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專題六化學能與熱能 第二單元 PART1 考綱展示 1 了解化學反應中能量轉化的原因 能說出常見的能量轉化形式 2 了解化學能與熱能的相互轉化 了解吸熱反應 放熱反應 反應熱等概念 3 了解熱化學方程式的含義 能正確書寫熱化學方程式 4 了解焓變 H 與反應熱的含義 了解 H H 生成物 H 反應物 表達式的含義 5 理解蓋斯定律 并能運用蓋斯定律進行有關反應焓變的簡單計算 6 了解能源是人類生存和社會發(fā)展的重要基礎 了解化學在解決能源危機中的重要作用 高頻考點探究 1 從兩種角度理解化學反應熱 核心透析 考點一反應熱熱化學方程式 2 五環(huán)節(jié) 法書寫熱化學方程式 提醒 對于具有同素異形體的物質 除了要注明聚集狀態(tài)之外 還要注明物質的名稱 3 燃燒熱和中和熱應用中的注意事項 1 均為放熱反應 H 0 單位為kJ mol 1 2 燃燒熱概念理解的三要點 外界條件是25 101kPa 反應的可燃物是1mol 生成物是穩(wěn)定的氧化物 包括狀態(tài) 如碳元素生成的是CO2 而不是CO 氫元素生成的是液態(tài)水 而不是水蒸氣 3 中和熱概念理解三要點 反應物的酸 堿是強酸 強堿 溶液是稀溶液 不存在稀釋過程的熱效應 生成產物水是1mol 例1 1 2018 北京卷 我國科研人員提出了由CO2和CH4轉化為高附加值產品CH3COOH的催化反應歷程 該歷程示意圖如圖6 1所示 典例探究 圖6 1 下列說法不正確的是 A 生成CH3COOH總反應的原子利用率為100 B CH4 CH3COOH過程中 有C H鍵發(fā)生斷裂C 放出能量并形成了C C鍵D 該催化劑可有效提高反應物的平衡轉化率 2 2018 海南卷 炭黑是霧霾中的重要顆粒物 研究發(fā)現它可以活化氧分子 生成活化氧 活化過程的能量變化模擬計算結果如圖6 2所示 活化氧可以快速氧化二氧化硫 下列說法正確的是 圖6 2 A 每活化一個氧分子吸收0 29eV的能量B 水可使氧分子活化反應的活化能降低0 42eVC 氧分子的活化是O O鍵的斷裂與C O鍵的生成過程D 炭黑顆粒是大氣中二氧化硫轉化為三氧化硫的催化劑 3 2016 天津卷節(jié)選 硅和氯兩元素的單質反應生成1molSi的最高價化合物 恢復至室溫 放熱687kJ 已知該化合物的熔 沸點分別為 69 和58 寫出該反應的熱化學方程式 答案 1 D 2 CD 3 Si s 2Cl2 g SiCl4 l H 687kJ mol 1 解析 1 觀察圖像 發(fā)生的反應是二氧化碳和甲烷生成醋酸 反應的原子利用率為100 A項正確 甲烷生成醋酸 觀察分子結構可知有C H鍵斷裂 B項正確 觀察圖像 物質的能量降低 故放出能量 且形成了C C鍵 C項正確 催化劑只能改變反應速率 不影響平衡的轉化率 D項錯誤 2 根據圖示 活化一個氧分子放出0 29eV的熱量 A錯誤 圖中0 73eV只是無水的過渡態(tài) 0 75eV才是無水的中間態(tài) 因此水可使氧分子活化反應的活化能降低0 18eV B錯誤 氧氣中存在O O鍵 活化氧中存在C O鍵 C正確 由題給信息 活化氧可以快速氧化二氧化硫 結合氧化二氧化硫的總反應可知 D正確 3 單質Si和Cl2發(fā)生化合反應生成Si的最高價化合物即SiCl4 根據熔沸點可判斷常溫下SiCl4為液體 根據題意可寫出熱化學方程式為Si s 2Cl2 g SiCl4 l H 687kJ mol 1 2 甲烷自熱重整是先進的制氫方法 包含甲烷氧化和蒸汽重整兩個過程 向反應系統同時通入甲烷 氧氣和水蒸氣 發(fā)生的主要化學反應如下表 則在初始階段 蒸汽重整的反應速率 填 大于 小于 或 等于 甲烷氧化的反應速率 3 CO2在Cu ZnO催化下 可同時發(fā)生如下的反應 其可作為解決溫室效應及能源短缺問題的重要手段 答案 1 b a kJ mol 1764 2 小于 3 D 2 從表中活化能數據可以看出 在初始階段 蒸汽重整反應活化能較大 而甲烷氧化的反應活化能均較小 所以甲烷氧化的反應速率快 3 反應 是放熱反應 反應物的總能量大于生成物的總能量 反應 是吸熱反應 反應物的總能量小于生成物的總能量 因為反應 的速率大于反應 因此反應 的活化能低于反應 D正確 特別提醒 特別提醒 催化劑能加快反應速率的原理是降低了反應的活化能 由此可推知反應的活化能越低 反應速率越快 相對來說反應就越易進行 核心透析 考點二蓋斯定律的應用 典例探究 考查角度一反應熱的計算 答案 1 53 1 2 136 2 變式 1 通過熱循環(huán)進行能源綜合利用的反應系統的原理如圖6 5所示 圖6 5 系統 制取氫氣的熱化學方程式為 兩個系統制得等量的氫氣所需能量較少的是 2 熱化學碘硫循環(huán)脫硫涉及以下三個反應 bunsen反應 SO2 g I2 g 2H2O l 2HI g H2SO4 l H硫酸分解反應 2H2SO4 l 2SO2 g O2 g 2H2O l H 462kJ mol 1碘化氫分解反應 2HI g H2 g I2 g H 10kJ mol 1已知氫氣的燃燒熱為286kJ mol 1 則bunsen反應的 H kJ mol 1 解題策略 考查角度二反應熱大小的比較 則該反應的 H 分別在vL恒溫密閉容器A 恒容 B 恒壓 容積可變 中 加入CH4和CO2各1mol的混合氣體 兩容器中反應達平衡后放出或吸收的熱量較多的是 填 A 或 B 2 室溫下 CuSO4 s 和CuSO4 5H2O s 溶于水及CuSO4 5H2O受熱分解的能量變化如圖6 6所示 下列說法不正確的是 A 將CuSO4 5H2O s 溶于水會使溶液溫度降低B 將CuSO4 s 溶于水會使溶液溫度升高C H3 H2D H1 H2 H3 圖6 6 答案 1 120kJ mol 1B 2 D 解析 1 根據焓變 反應物的鍵能總和 生成物的鍵能總和 可得 H 4 413kJ mol 1 2 745kJ mol 1 2 1075kJ mol 1 2 436kJ mol 1 120kJ mol 1 容器A恒容 隨著反應進行 相對于容器B等于加壓 平衡逆向移動 反應吸熱較少 變式已知 C s O2 g CO2 g H1CO2 g C s 2CO g H22CO g O2 g 2CO2 g H34Fe s 3O2 g 2Fe2O3 s H43CO g Fe2O3 s 3CO2 g 2Fe s H5下列關于上述反應焓變的判斷正確的是 A H1 0 H30 H4 0C H1 H2 H3D H3 H4 H5 歸納總結 比較反應熱大小的方法比較反應熱的大小時要注意 H有正負之分 比較時要連同 一起比較 類似數學中的正 負數大小的比較 若只比較放出或吸收熱量的多少 則只比較數值的大小 不考慮正 負號 具體比較方法有如下幾種 1 利用蓋斯定律比較 2 同一反應的生成物狀態(tài)不同時 如A g B g C g H1 A g B g C l H2 則 H1 H2 命題考向追蹤 歷年動態(tài) 命題考向追蹤 答案 C 2 2016 江蘇卷 通過以下反應均可獲取H2 下列有關說法正確的是 太陽光催化分解水制氫 2H2O l 2H2 g O2 g H1 571 6kJ mol 1 焦炭與水反應制氫 C s H2O g CO g H2 g H2 131 3kJ mol 1 甲烷與水反應制氫 CH4 g H2O g CO g 3H2 g H3 206 1kJ mol 1A 反應 中電能轉化為化學能B 反應 為放熱反應C 反應 使用催化劑 H3減小D 反應CH4 g C s 2H2 g 的 H 74 8kJ mol 1 答案 D 2 2018 北京卷節(jié)選 近年來 研究人員提出利用含硫物質熱化學循環(huán)實現太陽能的轉化與存儲 過程如下 圖6 7 答案 1 247 2 3SO2 g 2H2O g 2H2SO4 l S s H2 254kJ mol 1 3 135 6c CO2 c H2O 4 2 H3 2 H2 H1 5 124 解析 1 將題給三個已知熱化學方程式依次編號為 由 2 可得CH4 g CO2 g 2CO g 2H2 g 根據蓋斯定律 則該反應的 H 111kJ mol 1 2 75kJ mol 1 394kJ mol 1 247kJ mol 1 2 根據過程 反應 為SO2催化歧化生成H2SO4和S 反應為3SO2 2H2O 2H2SO4 S 根據蓋斯定律 由反應 反應 得2H2SO4 l S s 3SO2 g 2H2O g H H1 H3 551kJ mol 1 297kJ mol 1 254kJ mol 1 反應 的熱化學方程式為3SO2 g 2H2O g 2H2SO4 l S s H 254kJ mol 1 3 根據蓋斯定律 NaHCO3 s 分解反應可由 2得到 故 H H1 2 H2 127 4kJ mol 1 131 5kJ mol 1 2 135 6kJ mol 1 固體不能寫入平衡常數表達式 該反應的平衡常數表達式K c CO2 c H2O 4 觀察可知 四個熱化學方程式關系式為 2 2 由蓋斯定律可知2 H3 2 H2 H1 H4 5 用反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能等于反應的焓變 反應可看成是苯乙烷中乙基的兩個碳氫鍵斷裂 由碳碳單鍵變成碳碳雙鍵 同時有H2生成 故有 H 412kJ mol 1 2 348kJ mol 1 612kJ mol 1 436kJ mol 1 124kJ mol 1 2019預測 圖6 8 答案 D 解析 根據反應過程示意圖 過程 為水分子中的化學鍵斷裂的過程 為吸熱過程 A錯誤 過程 中CO 氫氧原子團和氫原子形成了二氧化碳 水和氫氣 H2中的化學鍵為非極性鍵 B錯誤 催化劑不能改變反應的 H C錯誤 根據反應過程示意圖 過程 中水分子中的化學鍵斷裂 過程 也是水分子中的化學鍵斷裂的過程 過程 中形成了水分子 因此H2O均參與了反應過程 D正確 5 1 已知H2的燃燒熱 H 285 8kJ moI 1 N2 g O2 g 2NO g H 180kJ moI 1 一定條件下 H2還原NO生成液態(tài)水和一種無毒物質的熱化學方程式為 2 在100kPa和298 15K下 由穩(wěn)定單質生成1mol化合物的焓變稱為該物質在298 15K時的標準摩爾生成焓 已知NO標準摩爾生成焓 H 91 5kJ moI 1 CO的標準燃燒熱 H 283kJ moI 1 由此寫出NO和CO反應的熱化學方程式 3 已知拆開1molH2 1molO2和液態(tài)水中1molO H鍵使之成為氣態(tài)原子所需的能量分別為436kJ 496kJ和462kJ CH3OH g 的燃燒熱為627kJ mol 1 則CO2 g 3H2 g CH3OH g H2O l H kJ mol 1 答案 1 2H2 g 2NO g N2 g 2H2O l H 751 6kJ mol 1 2 2CO g 2NO g N2 g 2CO2 g H 749kJ mol 1 3 93 教師備用習題 教師備用習題 答案 A 答案 B A 反應的 H 逆反應活化能 正反應活化能B 把1molCO g 和2molH2 g 充入密閉容器中充分反應 達到平衡時放出的熱量為91kJC 從圖中信息可知加入催化劑能改變反應歷程和熱效應D 相同條件下 CO g 和H2 g 反應生成1mol液態(tài)CH3OH放出的熱量大于91kJ 2 某課題組實現了在常溫常壓下 以氮氣和液態(tài)水為原料制備氨 同時有氧氣生成 已知 在一定溫度和壓強下 由最穩(wěn)定的單質生成1mol純物質的熱效應 稱為該物質的生成熱 H 常溫常壓下 相關物質的生成熱如下表所示 上述合成氨反應的熱化學方程式為 3 氮的氧化物是大氣污染物 可以通過催化還原法處理 在汽車排氣管上安裝一個催化轉化器 發(fā)生反應 解析 1 由圖可知 反應為放熱反應 H 正反應活化能 逆反應活化能 A錯誤 反應為可逆反應 不可能完全轉化 故把1molCO g 和2molH2 g 充入密閉容器中充分反應 達到平衡時放出的熱量小于91kJ B錯誤 從圖中信息可知加入催化劑能改變反應歷程但不能改變熱效應 C錯誤 氣態(tài)CH3OH轉化為液態(tài)CH3OH時放熱 故相同條件下 CO g 和H2 g 反應生成1mol液態(tài)CH3OH放出的熱量大于91kJ D正確