文档文本内容
专题八 化学能与热能
考点 反应热的有关概念 热化学方程式 盖斯定律及其应用
课
了解化学能与热能的相互转化 了解吸热反应 放热
标 1. 。 、
反应 反应热等概念 了解热化学方程式的含义 能正确书写热化学方程式
解 解读 、 1. ,
了解能源是人类生存和社会发展的重要基础 了解 理解盖斯定律 并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算
读 2. 。 2. ,
化学在解决能源危机中的重要作用
反应热 已成为近几年的必考内容 一般不单独命题 而是作为非选择题的某个设问 常与化学反应速率 化学平衡及工
“ ” , , , 、
考情分析 艺流程相结合 从考查内容上看 均与盖斯定律有关 试题整体难度虽然较大 但涉及本专题的内容都比较容易 随着能
; , , , 。
源问题的日益突出 对本专题内容的考查仍将维持较高的热度
,
本专题考查点主要是运用盖斯定律进行 H的计算和热化学方程式的书写 题型重点是与化学平衡 电化学相关联的综合
Δ , 、
备考指导 题 要对以图表为背景考查能量变化 化学键键能 正 逆反应的活化能关系的题目多加关注 预计 年高考对本专题
。 , , 、 。 2022
的考查仍会以综合题中的某一设问为主 也不排除以选择题的形式对盖斯定律的应用及 H的大小比较进行考查
, Δ
命题立意 解题指导 拓展延伸
本题考查对图像的识别和分析能力 正 基元反应过渡态理论认为 基元反应在从 H 生成物的总能量 反应物的总能量
, 、 , Δ = - ;
逆反应活化能大小的判断 根据图像判断 反应物到产物的变化过程中要经历一个 H 反应物键能总和 生成物键能总和
, Δ = - ;
反应是吸热反应还是放热反应 H的计 中间状态 这个状态称为过渡态 H 正反应的活化能 逆反应的活化能
,Δ , 。 Δ = - 。
算等 结合新情境考查对信息的接受处理
, AB+C →[A…B…C] →A+BC
能力 新高考对情境化试题更加重视 所 反应物 过渡态 反应产物
。 ,
以在平时练习中要敢于 善于处理情境化 过渡态是反应过程中具有最高能量的一
、
试题 种结构状态 过渡态能量与反应物的平均
。 ,
能量的差值相当于活化能
。
40 5年高考3年模拟 A版 高考化学专题八 化学能与热能 41
点燃
CH3CH2OH+3O2 →2CO2+3H2O
一些化合反应 例如
④ , :
考点一 反应热的有关概念 SO3+H2OH2SO4
CaO+H2OCa(OH)2
一、反应热(焓变)
CuSO4+5H2OCuSO4·5H2O
1定义:化学反应过程中放出或吸收的 热量 叫反应热 2常见的吸热反应
. ① , .
在恒压条件下 它等于反应前后体系的焓变 一些分解反应 例如
, 。 ① , :
2符号: H 高温
. ② Δ 。
3单位: 或 · -1 CaCO3 CaO+CO2↑
. ③ kJ/mol kJ mol 。
4测量:可用量热计测量 △
. 。 CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O
5 表示方法:吸热反应的 H 放热反应的 H 一些复分解反应 例如
. Δ ④ > 0, Δ ② , :
⑤ < 0。 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)BaCl2+2NH3↑+10H2O
6产生原因:化学反应过程中旧键断裂吸收的能量与新键 一些置换反应 例如
. ③ , :
形成放出的能量不相等 故化学反应均伴随着能量变化 高温
, 。
C(s)+H2O(g)CO+H2
二、燃烧热和中和反应的反应热 一些化合反应 例如
④ , :
1燃烧热 高温
.
定义 时 纯物质完全燃烧生成 的 CO2+C2CO
(1) :101kPa ,⑥ 1mol ⑦
氧化物时所放出的热量 叫该物质的燃烧热 ···· 考点二 热化学方程式 盖斯定律及其应用
, 。
表示意义 一、热化学方程式
(2)
CH4(g) + 2 表 O 示 2 (g) 条 C 件 O2 下 (g) + 2H2O 完 (l 全 ) 燃 烧 Δ 生 H 成 = 1 . 定义:表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方
-890.31
和
kJ/mol,
时
10
放
1 k
出
Pa
的热量是
,1 mol CH4 程式
。
CO2(
2
g)
中和
H
反
2O
应
(
的
l)
反
⑧
应 热
⑨ 890.31 kJ 。 2
.
热化学方程式的书写
.
定义 在稀溶液中 酸跟碱发生 中和 反应生成
(1) : , ⑩
···
时所释放的热量 叫中和反应的反应热
1 mol H2O , 。
热化学方程式 + - H
(2) :H (aq)+OH (aq)H2O(l) Δ =
-1
-57.3 kJ·mol 。
三、催化剂对活化能、焓变的影响
催化剂能降低反应所需的活化能 但 H 保持不变 如图
, Δ 。
所示 二、盖斯定律及其应用
:
1内容: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 即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态
,
有关
。
2实质:
.
归纳总结 1常见的放热反应
.
活泼金属与水或酸的反应 例如
① , :
2Na+2H2O2NaOH+H2↑
2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑ 3应用:很多反应很难直接测其反应热 这时可利用盖斯定
酸碱中和反应 例如 . ,
② , : 律来间接计算
。
2KOH+H2SO4 K2SO4+2H2O
CH3COOH+NaOHCH3COONa+H2O
燃烧反应 例如 考点一 热量 H 或 -1
③ , : :① ②Δ ③kJ/mol kJ·mol ④> ⑤<
点燃 稳定 放出 中和
⑥1mol ⑦ ⑧ ⑨890.31kJ 1mol
2CO+O2 2CO2
“分子汽车” 年诺贝尔化学奖授予伯纳德·费林加、弗雷泽·斯托达特和让·皮埃
2016
尔·索维奇,以表彰他们开发了直径只有头发丝 的分子机器。 在“马达”的驱动下,这辆“汽车”能
1/1000
够缓缓地定向运动。 与普通汽车不同,分子汽车没有杠杆、齿轮和轴承等装置,驱动分子汽车运动的能量
可以是各种化学能,也可以是光能或是电能等能量。 通过这些能量的刺激,分子汽车可以执行类似汽车的
物理移动。
42 5年高考3年模拟 A版 高考化学
续表
燃烧热 中和反应反应热
时 纯
一、放热反应和吸热反应的比较 101kPa ,1 mol 在稀溶液里 酸与碱
物质完全燃烧生成 ,
反应热 发生中和反应生成
稳定的氧化物 指定
类 型 放热反应 吸热反应 的含义 产物 下同 时 ( 所放 1mol 水时所放出的
比 , ) 热量
较 出的热量
不同点
定义 有热量放出的化学反应 吸收热量的化学反应 强酸的稀溶液与强碱
燃烧热 H a 的稀溶液的中和反应
表示方法 Δ =- kJ·
形成 反应物具有的总能量大于 反应物具有的总能量小于 mol -1 ( a >0) 反应热 Δ H =-57.3kJ·
原因 生成物具有的总能量 生成物具有的总能量 -1
mol
例 (2020北京等级考适应性测试,11)根据下图所得
与化学 生成物分子成键时释放出 生成物分子成键时释放出
键强弱 的总能量大于反应物分子 的总能量小于反应物分子 判断正确的是
( )
的关系 断键时吸收的总能量 断键时吸收的总能量
表示方法 H H
Δ <0 Δ >0
图示
已知 H
:H2O(g)H2O(l) Δ =-44 kJ/mol
图 反应为吸热反应
A. 1
图 反应使用催化剂时 会改变其 H
B. 1 , Δ
图 中若 的状态为液态 则能量变化曲线可能为
C. 2 H2O , ①
实例 H
Δ H
2(
=
g)
-
+
1
C
8
l
4
2(
.6
g)
k
J·
m
2
o
H
l -
C
1
l(g)
C Δ
C
O H
(
= (
s
g +
)
) 1 + 3
+
1 H . 2
H
3 (
2
g k
O
) J·
(
m
g
o
)
l -1
D
题 Δ
.
H
图
目 = 价 +
2
4
中
值 1
反
kJ
应
/ 本 m
为
o 题 l
C
以
O
化
2(
学
g)
反
+H
应
2(
与
g)
能
量
的
C
图
O(
像
g)
为
+H
载
2O
体
(g
通
)
过化
,
学反应过程中能量变化的图像考查学生对化学反应中能量变化
二、燃烧热和中和反应反应热的比较
的理解 涉及化学反应与能量 催化剂 反应热 盖斯定律等必备
燃烧热 中和反应反应热 , 、 、 、
知识 主要考查理解能力和推理论证能力 体现变化观念与平衡
, ,
能量变化 放热 思想的学科核心素养 突出对基础性的考查
相同点 , 。
解析 项,图 为反应物总能量高于生成物总能量的放
Δ H及其单位 Δ H <0, 单位均为 kJ·mol -1 热反应,错 误 A ; 项,催 1 化剂只能改变反应所需的活化能,不能改
反应物的量 不一定为 B
1mol 1mol 变 H,错误; 项,若生成的水为液态,根据题图 和已知信息
Δ C 1
不同点 生成水的物质的量为 可知,其 H ,是放热反应,而曲线 仍为吸热反应,
生成物的量 不确定 Δ =-3 kJ/mol ①
错误; 项,题图 表示反应为题图 表示反应的逆反应,正确。
1mol D 2 1
答案 D
首届分子车大赛 据科学时报网站报道,法国举办了首届分子车大赛。 比赛的主办方是法
国国家科学研究中心,赛场位于法国图卢兹的材料和结构研究中心。 来自 个国家的实验室组成了 支
9 6
队伍,他们利用自己设计的分子车,在一个纯金的跑道上竞赛,在指定时间内谁开得最远,谁就获胜。 据法
国国家科学研究中心官方网站消息,这一赛事将会在全球范围内进行传播。
H
A(g)+B(g)C(g) Δ 1<0
H
A(g)+B(g)C(l) Δ 2<0
H
一、反应热大小比较方法
因
C(
为
g)
H
C(
H
l) Δ
H
3<0
H 所以 H H
Δ 3=Δ 2-Δ 1,Δ 3<0, Δ 2<Δ 1。
同一反应的生成物状态不同时 也可以按以下思路分析
(1) :
专题八 化学能与热能 43
} H H 算 且计算过程中要带
A(g) Δ 1 Δ 3 , “+”“-”。
→C(g) →C(l) 在设计的反应过程中常会遇到同一物质固 液 气三态的
+ H ③ 、 、
Δ 2 相互转化 状态由固 液 气变化时 会吸热 反之会放热
B(g) →C(l) , → → , ; 。
因为 H H H H H H 所以 H H 当设计的反应逆向进行时 其反应热与正反应的反应热
Δ 1+Δ 3=Δ 2,Δ 1<0,Δ 2<0,Δ 3<0, Δ 2<Δ 1。 ④ ,
同一反应的反应物状态不同时 数值相等 符号相反
(2) , 。
H 例 (2019辽宁六校协作体期初联考,9)下图是金属
S(g)+O2(g)SO2(g) Δ 1<0
H 镁和卤素单质 反应的能量变化示意图 下列说法正确的是
S(s)+O2(g)SO2(g) Δ 2<0 (X2) 。
H
S(g)S(s) Δ 3<0
( )
H H
Δ 3 Δ 2
S(g) →S(s) →SO2(g)
↑
H
Δ 1
因为 H H H H H H 所以 H H
Δ 2+Δ 3=Δ 1,Δ 1<0,Δ 2<0,Δ 3<0, Δ 1<Δ 2。
两个有联系的不同反应相比
(3)
H
C(s)+O2(g)CO2(g) Δ 1<0
1 H
C(s)+ O2(g)CO(g) Δ 2<0
2 由图可知此温度下 与 反应的热化学方程式
C(s) Δ
H
→ 1 CO2(g) 为 Mg
A
B
.
r2(s)+Cl2(g)M
M
gC
g
l
B
2(
r2
s
(
)
s
+
)
Br2(
C
g
l
)
2( g)
Δ H =+117kJ·mol -1
H H 热稳定性
Δ 2 Δ 3 B. :MgI2>MgBr2>MgCl2>MgF2
C(s) → CO(g) → CO2(g) 工业上可电解 溶液冶炼金属镁 该过程需吸收
因为
Δ
H
2+Δ
H
3=Δ
H
1,Δ
H
1<0,Δ
H
2<0,Δ
H
3<0,
所以
Δ
H
1<Δ
H
2。 热量
C. MgCl2 ,
并且据此可写出下面的热化学方程式
: 金属镁和卤素单质 的反应能自发进行是因为 H均
D. (X2) Δ
1 H H H 小于零
CO(g)+ O2(g)CO2(g) Δ =Δ 1-Δ 2。
2
解析 由图中数据可知 ( ) ( ) ( )
二、反应热的计算方法 ①Mg s +Br2 g MgBr2 s
根据化学键键能计算 Δ
H
=-524 kJ
·
mol
-1;
②Mg
(
s
)
+Cl2
(
g
)
MgCl2
(
s
)
Δ
H
=
(
Δ
1
H
)
=
反应物的键能总和
-
生成物的键能总和 -641 kJ
·
mol
-1,运用盖斯定律
②-①
可得
MgBr2
(
s
)
+Cl2
(
g
)
(2)
根据反应物和生成物的能量计算 Br2 ( g ) +MgCl2 ( s ) Δ H = [( -641 ) - ( -524 )] kJ · mol -1 =
Δ H = 生成物具有的总能量 - 反应物具有的总能量 -117 kJ · mol -1, A 不正确;物质能量越高越不稳定,故热稳定
利用盖斯定律进行简单计算 性: , 不正确;工业上可电解熔融态的
(3) MgI2<MgBr2<MgCl2<MgF2 B
① 当反应方程式乘以或除以某数时 ,Δ H 也应乘以或除以 MgCl2 冶炼金属镁, C 不正确; Mg ( s ) +X2 ( g ) MgX2 ( s ),该反
该数 应的 S ,反应能自发进行, H必小于零, 正确。
。 Δ <0 Δ D
反应方程式进行加减运算时 H 也同样要进行加减运 答案 D
② ,Δ
快充环保低毒电池 复旦大学研究人员设计出一种可快速充电的概念性环保低毒电池,将
来有望应用于风力与太阳能发电等能量储存及智能电网峰谷调荷等方面。 该电池正极是含有碘离子的中
性水溶液,负极为固体有机聚合物聚酰亚胺电极,电解液为含有锂离子或钠离子的中性水溶液。 和现有电
池相比,该电池对环境的危害更小。 由于传统可充电电池正负极都是固体,传统液流电池正负极都是液态
溶液,因此这是一种介于传统可充电电池和传统液流电池之间的新型电池体系。
X+YZ →[ X…Y…Z] → XY+Z
反应物 过渡态 产物
过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型
,
物质转化历程与能量图像 过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能 反应的
。
基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应 又称 历程与能量图像可以表示为
, :
为简单反应 大多数的化学反应不能一步完成 在微观上是分
。 ,
几步完成的 每一步反应都是一个基元反应
, 。
基元反应过渡态理论 有比简单碰撞理论更加鲜明的物理
,
图像 理论的重要部分是反应系统的势能面 刻画了反应所引起
, ,
的能量变化 指出了反应经历的可能途径 该理论认为 基元反
, 。 ,
应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态 这个 物质转化历程与能量图像常见类型有以下三种
, :
状态称为过渡态
。
44 5年高考3年模拟 A版 高考化学
一、直线图式 的转化等知识点 考查信息转化 应用能力及计算能力 体现证
, 、 ,
例1 (2015北京理综,9,6分)最新报道 科学家首次用 据推理与模型认知的学科核心素养
: 。
射线激光技术观察到 与 在催化剂表面形成化学键的过 解析 项,过程 中每消耗 生成 ,
X CO O A Ⅰ 232 g Fe3O4 0.5 mol O2
程 反应过程的示意图如下 转移 电子。 项,根据盖斯定律,由(总反应 过程
。 : 2 mol B ×1/2- Ⅰ×
)得过程 的热化学方程式: ( ) ( ) ( )
1/2 Ⅱ 3FeO s +H2O l H2 g +
( ) H [ ( ) ]
Fe3O4 s Δ = +571.0 kJ/mol×1/2- +313.2 kJ/mol ×1/2 =
。 项,过程 和过程 都是吸热反应,不存在化
+128.9 kJ/mol C Ⅰ Ⅱ
学能 热能; 项,铁氧化合物循环分解水制 具有成本低的
→ D H2
下列说法正确的是 优点,氢气和氧气分步生成,具有产物易分离的优点。
( )
和 生成 是吸热反应 答案 C
A.CO O CO2
在该过程中 断键形成 和
B. ,CO C O 三、能垒图式
和 生成了具有极性共价键的
C.CO O CO2 例3 (2018海南单科,12,4分) 双选 炭黑是雾霾中
状态 状态 表示 与 反应的过程 ( )
D. Ⅰ→ Ⅲ CO O2
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
命题分析 本题将微观 抽象的化学变化具体化为可视的 , , 。
、 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
示意图 需要考生整合题干和图像信息 回答相关问题 。
, , 。 二氧化硫 下列说法正确的是
解析 项, 和 生成 是放热反应; 项,观察反应 。 ( )
A CO O CO2 B
过程的示意图知,该过程中, 中的化学键没有断裂形成 和
CO C
; 项, 和 生成的 分子中含有极性共价键; 项,状态
O C CO O CO2 D
状态 表示 与 反应的过程。
Ⅰ→ Ⅲ CO O
答案 C
二、循环图式
例2 已知 H
:2H2O(l) 2H2(g) +O2(g) Δ =
以太阳能为热源分解 经热化学铁氧化合 每活化一个氧分子吸收 的能量
+571.0 kJ/mol。 Fe3O4, A. 0.29 eV
物循环分解水制 的过程如下 水可使氧分子活化反应的活化能降低
H2 : B. 0.42 eV
氧分子的活化是 的断裂与 键的生成过程
C. O—O C—O
炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
D.
命题分析 本题创设学术探索情境 考查催化剂参与的反
,
应历程和能量图像分析等知识 体现了证据推理与模型认知的
,
核心素养 突出了对基础性 创新性的考查要求
, 、 。
过程 H 解析 由图可知,每活化一个氧分子要放出 的能量,
Ⅰ:2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) Δ =+313.2kJ/mol 0.29 eV
过程
Ⅱ:…… 不正确。 活化能是指反应过程中的最大能垒,图中在无水情
下列说法不正确的是 A
( ) 况下,活化能为 ;有水情况下,活化能为 ,两者之
过程 中每消耗 转移 电子 0.75 eV 0.57 eV
A.
过程
Ⅰ
热化学方
2
程
32
式
g
为
Fe3O4 2 mol 间的差值为
0.18 eV
,
B
错误;从图中小球的变化来看,起始氧原
B. Ⅱ 3FeO(s)+H2O(l) H2(g)+ 子是相连的,最终氧原子是分开的,且氧原子与碳原子相连,即
H
Fe3O4(s
过
)
程
Δ =+
中
128
能
.9
量
k
转
J/m
化
ol
的形式依次是太阳能 化学能
经历了
O
—
O
键的断裂和
C
—
O
键的生成过程,
C
正确;炭黑与
C. Ⅰ、Ⅱ → → 氧气生成活化氧,活化氧与二氧化硫反应转化为三氧化硫和炭
热能
黑,故炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂,
铁氧化合物循环分解水制 具有成本低 产物易分离等 D
D. H2 、 正确。
优点
答案 CD
命题分析 本题涉及氧化还原反应 盖斯定律的应用 能量
、 、
未来的飞机以煤的衍生物为燃料 目前飞机使用的燃料以石油为基础,引擎工作温度必须
控制在 以下。 飞行速度加快,引擎周围温度随之上升,燃料将变得不稳定。 若在引擎和输油管中形
300℃
成固体沉淀,有可能引发灾难性后果。 美国科学家用煤的衍生物作燃料克服了这一障碍。 煤的衍生物与
煤具有相同的环状烃结构,在高温下比石油衍生物的直链烃结构更加稳定。 当模拟引擎的温度高达
时,煤基燃料状态仍能保持正常。
800℃