1、专题一 化学反应与能量变化专题概述本专题内容分为三个单元。第一单元化学反应中的热效应，通过引入化学反应焓变来阐述热化学反应中热效应的表述方法热化学方程式；化学反应中热效应的定量研究化学反应热的测量与计算；研究化学反应中热效应的重要意义能源的充分利用。第二单元化学能与电能的转化，阐述化学能是如何转化为电能的原电池的工作原理；介绍典型、实用的电池化学电源；阐述电能是如何转化为化学能的电解池的工作原理及应用。第三单元金属的腐蚀与防护，阐述金属腐蚀的主要化学原理金属的电化学腐蚀；防止金属腐蚀的重要措施金属的电化学防护。本专题学习重点是定量描述化学反应的能量变化；理解化学能与电能相互转化的两种形式电解池
2、和原电池所涉及的原理；理解金属腐蚀的电化学原理及防护原理。本专题学习难点是定量描述化学反应的能量变化；理解化学能与电能相互转化的两种形式电解池和原电池所涉及的原理。学法指导1.充分利用生产、生活中的实例认识化学反应过程中的能量变化，引入定量描述和测定化学反应的反应热的方法和原理及能源的充分利用问题。2.在原电池和电解池的学习中注意整理与归纳，可运用比较的方法加深理解。3.在各单元的学习中借助教材中的各种栏目，让我们在问题情境下相互交流，在亲身实践中掌握知识，加深知识的理解和巩固，提高动手操作能力和分析处理实验结果的能力。4.在金属的腐蚀和防护学习中注意知识的迁移运用，例用原电池原理和电解池原理
3、来理解金属的电化学腐蚀和防护原理。第一单元 化学反应中的热效应1-1 课时1 化学反应的焓变知能定位1.了解反应热和焓变的含义。2.知道放热反应和吸热反应的概念，理解化学反应过程中能量变化的原因。3.知道热化学方程式的概念。4.能够正确书写热化学方程式并利用热化学方程式进行简单计算。情景切入通常情况下，化学反应中能量的转化主要是化学能和热能之间的转化，那么，应如何定量地描述一个化学反应释放或吸收的热能呢？自主研习一、化学反应的焓变1.反应热在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同的温度时，所吸收或放出的热量。2.焓变在恒温、恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热量。符号H常用单位kJmo
4、l-1。3.放热反应和吸热反应吸收热量的化学反应称为吸热反应；放出热量的化学反应称为放热反应。4.H与吸热反应、放热反应的关系（1）表示形式：吸热反应H0放热反应H0表示反应放热；QE(生成物)时，Q0，为放热反应；当E（反应物）E（生成物）时，QQ2B生成物总能量均高于反应物总能量C生成1 mol HCl气体时放出Q1热量D1 mol HBr(g)具有的能量大于1 mol HBr(l)具有的能量解析：两个反应都是放热反应，生成物的总能量低于反应物的总能量，B项错。由热化学方程式可知，生成2 mol氯化氢放出的热量才是Q1, C项错。物质在气态时具有的能量一般高于液态和固态时，故D项正确。答案
5、： AD考例2下列说法不正确的是（ ）A物质发生反应时放出的热量来源于对反应的加热B化学反应除了生成新物质外，还发生能量变化C化学反应过程中放出或吸收的热量，都是物质本身能量变化的表现D反应热与参加反应的物质的多少有关解析：在化学反应中有新物质生成的同时，必然伴有能量的变化，因为各种物质的总能量不一定相等。反应物的总能量与生成物的总能量不相等，导致了反应中能量的变化，且反应放出或吸收热量的多少与参加反应的物质的多少有关，因此只有A项的叙述是错误的。答案： A变式探究1已知化学反应2C (s) +O2（g）点燃2CO（g），2CO（g）+O2（g）点燃2CO2（g）都是放热反应，据此判断，下列说
6、法中不正确的是（其他条件相同）（ ）A.12 g碳所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量B. 56 g CO和32 gO2所具有的总能量大于88g CO2所具有的总能量C.12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44g CO2所具有的总能量D.将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多答案： A解析：对于放热反应，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，C（s）+O2（g）点燃CO2（g）必然是放热反应，12克碳并不是反应物的全部。由于CO2CO放热，COCO2放热，所以CCO2比CCO放出的热量要多。变式探究2(2008上海卷，17)已
7、知：H2(g)+F2(g) =2HF(g) H=270 kJ，下列说法正确的是( )A.2 L氟化氢气体分解成1 L氢气与1 L氟气吸收270 kJ热量B.1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量小于270 kJC.在相同条件下，1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和大于2 mol氟化氢气体的能量D.1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270 kJ热量答案： C解析：本题主要考查对热化学反应方程式的理解，A项中由热化学方程式应为2 mol氟化氢气体分解成1 mol H2与1 mol氟气吸收270 kJ热量，B项生成液态氟化氢放出热量应大于270
8、 kJ，所以只有C正确。知识点2：热化学反应方程式热化学方程式与普通化学方程式的区别化学方程式热化学方程式化学计量数是整数，既表示微粒个数又表示该物质的物质的量可以是整数也可以是分数，只表示物质的物质的量状态不要求注明必须在分子式后注明H正负号及单位必须注明意义表明了化学反应中的物质变化不仅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。例如，N2（g）+3H2（g）2NH3（g） H=-QkJmol-1表示1mol N2（g）和3mol H2(g)完全反应生成2mol NH3（g）时放出的Q kJ热量考例3 已知在1105Pa、298K条件下，2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484
9、 kJ热量，下列热化学方程式正确的是（ ）A.H2O（g）=H2（g）+O2（g）H=+242 kJmol-1B.2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）H=-484 kJmol-1C.H2（g）+O2（g）=H2O（g）H=+242 kJmol-1D.2H2（g）+O2（g）=2H2O(g)H=+484 kJmol-1解析： 2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ热量，则1 mol氢气燃烧生成水蒸气应放出484 kJ=242 kJ热量;放出热量H为“-”，各物质的状态分别是H2(g)、O2(g)、H2O(g)。B项中H2O的状态应为气态；C、D两项中H的符号应为“-”；A项是逆向进行的反
10、应，H为“+”，数值为2mol H2燃烧放热数值的一半，书写正确故应选A项。答案： A考例4 (2008重庆，13)化学反应N2+3H2=2NH3的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是（ ）A.N2(g)+3H2(g) =2NH3(l) H=2(a-b-c) kJmol-1B.N2(g)+3H2(g) =2NH3(g) H=2(b-a) kJmol-1C. N2（g）+H2(g) =NH3(l) H=(b+c-a) kJmol-1D. N2(g)+ H2(g) =NH3(g) H=(a+b) kJmol-1解析：由图像知mol N2和mol H2变为氮原子和氢原子吸收热量a kJ，而1 m
11、ol N原子和3 mol 氢原子结合成气态氨放出b kJ的热量，1 mol 气态氨液化为液态氨又放出c kJ热量，则由N2和H2生成液态NH3的热化学方程式写作：N2(g)+3H2(g) =2NH3(l) H=-2(b+c-a) kJmol-1=2(a-b-c) kJmol-1或N2(g)+ H2(g) =NH3(l) H=(a-b-c) kJmol-1生成气态氨的热化学方程式：N2(g)+ 3H2(g) =2NH3(g) H=2(a-b) kJmol-1或N2(g) +H2(g) =NH3(g) H=(a-b) kJmol。答案： A变式训练3 已知1 mol白磷（s）转化为1 mol红磷，
12、放出18.39 kJ热量，又知：4P(白、s)+5O2（g）=2P2O5(s) H14P(红、s)+5O2（g）=2P2O5(s) H2则H1和H2的关系正确的是（ ）A.H1=H2 B.H1H2C.H1H2 D.无法确定答案： C解析：由题意知白磷的能量比红磷高，燃烧等量的白磷和红磷，白磷放热更多，H1更小，即H10，为吸热反应；C项，若断裂化学键时吸收的能量大于862 kJ时，反应吸热；D项，由图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应放热。5. 1 mol C与1 mol H2O(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2（g），需要吸收131.5 kJ的热量，该反应的反应
13、热H= kJmol-1。答案： +131.56. 13 g C2H2(g)完全燃烧生成CO2和H2O（l）时，放出659 kJ的热量，该反应的热化学方程为 。答案： 2C2H2(g)+5O2(g) =4CO2(g)+2H2O(g) H=-2 636 kJmol-17. H2SO4溶液和KOH溶液反应时有热量放出，并已知反应物的总能量为E1，生成物的总能量为E2。试回答下列问题：（1）用离子方程式表示中和反应的实质 。（2）判断E1和E2的大小关系：E1 E2。答案：（1）H+OH-=H2O （2） 8.若3.2 g甲醇（气态）完全燃烧生成液态水和CO2(气态）时放热130 kJ，则甲醇燃烧的热
14、化学方程式为 。答案： 2CH3OH(g)+3O2(g)= 2CO2(g)+4H2O(l) H=-2 600 kJmol-19.某同学设计如下图的实验方案来探究NH4Cl和Ba（OH）28H2O反应中的能量变化。根据他的实验步骤填写对应的实验现象和结论。列表整理实验事实和结论：实验步骤实验现象得出结论A.将晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物B.用手触摸烧杯下部C.用手拿起烧杯D.将粘有玻璃片的烧杯放在盛有热水的烧杯上，一会儿再拿起E.反应完后移走烧杯上的多孔塑料片，观察反应物答案：实验现象得出结论有刺激性气味的气体产生，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝有NH3生成感觉烧杯变凉反应吸热烧杯下面
15、带有几滴水的玻璃片粘到了烧杯底部反应吸收热量使体系温度降低，使水结成冰玻璃片脱离上面烧杯底部冰融化混合物成糊状有水生成解析：此实验操作过程中需注意如下几点：（1）Ba（OH）28H2O晶体应研磨成粉末，以便与NH4Cl晶体充分接触；（2）一定要在晶体混合起反应时立即用玻璃棒搅拌混合物，以便它们快速反应；（3）反应生成有刺激性气味的气体要注意防止吸入NH3；（4）底部粘有水的小烧杯不能提得太高，移得太远，防止玻璃片坠落损坏。根据结论可知反应原理为：2NH4Cl+Ba（OH）28H2O=2NH3+BaCl2+10H2O，此反应过程吸收能量。能力提升1.下列说法正确的是（ ）A.需要加热方能发生的反
16、应一定是吸热反应B.放热的反应在常温下一定很易发生C.反应是放热的还是吸热的必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小D.吸热反应在一定的条件下也能发生答案：CD解析：化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热。反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。吸热反应开始加热，反应后需不断加热才能使反应继续进行下去；放热反应开始加热，反应后会放出一定的热量，如果此热量足够大，可使反应维持下去，则反应过程不需要再加热，如煤的燃烧，一旦加热使煤燃烧起来后就可继续燃烧下去，不需外界再
17、加热。2.下列说法正确的是（ ）A.物质发生化学反应都伴随着能量变化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答案：AC解析：物质发生化学反应都伴随着能量的变化，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）也都伴有能量变化。在一个确定的化学反应关系中，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：xy，化学反应为放热反应；x”或“”）。答案：(1)旧键断裂吸收的能量新键生成放出的能量反应热（2）放热解析：从
18、能量和键能角度准确理解H的含义。（1）H2（g）和O2（g）与2H（g）和O（g）之间的能量差是H2=2H（g）和O2O(g)过程中断开HH键和O=O键需吸收的能量，所以a代表旧键断裂吸收的能量，b代表 2H(g)+O(g)结合成H2O(g)形成新键所放出的能量，c则代表断键所吸收的能量与成键所释放的能量之差。(2)由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量 ，所以该反应为放热反应，H0。7.白磷的化学式为P4，分子的空间构型是正四面体（如图）。白磷在空气中燃烧生成十氧化四磷（P4O10），在十氧化四磷分子里只存在PO和P=O两种共价键。已知共价键的键能是：PO 360 kJmol-1；P=
19、O 585 kJmol-1；PP 198 kJmol-1；O=O 498 kJmol-1。请问：在P4（s）+5O2(g)P4O10(s)中，H= 。答案：-2 982 kJmol-1解析：由P4的分子结构和P4（s）+5O2（g）=P4O10(s)的物质变化，在P4O10分子中只存在PO和PO两种共价键，P4O10中P显+5价，O显-2价等事实可知，在P4分子结构的基础上，每2个P原子之间插入1个O原子形成2个PO键，每个P原子再结合1个O原子形成P=O键，就构成了P4O10的分子结构。这样，在1个P4O10分子中共有12个PO键，4个P=O键。H=反应物键能总和-生成物键能总和=6198
20、kJmol-1+5498 kJmol-1-(12360 kJmol-1+4585 kJmol-1)=-2 982 kJmol-18.（2011重庆，13）SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中存在SF键。已知:1mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1mol FF、SF键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S（s）+3F2（g）SF6（g）的反应热H为（ ）A.-1 780 kJ/mol B.-1 220 kJ/molC.-450 kJ/mol D.+430 kJ/mol答案：B解析：本题主要考查了化学键与反应热的关系。断裂1mol SS键需吸收280kJ的热量
21、，断裂3molFF键需吸收480kJ的热量，而形成6mol SF键放出3306kJ的热量，则该反应的H=-1 220kJ/mol。9.(2011如皋市四校高二联考)火箭推进器常以联氨（N2H4）为燃料、过氧化氢为助燃剂。已知下列各物质反应的热化学方程式：N2H4(g)+O2(g) =N2(g)+2H2O(g) H1=-533.23 kJmol-1 H2O(g) =H2O(l) H2=-44 kJmol-1 2H2O2(l) =2H2O(l)+O2(g) H3=-196.4 kJmol-1 则联氨与过氧化氢反应的热化学方程式可表示为( )A.N2H4(g)+2H2O2(l) =N2(g)+4H2
22、O(l) H=+817.63 kJmol-1B.N2H4(g)+2H2O2(l) =N2(g)+4H2O(g) H=-641.63 kJmol-1C.N2H4(g)+2H2O2(l) =N2(g)+4H2O(l) H=-641.63 kJmol-1D.N2H4(g)+2H2O2(l) =N2(g)+4H2O(g) H=-817.63 kJmol-1答案：B解析：由已知的三个热化学方程式进行相加减+2+可得N2H4(g)+2H2O2(l) =N2(g)+4H2O(l) H=H1+H22+H3=-817.63 kJmol-1由-2+得N2H4(g)+2H2O2(l) =N2(g)+4H2O(g)
23、H=H3-2H2+H1=-641.63 kJmol-1所以B正确。10.在一定条件下，A和B反应可生成C和D，其能量变化如下：A+B反应物总能量为E1C+D生成物总能量为E2（反应前） （反应后）（1）下列有关反应A+B=C+D的说法正确的是( )A.反应前后原子的种类和数目一定不变B.该反应若有热量变化，则一定是氧化还原反应C.若该反应为放热反应，则不需加热反应就一定能自发进行D.反应物的总质量与生成物的总质量一定相等，且遵循能量守恒（2）若E1”、“吸热解析：（1）A.答案为质量守恒原则。.B反应有热量变化，不一定为氧化还原反应，例如酸碱中和反应为放热反应。C.放热反应、吸热反应与条件无关，有些放热反应需加热才能进行，例Fe+SFeS。D.为质量守恒和能量守恒原则。