1、第六讲 化学反应与能量专题二 基本理论 反应热 热化学方程式的书写1(1)2017高考全国卷，28(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。通过计算，可知系统()和系统()制氢的热化学方程式分别为_、_，制得等量 H2 所需能量较少的是_。(2)(2017高考北京卷)TiCl4 是由钛精矿(主要成分为 TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物。钛精矿在沸腾炉中的氯化过程：TiO2 与 Cl2 难以直接反应，加碳生成 CO 和 CO2 可使反应得以进行。已知：TiO2(s)2Cl2(g)=TiCl4(g)O2(g)H1175.4 kJmol12C(s)O2(g)
2、=2CO(g)H2220.9 kJmol1沸腾炉中加碳氯化生成 TiCl4(g)和 CO(g)的热化学方程式：_。解析：(1)系统()和系统()都是吸热反应，从热化学方程式可以看出，系统()制备 1 mol H2 需要消耗 20 kJ 能量，而系统()制备 1 mol H2 需要消耗 286 kJ 能量，故系统()消耗的能量较少。(2)根据盖斯定律，将已知的两个热化学方程式相加即可得到所求热化学方程式。答案：(1)H2O(l)=H2(g)12O2(g)H286 kJmol1H2S(g)=H2(g)S(s)H20 kJmol1系统()(2)TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(g)
3、2CO(g)H45.5 kJmol12(1)(2016高考四川卷)工业上常用磷精矿Ca5(PO4)3F和硫酸反应制备磷酸。已知 25，101 kPa 时：CaO(s)H2SO4(l)=CaSO4(s)H2O(l)H271 kJ/mol5CaO(s)3H3PO4(l)HF(g)=Ca5(PO4)3F(s)5H2O(l)H937 kJ/mol则 Ca5(PO4)3F 和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是_。(2)(2015高考天津卷)已知1 mol 钠的单质在足量O2中燃烧，恢复至室温，放出 255.5 kJ 热量，写出该反应的热化学方程式：_。解析：(1)CaO(s)H2SO4(l)=CaSO4(
4、s)H2O(l)H271 kJ/mol 5CaO(s)3H3PO4(l)HF(g)=Ca5(PO4)3F(s)5H2O(l)H937 kJ/mol 根 据 盖 斯 定 律，由 5 得，Ca5(PO4)3F(s)5H2SO4(l)=5CaSO4(s)3H3PO4(l)HF(g)H271 kJ/mol5(937 kJ/mol)418 kJ/mol。(2)1 mol Na 的单质在足量 O2 中燃烧，放出 255.5 kJ 热量，则该反应的热化学方程式为 2Na(s)O2(g)=Na2O2(s)H511 kJ/mol。答 案：(1)Ca5(PO4)3F(s)5H2SO4(l)=5CaSO4(s)3H
5、3PO4(l)HF(g)H418 kJ/mol(2)2Na(s)O2(g)=Na2O2(s)H511 kJ/mol感悟高考1题型：填空题2考向：热化学方程式的书写是近几年的主要题型，此外还涉及反应热与能源的综合考查。由于能源问题已成为社会热点，因此有关能源的试题将成为今后命题的热点；对于燃烧热和中和热的概念及计算仍将是高考考查的重点，主要在填空题、实验题中体现，重点考查学生灵活运用知识、接受新知识的能力。一、正确理解“三热”概念1反应热在恒温恒压条件下的反应热用 H 表示，单位是 kJ/mol 或kJmol1，并规定放热反应的 H0。(1)从宏观的角度来说，反应热是反应物具有的总能量与生成物具
6、有的总能量的差值，如图所示：a 表示反应的活化能；b 表示活化分子变成生成物分子所释放的能量；c 表示反应热。(2)键能、反应热和稳定性的关系 H(反应热)反应物的键能总和生成物键能总和。物质稳定性：物质在反应中放出能量越多，则生成物能量越小，即生成物越稳定，化学键越牢固。例如：同素异形体稳定性的比较，根据同素异形体之间相互转化反应的 H 的正负和大小判断，若反应放热，说明生成物能量小，较稳定。2燃烧热在 101 kPa 时，1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。单位：kJmol1。需注意：(1)燃烧热是以 1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量来定义的，因此在书
7、写燃烧热的热化学方程式时，一般以燃烧 1 mol 物质为标准来配平其余物质的化学计量数。(2)燃烧产物必须是稳定的氧化物，如 CCO2、H2H2O(l)等。3中和热：把在稀溶液中酸跟碱发生中和反应而生成 1 mol H2O 时的反应热叫中和热，单位是 kJ/mol。中和热属于反应热。二、热化学方程式的书写及判断1五个注意(1)注意 H 的符号和单位若为放热反应，H 为“”；若为吸热反应，H 为“”。H 的单位为 kJmol1 或 kJ/mol。(2)注意热化学方程式中的化学计量数热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子数或原子数。因此化学计量数可以是
8、整数，也可以是分数。(3)注意物质的聚集状态反应物和生成物的聚集状态不同，反应热(H)不同。因此，必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用“”和“”。(4)注意 H 的数值热化学方程式中的 H 的值应是表示反应已完成的热量变化。由于 H 与反应完成的物质的量有关，所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与 H 相对应，如果化学计量数加倍，则 H 也要加倍。逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。2记忆口诀热化方程要点多，漏掉一点分不得；标清状态配好平，焓变正负千焦摩；系数焓变成正比，逆向反应
9、焓变号。3热化学方程式书写易出现的错误(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。(2)反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出“”号，放热反应未标出“”号，从而导致错误。(3)漏写 H 的单位，或者将 H 的单位写为 kJ，从而造成错误。(4)反应热的数值与方程式的化学计量数不对应而造成错误。(5)对燃烧热、中和热的概念理解不到位，忽略其标准是1 mol 可燃物或生成 1 mol H2O(l)而造成错误。反应热的概念辨析1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)(2016高考江苏卷)如图表示燃料燃烧反应的能量变化。()(2)(2015高考江苏卷)在 CO2 中，Mg 燃烧生成 MgO 和
10、 C。该反应中化学能全部转化为热能。()(3)催化剂能改变反应的焓变。()(4)催化剂能降低反应的活化能。()(5)同温同压下，H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的 H 不同。()(6)500、30 MPa 下，将 0.5 mol N2 和 1.5 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)高温、高压催化剂2NH3(g)H38.6 kJmol1。()2已知反应：101 kPa 时，2C(s)O2(g)=2CO(g)H221 kJmol1稀溶液中，H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3kJm
11、ol1下列结论正确的是()A碳的燃烧热大于 110.5 kJmol1B反应的反应热为 221 kJmol1C稀硫酸与稀 NaOH 溶液反应的中和热为57.3 kJmol1D稀醋酸与稀 NaOH 溶液反应生成 1 mol 水，放出 57.3 kJ热量解析：选 A。1 mol C 不完全燃烧生成 CO 放出热量221 kJ2110.5 kJ，1 mol C 完全燃烧生成 CO2 放出热量大于 110.5 kJ，即 C 的燃烧热大于 110.5 kJmol1；反应的反应热为221 kJmol1；稀硫酸与稀 NaOH 溶液反应的中和热为 57.3 kJmol1；醋酸是弱酸，与 NaOH 溶液中和生成
12、1 mol 水时放出的热量小于 57.3 kJ。热化学方程式的判断及书写3实验测得，101 kPa 时，1 mol H2 完全燃烧生成液态水，放出 285.8 kJ 的热量；1 mol CH4 完全燃烧生成液态水和CO2，放出 890.3 kJ 的热量。下列热化学方程式的书写正确的是()CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJ/molCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJ/molCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H890.3 kJ/mol2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ/molA仅有 B仅有
13、C仅有D解析：选 B。甲烷的燃烧为放热反应，H0，错误；1 mol甲烷完全燃烧生成液态水时，放出 890.3 kJ 的热量，中生成的水为气态，正确，错误；2 mol H2 完全燃烧生成液态水时放出的热量为 285.8 kJ2571.6 kJ，正确。4(1)肼(N2H4)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示，写出肼燃烧的热化学方程式：_。(2)已知：Q 的单质是常见的半导体材料，在 25、101 kPa下，Q 的气态氢化物在氧气中完全燃烧可得 Q 的最高价氧化物，反应中每转移 1 mol 电子放热 190 kJ。则该反应的热化学方程式是_。解析：(1)根据题中图示可知，肼充分燃烧的产物
14、是 N2(g)和H2O(g)，1 mol 肼充分燃烧放出的热量为 2 752 kJ2 218 kJ534 kJ，根据要求写出热化学方程式。(2)由信息知 Q为 Si，其气态氢化物 SiH4 与 O2 反应生成 SiO2 和 H2O，1 mol SiH4 完全反应转移 8 mol 电子，故 1 mol SiH4 参加反应放出190 kJ81 520 kJ 热量，据此可写出该反应的热化学方程式。答案：(1)N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H534 kJmol1(2)SiH4(g)2O2(g)=SiO2(s)2H2O(l)H1 520 kJmol1 盖斯定律的应用12017高考全国
15、卷，28(3)已知：As(s)32H2(g)2O2(g)=H3AsO4(s)H1H2(g)12O2(g)=H2O(l)H22As(s)52O2(g)=As2O5(s)H3则 反 应As2O5(s)3H2O(l)=2H3AsO4(s)的H _。解析：将已知热化学方程式依次编号为、，根据盖 斯 定 律，由 2 3 可 得：As2O5(s)3H2O(l)=2H3AsO4(s)H2H13H2H3。答案：2H13H2H32(2017高考江苏卷)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)H1a kJmol1CO(g)H2O(g)=C
16、O2(g)H2(g)H2b kJmol1CO2(g)3H2(g)=CH3OH(g)H2O(g)H3c kJmol12CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)H4d 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)=12CH3OCH3(g)12H2O(l)的 Hd2kJmol1D反应 2CO(g)4H2(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)的 H(2b2cd)kJmol1解析：选 C。反应的产物为 CO 和 H2，反应的产物为CO2 和 H2，反应的原料为 CO2 和 H2，A 项正确；反应将温室气体 CO2 转化为燃料 CH3OH
17、，B 项正确；反应中生成物 H2O 为气体，C 项中生成物 H2O 为液体，故 C 项中反应的焓变不等于d2 kJmol1，C 项错误；依据盖斯定律，由22，可得所求反应的焓变，D 项正确。感悟高考1题型：选择题(次)、填空题(主)2考向：新课标明确了焓变与反应热的关系，运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算，此类试题是高考的必出题型。从近几年高考题来看，在基本理论的大题中，必有一小题考查焓变计算或通过热化学方程式书写的形式考查盖斯定律。学习中应以“热化学方程式”为突破口，通过对热化学方程式的书写及正误判断充分理解其含义，同时触类旁通，不断掌握反应热的计算技巧，学会应用盖斯定律。(3)主要应用
18、：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。当反应式乘以或除以某数时，H 也应乘以或除以某数。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“”“”号计算、比较，即把 H 看作一个整体进行分析判断。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。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。2反应热计算的四方法(1)根据两个公式计算反应热 HE(生成物的总能量)E(反应物的总能量)。HE(反应物的键能之和)E(生成物的键能之和)。(2)根据热化学方程式计算反应热焓
19、变与反应物的物质的量成正比。(3)根据盖斯定律计算反应热若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变可通过这几个化学反应焓变的加减而得到。(4)根据比热公式计算反应热Qcm T，HQn。3反应热大小的比较方法(1)利用盖斯定律比较如，比较 H1 与 H2 的大小的方法：因H10，H20，H3|H2|，所以 H1 H2。(3)同一反应的反应物状态不同时，如A(s)B(g)=C(g)H1，A(g)B(g)=C(g)H2，则 H1 H2。(4)两个有联系的反应相比较时，如C(s)O2(g)=CO2(g)H1，C(s)1/2O2(g)=CO(g)H2。比较方法：利用反应(包括
20、 H1)乘以某计量数减去反应(包括 H2)乘以某计量数，即得出 H3H1某计量数H2某计量数，根据 H3 大于 0 或小于 0 进行比较。总之，比较反应热的大小时要注意：反应中各物质的聚集状态；H 有正负之分，比较时要连同“”“”一起比较，类似数学中的正、负数大小的比较；若只比较放出或吸收热量的多少，则只比较数值的大小，不考虑正、负号。盖斯定律的应用12016高考全国卷，27(4)已知下列反应：SO2(g)2OH(aq)=SO23(aq)H2O(l)H1ClO(aq)SO23(aq)=SO24(aq)Cl(aq)H2CaSO4(s)=Ca2(aq)SO24(aq)H3则 反 应 SO2(g)C
21、a2 (aq)ClO(aq)2OH(aq)=CaSO4(s)H2O(l)Cl(aq)的 H_。解析：设三个反应依次是 a、b、c，根据盖斯定律，由 ab c得：SO2(g)Ca2 (aq)ClO(aq)2OH(aq)=CaSO4(s)H2O(l)Cl(aq)HH1H2H3。答案：H1H2H32(1)2016高考全国卷，26(3)2O2(g)N2(g)=N2O4(l)H1N2(g)2H2(g)=N2H4(l)H2O2(g)2H2(g)=2H2O(g)H32N2H4(l)N2O4(l)=3N2(g)4H2O(g)H41 048.9 kJmol1上述反应热效应之间的关系式为 H4_，联氨和 N2O4
22、 可作为火箭推进剂的主要原因为_。(2)(2016高考天津卷)氢气可用于制备 H2O2。已知：H2(g)A(l)=B(l)H1O2(g)B(l)=A(l)H2O2(l)H2其中 A、B 为有机物，两反应均为自发反应，则 H2(g)O2(g)=H2O2(l)的 H_0(填“”“”或“”)。解析：(1)根据盖斯定律，由22可得，则H42H32H2H1；联氨和 N2O4 反应释放出大量热、产物无污染、产生大量气体等，故联氨和 N2O4 可作为火箭推进剂。(2)题中的两个反应都是熵减的反应，由于两个反应均能自发进行，所以两个反应都是放热反应，即 H10、H20。根据盖斯定律，将题中两个热化学方程式叠加
23、得：H2(g)O2(g)=H2O2(l)HH1H20。答案：(1)2H32H2H1 反应放热量大、产生大量气体(2)H3 B H1 H3解析：选 B。1 mol CuSO45H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，为吸热过程，故 H10，1 mol CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，为放热过程，故 H20。根据盖斯定律得到关系式 H1H2H3，分析得出 H1 H3。4下列各组热化学方程式中，化学反应的 H 前者大于后者的是()C(s)O2(g)=CO2(g)H1C(s)12O2(g)=CO(g)H2S(s)O2(g)=SO2(g)H3S(g)O2(g)=SO2(g)H4H2(g)12O2(g
24、)=H2O(l)H52H2(g)O2(g)=2H2O(l)H6CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H7CaO(s)H2O(l)=Ca(OH)2(s)H8ABCD解析：选 C。碳与氧气反应放热，即 H10，H20，CO 再与 O2 作用时又放热，所以 H1 H4；发生同样的燃烧反应，物质的量越多，放出的热量越多，故 H5H6；碳酸钙分解吸收热量，H70，CaO 与 H2O 反应放出热量，H8 H8。反应热与化学平衡的移动5已知热化学方程式：SO2(g)12O2(g)SO3(g)H98.32 kJmol1，在容器中充入 2 mol SO2 和 1 mol O2 充分反应，最终放出的热量为()
25、A196.64 kJ B98.32 kJC196.64 kJ答案：C6已知 298 K 时，2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H197 kJmol1，在相同温度下，向密闭容器中通入 2 mol SO2 和1 mol O2，达到平衡时放出热量 Q1；向另一体积相同的密闭容器中通入 1 mol SO2 和 1 mol O2，达到平衡时放出热量Q2。则下列关系正确的是()A2Q2Q1B2Q2Q1CQ2Q1197 kJ DQ2Q1197 kJ解析：选 C。反应的热化学方程式：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H197 kJmol1，由热化学方程式可知，在上述条件下反应生成 2 mol SO3
26、气体放热 197 kJ，加入 2 mol SO2 和1 mol O2，生成 SO3 的量小于 2 mol，所以 Q1197 kJ，1 mol SO2和 1 mol O2相当在 2 mol SO2和 1 mol O2达平衡的基础上，减少反应物的浓度，平衡逆向移动，即 Q2Q1，综上：Q2Q1197 kJ。键能与反应热的关系7已知断开或形成 1 mol 化学键吸收或放出的能量称为化学键的键能，如 HH 键的键能为 436 kJ/mol，NN 键的键能为 945 kJ/mol，NH 键的键能为 391 kJ/mol。则下列有关工业合成氨反应的热化学方程式正确的是()AN2(g)3H2(g)2NH3(
27、g)H93 kJ/molBN2(g)3H2(g)2NH3(g)H1 471 kJ/molCN2(g)3H2(g)2NH3(g)H93 kJ/molDN2(g)3H2(g)2NH3(g)H1 471 kJ/mol解析：选 A。根据反应热和键能的关系可得，H945 kJ/mol3436 kJ/mol6391 kJ/mol93 kJ/mol。8(1)2015高考全国卷，28(3)已知反应 2HI(g)=H2(g)I2(g)的 H11 kJmol1，1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收 436 kJ、151 kJ 的能量，则 1 mol HI(g)分子中化学键断
28、裂时需吸收的能量为_kJ。(2)(2015高考浙江卷)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：H2(g)已知：化学键CHCCC=CHH 键能/kJmol1412348612436 计算上述反应的 H_kJmol1。解析：(1)设 1 mol HI(g)分子中化学键断裂吸收的能量为 x，则 2x436 kJ151 kJ11 kJ，x299 kJ。(2)制备苯乙烯需断开 2 mol CH 键，生成 1 mol HH 键，同时在 CC 键的基础上生成 C=C 键，因此生成 1 mol 苯乙烯吸收的热量为 2412 kJ824 kJ，放出的热量为 436 kJ(612348)kJ700 kJ，根据反应热的定义可知，H824 kJmol1700 kJmol1124 kJmol1。答案：(1)299(2)124