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2021高考化学一轮复习 第六章 化学反应的热效应 第19讲 焓变 热化学方程式学案

2021高考化学一轮复习 第六章 化学反应的热效应 第19讲 焓变 热化学方程式学案

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第六章　化学反应的热效应
[考试要求]　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。5.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。6.理解盖斯定律，能用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。

第19讲　焓变　热化学方程式

一、焓变
1．焓变和反应热
(1)反应热：化学反应中吸收或放出的热量。
(2)焓变：生成物与反应物的内能差，ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。在恒压条件下化学反应的热效应等于焓变，其符号为ΔH，单位是kJ·mol－1或kJ/mol。
2．吸热反应与放热反应
(1)从能量守恒的角度理解

ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。
(2)从化学键变化角度理解

ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。
(3)常见的放热反应和吸热反应
①放热反应：大多数化合反应、中和反应、金属与水或酸的反应、所有的燃烧反应、铝热反应及物质缓慢氧化。
②吸热反应：大多数分解反应、盐的水解反应、Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O(g)反应、C与CO2反应。
注意：①吸热反应，放热反应的研究对象是化学变化。
有些变化过程虽有能量变化，但不属于吸热反应，放热反应，如NaOH固体溶于水，NH4NO3溶于水，浓H2SO4稀释，物质的三态变化，电解质的电离等。
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，有些放热反应需要高温引发，如2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3；有些吸热反应在常温下即可进行，如2NH4Cl＋Ba(OH)2·8H2O===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。
二、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：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。例如：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示在25 ℃和1.01×105 Pa下，1 mol氢气和0.5 mol氧气完全反应生成1 mol液态水时放出285.8 kJ的热量。

3．热化学方程式的书写

三、燃烧热与中和热　能源
1．燃烧热

2．中和热
(1)中和热的概念及表示方法

(2)中和热的测定
①装置

②注意事项
a．泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热，减少实验过程中的热量散失。
b．为保证酸完全中和，采取的措施是使碱稍过量。
3．能源
(1)

(2)按能源的基本形态，还可以把能源分为一次能源和二次能源。
①一次能源是指直接取自自然界，没有经过加工转换的各种能量和资源，包括原煤、原油、天然气、核能、太阳能、水能、风能、地热能、潮汐能等。
②二次能源是由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，如：电能、煤气、汽油、氢能、沼气等。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。
(1)物质发生化学变化不一定伴有能量的变化。(×)
错因：物质发生化学变化都伴有能量的变化。
(2)放热反应不需要加热就能反应，吸热反应不加热就不能反应。(×)
错因：碳的燃烧反应是放热反应，但反应需要加热引发，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，反应不需加热就能发生。
(3)同温同压下，反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同。(×)
错因：ΔH只与反应体系的始态和终态有关，与反应引发的条件无关。
(4)N2分子中含3个共价键，键能大，故N2的能量(焓)也大。(×)
错因：分子中键能越大，分子越稳定，能量越低。
(5)甲烷的燃烧热ΔH＝－890 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890 kJ· mol－1。(×)
错因：燃烧热是指101_kPa时，1_mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，最后应生成液态水。
(6)S(s)＋O2(g)===SO3(g)　ΔH＝－315 kJ·mol－1(燃烧热)(ΔH的数值正确)。(×)
错因：硫的燃烧热是硫充分燃烧生成SO2(g)时的焓变。
2．教材改编题
(据人教选修四P6T4)关于下列图像的叙述不正确的是(　　)

A．图1表示的热化学方程式为CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ·mol－1
B．图2表示的热化学方程式为CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝＋41 kJ·mol－1
C．由图可知正、逆反应的热效应的数值相同
D．两个图像表示的含义不同
答案　B
解析　图2表示的热化学方程式为：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41 kJ/mol

考点　焓变、反应热

[解析]　反应的焓变只与反应的始态和终态有关，而与变化路径无关，催化剂能降低反应所需的活化能，但不能改变反应的焓变，故A错误；由题图可知，催化剂通过改变反应的途径降低了反应的活化能，故C错误；由题图可知，过氧化氢分解的反应中，反应物的总能量高于生成物的总能量，则该反应为放热反应，故D错误。
[答案]　B

解答能量变化图像题的“三”关键

1．注意活化能在图示中的意义
(1)从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能(E1)；
(2)从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能(E2)；
(3)ΔH＝E1－E2。
2．催化剂只影响正、逆反应的活化能，而不影响反应的焓变。
3．涉及反应热的有关计算时，要特别注意图示中反应物和生成物的物质的量。

1．(2019·河南汝州实验中学高三期末)已知25 ℃、101 kPa下，如下图所示，石墨的燃烧热为393.51 kJ/mol，金刚石的燃烧热为395.41 kJ/mol。下列表达正确的是(　　)

A．金刚石比石墨稳定
B．C(s，石墨)＝C(s，金刚石)　ΔH＝＋1.9 kJ/mol
C．ΔH1＜ΔH2
D．如果使用催化剂，ΔH1和ΔH2都变小
答案　B
解析　由题可知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.51 kJ/mol；C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－395.41 kJ/mol，二者相减可得C(s，石墨)===C(s，金刚石)　ΔH＝＋1.9 kJ/mol，B正确。相同条件下，金刚石燃烧放出能量较多，则说明金刚石总能量较大，石墨比金刚石稳定，A错误；反应放热，则ΔH＜0，金刚石放出的热量多，则有ΔH1＞ΔH2，C错误；催化剂不改变反应热的大小，D错误。
2．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
答案　C
解析　A项，状态Ⅰ总能量为反应物总能量，状态Ⅲ总能量为生成物总能量，由图示知反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应；B项，从状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的图示可以看出，反应中CO并未断键形成C和O，C、O原子间一直有化学键；C项，由图示可以看出，CO和O生成了CO2，CO2分子中C与O形成极性共价键；D项，状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程，并不是CO与O2的反应过程。
考点　热化学方程式的书写与判断

[解析]　1 mol的气态水分解产生1 mol的氢气和的氧气的能量变化是：2×463－436－×495＝242.5，因此热化学方程式为H2O(g)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋242.5 kJ·mol－1，A、B错误。2 mol的气态水分解产生2 mol的氢气和1 mol的氧气吸收的热量是485 kJ，则产物燃烧生成2 mol气态水放出的热量也为485 kJ，即热化学方程式是2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－485 kJ·mol－1，C错误，D正确。
[答案]　D

判断热化学方程式正误的“五审”

3．(1)(2019·哈尔滨六中高三期末)制取甲胺的反应为CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g)　ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据如下：
共价键
C—O
H—O
N—H
C—N
键能(kJ/mol)
351
463
393
293
则该反应的ΔH＝________ kJ/mol。
(2)(2019·广州高三调研)已知反应2N2O(g)===2N2(g)＋O2(g)的ΔH＝－163 kJ/mol，1 mol N2(g)、1 mol O2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收945 kJ、498 kJ的能量，则1 mol N2O(g)分子中化学键断裂时需要吸收的能量为________kJ。
答案　(1)－12　(2)1112.5
解析　(1)设C—H键能为x kJ/mol，ΔH＝反应物总键能－生成物总键能＝3x＋351＋463＋3×393－(3x＋293＋2×393＋2×463)kJ/mol＝－12 kJ/mol。
(2)根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，则2E(N2O)－(945 kJ×2＋498 kJ)＝－163 kJ，解得E(N2O)＝1112.5 kJ。
4．写出下列反应的热化学方程式。
(1)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键需要的能量分别是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为_________________________________________________________________。
(2)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___________________________________________________。
(3)已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示，请写出该反应的热化学方程式：_______________________________________________。

答案　(1)N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)ΔH＝－92 kJ·mol－1
(2)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－2Q kJ·mol－1
(3)A2(g)＋B2(g)===2AB(g)　ΔH＝＋(a－b)kJ·mol－1
解析　(2)根据C原子守恒有：C2H5OH～2CO2～2CaCO3。生成100 g CaCO3沉淀，乙醇为0.5 mol，则1 mol乙醇完全燃烧放出2Q kJ热量，据此可写出反应的热化学方程式：C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－2Q kJ·mol－1。
考点　燃烧热　中和热　能源

[解析]　(2)1、2、3、4次实验的温度差分别为4.0 ℃、6.1 ℃、3.9 ℃、4.1 ℃，与其他三组数据相比，6.1 ℃误差较大，应舍去，其余三次温度差的平均值为4.0 ℃。0.50 mol·L－1 H2SO4(aq)和0.50 mol·L－1 NaOH(aq)的密度为1 g·cm－3，故m(H2SO4)＝ρ(H2SO4)·V(H2SO4)＝1 g·mL－1×30 mL＝30 g，m(NaOH)＝ρ(NaOH)·V(NaOH)＝1 g·mL－1×50 mL＝50 g。中和后生成的溶液为稀溶液，其比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1，由此可以计算出30 mL H2SO4(aq)和50 mL NaOH(aq)发生反应时放出的热量Q放＝[m(NaOH)＋m(H2SO4)]·c·(T2－T1)，中和热为生成1 mol H2O(l)时放出的热量，ΔH＝－＝－×10－3 kJ·mol－1≈－53.5 kJ·mol－1。
[答案]　(1)H2SO4(aq)＋NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1　(2)①4.0　②－53.5 kJ·mol－1　③acd

1．燃烧热、中和热
(1)由于中和反应和燃烧均是放热反应，因此表示中和热和燃烧热的ΔH要带“－”号。如：某物质的燃烧热为ΔH＝－Q kJ·mol－1。
(2)

2．中和热的测定
(1)测定原理
ΔH＝－
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。稀溶液的密度用1 g·mL－1进行计算。
(2)问题设计
①该实验小组做了三次实验，每次取溶液各50 mL，并记录如下原始数据。

已知盐酸、NaOH溶液密度近似为1.00 g·mL－1，盐酸的浓度为0.5 mol/L，NaOH溶液的浓度为0.55 mol/L，中和后混合液的比热容c＝4.18×10－3kJ·g－1·℃－1，则该反应的中和热ΔH＝－55.176 kJ·mol－1。
②若用等浓度的醋酸与NaOH溶液反应，则测得的中和热会偏小，其原因是醋酸电离要吸热。
③在中和热测定实验中要用水冲洗温度计上的盐酸，若无此操作步骤，则测得的中和热偏小。

5．为了测量某酸碱反应生成1 mol水时的反应热，在计算时至少需要的数据有(　　)
①酸的浓度　②碱体积　③比热容　④反应后溶液的质量　⑤生成水的物质的量　⑥反应前后温度变化　⑦操作所需的时间
A．①②③④ B．①③④⑤
C．③④⑤⑥ D．全部
答案　C
解析　测定中和热的原理为Q＝c·m·Δt，ΔH＝－，故需要的数据有比热容、反应后溶液的质量、反应前后温度变化、生成水的物质的量，C项正确。
6．(2019·台州期末)合理利用燃料，减小污染符合“绿色化学”理念，下列关于燃料的说法正确的是(　　)
A．“可燃冰”是将水变为油的新型燃料
B．通入大大过量的空气使燃料充分燃烧，从而达到充分利用热能的目的
C．燃料的化学能可以在不同的条件下转化为热能、电能被人类利用
D．硫的燃烧热为a kJ·mol－1，硫燃烧热的热化学方程式：S(s)＋O2(g)===SO3(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1
答案　C
解析　“可燃冰”外观像冰，其化学组成是CH4·nH2O，水的化学式为H2O，根据元素守恒知，水不能变为油，A错误；氧气助燃，所以通入足量的空气能使燃料充分燃烧，但通入大大过量的空气会使热量被空气带走，不利于热量的充分利用，B错误；物质的化学能可以转化为热能、光能、电能等能量形式，C正确；根据燃烧热的定义，硫转化成气态的二氧化硫，D错误。