第17讲化学能与热能.doc

济宁高新区高级中学高三化学备课组2015复习材料

第17讲　化学能与热能
考纲解读
1．了解化学反应中能量变化的原因，能说出常见的能量转化形式。
2．了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
3．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。
4．初步了解能源的开发，了解化学在解决能源危机中的重要作用。
5．了解焓变与反应热的含义，了解ΔH＝H(反应产物)－H(反应物)表达式的含义。
6．理解盖斯定律的意义。
7．能够应用盖斯定律进行反应热的有关计算。
考向分析 本讲重要知识点有：放(吸)热反应、燃烧热和中和热、热化学方程式及反应热的有关计算，主要考查放热反应和吸热反应的判定、热化学方程式正误判断及书写、反应热的计算，以选择题和填空题的形式呈现，以中等难度为主。预计2015年将仍以热化学方程式的书写及正误判断、化学反应热的有关计算为主要考查点，密切联系实际，结合新能源、元素化合物的知识点综合考查。
考点图析

基础知识梳理
一、反应热　焓变
1．定义：化学反应过程中放出或吸收的热量，符号：ΔH，单位：kJ/mol或kJ·mol－1。
2．产生原因：
　　　　吸收能量E1
　　　　　　↓
反应物生成物
　　　　　　↓
　　　　放出能量E2
3．表示
(1)吸热反应：ΔH为“＋”或ΔH________0。
(2)放热反应：ΔH为“－”或ΔH________0。
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．表示意义：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________变化。例如：25 ℃、101 kPa时，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ/mol表示：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。
【思考1】反应热(焓变)ΔH的单位kJ·mol－1有何意义？
三、中和反应反应热的测定
1．中和反应反应热
(1)定义：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成________水所放出的热量。
(2)示例：1 L 1 mol/L的盐酸与1 L 1 mol/L的NaOH溶液发生中和反应时，放出57.3 kJ的热量，该反应的热化学方程式为：HCl(aq)＋NaOH(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
2．中和反应反应热的测定
(1)装置如图
(2)注意事项
①碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板(或硬纸板)的作用是___ _____，减少实验过程中热量的损失。
②为保证酸(碱)完全中和，常使碱(酸)稍稍________。
③实验中若使用弱酸或弱碱，会使测得数值________。
【思考2】在中和热的测定实验中，使用弱酸或弱碱为什么会使测得的中和热的数值偏低？
四、燃烧热

五、能源

六、盖斯定律
1．含义：不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的，它只与反应体系的________和________有关，而与反应途径无关。
2．应用：间接计算某些反应(反应热无法直接测得)的反应热。
3．举例
自主检查
1．在273 K、101 kPa、催化剂存在的条件下，发生了某化学反应，书写该反应的热化学方程式时，一般不需注明的是(　　)
A．反应物或生成物的状态 B．反应时的温度
C．反应时的压强 D．反应时所用的催化剂
2．已知在298 K时，2 g氢气与氧气完全反应生成液态水放热285.8 kJ，则此反应的热化学方程式为下列的(　　)
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝＋285.8 kJ·mol－1
C．H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
D．H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
3．根据盖斯定律判断如图所示的物质转变过程中，正确的等式是(　　)
A．ΔH1＝ΔH2＝ΔH3＝ΔH4 B．ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4
C．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝ΔH4 D．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4

4．天然气、石油、煤等在地球上的蕴藏量是有限的，人类一直在寻求新能源。下列有关措施中正确的是：①可利用电解水的方法得到氢气作能源；②砍伐树木作能源；③开发太阳能、核能等新能源。(　　)
A．只有①　　　　B．只有② C．只有③　　 D．①③
考点一 放热反应与吸热反应比较
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
表示方法
ΔH<0
ΔH>0
与化学键的关系
ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和
新化学键形成释放的能量大于旧化学键断裂吸收的能量
新化学键形成释放的能量小于旧化学键断裂吸收的能量
与物质能量的关系及图示
ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量

常见反应
1.燃烧反应2.中和反应3.金属与H2O(或酸)的反应4.大多数的化合反应5.铝热反应
1.大多数的分解反应2.盐类的水解反应3.NH4Cl(s)与Ba(OH)2·8H2O(s)的反应4.C(s)与H2O(g)或CO2(g)的反应
应用
比较反应物和生成物的相对稳定性，能量越低越稳定
【例1】已知：H2(g)＋F2(g)===2HF(g)　ΔH＝－270 kJ/mol，下列说法正确的是(　　)
A．氟化氢气体分解生成氢气和氟气的反应是放热反应
B．1 mol H2与1 mol F2反应生成2 mol液态HF放出的热量小于270 kJ
C．在相同条件下，1 mol H2与1 mol F2的能量总和大于2 mol HF气体的能量
D．该反应中的能量变化可用图来表示

变式训练 1．下列说法正确的是(　　)
A．需要加热的化学反应都是吸热反应 B．中和反应都是放热反应
C．原电池是将电能转化为化学能的一种装置 D．水力发电是将化学能转化为电能的过程
2．下列各图中表示热化学方程式A(g)＋B(g)===C(g)＋D(l)　ΔH<0的是(E表示能量)(　　)

考点二 热化学方程式及盖斯定律的应用
1．热化学方程式与普通化学方程式的比较
热化学方程式
普通化学方程式
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.4 kJ·mol－1
C＋H2OCO＋H2
右端有热效应值
右端无热效应值
必须标明反应物、生成物的聚集状态
不标明聚集状态
化学式前的计量数可以是分数或小数，单位是“mol”
计量数表示物质的量或分子与原子的个数
2.热化学方程式的书写
(1)热化学方程式的前身是化学方程式，因此必须遵循化学方程式的要求，如原子守恒、电子守恒等，但热化学方程式一般不写反应条件和气体符号“↑”或沉淀符号“↓”。
(2)反应热ΔH与反应温度和压强有关，中学化学所用ΔH一般都是在101 kPa和25 ℃时的数据，因此不特别注明，但需注明ΔH的“＋”与“－”，放在方程式的右边，放热用“－”，吸热用“＋”。
(3)反应热与反应物和生成物所处的聚集状态有关，在热化学方程式中必须注明物质的状态(s，l，g)。例如：H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ/mol，
H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ/mol。
(4)由于ΔH与反应完成物质的量有关，所以热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH的数值也要加倍。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，符号相反 。例如：
已知H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ/mol，则
H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋285.8 kJ/mol。
3．有关反应热的计算
(1)利用热化学方程式计算ΔH
①写出热化学方程式。
②根据热化学方程式中物质之间、物质与反应热之间的关系直接求算物质的量或反应热。
(2)利用盖斯定律计算ΔH
①采用叠加法导出相应的热化学方程式。
叠加时应遵循数学运算规则：
a．当需要将某一热化学方程式同乘以某一化学计量数时，各物质前的化学计量数和ΔH需同乘以该化学计量数。当某物质或ΔH移到“===”另一边时就变为异号。
b．“ΔH”在进行加、减、乘等运算时，一定要注意其符号的改变，即ΔH的运算包括数值和符号的双重运算。
②利用盖斯定律求出ΔH。
(3)依据键能计算ΔH
①写出正确的化学方程式。
②根据反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和，代入数据即可求出ΔH。
【例2】在25 ℃、101 kPa下，1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ，下列热化学方程式正确的是(　　)
A．CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝＋725.8 kJ/mol
B．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 452 kJ/mol
C．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－725.8 kJ/mol
D．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝＋1 452 kJ/mol
变式训练 3．已知下列热化学方程式：
Zn(s)＋O2(g)===ZnO(s)　ΔH1＝－351.1 kJ/mol
Hg(l)＋O2(g)===HgO(s)　ΔH2＝－90.7 kJ/mol
由此可推知Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l)　ΔH3，其中ΔH3的值是(　　)
A．－441.8 kJ/mol　　B．－254.6 kJ/mol C．－438.9 kJ/mol　　D．－260.4 kJ/mol
4．化学反应N2＋3H2＝2NH3的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是(　　)

A．N2(g)＋3H2(g)＝2NH3(l)　ΔH＝2(a－b－c) kJ·mol－1
B．N2(g)＋3H2(g)＝2NH3(g)　ΔH＝2(b－a) kJ·mol－1
C.N2(g)＋H2(g)＝NH3(l)　ΔH＝(b＋c－a) kJ·mol－1
D.N2(g)＋H2(g)＝NH3(g)　ΔH＝(a＋b) kJ·mol－1
考点三 能源的开发利用
1．能源发展的三个阶段
柴草时期→化学能源时期(煤、石油、天然气为主要能源)→多能源结构时期
2．能源的分类
【例3】能源分类相关图如图所示，下面四组能源中，全部符合图中阴影部分的能源是(　　)

A．煤炭、石油、沼气 B．水能、生物质能、天然气
C．太阳能、风能、潮汐能 D．地热能、海洋能、核能
变式训练 5．下述做法能改善空气质量的是(　　)
A．以煤等燃料作为主要生活燃料
B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源
C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D．鼓励使用电动车
6．25 ℃、101 kPa下，碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5 kJ/mol、285.8 kJ/mol、890.3 kJ/mol、2800 kJ/mol，则下列热化学方程式正确的是(　　)
A．C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－393.5 kJ/mol
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝＋571.6 kJ/mol
C．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890.3 kJ/mol
D.C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1400 kJ/mol
自我演练1．下列变化中属于吸热反应的是(　　)
①液态水汽化　②将胆矾加热变为白色粉末　③浓硫酸稀释　④氯酸钾分解制氧气　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰
A．①②　　　　B．②③ C．①④⑤　　 D．②④
2．白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却，可得钢灰色固体——黑磷，其转化过程中能量变化如图所示。下列叙述中正确的是(　　)
A．黑磷比白磷稳定 B．黑磷与白磷互为同分异构体
C．白磷转化为黑磷是氧化还原反应 D．白磷转化为黑磷是吸热反应
3．下列热化学方程式的书写正确的是(　　)
A．1 mol液态肼在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气，放出642 kJ的热量：N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋642 kJ·mol－1
B．101 kPa下，26 g乙炔在足量氧气中完全燃烧生成液态水，放出1 299.6 kJ的热量：C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－1299.6 kJ
C．12 g石墨转化为CO时，放出110.5 kJ的热量：2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－110.5 kJ·mol－1
D．1 mol B2H6气体完全燃烧生成固态三氧化二硼和液态水，放出2 165 kJ的热量：B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)　ΔH＝－2165 kJ·mol－1
4．已知H2(g)＋Br2(l)＝2HBr(g)　ΔH＝－72 kJ/mol，蒸发1 mol Br2(1)需要吸收的能量为30 kJ，其它相关数据如下表：

H2(g)
Br2(g)
HBr(g)
1 mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ
436
a
369
则表中a为(　　)
A．404　 　 B．260 C．230　　　 D．200
5．已知：HCN(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH1＝－12.1 kJ·mol－1；HCl(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH2＝－55.6 kJ·mol－1。则HCN在水溶液中电离的ΔH等于(　　)
A．－67.7 kJ·mol－1　B．－43.5 kJ·mol－1 C．＋43.5 kJ·mol－1　D．＋67.7 kJ·mol－1
6．下列热化学方程式表示正确的是(ΔH的绝对值均正确)(　　)
A．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－1367.0kJ/mol(燃烧热)
B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝＋57.3kJ/mol(中和热)
C．S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－296.8 kJ/mol(反应热)
D．2NO2===O2＋2NO　ΔH＝＋116.2kJ/mol(反应热)
7．用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知：
Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g) ΔH＝＋64.39 kJ·mol－1
2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g) ΔH＝－196.46 kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.84 kJ·mol－1
在H2SO4溶液中Cu与H2O2反应生成Cu2＋和H2O的热化学方程式为________________________。
8．2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。

已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3(g)的ΔH＝－99 kJ·mol－1。请回答下列问题：
(1)图中A、C分别表示________、________，E的大小对该反应的反应热有无影响？________；
(2)该反应通常用V2O5作催化剂，加V2O5会使图中B点升高还是降低？________，理由是______ _____；
(3)图中ΔH＝________kJ·mol－1；
(4)已知单质硫的燃烧热ΔH＝－296 kJ·mol－1，计算由S(s)生成1 mol SO3(g)的ΔH_____ _ _ _(写出计算过程)。
9.通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以估算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/kJ·mol－1
460
360
436
431
176
347
请回答下列问题(提示：硅单质的结构复杂，一般用Si来表示其单质，尽管硅单质用Si表示，但每个硅原子分摊两个Si—Si键)：
(1)比较下列两组物质的熔点高低(填“>”、“<”或“＝”)SiC________Si；SiCl4________SiO2。
(2)工业上所用的高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)
该反应的反应热ΔH＝________kJ·mol－1。

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