1、专题5化学反应与能量变化考向预测1能说明化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2了解化学能与热能的相互转化及了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3了解热化学方程式的含义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。4了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。能源问题已成为全球性的热点问题，这几年高考中该类试题的数目呈上升趋势，考查的内容不断拓展，难度有所提高，过去以考查热化学方程式的书写、燃烧热、中和热等概念及热量计算为主，近两年对化学键与能量的关系、盖斯定律进行了不同程度的考查。反应热是近几年高考的重点考查内容之一，考查的内容主要有：热化学方程式的
2、书写及正误判断；比较反应热的大小；有关反应热的简单计算(应用盖斯定律计算反应热)；化学键键能与反应热、反应热与能源的综合考查。客观题(1)结合图像考查对反应热、吸热反应、放热反应的理解。(2)考查热化学方程式的正误判断以及H的计算及比较。主观题根据盖斯定律书写热化学方程式、计算反应热等。知识与技巧的梳理一、反应中能量的变化1基本概念：反应热：在化学反应过程中放出或吸收的热量。反应热用符号“H”表示。单位“kJ/mol”。吸热反应和放热反应：在化学反应过程中，通常用E反表示反应物所具有的总能量，E生表示生成物所具有的总能量。若E反 E生，为放热反应；当H 为“”或H 0。若E反 0。2吸热反应和
3、放热反应的判断方法 根据反应类型判断：通常情况下燃烧反应、中和反应、金属和酸反应制氢气的反应为放热反应；电解质的电离、盐类水解、大多数的分解反应等为吸热反应。若正反应为吸热反应，则逆反应为放热反应。根据实验现象判断：使反应体系温度升高的反应，为放热反应。反之为吸热反应。如：钠与水反应的现象：钠“熔”成一个小球，可以说明这一反应为放热反应；Fe粉与硫的混合物稍微受热后反应继续剧烈进行，且保持红热状态，说明这一反应为放热反应。在燃烧很旺的炉火中加入煤，炉火马上“暗”下来，说明CO2与C反应为吸热反应；Ba(OH)2与NH4Cl反应，烧杯与玻璃片粘在一起，说明该反应为吸热反应。由物质的聚集状态判断：
4、同种物质的聚集状态不同，其本身具有的能量也不相同。一般情况下：气态物质所具有的能量大于液态，液态具有的能量大于固态；物质处与稳定状态的能量小于不稳定状态的能量。如：硫蒸气在氧气中完全燃烧放出的能量大于固态硫完全燃烧放出的能量。石墨比金刚石稳定，所以由石墨转化为金刚石的反应为吸热反应。由盖斯定律判断：如一个反应可分步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热相同，通过化学反应的能量变化值来进行计算，若H 0，则反应为吸热反应，反之则为放热反应。用仪器来测量：量热计二、热化学方程式的书写1定义：表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。2书写热化学方程式： 先书写化学方程式。有
5、g（气体）、l（液体）、s（固体）标明反应物和生成物的聚集状态。反应热用“H”表示，标在化学方程式后面，中间用“；”隔开，吸收热量用“”，放出热量用“”。H与测定的条件有关，书写时应注明条件。若条件为25，103kPa，则可不注明。热化学方程式中的计量数只表示物质的量，不表示分子个数，因此热化学方程式中的计量数可以是小数或分数，表示热量的单位“kJ/mol”表示的是对应方程式中的物质的量，所以热量的数值必须与热化学方程式中的计量数相对应。热化学方程式中不注明反应发生的条件。生成物中不能用“”或“”符号。三、燃烧热、中和热1燃烧热 定义：在101 kPa时，1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化
6、物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。注意事项燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写燃烧热的化学方程式时，一般以燃烧物前系数为1的标准来配平其余物质的化学计量数。燃烧产物必须是稳定的氧化物，例如CCO2，HH2O(l)等。燃料的充分燃烧化石燃料主要包括：煤、石油、天然气以及它们的产品等。可燃物的燃烧条件是：温度达到着火点、与氧气充分接触。充分燃烧的必要条件是：氧气要充足、可燃物与氧气接触面要大。实施方案：固体燃料粉碎，或液化、汽化。不充分燃烧的危害是产热少、浪费资源、污染环境。化石燃料提供能量的弊端以及预防措施：弊端：化石燃料为不可再生能源、燃烧产物中含有SO2造成环境
7、污染、CO2引起温室效应。预防措施：开发新能源、对燃料进行脱硫或固硫处理。2中和热 定义：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应而生成1mol H2O，这时的反应热叫做中和热。注意事项中和反应的实质是H+和OH反应生成H2O。若反应过程中有其他物质生成（如生成沉淀或弱电解质），则其反应热不等于中和热。对于强酸强碱的稀溶液反应，其中和热基本上是相等的。都约为57.3 kJ/mol对于强酸与弱碱或弱酸与强碱的反应，中和热一般低于57.3 kJ/mol。因为弱电解质的电离属于吸热反应。另注：燃烧热中和热相同点能量变化放热反应HH0，单位：kJ/mol不同点反应物的量1mol（O2的量不限）可能是1mol，也
8、可能是0.5mol生成物的量不限量H2O是1mol反应热的含义1mol反应物完全燃烧时放出的热量；不同反应物，燃烧热不同生成1mol H2O时放出的热量，不同反应物的中和热大致相同，均为57.3kJ/mol四、盖斯定律的应用1理论依据：反应热只与反应始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与具体反应的途径无关。2计算模式：3主要应用：计算某些难以直接测量的反应热。4注意事项：应用盖斯定律进行简单计算，关键在于设计反应途径。(1)当反应式乘以或除以某数时，H也应乘以或除以某数。(2)热化学方程式加减运算以及比较反应热的大小时，H都要带“”、“”号进行计算、比较，即把H看作一个整体进行分析判断。
9、(3)在设计的反应途径中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，状态由固液气变化时，会吸热；反之会放热。(4)当设计的反应逆向进行时，其H与正反应的H数值相等，符号相反。（45分钟）限时训练经典常规题1【2017江苏卷】通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3 )。下列说法不正确的是C(s) + H2O(g)=CO(g) + H2 (g) H1 = a kJmol1CO(g) + H2O(g)=CO2(g) + H2 (g) H2 = b kJmol1CO2 (g) + 3H2 (g)=CH3OH(g) + H2O(g) H3 = c kJmol12CH3OH(g)=CH3OCH3
10、(g) + H2O(g) H4 = d kJmol1A反应、为反应提供原料气B反应也是CO2资源化利用的方法之一C反应CH3OH(g)=1/2CH3OCH3 (g) +1/2H2O(l)的H =d/2 kJmol1D反应2CO(g) + 4H2 (g)=CH3OCH3 (g) + H2O(g)的H = ( 2b + 2c + d ) kJmol12【2016年高考海南卷】油酸甘油酯（相对分子质量884）在体内代谢时可发生如下反应：C57H104O6(s)+80O2(g)=57CO2(g)+52H2O(l)，已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8104kJ。油酸甘油酯的燃烧热H为A3.8104k
11、Jmol1 B3.8104kJmol1C3.4104kJmol1 D3.4104kJmol13【2016年高考新课标卷】联氨（又称联肼，N2H4，无色液体）是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料，回答下列问题：（1）联氨分子的电子式为_，其中氮的化合价为_。（2）实验室可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨，反应的化学方程式为_。（3）2O2(g)+N2(g)=N2O4(l) H1N2(g)+2H2(g)=N2H4(l) H2O2(g)+2H2(g)=2H2O(g) H32 N2H4(l) + N2O4(l)= 3N2(g)+ 4H2O(g) H4=1048.9kJ/mol上述反应热效应之间的关系
12、式为H4=_，联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为_。4【2016年高考新课标卷】煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝，回答下列问题：（4）如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2，也能得到较好的烟气脱硫效果。从化学平衡原理分析，Ca(ClO)2相比NaClO具有的有点是_。已知下列反应：SO2(g)+2OH(aq) =SO32(aq)+H2O(l) H1ClO(aq)+SO32(aq) =SO42(aq)+Cl(aq) H2CaSO4(s) =Ca2+(aq)+SO42(aq) H3则反应SO2(g
13、)+ Ca2+(aq)+ ClO(aq) +2OH(aq) = CaSO4(s) +H2O(l) +Cl(aq)的H=_。5【2016年高考浙江卷】催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平衡反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：CO2(g)+3 H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H1=53.7kJmol1 ICO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g) H2 II某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2，经过相同反应时间测得如下实验数据：【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒；Ca
14、t.2:Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醛的百分比已知：CO和H2的标准燃烧热分别为283.0kJmol1和285.8kJmol1H2O(l)= H2O(g) H3=44.0kJmol1请回答（不考虑温度对H的影响）：（1）反应I的平衡常数表达式K=_；反应II的H2=_ kJmol1。（4）在下图中分别画出I在无催化剂、有Cat.1和由Cat.2三种情况下“反应过程能量”示意图。高频易错题 1(2017南通模拟)已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H13H2(g)Fe2O3(s)=2Fe(s)3H2O(g)H22Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)H32Al(s
15、)O2(g)=Al2O3(s)H42Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)H5下列关于上述反应焓变的判断正确的是()AH10 BH50，H4H3CH1H2H3 DH3H4H52(2017四川成都七中模拟，改编)下列关于如图所示转化关系(X代表卤素)的说法错误的是()AH3”“Q2B生成物总能量均高于反应物总能量C生成1 mol HCl(g)放出Q1 kJ热量D等物质的量时，Br2(g)具有的能量低于Br2(l)2(2017黑龙江哈尔滨师范大学附中模拟)已知HCN(aq)与NaOH(aq)反应生成1 mol正盐的H=12.1 kJmol1；强酸、强碱的稀溶液反应的中和热H=57
16、.3 kJmol1。则HCN在水溶液中电离的H等于()A69.4 kJmol1 B45.2 kJmol1C+69.4 kJmol1 D+45.2 kJmol13合成二甲醚的三步反应如下：2H2(g)CO(g)CH3OH(g)H12CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H2CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H3则3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)的H是()AH2H1H2H3 BHH1H2H3CHH12H22H3 DH2H1H2H34(2017湖南衡阳八校联考)(13分)(1)甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸气重整。向反应系统同时通入甲烷、氧
17、气和水蒸气，发生的主要化学反应有项目化学方程式焓变H/( kJmol1)甲烷氧化CH4(g)+2O2(g) =CO2(g)+2H2O(g)H1CH4(g)+O2(g) =CO2(g)+2H2(g)322.0蒸气重整CH4(g)+H2O(g) =CO(g)+3H2(g)+206.2CH4(g)+2H2O(g) =CO2(g)+4H2(g)+165.0反应CO(g)+H2O(g) =CO2(g)+H2(g)的H=_ kJmol1。甲烷的燃烧热为H2，则H2_(填“”“=”或“”)H1。(2)物质(tBuNO)2在正庚烷溶剂中发生如下反应：(tBuNO)22(tBuNO)H。实验测得该反应的H =
18、+50.5 kJmol1，活化能Ea=90.4 kJmol1。下列能量关系图合理的是_。(3)工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热(H)分别为890.3 kJmol1、285.8 kJmol1和283.0 kJmol1，则生成1 m3(标准状况)CO所需的热量为_。5(1)雷雨天气中发生自然固氮后，N元素转化为_而存在于土壤中，处于研究阶段的化学固氮新方法是N2在催化剂表面与水发生如下反应：2N2(g)6H2O(l)=4NH3(g)3O2(g)HK已知：N2(g)3H2(g)=2NH3(g) H192.4 kJmol1K12H2(g)
19、O2(g)=2H2O(l) H2571.6 kJmol1K2则H_；K_(用K1和K2表示)。(2)真空碳热还原氯化法可实现由铝矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下：2Al2O3(s)2AlCl3(g)6C(s)=6AlCl(g)6CO(g)Ha kJmol13AlCl(g)=2Al(l)AlCl3(g)Hb kJmol1反应Al2O3(s)3C(s)=2Al(l)3CO(g)的H_kJmol1(用含a、b的代数式表示)。(3)已知：Mg(s)H2(g)=MgH2(s) H74.5 kJmol1Mg2Ni(s)2H2(g)=Mg2NiH4(s)H64.4kJmol1则Mg2Ni(s)2MgH
20、2(s)=2Mg(s)Mg2NiH4(s) H_kJmol1。(4)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，生成NOx等污染大气。其中生成NO的能量变化示意图如图：2NO(g)该反应的热化学方程式为_。参考答案经典常规题1【解题思路】反应、的生成物CO2和H2是反应的反应物，A正确；反应可将二氧化碳转化为甲醇，变废为宝，B正确；4个反应中，水全是气态，没有给出水由气态变为液态的焓变，C错误；把反应三个反应按(+)2+可得该反应及对应的焓变，D正确。【答案】C2【解题思路】燃烧热指的是燃烧1mol可燃物生成稳定的氧化物所放出的热量。燃烧1kg油酸甘油酯释放出热量3.8104kJ，则燃烧1mol油酸
21、甘油酯释放出热量为3.4104kJ，则得油酸甘油酯的燃烧热H=3.4104kJmol1【答案】D3【解题思路】（1）联氨是由两种非金属元素形成的共价化合物，电子式为，根据化合价的代数和为零，其中氮的化合价为32+ 4 = 2价。（2）次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨，Cl元素的化合价由+1价降低到1价，N元素的化合价由3价升高到2价，根据得失电子守恒和原子守恒配平，反应的化学方程式为NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O。（3）根据盖斯定律，22即得2 N2H4(l) + N2O4(l)= 3N2(g)+ 4H2O(g) 的H4，所以反应热效应之间的关系式为H4=2H32H2H1。联胺有
22、强还原性，N2O4有强氧化性，两者在一起易发生氧化还原反应，反应放热量大、产生大量气体，所以联氨和N2O4可作为火箭推进剂。【答案】（1） ；2（2）NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O （3）H4=2H32H2H1 ；反应放热量大、产生大量气体4【解题思路】（4）如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2，也能得到较好的烟气脱硫效果。形成CaSO4沉淀，反应平衡向产物方向移动，SO2转化率提高，所以Ca(ClO)2效果好。已知：SO2(g)+2OH(aq) =SO32(aq)+H2O(l) H1ClO(aq)+SO32(aq) =SO42(aq)+Cl(aq) H2Ca
23、SO4(s) =Ca2+(aq)+SO42(aq) H3则根据盖斯定律可知abc即得到反应SO2(g)+ Ca2+(aq)+ ClO(aq) +2OH(aq) = CaSO4(s) +H2O(l) +Cl (aq)的H=H1H2H3。【答案】（4）生成的硫酸钙微溶，降低硫酸根离子浓度，促使平衡向正反应方向进行H1H2H35【解题思路】（1）根据平衡常数的公式，生成物的浓度幂之积与反应物浓度的幂之积的比值，所以平衡常数为：。已知热化学方程式：a:CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) H=283.0 kJmol1 b：1/2O2(g)+ H2(g)= H2O(l) H=285.8 kJmol
24、1 c：H2O(l)= H2O(g) H3=44.0kJmol1根据盖斯定律分析，ba+c即可得热化学方程式：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g) H2=285.8+283.0+44=41.2 kJmol1（4）从表中数据分析，在催化剂Cat.2的作用下，甲醇的选择性更大，说明催化剂Cat.2对反应的催化效果更好，催化剂能降低反应的活化能，说明使用催化剂Cat.2的反应过程中活化能更低，故图为：【答案】（1） +41.2 （4）高频易错题 1【解题思路】氢气的燃烧为放热反应，则H10，铁的氧化反应为放热反应，H30，A项错误；铝热反应为放热反应，H50，由得H4H3H50，所以H
25、4H3，B项正确；由得3H2(g)O2(g)=3H2O(g)，则H2H3H1，C项错误；H3H4H5，D项错误。【答案】B2【解题思路】原子形成化学键的过程中放热，则反应2H(g)+2X(g) =2HX(g)H30，A正确。根据盖斯定律可知，途径生成HX的反应热与途径无关，所以H1=H2+H3，B正确。Cl、Br、I的原子半径依次增大，Cl2、Br2、I2断裂化学键需要能量减小，所以途径按Cl、Br、I的顺序，吸收的热量依次减小，即H2依次减小，C错误。氢气和卤素单质形成HX的过程中H1越小，说明放出的热量越多，则生成的HX具有能量越低，HX越稳定，D正确。【答案】C3【解题思路】(1)M转化
26、为N是吸热反应，所以N的能量高，不稳定。(2)甲醇燃烧生成CO2(g)和H2(g)属于不完全燃烧，放出的热量比完全燃烧时少，故a238.6。(3)反应的化学方程式为2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s) =4HCl(g)+CO2(g)，当有2 mol Cl2参与反应时释放出290 kJ热量，所以该反应的热化学方程式为2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s) =4HCl(g)+CO2(g)H=290 kJmol1。(4)所给反应中转移12 mol电子，故每转移1 mol电子放出的热量为1 176 kJ12=98 kJ。【答案】 (1)M (2)0)。生成液态水比生成气态水释放出的热量多，故Q|
27、H1|。(2)由实验测得该反应的反应热H=+50.5 kJmol1，可知该反应是吸热反应，则反应物的总能量低于生成物的总能量，可排除能量关系图B和C。又依据活化能Ea=90.4kJmol1，EaH50.5 kJmol1，Ea与H的比例不对。而能量关系图D是合理的。(3)首先写出热化学方程式:CH4(g)+2O2(g) =CO2(g) +2H2O(l)H=890.3 kJmol1CO(g)+O2(g) =CO2(g)H=283.0 kJmol1H2(g)+O2(g) =H2O(l)H=285.8 kJmol1(+)2得CH4(g)+CO2(g) =2CO(g)+2H2(g) H=+247.3 k
28、Jmol1故标准状况下生成1 m3 CO所需热量为Q=247.3 kJmol15.52103 kJ。【答案】(1)41.2(2)D (3)5.52103 kJ5【解题思路】(1)雷雨天气中发生自然固氮后，N2NONO2NO，N元素转化为硝酸盐而存在于土壤中，根据盖斯定律23，H92.4 kJmol123571.6 kJmol1+1 530 kJmol1，K。(2)2Al2O3(s)2AlCl3(g)6C(s)=6AlCl(g)6CO(g)Ha kJmol13AlCl(g)=2Al(l)AlCl3(g)Hb kJmol1依据盖斯定律得到Al2O3(s)3C(s)=2Al(l)3CO(g)H(0.
29、5ab)kJmol1。(3)Mg(s)H2(g)=MgH2(s)H174.5 kJmol1Mg2Ni(s)2H2(g)=Mg2NiH4(s)H264.4 kJmol1Mg2Ni(s)2MgH2(s)=2Mg(s)Mg2NiH4(s)H3。由盖斯定律2得到Mg2Ni(s)2MgH2(s)=2Mg(s)Mg2NiH4(s)H364.4 kJmol12(74.5 kJmol1)84.6 kJmol1。(4)该反应中的反应热反应物的键能和生成物的键能和（945498）kJmol12630 kJmol1+183 kJmol1，所以N2和O2反应生成NO的热化学反应方程式为N2(g)O2(g)=2NO(g) H+183 kJmol1。【答案】(1)硝酸盐1 530 kJmol1(2)0.5ab (3)84.6 (4)N2(g)O2(g)=2NO(g)H183 kJmol1
