1、专题六 化学能与热能 高频考点导悟考点一 化学键与反应热典例 1 化学反应 N23H2高温、高压催化剂2NH3 的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是()AN2(g)3H23(l)H2(abc)kJmol1BN2(g)3H23(g)H2(ba)kJmol1C12N2(g)32H23(l)H(bca)kJmol1D12N2(g)32H2NH3(g)H(ab)kJmol1答案 A解析 通过图分析起点12 mol N2(g)32 mol H2(g)，变化三阶段为吸收能量 a kJ；放出能量 b kJ；放出能量 c kJ 到 1 mol NH3(l)。故可得热化学方程式：12N2(g)32H2NH
2、3(l)H(abc)kJmol1，扩大计量数后得到 A。知识归纳从宏观上分析，反应热的形成原因是反应物具有的总能量与生成物具有的总能量的相对大小；从微观上分析，反应热形成原因是断键时吸收的热量与成键时放出的热量的相对大小，注意从图示上去理解。类型比较放热反应吸热反应H所含的总能量所含的总能量或H的键能总和的键能总和表示方法H 0H 0图示生成物 反应物 反应物 生成物 命题猜想 1 已知 H2(g)Br2(l)=2HBr(g)H72 kJmol1，蒸发 1 mol Br2(l)需要吸收的能量为 30 kJ，其他相关数据如下表：H2(g)Br2(g)HBr(g)1 mol 分子中的化学键断裂时需
3、要吸收的能量 kJ436a369则表中 a 为()A404 B260 C230 D200D解析 首先根据盖斯定律求出 H2(g)Br2(g)=2HBr(g)的H 为102 kJmol1，然后根据反应热：H反应物的键能之和生成物的键能之和436a3692102，解得：a200，由此可知 D 项正确。考点二 热化学方程式的书写及正误判断典例 2 下列热化学方程式叙述正确的是_。A甲烷的标准燃烧热为890.3 kJmol1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为 CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H890.3 kJmol1B500、30 MPa 下，将 0.5 mol N2 和 1.5
4、mol H2 置于密闭容器中充分反应生成 NH3(g)，放热 19.3 kJ，其热化学方程式为 N2(g)3H2(g)催化剂500、300 MPa2NH3(g)H38.6 kJmol1C下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式(25、101 kPa)：C4H10(g)132 O2(g)=4CO2(g)5H2O(l)H2 878 kJmol1C4H10(g)132 O2(g)=4CO2(g)5H2O(g)H2 658 kJmol1C4H10(g)92O2(g)=4CO(g)5H2O(l)H1 746 kJmol1 由此可知，正丁烷的燃烧热 H2 878 kJmol1D同温同压下，H2(g)Cl2(
5、g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的 H 不同解析 A 项中的 H2O 应标为液态(l)，A 错误；N2 与 H2反应为可逆反应，不能完全反应，而热化学方程式中的 H 是 N2与 H2 完全反应的能量变化，B 错误；D 项中 H 与反应条件无关。答案 C知识归纳热化学方程式的书写应注意以下几点：(1)书写原则：标明反应物和生成物的聚集状态。化学计量数只表示物质的量，可以用分数。H 要注明“”、“”，其单位为 kJmol1。要标明温度和压强，不标明时，即指 25、101 kPa，不注明反应条件，不用“”、“”。热化学方程式中化学式前面的计量数必须与 H相对应，化学计量数加倍，H 也加倍。当反
6、应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。(2)表示燃烧热的热化学方程式，要注意可燃物的化学计量数为mol，且完全燃烧，生成稳定的氧化物，如 C(s)O2 ，H2(g)O2 ，CH4(g)O2。CO2(g)、CO2(g)H2O(l)H2O(l)1(3)表示中和热的热化学方程式，要注意生成 1 mol H2O，强酸和强碱反应的中和热数值恒定为 57.3，若有弱酸或弱碱参加，则中和热值小于 57.3。命题猜想2 已知：2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H566 kJmol1 Na2O2(s)CO2(g)=Na2CO3(s)1/2O2(g)H226 kJmol1 根据以上热化学方
7、程式判断，下列说法正确的是()ACO的燃烧热为283 kJB如图可表示由CO生成CO2的反应过程和能量关系C2Na2O2(s)2CO2(s)=2Na2CO3(s)O2(g)H452 kJmol1DCO(g)与Na2O2(s)反应放出509 kJ热量时，电子转移数为6.021023解析 燃烧热是指101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，单位是kJmol1，A中燃烧热的单位错误；CO的燃烧是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，但图中反应物与生成物的能量关系标注反了，B错误；2Na2O2(s)2CO2(g)=2Na2CO3(s)O2(g)H452 kJmol
8、1，气态CO2转变为固态CO2时，要放出热量，固态CO2参与反应放出的热量减少，H变大，C正确；由 22得Na2O2(s)CO(g)=Na2CO3(s)H509 kJmol1，每转移2 mol电子放出509 kJ的热量，D错误。答案 C考点三 盖斯定律的应用及 H 的计算典例 3 金刚石和石墨均为碳的同素异形体，它们在燃烧过程中氧气不足时生成一氧化碳，充分燃烧时生成二氧化碳，反应中放出的热量如图所示。(1)等量金刚石和石墨完全燃烧，_(填“金刚石”或“石墨”)放出热量更多，写出表示石墨燃烧热的热化学方程式：_。(2)在通常状况下，金刚石和石墨，_(填“金刚石”或“石墨”)更稳定，写出石墨转化为
9、金刚石的热化学方程式：_。(3)12 g 石墨在一定量空气中燃烧，生成气体 36 g，该过程放出的热量为_ kJ。解析(1)从图上可以看出金刚石的能量比石墨的高，所以等量的金刚石和石墨完全燃烧金刚石放出的热量更多。根据燃烧热的定义，石墨完全燃烧生成二氧化碳，根据图示可知反应放出的总热量为 110.5 kJ283.0 kJ393.5 kJ，所以表示石墨燃烧热的热化学方程式为 C(石墨，s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol1。(2)因为金刚石能量比石墨高，根据能量越低越稳定的原理，所以在通常状况下石墨更稳定。石墨转化为金刚石要吸收热量，1 mol 石墨转化为金刚石吸收的热量为 39
10、5.4 kJ393.5 kJ1.9 kJ，热化学方程式为 C(石墨，s)=C(金刚石，s)H1.9 kJmol1。(3)12 g 石墨在一定量空气中燃烧，生成气体 36 g，根据碳原子守恒，气体总物质的量为 1 mol，所以生成的气体平均摩尔质量为 36 gmol1，利用十字交叉法可求出混合气体中 CO和 CO2 的物质的量之比为 11，所以混合气体中 CO 和 CO2各 0.5 mol，该过程放出的热量为(110.5 kJ393.5 kJ)/2252.0 kJ。答案(1)金刚石 C(石墨，s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol1(2)石墨C(石墨，s)=C(金刚石，s)H1.9
11、 kJmol1(3)252.0规律总结1热化学方程式中的反应热(1)比较反应热(H)的大小时，要注意带符号(“”或“”)进行。(2)注意反应热(H)与化学方程式中的化学计量数成正比。(3)注意物质的聚集状态，固态吸热放热液态吸热放热气态。(4)可逆反应的热化学方程式中的反应热 H 表示反应进行到底(完全转化)时的能量变化。如：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H197 kJmol1 是指 2 mol SO2(g)和 1 mol O2(g)完全转化为 2 mol SO3(g)时放出的热量为 197 kJ。2利用盖斯定律进行 H 计算时的注意事项(1)合理进行方程式的叠加热化学方程式的叠加类似
12、于整式的运算，叠加时应遵循数学的运算规则，当需要将某一热化学方程式同乘以某一化学计量数时，各物质前的化学计量数和 H 需同乘以该化学计量数。(2)“H”在进行加、减、乘等运算时，一定要注意其符号的改变，即 H 的运算包括数值和符号的双重运算。命题猜想3 用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：CH4(g)4NO2(g)=4NO(g)CO2(g)2H2O(g)H574 kJmol1CH4(g)4NO(g)=2N2(g)CO2(g)2H2O(g)H1 160 kJmol1若在标准状况下4.48 L CH4恰好能将一定量NO2还原成N2和H2O(g)，则整个过程中放出的热量为()A114
13、.8 kJ B232 kJC368.8 kJ D173.4 kJ解析 由盖斯定律知：CH4 还原 NO2 生成 N2 和 H2O(g)的热化学方程式为 CH4(g)2NO2(g)=N2(g)CO2(g)2H2O(g)H867 kJmol1，所以 Q4.48 L22.4 Lmol1867 kJmol1173.4 kJ。答案 D高考模拟导练1(2011重庆理综，10)一定条件下，下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是()ACO2(g)2NH3(g)CO(NH2)2(s)H2O(g)H0CCH3CH2OH(g)CH2=CH2(g)H2O(g)H0D2C6H5CH2CH3(g)O2(g)
14、2C6H5CH=CH2(g)2H2O(g)HT1，温度升高，水蒸气含量减少，正反应是放热反应，因此 B、C不符合题意；由压强-时间图像可知，p1 先达到平衡，即 p1p2，随着压强的增加，水蒸气含量增加，因此正反应是气体体积减小的反应，因此 D 不符合题意，只有 A 符合题意。答案 A2已知25、101 kPa下，拆开1 mol CH键要吸收415 kJ的能量，拆开1 mol CC键要吸收331 kJ的能量，拆开1 mol O2中的O=O键要吸收498 kJ的能量，形成水分子中的1 mol HO键要放出465 kJ的能量，形成二氧化碳分子中的1 mol C=O键要放出798 kJ的能量(丙烷燃
15、烧过程中不考虑其他能量转化)。下列说法正确的是()A火炬中丙烷完全燃烧的热化学方程式为C3H85O2=3CO24H2O H2 036 kJmol1BC3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(g)H2 036 kJmol1；选项D，因C3H8(g)完全燃烧是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，正确。答案 D3甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是CH3OH(g)H2O(g)=CO2(g)3H2(g)H49.0 kJmol1CH3OH(g)12O2(g)=CO2(g)2H2(g)H192.9 kJmol1下列说法正确的是()ACH3OH 的燃烧热为 192.
16、9 kJmol1B反应中的能量变化如图所示CCH3OH 转变成 H2 的过程一定要吸收能量D根据推知反应 CH3OH(l)12O2(g)=CO2(g)2H2(g)的 H192.9 kJmol1答案 D解析 A项中192.9 kJmol1是反应的热效应，而不是CH3OH的燃烧热，A错；B项中根据反应的H49.0 kJmol1可知该反应为吸热反应，生成物的总能量应该比反应物的总能量大，B错；C项中从反应和看，前者是吸热的，后者是放热的，C错；根据反应CH3OH为气态时H192.9 kJmol1，而当CH3OH为液态时H应大于192.9 kJmol1，D正确。4下图是N2与H2反应生成NH3的过程中
17、能量变化的曲线图：下列叙述正确的是()A该反应的热化学方程式为N2(g)3H23(g)H92 kJBa曲线是加入催化剂时的能量变化曲线C加入催化剂，该化学反应的反应热减小D在温度、体积一定的条件下，通入1 mol N2和3 mol H2反应后放出的热量为Q1 kJ，若通入2 mol N2和6 mol H2反应后放出的热量为Q2 kJ，则184Q22Q1解析 反应热的单位是 kJmol1，A 错；加入催化剂可以降低活化能，故 b 较为合适，但是不能影响反应热，B、C 均错；温度和体积一定的条件下，压强越大越有利于氨的合成，即氮气和氢气的转化率越大，放出的热量大于 2Q1 kJ，小于 184 kJ
18、，D 正确。答案 D5(2011北京理综，10)25、101 kPa 下：2Na(s)12O2(g)=Na2O(s)H1414 kJmol12Na(s)O2(g)=Na2O2(s)H2511 kJmol1下列说法正确的是()A和产物的阴、阳离子个数比不相等B和生成等物质的量的产物，转移电子数不同C常温下 Na 与足量 O2 反应生成 Na2O，随温度升高生成Na2O 的速率逐渐加快D25、101 kPa 下，Na2O2(s)2Na(s)=2Na2O(s)H317 kJmol1解析 A 项 Na2O2 中的阴离子是 O22，所以 Na2O2 中阳离子与阴离子的个数比为 21，与 Na2O 相同，
19、故 A 错误；B 项两种情况下生成等物质的量的生成物时转移的电子数相等，故 B 错误；C 项温度升高后产物是 Na2O2，故 C 错误；D 项正确。答案 D6一定条件下用甲烷可以消除氮氧化物(NOx)的污染。已知：CH4(g)4NO2(g)=4NO(g)CO2(g)2H2O(g)H574 kJmol1CH4(g)4NO(g)=2N2(g)CO2(g)2H2O(g)H1 160 kJmol1下列叙述正确的是()ACH4(g)2NO2(g)=N2(g)CO2(g)2H2O(l)H867 kJmol1BCH4 催化还原 NOx 为 N2 的过程中，若 x1.6，则转移电子 3.2 molC若 0.2
20、 mol CH4 还原 NO2 至 N2，在上述条件下放出的热量为 173.4 kJD若用标准状况下 4.48 L CH4 还原 NO2 至 N2，整个过程中转移电子 3.2 mol答案 C解析 和反应叠加可以得到 CH4(g)2NO2(g)=N2(g)CO2(g)2H2O(g)H5741 1602 kJmol1867 kJmol1，A 选项中生成的应是气态水，错误；NO1.6 中 N 的价态是3.2，还原成氮气时，1 mol NO1.6 完全反应转移电子为 3.2 mol，B 选项中没有给出反应物的具体的量，错误；0.2 mol CH4 还原 NO2 至N2，放出的热量是 8670.2 kJ
21、173.4 kJ，C 选项正确；标准状况下 4.48 L CH4 参加反应时，消耗 0.4 mol 的 NO2，转移电子数为 0.44 mol1.6 mol，D 选项错误。7(1)肼(N2H4)是火箭发动机的一种燃料，反应时N2O4为氧化剂，生成N2和H2O(g)。已知：N2(g)2O2(g)=N2O4(g)H8.7 kJmol1(1)N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H534.7 kJmol1(2)请写出肼跟N2O4反应的热化学反应方程式：_。(2)已知：O2(g)=O+2(g)eH11 175.7 kJmol1PtF6(g)e=PtF6(g)H2 771.1 kJmol1O
22、+2PtF6(s)=O+2(g)PtF6(g)H3482.2 kJmol1则反应O2(g)PtF6(g)=O+2PtF6 (s)的H_kJmol1。(3)已知H2(g)=2H(g)H1436 kJmol1N2(g)=2N(g)H2946 kJmol113NH3(g)=13N(g)H(g)H3391 kJmol1则N2(g)和H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为_。答案(1)2N2H4(g)N2O4(g)=3N2(g)4H2O(g)H1 078.1 kJmol1(2)77.6(3)N2(g)3H2(g)=2NH3(g)H92 kJmol18下图是工业生产硝酸铵的流程。(1)A、B、C、
23、D 四个容器中的反应，属于氧化还原反应的是_(填字母)。(2)已知：4NH3(g)3O2(g)=2N2(g)6H2O(g)H11 266.8 kJmol1N2(g)O2(g)=2NO(g)H2180.5 kJmol1写出氨高温催化氧化的热化学方程式：_。(3)已知：N2(g)3H22NH3(g)H92 kJmol1为提高氢气的转化率，宜采取的措施有_。(填字母)A升高温度 B使用催化剂 C增大压强 D循环利用和不断补充氮气 E及时移出氨答案(1)ABC(2)4NH3(g)5O2(g)=4NO(g)6H2O(g)H905.8 kJmol1(3)C、D、E解析(1)氮气、氢气合成氨、氨催化氧化均属
24、于氧化还原反应，而氨气与硝酸合成硝酸铵没有发生化合价变化，不属于氧化还原反应。(2)根据盖斯定律计算，HH12H2(3)升温平衡左移，使用催化剂化学平衡不移动，后三项均能使平衡右移。9某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以 NH+4和 NH3H2O 的形式存在，该废水的处理流程如下：氨氮废水 低浓度氨氮废水 含HNO3废水达标废水(1)过程：加 NaOH 溶液，调节 pH 至 9 后，升温至 30，通空气将氨赶出并回收。用 离 子 方 程 式 表 示 加NaOH溶 液 的 作 用：_。用化学平衡原理解释通空气的目的：_。(2)过程：在微生物作用的条件下，NH+4经过两步反应被氧化成 NO3。两步反应的
25、能量变化示意图如下：第一步反应是_(选填“放热”或“吸热”)，判断依据是_。1 mol NH+4(aq)全部氧化成NO3(aq)的热化学方程式是_。(3)过程：一定条件下，向废水中加入CH3OH，将HNO3还原成N2。若该反应消耗32 g CH3OH转移6 mol电子，则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是_。答案(1)NH+4OH=NH3H2O废水中的NH3被空气带走，使NH3H23H2O的平衡向正反应方向移动，利于除氨(2)放热 H273 kJmol10(反应物的总能量大于生成物的总能量)NH+4(aq)2O2(g)=2H(aq)NO3(aq)H2O(l)H346 kJmol1(3)56返回