?一對一學科教師輔導講義
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專題十　化學能與熱能

【學習目標】：
重點、難點：
[儲知識·要點回扣]

【學習內(nèi)容】：
知識網(wǎng)絡(luò)詳解：
■思維深化——做一做
1．正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)
　　
如圖表示燃料燃燒反應(yīng)的能量變化。(　　)
(2)在CO2中，Mg燃燒生成MgO和C。該反應(yīng)中化學能全部轉(zhuǎn)化為熱能。(　　)
(3)催化劑能降低反應(yīng)的活化能。(　　)
(4)同溫同壓下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和點燃條件下的ΔH不同。(　　)

2．正確理解反應(yīng)過程、能量圖像

(1)E1：舊鍵斷裂吸收的能量或稱為正反應(yīng)的____________。
(2)E2：新鍵形成放出的能量或稱為逆反應(yīng)的____________。
(3)ΔH＝____________，為此反應(yīng)的焓變。
(4)催化劑的作用：降低____________，但不影響________，反應(yīng)放熱還是吸熱取決于________和________能量的高低。

3．2 mol H2SO4稀溶液和2 mol NaOH稀溶液混合，放出114.6 kJ熱量。
(1)該反應(yīng)的中和熱ΔH＝_______________________________，
(2)表示該反應(yīng)的中和熱的熱化學方程式為______________。
(3)若用2 mol H2SO4濃溶液和2 mol NaOH濃溶液混合，放出的熱量________114.6 kJ，原因是__________________。


4．在298 K、100 kPa時，已知：
2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　ΔH1
Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g)　ΔH2
2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3
(1)ΔH3與ΔH1、ΔH2的關(guān)系是_______________________。
(2)若H2O(l)===H2O(g)　ΔH4，則氫氣的燃燒熱為______________________________________________________

[探高考·真題鑒賞]
1．(2019·高考全國卷Ⅱ)已知：(g)===(g)＋H2(g)　ΔH1＝100.3 kJ·mol－1　?、?br /> H2(g)＋I2(g)===2HI(g) ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1　　②
對于反應(yīng)：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)　③ ΔH3＝________kJ·mol－1。

2．(2019·高考全國卷Ⅲ)Deacon直接氧化法可按下列催化過程進行：
CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g)
ΔH1＝83 kJ·mol－1
CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g)　ΔH2＝－20 kJ·mol－1
CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)　 ΔH3＝－121 kJ·mol－1
則4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。


3．(2019·高考全國卷Ⅰ)我國學者結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用*標注。

可知水煤氣變換的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。該歷程中最大能壘(活化能)E正＝________eV，寫出該步驟的化學方程式_____________________________________

[研考綱·聚焦素養(yǎng)]
最新考綱
1．了解化學反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因及常見的能量轉(zhuǎn)化形式。
2．了解化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化，了解吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)、反應(yīng)熱等概念。
3．了解熱化學方程式的含義，能正確書寫熱化學方程式。
4．了解能源是人類生存和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。了解化學在解決能源危機中的重要作用。
5．了解焓變(ΔH)與反應(yīng)熱的含義。
6．理解蓋斯定律，并能用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)焓變的計算。

核心素養(yǎng)
1．變化觀念與平衡思想：認識化學反應(yīng)中的能量變化是由化學反應(yīng)中舊化學鍵斷裂和新化學鍵形成時的能量變化不同造成的，能從宏觀和微觀的不同角度分析化學反應(yīng)中的能量變化，解決熱化學的有關(guān)問題。
2．科學探究與創(chuàng)新意識：能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的燃燒熱、中和熱測定等熱化學問題，確定探究目的，設(shè)計探究方案，進行實驗探究，并能根據(jù)實際情況改進實驗裝置，面對“異常”現(xiàn)象敢于提出自己的見解。
3．科學精神與社會責任：具有可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學觀念，能合理利用常規(guī)能源，開發(fā)利用新能源和環(huán)保、清潔能源，能對與熱化學有關(guān)的社會熱點問題做出正確的價值判斷。
題型一　熱化學方程式的書寫及反應(yīng)熱的計算
[研——題型探究]
1．(1)(2019·廣東肇慶模擬節(jié)選)0.1 mol Cl2與焦炭、TiO2完全反應(yīng)，生成一種還原性氣體和一種易水解成TiO2·xH2O的液態(tài)化合物，放熱4.28 kJ，該反應(yīng)的熱化學方程式為___________________________________________________________________________________________
(2)氨氣具有還原性，例如，氨氣能與鹵素單質(zhì)發(fā)生置換反應(yīng)。已知幾種化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表所示：
化學鍵
N—H
N≡N
Br—Br
H—Br
鍵能/kJ·mol－1
391
946
194
366

請寫出氨氣與溴蒸氣反應(yīng)的熱化學方程式：____________________________________________________________________。
(3)化學反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)的能量變化如圖所示，該反應(yīng)的熱化學方程式是_________________________________。

(4)(2019·湖北沙市模擬)已知：25 ℃、101 kPa時，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s) ΔH＝－520 kJ·mol－1
S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ·mol－1
Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s) ΔH＝－1 065 kJ·mol－1
則SO2與MnO2反應(yīng)生成無水MnSO4的熱化學方程式是___________________________________________________________________________________________
(5)近期發(fā)現(xiàn)，H2S是繼NO、CO之后第三個生命體系氣體信號分子，它具有參與調(diào)節(jié)神經(jīng)信號傳遞、舒張血管減輕高血壓的功能?；卮鹣铝袉栴}：下圖是通過熱化學循環(huán)在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應(yīng)系統(tǒng)原理。

通過計算，可知系統(tǒng)(Ⅰ)和系統(tǒng)(Ⅱ)制氫的熱化學方程式分別為______________________________________________________
_____________________________________________________。

[題型建模]
熱化學方程式書寫與正誤判斷易出現(xiàn)的5種常見錯誤
(1)“＋”“－”漏寫或使用不正確。即吸熱反應(yīng)未標“＋”，放熱反應(yīng)未標“－”。
(2)單位與熱量Q單位混淆。ΔH的單位為
“kJ·mol－1(或kJ/mol)”，易錯寫成“kJ”。
(3)物質(zhì)的狀態(tài)標注不正確。s、l、g和aq分別表示固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和水溶液。
(4)ΔH的數(shù)值不正確。即ΔH的數(shù)值必須與方程式中的化學計量數(shù)相對應(yīng)。
(5)對概念的理解不正確。如燃燒熱是指1 mol可燃物，且生成CO2(g)、H2O(l)、SO2 (g)等；中和熱是指1 mol H＋和1 mol OH－生成1 mol H2O(l)。
2．(1)(2019·山東泰安模擬)用NH3可除去煙氣中氮的氧化物，主要反應(yīng)如下：
①4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－1 627.2 kJ·mol－1
②6NO(g)＋4NH3(g)5N2(g)＋6H2O(g) ΔH2＝－1 807 kJ·mol－1
③6NO2(g)＋8NH3(g)7N2(g)＋12H2O(g) ΔH3＝－2 659.9 kJ·mol－1
則N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH4＝_______________kJ·mol－1。
已知：O2、NO中的化學鍵鍵能分別為497.3 kJ·mol－1、 631.65 kJ·mol－1，則N2中的化學鍵鍵能為________。
(2)①幾種物質(zhì)的能量(kJ·mol－1)如下表所示(在標準狀態(tài)下，規(guī)定單質(zhì)的能量為0，測得其他物質(zhì)生成時放出的熱量為其具有的能量)：
物質(zhì)
CO2(g)
H2(g)
CH2=== CH2(g)
H2O(g)
能量/ (kJ·mol－1)
－394
0
52
－242

計算2CO2(g)＋6H2(g)===CH2＝CH2(g)＋4H2O(g)的ΔH，則ΔH＝________kJ·mol－1。
②乙苯催化脫氫制苯乙烯反應(yīng)：

已知：
化學鍵
C—H
C—C
C===C
H—H
鍵能/(kJ·mol－1)
412
348
612
436

計算上述反應(yīng)的ΔH＝________kJ·mol－1。
(3) 分別取100 mL 0.50 mol·L－1鹽酸與100 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液進行中和反應(yīng)。通過測定反應(yīng)過程中所放出的熱量可計算中和熱。假設(shè)鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是1 g·cm－3，中和后生成溶液的比熱容c＝4.18 J·(g·℃)－1。實驗時，測得反應(yīng)前鹽酸與NaOH溶液的平均溫度為21.5 ℃，反應(yīng)后混合溶液的溫度為24.9 ℃，則實驗測得的中和熱ΔH＝________(保留1位小數(shù))。

[練——即學即用]
1．甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇。發(fā)生的主要反應(yīng)如下：
①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1
②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2
③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3
已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：
化學鍵
H—H
C—O

H—O
C—H
E/(kJ·mol－1)
436
343
1 076
465
413
由此計算：(1)ΔH1＝________kJ·mol－1；
(2)已知ΔH2＝－58 kJ·mol－1，則ΔH3＝________kJ·mol－1。

2．(1)用NaOH溶液吸收熱電企業(yè)產(chǎn)生的廢氣時，涉及如下轉(zhuǎn)化：由下圖關(guān)系可得：ΔH4＝________。

(2)捕集處理后的CO是制取新型能源二甲醚(CH3OCH3)的原料，已知：
①CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，ΔH1＝－41.0 kJ·mol－1
②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－49.0 kJ·mol－1
③CH3OCH3(g)＋H2O(g)2CH3OH(g)　 ΔH3＝＋23.5 kJ·mol－1
則反應(yīng)2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)的ΔH＝________。
(3)目前，對碳、氮及化合物的研究備受關(guān)注。已知：
Ⅰ.2C(s)＋2NO(g)N2(g)＋2CO(g)　ΔH＝－414.8 kJ·mol－1
Ⅱ.2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1
Ⅲ.2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－759.8 kJ·mol－1
表示碳的燃燒熱的熱化學方程式為_______________________

題型二　巧用題鏈　透析反應(yīng)熱、活化能及催化劑

[研——題型探究]
[題鏈1]　將CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋206 kJ/mol。畫出反應(yīng)過程中體系的能量變化圖(進行必要的標注)。


[題鏈2]　CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋218.4 kJ·mol－1(反應(yīng)Ⅰ)
CaSO4(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO2(g) ΔH＝－175.6 kJ·mol－1(反應(yīng)Ⅱ)
假設(shè)某溫度下，反應(yīng)Ⅰ的速率(v1)大于反應(yīng)Ⅱ的速率(v2)，則下列反應(yīng)過程能量變化示意圖正確的是________。




[題鏈3]　某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1∶2.2，在相同壓強下，經(jīng)過相同反應(yīng)時間測得如下實驗數(shù)據(jù)：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－53.7 kJ·mol－1　Ⅰ
O2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　 ΔH2 Ⅱ


T(K)
催化劑
CO2轉(zhuǎn)化率(%)
甲醇選擇性(%)
543
Cat.1
12.3
42.3
543
Cat.2
10.9
72.7
553
Cat.1
15.3
39.1
553
Cat.2
12.0
71.6

備注：Cat.1：Cu/ZnO納米棒；Cat.2：Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比。
表中實驗數(shù)據(jù)表明，在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響，其原因是：_______________。

[練——即學即用]
1．N2O和CO是環(huán)境污染性氣體，可在Pt2O＋表面轉(zhuǎn)化為無害氣體，其反應(yīng)為N2O(g)＋CO(g)===CO2(g)＋N2(g)　ΔH，有關(guān)化學反應(yīng)的物質(zhì)變化過程如圖1所示，能量變化過程如圖2所示，下列說法正確的是(　　)

A．由圖1可知ΔH1＝ΔH＋ΔH2
B．加入Pt2O＋，可使反應(yīng)的焓變減小
C．為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)化需不斷補充Pt2O＋和Pt2O
D．由圖2可知正反應(yīng)的活化能小于逆反應(yīng)的活化能

2．“大象的牙膏”是著名化學實驗之一，其實驗方法是將濃縮的過氧化氫溶液與肥皂液混合，再滴加少量碘化鉀溶液，即可觀察到泡沫狀物質(zhì)像噴泉一樣噴涌而出。
已知：2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH＝－196 kJ/mol，活化能Ea＝76 kJ/mol，若用I－催化時，活化能Ea＝57 kJ/mol。
(1)在H2O2溶液中加入KI溶液作催化劑，反應(yīng)過程中發(fā)生I－與IO－之間的轉(zhuǎn)化，請依次寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：
反應(yīng)甲：________________________________；
反應(yīng)乙：_________________________________。
(2)反應(yīng)甲為吸熱反應(yīng)，且甲的反應(yīng)速率小于乙的反應(yīng)速率。在下圖中畫出向H2O2溶液中加入KI后，反應(yīng)過程的能量變化圖。


[限時規(guī)范訓練]
1．下列敘述正確的是(　　)
A．甲烷的燃燒熱為ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，則甲烷燃燒的熱化學方程式可表示為CH4(g) ＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
B．已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，則稀硫酸溶液和稀Ba(OH)2溶液反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH＝2×(－57.3)kJ·mol－1
C．Mg在CO2中燃燒生成MgO和C，該反應(yīng)中化學能全部轉(zhuǎn)化為熱能
D．常溫下，反應(yīng)C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH>0
解析：在燃燒熱的熱化學方程式中，H2O應(yīng)為液態(tài)，A錯誤；稀硫酸和稀氫氧化鋇溶液反應(yīng)生成水，還生成硫酸鋇，反應(yīng)熱ΔH0，D正確。
答案：D
2．T

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