第33講　化學能與熱能
1.知道常見的吸熱反應和放熱反應，了解反應熱、焓變的概念以及反應熱產(chǎn)生的原因。2.了解熱化學方程式的含義，能正確書寫熱化學方程式。3.了解燃燒熱的含義和中和反應反應熱的測定原理。4.了解蓋斯定律及其簡單應用，能進行反應焓變的簡單計算。
考點一　反應熱　焓變?1.反應熱與焓變(1)反應熱：在等溫條件下，化學反應體系____________或____________的熱量。(2)焓變①焓(H)：與內能有關的物理量。②焓變(ΔH)：ΔH＝H(生成物)－H(反應物)，單位為___________________。③焓變與反應熱的關系：等壓條件下的反應熱等于反應的焓變，常用________表示反應熱，常用單位是__________________。
kJ·ml－1(或kJ/ml)
2.吸熱反應與放熱反應(1)從焓(或能量)的高低角度理解。?物質能量變化與焓變的關系：ΔH＝E(生成物的總能量)－E(反應物的總能量)。
(2)從化學鍵角度理解。?利用鍵能計算焓變(ΔH)：ΔH＝反應物鍵能之和－生成物鍵能之和。
(3)從常見反應類型的角度。
3.熱化學方程式(1)意義：表明了化學反應中的__________變化和________變化。例如，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·ml－1，表示在25℃和101 kPa下，_____________________________________________________________ __________________________。
2 ml氣態(tài)H2與1 ml氣態(tài)O2反應生成2 ml液態(tài)H2O時，放出571.6 kJ的熱量
(2)書寫。①熱化學方程式中必須注明反應物和生成物的_____________[固體(s)、液體(l)、氣體(g)、水溶液(aq)]，若為同素異形體，則還要注明名稱。②熱化學方程式要注明反應時的溫度和壓強。如不注明，即表示在25 ℃和101 kPa下測定。③熱化學方程式中各物質前的化學計量數(shù)可以是________，也可以是________。當化學計量數(shù)改變時，其ΔH也____________的改變。④要注明ΔH的符號(“＋”代表________，“－”代表________)以及單位(____________)。
[易錯秒判](1)氫氧化鈉固體溶于水放出大量的熱，故該過程是放熱反應(　　)(2)放熱反應不需要加熱就能進行，吸熱反應不加熱就不能進行(　　)(3)可逆反應的ΔH表示完全反應時的熱量變化，與反應是否可逆無關(　　)(4)吸熱反應中，反應物化學鍵斷裂吸收的總能量高于生成物化學鍵形成放出的總能量(　　)(5)活化能越大，表明化學反應吸收的能量越多(　　)(6)同溫同壓下，反應H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和點燃條件下的ΔH相同(　　)答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)√
一、能量—反應歷程圖示分析1.科學家用X射線激光技術觀察到CO與O在催化劑表面形成化學鍵的過程。反應過程的示意圖如下。
回答下列問題：(1)從狀態(tài)Ⅰ到狀態(tài)Ⅲ為____________(填“吸熱”或“放熱”)反應。(2)從狀態(tài)Ⅰ到狀態(tài)Ⅱ需要______________(填“吸收”或“釋放”)能量，CO分子__________(填“需要”或“不需要”)斷鍵形成C和O。(3)從狀態(tài)Ⅱ到狀態(tài)Ⅲ形成的化學鍵是_______________________________。(4)將相同物質的量的CO轉化為CO2，CO與O反應比CO與O2反應放出的熱量________(填“多”或“少”)，可能的原因是__________________。(5)由該反應過程可知，在化學反應中，舊化學鍵__________(填“一定”或“不一定”)完全斷裂，但一定有新化學鍵的__________。
答案：(1)放熱　(2)吸收　不需要　(3)碳氧雙鍵(或C===O)　(4)多　CO與O2反應生成CO2需要先吸收能量斷裂O2分子中的共價鍵　(5)不一定　形成
2.(1)我國學者結合實驗與計算機模擬結果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程，如下圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用*標注。
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：___________________。
解析：觀察始態(tài)物質與終態(tài)物質的相對能量可知，終態(tài)物質的相對能量低于始態(tài)物質的相對能量，說明該反應是放熱反應，ΔH小于0。過渡態(tài)物質的相對能量與其對應始態(tài)物質的相對能量相差越大，活化能越大，由題圖可知，最大活化能E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，該步始態(tài)物質為COOH*＋H*＋H2O*，產(chǎn)物為COOH*＋2H*＋OH*。答案：小于　2.02　COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*)
(2)(2022·新高考廣東卷)鉻及其化合物在催化、金屬防腐等方面具有重要應用。 Cr2O3催化丙烷脫氫過程中，部分反應歷程如下圖，X(g)―→Y(g)過程的焓變?yōu)開_______________________________________(列式表示)。
解析：由題圖可知，Y(g)的能量比X(g)的高，X(g)轉化為Y(g)的反應為吸熱反應，焓變?yōu)檎?，反應共?jīng)歷三個過程，均 為吸熱過程，第一個過程的焓變?yōu)?E1－E2)，第二個過程的焓變?yōu)棣，第三個過程的焓變?yōu)?E3－E4)，根據(jù)蓋斯定律，將三個過程的焓變相加即為X(g)轉化為Y(g)過程的焓變。答案：(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)
二、反應熱與鍵能的相關計算3.幾種化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)見下表(亞硝酰氯的結構式為Cl—N===O)：??則反應2NO(g)＋Cl2(g)===2ClNO(g)的ΔH＝________kJ·ml－1(用含a的代數(shù)式表示)。答案：289－2a
(2)根據(jù)下圖中的能量關系，可求得C—H的鍵能為__________。
解析：C(s)===C(g)　ΔH1＝＋717 kJ·ml－1，2H2(g)===4H(g)　ΔH2＝＋864 kJ·ml－1，C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH3＝－75 kJ·ml－1。根據(jù)ΔH＝反應物總鍵能－生成物總鍵能可得，－75 kJ·ml－1＝(＋717 kJ·ml－1)＋(＋864 kJ·ml－1)－4E(C—H)，解得E(C—H)＝414 kJ·ml－1。答案：414 kJ·ml－1
[歸納總結]熟記常見1 ml物質中的化學鍵數(shù)目
三、熱化學方程式的書寫5.依據(jù)事實，寫出下列反應的熱化學方程式。(1)合成氨反應常使用鐵觸媒提高反應速率。下圖為有、無鐵觸媒時，反應的能量變化示意圖。寫出該反應的熱化學方程式：_____________________。從能量角度分析，鐵觸媒的作用是__________________________________。
(2)已知25 ℃、101 kPa時，1 ml 葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l)，放出2 804 kJ熱量，寫出25 ℃、101 kPa時，CO2(g)與H2O(l)經(jīng)光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的熱化學方程式：___________。(3)SiH4是一種無色氣體，遇到空氣能發(fā)生爆炸性自燃，生成SiO2和液態(tài)H2O。已知室溫下2 g SiH4自燃放出熱量89.2 kJ。SiH4自燃的熱化學方程式為_________________________________________________________。(4)NaBH4(s)與H2O(l)反應生成NaBO2(s)和H2(g)，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放熱21.6 kJ，該反應的熱化學方程式為________________________________________________________________。
答案：(1)N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)　ΔH＝－(a－b) kJ·ml－1　降低反應的活化能(2)6CO2(g)＋6H2O(l)===C6H12O6(s)＋6O2(g)　ΔH＝＋2 804 kJ·ml－1(3)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－1 427.2 kJ·ml－1(4)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g)　ΔH＝－216 kJ·ml－1
考點二　中和反應反應熱　燃燒熱　能源?1.中和反應反應熱及其測定(1)中和反應反應熱。在稀溶液中，強酸和強堿發(fā)生中和反應生成 ________________時所放出的熱量。
1 ml H2O(l)
(3)測定裝置(4)實驗步驟①絕熱裝置組裝→②量取一定體積酸、堿稀溶液→③測反應前酸、堿液溫度→④混合酸、堿液測反應時最高溫度→⑤重復2～3次實驗→⑥求平均溫度差(t終－t始)→⑦計算中和反應反應熱ΔH。
(5)注意事項①隔熱層及杯蓋的作用是保溫、隔熱，減少熱量損失。②為保證酸、堿完全中和，常采用堿稍過量(0.50 ml·L－1 鹽酸、0.55 ml·L－1 NaOH溶液等體積混合)。③實驗時不能用銅絲攪拌器代替玻璃攪拌器，理由是銅絲導熱性好，比用玻璃攪拌器誤差大。
2.燃燒熱(1)燃燒熱①概念：在101 kPa時，________ ml純物質______________生成指定產(chǎn)物時所放出的熱量，單位是kJ/ml。②意義：衡量燃料燃燒時放出熱量的多少。(2)對“完全燃燒”的理解
[易錯秒判](1)沼氣和天然氣的主要成分相同，都屬于可再生能源(　　)(2)在測定中和反應反應熱的實驗中，可用金屬攪拌器代替玻璃攪拌器(　　)(3)開發(fā)利用各種新能源，減少對化石燃料的依賴，可以降低空氣中PM2.5的含量(　　)(4)在測定中和反應反應熱的實驗中，應把NaOH溶液分多次倒入(　　)(5)根據(jù)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571 kJ·ml－1可知，氫氣的燃燒熱ΔH為 －571 kJ·ml－1(　　)(6)根據(jù)H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·ml－1可知，H2S溶液與 Ba(OH)2反應的ΔH＝2×(－57.3) kJ·ml－1(　　)答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×
解析：所給熱化學方程式中有兩處錯誤，一是中和反應反應熱指的是反應生成1 ml H2O(l)時所放出的熱量，二是當有BaSO4沉淀生成時，反應放出的熱量會增加，即該反應生成1 ml H2O(l)時放出的熱量大于57.3 kJ，A項錯誤；燃燒熱指的是在101 kPa時，1 ml 純物質完全燃燒生成指定產(chǎn)物時所放出的熱量，產(chǎn)物中的水應為液態(tài)，C項錯誤；2 ml辛烷完全燃燒生成CO2(g) 和H2O(l)，放出的熱量為 11 036 kJ，且辛烷應為液態(tài)，D項錯誤。
2.已知在25 ℃、101 kPa下，C2H2(g)、甲醇(l)的燃燒熱ΔH分別為－1 299.5 kJ·ml－1、－727 kJ·ml－1，則表示C2H2(g)、甲醇(l)燃燒熱的熱化學方程式分別為______________________________、___________________________。答案：C2H2(g)＋2.5O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－1 299.5 kJ·ml－1CH3OH(l)＋1.5O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－727 kJ·ml－1
二、中和反應反應熱的測定3.利用如圖所示裝置測定中和反應反應熱的實驗步驟如下。①用量筒量取50 mL 0.50 ml·L－1鹽酸倒入小燒杯中，測出鹽酸溫度；②用另一量筒量取50 mL 0.55 ml·L－1 NaOH溶液，并用同一溫度計測出其溫度；③將NaOH溶液倒入小燒杯中，設法使之混合均勻，測得混合液的最高溫度。
回答下列問題。(1)NaOH溶液稍過量的原因是__________________________________。(2)倒入NaOH溶液的正確操作是________(填字母，下同)。A．沿玻璃棒緩慢倒入B．分三次倒入C．一次迅速倒入(3)使鹽酸與NaOH溶液混合均勻的正確操作是________。A．用溫度計小心攪拌B．揭開杯蓋用玻璃棒攪拌C．輕輕地振蕩燒杯D．用套在溫度計上的玻璃攪拌器輕輕地攪動
(4)現(xiàn)將一定量的稀氫氧化鈉溶液、稀氫氧化鈣溶液、稀氨水分別和1 L 1 ml·L－1的稀鹽酸恰好完全反應，其反應熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3，三者的大小關系為_____________________________________________________。
(5)假設鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是1 g·cm－3，又知中和反應后生成溶液的比熱容c＝4.18 J·g－1·℃－1。為了計算中和反應反應熱，某學生實驗記錄數(shù)據(jù)如下。????依據(jù)該學生的實驗數(shù)據(jù)計算，該實驗測得的中和反應反應熱ΔH＝________________(結果保留一位小數(shù))。
答案：(1)確保鹽酸被完全中和(2)C(3)D(4)ΔH1＝ΔH2＜ΔH3(5)－51.8 kJ·ml－1
考點三　蓋斯定律　反應熱的相關計算與比較?1.蓋斯定律(1)內容：一個化學反應，不管是一步完成的還是分幾步完成的，其反應熱是相同的。即在一定條件下，化學反應的反應熱只與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關。(2)意義：間接計算某些反應的反應熱。
一、蓋斯定律的應用1.(2024·茂名高三開學考試)以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.5 kJ·ml－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)?CH3OH(g)　ΔH2＝－90.4 kJ·ml－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)　ΔH3經(jīng)計算ΔH3＝________kJ·ml－1。
解析：分析三個熱化學方程式，根據(jù)蓋斯定律可得，反應Ⅲ＝反應Ⅰ－反應Ⅱ，ΔH3＝ΔH1 －ΔH2＝(－49.5 kJ·ml－1)－(－90.4 kJ·ml－1)＝＋40.9 kJ·ml－1。答案：＋40.9
答案：2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)　ΔH＝－351 kJ·ml－1
3.大氣中的二氧化碳主要來自煤、石油及其他含碳化合物的燃燒。已知25 ℃時，相關物質的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表。??25 ℃時H2(g)和C(石墨，s)反應生成C6H6(l)的熱化學方程式為__________。
答案：3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)　ΔH＝＋49.1 kJ·ml－1
[思維建模]利用蓋斯定律計算反應熱的“四步驟”
5.室溫下，將1 ml CuSO4·5H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低，熱效應為ΔH1，將1 ml CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高，熱效應為ΔH2；CuSO4·5H2O受熱分解的化學方程式為 CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l)，熱效應為ΔH3。下列判斷正確的是(　　)A．ΔH2＞ΔH3B．ΔH1＜ΔH3C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2D．ΔH1＋ΔH2＞ΔH3
ΔH1＞0，ΔH2＜0，ΔH3＝ΔH1－ΔH2，則ΔH1＜ΔH3，B正確；ΔH3＝ΔH1－ΔH2，C錯誤；ΔH1＞0，ΔH2＜0，ΔH1

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