
第一單元 化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)
[考點(diǎn)分布]
知識內(nèi)容
考試
要求
2016年
2017年
2018年
2019年
2020年
4月
10月
4月
11月
4月
11月
4月
1月
(1)化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的主要形式
b
T11
(2)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)
a
T11
T30(1)
T9、T30(2)
T19、T22
(3)從化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量變化理解反應(yīng)中的熱效應(yīng)
b
T19
T19
T19
T30(一)(3)
T21
T22、T29(2)
(4)化學(xué)鍵的斷裂和形成與反應(yīng)中能量變化的關(guān)系
c
T11
T19
T19
T21
T23
(5)熱化學(xué)方程式的書寫
b
T19、T30(2)
T19、T30(1)
T20
(6)利用熱化學(xué)方程式進(jìn)行的簡單計(jì)算
c
T12、T30(2)
T30(1)
(7)合理利用化石燃料,提高燃料燃燒效率的方法
a
T11
T10
(8)太陽能開發(fā)利用的途徑和方式
a
(9)生物質(zhì)能的利用途徑
a
T10
(10)氫能的優(yōu)點(diǎn)、開發(fā)與利用,了解化石燃料的不可再生性及其給環(huán)境帶來的問題
a
T11
T9
T6
T5
T8
(11)反應(yīng)熱
a
T12
T22
(12)焓變的涵義
a
T12
T22
(13)焓變與鍵能的關(guān)系
c
T19
T21
T23
(14)中和熱的測定
b
(15)標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的概念
a
T30(2)
(16)熱值的概念
a
(17)蓋斯定律及其簡單計(jì)算
b
T30(2)
T30(2)
T30(1)
T19
T21
T23
焓變與反應(yīng)熱
1.吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)
(1)從反應(yīng)物和生成物的總能量相對大小的角度分析,如圖所示。
(2)記憶常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)
放熱反應(yīng):①可燃物的燃燒;②酸堿中和反應(yīng);③大多數(shù)化合反應(yīng);④金屬跟酸的置換反應(yīng);⑤物質(zhì)的緩慢氧化等。
吸熱反應(yīng):①大多數(shù)分解反應(yīng);②鹽的水解;③Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應(yīng);④碳和水蒸氣、C和CO2的反應(yīng)等。
2.焓變、反應(yīng)熱
(1)定義:在恒溫、恒壓條件下進(jìn)行的反應(yīng)的熱效應(yīng)。
(2)符號:ΔH。
(3)單位:kJ·mol-1或kJ/mol。
3.從反應(yīng)熱的量化參數(shù)——鍵能的角度分析
題組一化學(xué)反應(yīng)中的能量變化
1.(2020·浙江1月選考,T22)在一定溫度下,某反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)平衡,其反應(yīng)過程對應(yīng)的能量變化如圖。下列說法正確的是( )
A.Ea為逆反應(yīng)活化能,E′a為正反應(yīng)活化能
B.該反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH=E′a-Ea
C.所有活化分子的平均能量高于或等于所有分子的平均能量
D.溫度升高,逆反應(yīng)速率加快幅度大于正反應(yīng)加快幅度,使平衡逆移
答案:D
2.(2020·浙江“七彩陽光”聯(lián)盟期初聯(lián)考)下列反應(yīng)中生成物的總能量大于反應(yīng)物總能量的非氧化還原反應(yīng)是( )
A.鋁熱反應(yīng)
B.碳酸鈣分解
C.氫氧化鈉和鹽酸反應(yīng)
D.焦炭在高溫下與水蒸氣反應(yīng)
解析:選B。由題意可知,該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),且為非氧化還原反應(yīng),故B項(xiàng)符合題意。
題組二鍵能與反應(yīng)熱
3.已知1 g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出熱量143 kJ,18 g 水蒸氣變成液態(tài)水放出44 kJ的熱量。其他相關(guān)數(shù)據(jù)如下表:
O===O
H—H
H—O
1 mol化學(xué)鍵斷裂
時(shí)需要吸收的能量/kJ
496
x
463
則表中x為( )
A.920 B.557
C.436 D.188
解析:選C。根據(jù)題意,可得熱化學(xué)方程式為2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-572 kJ·mol-1;而18 g水蒸氣變成液態(tài)水時(shí)放出44 kJ熱量,則2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-484 kJ·mol-1,即-484 kJ=2x kJ+496 kJ-4×463 kJ,解得x=436。
4.(2017·浙江4月選考,T19)已知斷裂1 mol H2(g)中的H—H鍵需要吸收436.4 kJ的能量,斷裂1 mol O2(g)中的共價(jià)鍵需要吸收498 kJ的能量,生成H2O(g)中的1 mol H—O鍵能放出462.8 kJ的能量。下列說法正確的是( )
A.?dāng)嗔? mol H2O中的化學(xué)鍵需要吸收925.6 kJ的能量
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)
ΔH=-480.4 kJ·mol-1
C.2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)
ΔH=471.6 kJ·mol-1
D.H2(g)+O2(g)===H2O(l)
ΔH=-240.2 kJ·mol-1
答案:B
5.反應(yīng)N2(g)+O2(g)===2NO(g)的能量變化如圖所示。已知:斷開1 mol N2(g)中化學(xué)鍵需吸收946 kJ能量,斷開1 mol O2(g)中化學(xué)鍵需吸收498 kJ能量。下列說法正確的是( )
A.N2(g)+O2(g)===2NO(g)ΔH=-180 kJ·mol-1
B.NO(g)===N2(g)+O2(g) ΔH=90 kJ·mol-1
C.?dāng)嚅_1 mol NO(g)中化學(xué)鍵需吸收632 kJ能量
D.形成1 mol NO(g)中化學(xué)鍵可釋放90 kJ能量
答案:C
熟記反應(yīng)熱ΔH的基本計(jì)算公式
ΔH=生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量。
ΔH=反應(yīng)物的總鍵能之和-生成物的總鍵能之和。
熱化學(xué)方程式
1.熱化學(xué)方程式的概念
表示參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的物質(zhì)的量和反應(yīng)熱的關(guān)系的化學(xué)方程式。
2.熱化學(xué)方程式的意義
表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化和能量變化,如2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1表示25 ℃、101 kPa時(shí),2__mol氫氣和1__mol氧氣反應(yīng)生成2__mol 液態(tài)水時(shí)放出 571.6__kJ的熱量。
3.熱化學(xué)方程式的書寫
(1)注明反應(yīng)條件
反應(yīng)熱與測定條件(溫度、壓強(qiáng)等)有關(guān)。絕大多數(shù)反應(yīng)是在25 ℃、101 kPa下進(jìn)行的,可不注明。
(2)注明物質(zhì)狀態(tài)
物質(zhì)所處的狀態(tài)不同,ΔH值不同。常用s、l、g、aq分別表示固體、液體、氣體、溶液。
(3)注意符號單位
ΔH應(yīng)包括符號[放熱反應(yīng)為“-”,吸熱反應(yīng)為“+”(可省略)]、數(shù)字和單位(kJ/mol)。
(4)注意熱化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)
熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)化學(xué)式前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)僅表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量,可以是整數(shù),也可以是分?jǐn)?shù),且化學(xué)計(jì)量數(shù)必須與ΔH相對應(yīng),如果化學(xué)計(jì)量數(shù)加倍,則ΔH也要加倍。
(5)與普通化學(xué)方程式的區(qū)別
一般不標(biāo)注“↑”“↓”以及反應(yīng)條件,如“點(diǎn)燃”“加熱”等。
題組一熱化學(xué)方程式的正誤判斷
1.(2020·嘉興月考)已知1 mol CH4氣體完全燃燒生成氣態(tài)CO2和液態(tài)H2O,放出890.3 kJ熱量,則表示該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式正確的是( )
A.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=890.3 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=890.3 kJ·mol-1
D.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-890.3 kJ·mol-1
答案:B
2.(2020·杭州二中選考模擬)在25 ℃、101 kPa下,1 g甲醇[CH3OH(l)]燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放熱22.68 kJ,下列熱化學(xué)方程式正確的是( )
A.CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH =725.8 kJ·mol-1
B.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-1 452 kJ·mol-1
C.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH =-725.8 kJ·mol-1
D.2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O
ΔH =-1 452 kJ·mol-1
解析:選B。因甲醇燃燒為放熱反應(yīng),ΔH<0,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;熱化學(xué)方程式中必須標(biāo)明各物質(zhì)的狀態(tài),故D項(xiàng)錯(cuò)誤;1 mol甲醇的質(zhì)量為32 g,由1 g甲醇燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放熱22.68 kJ,可得1 mol甲醇燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放熱22.68 kJ×32≈725.8 kJ。故只有B項(xiàng)正確。
判斷熱化學(xué)方程式正誤可用的“五看”法
(1)看方程式是否配平;
(2)看各物質(zhì)的聚集狀態(tài)是否正確;
(3)看ΔH變化的“+”“-”是否正確(“+”號可省略);
(4)看反應(yīng)熱的單位是否為kJ·mol-1;
(5)看反應(yīng)熱的數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)是否相對應(yīng)。
題組二依據(jù)能量圖像書寫熱化學(xué)方程式
3.(2016·浙江10月選考,T19)根據(jù)能量變化示意圖,下列熱化學(xué)方程式正確的是( )
A.N2(g)+3H2(g)===2NH3(g)
ΔH=-(b-a) kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)===2NH3(g)
ΔH=-(a-b) kJ·mol-1
C.2NH3(l)===N2(g)+3H2(g)
ΔH=2(a+b-c) kJ·mol-1
D.2NH3(l)===N2(g)+3H2(g)
ΔH=2(b+c-a) kJ·mol-1
答案:D
4.氧化亞銅是一種重要的工業(yè)原料。已知1 g C(s)燃燒生成一氧化碳放出9.2 kJ的熱量,氧化亞銅與氧氣反應(yīng)的能量變化如圖所示。下列有關(guān)判斷正確的是( )
A.碳[C(s)]的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-110.4 kJ·mol-1
B.氧化亞銅與氧氣的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
C.氧化亞銅與氧氣反應(yīng)的活化能為292 kJ·mol-1
D.足量炭粉與CuO反應(yīng)生成Cu2O的熱化學(xué)方程式為
C(s)+2CuO(s)===Cu2O(s)+CO(g) ΔH=35.6 kJ·mol-1
解析:選D。標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱指在101 kPa下,1 mol物質(zhì)完全燃燒的反應(yīng)熱,而該題中C(s)燃燒的生成物為CO,故通過ΔH=-9.2 kJ·g-1×12 g·mol-1=-110.4 kJ·mol-1計(jì)算所得的結(jié)果不是碳[C(s)]的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱,A項(xiàng)錯(cuò)誤。由題給圖像可知,反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,該反應(yīng)放熱,B項(xiàng)錯(cuò)誤。由題給圖像可知,氧化亞銅與氧氣反應(yīng)的活化能為348 kJ·mol-1,C項(xiàng)錯(cuò)誤。根據(jù)題給信息可得熱化學(xué)方程式:2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH1=-220.8 kJ·mol-1①;根據(jù)題給圖像可得熱化學(xué)方程式:2Cu2O(s)+O2(g) ===4CuO(s) ΔH2=-292 kJ·mol-1②;足量炭粉與氧化銅反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(s)+2CuO(s) ===Cu2O(s)+CO(g) ΔH③;根據(jù)蓋斯定律,由×(①-②)可得③,則ΔH=(ΔH1-ΔH2)=35.6 kJ·mol-1,D項(xiàng)正確。
標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱、中和熱和能源
1.標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱
(1)概念:在101 kPa下,1__mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時(shí)所放出的熱量,叫作該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的單位一般用kJ·mol-1表示。
標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的限定詞有恒壓(101 kPa時(shí))、可燃物的物質(zhì)的量(1 mol)、完全燃燒、穩(wěn)定的氧化物等,其中的“完全燃燒”指物質(zhì)中下列元素完全轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的氧化物:C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g)等。
(2)表示的意義:如C的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為393.5 kJ·mol-1,表示在101 kPa時(shí),1 mol C完全燃燒放出393.5 kJ的熱量。
(3)書寫熱化學(xué)方程式:標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱是以1 mol物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量來定義的,因此在書寫它的熱化學(xué)方程式時(shí),應(yīng)以燃燒1 mol物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)來配平其余物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。例如:C8H18(l)+O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 518 kJ·mol-1,即C8H18的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為5 518 kJ·mol-1。
2.熱值的概念
1__g物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量叫作該物質(zhì)的熱值。
3.中和熱測定
(1)概念:在稀溶液中,強(qiáng)酸跟強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1__mol__液態(tài)H2O時(shí)的反應(yīng)熱叫中和熱。
(2)注意幾個(gè)限定詞:①稀溶液;②產(chǎn)物是1 mol液態(tài)H2O;③用離子方程式可表示為OH-(aq)+H+(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。
(3)中和熱的測定
①測定原理
ΔH=
c=4.18 J·g-1·℃-1=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1;n為生成H2O的物質(zhì)的量。
②裝置如圖(在橫線上填出儀器的名稱)
4.合理利用化石燃料,提高燃料燃燒效率的方法
(1)化石燃料主要包括煤、石油、天然氣。
(2)可燃物燃燒的條件是與O2接觸、溫度達(dá)到其著火點(diǎn)。
(3)充分燃燒的必要條件是O2要充足,與O2的接觸面積要大。
(4)不充分燃燒則產(chǎn)熱少,浪費(fèi)資源,污染環(huán)境。
(5)調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),降低燃煤在能源結(jié)構(gòu)中的比率,節(jié)約油氣資源,加強(qiáng)科技投入,加快開發(fā)水電、核電和新能源等就顯得尤為重要和迫切。
(6)最有希望的新能源是太陽能、風(fēng)能、氫能和燃料電池等。這些新能源的特點(diǎn)是資源豐富,且有些可以再生,對環(huán)境沒有污染或污染少。
題組一標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱
1.一些烷烴的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱如下表:
化合物
標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱/
(kJ·mol-1)
化合物
標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱/
(kJ·mol-1)
甲烷
890.3
正丁烷
2 878.0
乙烷
1 560.8
異丁烷
2 869.6
丙烷
2 221.5
2-甲基丁烷
3 531.3
下列表達(dá)正確的是( )
A.乙烷燃燒的熱化學(xué)方程式為2C2H6(g)+7O2(g)===4CO2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 560.8 kJ·mol-1
B.穩(wěn)定性:正丁烷>異丁烷
C.正戊烷的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱大于 3 531.3 kJ·mol-1
D.相同質(zhì)量的烷烴,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,燃燒放出的熱量越多
解析:選C。乙烷的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為1 560.8 kJ·mol-1,指1 mol C2H6(g)完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l)放出 1 560.8 kJ的熱量,乙烷燃燒的熱化學(xué)方程式為C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 560.8 kJ·mol-1,A項(xiàng)錯(cuò)誤;正丁烷和異丁烷互為同分異構(gòu)體,1 mol正丁烷和異丁烷完全燃燒都生成4 mol CO2(g)和5 mol H2O(l),正丁烷的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱>異丁烷的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱,則正丁烷具有的能量>異丁烷具有的能量,根據(jù)能量越低越穩(wěn)定可知,穩(wěn)定性:正丁烷異丁烷的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱可知,互為同分異構(gòu)體的化合物支鏈多的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱小,則正戊烷的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱>2-甲基丁烷的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱,即正戊烷的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱大于 3 531.3 kJ·mol-1,C項(xiàng)正確;隨著碳原子數(shù)的增多,烷烴含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大,1 g CH4、C2H6、C3H8完全燃燒放出的熱量依次為55.64 kJ( kJ≈55.64 kJ)、52.03 kJ( kJ≈52.03 kJ)、50.49 kJ( kJ≈50.49 kJ),可見相同質(zhì)量的烷烴,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,燃燒放出的熱量越少,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
題組二中和熱測定誤差分析和數(shù)據(jù)處理
2.中和熱是在稀溶液中,強(qiáng)酸、強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol 水時(shí)放出的熱量,中和熱為57.3 kJ/mol。下列熱化學(xué)方程式中正確的是( )
A.HNO3(aq)+KOH(aq)===H2O(l)+KNO3(aq) ΔH>-57.3 kJ/mol
B.HNO3(aq)+NH3·H2O(aq)===H2O(l)+NH4NO3(aq) ΔH<-57.3 kJ/mol
C.CH3COOH(aq)+KOH(aq)===H2O(l)+CH3COOK(aq) ΔH<-57.3 kJ/mol
D.CH3COOH(aq)+NH3·H2O(aq)===H2O(l)+CH3COONH4(aq) ΔH>-57.3 kJ/mol
解析:選D。 A中HNO3為強(qiáng)酸,KOH為強(qiáng)堿,ΔH=-57.3 kJ/mol;B中NH3·H2O為弱堿,ΔH>-57.3 kJ/mol;C中CH3COOH為弱酸,ΔH>-57.3 kJ/mol;D中是弱酸與弱堿反應(yīng),ΔH>-57.3 kJ/mol。
3.利用如圖所示裝置測定中和熱的實(shí)驗(yàn)步驟如下:
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·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 mol·L-1NaOH溶液,并用同一溫度計(jì)測出其溫度;③將NaOH溶液倒入小燒杯中,設(shè)法使之混合均勻,測得混合液最高溫度?;卮鹣铝袉栴}:
(1)使鹽酸與NaOH溶液混合均勻的正確操作是______。
A.用溫度計(jì)小心攪拌
B.揭開硬紙片用玻璃棒攪拌
C.輕輕地振蕩燒杯
D.用套在溫度計(jì)上的環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕地?cái)噭?br />
(2)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 mol·L-1的稀鹽酸恰好完全反應(yīng),其反應(yīng)熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3,則ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小關(guān)系為____________。
(3)假設(shè)鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反應(yīng)后生成溶液的比熱容c=4.18 J·g-1·℃-1。為了計(jì)算中和熱,某學(xué)生實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如下:
實(shí)驗(yàn)
序號
起始溫度t1/℃
終止溫度t2/℃
鹽酸
氫氧化鈉溶液
混合溶液
1
20.0
20.1
23.2
2
20.2
20.4
23.4
3
20.5
20.6
23.6
依據(jù)該學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算,該實(shí)驗(yàn)測得的中和熱ΔH=________________(結(jié)果保留一位小數(shù))。
解析:(1)使鹽酸與NaOH溶液混合均勻的正確操作:用套在溫度計(jì)上的環(huán)形玻璃攪拌棒上下輕輕地?cái)噭印?br />
(2)稀氫氧化鈉溶液和稀氫氧化鈣溶液中溶質(zhì)都完全電離,它們的中和熱相同,稀氨水中的溶質(zhì)是弱電解質(zhì),它與鹽酸的反應(yīng)中一水合氨的電離要吸收熱量,故反應(yīng)熱的數(shù)值要小一些(注意中和熱與ΔH的關(guān)系)。
(3)取三次實(shí)驗(yàn)的平均值代入公式計(jì)算即可。
答案:(1)D (2)ΔH1=ΔH2
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