2021届高考化学一轮复习-第6章-化学反应与能量-第21讲-化学能与热能教案-新人教版.doc

2021届高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第21讲 化学能与热能教案 新人教版2021届高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第21讲 化学能与热能教案 新人教版年级：姓名：- 19 -第21讲化学能与热能考纲要求1.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。2.了解化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。4.了解焓变与反应热的含义。5.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。6.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。考点一焓变、热化学方程式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。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(H)HH(生成物)H(反应物)。单位kJmol1。(3)反应热指当化学反应在一定压强下进行时，反应所放出或吸收的热量，通常用符号Q表示，单位kJmol1。(4)焓变与反应热的关系对于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：HQp。3吸热反应与放热反应(1)从能量高低角度理解(2)从化学键角度理解记忆常见的放热反应和吸热反应放热反应：可燃物的燃烧；酸碱中和反应；大多数化合反应；金属跟酸的置换反应；物质的缓慢氧化等。吸热反应：大多数分解反应；盐的水解和弱电解质的电离；Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应；碳和水蒸气、C和CO2的反应等。 4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)H571.6 kJmol1表示在25 、101 kPa条件下，2_mol_H2(g)和1_mol_O2(g)完全反应生成2_mol_H2O(l)，放出571.6_kJ的热量。(3)热化学方程式的书写注明反应的温度和压强(25 、101 kPa下进行的反应可不注明)。注明反应物和生成物的状态：固态(s)、液态(l)、水溶液(aq)、气态(g)。热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的物质的量，而不表示分子个数(或原子个数)，因此可以写成分数。热化学方程式中不用“”和“”。由于H与反应物的物质的量有关，所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与H相对应，如果化学计量数加倍，则H也要加倍。当反应向逆反应方向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。同素异形体转化的热化学方程式除了注明状态外，还要注明名称。1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)所有的燃烧反应都是放热反应，所以不需要加热就能进行()(2)反应物的总能量低于生成物的总能量时，一定不能发生反应()(3)一个反应的焓变因反应物的用量和反应条件的改变而发生改变 ()(4)可逆反应的H表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关 ()(5)碳在空气燃烧生成CO2，该反应中化学能全部转化为热能()(6)反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)HQ kJmol1(Q0)，则将2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)置于一密闭容器中充分反应后放出Q kJ的热量()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2如图表示某反应的能量变化，按要求回答下列问题：(1)该反应是_(填“放热”或“吸热”)反应。(2)该反应的H_。(3)使用催化剂_(填“能”或“不能”)影响该反应的反应热。(4)逆反应的活化能可表示为_。答案：(1)放热(2)E2E1(3)不能(4)E3E23在相同条件下，同质量的硫粉在空气中燃烧和在纯氧中燃烧，哪一个放出的热量多，为什么？答案：在空气中燃烧放出的热量多，因在纯氧中燃烧火焰明亮，转化成的光能多，故放出的热量少。题组一依据图形，理清活化能与焓变的关系1(2020山东肥城升级考)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该反应为吸热反应，热效应等于HC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E1E2C由图可知，a是没有催化剂参与的反应过程，b是有催化剂参与的变化过程，反应物能量高于生成物能量，所以反应放热，C项正确。2(2019湖北八校联考)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二氧化硫。下列说法错误的是()A氧分子的活化包括OO键的断裂与CO键的生成B每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量C水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eVD炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂C由题图可知，氧分子的活化是OO键的断裂与CO键的生成过程，A项正确；由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此每活化一个氧分子放出的能量为0.29 eV，B项正确；无水时相对活化能为0.75 eV，有水时相对活化能为0.57 eV，活化能降低0.18 eV，C项错误；炭黑颗粒可以活化氧分子，而生成的活化氧可以快速氧化SO2，因此炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂，D项正确。活化能与焓变的关系(1)催化剂能降低反应的活化能，但不影响焓变的大小。(2)在无催化剂的情况，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，HE1E2。 题组二依据共价键数，利用键能计算反应热3(2019山西汾阳中学联考)化学键的键能是指气态基态原子形成1 mol化学键时所释放的能量，常用E表示。结合表中信息判断下列说法不正确的是()共价键HHFFHFCFCClCIE/(kJmol1)436157568427330218A.CBr键键能的可能范围是218 kJmol1E(CBr)330 kJmol1B表中最稳定的共价键是HF键CH2(g)=2H(g)H436 kJmol1DH2(g)F2(g)=2HF(g)H25 kJmol1D本题考查利用键能计算反应热。由表中键能数据可知，CF键、CCl键、CI键的键能依次减小，则E(CBr)介于E(CCl)和E(CI)之间，其可能范围是218 kJmol1E(CBr)330 kJmol1，A正确；键能越大表示断裂1 mol该共价键吸收的能量越多，则该化学键越稳定，表中E(HF)最大，故表中最稳定的共价键是HF键，B正确；断键吸热，H2(g)=2H(g)过程中断裂1 mol HH键，则有H436 kJmol1，C正确；根据H与键能的关系可知，H2(g)F2(g)=2HF(g)的H(436 kJmol1157 kJmol1)(2568 kJmol1)543 kJmol1，D错误。4SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在SF键。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 mol FF、SF键需要吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)3F2(g)=SF6(g)的反应热H为_。解析：断裂1 mol SS键吸收能量280 kJ，断裂3 mol FF键吸收能量3160 kJ，则吸收的总能量为Q吸280 kJ3160 kJ760 kJ，释放的总能量为Q放330 kJ61 980 kJ，由反应方程式：S(s)3F2(g)=SF6(g)可知，H760 kJ/mol1 980 kJ/mol1 220 kJ/mol。答案：1 220 kJ/mol利用键能计算反应热的方法(1)熟记反应热H的计算公式HE(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)P4C(金刚石)石墨SiSiO2键数(mol)621.524 题组三热化学方程式的书写5. (1)101 kPa时，1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3 kJ的热量，反应的热化学方程式：_。(2)已知拆开1 mol HH键、1 mol NH键、1 mol NN键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为_。(3)在25 、101 kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为_。答案：(1)CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1(2)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92 kJmol1(3)C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H2Q kJmol16化学反应N23H22NH3的能量变化如图所示(假设该反应反应完全)。试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式。答案：N2(g)3H2(g)2NH3(l)H2(cba) kJmol1判断热化学方程式正误的“五看”一看状态看各物质的聚集状态是否正确；二看符号看H的“”“”是否正确；三看单位看反应热的单位是否为kJ/mol；四看数值看反应热数值与化学计量数是否相对应；五看概念看燃烧热、中和热的热化学方程式。 考点二燃烧热、中和热、能源1燃烧热(1)概念：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能量。(2)单位：kJmol1。(3)意义：C的燃烧热为393.5 kJmol1，表示在25 、101 kPa条件下，1_mol_C完全燃烧生成CO2气体时放出393.5_kJ热量。(4)元素燃烧生成的稳定氧化物：CCO2(g)、HH2O(l)、SSO2(g)。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_H2O时的反应热叫中和热。(2)用离子方程式可表示为OH(aq)H(aq)=H2O(l)H57.3_kJmol1。3中和热的测定(1)装置：(请在横线上填写仪器名称)(2)计算公式：Hc4.18 Jg114.18103kJg11；n为生成H2O的物质的量。(3)注意事项泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是减少热量的散失；为保证酸完全中和，采取的措施是酸(或碱)稍过量。4能源1表示标准燃烧热时，要完全燃烧生成稳定的氧化物，其含义是什么？_。答案：物质中下列元素完全转变成对应的稳定氧化物，如CCO2(g)，HH2O(l)，SSO2(g)等2怎样用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液，能不能用金属(如铁、铜等)搅拌棒代替？_。答案：上下搅拌，使溶液混合均匀；金属导热性能好会导致热量的散失，所以不能用金属代替3以50 mL 0.50 molL1盐酸与50 mL 0.55 molL1 NaOH反应为例，填写下表。(填“偏小”或“偏大”)引起误差的实验操作t终t始|H|保温措施不好搅拌不充分所用酸、碱浓度过大用同浓度的氨水代替NaOH溶液用同浓度的醋酸代替盐酸用50 mL 0.50 molL1 NaOH溶液答案：(从左到右，从上到下)偏小偏小偏小偏小偏大偏大偏小偏小偏小偏小偏小偏小题组一对燃烧热、中和热的理解125 、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 kJmol1，辛烷的燃烧热为5 518 kJmol1。下列热化学方程式书写正确的是()A2H(aq)SO(aq)Ba2(aq)2OH(aq)=BaSO4(s)2H2O(l)H57.3 kJmol1BKOH(aq)H2SO4(aq)=K2SO4(aq)H2O(l)H57.3 kJmol1CC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(g)H5 518 kJmol1D2C8H18(g)25O2(g)=16CO2(g)18H2O(l)H5 518 kJmol1B反应热答题规范指导(1)描述反应热时，无论是用“反应热”“焓变”表示还是用H表示，其后所跟数值都需要带“”“”符号。如：某反应的反应热(或焓变)为HQ kJmol1或HQ kJmol1。(2)由于中和反应和燃烧均是放热反应，表示中和热和燃烧热时可不带“”号。如：某物质的燃烧热为HQ kJmol1或Q kJmol1。 题组二中和热测定误差分析和数据处理2某实验小组用0.50 molL1 NaOH溶液和0.50 molL1硫酸溶液进行反应热的测定。(1)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 kJmol1：_。(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如下表。请填写下表中的空白：温度次数起始温度t1/终止温度t2/温度差平均值(t2t1)/H2SO4NaOH平均值126.226.026.130.1227.027.427.233.3325.925.925.929.8426.426.226.330.4近似认为0.50 molL1 NaOH溶液和0.50 molL1硫酸溶液的密度都是1.0 gmL1，中和后生成溶液的比热容c4.18 J/(g)。则生成1 mol H2O(l)时的反应热H_(取小数点后一位)。上述实验数值结果与57.3 kJmol1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溶液的温度解析：(2)第2组数据偏差较大，应舍去，其他三组的温度差平均值为4.0 。H53.5 kJmol1。放出的热量小可能是散热、多次加入碱或起始温度读的较高等原因。答案：(1)H2SO4(aq)2NaOH(aq)=Na2SO4(aq)2H2O(l)H114.6 kJmol1(2)4.053.5 kJmol1b题组三能源的开发和利用3未来新能源的特点是资源丰富，在使用时对环境无污染或污染很小，且可以再生。下列属于未来新能源的是()天然气煤核能石油太阳能生物质能风能氢能ABC DD4为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是()AH2O的分解反应是放热反应B氢能源已被普遍使用C2 mol液态H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量D氢气不易贮存和运输，无开发利用价值C2H2O(l)=2H2(g)O2(g)是吸热反应，说明2 mol液态H2O的能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。考点三盖斯定律及其应用1盖斯定律(1)内容：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。即：化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。(2)意义：间接计算某些反应的反应热。(3)利用转化关系反应热间的关系aAB、ABH1aH2ABH1H2HH1H22.应用盖斯定律的注意事项(1)当热化学方程式乘、除以某一个数时，H也应相应地乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，H也同样要进行加减运算，且同时调整H的符号。(2)将一个热化学方程式颠倒书写时，H的符号也随之改变，但数值不变。(3)同一物质的三态变化(固、液、气)，状态由固液气变化时，会吸热；反之会放热。物质三态转化时的能量变化已知Al2O3(s)AlCl3(g)3C(s)=3AlCl(g)3CO(g)Ha kJmol1。判断下列变化过程是否正确，正确的打“”，错误的打“”。(1)3AlCl(g)3CO(g)=Al2O3(s)AlCl3(g)3C(s)Ha kJmol1()(2)AlCl(g)CO(g)=Al2O3(s)AlCl3(g)C(s)Ha kJmol1()(3)2Al2O3(s)2AlCl3(g)6C(s)=6AlCl(g)6CO(g)H2a kJmol1()答案：(1)(2)(3)题组一利用盖斯定律比较反应热大小1试比较下列各组H的大小。(1)同一反应，生成物状态不同时A(g)B(g)=C(g)H10A(g)B(g)=C(l)H2”“”或“”，下同)H2。(2)同一反应，反应物状态不同时S(g)O2(g)=SO2(g)H10S(s)O2(g)=SO2(g)H20则H1_H2。(3)两个有联系的不同反应相比C(s)O2(g)=CO2(g)H10C(s)O2(g)=CO(g)H20，故HH1H20，即H1H2。(2)式式得：S(g)=S(s)HH1H2，由于S(g)=S(s)为放热过程，即H0，故HH1H20，即H1H2。(3)式式得：CO(g)O2(g)=CO2(g)HH1H2，由于该反应为放热反应，即H0，故HH1H20，即H1(2)(3)题组二利用盖斯定律计算反应热2(2019河南省实验中学期中)已知下列热化学方程式：2Zn(s)O2(g)=2ZnO(s)H1702.2 kJmol1；Hg(l)O2(g)=HgO(s)H290.7 kJmol1。由此可知Zn(s)HgO(s)=ZnO(s)Hg(l)H3中H3的值是()A260.4 kJmol1 B254.6 kJmol1C438.9 kJmol1 D441.8 kJmol1A将题给两个热化学方程式依次编号为、，根据盖斯定律，由可得Zn(s)HgO(s)=ZnO(s)Hg(l)，则该反应的H3(702.2 kJmol1)(90.7 kJmol1)260.4 kJmol1。3甲醇合成反应：()CO(g)2H2(g)=CH3OH(g)H190.1 kJmol1()CO2(g)3H2(g)=CH3OH(g)H2O(g)H249.0 kJmol1水煤气变换反应：()CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H341.1 kJmol1二甲醚合成反应：()2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)H424.5 kJmol1由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为_。解析：()式2()式即得：2CO(g)4H2(g)=H2O(g)CH3OCH3(g)H204.7 kJmol1。答案：2CO(g)4H2(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)H204.7 kJmol1运用盖斯定律的技巧“三调一加”一调：根据目标热化学方程式，调整已知热化学方程式中反应物和生成物的左右位置，改写已知的热化学方程式。二调：根据改写的热化学方程式调整相应H的符号。三调：调整中间物质的化学计量数。一加：将调整好的热化学方程式及其H加起来 1(2018北京，7)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%BCH4CH3COOH过程中，有CH键发生断裂C放出能量并形成了CC键D该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率D催化剂不能使平衡发生移动，故不能提高反应物的平衡转化率，D错；CH4CO2CH3COOH，反应的原子利用率为100%，A对；由题图可知，CH4CH3COOH有CH键发生断裂，B对；反应物总能量高于生成物总能量，反应放出能量，形成了CC键，C对。22019全国卷，28(3)水煤气变换CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)是重要的化工过程。我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。可知水煤气变换的H_0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正_eV，写出该步骤的化学方程式_。解析：观察起始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应，H小于0。过渡态物质相对能量与起始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正1.86 eV(0.16 eV)2.02 eV，该步起始物质为COOH*H*H2O*，产物为COOH*2H*OH*。答案：小于2.02COOH*H*H2O*=COOH*2H*OH*(或H2O*=H*OH*)32019全国卷，27(1)已知：(g)=(g)H2(g)H1100.3 kJmol1H2(g)I2(g)=2HI(g)H211.0 kJmol1对于反应：(g)I2(g)=(g)2HI(g)H3_kJmol1。解析：根据盖斯定律，由反应反应得反应，则H3H1H2(100.311.0)kJmol189.3 kJmol1。答案：89.342017全国卷，28(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()和系统()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_。解析：令题干中的四个热化学方程式分别为：H2SO4(aq)=SO2(g)H2O(l)O2(g)H1327 kJmol1SO2(g)I2(s)2H2O(l)=2HI(aq)H2SO4(aq)H2151 kJmol12HI(aq)=H2(g)I2(s)H3110 kJmol1H2S(g)H2SO4(aq)=S(s)SO2(g)2H2O(l)H461 kJmol1根据盖斯定律，将可得，系统()中的热化学方程式：H2O(l)=H2(g)O2(g)HH1H2H3327 kJmol1151 kJmol1110 kJmol1286 kJmol1同理，将可得，系统()中的热化学方程式：H2S(g)=H2(g)S(s)HH2H3H4151 kJmol1110 kJmol161 kJmol120 kJmol1由所得两热化学方程式可知，制得等量H2所需能量较少的是系统()。答案：H2O(l)=H2(g)O2(g)H286 kJmol1H2S(g)=H2(g)S(s)H20 kJmol1系统()5(1)2015全国卷，27(1)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：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H1CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H2CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H3已知反应中相关的化学键键能数据如下：化学键HHCOCOHOCHE/(kJmol1)4363431 076465413由此计算H1_kJmol1；已知H258 kJmol1，则H3_kJmol1。(2)2015全国卷，28(3)已知反应2HI(g)=H2(g)I2(g)的H11 kJmol1,1 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。解析：(1)根据键能与反应热的关系可知，H1反应物的键能之和生成物的键能之和(1 076 kJmol12436 kJmol1)(413 kJmol13343 kJmol1465 kJmol1)99 kJmol1。根据质量守恒定律：由可得：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，结合盖斯定律可得：H3H2H1(58 kJmol1)(99 kJmol1)41 kJmol1。(2)设1 mol HI(g)分子中化学键断裂需吸收能量x ，则2x436 kJ151 kJ11 kJ，解得x299 kJ。答案：(1)9941(2)299