高三化学化学能与热能人教实验版知识精讲.doc

高三化学化学能与热能人教实验版
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
化学能与热能
1. 化学变化中的物质变化与能量变化
2. 反应热
3. 热化学方程式及其书写

二. 复习重点：
1. 理解化学反应中物质变化和能量变化的实质，学会从微观角度认识化学反应的反应热及焓变。
2. 掌握热化学方程式及其书写，了解燃烧热及中和热的定义。
3. 掌握盖斯定律及焓变的简单计算。

三. 复习过程：
化学反应伴随能量变化是化学反应的一大特征。我们可以利用化学能与热能及其它能量的相互转变为人类的生产、生活及科学研究服务。化学在能源的开发、利用及解决日益严重的全球能源危机中必将起越来越重要的作用
（一）化学变化中的物质变化与能量变化
1. 物质变化（化学反应）的实质：旧化学键的断裂和新化学键的生成。
2. 能量变化的实质：破坏旧化学键需要吸收能量，形成新化学键需要放出能量，化学反应过程中，在发生物质变化的同时必然伴随着能量变化。
（1）键能：拆开1mol化学键所需的能量叫键能，单位：kJ/mol。1molH2中含有1molH－H，在25°C，101kPa条件下，由H原子形成1molH－H要放出436kJ的能量，而断开1molH－H重新变为H原子要吸收的能量。

（2）化学键键能的大小可粗略计算化学反应的热效应。化学反应的热效应ΔH＝生成物的键能总和－反应物的键能总和。
（3）一个化学反应是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。

3. 放热反应和吸热反应：化学反应过程中释放能量的反应叫放热反应；化学反应过程中吸收能量的反应叫吸热反应。

放热反应
吸热反应
表现形式
△H＜0或△H为“－”
△H＞0或△H为“+”
能量变化
生成物释放的总能量＞反应物吸收的总能量
生成物释放的总能量＜反应物吸收的总能量
键能变化
生成物总键能＞反应物总键能
生成物总键能＜反应物总键能
联系
键能越大，物质能量越低，越稳定，反之键能越小，物质能量越高，越不稳定。

图示

（1）常见的放热反应：①所有的燃烧反应；②酸碱中和反应；③大多数的化合反应；④金属与酸的反应；⑤生石灰和水反应。
（2）常见的吸热反应：①晶体Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl；②大多数的分解反应；③以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应；④铵盐等盐类的水解反应。
（3）反应时需要加热的反应并不一定是吸热反应。加热是反应开始需要的条件，当反应开始后可不加热。如：煤的燃烧。判断反应是放热还是吸热，由反应物与生成物总能量的差值决定。若一个反应的正反应过程放热，则其逆反应过程一定吸热。

（二）反应热
化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以用热量（或换算成相应的热量）来表示，叫反应热。
1、焓和焓变
（1）焓：用于表示物质所具有的能量的这一固有性质的物理量，叫做焓。
（2）焓变：化学反应过程中反应物总能量与生成物总能量的变化叫做反应的焓变。热化学研究表明，对于在等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（同时可能伴随着反应体系体积的改变），而没有转化为电能、光能等其他形式的能，则该反应的反应热就等于反应前后物质的焓的变化。表达为：Qp＝△H＝H（反应产物）－H（反应物）其中：Qp表示在压强不变的条件下化学反应的反应热，△H为反应产物的总焓与反应物的总焓之差，称为化学反应的焓变。
2、反应热表示方法
（1）当生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量时，反应为放热反应，△H<O。
（2）当生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量时，反应为吸热反应，△H>O。
3、有关反应热的计算方法
（1）根据键能：△H=E（生成物的键能总和）－E（反应物的键能总和）
（2）根据盖斯定律：化学反应不管是一步完成还是几步完成，其反应热是相同的，也就是说，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，而与具体的反应进行的途径无关。如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热和该反应一步完成的反应热相同，这就是盖斯定律。盖斯定律在科学研究中具有重要意义。因为有些反应进行的很慢，有些反应不容易直接发生，有些反应的产品不纯（有副反应发生），这给测定反应热造成了困难。此时如果应用盖斯定律，就可以间接的把它们的反应热计算出来。
4、燃烧热：25°C、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量叫做该物质的燃烧热，单位：kJ/mol或J/mol。
（1）要在25°C，101kPa下测出热量，因为温度、压强不定反应热的数值也不相同。
（2）可燃物的物质的量为1mol。
（3）可燃物完全燃烧生成稳定的化合物所放出的热量为标准。所谓完全燃烧，是指物质中下列元素完全转化成对应的物质：C——CO2，H——H2O，S——SO2等。
5、中和热：在稀溶液中，酸和碱发生反应时生成1molH2O，这时的反应热叫做中和热。
（1）必须是酸和碱的稀溶液，因为浓酸和浓碱在相互稀释的时候会放热。
（2）强酸和强碱的稀溶液反应才能保证中和热是57.3kJ/mol，而弱酸或弱碱在中和反应中电离吸收热量，其中和热小于57.3kJ/mol。
（3）以1mol水为基准，所以在写化学方程式的时候应该以生成1mol水为标准来配平其余物质的化学计量数，即H2O的系数为1。

（三）热化学方程式及其书写
1. 概念：热化学方程式：能表示参加反应物质的量和反应热之间的关系的化学方程式。
2. 意义：既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。
3. 书写注意事项：
（1）要注明反应物和生成物的聚集状态（若为同素异形体、要注明名称），因为物质呈现哪一种聚集状态，与它们所具有的能量有关，即反应物的物质相同，状态不同，△H也不同。
要注明反应温度和压强。因为△H的大小和反应的温度、压强有关，如不注明，即表示在101kPa和25°C。
（2）热化学方程式中的化学计量数不表示分子个数，而是表示物质的量，故化学计量数可以是整数，也可以是分数。
（3）相同物质的化学反应，当化学计量数改变时，其△H也同等倍数的改变。
（4）△H的表示：在热化学方程式中△H的“＋”“－”一定要注明，“＋”代表吸热，“－”代表放热。△H的单位是：kJ/mol或J/mol。

【典型例题】
例1. 下列说法正确的是（ ）
A. 物质发生化学变化都伴随着能量变化
B. 伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C. 在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定不同
D. 在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量
分析：该题主要考查化学反应中能量变化的理解与应用。物质发生化学反应都伴随着能量变化，伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，物质发生物理变化、核变化（如原子弹的爆炸）也都伴随着能量变化。在一个确定的化学反应中反应物的总能量（设为x）与生成物的总能量（设为y）之间的关系为：①x>y，化学反应为放热反应；②x<y，化学反应为吸热反应；③x≠y。答案AC

例2. 已知化学反应2C（s）＋O2（g）=2CO（g）、2CO（g）＋O2（g）＝2CO2（g）都是放热反应据此判断，下列说法不正确的是（其他条件相同）（ ）
A. 12gC所具有的能量一定高于28gCO所具有的能量
B. 56gCO和32gO2所具有的总能量大于88gCO2所具有的总能量
C. 12gC和32gO2所具有的总能量大于44g CO2所具有的总能量
D. 将一定量的C燃烧、生成CO2比生成CO时放出的热量多
分析：本题考查的主要是化学反应中的能量变化及其原理的理解和应用。放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。C和CO的燃烧反应都是放热反应因此，B、C两项的说法正确。12g并不是全部的反应物，所以A项的说法不正确。由于C生成CO放热、CO生成CO2放热，根据盖斯定律得C生成CO2比C生成CO放热多，即D项说法正确。答案A

例3. 沼气是一种能源，它主要是CH4。0.5mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出445kJ的热量，则下列热化学方程式中正确的是（ ）
A. 2CH4（g）+4O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）； △H=+890kJ/mol
B. CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）； △H=+890kJ/mol
C. CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）； △H=－890kJ/mol
D. 0.5CH4（g）+O2（g）=0.5CO2（g）+H2O（l）； △H=－890kJ/mol
分析：0.5mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O时放出445kJ热量，即1mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出890kJ的热量。根据热化学方程式的有关规定，要标明聚集状态，要标出热效应，故符合题意的是C项。答案C

例4. 下列各组热化学方程式中，化学反应的△ H前者大于后者的是（ ）
①C（s）＋O2（g）===CO2（g）；△ H1 C（s）＋1/2O2（g）===CO（g）；△ H2
②S（s）＋O2（g）===SO2（g）；△ H3 S（g）＋O2（g）===SO2（g）；△ H4
③H2（g）＋1/2O2（g）===H2O（l）；△ H5 2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）；△ H6
④CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）；△ H7 CaO（s）＋H2O（l）===Ca（OH）2（s）；△ H8
A. ① B. ④ C. ②③④ D. ①②③
分析：本题主要考查对“△H”的理解，要求明确“△H”既有“＋、－”，又有数值大小。由所给热化学方程式及△H的含意可以判断出：△H１﹤△H２、△H３﹥△H４、△H５﹥△H６、△H７﹥△H８，故C正确。答案C

例5. 近年来，科学家正在探索利用铝粉做燃料的可能性，以期铝能成为一种石油的取代物。假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法，你认为哪项是错误的（ ）
A. 铝质轻，便于运输、贮存，且安全
B. 铝燃烧时放出的热量大，且燃烧后新产物对环境的污染容易得到有效控制
C. 在地球上，铝矿资源丰富
D. 现代电冶铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础
分析：铝质轻，燃烧时放热多，在地壳中是含量最大的金属元素，铝矿资源丰富，这些都是用铝作为新型燃料的有利条件，但是电冶铝本身需要消耗大量的能量，从这一点考虑，如果没有开发出新的冶炼金属铝的技术，则用铝作为新能源的做法是不合算的。所以D说法错误。答案D

例6. 已知反应：①①101kPa时，2C（s）+O2（g）=2CO（g）；△ H=-221kJ/mol② 稀溶液中，H+（aq）+OH_（aq）；△ H= -57.3kJ/mol，下列结论正确的是（ ）
A. 碳的燃烧热大于110.5kJ/mol
B. ①的反应热为221kJ/mol
C. 稀硫酸与稀溶液反应的中和热为－57.3kJ/mol
D. 稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水，放出57.3kJ热量
分析：本题主要考查对燃烧热、中和热的理解程度，侧重考查用所学知识分析问题的能力。燃烧热是指1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量。由反应① 可知，碳的燃烧热大于，正确；① 的反应热为221／2 kJ/mol，B不正确；中和热是指在常温下稀强酸和稀强碱溶液反应生成1mol水时所放出的热量，所以其中和热应为57.3kJ/mol，C错；稀醋酸与稀溶液反应生成水时，因为醋酸电离吸热放出的热量小于，D错。答案A

例7. 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）+1/2O2（g）=CO（g）；△H=―393.5 kJ/mol
B. 2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）；△H=+571.6 kJ/mol
C. CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）；△H=―890.3 kJ/mol
D. 1/2C6H12O6（s）+3O2（g）=3CO2（g）+3H2O（l）；△H=―1400 kJ/mol
分析：本题考查了对热化学方程式正误的判断，侧重于考查的是对燃烧热定义的理解、热化学方程式的书写及判断能力。根据燃烧热的定义，碳完全燃烧生成的稳定氧化物是二氧化碳而不是一氧化碳；B中△H=－571.6 kJ/mol；C中反应生成液态水和△H=―890.3 kJ/mol相对应。故A、B、C均错。答案D

例8. 最近，新华社的一条消息中披露：我国南海海底发现巨大的“可燃冰”带，能源总量估计相当于中国石油总量的一半；而我国东海“可燃冰”的蕴藏量也很可观。“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶体（CH4·H2O）。请结合化学知识回答下列问题：
（1）下列说法中正确的是（填序号）___________________________．
A. CH4·H2O晶体中水是溶剂
B. CH4·H2O的组成元素有3种
C. CH4·H2O中CH4和H2O的质量比为1：1
D. 可燃冰能燃烧，说明水具有可燃性
（2）可燃冰的发现为我国在新世纪使用高效新能源开辟了广阔的前景．你认为能开发利用 的新能源还有（至少填写二种）__________________，__________________．
分析：（1）溶剂是能够溶解其他物质的物质，溶剂与溶质间没有固定的组成，而CH4·H2O的组成固定，故A不正确。CH4中含C、H二元素，H2O中含H、O二元素，故CH4·H2O由C、H、O三元素组成，B正确。CH4·H2O分子中CH4与H2O的物质的量之比为1：1，而其式量不等则C不正确．CH4·H2O可燃是由于分解产生CH4的原因，故D不正确。（2）新能源是指以新技术为基础，系统开发利用的能源包括太阳能、生物能、风能、地热能、氢能源等。
答案：（1）B （2）太阳能、潮汐能、水能、风能、核能、地热、氢能源等

【模拟试题】
1. （06上海）下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是（ ）
A. 碳酸钙受热分解 B. 乙醇燃烧
C. 铝粉与氧化铁粉末反应 D. 氧化钙溶于水
2. （06上海）下列不符合当今化学研究方向的是（ ）
A. 发现新物质 B. 研究化学反应中原子守恒关系
C. 研究化学反应的微观过程 D. 合成新材料
3. （2006上海）石油是一种重要能源，人类正面临着石油短缺、油价上涨的困惑。以下解决能源问题方法不当的是（ ）
A. 用木材作燃料 B. 用液氢替代汽油
C. 开发风能 D. 开发地热
4. （05全国卷I）. 已知充分燃烧a g 乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量bkJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是（ ）
A. 2C2H2（g） + 5O2（g） == 4CO2（g） + 2H2O（l）；△H = －4b kJ/mol
B. C2H2（g） + 5/2O2（g） == 2CO2（g） + H2O（l）；△H = 2b kJ/mol
C. 2C2H2（g） + 5O2（g） == 4CO2（g） + 2H2O（l）；△H = －2b kJ/mol
D. 2C2H2（g） + 5O2（g） == 4CO2（g） + 2H2O（l）；△H = b kJ/mol
5. （05江苏）氢气（H2）、一氧化碳（CO）、辛烷（C8H18）、甲烷（CH4）的热化学方程式分别为：
H2（g） + 1/2O2（g） = H2O（l）；△H= —285.8 kJ/mol
CO（g） + 1/2O2（g） = CO2（g）；△H= —283.0 kJ/mol
C8H18（l） + 25/2O2（g） = 8CO2（g） + 9 H2O（l）；△H= —5518 kJ/mol
CH4（g） + 2 O2（g） = CO2（g） + 2 H2O（l）；△H= —890.3 kJ/mol
相同质量的H2、CO、C8H18、CH4完全燃烧时，放出热量最少的是（ ）
A. H2（g） B. CO（g） C. C8H18（l） D. CH4（g）
6. （2005全国III）现有以下几种措施：①对燃烧煤时产生的尾气进行除硫处理，②少用原煤做燃料，③燃煤时鼓入足量空气，④开发清洁能源。其中能减少酸雨产生的措施的是
（ ）
A. ①②③ B. ②③④ C. ①②④ D. ①③④
7. 下列说法正确的是（ ）
A. 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B. 放热反应在常温下一定很容易发生
C. 反应是放热还是吸热由反应物和生成物所具有的总能量的相对大小决定
D. 吸热反应在一定条件下也能发生
8. 下列说法中，正确的是（ ）
A. 1molH2SO4与1molBa（OH）2完全中和所放出的热量为中和热
B. 中和反应都是放热反应，盐类的水解都是吸热反应
C. 在101kPa时，1mol碳燃烧所放出的热量一定叫碳的燃烧热
D. CO燃烧是吸热反应
9. 在100g炭不完全燃烧所得气体中CO和CO2的体积比为1：2。已知：
C（s）＋1/2O2（g）=CO（g）；△H1＝－110.35kJ/mol
CO（g）＋1/2O2＝ CO2（g）；△H2＝－282.57kJ/mol
则与100g炭完全燃烧相比，损失的热量是（ ）
A. 392.93kJ B. 2489.42kJ C. 784.92kJ D. 3274.3kJ
10. 已知2H2O（l）＝2H2（g）＋O2（g）；△H1＝＋571.6kJ/mol CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（l）；△H2＝－890.3kJ/mol1gH2和1gCH4分别燃烧后放出的热量之比约是（ ）
A. 1：3.4 B. 1：1.7 C. 2.3：1 D. 4.6：1
11. （2005北京）CO、CH4均为常见的可燃性气体。
（1）等体积的CO和CH4在相同条件下分别完全燃烧，转移的电子数之比是 。
（2）已知在101kPa时，CO的燃烧热为283kJ/mol。相同条件下，若2 molCH4完全燃烧生成液态水，所放出的热量为1 mol CO完全燃烧放出热量的6.30倍，CH4完全燃烧反应的热化学方程式是 。
（3）120℃、101kPa下，a mL由CO、CH4组成的混合气体在b mLO2中完全燃烧后，恢复到原温度和压强。①若混合气体与O2恰好完全反应，产生bmL CO2，则混合气体中CH4的体积分数为 （保留2位小数）。②若燃烧后气体体积缩小了a/4mL，则a与b关系的数学表示式是 。
12. （2005天津）磷在氧气中燃烧，可能生成两种固态氧化物。3.1 g的单质磷（P）在3.2g氧气中燃烧，至反应物耗尽，并放出X kJ热量。
（1）通过计算确定反应产物的组成（用化学式表示）是 ，其相应的质量（g）为 。
（2）已知单质磷的燃烧热为YkJ/mol，则1mol P与O2反应生成固态P2O3的反应热ΔH＝ 。
（3）写出1mol P与O2反应生成固态P2O3的热化学方程式 。
13. （2005江苏21.）通常人们把拆开1 mol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（△H），化学反应的△H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。
请回答下列问题：
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
（1）比较下列两组物质的熔点高低（填“>”或“＜”
SiC______Si；SiCl4_________SiO2
（2）下图立方体中心的“●”表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“●”表示出与之紧邻的硅原子。

（3）工业上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△H＝_____________kJ/mol
14. 把温度为13°C，浓度为1.0mol/L的酸溶液和1.1mol/L的碱溶液各50mL混合〔溶液密度均为1g/mL，生成的溶液的比热容为c＝4.184J/（g·°C）〕轻轻搅动。测得酸碱混合液的温度变化数据如下：
反应物
起始温度t1/°C
终了温度t1/°C
中和热
HCl＋NaOH
13
19.8
△H1
HCl＋NH3·H2O
13
19.3
△H2
（1）试计算上述两组实验测出的中和热：△H1＝ ；△H2 。
（2）实验中碱过量的目的是 。
（3）两组实验结果差异的原因是 。
15. 把煤作为燃料可通过下列两种途径：
途径Ⅰ：C（s）+O2（g）CO2（g） （ 放热Q1 kJ ）
途径Ⅱ：先制水煤气
C（s）+H2O（g） == CO（g）+H2（g） （吸热Q2 kJ）
再燃烧水煤气

试回答下列问题：
（1）判断两种途径放热：途径Ⅰ放出的热量_________（填“大于”、“等于”或“小于”）
途径Ⅱ放出的热量。
（2）Q1、Q2、Q3的数学关系式是__________________。
（3）由于制取水煤气反应里，反应物所具有的总能量________生成物所具有的总能量，
那么在化学反应时，反应物就需要_______能量才能转化为生成物，因此其反应条件为 。
（4）简述煤通过途径Ⅱ作为燃料的意义： 。

【试题答案】
1. A 2. B 3. A 4. A 5. B 6. C
7. CD 8. B 9. C 10. C
11. （1）1∶4（2）CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（1）；△H＝－891kJ/mol（3）①0.33 ②b≥5a/4
12. （1）P2O3 P2O5 2.75 3.55
（2）－（20X－Y）kJ/mol
（3）4P（s）＋3O2（g）＝2P2O3（s）；△H＝－（20X－Y）kJ/mol
13. （1）＞ ＜（2）（3）＋236
14. （1）△H1＝－56.9kJ/mol △H2＝－52.7kJ/mol
（2）碱过量是为了提高实验准确度，因NaOH溶液易吸收CO2而使NaOH浓度下降，NH3·H2O则易挥发也使NH3·H2O浓度下降。
（3）NaOH是强碱，在水溶液中完全电离，跟HCl反应时放热较多；NH3·H2O是弱碱，只有部分电离，发生电离时要吸热，中和时放热较少。
15. （1）等于 （2）Q1 = Q3 － Q2
（3）低于 吸收 高温
（4）固体煤经处理变为气体燃料后，不仅在燃烧时可以大大减少SO2和烟尘对大气造成的污染，而且燃烧效率高，也便于输送。