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第32讲 反应热 热化学方程式及能源
第八章 化学反应与能量
1.了解反应热、焓变的概念，知道化学反应热效应与反应的焓变之间的关系。
2.知道常见的吸热反应和放热反应，能从多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。
复习目标
考点一　反应热　焓变
考点二　热化学方程式
考点三　燃烧热、燃料的选择及能源
内容索引
课时测评
考点一
反应热　焓变
1.化学反应中的能量变化
(1)化学反应中的两大变化：物质变化和能量变化。
(2)化学反应中的两大守恒：质量守恒和能量守恒。
(3)化学反应中的能量转化形式：热能、光能、电能等。通常主要表现为
______的变化。
2.反应热和焓变
(1)反应热(Q)
在__________下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量。单位为kJ·mol－1。
必备知识 整合
热量
等温条件
(2)焓变
①内能(U)：物质所具有的各种能量的总和。
②焓(H)：与内能有关的物理量。
③焓变(ΔH)：ΔH＝________________________，单位kJ·mol－1。
(3)反应热与焓变的关系
等压条件下，化学反应的焓变______反应热，即ΔH＝Qp。
H(生成物)－H(反应物)
等于
3.吸热反应与放热反应
(1)从能量(或焓)高低的角度理解
(2)从化学键的角度理解
吸热
＜
放热
＞
吸热
放热
下列化学反应的能量变化符合下图所示的是　 　　　(填序号)，这些反应发生时，断裂反应物中的化学键吸收的能量　　　　形成生成物中的化学键放出的能量。
①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应　②大多数的分解反应　
③大多数的化合反应　④大多数的盐类水解　
⑤C和H2O(g)、C和CO2的反应　⑥中和反应　
⑦可燃物的燃烧　⑧金属与酸的置换反应
⑨铝热反应　⑩盐酸与碳酸氢钠的反应
③⑥⑦⑧⑨⑩
小于
考向1 反应过程中物质能量变化图像
1.根据如图所示的反应，回答下列问题：
(1)该反应是　　　　反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)反应的ΔH＝　　　　　　　。
(3)从化学键角度分析，a kJ·mol－1代表　　 　　　　　。
(4)从过渡态理论分析，反应的活化能为　　 　　。
关键能力 提升
放热
－b kJ·mol－1
反应物断键吸收的能量
a kJ·mol－1
(5)试在图中用虚线表示在反应中使用催化剂后活化能的变化情况。
2.水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH　　　　0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E＝　 　　　eV，写出该步骤的化学方程式：　　　　　　　
　　　　　 　　。
小于
2.02
COOH*＋H*＋H2O*COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*H*＋OH*)
观察始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应，ΔH小于0。过渡态物质相对能量与起始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，该步起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为COOH*＋2H*＋OH*。
考向2 根据键能计算焓变
3.通常把断裂1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据，供计算使用。
工业上的高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)，该反应的反应热ΔH为　　 　　　　。
化学键 Si－O Si－Cl H－H H－Cl Si－Si Si－C
键能/(kJ·mol－1) 460 360 436 431 176 347
＋236 kJ·mol－1
SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于共价晶体，可根据共价晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。1 mol晶体硅中所含的Si－Si键为2 mol，即制取高纯硅反应的反应热ΔH＝4×360 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1－(2×176 kJ·mol－1＋4×431 kJ·mol－1)＝＋236 kJ·mol－1。
化学键 Si－O Si－Cl H－H H－Cl Si－Si Si－C
键能/(kJ·mol－1) 460 360 436 431 176 347
4.已知反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·mol－1，1 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　　　　 kJ。
299
形成1 mol H2(g)和1 mol I2(g)共放出436 kJ＋151 kJ＝587 kJ能量，设断裂2 mol HI(g)中化学键吸收2a kJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H－I)－E(H－H)－E(I－I)，2E(H－I)＝ΔH＋E(H－H)＋E(I－I)＝11 kJ·mol－1＋436 kJ·mol－1＋151 kJ·mol－1＝598 kJ·mol－1，则E(H－I)＝299 kJ·mol－1。]
1 mol常见共价晶体中的化学键
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练后归纳
物质 金刚石 硅 SiO2
化学键 C－C Si－Si Si－O
化学键数/mol 2 2 4
考点二
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。
2.意义：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。
如2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，表示在25 ℃、101 kPa条件下，_____________________________________________________
____________________。
必备知识 整合
2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成2 mol H2O(l)，放出571.6 kJ的热量
3.注意事项
(1)热化学方程式中必须标明反应物和生成物的状态，若为同素异形体，还要注明名称。
(2)热化学方程式要注明反应时的温度和压强。如不注明，即表示__________________。
(3)热化学方程式中的化学计量数为物质的量的数值。
(4)要注明ΔH的符号和单位。
25 ℃和 101 kPa
1.热化学方程式前面的化学计量数既表示分子数也表示物质的量 ( ) 2.CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ (　　)
3.对于SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1，增大压强平衡右移，放出的热量增大，ΔH减小 (　　) 4.若31 g白磷的能量比31 g红磷多b kJ，则白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(s)4P(s)　ΔH＝－4b kJ·mol－1 (　　)
正误判断
×
×
×
×
考向1 依据反应事实书写热化学方程式
1.用H2还原SiCl4蒸气可制取纯度很高的硅，当反应中有1 mol电子转移时吸收59 kJ热量，则该反应的热化学方程式为__________________________　　 　　　　　
__________________________。
关键能力 提升
SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋
4HCl(g)　ΔH＝＋236 kJ/mol
在反应中硅元素的化合价从＋4价降低到0价，得到4个电子。当反应中有1 mol电子转移时吸收59 kJ热量，则消耗1 mol氯化硅吸收的热量是59 kJ×4＝236 kJ，因此该反应的热化学方程式为SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)　ΔH＝＋236 kJ/mol。
2.在1 L密闭容器中，4 mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气。2 min时反应吸收热量为46.1 kJ，此时氨气的转化率为25％。该反应的热化学方程式为　　　　 　　　。
2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋92.2 kJ·mol－1
热化学方程式2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋Q kJ·mol－1表示2 mol NH3完全分解需要吸收Q kJ的热量，反应的氨气的物质的量为Δn
(NH3)＝4 mol×25％＝1 mol，则2 mol NH3完全分解需要吸收的热量
Q＝2×46.1 kJ＝92.2 kJ，即ΔH＝＋92.2 kJ·mol－1。
考向2 依据能量图像书写热化学方程式
3.化学反应N2＋3H22NH3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：____________________
_________________________。
N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)　
ΔH＝－2(c＋b－a) kJ·mol－1
4.钌及其化合物在合成工业上有广泛用途，如图是用钌(Ru)基催化剂催化合成甲酸的过程。每生成92 g液态HCOOH放出62.4 kJ的热量。
根据图示写出该反应的热化学方程式：______________________________
______________________。
H2(g)＋CO2(g)HCOOH(l)
ΔH＝－31.2 kJ·mol－1
根据整个流程可知，CO2和H2为反应物，产物为HCOOH，92 g HCOOH的物质的量为＝2 mol，所以生成1 mol液态HCOOH放出31.2 kJ能量，热化学方程式为H2(g)＋CO2(g)HCOOH(l)　ΔH＝－31.2 kJ·mol－1。
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考点三
燃烧热、燃料的选择及能源
1.燃烧热
(1)概念：在101 kPa时，_______纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。
(2)意义：衡量燃料燃烧时放出热量的多少。
(3)常见元素完全燃烧生成的指定物质
必备知识 整合
元素 C H S N
指定产物及状态 CO2(g) H2O(l) SO2(g) N2(g)
1 mol
已知氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，表示氢气燃烧热的热化学方程式为_______________________________________________。
H2(g)＋O2(g)H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
2.选择燃料的原则
(1)环境保护；
(2)热值大小；
(3)其他因素，如来源、价格、运输、稳定性等。
3.能源分类及利用
1.开发利用各种新能源，减少对化石燃料的依赖，可以降低空气中PM2.5的含量 ( )
2.使用氢气作燃料有助于控制温室效应 ( ) 3.101 kPa时，1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热 ( ) 4.燃料燃烧阶段，可通过改进锅炉的炉型、燃料空气比等提高燃料的燃烧效率 ( )
5.空气燃料比越大，燃料燃烧越充分，则燃烧效率一定越高 ( )
正误判断
√
√
×
√
×
1.(2024·河北保定期末)已知：C2H2(g)、H2(g)、C2H4(g)的标准燃烧热依次为1 299.6 kJ·mol－1，285.8 kJ·mol－1、1 411.0 kJ·mol－1。下列说法正确的是
A.三种物质中，H2热值最大
B.C2H2(g)＋H2(g)C2H4(g)
ΔH＝＋174.4 kJ·mol－1
C.断裂1 mol H－H键放出285.8 kJ能量
D.乙炔燃烧的热化学方程式为C2H2(g)＋O2(g)2CO2(g)＋H2O(g)　ΔH＝－1 299.6 kJ·mol－1
关键能力 提升
√
单位质量(或体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量称为热值，1 g的H2完全燃烧放出×285.8 kJ＝142.9 kJ，1 g的C2H2完全燃烧放出的热量为×1 299.6 kJ＝49.98 kJ，1 g的C2H4完全燃烧放出的热量为×1 411.0 kJ＝50.39 kJ，故三种物质中，H2热值最大，A正确；根据题意可知，①C2H2(g)＋O2(g)2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－1 299.6 kJ·mol－1，②H2(g)＋O2(g)H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，③C2H4(g)＋3O2(g)2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－1 411.0 kJ·mol－1，则①＋②－③得C2H2(g)＋H2(g)C2H4(g)，ΔH＝－1 299.6－285.8＋1 411.0＝－174.4 kJ·mol－1，B错误；断开H－H键要吸热，且数值也不是285.8 kJ，C错误；乙炔燃烧的热化学方程式为C2H2(g)＋O2(g)2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－1 299.6 kJ·mol－1，D错误。
2.美国Marchetin博士对世界一次能源替代趋势曾作如下预测。有关说法不正确的是
A.太阳能、氢能和生物质能等均属于新能源
B.随着新能源的发现与利用，煤炭等能源完全失去作用
C.天然气与煤炭、石油及柴薪相比，具有热值高、洁净等优势
D.煤、石油及天然气蕴藏的能量来自远古时期生物体所吸收利用的太阳能
√
太阳能、氢能、生物质能等利用过程中无污染，都属于新能源，A说法正确；随着新能源的发现与利用，煤炭等仍旧可作为能源，B说法错误；天然气与煤炭、石油等能源相比具有使用安全、热值高、洁净等优势，C说法正确；远古时期生物体吸收利用太阳能，经过非常复杂的过程和漫长的时间形成煤、石油及天然气，D说法正确。
1.(2024·全国甲卷)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
高考真题 感悟
√
木材的主要成分为纤维素，纤维素中含碳、氢、氧三种元素，煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的变化逐渐形成的固体，是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.(2024·安徽卷)某温度下，在密闭容器中充入一定量的X(g)，发生下列反应：X(g)Y(g)　ΔH1＜0，Y(g)Z(g)　ΔH2＜0，测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是
√
由图可知，反应初期随着时间的推移X的浓度逐渐减小、
Y和Z的浓度逐渐增大，后来随着时间的推移X和Y的浓
度逐渐减小、Z的浓度继续逐渐增大，说明X(g)Y(g)的
反应速率大于Y(g)Z(g)的反应速率，则反应X(g)Y(g)
的活化能小于反应Y(g)Z(g)的活化能。A.X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0，而图像显示Y的能量高于X，即图像显示X(g)Y(g)为吸热反应，A项不符合题意；B.图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0，且X(g)Y(g)的活化能小于Y(g)Z(g)的活化能，B项符合题意；C.图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0，但图像上X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能，C项不符合题意；D.图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都大于0，且X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能，D项不符合题意。
3.(2023·新课标卷节选)根据下图数据计算反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)的ΔH＝　　　　kJ·mol－1。
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，由题图数据可知，反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339) kJ·mol－1＝－45 kJ·mol－1。
－45
4.(2023·湖北卷节选)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g) C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol－1和298.0 kJ·mol－1，H－H键能为436.0 kJ·mol－1。估算C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝　　　　kJ·mol－1。
＋128
由C40H20和C40H18的结构简式和反应历程可以看出，C40H20中断裂了2个碳氢键，C40H18形成了1个碳碳键，生成H2形成了1个氢氢键，所以C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝(431.0×2－298.0－436.0) kJ·mol－1＝＋128 kJ·mol－1。
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课 时 测 评
A项，将煤进行深加工后，脱硫处理、气化处理能很好地减少污染气体，提高燃烧效率，燃烧的效果好，错误；C项，有时需通过吸热反应吸收热量降低环境温度，有利用价值，错误；D项，天然气是化石燃料，不属于新能源，错误。
√
1.化学与人类生活、社会可持续发展密切相关，下列说法正确的是
A.直接燃烧煤和将煤进行深加工后再燃烧的效率相同
B.天然气、水能属于一次能源，水煤气、电能属于二次能源
C.人们可以把放热反应释放的能量转化为其他可利用的能量，而吸热反应没有利用价值
D.地热能、风能、天然气和氢能都属于新能源
2.下列能量属于反应热的是
A.1 mol HCl分解成H、Cl时吸收的能量
B.石墨转化成金刚石时吸收的能量
C.H＋HH2时放出的能量
D.冰变成水时吸收的能量
化学反应中吸收或放出的能量为反应热，物理变化中的能量变化不是反应热。1 mol HCl分解成H、Cl时吸收的能量仅仅是化学键断裂吸收的能量，不是反应热，A不符合题意；石墨转化成金刚石时吸收的能量是化学反应过程中吸收的热量，属于反应热，B符合题意；H＋HH2是形成化学键时放出的能量，不属于反应热，C不符合题意；冰变成水是物理变化，该过程吸收的能量不属于反应热，D不符合题意。
√
3.反应M＋ZQ(ΔH＜0)分两步进行：①M＋ZX(ΔH＞0)，②XQ(ΔH＜0)。下列能正确表示总反应过程中能量变化的是
√
M＋ZQ(ΔH＜0)是放热反应，M和Z的能量之和大于Q的能量；由①M＋ZX(ΔH＞0)可知这步反应是吸热反应，则M和Z的能量之和小于X的能量；②XQ(ΔH＜0)是放热反应，故X的能量大于Q的能量；综上可知，只有图像D符合。
4.研究表明，在一定条件下，气态HCN(a)与HNC(b)两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是
A.HNC比HCN更稳定
B.HCN转化为HNC，反应条件一定要加热
C.HNC(g)HCN(g)　ΔH＝－59.3 kJ·mol－1
D.加入催化剂，可以减小反应的热效应
能量越低越稳定，根据题图，等物质的量的HNC比HCN的能量高，HCN比HNC更稳定，A错误；HCN转化为HNC是吸热反应，吸热反应的发生不一定需要加热，B错误；加入催化剂，能降低反应的活化能，反应的热效应不变，D错误。
√
5.丙烷与溴原子能发生以下两种反应：
①CH3CH2CH3(g)＋Br·(g)CH3CH2CH2·(g)＋HBr(g)
②CH3CH2CH3(g)＋Br·(g)CH3HCH3(g)＋HBr(g)
反应过程的能量变化如图所示。下列说法不正确的是
A.反应①与②均为吸热反应
B.反应②使用了催化剂
C.产物中CH3CH2CH2·(g)的含量比CH3HCH3(g)低
D.CH3CH2CH2·(g)转变为CH3HCH3(g)放出热量
√
催化剂能改变反应途径，降低反应的活化能，加快化学反应速率。反应②的活化能低，反应速率快，但反应①与②同时发生，不能确定反应②是否使用催化剂，B说法错误。
6.在25 ℃、1.01×105 Pa下，1 mol氢气燃烧生成气态水的能量变化如下图所示，已知：2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)　ΔH＝－490 kJ/mol，下列有关说法正确的是
A.O－H键的键能为930 kJ/mol
B.a＝249
C.物质所具有的总能量大小关系：甲＞乙＞丙
D.1 mol H2O(l)分解为2 mol H与1 mol O时吸收930 kJ热量
√
2 mol H原子和1 mol O形成2 mol O－H键，故O－H键的键能为＝465 kJ/mol，A错误；该反应的反应热等于反应物总键能减去生成物总键能，故ΔH＝(2×436＋2a－930×2) kJ/mol＝－490 kJ/mol，a＝249，B正确；断键吸热，成键放热，甲到乙为断键过程，乙到丙为成键过程，故乙的能量最高，C错误；1 mol H2O(g)分解为2 mol H与1 mol O时吸收930 kJ热量，D错误。
7.分析表中的四个热化学方程式，判断氢气和丙烷的燃烧热分别是(　　)
A.571.6 kJ·mol－1，2 221.5 kJ·mol－1
B.285.8 kJ·mol－1，2 013.8 kJ·mol－1
C.285.8 kJ·mol－1，2 221.5 kJ·mol－1
D.241.3 kJ·mol－1，2 013.8 kJ·mol－1
√
“嫦娥一号”发射火箭燃料 液氢(H2)
北京奥运会“祥云”火炬燃料 丙烷(C3H8)
8.已知：①H2的燃烧热ΔH为－285.8 kJ·mol－1；②中和反应生成1 mol水时的反应热ΔH为－57.3 kJ·mol－1；
③水的汽化热ΔH为＋44.0 kJ·mol－1
下列热化学方程式书写正确的是
A.2H2(g)＋O2(g)2H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
B.H2O(l)H＋(aq)＋OH－(aq) ΔH＝＋57.3 kJ·mol－1
C.H2(g)＋O2(g)H2O(g) ΔH＝－329.8 kJ·mol－1
D.OH－(aq)＋CH3COOH(aq)CH3COO－(aq)＋H2O(l)　
ΔH＝＋57.3 kJ·mol－1
√
9.根据如下能量关系示意图，下列说法正确的是
A.1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量之和为393.5 kJ
B.反应2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)中，生成物的总能量大于反应物的总能量
C.由C(s)CO(g)的热化学方程式为2C(s)＋O2(g)2CO(g)　ΔH＝＋221.2 kJ·mol－1
D.热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为10.1 kJ·g－1
√
由题图可知，1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量比1 mol
CO2(g)的能量高393.5 kJ，A错误；反应2CO(g)＋O2(g)
2CO2(g)为放热反应，生成物的总能量小于反应物
的总能量，B错误；由题图可知，1 mol C(s)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol CO(g)放出的热量为393.5 kJ－282.9 kJ＝110.6 kJ，物质的量与热量成正比，焓变为负值，则热化学方程式为2C(s)＋O2(g)2CO(g)　ΔH＝－221.2 kJ·mol－1，C错误；热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为≈10.1 kJ·g－1，D正确。
10.甲烷与氯气发生取代反应分别生成1 mol相关有机物的能量变化如图所示：
下列说法不正确的是
A.CH4与Cl2的取代反应是放热反应
B.1 mol CH4的能量比1 mol CH3Cl的能量多99 kJ
C.ΔH4≈ΔH3≈ΔH2≈ΔH1，说明CH4与Cl2的四步取代反应难易程度相当
D.已知Cl－Cl的键能为243 kJ/mol，C－Cl的键能为327 kJ/mol，则CH4(g)＋Cl·(g)CH3·(g)＋HCl(g)的ΔH＜0
√
由题干信息可知，CH4与Cl2的取代反应不管
生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4均为
ΔH＜0，则CH4与Cl2的取代反应是放热反应，
A正确；由题干信息可知，1 mol CH4和1 mol Cl2的能量之和比1 mol CH3Cl和1 mol HCl的能量之和多99 kJ，B错误；由题干图中信息可知，－99≈×(－197)≈×(－301)≈×(－400)即ΔH4≈ΔH3
≈ΔH2≈ΔH1，说明CH4与Cl2的四步取代反应难易程度相当，C正确；已知CH4(g)＋Cl·(g)CH3·(g)＋HCl(g)过程中断裂了1 mol C－H键，形成了1 mol H－Cl键，已知Cl－Cl的键能为243 kJ/mol，C－Cl的键能为
327 kJ/mol，且有：CH4(g)＋Cl2(g)CH3Cl(g)＋HCl(g)　ΔH＝－99 kJ/mol，即4E(C－H)＋E(Cl－Cl)－3E(C－H)－E(C－Cl)－E(H－Cl)＝－99 kJ/mol，即E(C－H)＋E(Cl－Cl)－E(C－Cl)－E(H－Cl)＝－99 kJ/mol，则E(C－H)＋243 kJ/mol－327 kJ/mol－E(H－Cl)＝－99 kJ/mol，则E(C－H)－E(H－Cl)＝－15 kJ/mol，即CH4(g)＋Cl·(g)CH3·(g)＋HCl(g)的ΔH＝－15 kJ/mol＜0，D正确。
1
11.利用化学链将高炉废气中CO2转化为CO的示意图如下。下列说法不正确的是
A.Fe3O4和CaO可循环利用
B.反应④为吸热反应
C.该化学链的总反应是CO2＋H2CO＋H2O
D.该方法可降低分离CO和N2所需的能耗
√
反应中，先将Fe3O4和CaO转化为Fe和CaCO3，后将
Fe和CaCO3转化为Fe3O4和CaO，所以Fe3O4和CaO可
循环利用，A正确；反应①Fe3O4＋4CO3Fe＋
4CO2是吸热反应，所以反应④3Fe＋4CO2Fe3O4＋4CO为放热反应，B不正确；该化学链中发生的反应为Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O、Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2(相对于反应④是少量的)、3Fe＋4CO2Fe3O4＋4CO(反应④)，所以总反应是CO2＋H2CO＋H2O，C正确；反应①Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2，可将CO与N2分离，大大降低分离CO和N2所需的能耗，D正确。
12.下图是CO和O在钌催化剂的表面形成化学键的过程。 下列说法正确的是
A.CO2和CO都能与碱反应生成盐和水
B.该过程中，CO先断键成C和O
C.CO与O形成化学键的过程中放出能量
D.钌催化剂降低了该反应的焓变
CO为不成盐氧化物，不能与碱发生反应，A错误； 根据题给过程图可知，该过程中，CO未断键，B错误； 形成化学键时会释放能量，C正确；催化剂只是降低了反应的活化能，不会改变反应的焓变，D错误。
√
13.(2024·安徽巢湖联考)在标准压强101 kPa、298 K下，由最稳定的单质合成1 mol物质B的反应焓变，叫做物质B的标准摩尔生成焓，用符号Δf(kJ·mol－1)表示。部分物质的Δf如图所示，已知：H2(g)、N2(g)、O2(g)的标准摩尔生成焓为0。下列有关判断正确的是
A.根据图中信息，可判断热稳定性：N2H4(l)＞NH3(g)
B.O2(g)＋2H2(g)2H2O(l) ΔH＞－483.6 kJ·mol－1
C.1 mol N2H4(l)的键能小于1 mol N2(g)与2 mol H2(g)的键能之和
D.N2H4(l)标准燃烧热的热化学方程式为N2H4(l)＋O2(g)N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－534.2 kJ·mol－1
√
NH3(g)的标准摩尔生成焓为－45.9 kJ·mol－1，
N2H4(l)的标准摩尔生成焓为50.6 kJ·mol－1，
N2和H2反应生成NH3放热，而生成N2H4吸热，
则NH3的能量比N2H4低，热稳定性：N2H4(l)＜NH3(g)，A错误；由题图中信息知：O2(g)＋2H2(g)2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，因为H2O(l)的能量低于H2O(g)，所以O2(g)＋2H2(g)2H2O(l)　ΔH＜－483.6 kJ·mol－1，B错误；N2H4(l)的标准摩尔生成焓为50.6 kJ·mol－1，则N2(g)＋2H2(g)N2H4(l)　ΔH＝＋50.6 kJ·mol－1，由ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，则1 mol N2H4(l)的键能小于1 mol N2(g)与
2 mol H2(g)的键能之和，C正确；N2H4(l)标准燃烧热的热化学方程式为N2H4(l)＋O2(g)N2(g)＋2H2O(l)，N2H4(l)标准摩尔生成焓为50.6 kJ·mol－1，H2O(g)标准摩尔生成焓为－241.8 kJ·mol－1，可以求出N2H4(l)＋O2(g)N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534.2 kJ·mol－1，但是H2O(l)的能量低于H2O(g)，N2H4(l)标准燃烧热的热化学方程式中水应该是液态，D错误。
14.(6分)(1)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1，CH3OH(l)＋O2(g)CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，则a　　　　(填“＞”“＜”或“＝”)726.5。
＜
该反应未完全燃烧，生成的氢气燃烧还要放出热量，则a＜726.5。
(2)将Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1 mol Cl2参与反应时释放出145.0 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：_______________　　　　　　
　　　　　 　　。
2Cl2(g)＋2H2O(g)＋
C(s)4HCl(g)＋CO2(g)　ΔH＝－290.0 kJ·mol－1
当有1 mol Cl2参与反应时释放出145.0 kJ热量，该反应的热化学方程式：2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)4HCl(g)＋CO2(g)　ΔH＝－145.0 kJ·mol－1×2＝－290.0 kJ·mol－1。
(3)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧，所得物质可作耐高温材料：4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)2Al2O3(s)＋3TiC(s)　ΔH＝－1 176.0 kJ·mol－1，则反应过程中，每转移1 mol电子放出的热量为　　　　　　　。
98.0 kJ
4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)2Al2O3(s)＋3TiC(s)　ΔH＝－1 176.0 kJ·mol－1，每转移12 mol电子放出的热量为1 176.0 kJ，则反应过程中，每转移1 mol电子放出的热量为 kJ＝98.0 kJ。
15.(6分)根据键能计算反应热。
(1)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)。已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
则该反应的ΔH＝　　　　 　　。
化学键 C－H H－H C O(CO)
键能/(kJ·mol－1) 413 745 436 1 075
＋120 kJ·mol－1
反应CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝[(413×4＋745×2)－(2×1 075＋2×436)] kJ·mol－1＝＋120 kJ·mol－1。
(2)已知：2NH3(g)＋3Cl2(g)N2(g)＋6HCl(g)　ΔH＝－456 kJ·mol－1
断开1 mol H－N键与断开1 mol H－Cl键所需能量相差约为　　　　kJ。
40
化学反应的焓变＝反应物键能总和－生成物键能总和，6×E(H－N)＋3E(Cl－Cl)－[6E(H－Cl)＋E(N≡N)]＝－456 kJ·mol－1；得到6×E(H－N)＋3×243 kJ·mol－1－[6E(H－Cl)＋945 kJ·mol－1]＝－456 kJ·mol－1；得到6×E(H－N)－6×E(H－Cl)＝－456 kJ·mol－1－3×243 kJ·mol－1＋945 kJ·mol－1；E(H－N)－E(H－Cl)＝－40 kJ·mol－1。
(3)近几年，大气污染越来越严重，雾霾天气对人们的生活、出行、身体健康产生许多不利的影响。汽车尾气是主要的大气污染源，降低汽车尾气危害的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生的反应：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)。已知：
则2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)的ΔH＝________________________
kJ·mol－1(用含a、b、c、d的式子表示)。
(2a＋2b－2c－d) kJ·mol－1
2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)的反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和，故ΔH＝(2a＋2b－2c－d) kJ·mol－1。
16.(9分)(1)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行CH4的裂解。若用
、 、 、 分别表示CH4、C2H2、H2和固体催化剂，在固体催化剂表面CH4的裂解过程如下图所示，从吸附到解吸的过
程中，能量状态最高的是　　　　(填字母)，其理由是_________________
________________________________________________________________
___________________________。
B
A→B是甲烷中的C－H断裂过程，断键吸热，A的能量小于B；B→C是形成化学键的过程，成键放热，B的能量大于C
(2)CO2与H2在催化剂作用下的反应历程如图所示：
反应历程中活化能(能垒)最大的反应的化学方程式为___________________
_______________________，CO2(g)＋H2(g)·CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝
___________eV·mol－1。
· CO2＋·H＋H2(g)
·HOCO＋H2(g)
－2.05NA
返回第32讲　反应热　热化学方程式及能源
【复习目标】　1.了解反应热、焓变的概念，知道化学反应热效应与反应的焓变之间的关系。2.知道常见的吸热反应和放热反应，能从多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。
考点一　反应热　焓变
1.化学反应中的能量变化
(1)化学反应中的两大变化：物质变化和能量变化。
(2)化学反应中的两大守恒：质量守恒和能量守恒。
(3)化学反应中的能量转化形式：热能、光能、电能等。通常主要表现为热量的变化。
2.反应热和焓变
(1)反应热(Q)
在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量。单位为kJ·mol－1。
(2)焓变
①内能(U)：物质所具有的各种能量的总和。
②焓(H)：与内能有关的物理量。
③焓变(ΔH)：ΔH＝H(生成物)－H(反应物)，单位kJ·mol－1。
(3)反应热与焓变的关系
等压条件下，化学反应的焓变等于反应热，即ΔH＝Qp。
3.吸热反应与放热反应
(1)从能量(或焓)高低的角度理解
(2)从化学键的角度理解
【微思考】　下列化学反应的能量变化符合下图所示的是　　　　(填序号)，这些反应发生时，断裂反应物中的化学键吸收的能量　　　　形成生成物中的化学键放出的能量。
①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应　②大多数的分解反应　③大多数的化合反应　④大多数的盐类水解　⑤C和H2O(g)、C和CO2的反应　⑥中和反应　⑦可燃物的燃烧　⑧金属与酸的置换反应
⑨铝热反应　⑩盐酸与碳酸氢钠的反应
提示：③⑥⑦⑧⑨⑩　小于
反应过程中物质能量变化图像
1.根据如图所示的反应，回答下列问题：
(1)该反应是　　　　反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)反应的ΔH＝　　　　　　　。
学生用书 第189页
(3)从化学键角度分析，a kJ·mol－1代表　　　　　　　。
(4)从过渡态理论分析，反应的活化能为　　　　。
(5)试在图中用虚线表示在反应中使用催化剂后活化能的变化情况。
答案：(1)放热　(2)－b kJ·mol－1　
(3)反应物断键吸收的能量　(4)a kJ·mol－1　
(5)
2.水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH　　　　0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E＝　　　　eV，写出该步骤的化学方程式：　　　　　　　
　　　　　　　。
答案：小于　2.02
COOH*＋H*＋H2O*COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*H*＋OH*)
解析：观察始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应，ΔH小于0。过渡态物质相对能量与起始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，该步起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为COOH*＋2H*＋OH*。
根据键能计算焓变
3.通常把断裂1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的
ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据，供计算使用。
化学键 Si－O Si－Cl H－H H－Cl Si－Si Si－C
键能/(kJ·mol－1) 460 360 436 431 176 347
工业上的高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)，该反应的反应热ΔH为　　　　　　。
答案：＋236 kJ·mol－1
解析：SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于共价晶体，可根据共价晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。1 mol晶体硅中所含的Si－Si键为2 mol，即制取高纯硅反应的反应热ΔH＝4×360 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1－(2×176 kJ·mol－1＋4×431 kJ·mol－1)＝＋236 kJ·mol－1。
4.已知反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·mol－1，1 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　　　　 kJ。
答案：299
解析：形成1 mol H2(g)和1 mol I2(g)共放出436 kJ＋151 kJ＝587 kJ能量，设断裂2 mol HI(g)中化学键吸收2a kJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H－I)－E(H－H)－E(I－I)，2E(H－I)＝ΔH＋E(H－H)＋E(I－I)＝11 kJ·mol－1＋436 kJ·mol－1＋151 kJ·mol－1＝598 kJ·mol－1，则E(H－I)＝299 kJ·mol－1。]
1 mol常见共价晶体中的化学键
物质 金刚石 硅 SiO2
化学键 C－C Si－Si Si－O
化学键数/mol 2 2 4
考点二　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。
2.意义：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。
如2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，表示在25 ℃、101 kPa条件下，2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成2 mol H2O(l)，放出571.6 kJ的热量。
3.注意事项
(1)热化学方程式中必须标明反应物和生成物的状态，若为同素异形体，还要注明名称。
(2)热化学方程式要注明反应时的温度和压强。如不注明，即表示25 ℃和 101 kPa。
(3)热化学方程式中的化学计量数为物质的量的数值。
(4)要注明ΔH的符号和单位。
【正误判断】
1.热化学方程式前面的化学计量数既表示分子数也表示物质的量 (　　)
2.CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ (　　)
学生用书 第190页
3.对于SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1，增大压强平衡右移，放出的热量增大，ΔH减小 (　　)
4.若31 g白磷的能量比31 g红磷多b kJ，则白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(s)4P(s)　ΔH＝－4b kJ·mol－1 (　　)
答案：1.×　2.×　3.×　4.×
依据反应事实书写热化学方程式
1.用H2还原SiCl4蒸气可制取纯度很高的硅，当反应中有1 mol电子转移时吸收59 kJ热量，则该反应的热化学方程式为　　　　　　　。
答案：SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)　ΔH＝＋236 kJ/mol
解析：在反应中硅元素的化合价从＋4价降低到0价，得到4个电子。当反应中有1 mol电子转移时吸收59 kJ热量，则消耗1 mol氯化硅吸收的热量是59 kJ×4＝236 kJ，因此该反应的热化学方程式为SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)　ΔH＝＋236 kJ/mol。
2.在1 L密闭容器中，4 mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气。2 min时反应吸收热量为46.1 kJ，此时氨气的转化率为25％。该反应的热化学方程式为　　　　　。
答案：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋92.2 kJ·mol－1
解析：热化学方程式2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋Q kJ·mol－1表示2 mol NH3完全分解需要吸收Q kJ的热量，反应的氨气的物质的量为Δn(NH3)＝4 mol×25％＝1 mol，则2 mol NH3完全分解需要吸收的热量Q＝2×46.1 kJ＝92.2 kJ，即ΔH＝＋92.2 kJ·mol－1。
依据能量图像书写热化学方程式
3.化学反应N2＋3H22NH3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：N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)　ΔH＝－2(c＋b－a) kJ·mol－1
4.钌及其化合物在合成工业上有广泛用途，如图是用钌(Ru)基催化剂催化合成甲酸的过程。每生成92 g液态HCOOH放出62.4 kJ的热量。
根据图示写出该反应的热化学方程式：　　　　　　　　　　　　　。
答案：H2(g)＋CO2(g)HCOOH(l) ΔH＝－31.2 kJ·mol－1
解析：根据整个流程可知，CO2和H2为反应物，产物为HCOOH，92 g HCOOH的物质的量为＝2 mol，所以生成1 mol液态HCOOH放出31.2 kJ能量，热化学方程式为H2(g)＋CO2(g)HCOOH(l)　ΔH＝－31.2 kJ·mol－1。
考点三　燃烧热、燃料的选择及能源
1.燃烧热
(1)概念：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。
(2)意义：衡量燃料燃烧时放出热量的多少。
(3)常见元素完全燃烧生成的指定物质
元素 C H S N
指定产物及状态 CO2(g) H2O(l) SO2(g) N2(g)
【微思考】　已知氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，表示氢气燃烧热的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
提示：H2(g)＋O2(g)H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
2.选择燃料的原则
(1)环境保护；
(2)热值大小；
(3)其他因素，如来源、价格、运输、稳定性等。
3.能源分类及利用
【正误判断】
1.开发利用各种新能源，减少对化石燃料的依赖，可以降低空气中PM2.5的含量(　　)
2.使用氢气作燃料有助于控制温室效应 (　　)
3.101 kPa时，1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热 (　　)
4.燃料燃烧阶段，可通过改进锅炉的炉型、燃料空气比等提高燃料的燃烧效率 (　　)
5.空气燃料比越大，燃料燃烧越充分，则燃烧效率一定越高 (　　)
答案：1.√　2.√　3.×　4.√　5.×
学生用书 第191页
1.(2024·河北保定期末)已知：C2H2(g)、H2(g)、C2H4(g)的标准燃烧热依次为1 299.6 kJ·mol－1，285.8 kJ·mol－1、1 411.0 kJ·mol－1。下列说法正确的是(　　)
A.三种物质中，H2热值最大
B.C2H2(g)＋H2(g)C2H4(g)
ΔH＝＋174.4 kJ·mol－1
C.断裂1 mol H－H键放出285.8 kJ能量
D.乙炔燃烧的热化学方程式为C2H2(g)＋O2(g)2CO2(g)＋H2O(g)　ΔH＝－1 299.6 kJ·mol－1
答案：A
解析：单位质量(或体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量称为热值，1 g的H2完全燃烧放出×285.8 kJ＝142.9 kJ，1 g的C2H2完全燃烧放出的热量为×1 299.6 kJ＝49.98 kJ，1 g的C2H4完全燃烧放出的热量为×1 411.0 kJ＝50.39 kJ，故三种物质中，H2热值最大，A正确；根据题意可知，①C2H2(g)＋O2(g)2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－1 299.6 kJ·mol－1，②H2(g)＋O2(g)H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，③C2H4(g)＋3O2(g)2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－1 411.0 kJ·mol－1，则①＋②－③得C2H2(g)＋H2(g)C2H4(g)，ΔH＝－1 299.6－285.8＋1 411.0＝－174.4 kJ·mol－1，B错误；断开H－H键要吸热，且数值也不是285.8 kJ，C错误；乙炔燃烧的热化学方程式为C2H2(g)＋O2(g)2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－1 299.6 kJ·mol－1，D错误。
2.美国Marchetin博士对世界一次能源替代趋势曾作如下预测。有关说法不正确的是(　　)
A.太阳能、氢能和生物质能等均属于新能源
B.随着新能源的发现与利用，煤炭等能源完全失去作用
C.天然气与煤炭、石油及柴薪相比，具有热值高、洁净等优势
D.煤、石油及天然气蕴藏的能量来自远古时期生物体所吸收利用的太阳能
答案：B
解析：太阳能、氢能、生物质能等利用过程中无污染，都属于新能源，A说法正确；随着新能源的发现与利用，煤炭等仍旧可作为能源，B说法错误；天然气与煤炭、石油等能源相比具有使用安全、热值高、洁净等优势，C说法正确；远古时期生物体吸收利用太阳能，经过非常复杂的过程和漫长的时间形成煤、石油及天然气，D说法正确。
1.(2024·全国甲卷)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
答案：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，煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的变化逐渐形成的固体，是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.(2024·安徽卷)某温度下，在密闭容器中充入一定量的X(g)，发生下列反应：X(g)Y(g)　ΔH1＜0，Y(g)Z(g)　ΔH2＜0，测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是(　　)
答案：B
解析：由图可知，反应初期随着时间的推移X的浓度逐渐减小、Y和Z的浓度逐渐增大，后来随着时间的推移X和Y的浓度逐渐减小、Z的浓度继续逐渐增大，说明X(g)Y(g)的反应速率大于Y(g)Z(g)的反应速率，则反应X(g)Y(g)的活化能小于反应Y(g)Z(g)的活化能。A.X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0，而图像显示Y的能量高于X，即图像显示X(g)Y(g)为吸热反应，A项不符合题意；B.图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0，且X(g)Y(g)的活化能小于Y(g)Z(g)的活化能，B项符合题意；C.图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都小于0，但图像上X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能，C项不符合题意；D.图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的ΔH都大于0，且X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能，D项不符合题意。
3.(2023·新课标卷节选)根据下图数据计算反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)的ΔH＝　　　　kJ·mol－1。
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，由题图数据可知，反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339) kJ·mol－1＝－45 kJ·mol－1。
4.(2023·湖北卷节选)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
学生用书 第192页
已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol－1和298.0 kJ·mol－1，H－H键能为436.0 kJ·mol－1。估算C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝　　　　kJ·mol－1。
答案：＋128
解析：由C40H20和C40H18的结构简式和反应历程可以看出，C40H20中断裂了2个碳氢键，C40H18形成了1个碳碳键，生成H2形成了1个氢氢键，所以C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝(431.0×2－298.0－436.0) kJ·mol－1＝＋128 kJ·mol－1。
课时测评32　反应热　热化学方程式及能源
(时间：45分钟　满分：60分)
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
选择题1－13题，每小题3分，共39分。
1.化学与人类生活、社会可持续发展密切相关，下列说法正确的是(　　)
A.直接燃烧煤和将煤进行深加工后再燃烧的效率相同
B.天然气、水能属于一次能源，水煤气、电能属于二次能源
C.人们可以把放热反应释放的能量转化为其他可利用的能量，而吸热反应没有利用价值
D.地热能、风能、天然气和氢能都属于新能源
答案：B
解析：A项，将煤进行深加工后，脱硫处理、气化处理能很好地减少污染气体，提高燃烧效率，燃烧的效果好，错误；C项，有时需通过吸热反应吸收热量降低环境温度，有利用价值，错误；D项，天然气是化石燃料，不属于新能源，错误。
2.下列能量属于反应热的是(　　)
A.1 mol HCl分解成H、Cl时吸收的能量
B.石墨转化成金刚石时吸收的能量
C.H＋HH2时放出的能量
D.冰变成水时吸收的能量
答案：B
解析：化学反应中吸收或放出的能量为反应热，物理变化中的能量变化不是反应热。1 mol HCl分解成H、Cl时吸收的能量仅仅是化学键断裂吸收的能量，不是反应热，A不符合题意；石墨转化成金刚石时吸收的能量是化学反应过程中吸收的热量，属于反应热，B符合题意；H＋HH2是形成化学键时放出的能量，不属于反应热，C不符合题意；冰变成水是物理变化，该过程吸收的能量不属于反应热，D不符合题意。
3.反应M＋ZQ(ΔH＜0)分两步进行：①M＋ZX(ΔH＞0)，②XQ(ΔH＜0)。下列能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)
答案：D
解析：M＋ZQ(ΔH＜0)是放热反应，M和Z的能量之和大于Q的能量；由①M＋ZX(ΔH＞0)可知这步反应是吸热反应，则M和Z的能量之和小于X的能量；②XQ(ΔH＜0)是放热反应，故X的能量大于Q的能量；综上可知，只有图像D符合。
4.研究表明，在一定条件下，气态HCN(a)与HNC(b)两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.HNC比HCN更稳定
B.HCN转化为HNC，反应条件一定要加热
C.HNC(g)HCN(g)　ΔH＝－59.3 kJ·mol－1
D.加入催化剂，可以减小反应的热效应
答案：C
解析：能量越低越稳定，根据题图，等物质的量的HNC比HCN的能量高，HCN比HNC更稳定，A错误；HCN转化为HNC是吸热反应，吸热反应的发生不一定需要加热，B错误；加入催化剂，能降低反应的活化能，反应的热效应不变，D错误。
5.丙烷与溴原子能发生以下两种反应：
①CH3CH2CH3(g)＋Br·(g)CH3CH2CH2·(g)＋HBr(g)
②CH3CH2CH3(g)＋Br·(g)CH3HCH3(g)＋HBr(g)
反应过程的能量变化如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.反应①与②均为吸热反应
B.反应②使用了催化剂
C.产物中CH3CH2CH2·(g)的含量比CH3HCH3(g)低
D.CH3CH2CH2·(g)转变为CH3HCH3(g)放出热量
答案：B
解析：催化剂能改变反应途径，降低反应的活化能，加快化学反应速率。反应②的活化能低，反应速率快，但反应①与②同时发生，不能确定反应②是否使用催化剂，B说法错误。
6.在25 ℃、1.01×105 Pa下，1 mol氢气燃烧生成气态水的能量变化如下图所示，已知：2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)　ΔH＝－490 kJ/mol，下列有关说法正确的是(　　)
A.O－H键的键能为930 kJ/mol
B.a＝249
C.物质所具有的总能量大小关系：甲＞乙＞丙
D.1 mol H2O(l)分解为2 mol H与1 mol O时吸收930 kJ热量
答案：B
解析：2 mol H原子和1 mol O形成2 mol O－H键，故O－H键的键能为＝465 kJ/mol，A错误；该反应的反应热等于反应物总键能减去生成物总键能，故ΔH＝(2×436＋2a－930×2) kJ/mol＝－490 kJ/mol，a＝249，B正确；断键吸热，成键放热，甲到乙为断键过程，乙到丙为成键过程，故乙的能量最高，C错误；1 mol H2O(g)分解为2 mol H与1 mol O时吸收930 kJ热量，D错误。
7.分析表中的四个热化学方程式，判断氢气和丙烷的燃烧热分别是(　　)
“嫦娥一号”发射火箭燃料 液氢 (H2) ①2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 ②2H2(l)＋O2(l)2H2O(g)　ΔH＝－482.6 kJ·mol－1
北京奥运会“祥云”火炬燃料 丙烷 (C3H8) ③C3H8(l)＋5O2(g)3CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－2 013.8 kJ·mol－1 ④C3H8(g)＋5O2(g)3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2 221.5 kJ·mol－1
A.571.6 kJ·mol－1，2 221.5 kJ·mol－1
B.285.8 kJ·mol－1，2 013.8 kJ·mol－1
C.285.8 kJ·mol－1，2 221.5 kJ·mol－1
D.241.3 kJ·mol－1，2 013.8 kJ·mol－1
答案：C
8.已知：①H2的燃烧热ΔH为－285.8 kJ·mol－1；②中和反应生成1 mol水时的反应热ΔH为－57.3 kJ·mol－1；
③水的汽化热ΔH为＋44.0 kJ·mol－1
下列热化学方程式书写正确的是(　　)
A.2H2(g)＋O2(g)2H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
B.H2O(l)H＋(aq)＋OH－(aq) ΔH＝＋57.3 kJ·mol－1
C.H2(g)＋O2(g)H2O(g) ΔH＝－329.8 kJ·mol－1
D.OH－(aq)＋CH3COOH(aq)CH3COO－(aq)＋H2O(l)　 ΔH＝＋57.3 kJ·mol－1
答案：B
9.根据如下能量关系示意图，下列说法正确的是(　　)
A.1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量之和为393.5 kJ
B.反应2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)中，生成物的总能量大于反应物的总能量
C.由C(s)CO(g)的热化学方程式为2C(s)＋O2(g)2CO(g)　ΔH＝＋221.2 kJ·mol－1
D.热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为10.1 kJ·g－1
答案：D
解析：由题图可知，1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量比1 mol CO2(g)的能量高393.5 kJ，A错误；反应2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)为放热反应，生成物的总能量小于反应物的总能量，B错误；由题图可知，1 mol C(s)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol CO(g)放出的热量为393.5 kJ－282.9 kJ＝110.6 kJ，物质的量与热量成正比，焓变为负值，则热化学方程式为2C(s)＋O2(g)2CO(g)　ΔH＝－221.2 kJ·mol－1，C错误；热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为≈10.1 kJ·g－1，D正确。
10.甲烷与氯气发生取代反应分别生成1 mol相关有机物的能量变化如图所示：
下列说法不正确的是(　　)
A.CH4与Cl2的取代反应是放热反应
B.1 mol CH4的能量比1 mol CH3Cl的能量多99 kJ
C.ΔH4≈ΔH3≈ΔH2≈ΔH1，说明CH4与Cl2的四步取代反应难易程度相当
D.已知Cl－Cl的键能为243 kJ/mol，C－Cl的键能为327 kJ/mol，则CH4(g)＋Cl·(g)CH3·(g)＋HCl(g)的ΔH＜0
答案：B
解析：由题干信息可知，CH4与Cl2的取代反应不管生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4均为ΔH＜0，则CH4与Cl2的取代反应是放热反应，A正确；由题干信息可知，1 mol CH4和1 mol Cl2的能量之和比1 mol CH3Cl和1 mol HCl的能量之和多99 kJ，B错误；由题干图中信息可知，－99≈×(－197)≈×(－301)≈×(－400)即ΔH4≈ΔH3≈ΔH2≈ΔH1，说明CH4与Cl2的四步取代反应难易程度相当，C正确；已知CH4(g)＋Cl·(g)CH3·(g)＋HCl(g)过程中断裂了1 mol C－H键，形成了1 mol H－Cl键，已知Cl－Cl的键能为243 kJ/mol，C－Cl的键能为327 kJ/mol，且有：CH4(g)＋Cl2(g)CH3Cl(g)＋HCl(g)　ΔH＝－99 kJ/mol，即4E(C－H)＋E(Cl－Cl)－3E(C－H)－E(C－Cl)－E(H－Cl)＝－99 kJ/mol，即E(C－H)＋E(Cl－Cl)－E(C－Cl)－E(H－Cl)＝－99 kJ/mol，则E(C－H)＋243 kJ/mol－327 kJ/mol－E(H－Cl)＝－99 kJ/mol，则E(C－H)－E(H－Cl)＝－15 kJ/mol，即CH4(g)＋Cl·(g)CH3·(g)＋HCl(g)的ΔH＝－15 kJ/mol＜0，D正确。
11.利用化学链将高炉废气中CO2转化为CO的示意图如下。下列说法不正确的是(　　)
A.Fe3O4和CaO可循环利用
B.反应④为吸热反应
C.该化学链的总反应是CO2＋H2CO＋H2O
D.该方法可降低分离CO和N2所需的能耗
答案：B
解析：反应中，先将Fe3O4和CaO转化为Fe和CaCO3，后将Fe和CaCO3转化为Fe3O4和CaO，所以Fe3O4和CaO可循环利用，A正确；反应①Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2是吸热反应，所以反应④3Fe＋4CO2Fe3O4＋4CO为放热反应，B不正确；该化学链中发生的反应为Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O、Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2(相对于反应④是少量的)、3Fe＋4CO2Fe3O4＋4CO(反应④)，所以总反应是CO2＋H2CO＋H2O，C正确；反应①Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2，可将CO与N2分离，大大降低分离CO和N2所需的能耗，D正确。
12.下图是CO和O在钌催化剂的表面形成化学键的过程。 下列说法正确的是(　　)
A.CO2和CO都能与碱反应生成盐和水
B.该过程中，CO先断键成C和O
C.CO与O形成化学键的过程中放出能量
D.钌催化剂降低了该反应的焓变
答案：C
解析：CO为不成盐氧化物，不能与碱发生反应，A错误； 根据题给过程图可知，该过程中，CO未断键，B错误； 形成化学键时会释放能量，C正确；催化剂只是降低了反应的活化能，不会改变反应的焓变，D错误。
13.(2024·安徽巢湖联考)在标准压强101 kPa、298 K下，由最稳定的单质合成1 mol物质B的反应焓变，叫做物质B的标准摩尔生成焓，用符号Δf(kJ·mol－1)表示。部分物质的Δf如图所示，已知：H2(g)、N2(g)、O2(g)的标准摩尔生成焓为0。下列有关判断正确的是(　　)
A.根据图中信息，可判断热稳定性：N2H4(l)＞NH3(g)
B.O2(g)＋2H2(g)2H2O(l) ΔH＞－483.6 kJ·mol－1
C.1 mol N2H4(l)的键能小于1 mol N2(g)与2 mol H2(g)的键能之和
D.N2H4(l)标准燃烧热的热化学方程式为
N2H4(l)＋O2(g)N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534.2 kJ·mol－1
答案：C
解析：NH3(g)的标准摩尔生成焓为－45.9 kJ·mol－1，N2H4(l)的标准摩尔生成焓为50.6 kJ·mol－1，N2和H2反应生成NH3放热，而生成N2H4吸热，则NH3的能量比N2H4低，热稳定性：N2H4(l)＜NH3(g)，A错误；由题图中信息知：O2(g)＋2H2(g)2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，因为H2O(l)的能量低于H2O(g)，所以O2(g)＋2H2(g)2H2O(l)　ΔH＜－483.6 kJ·mol－1，B错误；N2H4(l)的标准摩尔生成焓为50.6 kJ·mol－1，则N2(g)＋2H2(g)N2H4(l)　ΔH＝＋50.6 kJ·mol－1，由ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，则1 mol N2H4(l)的键能小于1 mol N2(g)与2 mol H2(g)的键能之和，C正确；N2H4(l)标准燃烧热的热化学方程式为N2H4(l)＋O2(g)N2(g)＋2H2O(l)，N2H4(l)标准摩尔生成焓为50.6 kJ·mol－1，H2O(g)标准摩尔生成焓为－241.8 kJ·mol－1，可以求出N2H4(l)＋O2(g)N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534.2 kJ·mol－1，但是H2O(l)的能量低于H2O(g)，N2H4(l)标准燃烧热的热化学方程式中水应该是液态，D错误。
14.(6分)(1)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1，CH3OH(l)＋O2(g)CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，则a　　　　(填“＞”“＜”或“＝”)726.5。
(2)将Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1 mol Cl2参与反应时释放出145.0 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：　　　　　　　　　　　　　。
(3)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧，所得物质可作耐高温材料：4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)2Al2O3(s)＋3TiC(s)　ΔH＝－1 176.0 kJ·mol－1，则反应过程中，每转移1 mol电子放出的热量为　　　　　　　。
答案：(1)＜　(2)2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)4HCl(g)＋CO2(g)　ΔH＝－290.0 kJ·mol－1
(3)98.0 kJ
解析：(1)该反应未完全燃烧，生成的氢气燃烧还要放出热量，则a＜726.5。(2)当有1 mol Cl2参与反应时释放出145.0 kJ热量，该反应的热化学方程式：2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)4HCl(g)＋CO2(g)　ΔH＝－145.0 kJ·mol－1×2＝－290.0 kJ·mol－1。(3)4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)2Al2O3(s)＋3TiC(s)　ΔH＝－1 176.0 kJ·mol－1，每转移12 mol电子放出的热量为1 176.0 kJ，则反应过程中，每转移1 mol电子放出的热量为 kJ＝98.0 kJ。
15.(6分)根据键能计算反应热。
(1)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)＋CO2(g)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 C－H CO H－H CO(CO)
键能/(kJ·mol－1) 413 745 436 1 075
则该反应的ΔH＝　　　　　　。
(2)已知：2NH3(g)＋3Cl2(g)N2(g)＋6HCl(g)　ΔH＝－456 kJ·mol－1
断开1 mol H－N键与断开1 mol H－Cl键所需能量相差约为　　　　kJ。
(3)近几年，大气污染越来越严重，雾霾天气对人们的生活、出行、身体健康产生许多不利的影响。汽车尾气是主要的大气污染源，降低汽车尾气危害的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生的反应：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)。已知：
则2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)的ΔH＝　　　　　　　　kJ·mol－1(用含a、b、c、d的式子表示)。
答案：(1)＋120 kJ·mol－1　(2)40　(3)(2a＋2b－2c－d) kJ·mol－1
解析：(1)反应CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝[(413×4＋745×2)－(2×1 075＋2×436)] kJ·mol－1＝＋120 kJ·mol－1。(2)化学反应的焓变＝反应物键能总和－生成物键能总和，6×E(H－N)＋3E(Cl－Cl)－[6E(H－Cl)＋E(N≡N)]＝－456 kJ·mol－1；得到6×E(H－N)＋3×243 kJ·mol－1－[6E(H－Cl)＋945 kJ·mol－1]＝－456 kJ·mol－1；得到6×E(H－N)－6×E(H－Cl)＝－456 kJ·mol－1－3×243 kJ·mol－1＋945 kJ·mol－1；E(H－N)－E(H－Cl)＝－40 kJ·mol－1。(3)2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)的反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和，故ΔH＝(2a＋2b－2c－d) kJ·mol－1。
16.(9分)(1)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行CH4的裂解。若用、、、分别表示CH4、C2H2、H2和固体催化剂，在固体催化剂表面CH4的裂解过程如下图所示，从吸附到解吸的过程中，能量状态最高的是　　　　(填字母)，其理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
(2)CO2与H2在催化剂作用下的反应历程如图所示：
反应历程中活化能(能垒)最大的反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
CO2(g)＋H2(g)·CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝　　　　eV·mol－1。
答案：(1)B　A→B是甲烷中的C－H断裂过程，断键吸热，A的能量小于B；B→C是形成化学键的过程，成键放热，B的能量大于C
(2)·CO2＋·H＋H2(g)·HOCO＋H2(g) －2.05NA

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