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第1讲　化学反应的热效应
【复习目标】
1.了解反应热、内能、焓变的概念,明确三个概念之间的关系。
2.知道常见的吸热反应、放热反应,并能从多个角度分析化学反应中能量变化的原因。
3.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。
4.了解燃烧热的定义,能进行简单计算;了解中和反应反应热的测定方法。
5.理解盖斯定律的意义,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
考点一　反应热与热化学方程式
1.化学反应的实质与特征
(1)实质:反应物中化学键　　　　和生成物中化学键　　　　。
(2)特征:既有　　　　的变化,还伴随着　　　　的变化;　　　　　　　　主要表现为　　　　的变化。
(3)两大守恒:　　　　守恒和　　　　守恒。
2.反应热和焓变
(1)概念。
焓(H):与内能有关的物理量。物质的焓越小,具有的能量越低,稳定性越强。
(2)举例说明常见的放热反应和吸热反应。
放热反应 吸热反应
①可燃物的燃烧反应; ②酸碱中和反应; ③金属与酸的置换反应; ④物质的缓慢氧化; ⑤铝热反应; ⑥大多数化合反应 ①盐类的水解反应; ②Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应; ③C和H2O(g)、C和CO2的反应; ④大多数分解反应; ⑤盐酸和碳酸氢钠的反应
(3)宏微结合多角度认识反应热。
①从能量变化角度理解。
ΔH=E(生成物的总能量)-E(反应物的总能量)。
②从化学键变化角度理解。
ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。
③从活化能角度理解。
a.在无催化剂的情况下,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,ΔH=　　　　。
b.催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。
3.热化学方程式
(1)概念。
表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式叫做热化学方程式。
(2)意义。
既表明了化学反应中的　　　　变化,又表明了化学反应中的　　　　变化。如2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ/mol 表示在 25 ℃、101 kPa条件下,　 　。
(3)书写。
[理解·辨析] 判断正误
(1)化学反应一定伴随能量变化,伴有能量变化的物质变化都是化学变化。(　　)
(2)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同。(　　)
(3)石墨转变为金刚石是吸热反应,则金刚石比石墨更稳定。(　　)
(4)对于反应SO2(g)+O2(g)SO3(g)　ΔH=-Q kJ/mol,增大压强平衡右移,放出的热量增多,Q增大。(　　)
(5)反应2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH1和反应2H2O(l)2H2(g)+O2(g)　ΔH2中,ΔH1=ΔH2。(　　)
(6)已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ/mol,则NH3(g)N2(g)+H2(g)　ΔH=+46.2 kJ/mol。(　　)
一、能量—反应历程图示分析
1.一定条件下, CH3CHCH2 与HCl反应,有两种加成产物:①CH3CHClCH3 和②CH3CH2CH2Cl,其反应历程如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 稳定性:CH3CHClCH3[B] 得到加成产物①的反应为放热反应
[C] 得到加成产物②反应的焓变等于E2-E1
[D] 得到加成产物②的速率比①的速率大
2.科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程如图所示。
回答下列问题。
(1)从状态Ⅰ到状态Ⅲ为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)从状态Ⅰ到状态Ⅱ需要　　　　(填“吸收”或“释放”)能量,CO分子　　　　(填“需要”或“不需要”)断键形成C和O。
(3)从状态Ⅱ到状态Ⅲ形成的化学键是　 。
(4)将相同物质的量的CO转化为CO2,CO与O反应比CO与O2反应放出的热量　　　　(填“多”或“少”),可能的原因是　 　。
(5)由该反应过程可知,在化学反应中,旧化学键　　　　(填“一定”或“不一定”)完全断裂,但一定有新化学键的　　　　。
二、反应热与键能的相关计算
3.(2022·浙江6月选考,18)标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表:
物质(g) O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O
能量/ (kJ/mol) 249 218 39 10 0 0 -136 -242
可根据HO(g)+HO(g)H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ/mol。下列说法不正确的是(　　)
[A] H2的键能为436 kJ/mol
[B] O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
[C] 解离氧氧单键所需能量:HOO[D] H2O(g)+O(g)H2O2(g)　　　ΔH=-143 kJ/mol
4.(2023·新课标卷,29节选)根据图中数据计算反应 N2(g)+H2(g)NH3(g)的ΔH=
　　　　 kJ/mol。
三、热化学方程式书写
5.依据事实,写出下列反应的热化学方程式。
(1)1 mol C(石墨,s)与适量H2O(g)反应生成 CO(g)和H2(g),吸收131.3 kJ热量: 　。
(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是 　。
(3)1.6 g液态化合物N2H4与液态H2O2恰好完全反应生成两种对环境友好的气体,此时放出 75 kJ 的热量,请写出该反应的热化学方程式: 　　　　　　。
(4)如图是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,请写出NO2(g)与CO(g)反应的热化学方程式: 　　　　　　。
(5)合成氨反应常使用铁触媒增大反应速率。如图为有、无铁触媒时,反应的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式: 　　　　　　　　　　　　　　。从能量角度分析,铁触媒的作用是　 。
(6)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g),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为 　。
考点二　中和反应的反应热、燃烧热、能源
1.中和反应的反应热及测定
(1)概念。
在25 ℃和101 kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成 　　　　　　　时所放出的热量。
(2)中和反应反应热的测定。
①测定原理。
ΔH=-
c=4.18 J/(g·℃)=4.18×10-3 kJ/(g·℃);n为生成H2O的物质的量。稀溶液密度用1 g/mL进行计算。
②实验装置。
③实验步骤。
步骤 操作
酸溶液温度的测量 用量筒量取50 mL 0.50 mol/L盐酸,打开杯盖,倒入量热计的内筒,盖上杯盖,插入温度计,测量并记录盐酸的温度
碱溶液温度的测量 用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液,用温度计测量并记录NaOH溶液的温度
反应后体系温度的测量 打开杯盖,将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒,立即盖上杯盖,插入温度计,用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化,记录最高温度
重复实验 重复上述步骤2次
④数据处理及结论。
a.数据处理:取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。
b.结论:在25 ℃和101 kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成 　　　　时,放出57.3 kJ的热量,热化学方程式可表示为　 　。
2.燃烧热
3.能源
[理解·辨析] 判断正误
(1)空气、燃料比越大,燃料燃烧越充分,则燃烧效率一定越高。(　　)
(2)S(s)+O2(g)SO3(g)　ΔH=-315 kJ/mol(燃烧热)(ΔH的数值正确)。(　　)
(3)氢气的燃烧热ΔH=-285.8 kJ/mol,则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)+O2(g)
ΔH=+285.8 kJ/mol。(　　)
(4)HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ/mol,则0.5 mol H2SO4和足量Ba(OH)2反应的ΔH=-57.3 kJ/mol。(　　)
一、中和反应反应热的测定
1.(2024·山东威海期中)某同学设计如图所示实验,探究反应中的能量变化。下列判断正确的是(　　)
[A] 实验(a)、(b)、(c)所涉及的反应都是放热反应
[B] 将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量有所增加
[C] 实验(c)中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器对实验结果没有影响
[D] 实验(c)中若用NaOH固体测定,则测定数值偏高
2.某同学通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和反应的反应热,将100 mL
0.5 mol/L盐酸与100 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应(在稀溶液中,可以近似地认为酸、碱的密度、比热容与水的相等)。回答下列问题。
(1)从实验装置上看,图中缺少的一种玻璃仪器是　　　　　　　　,其作用是　
　　　　　　　　。
(2)简易量热计如果不盖杯盖,生成1 mol H2O(l)时所测得中和反应的反应热(ΔH)将　　　　(填“偏大”“偏小”或“无影响”),判断的理由是　 　。
(3)实验中改用80 mL 0.50 mol/L盐酸和80 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,两者所放出的热量　　　　(填“相等”或“不相等”)。
(4)若用与盐酸等体积、等物质的量浓度的CH3COOH溶液进行上述实验,生成1 mol H2O时,所测得的中和反应的反应热的绝对值(|ΔH|)将　　　　(填“偏大”“偏小”或“无影响”),判断的理由是　 　。
(5)若通过测定计算出产生的热量为2.84 kJ,请写出该反应的热化学方程式: 　。
二、考查燃烧热及热化学方程式的书写
3.(2024·湖北武汉模拟)物质的燃烧推动了文明的进步和科技的发展。部分物质的燃烧热数据如下表:
物质 H2(g) CO(g) CH3OH(l) N2H4(l)
ΔH/ (kJ/mol) -285.8 -283.0 -726.5 -622.0
下列热化学方程式正确的是(　　)
[A] 2CO(g)+O2(g)2CO2(g) 　　ΔH=-566.0 kJ/mol
[B] CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　　ΔH=-726.5 kJ/mol
[C] N2H4(l)+3O2(g)2NO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-622.0 kJ/mol
[D] CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)　　ΔH=+128.1 kJ/mol
4.(1)已知Fe3O4与1 mol Al反应转化为Fe时放出a kJ的热量,写出该反应的热化学方程式: 　。
(2)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、CO和H2的燃烧热分别为890.3 kJ/mol、283.0 kJ/mol和 285.8 kJ/mol,分别写出表示CH4、CO和H2的燃烧热的热化学方程式: 　;
则CH4催化重整的热化学方程式为 　。
5.在一定条件下,S8(s)和O2(g)发生反应依次转化为SO2(g)和SO3(g)。反应过程和能量关系可用如图简单表示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。
(1)写出表示S8(s)燃烧热的热化学方程式: 　。
(2)写出SO3(g)分解生成SO2(g)和O2(g)的热化学方程式:
　　　　　　。
考点三　盖斯定律与反应热的计算　　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、盖斯定律
1.含义:一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是　　　　的。
2.意义:可以用来间接计算某些不能直接测定的反应的反应热。
3.图示
ΔH=　　　　　　=　　　　　　　。
二、反应热大小的比较
1.看物质的聚集状态
物质的气、液、固三态转化时的能量变化如图:
2.看ΔH的符号
比较反应热大小时不能只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
3.看化学计量数
当反应物、生成物的聚集状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
4.看反应的程度
对于可逆反应,参加反应的物质的量和聚集状态相同时,反应进行的程度越大,热量变化越大。
[理解·辨析] 判断正误
(1)使用催化剂可以增大化学反应的速率是因为改变了化学反应的ΔH。(　　)
(2)若H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=-a kJ/mol,H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-b kJ/mol,则a>b。(　　)
(3)已知相同条件下H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH1,2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2,则ΔH1<ΔH2。(　　)
(4)已知①P4(白磷,s)+5O2(g)P4O10(s)　ΔH1=-2 983.2 kJ/mol,②P(红磷,s)+O2(g)P4O10(s)　ΔH2=-738.5 kJ/mol,可以得出白磷转化为红磷的反应是放热反应。(　　)
一、反应热大小的比较
1.(2024·浙江杭州模拟)关于下列ΔH的判断正确的是(　　)
C(aq)+H+(aq)HC(aq)　ΔH1
C(aq)+H2O(l)HC(aq)+OH-(aq)　ΔH2
OH-(aq)+H+(aq)H2O(l)　ΔH3
OH-(aq)+CH3COOH(aq)CH3COO-(aq)+H2O(l)　ΔH4
[A] ΔH1<0、ΔH2<0 [B] ΔH1<ΔH2
[C] ΔH3<0、ΔH4>0 [D] ΔH3>ΔH4
2.(2024·辽宁大连期中)已知ROH(R=Na、K)固体溶于水放热,有关过程能量变化如图。下列说法正确的是(　　)
[A] 反应①:ΔH1<0,ΔS<0
[B] ΔH4(NaOH)<ΔH4(KOH)
[C] ΔH3>ΔH2
[D] ΔH4=ΔH1+ΔH2+ΔH5+ΔH6
二、应用循环图分析焓变关系
3.(2022·重庆卷,13)“千畦细浪舞晴空”,氮肥保障了现代农业的丰收。为探究(NH4)2SO4的离子键强弱,设计如图所示的循环过程,可得ΔH4/(kJ/mol)为(　　)
[A] +533 [B] +686
[C] +838 [D] +1 143
三、利用盖斯定律书写热化学方程式
4.(2022·全国乙卷,28改编)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。已知:
①2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(g)
ΔH1=-1 036 kJ/mol
②4H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g)
ΔH2=+94 kJ/mol
③2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　
ΔH3=-484 kJ/mol
写出H2S(g)热分解生成H2(g)与S2(g)的热化学方程式: 　。
5.(2022·福建卷,13节选)异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到,催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯(C3H6)的工业化技术已引起人们的关注,其主要反应如下:
Ⅰ.C3H8O(g)C3H6(g)+H2O(g)　ΔH1=+52 kJ/mol
Ⅱ.2C3H6(g)C6H12(g)　ΔH2=-97 kJ/mol
已知2C3H8O(g)+9O2(g)6CO2(g)+8H2O(g)　ΔH=-3 750 kJ/mol,则C3H6(g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为 　。
6.(经典高考题)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g)　ΔH=-98 kJ/mol。钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为 　。
四、利用盖斯定律计算反应热
7.(1)(2024·安徽卷)C2H6氧化脱氢反应:
2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH1=-209.8 kJ/mol
C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)　ΔH2=+178.1 kJ/mol
计算:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH3=　　　　 kJ/mol。
(2)(2024·山东卷)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对CH2O体系制H2的影响,涉及主要反应如下:
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)(Ⅰ)　ΔH1>0
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(Ⅱ) ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)(Ⅲ)　ΔH3<0
C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)的焓变ΔH=　　　　　　　　　　　　　(用代数式表示)。
(3)(2023·浙江6月选考)水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。
水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41.2 kJ/mol
该反应分两步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g)　ΔH1=-47.2 kJ/mol
2Fe3O4(s)+H2O(g)3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2
则ΔH2=　　　　 kJ/mol。
1.(2024·全国甲卷,7)人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭和石油时期,现正向新能源方向高质量发展。下列有关能源的叙述错误的是(　　)
[A] 木材与煤均含有碳元素
[B] 石油裂化可生产汽油
[C] 燃料电池将热能转化为电能
[D] 太阳能光解水可制氢
2.(2021·浙江1月选考,20)已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表:
共价键 H—H H—O
键能/(kJ/mol) 436 463
热化学方程式 2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-482 kJ/mol
则2O(g)O2(g)的ΔH为(　　)
[A] +428 kJ/mol [B] -428 kJ/mol
[C] +498 kJ/mol [D] -498 kJ/mol
3.(1)(2024·全国甲卷)已知如下热化学方程式:
CH4(g)+Br2(g)CH3Br(g)+HBr(g)　ΔH1=-29 kJ/mol
3CH3Br(g)C3H6(g)+3HBr(g) ΔH2=+20 kJ/mol
计算反应3CH4(g)+3Br2(g)C3H6(g)+6HBr(g)的ΔH=　　　　kJ/mol。
(2)(2024·河北卷)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理为SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)　ΔH=-67.59 kJ/mol。若正反应的活化能为E正kJ/mol,则逆反应的活化能E逆=
　　　　　　　　kJ/mol(用含E正的代数式表示)。
(3)(2024·广东卷)反应a:N(aq)+N(aq)N2(g)+2H2O(l)
已知:
则反应a的ΔH=　　　　　　　　　　。
第1讲　化学反应的热效应
考点一　反应热与热化学方程式
必备知识整合
1.(1)断裂　形成　(2)物质　能量　能量转化　热能　(3)质量　能量
2.(1)释放　吸收　(3)②>　<　③E1-E2
3.(2)物质　能量　2 mol气态H2与1 mol气态O2反应生成2 mol液态H2O时放出
571.6 kJ的热量
[理解·辨析] (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
关键能力提升
1.B　物质能量越高越不稳定,能量CH3CHClCH3
CH3CH2CH2Cl,故A错误;得到加成产物①时,反应物总能量大于生成物总能量,则该反应为放热反应,故B正确;焓变=生成物总能量-反应物总能量,根据图中数据无法计算得到加成产物②反应的焓变,故C错误;活化能越小,反应速率越大,得到加成产物②的反应的活化能大于得到加成产物①的反应的活化能,所以得到加成产物①的速率比②的速率大,故D错误。
2.(1)放热　(2)吸收　不需要　(3)碳氧双键(或CO)　(4)多　CO与O2反应生成CO2需要先吸收能量断裂O2分子中的共价键　(5)不一定　形成
3.C　由气态时H、H2的相对能量可知,H2的键能为 218 kJ/mol×2=436 kJ/mol,A项正确;由表格中数据可知,O2的键能为249 kJ/mol×2=498 kJ/mol,而H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ/mol,214 kJ/mol×2=428 kJ/mol<498 kJ/mol,B项正确;HOO中解离O—O所需能量为 249 kJ/mol+39 kJ/mol-10 kJ/mol=278 kJ/mol,H2O2中解离O—O所需能量为 214 kJ/mol,C项错误;ΔH=-136 kJ/mol+242 kJ/mol-249 kJ/mol=-143 kJ/mol,D项正确。
4.【答案】 -45
【解析】 在化学反应中,断开化学键要吸收能量,形成化学键要释放能量,反应的焓变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差,因此,由图中数据可知,反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的 ΔH=(473+654-436-397-339) kJ/mol=-45 kJ/mol。
5.(1)C(石墨,s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ/mol
(2)4CuCl(s)+O2(g)2CuCl2(s)+2CuO(s)　ΔH=-177.6 kJ/mol
(3)N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 500 kJ/mol
(4)NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)　ΔH=-234 kJ/mol
(5)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=(b-a) kJ/mol　降低反应的活化能
(6)NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(s)+4H2(g)　ΔH=-216 kJ/mol
考点二　中和反应的反应热、燃烧热、能源
必备知识整合
1.(1)1 mol液态H2O　(2)④1 mol H2O(l)　H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ/mol
2.1 mol　指定产物　1 mol C(s)　CO2(g)　放热
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)×
关键能力提升
1.D　金属与酸的反应为放热反应,Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl固体的反应为吸热反应,中和反应为放热反应,A错误;等质量的铝片和铝粉分别与足量盐酸反应放出的热量相同,B错误;铁的导热性良好,换用铁质搅拌器后热量损失增大,导致测定的数值偏低,C错误;NaOH固体溶于水时放热,会使测定的数值偏高,D正确。
2.【答案】 (1)玻璃搅拌器　搅拌,使酸、碱充分反应
(2)偏大　不盖杯盖会向外界散热,测得的反应热的数值偏小,但是ΔH为负值,数值越小,ΔH反而越大
(3)不相等
(4)偏小　CH3COOH是弱酸,在溶液中存在电离平衡,与碱反应时醋酸会继续发生电离,电离过程是吸热的
(5)NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-56.8 kJ/mol
【解析】 (1)由题图可知,缺少的玻璃仪器是玻璃搅拌器,其作用是搅拌,使酸、碱充分反应。
(2)简易量热计如果不盖杯盖,装置内的热量会向外界散失,测得的反应热的数值偏小,但是ΔH为负值,数值越小,ΔH反而越大。
(3)实验中改用80 mL 0.50 mol/L盐酸和80 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应,与原实验相比,酸、碱的用量都减少了,则放出的热量一定不相等。
(4)CH3COOH是弱酸,在溶液中存在电离平衡,与碱反应时醋酸会继续发生电离,电离过程是吸热的,则所测得的反应热的绝对值(|ΔH|)将偏小。
(5)盐酸的用量少,则按HCl的物质的量计算生成水的物质的量,n(H2O)=n(HCl)=0.1 L×
0.5 mol/L=0.05 mol,ΔH=-=-=-56.8 kJ/mol,则其热化学方程式为NaOH(aq)+
HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-56.8 kJ/mol。
3.A　燃烧热是在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。CO(g)燃烧热ΔH=-283.0 kJ/mol,则 2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=2×(-283.0 kJ/mol)=
-566.0 kJ/mol,A正确;应生成液态水,而不是气态水,B、C错误;由表中数据可得,
①H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ/mol、②CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ/mol、③CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-726.5 kJ/mol,根据盖斯定律,①×2+②-③得CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)　ΔH=-285.8 kJ/mol×2+(-283.0 kJ/mol)-
(-726.5 kJ/mol)=-128.1 kJ/mol,D错误。
4.【答案】 (1)8Al(s)+3Fe3O4(s)9Fe(s)+4Al2O3(s)　ΔH=-8a kJ/mol
(2)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ/mol、CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ/mol、H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ/mol　
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247.3 kJ/mol
【解析】 (1)1 mol Al与Fe3O4反应转化为Fe时放出a kJ的热量,则热化学方程式为 8Al(s)+3Fe3O4(s)4Al2O3(s)+9Fe(s)　ΔH=-8a kJ/mol。
(2)由题意可知,CH4、CO和H2的燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ/mol ①、CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ/mol ②、H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ/mol ③,根据盖斯定律,①-(②+③)×2得CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH=-890.3 kJ/mol-(-283.0 kJ/mol-285.8 kJ/mol)×2=+247.3 kJ/mol。
5.【答案】 (1)S8(s)+8O2(g)8SO2(g)　ΔH=-8a kJ/mol　(2)SO3(g)SO2(g)+O2(g)　ΔH=+b kJ/mol
【解析】 (1)1 mol S8(s)和O2(g)发生反应转化为SO2(g)时放出的热量为燃烧热,由图可知,生成 1 mol SO2(g)放出的热量为a kJ,则S8燃烧热的热化学方程式为S8(s)+8O2(g)8SO2(g)　ΔH=-8a kJ/mol。
考点三　盖斯定律与反应热的计算
必备知识整合
一、1.相同　3.ΔH1+ΔH2　ΔH3+ΔH4+ΔH5
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)√
【提示】 (1)化学反应的ΔH只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。催化剂可以增大化学反应的速率是因为降低了反应的活化能。
(2)这里的a、b只表示热量变化的数值,生成液态水放出的热量更多,故a(3)在比较ΔH的大小时,需要注意ΔH的符号,放出热量越多,ΔH越小。
(4)根据盖斯定律,①-4×②得P4(白磷,s)4P(红磷,s)　ΔH=-29.2 kJ/mol,为放热反应。
关键能力提升
1.B　HC的电离属于吸热过程,则C(aq)+H+(aq)HC(aq)为放热反应,所以 ΔH1<0;C(aq)+H2O(l)HC(aq)+OH-(aq)为C的水解离子方程式,C的水解反应为吸热反应,所以ΔH2>0;OH-(aq)+H+(aq)H2O(l)表示强酸和强碱的中和反应,为放热反应,所以ΔH3<0;OH-(aq)+CH3COOH(aq)CH3COO-(aq)+H2O(l)表示醋酸与强碱的中和反应,为放热反应,所以ΔH4<0;由于醋酸是弱酸,电离过程中会吸收部分热量,所以醋酸与强碱反应过程放出的热量小于强酸和强碱反应放出的热量,则ΔH4>ΔH3。综上所述,故选B。
2.C　因为反应①为分解反应,所以ΔH1>0,ΔS>0,A项错误;Na+核外电子层数为2,K+核外电子层数为3,所以 r(Na+)ΔH4(KOH),B项错误;由盖斯定律可知,ΔH3=ΔH1+ΔH2,ΔH3-ΔH2=ΔH1>0,所以ΔH3>ΔH2,C项正确;由盖斯定律可知,ΔH1+ΔH2=ΔH4+ΔH5+ΔH6,则ΔH4=ΔH1+ΔH2-ΔH5-ΔH6,D项错误。
3.C　①NH4Cl(s)N(g)+Cl-(g)　ΔH1=+698 kJ/mol,②NH4Cl(s)N(aq)+Cl-(aq)　ΔH2=+15 kJ/mol,③Cl-(g)Cl-(aq)　ΔH3=-378 kJ/mol,④(NH4)2SO4(s)N(g)+S(g)　ΔH4,⑤(NH4)2SO4(s)N(aq)+S(aq)　ΔH5=+3 kJ/mol,
⑥S(g)S(aq)　ΔH6=-530 kJ/mol,根据盖斯定律,由⑤+①-⑥-②+③得④,ΔH4=+838 kJ/mol,C正确。
4.【答案】 2H2S(g)S2(g)+2H2(g)　ΔH=+170 kJ/mol
【解析】 根据盖斯定律,由(①+②)×-③可得目标热化学方程式2H2S(g)S2(g)+2H2(g)　ΔH=(-1 036+94) kJ/mol×-(-484 kJ/mol)=+170 kJ/mol。
5.【答案】 2C3H6(g)+9O2(g)6CO2(g)+6H2O(g)　ΔH=-3 854 kJ/mol
【解析】 设反应Ⅲ为 2C3H8O(g)+9O2(g)6CO2(g)+8H2O(g)　ΔH3=-3 750 kJ/mol,根据盖斯定律,Ⅲ-2×Ⅰ得2C3H6(g)+9O2(g)6CO2(g)+6H2O(g)　ΔH=-3 854 kJ/mol。
6.【答案】 2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=-351 kJ/mol
【解析】 根据题图可知,①V2O4(s)+2SO3(g)2VOSO4(s)　ΔH1=-399 kJ/mol,
②V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g)　ΔH2=-24 kJ/mol。根据盖斯定律,由①-②×2得2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=-399 kJ/mol-(-24 kJ/mol)×2=-351 kJ/mol。
7.【答案】 (1)-566
(2)ΔH1+ΔH2+ΔH3
(3)+6
【解析】 (1)根据盖斯定律可得ΔH3=ΔH1-2ΔH2=(-209.8-178.1×2)kJ/mol=-566 kJ/mol。
(2)设目标反应C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)　ΔH为Ⅳ,根据盖斯定律,Ⅳ=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ,所以ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
(3)将题述反应依次编号为①②③,根据盖斯定律,③=①-②,则ΔH2=ΔH-ΔH1=
-41.2 kJ/mol-(-47.2 kJ/mol)=+6 kJ/mol。
真题验收
1.C　木材的主要成分为纤维素,纤维素中含碳、氢、氧三种元素,煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物,主要含碳元素,A正确;石油裂化是将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程,汽油的相对分子质量较小,可以通过石油裂化的方式得到,B正确;燃料电池是将燃料的化学能转化为电能的装置,不是将热能转化为电能,C错误;在催化剂作用下,利用太阳能光解水可以生成氢气和氧气,D正确。
2.D　设O2中氧原子间共价键的键能为 x kJ/mol,可得 436×2+x-4×463=-482,解得x=498,则2O(g)O2(g)的ΔH=-498 kJ/mol,D项正确。
3.【答案】 (1)-67
(2)E正+67.59
(3)ΔH1-ΔH2-ΔH3+ΔH4
【解析】 (1)将第一个热化学方程式编号为①,将第二个热化学方程式编号为②。根据盖斯定律,①×3+②可得目标热化学方程式,故热化学方程式3CH4(g)+3Br2(g)C3H6(g)+
6HBr(g)的ΔH=-29 kJ/mol×3+20 kJ/mol=-67 kJ/mol。
(2)反应热ΔH与正、逆反应活化能的关系为 ΔH=正反应活化能-逆反应活化能,则反应的 E逆=E正 kJ/mol-ΔH=(E正+67.59)kJ/mol。
(3)由已知可得
Ⅰ.NaNO2(s)+NH4Cl(s)N2(g)+NaCl(s)+2H2O(l)　ΔH1
Ⅱ.NaNO2(s)Na+(aq)+N(aq)　ΔH2
Ⅲ.NH4Cl(s)Cl-(aq)+N(aq)　ΔH3
Ⅳ.NaCl(s)Na+(aq)+Cl-(aq)　ΔH4
由盖斯定律可知,目标热化学方程式N(aq)+N(aq)N2(g)+2H2O(l)　ΔH可由Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ+Ⅳ得到,故反应a的ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3+ΔH4。
(
第
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化学反应的热效应
第1讲
1.了解反应热、内能、焓变的概念,明确三个概念之间的关系。
2.知道常见的吸热反应、放热反应,并能从多个角度分析化学反应中能量变化的原因。
3.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。
4.了解燃烧热的定义,能进行简单计算;了解中和反应反应热的测定方法。
5.理解盖斯定律的意义,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
1.化学反应的实质与特征
(1)实质:反应物中化学键 和生成物中化学键 。
(2)特征:既有 的变化,还伴随着 的变化; 主要表现为 的变化。
(3)两大守恒: 守恒和 守恒。
断裂
形成
物质
能量
能量转化
热能
质量
能量
2.反应热和焓变
(1)概念。
焓(H):与内能有关的物理量。物质的焓越小,具有的能量越低,稳定性越强。
释放　
吸收
(2)举例说明常见的放热反应和吸热反应。
放热反应 吸热反应
①可燃物的燃烧反应; ②酸碱中和反应; ③金属与酸的置换反应; ④物质的缓慢氧化; ⑤铝热反应; ⑥大多数化合反应 ①盐类的水解反应;
②Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应;
③C和H2O(g)、C和CO2的反应;
④大多数分解反应;
⑤盐酸和碳酸氢钠的反应
(3)宏微结合多角度认识反应热。
①从能量变化角度理解。
ΔH=E(生成物的总能量)-E(反应物的总能量)。
②从化学键变化角度理解。
ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。
>　
<
③从活化能角度理解。
a.在无催化剂的情况下,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,ΔH=
。
b.催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。
E1-E2
3.热化学方程式
(1)概念。
表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式叫做热化学方程式。
(2)意义。
物质
能量
2 mol气态H2与1 mol气态O2反应生成2 mol液态H2O时放出
571.6 kJ的热量
(3)书写。
[理解·辨析] 判断正误
(1)化学反应一定伴随能量变化,伴有能量变化的物质变化都是化学变化。
(　 　)
×
√
(3)石墨转变为金刚石是吸热反应,则金刚石比石墨更稳定。(　 　)
×
×
×
√
一、能量—反应历程图示分析
B
[A] 稳定性:CH3CHClCH3[B] 得到加成产物①的反应为放热反应
[C] 得到加成产物②反应的焓变等于E2-E1
[D] 得到加成产物②的速率比①的速率大
【解析】 物质能量越高越不稳定,能量CH3CHClCH3CH3CH2CH2Cl,故A错误;得到加成产物①时,反应物总能量大于生成物总能量,则该反应为放热反应,故B正确;焓变=生成物总能量-反应物总能量,根据图中数据无法计算得到加成产物②反应的焓变,故C错误;活化能越小,反应速率越大,得到加成产物②的反应的活化能大于得到加成产物①的反应的活化能,所以得到加成产物①的速率比②的速率大,故D错误。
2.科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程如图所示。
回答下列问题。
(1)从状态Ⅰ到状态Ⅲ为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。
放热
(2)从状态Ⅰ到状态Ⅱ需要　　　　 (填“吸收”或“释放”)能量,CO分子
　　　　(填“需要”或“不需要”)断键形成C和O。
吸收
不需要
(3)从状态Ⅱ到状态Ⅲ形成的化学键是　 。
(4)将相同物质的量的CO转化为CO2,CO与O反应比CO与O2反应放出的热量　　　　(填“多”或“少”),可能的原因是
　 　。
多
CO与O2反应生成CO2需要
先吸收能量断裂O2分子中的共价键
(5)由该反应过程可知,在化学反应中,旧化学键　　　　(填“一定”或“不一定”)完全断裂,但一定有新化学键的　　　　。
不一定
形成
二、反应热与键能的相关计算
3.(2022·浙江6月选考,18)标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表:
物质(g) O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O
能量/ (kJ/mol) 249 218 39 10 0 0 -136 -242
C
-45
三、热化学方程式书写
5.依据事实,写出下列反应的热化学方程式。
(1)1 mol C(石墨,s)与适量H2O(g)反应生成 CO(g)和H2(g),吸收131.3 kJ热量: 　 。
(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是
　。
(3)1.6 g液态化合物N2H4与液态H2O2恰好完全反应生成两种对环境友好的气体,此时放出 75 kJ 的热量,请写出该反应的热化学方程式:
　。
(4)如图是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,请写出NO2(g)与CO(g)反应的热化学方程式:
　。
(5)合成氨反应常使用铁触媒增大反应速率。如图为有、无铁触媒时,反应的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式:
　　　　　　　。从能量角度分析,铁触媒的作用是　 。
ΔH=(b-a) kJ/mol
降低反应的活化能
(6)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g),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为
　 。
1.中和反应的反应热及测定
(1)概念。
在25 ℃和101 kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成
时所放出的热量。
(2)中和反应反应热的测定。
①测定原理。
c=4.18 J/(g·℃)=4.18×10-3 kJ/(g·℃);n为生成H2O的物质的量。稀溶液密度用1 g/mL进行计算。
1 mol液态H2O
②实验装置。
③实验步骤。
步骤 操作
酸溶液温度的测量 用量筒量取50 mL 0.50 mol/L盐酸,打开杯盖,倒入量热计的内筒,盖上杯盖,插入温度计,测量并记录盐酸的温度
碱溶液温度的测量 用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液,用温度计测量并记录NaOH溶液的温度
反应后体系温度的测量 打开杯盖,将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒,立即盖上杯盖,插入温度计,用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化,记录最高温度
重复实验 重复上述步骤2次
④数据处理及结论。
a.数据处理:取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。
b.结论:在25 ℃和101 kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成 时,放出57.3 kJ的热量,热化学方程式可表示为
。
1 mol H2O(l)
2.燃烧热
1 mol　
指定产物　
1 mol C(s)　
CO2(g)　
放热
3.能源
[理解·辨析] 判断正误
(1)空气、燃料比越大,燃料燃烧越充分,则燃烧效率一定越高。(　 　)
×
×
×
(4)HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ/mol,则0.5 mol H2SO4和足量Ba(OH)2反应的ΔH=-57.3 kJ/mol。(　 　)
×
一、中和反应反应热的测定
1.(2024·山东威海期中)某同学设计如图所示实验,探究反应中的能量变化。下列判断正确的是(　　)
[A] 实验(a)、(b)、(c)所涉及的反应都是放热反应
[B] 将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量有所增加
[C] 实验(c)中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器对实验结果没有影响
[D] 实验(c)中若用NaOH固体测定,则测定数值偏高
D
【解析】 金属与酸的反应为放热反应,Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl固体的反应为吸热反应,中和反应为放热反应,A错误;等质量的铝片和铝粉分别与足量盐酸反应放出的热量相同,B错误;铁的导热性良好,换用铁质搅拌器后热量损失增大,导致测定的数值偏低,C错误;NaOH固体溶于水时放热,会使测定的数值偏高,D正确。
2.某同学通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和反应的反应热,将100 mL 0.5 mol/L盐酸与100 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应(在稀溶液中,可以近似地认为酸、碱的密度、比热容与水的相等)。回答下列问题。
(1)从实验装置上看,图中缺少的一种玻璃仪器是　　　　　 ,其作用是　 　　　　　　　　。
玻璃搅拌器
搅拌,使酸、碱充分反应
【解析】 (1)由题图可知,缺少的玻璃仪器是玻璃搅拌器,其作用是搅拌,使酸、碱充分反应。
(2)简易量热计如果不盖杯盖,生成1 mol H2O(l)时所测得中和反应的反应热(ΔH)将　　 　　(填“偏大”“偏小”或“无影响”),判断的理由是
　 　。
偏大
不盖杯盖
会向外界散热,测得的反应热的数值偏小,但是ΔH为负值,数值越小,ΔH反而越大
【解析】 (2)简易量热计如果不盖杯盖,装置内的热量会向外界散失,测得的反应热的数值偏小,但是ΔH为负值,数值越小,ΔH反而越大。
(3)实验中改用80 mL 0.50 mol/L盐酸和80 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,两者所放出的热量　　 　　(填“相等”或“不相等”)。
不相等
【解析】 (3)实验中改用80 mL 0.50 mol/L盐酸和80 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应,与原实验相比,酸、碱的用量都减少了,则放出的热量一定不相等。
(4)若用与盐酸等体积、等物质的量浓度的CH3COOH溶液进行上述实验,生成1 mol H2O时,所测得的中和反应的反应热的绝对值(|ΔH|)将　　　(填
“偏大”“偏小”或“无影响”),判断的理由是
　 　。
偏小
CH3COOH是弱酸,在溶液中存在
电离平衡,与碱反应时醋酸会继续发生电离,电离过程是吸热的
【解析】 (4)CH3COOH是弱酸,在溶液中存在电离平衡,与碱反应时醋酸会继续发生电离,电离过程是吸热的,则所测得的反应热的绝对值(|ΔH|)将偏小。
(5)若通过测定计算出产生的热量为2.84 kJ,请写出该反应的热化学方程式: 　。
二、考查燃烧热及热化学方程式的书写
3.(2024·湖北武汉模拟)物质的燃烧推动了文明的进步和科技的发展。部分物质的燃烧热数据如下表:
物质 H2(g) CO(g) CH3OH(l) N2H4(l)
ΔH/ (kJ/mol) -285.8 -283.0 -726.5 -622.0
下列热化学方程式正确的是(　　)
A
4.(1)已知Fe3O4与1 mol Al反应转化为Fe时放出a kJ的热量,写出该反应的热化学方程式: 　。
(2)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、CO和H2的燃烧热分别为890.3 kJ/mol、283.0 kJ/mol和 285.8 kJ/mol,分别写出表示CH4、CO和H2的燃烧热的热化学方程式:
　;
则CH4催化重整的热化学方程式为
　。
ΔH=+247.3 kJ/mol
5.在一定条件下,S8(s)和O2(g)发生反应依次转化为SO2(g)和SO3(g)。反应过程和能量关系可用如图简单表示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。
(1)写出表示S8(s)燃烧热的热化学方程式:
　。
(2)写出SO3(g)分解生成SO2(g)和O2(g)的热化学方程式:
　　　 　　　。
一、盖斯定律
1.含义:一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是
的。
2.意义:可以用来间接计算某些不能直接测定的反应的反应热。
相同
3.图示
ΔH= = 。
ΔH1+ΔH2
ΔH3+ΔH4+ΔH5
二、反应热大小的比较
1.看物质的聚集状态
物质的气、液、固三态转化时的能量变化如图:
2.看ΔH的符号
比较反应热大小时不能只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
3.看化学计量数
当反应物、生成物的聚集状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
4.看反应的程度
对于可逆反应,参加反应的物质的量和聚集状态相同时,反应进行的程度越大,热量变化越大。
[理解·辨析] 判断正误
(1)使用催化剂可以增大化学反应的速率是因为改变了化学反应的ΔH。
(　 　)
×
【提示】 (1)化学反应的ΔH只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。催化剂可以增大化学反应的速率是因为降低了反应的活化能。
×
【提示】 (2)这里的a、b只表示热量变化的数值,生成液态水放出的热量更多,故a×
【提示】 (3)在比较ΔH的大小时,需要注意ΔH的符号,放出热量越多,ΔH越小。
√
一、反应热大小的比较
1.(2024·浙江杭州模拟)关于下列ΔH的判断正确的是(　　)
B
[A] ΔH1<0、ΔH2<0 [B] ΔH1<ΔH2
[C] ΔH3<0、ΔH4>0 [D] ΔH3>ΔH4
2.(2024·辽宁大连期中)已知ROH(R=Na、K)固体溶于水放热,有关过程能量变化如图。下列说法正确的是(　　)
[A] 反应①:ΔH1<0,ΔS<0
[B] ΔH4(NaOH)<ΔH4(KOH)
[C] ΔH3>ΔH2
[D] ΔH4=ΔH1+ΔH2+ΔH5+ΔH6
C
【解析】 因为反应①为分解反应,所以ΔH1>0,ΔS>0,A项错误;Na+核外电子层数为2,K+核外电子层数为3,所以r(Na+)ΔH4(KOH),B项错误;由盖斯定律可知,ΔH3=ΔH1+ΔH2,ΔH3-ΔH2=ΔH1>0,所以ΔH3>ΔH2,C项正确;由盖斯定律可知,ΔH1+ΔH2=ΔH4+ΔH5+ΔH6,则ΔH4=ΔH1+ΔH2-ΔH5-ΔH6,D项错误。
二、应用循环图分析焓变关系
3.(2022·重庆卷,13)“千畦细浪舞晴空”,氮肥保障了现代农业的丰收。为探究(NH4)2SO4的离子键强弱,设计如图所示的循环过程,可得ΔH4/(kJ/mol)为(　　)
[A] +533 [B] +686
[C] +838 [D] +1 143
C
三、利用盖斯定律书写热化学方程式
4.(2022·全国乙卷,28改编)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。已知:
写出H2S(g)热分解生成H2(g)与S2(g)的热化学方程式:
　。
ΔH=+170 kJ/mol
5.(2022·福建卷,13节选)异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到,催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯(C3H6)的工业化技术已引起人们的关注,其主要反应如下:
四、利用盖斯定律计算反应热
7.(1)(2024·安徽卷)C2H6氧化脱氢反应:
-566
【解析】 (1)根据盖斯定律可得ΔH3=ΔH1-2ΔH2=(-209.8-178.1×2)kJ/mol=
-566 kJ/mol。
(2)(2024·山东卷)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对C-H2O体系制H2的影响,涉及主要反应如下:
ΔH1+ΔH2+ΔH3
(3)(2023·浙江6月选考)水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。
则ΔH2=　　　 kJ/mol。
+6
【解析】 (3)将题述反应依次编号为①②③,根据盖斯定律,③=①-②,则ΔH2=ΔH-ΔH1=-41.2 kJ/mol-(-47.2 kJ/mol)=+6 kJ/mol。
1.(2024·全国甲卷,7)人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭和石油时期,现正向新能源方向高质量发展。下列有关能源的叙述错误的是(　　)
[A] 木材与煤均含有碳元素
[B] 石油裂化可生产汽油
[C] 燃料电池将热能转化为电能
[D] 太阳能光解水可制氢
C
【解析】 木材的主要成分为纤维素,纤维素中含碳、氢、氧三种元素,煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物,主要含碳元素,A正确;石油裂化是将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程,汽油的相对分子质量较小,可以通过石油裂化的方式得到,B正确;燃料电池是将燃料的化学能转化为电能的装置,不是将热能转化为电能,C错误;在催化剂作用下,利用太阳能光解水可以生成氢气和氧气,D正确。
2.(2021·浙江1月选考,20)已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表:
[A] +428 kJ/mol [B] -428 kJ/mol
[C] +498 kJ/mol [D] -498 kJ/mol
D
3.(1)(2024·全国甲卷)已知如下热化学方程式:
-67
E正+67.59
【解析】 (2)反应热ΔH与正、逆反应活化能的关系为 ΔH=正反应活化能-逆反应活化能,则反应的 E逆=E正 kJ/mol-ΔH=(E正+67.59)kJ/mol。
已知:
则反应a的ΔH=　　　　　　　　　　。
ΔH1-ΔH2-ΔH3+ΔH4
课时作业28　化学反应的热效应
(时间:30分钟　满分:60分)
一、选择题(共8小题,每小题6分,共48分)
D
2.(2024·河北石家庄期中)实验室用盐酸和NaOH溶液反应来测定中和反应的反应热。下列说法正确的是(　　)
[A] 用同一温度计测量酸液温度后立即测量碱液温度
[B] 为使两物质充分反应,添加NaOH溶液时应遵循少量多次原则
[C] 实验中需要稍过量的NaOH溶液以保证实验数据的准确性
[D] 为防止玻璃搅拌器损坏,可用铁质材料替代
C
【解析】 用温度计测量酸溶液的温度后立即测量碱溶液的温度,酸碱会发生中和反应,导致热量损失,则用温度计测量酸溶液的温度后,应先用水冲洗温度计再测量碱溶液的温度,A错误;向酸(碱)中分次加入碱(酸),热量损失较多,不能分次加入碱(酸),B错误;中和反应反应热测定时,为了减小误差,保证盐酸完全被中和,加入的氢氧化钠溶液应该稍过量,C正确;用铁质材料代替玻璃搅拌器,会使热量损失较多,使中和反应放热测定值偏小,D错误。
B
3.根据下列物质变化,所得能量变化关系正确的是(　　)
4.(2025·广东海德双语学校期中)顺-2-丁烯、反-2-丁烯分别与氢气加成制备丁烷的焓的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 上述反应中只有π键断裂
[B] 顺-2-丁烯比反-2-丁烯稳定
[C] 1 mol顺-2-丁烯转化为1 mol反-2-丁烯放热4.2 kJ
[D] 发生加成反应时,顺-2-丁烯断键吸收的能量高于反-2-丁烯断键吸收的能量
C
【解析】 由图可知,题述反应中顺-2-丁烯和反-2-丁烯中π键断裂,H2中的σ键断裂,A错误;由图可知,顺-2-丁烯比反-2-丁烯的能量高,所以反-2-丁烯比顺-2-丁烯更稳定,B错误;由图可知,1 mol顺-2-丁烯转化为1 mol反-2-丁烯放热[-115.5-(-119.7)] kJ=4.2 kJ,C正确;发生加成反应时,顺-2-丁烯断键吸收的能量低于反-2-丁烯断键吸收的能量,所以顺-2-丁烯放出的能量高于反-2-丁烯放出的能量,D错误。
5.(2025·重庆期中)甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:
已知H—H键能为a kJ/mol,C—H键能为 b kJ/mol,CH3OH(g)中的C—O键能为 c kJ/mol,O—H键能为d kJ/mol,则CO(g)中的碳氧键的键能(单位:
kJ/mol)为(　　)
[A] -99+2a-3b-c-d
[B] -99-2a+3b+c+d
[C] 99+2a-3b-c-d
[D] 99-2a+3b+c+d
B
【解析】 根据盖斯定律可知,反应①=反应②-反应③,则ΔH1=ΔH2-ΔH3=
-58 kJ/mol-41 kJ/mol=-99 kJ/mol,设CO(g)中的碳氧键的键能为x,ΔH1=
x+2a kJ/mol-(3b kJ/mol+c kJ/mol+d kJ/mol)=-99 kJ/mol,则x=(-99-2a+
3b+c+d) kJ/mol,故选B。
6.(2025·四川自贡期中)多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。我国学者发现 T ℃ 时(各物质均为气态),甲醇与水在铜基催化剂上的反应机理和能量图如图所示:
下列说法正确的是(　　)
[A] 反应Ⅱ的热化学方程式为CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)　ΔH=
+a kJ/mol(a>0)
[B] CO(g)在反应中生成又消耗,CO(g)可认为是催化剂
[C] 选择优良的催化剂可以降低反应Ⅰ和Ⅱ的活化能,减少过程中的能耗和反应的焓变
[D] 1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)的总能量小于1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)的总能量
D
7.根据下列已知条件,所写热化学方程式正确的是(　　)
D
下列说法不正确的是(　　)
[A] O的非金属性大于S,推知热稳定性:H2O>H2S
[B] 两步反应中化学键断裂吸收的总能量均小于化学键形成释放的总能量
C
二、非选择题(共1小题,共12分)
9.(12分,每空3分)(1)(2023·全国甲卷)已知下列反应的热化学方程式:
-307
(2)(2024·河南高考适应性考试)二氧化碳—甲烷重整反应制备合成气(H2+CO)是一种生产高附加值化学品的低碳过程。该过程存在如下化学反应:
ΔH1=　　　　　　　　。
+247.3 kJ/mol
【解析】 (2)根据盖斯定律,①=②+③-2×④,则 ΔH1=ΔH2+ΔH3-2ΔH4=
-90.2 kJ/mol+74.9 kJ/mol-2×(-131.3 kJ/mol)=+247.3 kJ/mol。
(3)(2024·安徽高考适应性考试)丙烷价格低廉且产量大,而丙烯及其衍生物具有较高的经济附加值,因此丙烷脱氢制丙烯具有重要的价值。回答下列问题。
①已知下列反应的热化学方程式:
-118
化学键 C—C C—H H—H
键能/(kJ/mol) 347.7 413.4 436.0
614.7课时作业28　化学反应的热效应
(时间:30分钟　满分:60分)
一、选择题(共8小题,每小题6分,共48分)
1.(2024·江西抚州模拟)已知:S(s)+O2(g)SO2(g)　ΔH=-297.23 kJ/mol,下列说法正确的是(　　)
[A] S(g)+O2(g)SO2(g)　ΔH=-Q kJ/mol;Q=297.23
[B] S(g)+O2(g)SO2(g)　ΔH=-Q kJ/mol;Q<297.23
[C] 1 mol SO2(g)的能量大于1 mol S(s)和 1 mol O2(g)的能量总和
[D] 1 mol SO2(g)的能量小于1 mol S(s)和 1 mol O2(g)的能量总和
2.(2024·河北石家庄期中)实验室用盐酸和NaOH溶液反应来测定中和反应的反应热。下列说法正确的是(　　)
[A] 用同一温度计测量酸液温度后立即测量碱液温度
[B] 为使两物质充分反应,添加NaOH溶液时应遵循少量多次原则
[C] 实验中需要稍过量的NaOH溶液以保证实验数据的准确性
[D] 为防止玻璃搅拌器损坏,可用铁质材料替代
3.根据下列物质变化,所得能量变化关系正确的是(　　)
选项 物质变化 能量关系
[A] 将充满NO2的针筒置于热水中,气体颜色变深 能量大小:NO2(g)>N2O4(g)
[B] 将NaOH溶液与HCl溶液混合
[C] 1 g气态SiH4在空气中燃烧,生成SiO2(s)与液态水,放热44.6 kJ SiH4(g)+2O2(g)SiO2(s)+2H2O(l)　 ΔH=-44.6 kJ/mol
续　表
选项 物质变化 能量关系
[D] 合成氨:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ/mol 反应物的键能总和>生成物的键能总和
4.(2025·广东海德双语学校期中)顺2丁烯、反2丁烯分别与氢气加成制备丁烷的焓的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 上述反应中只有π键断裂
[B] 顺2丁烯比反2丁烯稳定
[C] 1 mol顺2丁烯转化为1 mol反2丁烯放热4.2 kJ
[D] 发生加成反应时,顺2丁烯断键吸收的能量高于反2丁烯断键吸收的能量
5.(2025·重庆期中)甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=-58 kJ/mol
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　
ΔH3=+41 kJ/mol
已知H—H键能为a kJ/mol,C—H键能为 b kJ/mol,CH3OH(g)中的C—O键能为 c kJ/mol,O—H键能为d kJ/mol,则CO(g)中的碳氧键的键能(单位:kJ/mol)为(　　)
[A] -99+2a-3b-c-d
[B] -99-2a+3b+c+d
[C] 99+2a-3b-c-d
[D] 99-2a+3b+c+d
6.(2025·四川自贡期中)多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。我国学者发现T ℃时(各物质均为气态),甲醇与水在铜基催化剂上的反应机理和能量图如图所示:
下列说法正确的是(　　)
[A] 反应Ⅱ的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)　ΔH=+a kJ/mol(a>0)
[B] CO(g)在反应中生成又消耗,CO(g)可认为是催化剂
[C] 选择优良的催化剂可以降低反应Ⅰ和Ⅱ的活化能,减少过程中的能耗和反应的焓变
[D] 1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)的总能量小于1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)的总能量
7.根据下列已知条件,所写热化学方程式正确的是(　　)
[A] H2的燃烧热为a kJ/mol:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　ΔH=-a kJ/mol
[B] 1 mol SO2(g)、0.5 mol O2(g)完全反应,放出热量98.3 kJ:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-98.3 kJ/mol
[C] H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ/mol,则H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)BaSO4(s)+2H2O(l)　ΔH=-114.6 kJ/mol
[D] 96 g O2(g)的能量比96 g O3(g)的能量低 b kJ:3O2(g)2O3(g)　ΔH=+b kJ/mol
8.(2024·北京朝阳区二模)土壤中的微生物可将大气中的H2S经两步反应氧化成S,两步反应的能量变化如图。
下列说法不正确的是(　　)
[A] O的非金属性大于S,推知热稳定性:H2O>H2S
[B] 两步反应中化学键断裂吸收的总能量均小于化学键形成释放的总能量
[C] H2S(g)+2O2(g)2H+(aq)+S(aq)　ΔH=-364.01 kJ· mol-1
[D] 结合S(s)的燃烧热,可求算2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(g)的ΔH
二、非选择题(共1小题,共12分)
9.(12分,每空3分)(1)(2023·全国甲卷)已知下列反应的热化学方程式:
①3O2(g)2O3(g)　ΔH1=+285 kJ/mol
②2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(l)　ΔH2=-329 kJ/mol
反应③CH4(g)+O3(g)CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=　　　　kJ/mol。
(2)(2024·河南高考适应性考试)二氧化碳—甲烷重整反应制备合成气(H2+CO)是一种生产高附加值化学品的低碳过程。该过程存在如下化学反应:
①CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)　ΔH1
②CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)
ΔH2=-90.2 kJ/mol
③CH4(g)C(s)+2H2(g)
ΔH3=+74.9 kJ/mol
④CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)
ΔH4=-131.3 kJ/mol
ΔH1=　　　　　　　　。
(3)(2024·安徽高考适应性考试)丙烷价格低廉且产量大,而丙烯及其衍生物具有较高的经济附加值,因此丙烷脱氢制丙烯具有重要的价值。回答下列问题。
①已知下列反应的热化学方程式:
Ⅰ.直接脱氢:CH3CH2CH3(g)CH2CHCH3(g)+H2(g)　ΔH1=+123.8 kJ/mol
Ⅱ.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2=-483.6 kJ/mol
计算O2氧化丙烷脱氢反应Ⅲ.CH3CH2CH3(g)+O2(g)CH2CHCH3(g)+H2O(g)的
ΔH3=　　　　 kJ/mol。
②已知下列键能数据,结合反应Ⅰ数据,计算CC的键能是　　　　 kJ/mol。
化学键 C—C C—H H—H
键能/(kJ/mol) 347.7 413.4 436.0
课时作业28　化学反应的热效应
1.D　因物质由固态转变成气态也要吸收热量,所以S(g)+O2(g)SO2(g)　ΔH=-Q kJ/mol中Q>297.23,故A、B错误;放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量,所以1 mol SO2(g)的能量小于1 mol S(s)和1 mol O2(g)的能量总和,故C错误,D正确。
2.C　用温度计测量酸溶液的温度后立即测量碱溶液的温度,酸碱会发生中和反应,导致热量损失,则用温度计测量酸溶液的温度后,应先用水冲洗温度计再测量碱溶液的温度,A错误;向酸(碱)中分次加入碱(酸),热量损失较多,不能分次加入碱(酸),B错误;中和反应反应热测定时,为了减小误差,保证盐酸完全被中和,加入的氢氧化钠溶液应该稍过量,C正确;用铁质材料代替玻璃搅拌器,会使热量损失较多,使中和反应放热测定值偏小,D错误。
3.B　将充满NO2的针筒置于热水中,气体颜色变深,说明升高温度,2NO2(g)N2O4(g)的平衡逆向移动,则该反应为放热反应,2分子NO2(g)的能量高于1分子N2O4(g)的能量,A错误;NaOH和HCl的中和反应为放热反应,图示反应的反应物总能量高于生成物总能量,为放热反应,B正确;1 g气态SiH4的物质的量为 mol,所以1 mol气态SiH4在空气中燃烧,生成SiO2(s)与液态水,放热44.6×32 kJ=1 427.2 kJ,C错误;合成氨的反应为放热反应,说明反应物的键能总和小于生成物的键能总和,D错误。
4.C　由图可知,题述反应中顺2丁烯和反2丁烯中π键断裂,H2中的σ键断裂,A错误;由图可知,顺2丁烯比反2丁烯的能量高,所以反2丁烯比顺2丁烯更稳定,B错误;由图可知,1 mol顺2丁烯转化为1 mol反2丁烯放热[-115.5-(-119.7)] kJ=4.2 kJ,C正确;发生加成反应时,顺2丁烯断键吸收的能量低于反2丁烯断键吸收的能量,所以顺2丁烯放出的能量高于反2丁烯放出的能量,D错误。
5.B　根据盖斯定律可知,反应①=反应②-反应③,则 ΔH1=ΔH2-ΔH3=-58 kJ/mol-41 kJ/mol=-99 kJ/mol,设CO(g)中的碳氧键的键能为x,ΔH1=x+2a kJ/mol-(3b kJ/mol+c kJ/mol+d kJ/mol)=-99 kJ/mol,则x=(-99-2a+3b+c+d) kJ/mol,故选B。
6.D　由图可知,反应Ⅱ中反应物的总能量大于生成物的总能量,则反应Ⅱ的热化学方程式为 CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)　ΔH=-a kJ/mol(a>0),故A错误;CO(g)在反应中生成又消耗,则该物质为中间产物,不是催化剂,故B错误;选择优良的催化剂可以降低反应Ⅰ和Ⅱ的活化能,减少过程中的能耗,但不能改变反应的焓变,故C错误;由图可知,1 mol CH3OH(g)和 1 mol H2O(g)的总能量小于1 mol CO2(g)和 3 mol H2(g)的总能量,故D正确。
7.D　燃烧热是指在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时放出的热量,HCl不是指定产物,A错误;1 mol SO2(g)、0.5 mol O2(g)完全反应放出热量 98.3 kJ,2 mol SO2(g)、1 mol O2(g)完全反应放出热量为196.6 kJ,B错误;反应H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)BaSO4(s)+2H2O(l)中生成H2O(l)的同时还生成BaSO4(s),生成沉淀也放热,C错误;96 g O2(g)的物质的量为3 mol,96 g O3(g)的物质的量为2 mol,则由96 g O2(g)的能量比96 g O3(g)的能量低 b kJ可知,3O2(g)2O3(g)　ΔH=+b kJ/mol,D正确。
8.C　元素非金属性越强,其简单气态氢化物稳定性越强,O的非金属性大于S,推知热稳定性H2O>H2S,A正确;由题图可知两步反应均为放热反应,所以两步反应中反应物化学键断裂吸收的总能量均小于生成物化学键形成释放的总能量,B正确;第一步反应的热化学方程式为H2S(g)+O2(g)S(s)+H2O(g)　ΔH=-221.19 kJ· mol-1,第二步反应的热化学方程式为S(s)+O2(g)+H2O(g)S(aq)+2H+(aq)　ΔH=-585.20 kJ· mol-1,根据盖斯定律,两步反应相加可得H2S(g)+2O2(g)2H+(aq)+S(aq)　ΔH=-806.39 kJ· mol-1,C错误;结合S(s)的燃烧热可得到代表S(s)的燃烧热的热化学方程式,再结合第一步反应的热化学方程式,根据盖斯定律,可求算2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(g)的ΔH,D正确。
9.【答案】 (1)-307
(2)+247.3 kJ/mol
(3)①-118　②614.7
【解析】 (1)根据盖斯定律,③=×(②-①),则ΔH3=(ΔH2-ΔH1)=×(-329 kJ/mol-285 kJ/mol)=-307 kJ/mol。
(2)根据盖斯定律,①=②+③-2×④,则 ΔH1=ΔH2+ΔH3-2ΔH4=-90.2 kJ/mol+74.9 kJ/mol-2×(-131.3 kJ/mol)=+247.3 kJ/mol。
(3)①根据盖斯定律,反应Ⅲ=反应Ⅰ+反应Ⅱ,则 ΔH3=ΔH1+ΔH2=+123.8 kJ/mol+×(-483.6 kJ/mol)=-118 kJ/mol。
②反应Ⅰ为CH3CH2CH3(g)CH2CHCH3(g)+H2(g)　ΔH1=+123.8 kJ/mol,设CC的键能是 x kJ/mol,根据ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和,可得ΔH1=[2×347.7+8×413.4-(x+347.7+6×413.4+436.0)]kJ/mol=+123.8 kJ/mol,解得x=614.7。
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