2018届二轮复习化学反应与能量变化学案（全国通用）(2) 15页

化学反应与能量变化 讲练测导学案 讲高考 考向一 反应热与盖斯定律 （1） 考纲要求 1．理解化学反应中的能量变化与化学键变化的关系； 2．理解吸热反应、放热反应与反应物及生成物能量的关系； 3．了解化学反应中能量变化的实质，知道化学能与热能的转化是化学反 应中能量转化的主要形式。 4．认识能源是人类生存和发展的重要基础，知道节约能源、提高能量利 用效率的实际意义。 5．了解焓变与反应热涵义。明确ΔH = H（反应产物）－H（反应物）。 6．理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。 （2） 命题规律 依据新课程化学实验的学习目标和学习内容，近几年的主要题型有 （1）反应热的计算；（2）比较反应热的大小；（3）反应热与能源的综合 考查。由于能源问题已成为社会热点，因此有关能源的试题将成为今后命 题的热点；对于燃烧热和中和热的概念及计算仍将是高考考查的重点，常 以具体的事实为背景进行设计题目，突出对概念的理解和应用，以图表为 背景，考查化学反应中能量变化，以及涉及到盖斯定律或键能的简单计算 逐渐成为高考出题新热点。 讲真题 【例 1】通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3 )。下列说法不正确．．．的是 （ ） 1 C(s) + H2O(g) CO(g) + H2 (g) ΔH1 = a kJ·mol−1 ②CO(g) + H2O(g) CO2 (g) + H2 (g) ΔH 2 = b kJ·mol−1 ③CO2 (g) + 3H2 (g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH 3 = c kJ·mol−1 ④2CH3OH(g) CH3OCH3 (g) + H2O(g) ΔH 4 = d kJ·mol−1 A．反应①、②为反应③提供原料气 B．反应③也是 CO2 资源化利用的方法之一 C．反应 CH3OH(g) CH3OCH3 (g) + H2O(l)的ΔH = kJ·mol−1 D．反应 2CO(g) + 4H2 (g) CH3OCH3 (g) + H2O(g)的ΔH = ( 2b + 2c + d ) kJ·mol−1 【答案】C 【名师点睛】本题以合成新能源二甲醚为背景，考查学生对简单化工流程的 反应原理、能量的转化关系、化学反应焓变的概念、盖斯定律的运用等知识 的掌握和理解程度，同时关注了节能减排、工业三废资源化处理、开发利用 新能源等社会热点问题。 【例 2】【2017 新课标 2 卷】丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制 备。回答下列问题： （1）正丁烷（C4H10）脱氢制 1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下： ①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) ΔH1 已知：②C4H10(g)+ O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=−119 kJ·mol−1 ③H2(g)+ O2(g)= H2O(g) ΔH3=−242 kJ·mol−1 反应①的ΔH1 为________kJ·mol−1。 【答案】（1）+123 【解析】（1）根据盖斯定律，用②式−③式可得①式，因此ΔH1=ΔH2−ΔH3=−119 kJ/mol +242 kJ/mol =+123 kJ/mol。 讲考点 一、知识整合： 三个角度理解产生化学反应热效应的原因 （1）从宏观角度分析： ΔH＝H1 生成物的总能量－H2 反应物的总能量 （2）从微观角度分析： ΔH＝E1 反应物的键能总和－E2 生成物的键能总和 （3）从活化能角度分析： ΔH＝E1 正反应活化能－E2 逆反应活化能 二、正确理解“三热”概念 1、反应热：在化学反应过程中反应本身放出或吸收的热量。在恒温恒压条件下 的反应热用△H 表示，单位是 kJ/mol，并规定放热反应的△H<0，吸热反应的 △H>0。 2、标准燃烧热与热值 燃烧热是反应热的一种形式，使用燃烧热的概念时要理解下列要点。 ①规定是在 101 kPa 压强下测出热量。书中提供的燃烧热数据都是在 101kPa 下 测定出来的。因为压强不同，反应热有所不同。 ②规定可燃物的物质的量为 1mol（这样才有可比性）。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。例如，C8H18 的燃烧热为 5518 kJ·mol-1，用热化学方程式表示则为 C8H18（l）+252 O2（g）= 8CO2（g）+9H2O（l）；△H=－5518 kJ·mol-1 ③规定生成物为稳定的氧化物．例如 C→ CO2、H →H2O(l)、S →SO2 等。 C（s）+12O2（g）=CO（g）；△H=－110.5 kJ·mol-1 C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H=－393.5 kJ·mol-1 C 的燃烧热为 393.5 kJ·mol-1，而不是 110.5 kJ·mol-1。 ④叙述燃烧热时，用正值，在热化学方程式中用△H 表示时取负值。例如，CH4 的燃烧热为 890.3 kJ·mol-1，而△H＝－890.3 kJ·mol-1 且必须以 1mol 可燃 物燃烧为标准。 ⑤要与热值概念进行区别。热值：1g 物质完全燃烧的反应热叫该物质的热值。 3、中和热：把在稀溶液中酸跟碱发生中和反应而生成 1molH2O 时的反应热叫中 和热，单位是 kJ/mol。燃烧热和中和热都属于反应热。 4、常见的吸热反应与放热反应 常见吸热反应：所有盐的水解和电离过程、大多数的分解反应。 常见放热反应：燃烧、爆炸反应、金属与酸的置换、酸碱中和反应、2NO2 N2O4、 大多数的化合反应是放热的。 二、盖斯定律 1、定义：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， 而与反应的途径无关。即如果一个反应可以分步进行，则各分步反应的反应 热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的。即 甲 △H——→乙，甲 △H1——→丙 △H2——→乙，ΔH=ΔH1+ΔH2。 2、利用盖斯定律进行计算的一般步骤 三、反应热大小的比较方法 （1）利用盖斯定律比较，如 比较ΔH1 与ΔH2 的大小的方法。因 ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0(均为放热反应)，依据盖斯定律得ΔH1＝ΔH2＋ΔH3， 即|ΔH1|>|ΔH2|，所以ΔH1<ΔH2。 （2）同一反应的生成物状态不同时，如 A(g)＋B(g)===C(g) ΔH1， A(g)＋B(g)===C(l) ΔH2， 则ΔH1>ΔH2。 （3）同一反应的反应物状态不同时，如 A(s)＋B(g)===C(g) ΔH1， A(g)＋B(g)===C(g) ΔH2， 则ΔH1>ΔH2。 （4）两个有联系的反应相比较时，如 C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1①， C(s)＋12O2(g)===CO(g) ΔH2②。 比较方法：利用反应①(包括ΔH1)乘以某计量数减去反应②(包括ΔH2)乘以 某计量数，即得出ΔH3＝ΔH1×某计量数－ΔH2×某计量数，根据ΔH3 大于 0 或小于 0 进行比较。 总之，比较反应热的大小时要注意： ①反应中各物质的聚集状态； ②ΔH 有正负之分，比较时要连同“＋”、“－”一起比较，类似数学中的 正、负数大小的比较； ③若只比较放出或吸收热量的多少，则只比较数值的大小，不考虑正、负号。 四、反应热的计算方法 1．利用热化学方程式进行有关计算 根据已知的热化学方程式、已知的反应物或生成物的物质的量、反应吸收或 放出的热量，可以把反应热当作“产物”，计算反应放出或吸收的热量。 2．根据燃烧热数据，计算反应放出的热量 计算公式：Q＝燃烧热×n(可燃物的物质的量)。 3．根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算焓变 若反应物旧化学键断裂吸收能量 E1，生成物新化学键形成放出能量 E2，则反 应的ΔH＝E1－E2。 4．利用物质具有的能量计算：ΔH＝∑E(生成物)－∑E(反应物)。 5．利用盖斯定律计算：对于存在下列关系的反应： 讲方法 1、解答能量变化图像题的“4 关键” （1）反应热不能取决于部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小，即部分 反应物能量和部分生成物能量的相对大小不能决定反应是吸热还是放热。 （2）注意活化能在图示(如下图)中的意义。 ①从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能，即 E1； ②从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能，即 E2。 （3）催化剂只能影响正、逆反应的活化能，而不影响反应的ΔH。 （4）设计反应热的有关计算时，要切实注意图示中反应物和生成物的物质的量。 2、应用盖斯定律计算反应热的两种方法 （1）代数运算法(线性组合) ①根据反应物、生成物和中间产物，确定已知反应热的反应方程式要不要 倒转。 ②以消去中间产物为目的，确定反应方程式所乘的系数。对于 n 个反应方 程式，则所求反应热的反应方程式＝a1×①式(或倒转)＋a2×②式(或倒 转)＋……an×②式(或倒转)，计算时各式相加即可。 （2）图解法(元素守恒和能量守恒) 以反应物为起点，根据某种元素在各反应中守恒，可经过中间产物，变为 最终产物，在过程中画出反应图像。如：①A→2B ΔH1；②3C→B ΔH2；③ D→2C ΔH3。计算 A→3D ΔH＝？ A2B6C3D 可以得出所求的反应热ΔH＝ΔH1－2ΔH2－3ΔH3。。 对点练 1、下列说法正确的是 （ ） A．化学反应中的能量变化都表现为热量变化 B．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 C．反应物的总能量比生成物的总能量高，该反应为吸热反应 D．向醋酸钠溶液中滴入酚酞试液，加热后若溶液红色加深，则说明盐类水 解是吸热的 【答案】D 【解析】A、反应中的能量变化形式有多种，主要表现为热量变化，也可以表现 为其它形式的变化，如原电池中化学能转化为电能，选项 A 错误；B、放热 反应有的需加热，有的不需加热。如木炭的燃烧是一个放热反应，但需要点 燃，点燃的目的是使其达到着火点，再如铝热反应也需要加热，选项 B 错误； C、反应物的总能量比生成物的总能量高，该反应为放热反应，选项 C 错误； D、醋酸钠水解显碱性，加热时碱性增强，说明水解吸热，选项 D 正确。答 案选 D。 2、已知化学反应 A2(g)+B2(g)=2AB(g) △H=+100kJ/mol 的能量变化如图所示， 判断下列叙述中正确的是 （ ） A．加入催化剂，该反应的反应热△H 将减小 B．每生成 2molA-B 键，将吸收 bkJ 能量 C．每生成 2 分子 AB 吸收(a-b) kJ 能量 D．该反应正反应的活化能大于 100kJ/mol 【答案】D 3、已知：NH3∙H2O(aq)与 H2SO4(aq)反应生成 1mol 正盐的ΔH =-24.2 kJ•mol-1。 强酸、强碱稀溶液反应的中和热ΔH =-57.3 kJ•mol-1，则 NH3∙H2O 在水溶液 中电离的ΔH 等于（ ） A．+45.2 kJ•mol-1 B．-45.2 kJ•mol-1 C．+69.4 kJ•mol-1 D．-69.4 kJ•mol-1 【答案】A 【解析】根据题意写出热化学方程式： 2NH3•H2O(aq)+H2SO4(aq)=(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=-24.2kJ•mol-1[即 NH3•H2O(aq)+H+(aq)=NH4 +(aq)+H2O(l) ΔH=-12.1kJ•mol-1]， H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ•mol-1；由盖斯定律得， NH3•H2O(aq)=NH4 +(aq)＋OH-(aq) ΔH＝+45.2kJ•mol-1，故选 A。 4、H2 和 I2 在一定条件下能发生反应：H2(g) + I2(g) 2HI(g) ΔH＝－a kJ·mol －1 已知： (a、b、c 均大于零) 下列说法不正确的是 （ ） A．反应物的总能量高于生成物的总能量 B．断开 1 mol H－H 键和 1 mol I－I 键所需能量大于断开 2 mol H－I 键所 需能量 C．断开 2 mol H－I 键所需能量约为(c+b+a) kJ D．向密闭容器中加入 2 mol H2 和 2 mol I2，充分反应后放出的热量小于 2a kJ 【答案】B 5、在 1200℃时，天然气脱硫工艺中会发生下列反应： H2S(g)＋ O2(g)===SO2(g)＋H2O(g) ΔH1 2H2S(g)＋SO2(g)=== S2(g)＋2H2O(g) ΔH2 H2S(g)＋ O2(g)===S(g)＋H2O(g) ΔH3 2S(g)===S2(g) ΔH4 则ΔH4 的正确表达式为 （ ） A．ΔH4＝ (ΔH1＋ΔH2－3ΔH3) B．ΔH4＝ (3ΔH3－ΔH1－ΔH2) C．ΔH4＝ (ΔH1＋ΔH2－3ΔH3) D．ΔH4＝ (ΔH1－ΔH2－3ΔH3) 【答案】A 【解析】根据盖斯定律，将第一个和第二个反应相加，减去 3 倍的第三个反应， 即得 3S(g)=== S2(g)，再将反应乘以 即得第四个反应，所以ΔH4＝ (ΔH1＋ΔH2－3ΔH3)，答案选 A。 考向二、热化学方程式 （1）考纲要求 了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。 （2）命题规律 化学反应中的能量变化在高考中经常涉及的内容有：书写热化学方程 式、判断热化学方程式的正误，常以选择题的形式考查热化学方程式的意 义和根据题干信息判断正误，而在Ⅱ卷中根据已知热化学方程式借助盖斯 定律书写待求热化学方程式是近几年比较流行的考查形式。学习中应以“热 化学方程式”为突破口，通过对热化学方程式的书写及正误判断充分理解 其含义，同时触类旁通，不断掌握反应热的计算技巧，热化学方程式的书 写仍是高考中的重点，要强化训练。 讲真题 【例 1】【2017 新课标 1 卷】（2）下图是通过热化学循环在较低温度下由水或 硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。 通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为 ________________、______________ ，制 得等量 H2 所需 能量较 少的是 _____________。 【答案】（2）H2O(l)=H2(g)+ O2(g) ΔH=+286 kJ/mol H2S(g)=H2(g)+S(s) ΔH=+20 kJ/mol 系统（II） 【解析】（2）①H2SO4(aq)=SO2(g)+H2O(l)+ O2(g) △H1=＋327 kJ/mol ①+②+③，整理可得系统（I）的热化学方程式 H2O(l)=H2(g)+ O2(g) △ H=+286 kJ/mol； ②+③+④，整理可得系统（II）的热化学方程式 H2S (g)=H2(g)+S(s) △H=+20 kJ/mol。 根据系统 I、系统 II 的热化学方程式可知：每反应产生 1mol 氢气，后者吸 收的热量比前者少，所以制取等量的 H2 所需能量较少的是系统 II。 【例 2】0.1 mol Cl2 与焦炭、TiO2 完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解 成 TiO2·xH2O 的液态化合物，放热 4.28 kJ，该反应的热化学方程式为 __________。 【答案】（3）2Cl2(g)+ TiO2(s)+2C(s)===TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=−85.6 kJ·mol−1 【解析】（3）0.1 mol Cl2 与焦炭、TiO2 完全反应，生成一种还原性气体和一种 易水解成 TiO2·xH2O 的液态化合物，放热 4.28 kJ，配平方程式，可知 2 mol Cl2 反应放热 85.6 kJ·mol−1，由此可得该反应的热化学方程式为 2Cl2(g)+ TiO2(s)+2C(s)===TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=−85.6 kJ·mol−1。 讲考点 一、热化学方程式 1．概念 表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。 2．意义 表明了化学反应中的物质变化和能量变化。 如：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 表示：2 mol 氢气和 1 mol 氧气反应生成 2 mol 液态水时放出 571.6 kJ 的热 量。 3．热化学方程式的书写步骤 4．书写热化学方程式的的注意事项 （1）注明反应条件：反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是 在 25 ℃、101 kPa 下进行的，可不注明。 （2）注明物质状态：常用 s、l、g、aq 分别表示固体、液体、气体、溶液。 （3）注意符号单位：ΔH 应包括“＋”或“－”、数字和单位(kJ·mol－1)。 （4）注意守恒关系：①原子守恒和得失电子守恒；②能量守恒。(ΔH 与化学计 量数相对应) （5）区别于普通方程式：一般不注“↑”、“↓”以及“点燃”、“加热”等。 （6）注意热化学方程式的化学计量数 热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，可 以是整数，也可以是分数。且化学计量数必须与ΔH 相对应，如果化学计量数 加倍，则ΔH 也要加倍。 讲方法 热化学方程式正误的判断— “五看”法判断热化学方程式的正误 （1）看方程式是否配平； （2）看各物质的聚集状态是否正确； （3）看ΔH 的“＋”、“－”符号是否正确； （4）看反应热的单位是否为 kJ·mol－1； （5）看反应热的数值与化学计量数是否对应。 对点练 1、肼(N2H4)是火箭发动机的燃料，它与 N2O4 反应时，N2O4 为氧化剂，生成氮气和 水蒸气。已知：N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g) ΔH＝＋8.7 kJ·mol－1，N2H4(g)＋ O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534.0 kJ·mol－1，下列表示 N2H4(g)跟 N2O4(g) 反应的热化学方程式正确的是 （ ） A．2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－542.7 kJ·mol－1 B．2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 059.3 kJ·mol－1 C．2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 076.7 kJ·mol－1 D．N2H4(g)＋N2O4(g)=== N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－1 076.7 kJ·mol－1 【答案】C 【解析】首先写出 N2H4 与 N2O4 反应的热化学方程式：2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g) ＋4H2O(g) ΔH 3 设为方程③，N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－ 534.0 kJ·mol－1 设为方程②，N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g) ΔH1＝＋8.7 kJ·mol －1 设为方程①，由盖斯定律可知③=2×②-①，所以ΔH 3=2×ΔH2-ΔH1=2× （－534.0 kJ·mol－1）-（＋8.7 kJ·mol－1）=－1 076.7 kJ·mol－1。A、 根据上面分析，ΔH＝－542.7 kJ·mol－1 不正确，A 错误；B、根据上面分 析，ΔH＝－1 059.3 kJ·mol－1 不正确，B 错误；C、C 正确；D、热化学方 程式中物质前面的系数变为原来的一半，则反应热也变为原来的一半，正确 的ΔH＝－538.35 kJ·mol－1，D 错误。正确答案为 C 2、发射“神六“时用肼（N2H4）作为火箭发动机的燃料，NO2 为氧化剂，反应生 成 N2 和水蒸气。 已知：N2(g) + 2O2(g) ＝ 2NO2(g)； △H = + 67.7kJ/mol N2H4(g) + O2(g) ＝ N2(g) + 2H2O(g)； △H = – 534kJ/mol 下列关于肼和 NO2 反应的热化学方程式中，正确的是 （ ） A．2N2H4(g) + 2NO2(g) ＝ 3N2(g) + 4H2O(l)；△H = – 1135.7kJ/mol B．2N2H4(g) + 2NO2(g) ＝ 3N2(g) + 4H2O(g)；△H = – 1000.3kJ/mol C．N2H4(g) + NO2(g) ＝3/2N2(g) + 2H2O(l)；△H = – 568.35kJ/mol D．2N2H4(g) + 2NO2(g) ＝ 3N2(g) + 4H2O(g)；△H = – 1135.7kJ/mol 【答案】D 3、下列关于反应与能量的说法正确的是 （ ） A．Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s) △H=-216kJ/mol，E 反应物< E 生成物 B．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.2kJ·mol-1，E 反应物< E 生成物 C．HCl(g)=1/2H2(g)+1/2Cl2(s) ΔH=+92.3 kJ·mol-1,1 mol HCl 在密闭容器 中分解达平衡后放出 92.3 kJ 的能量 D．将 0.5molN2 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 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △ H=-38.6kJ/mol 【答案】B 【解析】A、当反应物总能量<生成物总能量，则反应是吸热反应，但该反应△H ＜O，选项 A 错误；B、当反应物总能量<生成物总能量，则反应是吸热反应， 该反应△H>O，选项 B 正确；C、根据热化学方程式 HCl(g)=1/2H2(g)+1/2Cl2(s) ΔH=+92.3 kJ·mol-1 可知 HCl 分解是吸热反应，选项 C 错误；D、反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)是可逆反应，将 0.5molN2 和 1.5molH2 置于密闭的 容器中充分反应生成 NH3(g)小于 1.0mol ，放热 19.3kJ，则热化学方程式为 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<-38.6kJ/mol，选项 D 错误。答案选 B。 4、己知：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H1 = -483.6kJ·mol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O⑴ △H 2=-571.6kJ·mol-1；据此判断，下列说法 正确的是 （ ） A．2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H 3=+XkJ·mol-1，X 小于 571.6 B．2mol 氢气和 lmol 氧气的能量大于 2mol 液态水的能量 C．1 mol H2O（1）转变成 1 mol H2O(g)放出 44.0 kJ 热量 D．1mol H2O(g)转变成 1 mol H2O（1）放出 88.0 kJ 热量 【答案】B 5、已知 w g 液态苯(C6H6)完全燃烧生成 2 mol CO2 气体和 1 mol 液态水，并放出 m kJ 的热量，下列能正确表示苯燃烧热的热化学方程式的是 （ ） A．2C6H6(l)＋15O2(g) ===12CO2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－2m kJ·mol－1 B． C6H6(l)＋ O2(g)===2CO2(g)＋H2O(g) ΔH＝－m kJ·mol－1 C．C6H6(l)＋ O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(g) ΔH＝－m kJ·mol－1 D．C6H6(l)＋ O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－3m kJ·mol－1 【答案】D 【解析】由燃烧热定义分析，可燃物为 1mol 时，生成稳定状态物质时放出热量， 此时水为液体，故 D 正确。