1、专题三元素及其化合物 第10讲 化学反应与能量变化 高考总复习大二轮 化 学 考纲考向素养考纲要求热点考向核心素养(1)了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。(2)了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。(1)焓变与反应热宏观辨识与微观探析：从宏观和微观相结合的视角分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构化学键之间的联系。(3)了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。(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。(5)了解焓变(H)与反应热的含义。(6)理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计
2、算。(2)热化学方程式及盖斯定律的应用变化观念与平衡思想：能运用守恒的观点分析化学变化，并能运用化学计量单位定量分析化学变化及其伴随发生的能量转化。1一念对错(正确的划“”，错误的划“”)(1)如图表示燃料燃烧反应的能量变化()(2)催化剂能改变反应的焓变()(3)催化剂能降低反应的活化能()(4)同温同压下，H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的 H 不同()(5)甲烷的燃烧热 H890.3 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 kJmol1()(6)25、101 kPa 时，强酸、强碱的稀溶液发
3、生中和反应的中和热为 57.3 kJmol1，则 2H(aq)SO24(aq)Ba2(aq)2OH(aq)=BaSO4(s)2H2O(l)H114.6 kJmol1()(7)已知 P(白磷，s)=P(红磷，s)H0，则白磷比红磷稳定()(8)已知 S(s)O2(g)=SO2(g)H1Q1 kJmol1，S(g)O2(g)=SO2(g)H2Q2 kJmol1，则 Q1Q2()(9)已知反应 CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H99 kJmol1中的相关化学键能如下：化学键HH CO COHOCHE/(kJmol1)436343x465413则 x976()(10)500、30 MPa 下，N
4、2(g)3H2(g)2NH3(g)H38.6 kJmol1；将 1.5 mol H2 和过量的 N2 在此条件下充分反应，放出热量 19.3 kJ()2写出下列反应的热化学方程式(1)NaBH4(s)与水(l)反应生成 NaBO2(s)和 H2，在 25、101 kPa下，已知每消耗 3.8 g NaBH4(s)放热 21.6 kJ，该反应的热化学方程式：_。(2)CuCl(s)与 O2 反应生成 CuCl2(s)和一种黑色固体。在 25、101 kPa 下，已知该反应每消耗 1 mol CuCl(s)，放热 44.4 kJ，该反应的热化学方程式：_。(3)1 mol CH3OH(l)在 O2
5、(g)中完全燃烧，生成 CO2(g)和 H2O(l)，放出 443.5 kJ 热量：_。(4)化学反应 N23H22NH3 的能量变化如图所示(假设该反应反应完全)。试 写 出 N2(g)和 H2(g)反 应 生 成 NH3(l)的 热 化 学 方 程 式：_。答案：(1)NaBH4(s)2H2O(l)=NaBO2(s)4H2(g)H216.0 kJmol1(2)4CuCl(s)O2(g)=2CuCl2(s)2CuO(s)H 177.6 kJmol1(3)CH3OH(l)32 O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H 443.5 kJmol1(4)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H2(cb
6、a)kJmol13试比较下列三组 H 的大小：(1)A(g)B(g)=C(g)H10A(g)B(g)=C(l)H20H1_H2(填“”“”或“”，下同)。(2)P4(g)5O2(g)=P4O10(s)H10P4(s)5O2(g)=P4O10(s)H20则 H1_H2。(3)C(s)O2(g)=CO2(g)H10C(s)12O2(g)=CO(g)H20则 H1_H2。答案：(1)(2)(3)考点一 反应热真题引领1(2019江苏，T11)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是()A一定温度下，反应 2H2(g)O2(g)=2H2O(g)能自发进行，该反应的 H0B氢氧
7、燃料电池的负极反应为 O22H2O4e=4OHC常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗 11.2 L H2，转移电子的数目为 6.021023D反应 2H2(g)O2(g)=2H2O(g)的 H 可通过下式估算：H反应中形成新共价键的键能之和反应中断裂旧共价键的键能之和解析：A A.体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向，该反应属于混乱度减小的反应，能自发说明该反应为放热反应，即 H0，故 A 正确；B.氢氧燃料电池，氢气作负极，失电子发生氧化反应，中性条件的电极反应式为：2H24e=4H，故B 错误；C.常温常压下，Vm22 L/mol，无法根据气体体积进行微粒数目的计算，故 C
8、 错误；D.反应中，应该如下估算：H反应中断裂旧共价键的键能之和反应中形成新共价键的键能之和，故 D 错误。2(2018北京，7)我国科研人员提出了由 CO2 和 CH4 转化为高附加值产品 CH3COOH 的催化反应历程。该历程示意图如下。下列说法不正确的是()A生成 CH3COOH 总反应的原子利用率为 100%BCH4CH3COOH 过程中，有 CH 键发生断裂C放出能量并形成了 CC 键D该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率解析：D A 项，根据图示 CH4 与 CO2 在催化剂存在时生成CH3COOH，总 反 应 为 CH4 CO2 催化剂 CH3COOH，只 有CH3COOH 一种
9、生成物，原子利用率为 100%，A 项正确；B 项，CH4CH3COOH 过程中，有 1 个 CH 键发生断裂，B 项正确；C 项，根据图示，的总能量高于的总能量，放出能量，对比和，形成 CC 键，C 项正确；D 项，催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误；故选 D。3(2018海南化学)(双选)炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法正确的是()A每活化一个氧分子吸收 0.29 eV 的能量B水可使活化氧分子的活化能降低 0.42 eVC氧分子的活化是
10、OO 的断裂与 CO 键的生成过程D炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂解析：CD 由图可知每活化一个氧分子放出 0.29 eV 的能量，A 错误；水可使活化氧分子的活化能升高 0.42 eV，B 错误。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天津理综，7(3)0.1 mol Cl2 与焦炭、TiO2 完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成 TiO2xH2O 的液态化合物，放热4.28 kJ，该反应的热化学方程式为_。(3)(2016天津理综)硅和氯两元素的单质反应生成 1 mol Si 的最高价化合物，恢复
11、至室温，放热 687 kJ，已知该化合物的熔、沸点分别为69 和 58。写出该反应的热化学方程式：_。解析：(1)H2SO4(aq)=SO2(g)H2O(l)12O2(g)H1327 kJmol1SO2(g)I2(s)2H2O(l)=2HI(aq)H2SO4(aq)H2151 kJmol12HI(aq)=H2(g)I2(s)H3110 kJmol1H2S(g)H2SO4(aq)=S(s)SO2(g)2H2O(l)H461 kJmol1，整理可得系统()的热化学方程式 H2O(l)=H2(g)12O2(g)H286 kJmol1；，整理可得系统()的热化学方程式 H2S(g)=H2(g)S(s)
12、H20 kJmol1。根据系统()、系统()的热化学方程式可知：每反应产生 1 mol氢气，后者吸收的热量比前者少，所以制取等量的 H2 所需能量较少的是系统()。(3)Si 与 Cl2 生成 Si 的最高价化合物为 SiCl4，根据 SiCl4 的熔、沸点可知其室温下状态为液态，故该反应的热化学方程式为 Si(s)2Cl2(g)=SiCl4(l)H687 kJmol1。答案：(1)H2O(l)=H2(g)12O2(g)H286 kJmol1H2S(g)=H2(g)S(s)H20 kJmol1 系统()(2)2Cl2(g)TiO2(s)2C(s)=TiCl4(l)2CO(g)H85.6 kJm
13、ol1(3)Si(s)2Cl2(g)=SiCl4(l)H687 kJmol1知能必备1产生化学反应热效应的原因(1)从宏观角度分析HH1 生成物的总能量H2 反应物的总能量。(2)从微观角度分析HE1 反应物的键能总和E2 生成物的键能总和。(3)从活化能角度分析HE1 正反应活化能E2 逆反应活化能。2热化学方程式书写和正误判断的六个易错点3反应热的大小比较方法(1)利用盖斯定律比较。(2)同一反应的生成物状态不同时，如 A(g)B(g)=C(g)H1，A(g)B(g)=C(l)H2，则 H1H2。(3)同一反应的同一反应物状态不同时，如 A(s)B(g)=C(g)H1，A(g)B(g)=C
14、(g)H2，则 H1H2。(4)两个有联系的反应相比较时，如2Fe(s)32O2(g)=Fe2O3(s)H1；2Al(s)32O2(g)=Al2O3(s)H2；2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)H3，H1与 H2比较。利用反应(包括 H2)乘以某计量数减去反应(包括 H1)乘以某计量数，即得出 H3H2某计量数H1某计量数，根据 H3 小于 0 进行比较。题组训练题组 1 能量变化图像1下列有关图像的叙述不正确的是()A图：H2 的燃烧热为 245 kJmol1B图：b 可能为使用催化剂的曲线，活化能降低C图：恒温恒容时，向容器中充入 1 mol N2、3 mol H2
15、，充分反应后放热小于 92.2 kJD图：HgO(s)=Hg(l)12O2(g)H90.7 kJmol1解析：A 根据燃烧热的概念，H2 的燃烧热为 1 mol H2(g)完全燃烧生成稳定氧化物 H2O(l)时所放出的热量，由图可知 H2O 为气态，A 项叙述错误。由图可知，曲线 b 的活化能低于 a 的，b 可能使用了催化剂，B 项叙述正确。由于 N2 与 H2 合成 NH3 为可逆反应，故充分反应后达到平衡时放热小于 92.2 kJ，C 项叙述正确。由图可知，HgO(s)分解为 Hg(l)和 O2(g)为吸热反应，热化学方程式书写正确，D 项叙述正确。2中国研究人员研制一种新型复合光催化剂
16、，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，主要过程如下图所示下列说法不正确的是()A整个过程实现了光能向化学能的转化B过程放出能量并生成了 OO 键C总反应 2H2O2H2O2D过程属于分解反应也是吸热反应解析：D A.由图可知，利用太阳光在催化剂表面实现水分解为氢气和氧气，光能转化为化学能，A 正确；B.过程生成了 OO键，释放能量，B 正确；C.该过程的总反应是水分解为氢气和氧气，C 正确；D.由图可知，过程有既有 OH 键断裂，也有 HH 键形成，D 错误。题组 2 热化学方程式书写3(1)在高温下，一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫。已知：C(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5 k
17、Jmol1CO2(g)C(s)=2CO(g)H2172.5 kJmol1S(s)O2(g)=SO2(g)H3296.0 kJmol1请写出 CO 与 SO2 反应的热化学方程式：_。(2)硝酸厂常用催化还原方法处理尾气。CH4 在催化条件下可以将 NO2 还原为 N2。已知：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H889.6 kJmol1N2(g)2O2(g)=2NO2(g)H67.7 kJmol1则 CH4 还原 NO2 生成水蒸气和氮气的热化学方程式是_。解析：(1)根据盖斯定律，热化学方程式是由得到。(2)根据盖斯定律，热化学方程式是由得到。答 案：(1)2CO(g)SO2
18、(g)=S(s)2CO2(g)H 270.0 kJmol1(2)CH4(g)2NO2(g)=CO2(g)N2(g)2H2O(g)H 957.3 kJmol1题组 3 反应热的比较4同温同压下，下列各组热化学方程式中 Q2Q1 的是()A2H2(g)O2(g)=2H2O(l)HQ12H2(g)O2(g)=2H2O(g)HQ2BS(g)O2(g)=SO2(g)HQ1S(s)O2(g)=SO2(g)HQ2CC(s)12O2(g)=CO(g)HQ1C(s)O2(g)=CO2(g)HQ2DH2(g)Cl2(g)=2HCl(g)HQ112H2(g)12Cl2(g)=HCl(g)HQ2解析：C 反应放出或吸
19、收的热量的多少，跟反应物和生成物的聚集状态有密切关系。A 中两式仅生成物中水的状态不同，由于生成液态水比生成气态水放热多，所以 Q1Q2；B 中两式仅硫的状态不同，由于固态硫变成气态硫要吸收热量，所以 Q1Q2；C 中固态碳与氧气完全反应生成二氧化碳，放出的热量 Q2 应大于不完全燃烧时生成一氧化碳所放出的热量 Q1；D 中两式各物质的物质的量不同，有 Q12Q2 的关系。5室温下，将 1 mol 的 CuSO45H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为 H1，将 1 mol 的 CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热 效 应 为H2；CuSO45H2O受 热 分 解 的 化 学 方
20、程 式 为CuSO45H2O(s)=CuSO4(s)5H2O(l)，热效应为 H3。则下列判断正确的是()AH2H3BH1H3CH1H3H2DH1H2H3解析：B 1 mol CuSO45H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，为吸热反应，故 H10,1 mol CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，为放热反应，故 H20,1 mol CuSO45H2O(s)溶于水可以分为两个过程，先分解成 1 mol CuSO4(s)和 5 mol 水，然后 1 mol CuSO4(s)再溶于水，CuSO45H2O 的分解为吸热反应，即 H30，根据盖斯定律得到关系式 H1H2H3，分析得到答案：H1H3。考
21、点二 盖斯定律与反应热的计算真题引领1(2018全国卷节选)(1)已知：2N2O5(g)=2N2O4(g)O2(g)H14.4 kJmol12NO2(g)=N2O4(g)H255.3 kJmol1则反应 N2O5(g)=2NO2(g)12O2(g)的 H_kJmol1。(2)(2018全国卷节选)CH4CO2 催化重整反应为：CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)12O2(g)=CO(g)H111 kJmol1该催化重整反应的 H_kJmol1。(3)(201
22、8全国卷节选)SiHCl3 在催化剂作用下发生反应：2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)H148 kJmol13SiH2Cl2(g)=SiH4(g)2SiHCl3(g)H230 kJmol1则 反 应4SiHCl3(g)=SiH4(g)3SiCl4(g)的H为_kJmol1。解析：(1)把已知两反应按顺序编号为 a、b，根据盖斯定律，a 式12b 式可得：N2O5(g)=2NO2(g)12O2(g)H53.1 kJmol1。(2)将题给已知三个反应依次编号为、，根据盖斯定律，由2可得：CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)H247 kJmol1。(3)将题给两
23、个热化学方程式依次编号为、，根据盖斯定律，由3可得：4SiHCl3(g)=SiH4(g)3SiCl4(g)，则有 H3H1H2348 kJmol1(30 kJmol1)114 kJmol1。答案：(1)53.1(2)247(3)1142 (2017 全 国 卷 节 选)已 知：As(s)32 H2(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23可得：As2O5(s)3H2O(l)=2H
24、3AsO4(s)H2H13H2H3。答案：2H13H2H33(1)(2018天津理综)CO2 与 CH4 经催化重整，制得合成气：CH4(g)CO2(g)催化剂 2CO(g)2H2(g)已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：化学键CH C=O HHCO(CO)键能/kJmol14137454361 075则该反应的 H_。(2)(2015全国卷，节选)已知反应 2HI(g)=H2(g)I2(g)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)分子中化学键断裂时需吸收的能量为_ k
25、J。解析：(1)反应的 H413 kJmol14745 kJmol121 075 kJmol12436 kJmol12120 kJmol1。(2)根据焓变等于反应物键能总和减去生成物键能总和可知：2EH1EHHEII11 kJ，得 EHI299 kJ。答案：(1)120 kJmol1(2)299知能必备1定义化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的，即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。2图示：盖斯定律的理解热化学方程式焓变之间的关系aA=B H1A=1aB H2H21aH1 或 H1aH2aA=B H1B=aA H2H1H2HH1H23.反应热的计
26、算方法方法 1 利用键能计算反应热(H)计算公式：H反应物的总键能生成物的总键能熟悉掌握常见物质中的化学键数目物质CO2(CO)CH4(CH)P4(PP)SiO2(SiO)石墨金刚石S8(SS)Si键数24641.5282方法 2 利用盖斯定律计算反应热根据盖斯定律计算 H 的步骤 方法 3 依据能量变化图计算反应热(H)如：已知由 N2O 和 NO 反应生成 N2 和 NO2 的能量变化如图所示：若生成 1 mol N2，则 H(209348)kJmol1139 kJmol1题组训练题组 1 盖斯定律的应用1某反应的能量转换如图所示，下列说法不正确的是()AH1H2H3BH10、H20、H3
27、0C将煤转化为 H2(g)和 CO(g)后燃烧与煤直接燃烧放出的热量一样多D将煤转化为水煤气后再燃烧，从提高煤燃烧利用率看是得不偿失解析：D 由盖斯定律可知，H1H2H3，A 项正确；反应 1 是放热反应、反应 2 是吸热反应、反应 3 是放热反应，故 H10、H20、H30，B 项正确；将煤转化为 H2(g)和 CO(g)是吸热过程，根据盖斯定律可知，将煤转化为 H2(g)和 CO(g)后燃烧与煤直接燃烧放出的热量一样多，C 项正确；将煤转化为水煤气后再燃烧，提高了煤燃烧利用率，D 项错误。2氢卤酸的能量关系如图所示，下列说法正确的是()A已知 HF 气体溶于水放热，则 HF 的 H10B相
28、同条件下，HCl 的 H2 比 HBr 小C相同条件下，HCl 的 H3H4 比 HI 大D一定条件下，气态原子生成 1 mol HX 键放出 a kJ 能量，则该条件下 H2a kJmol1解析：D HF 气体溶于水放热，则 HF 气体溶于水的逆过程吸热，即 HF 的 H10，A 项错误；由于 HCl 比 HBr 稳定，故相同条件下 HCl 的 H2 比 HBr 大，B 项错误；H3H4 代表 H(g)H(aq)的焓变，与 HCl 和 HI 无关，C 项错误；形成 1 mol HX 键放出 a kJ 能量，则断开 1 mol HX 键形成气态原子吸收 a kJ 能量，即 H2a kJmol1
29、，D 项正确。题组 2 反应热的计算3已知几种化学键的键能和热化学方程式如下：化学键HNNNClClNNHCl键能/(kJmol1)391193243946432N2H4(g)2Cl2(g)=N2(g)4HCl(g)H。下列推断正确的是()AH(g)Cl(g)=HCl(g)H432 kJmol1B断裂 1 mol ClCl 键吸收能量比断裂 1 mol NN 键多 703 kJC上述反应中，H431 kJmol1D上述反应中，断裂极性键和非极性键，只形成极性键解析：C 形成化学键时放出能量，A 项错误；根据表格数据知，氯氯键的键能小于氮氮三键键能，B 项错误；反应热等于断裂化学键的总键能与形成
30、化学键的总键能之差，H(391419324329464324)kJmol1431 kJmol1，C 项正确；反应物 N2H4 中含极性键和非极性键，氯气中含非极性键，产物氮气中含非极性键，氯化氢中含极性键，所以该反应中断裂和形成的化学键都有极性键和非极性键，D 项错误。4向 Na2CO3 溶液中滴加盐酸，反应过程中能量变化如图所示。下列说法正确的是()A反应 HCO3(aq)H(aq)=CO2(g)H2O(l)为放热反应BCO23(aq)2H(aq)=CO2(g)H2O(l)HH1H2H3CH1H2，H2H3DH2CO3(aq)=CO2(g)H2O(l)，若使用催化剂，则 H3 变小解析：B
31、由题意可知，反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，则反应 HCO3(aq)H(aq)=CO2(g)H2O(l)为吸热反应，A 错误；反应 CO23(aq)2H(aq)=CO2(g)H2O(l)分三步进行：CO23(aq)2H(aq)HCO3(aq)H(aq)H2CO3(aq)CO2(g)H2O(l)，则该反应的 HH1H2H3，B 正确；由图可知，反应 CO23(aq)2H(aq)=HCO3(aq)H(aq)放出的能量比反应 HCO3(aq)H(aq)=H2CO3(aq)放出的能量多，则有 H1H2，C 错误；使用催化剂能改变反应的活化能，从而改变反应速率，但反应热不变，故 H3 不变，D 错误。
