第五章 化學反應與能量考試要求教學建議1.認識化學能可以與熱能、電能等其他形式能量之間相互轉化，能量的轉化遵循能量守恒定律。2.認識化學能與熱能的相互轉化，恒溫恒壓條件下化學反應的反應熱可以用焓變表示。3.了解蓋斯定律及其簡單應用。4.認識化學能與電能相互轉化的實際意義及其重要應用。5.了解原電池及常見化學電源的工作原理。6.了解電解池的工作原理，認識電解在實現(xiàn)物質轉化和儲存能量中的具體應用。7.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的本質，知道金屬腐蝕的危害，了解防止金屬腐蝕的措施。一輪復習不能按部就班地循教材復習，否則會磨滅學生的積極性和創(chuàng)造力。本章將化學能與熱能、化學能與電能整合在一起復習，有利于考生從根本上掌握“能量守恒”這一觀點，貫通知識聯(lián)系，形成知識體系。本章共設7課時，仍遵循由基礎到能力，由單一到綜合的編寫路徑。更難能可貴的是，由于本章知識與前沿科技熱點結合比較緊密，高考更注重對創(chuàng)新問題的考查，故本章在編寫時注重前沿熱點問題的滲透和應用。第1課時化學能與熱能(1)基本概念一課過(過基礎)知識點一焓變、熱化學方程式 1化學反應的實質與特征2焓變、反應熱(1)焓(H)用于描述物質所具有能量的物理量。(2)焓變(H)HH(生成物)H(反應物)，單位kJmol1。(3)反應熱當化學反應在一定溫度下進行時，反應所放出或吸收的熱量，通常用符號Q表示，單位kJmol1。(4)焓變與反應熱的關系對于等壓條件下進行的化學反應，如果反應中物質的能量變化全部轉化為熱能，則有：HQp。(5)反應熱、活化能圖示在無催化劑的情況下，為正反應的活化能，為逆反應的活化能，HE1E2。催化劑能降低反應的活化能，但不影響焓變的大小。3吸熱反應與放熱反應(1)從能量高低角度理解放熱反應吸熱反應圖示能量高低反應物的總能量大于生成物的總能量，H0反應物的總能量小于生成物的總能量，H0說明a表示斷裂舊化學鍵吸收的能量，也可以表示反應的活化能。b表示生成新化學鍵放出的能量，也可以表示活化分子結合成生成物分子所釋放的能量。圖中c表示反應的反應熱，可通過計算焓變值求得。(2)從化學鍵角度理解(3)常見的放熱反應與吸熱反應放熱反應吸熱反應常見反應可燃物的燃燒酸堿中和反應金屬與酸的置換反應物質的緩慢氧化鋁熱反應大多數(shù)化合反應弱電解質的電離鹽類的水解反應Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應C和H2O(g)、C和CO2的反應大多數(shù)的分解反應提醒化學反應的能量變化主要表現(xiàn)為放熱或吸熱，但這并不是唯一的表現(xiàn)形式，其他的還有發(fā)光、放電等。化學反應表現(xiàn)為吸熱或放熱，與反應的條件沒有必然關系，而是取決于反應物和生成物具有的總能量(或焓)的相對大小?；瘜W反應表現(xiàn)為吸熱或放熱，與反應開始時是否需要加熱無關。需要加熱的反應不一定是吸熱反應，如CO2CO2為放熱反應；不需要加熱的反應也不一定是放熱反應，如Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應為吸熱反應。4熱化學方程式(1)概念表示參加反應的物質的量和反應熱關系的化學方程式。(2)意義不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化。(3)書寫步驟對點訓練1.如圖是化學反應中物質變化和能量變化的示意圖。若E1>E2，則下列反應符合該示意圖的是()ANaOH溶液與稀鹽酸的反應B鋅與稀鹽酸的反應C氫氧化鋇與氯化銨固體的反應D一氧化碳在空氣中的燃燒反應解析：選C吸收的能量E1大于釋放的能量E2，故該反應為吸熱反應。NaOH溶液與稀鹽酸的反應屬于放熱反應，故A錯誤；鋅與稀鹽酸的反應屬于放熱反應，故B錯誤；氫氧化鋇與氯化銨固體的反應屬于吸熱反應，故C正確；一氧化碳在空氣中的燃燒反應屬于放熱反應，故D錯誤。2(2016浙江4月選考)2A(g)B(g)H1(H10)；2A(g)B(l)H2；下列能量變化示意圖正確的是()解析：選B反應的H10，為放熱反應，即反應物的能量高于生成物的能量，且物質由氣態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)時，也將放熱。對照選項圖像可知B項符合。3(2015浙江10月選考)已知1 mol CH4氣體完全燃燒生成氣態(tài)CO2和液態(tài)H2O，放出890.3 kJ熱量，則表示該反應的熱化學方程式正確的是()ACH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H890.3 kJmol1BCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1CCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1DCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H890.3 kJmol1解析：選B因放熱反應H為負，結合生成的水為液態(tài)，只有B選項正確。4(1)101 kPa時，1 mol CH4完全燃燒生成液態(tài)水和CO2氣體，放出890.3 kJ的熱量，反應的熱化學方程式為_。(2)0.3 mol的氣態(tài)乙硼烷(分子式B2H6)在氧氣中燃燒，生成固態(tài)三氧化二硼和液態(tài)水，放出649.5 kJ的熱量，則其熱化學方程式為_。(3)在25 、101 kPa下，一定質量的無水乙醇完全燃燒時放出熱量Q kJ，其燃燒生成的CO2用過量飽和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀，則乙醇燃燒的熱化學方程式為_。(4)下圖是1 mol NO2和1 mol CO反應生成CO2和NO過程中能量變化示意圖，請寫出NO2和CO反應的熱化學方程式：_。解析：(1)1 mol CH4完全燃燒需要2 mol O2生成1 mol CO2和2 mol液態(tài)H2O，故熱化學方程式為CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1。(2)1 mol乙硼烷在氧氣中燃燒放出的熱量為649.5 kJ2 165 kJ，則其熱化學方程式為B2H6(g)3O2(g)=B2O3(s)3H2O(l)H2 165 kJmol1。(3)由題意可知生成n(CO2)n(CaCO3)1 mol，則由原子守恒可知，需要乙醇的物質的量為 mol，故熱化學方程式為C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H(2Q)2Q kJmol1。(4)由圖可知其熱化學方程式為NO2(g)CO(g)=CO2(g)NO(g)HE1E2134 kJmol1368 kJmol1234 kJmol1。答案：(1)CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1(2)B2H6(g)3O2(g)=B2O3(s)3H2O(l)H2 165 kJmol1(3)C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H2Q kJmol1(4)NO2(g)CO(g)=CO2(g)NO(g)H234 kJmol1知識點二燃燒熱、中和熱、能源1燃燒熱2中和熱(1)中和熱的概念及表示方法(2)中和熱的測定裝置計算公式(以50 mL 0.5 molL1鹽酸與50 mL 0.55 molL1 NaOH溶液反應為例)H kJmol1t1起始溫度，t2終止溫度。(3)注意事項泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或紙條)的作用是保溫隔熱，減少實驗過程中的熱量損失。為保證酸完全中和，采取的措施是使堿稍過量。提醒當用熱化學方程式表示中和熱時，生成H2O的物質的量必須是1 mol，當用熱化學方程式表示燃燒熱時，可燃物的物質的量必須為1 mol。由于中和反應與燃燒反應均是放熱反應，表示中和熱與燃燒熱時可不帶“”號，但用H表示時，必須帶“”號，如某物質的燃燒熱為Q kJmol1或HQ kJmol1。3能源對點訓練1判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“”)。(1)隨著科技的發(fā)展，氫氣將成為主要能源之一()(2)化石燃料和植物燃料燃燒時放出的能量均來源于太陽能()(3)燃料電池中將甲醇蒸氣轉化為氫氣的熱化學方程式是CH3OH(g)O2(g)=CO2(g)2H2 (g)H192.9 kJmol1，則CH3OH(g)的燃燒熱為192.9 kJmol1()(4)氫氣的燃燒熱為285.5 kJmol1，則電解水的熱化學方程式為2H2O(l)2H2(g)O2(g)H285.5 kJmol1()(5)已知稀溶液中，H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJmol1，則稀醋酸與稀氫氧化鈉溶液反應生成1 mol 水時放出57.3 kJ的熱量()2.為消除目前燃料燃燒時產生的環(huán)境污染，同時緩解能源危機，有關專家提出了利用太陽能制取氫能的構想。下列說法正確的是()AH2O的分解反應是放熱反應B氫能源已被普遍使用C2 mol液態(tài)H2O具有的總能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量D氫氣不易貯存和運輸，無開發(fā)利用價值解析：選C2H2O(l)=2H2(g)O2(g)是吸熱反應，說明2 mol液態(tài)H2O的能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易貯存和運輸，所以氫能源利用并未普及，但發(fā)展前景廣闊。3下列熱化學方程式或說法正確的是()A甲烷的燃燒熱為890.3 kJmol1，則甲烷燃燒的熱化學方程式可表示為CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H890.3 kJmol1B500 、30 MPa下，將0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密閉的容器中充分反應生成NH3(g)，放熱19.3 kJ，其熱化學方程式為N2(g)3H2(g)2NH3(g)H38.6 kJmol1C同溫同壓下，等物質的量的H2與足量的Cl2在光照和點燃條件下充分反應，所產生的熱量相同D已知中和熱為57.3 kJmol1，則稀硫酸與氫氧化鋇溶液反應的熱化學方程式為2H(aq)SO(aq)Ba2(aq)2OH(aq)=BaSO4(s)2H2O(l)H57.3 kJmol1解析：選C甲烷的燃燒熱為890.3 kJmol1，表示1 mol甲烷完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時放出的熱量，由于水的穩(wěn)定狀態(tài)是液態(tài)，所以其燃燒的熱化學方程式是CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1，A錯誤；由于氮氣與氫氣產生氨氣的反應是可逆反應，反應物不能完全轉化為生成物，所以500 、30 MPa下，將0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密閉的容器中充分反應生成氨氣的物質的量小于1 mol，該反應的H<38.6 kJmol1，B錯誤；由于反應熱只與反應物、生成物的狀態(tài)及物質的量的多少有關，與反應途徑無關，所以在同溫同壓下，等物質的量的H2與足量的Cl2在光照和點燃條件下充分反應，所產生的熱量相同，C正確；稀硫酸與氫氧化鋇溶液反應生成了BaSO4沉淀和水，生成BaSO4沉淀還需要放出熱量，所以該反應的H<57.3 kJmol12，D錯誤。4石墨的燃燒熱為393.5 kJmol1，CO的燃燒熱為283.0 kJmol1，下列說法正確的是()A相同條件下C(石墨，s)燃燒生成CO氣體的熱化學方程式：2C(石墨，s)O2(g)=2CO(g)H110.5 kJmol1B1 mol C(石墨，s)不完全燃燒，生成CO2和CO混合氣體時，放出熱量283.0 kJCC(石墨，s)和CO2(g)反應生成CO(g)的反應是放熱反應D如果金剛石的燃燒熱大于石墨的燃燒熱，則可以斷定從石墨轉變?yōu)榻饎偸枰鼰峤馕觯哼xD石墨燃燒必放熱，A錯；選項B中由于沒有告知生成物CO和CO2的物質的量之比，因此無法計算反應放出的熱量，B錯；C項石墨與CO2反應是吸熱反應，C錯。5填空。(1)2CO2(g)=2CO(g)O2(g)反應的H2283.0 kJmol1, 則CO(g)的燃燒熱是_。(2)葡萄糖的燃燒熱是2 800 kJmol1，則表示葡萄糖燃燒熱的熱化學方程式為_。(3)氫氣的燃燒熱為285.5 kJmol1，則電解水的熱化學方程式為_。(4)已知中和反應的中和熱為57.3 kJmol1。則Ba(OH)2和鹽酸反應，表示中和熱的熱化學方程式為_。(5)C8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H5 518 kJmol1，C8H18的燃燒熱為_。答案：(1)283.0 kJmol1(2)C6H12O6(s)6O2(g)=6CO2(g)6H2O(l)H2 800 kJmol1(3)2H2O(l)2H2(g)O2(g)H571 kJmol1(4)OH(aq)H(aq)=H2O(l)H57.3 kJmol1(5)5 518 kJmol16(1)(2016海南高考)油酸甘油酯(相對分子質量884)在體內代謝時可發(fā)生如下反應：C57H104O6(s)80O2(g)=57CO2(g)52H2O(l)已知燃燒1 kg該化合物釋放出熱量3.8104 kJ。油酸甘油酯的燃燒熱H為_。(2)(2015海南高考)已知丙烷的燃燒熱H2 215 kJmol1，若一定量的丙烷完全燃燒后生成1.8 g水，則放出的熱量約為_。解析：(1)燃燒熱指的是燃燒1 mol 可燃物生成穩(wěn)定的氧化物所放出的熱量。燃燒1 kg油酸甘油酯釋放出熱量3.8104 kJ，燃燒1 mol 油酸甘油酯釋放出熱量為3.8104 kJ3.36104 kJ3.4104 kJ，則得油酸甘油酯的燃燒熱H3.4104 kJmol1。(2)1.8 g水的物質的量為0.1 mol，丙烷的分子式是C3H8，1 mol丙烷完全燃燒會產生4 mol水，丙烷完全燃燒產生1.8 g水，燃燒的丙烷的物質的量為 mol，所以反應放出的熱量為2 215 kJ55.375 kJ。答案：(1)3.4104 kJmol1(2)55.375 kJ知識點三蓋斯定律1蓋斯定律的定義對于一個化學反應，無論是一步完成還是分幾步完成，其反應焓變都一樣，即化學反應的反應熱只與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關。2蓋斯定律的應用(1)熱化學方程式相加或相減，如C(s)O2(g)=CO2(g)H1C(s)O2(g)=CO(g)H2由可得CO(g)O2(g)=CO2(g)HH1H2(2)合理設計反應途徑，如順時針方向和逆時針方向變化反應熱代數(shù)和相等，即HH1H2。(3)蓋斯定律的理解熱化學方程式焓變之間的關系aA=BH1A=BH2H2H1或H1aH2aA=BH1B=aAH2H1H2HH1H2對點訓練1(2019滕州二中模擬)由金紅石TiO2制取單質Ti，涉及的步驟為TiO2TiCl4Ti。已知：C(s)O2(g)=CO2(g)H12CO(g)O2(g)=2CO2(g)H2TiO2(s)2Cl2(g)=TiCl4(s)O2(g)H3則反應TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(s)2CO(g)的H為()AH32H12H2BH3H1H2CH32H1H2 DH3H12H2解析：選C根據蓋斯定律，由2，可得TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(s)2CO(g)H2H1H2H3，故C項正確。2工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如下所示：請回答下列問題：已知：4NO(g)4NH3(g)O2(g)4N2(g)6H2O(g)H1 745.2 kJmol16NO(g)4NH3(g)5N2(g)6H2O(g)H1 925.2 kJmol1則反應的熱化學方程式可表示為_。解析：將已知的兩個熱化學方程式依次標記為和，根據蓋斯定律，由54得：4NH3(g)5O2(g)=4NO(g)6H2O(g)H1 025.2 kJmol1。答案：4NH3(g)5O2(g)=4NO(g)6H2O(g)H1 025.2 kJmol1