角度说，反应热是生成物的总能量与反应物的总能量的差值，图中 a 表示活化能，b 表示 活化分子结合成生成物所释放的能量，c 表示反应热。 3．吸热反应和放热反应 化学反应过程中释放或吸收的能量，都可以用热量(或换算成热量)来表述。通常把释放热量的化学反应 称为放热反应，把吸收热量的化学反应称为吸热反应。 类型比较 放热反应 吸热反应 定义 放出热量的化学反应 吸收热量的化学反应 形成原因 反应物具有的总能量大于生成物具有的 总能量 反应物具有的总能量小于生成物具 有的总能量 与化学键的关系 生成物分子成键时释放的总能量大于反 应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量小 于反应物分子断键时吸收的总能量 表示方法 ΔH＜0 ΔH＞0 联系 ΔH=ΔH(生成物)−ΔH(反应物)，键能越大，物质能量越低，越稳定；键能越小， 物质能量越高，越不稳定 常见反应类型 （1）所有的燃烧反应； （2）酸碱中和反应； （3）金属与酸或水的反应； （4）原电池反应； （5）少数分解反应(如 TNT爆炸)； （6）大多数化合反应； （7）电石制乙炔的反应 （1）大多数分解反应； （2）少数化合反应，如 C与 CO2、 C与水蒸气的反应； （3）Ba(OH)2·8H2O 与 NH4Cl 的反 应； （4）盐的水解、弱电解质的电离 4．吸热反应与放热反应的判断 化学反应过程中释放或吸收的能量，都可以用热量（或换算成热量）来表述。通常把释放热量的化学 反应称为放热反应，把吸收热量的化学反应称为吸热反应。 （1）理论分析判断法 ΔH=生成物的总能量−反应物的总能量。当ΔH>0 时，反应吸热；当ΔH<0 时，反应放热。 ΔH=反应物的键能之和−生成物的键能之和。当生成物分子成键释放的总能量>反应物分子断键吸收的总 能量时，该反应表现为放热反应，即ΔH<0；当生成物分子成键释放的总能量<反应物分子断键吸收的总能量 时，该反应表现为吸热反应，即ΔH>0。 （2）规律判断法 常见的吸热反应：①大多数分解反应；②以 H2、CO、C 为还原剂的氧化还原反应，如 C+H2O(g) CO+H2； ③Ba(OH)2·8H2O与 NH4Cl 晶体的反应。 常见的放热反应：①金属与水或酸的反应；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④燃烧反应；⑤铝 热反应；⑥营养物质在生物体内的氧化反应。 （3）图象判断法 当反应物的总能量高于生成物的总能量时，为放热反应；当反应物的总能量低于生成物的总能量时， 为吸热反应。 （4）反应条件判断法 反应开始需要加热，而停止加热后，反应亦可继续进行，则为放热反应；若反应需要持续不断地加热 才能进行，则可能为吸热反应也可能为放热反应。 （1）反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应也可能是放热反应。有些吸热反应不但反应开始时需 要加热，反应发生过程中仍需不断加热才能使反应继续进行下去；有的放热反应在反应开始时也需要加热， 反应发生后会放出一定的热量，如果放出的热量可使反应维持下去，则反应过程中不需要再加热，否则也 必须不断加热才能使反应继续进行下去。 （2）常温下就能进行的反应不一定都是放热反应，如氢氧化钡和氯化铵的反应。 （3）任何化学反应都伴随着能量变化，但能量变化不一定都表现为热量变化，还可能以声、光、电等 形式表现出来。 （4）放出热量（或吸收热量）的物质变化过程不一定是放热反应（或吸热反应），如水蒸气冷凝为水 放热，干冰升华吸热，它们不是放热反应或吸热反应，而是物理变化过程。 5．反应热大小的比较 1．同一反应的比较 （1）反应物状态不同 S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH1<0 S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH2<0 因为等量反应物S(g)比S(s)所具有的能量多，反应放出的热量就多，ΔH1<ΔH2。 （2）生成物状态不同 H2(g)+ 1 2 O2(g) H2O(g) ΔH1<0 H2(g)+ 1 2 O2(g) H2O(l) ΔH2<0 因为等量产物H2O(g)比H2O(l)所具有的能量多，反应放出的热量少，所以ΔH1>ΔH2。（3）化学计量数不同 H2(g)+ 1 2 O2(g) H2O(l) ΔH1<0 2H2(g)+ O2(g) 2H2O(l) ΔH2<0 有2ΔH1=ΔH2且ΔH1>ΔH2。 2．不同反应的比较 （1）根据反应物的本性比较 等物质的量的不同物质与同一物质反应时，越活泼，放热越多。 H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g) ΔH1<0 H2(g)+Br2(g) 2HBr(g) ΔH2<0 因Cl2比Br2活泼，故ΔH1<ΔH2。 （2）反应程度不同 C(g)+O2(g) CO2(g) ΔH1<0 C(g)+ 1 2 O2(g) CO(g) ΔH2<0 第一个反应程度大，放热多，因此ΔH1<ΔH2。 注意：比较反应热时，要将其数值和前面的符号“+”“−”看作一个整体进行比较，不能只比较数值的大小。 （1）若为放热反应，则有ΔH<0，反应放出的热量越多，ΔH 的值越小。 （2）若为吸热反应，则有ΔH>0，反应吸收的热量越多，ΔH 的值越大。 （3）对于不同的吸热、放热反应，吸热反应的ΔH 大于放热反应的ΔH。 考向一 反应过程与能量变化图象分析 典例 1 H2与 ICl的反应分①、②两步进行，其能量曲线如图所示，下列有关说法错误的是 A．反应①、反应②均为放热反应 B．反应①、反应②均为氧化还原反应 C．反应①比反应②的速率慢，与相应正反应的活化能无关 D．反应①、反应②的焓变之和为ΔH=－218kJ·mol-1 1．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（ ） A． B． C． D． 活化能与焓变的关系图解 （1）在无催化剂的情况下： E1为正反应的活化能；E2为逆反应的活化能；ΔH=E1−E2为此反应的焓变。 （2）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。 考向二 利用键能计算反应热 典例 2 根据键能数据估算 CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反应热ΔH 为 化学键 C—H C—F H—F F—F 键能/(kJ·mol－1) 414 489 565 155 A．－485 kJ·mol－1 B．＋485 kJ·mol－1 C．＋1 940 kJ·mol－1 D．－1 940 kJ·mol－1 2．（1）乙苯催化脱氢制苯乙烯反应： 已知： 化学键 C—H C—C C=C H—H 键能/kJ·mol−1 412 348 612 436 计算上述反应的ΔH= kJ·mol−1。 （2）已知反应 2HI(g) H2(g)+I2(g) 的ΔH=+11 kJ·mol−1，1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分 别需要吸收 436 kJ、151 kJ 的能量，则 1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为 kJ。 利用键能计算反应热的方法 （1）熟记反应热ΔH 的计算公式 ΔH=E(反应物的总键能之和)−E(生成物的总键能之和) （2）注意特殊物质中键数的判断 物质(1 mol) P4 C(金刚石) Si SiO2 键数(NA) 6 2 2 4 1．十氢萘(C10H18)是具有高储氢密度的氢能载体，经历“C10H18→C10H12→C10H8”的脱氢过程释放氢气。 反应Ⅰ：C10H18(l) →C10H12(l)＋3H2(g)△H1 反应Ⅱ：C10H12(l) →C10H8(l)＋2H2(g)△H2 在一定温度下，其反应过程对应的能量变化如图。 下列说法不正确的是 A．△H1＞△H2＞0 B．Ea1 为反应Ⅰ的活化能，Ea2为反应Ⅱ的活化能 C．由图知，反应Ⅰ的活化分子百分率高于反应Ⅱ D．C10H18脱氢过程中，不会有大量中间产物 C10H12积聚 2．氮及其化合物的转化过程如图所示。下列分析合理的是 A．催化剂 a 表面发生了共价键的断裂和形成，但分子总数不变 B．在催化剂 b 表面形成新的共价键时，存在微粒间的电子转移 C．N2 与 H2 反应生成 NH3 的原子利用率不足 100% D．催化剂 a、b 能提高反应的平衡转化率 3．下列图像分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系，据此判断下列说法中正确的是( ) A．石墨转变为金刚石是放热反应 B．白磷比红磷稳定 C．S(g)+O2(g)=SO2(g) ΔH1，S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2 则ΔH1<ΔH2 D．CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH>0 4．已知：P4(s)＋6Cl2(g)＝4PCl3(g) ΔH＝akJ·mol－1 P4(s)＋10Cl2(g)＝4PCl5(g) ΔH＝ bkJ·mol－1 P4具有正四面体结构，PCl5中 P－Cl键的键能为 ckJ·mol－1,PCl3中 P－Cl键的键能为 1.2ckJ·mol－1 下列叙述正确的是( ) A．P－P键的键能大于 P－Cl键的键能 B．可求 Cl2(g)＋PCl3(g)＝PCl5(s)的反应热ΔH C．Cl－Cl键的键能 5.6 4 b a c  kJ·mol－1 D．P－P键的键能为 5 3 12 8 a b c  kJ·mol－1 5．某同学设计如下三个实验方案以探究某反应是放热反应还是吸热反应。 方案一：如图 1所示，在小烧杯里放入适量除去氧化铝保护膜的铝片，然后向烧杯里加入 10 mL 2 mol/L 稀硫酸，用温度计测量温度变化，发现温度由 20℃逐渐升至 75℃，随后温度逐渐下降至 30℃，最终停 留在 20℃。 方案二：如图 2所示，在烧杯底部用熔融的蜡烛粘一块小木片，往烧杯里加入 10 mL 2 mol/L 稀硫酸， 再向其中加入氢氧化钠溶液，片刻后提起烧杯，发现小木片脱落。 方案三：如图 3所示，甲试管中发生某化学反应。实验前 U形管两侧红墨水液面相平，在化学反应过程 中，通过 U形管两侧红墨水液面高低判断某反应是吸热反应还是放热反应。 序号 甲试管中发生反应的物质 U形管中两侧红墨水液面 ① 氧化钙与水 左低右高 ② 氢氧化钡晶体与氯化铵晶体(充分搅拌) ? ③ 铝片与烧碱溶液 左低右高 ④ 铜与浓硝酸 左低右高 根据上述实验回答下列相关问题： （ 1）铝片与稀硫酸的反应是 (填 “吸热 ”或 “放热 ”)反应，写出该反应的离子方程 式： 。 （2）方案一中，温度升至最高后又下降的原因是 。 （3）方案二中，小木片脱落的原因是 ，由此得出的结论是 。 （4）方案三中，如果甲试管里发生的反应是放热反应，则 U形管两侧红墨水液面：左边 (填“高 于”、“低于”或“等于”)右边。 （5）由方案三的现象得出结论：实验①③④发生的反应都是 (填“吸热”或“放热”)反应，如果 放置较长时间，可观察到 U形管里的现象是 。 （6）方案三中实验②的 U形管中的现象为 ，说明反应物的总能量 (填“大 于”、“小于”或“等于”)生成物的总能量。 1．（2020·天津高考真题）理论研究表明，在 101kPa和 298K下，HCN(g) HNC(g) 异构化反应过程的 能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．HCN比 HNC稳定 B．该异构化反应的 -1ΔH=+59.3kJ mol C．正反应的活化能大于逆反应的活化能 D．使用催化剂，可以改变反应的反应热 2．[2019海南]根据图中的能量关系，可求得C H— 的键能为 A． 1414kJ mol B． 1377kJ mol C． 1235kJ mol D． 1197kJ mol 3．[2018海南]炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变 化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化 SO2。下列说法正确的是 A．每活化一个氧分子吸收 0.29eV能量 B．水可使氧分子活化反应的活化能降低 0.42eV C．氧分子的活化是 O－O的断裂与 C－O键的生成过程 D．炭黑颗粒是大气中 SO2转化为 SO3的催化剂 4．[2018江苏]下列说法正确的是 A．氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能 B．反应 4Fe(s)+3O2(g) 2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应 C．3 mol H2与 1 mol N2混合反应生成 NH3，转移电子的数目小于 6×6.02×1023 D．在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快 5．[2018北京]我国科研人员提出了由 CO2和 CH4转化为高附加值产品 CH3COOH的催化反应历程。该历程 示意图如下。 下列说法不正确．．．的是 A．生成 CH3COOH总反应的原子利用率为 100% B．CH4→CH3COOH过程中，有 C―H键发生断裂 C．①→②放出能量并形成了 C―C键 D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率 6．[2016海南]由反应物 X转化为 Y和 Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．由X Y 反应的ΔH=E5−E2 B．由X Z 反应的ΔH<0 C．降低压强有利于提高 Y的产率 D．升高温度有利于提高 Z的产率 7．[2016上海]一定条件下，某容器中各微粒在反应前后变化的示意图如下，其中和 代表不同元素的原子。 关于此反应说法错误的是 A．一定属于吸热反应 B．一定属于可逆反应 C．一定属于氧化还原反应 D．一定属于分解反应 8．[2015·北京]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形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 9．[2015上海]已知 H2O2在催化剂作用下分解速率加快，其能量随反应进程的变化如下图所示。下列说法正 确的是 A．加入催化剂，减小了反应的热效应 B．加入催化剂，可提高 H2O2的平衡转化率 C．H2O2分解的热化学方程式：H2O2→ H2O + O2 + Q D．反应物的总能量高于生成物的总能量