讲义：第6章+第1节化学能与热能

第六章 化学反应与能量

第一节 化学能与热能

[高考备考指南]

考纲定位 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。

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(ΔH)与反应热的含义。了解活化能的概念。

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算。

核心素养 1.变化观念——认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析热化学反应方程式，运用热化学反应原理解决实际问题。

2.模型认知——认识盖斯定律应用及推导目标反应的热化学方程式的思维模型。

3.社会责任——关注能源的合理开发利用，具有可持续的能源发展意识，利用化学知识开发利用新能源。

焓变、反应热与能源

(对应复习讲义第65页)

1．化学反应的实质与特征

(1)实质：反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成。

(2)特征：既有物质变化，又伴有能量变化；能量转化主要表现为热量的变化。

(3)两守恒：化学反应遵循质量守恒定律，同时也遵循能量守恒定律。

2．吸热反应与放热反应

(1)从化学键的角度分析

(2)吸热反应和放热反应的比较

类型

比较 吸热反应 放热反应

定义 吸收热量的化学反应 放出热量的化学反应

能量关系 ∑E(反应物)＜

∑E(生成物) ∑E(反应物)＞

∑E(生成物)

表示方法 ΔH＞0 ΔH＜0

图示

(3)常见的放热反应和吸热反应

放热反应：①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟水或酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化；⑥铝热反应。

吸热反应：①大多数分解反应；②盐类的水解反应；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应。

3．两种反应热——燃烧热与中和热

(1)比较

燃烧热 中和热

相同点

能量变化 放热

ΔH及

其单位 ΔH<0，单位均为kJ·mol－1

不同点

反应物

的量 1__mol可燃物 不一定为1 mol

生成物

的量 不确定 生成水的

量为1__mol

反应热

的含义 101 kPa时，1__mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量 在稀溶液里，酸与碱发生中和反应生成1__mol__H2O(l)时所放出的热量

表示方法 燃烧热ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0) 强酸与强碱反应的中和热ΔH＝－57.3__kJ·mol－1

(2)中和反应反应热的测定

①实验装置

②中和热的测定原理

ΔH＝－（m酸＋m碱）·c·（t终－t始）n

c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3kJ·g－1·℃－1；n为生成H2O的物质的量。

③注意事项

a．泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热，防止热量损失。

b．为保证酸完全中和，采取的措施是碱稍微过量。

c．测定温度时，应测反应过程的最高温度作为终止温度。

4．能源

判断正误

(1)放热反应不需要加热就能反应，吸热反应不加热就不能反应。( )

(2)水结成冰放出热量的反应为放热反应。( )

(3)同一物质的三态能量中气态最高，固态最低。( )

(4)同温同压下，反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下反应的ΔH不同。( )

(5)可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关。( )

(6)甲烷的标准燃烧热ΔH＝－890 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890 kJ·mol－1。( )

(7)在稀溶液中：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)

ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，若将含0.5 mol H2SO4的浓硫酸与含1 mol NaOH的溶液混合，放出的热量为57.3 kJ。( )

[提示] (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)×

(7)×

角度1 焓变的含义与基本计算

1．(2018·济南模拟)下列说法中正确的是( )

A．在化学反应过程中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化

B．破坏生成物全部化学键所需要的能量大于破坏反应物全部化学键所需要的能量时，该反应为吸热反应

C．生成物的总焓大于反应物的总焓时，反应吸热，ΔH＞0

D．ΔH的大小与热化学方程式的化学计量数无关

C [化学反应中一定有能量变化，A项错误；由ΔH＝断开旧化学键吸收的能量－形成新化学键放出的能量，得ΔH＜0，故为放热反应，B项错误；吸热反应的ΔH＞0，C项正确；ΔH的大小与热化学方程式的化学计量数成正比关系，D项错误。]

2．(2019·河南模拟)研究表明N2O与CO在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，下列说法错误的是( )

A．反应总过程ΔH＜0

B．Fe＋使反应的活化能减小

C．FeO＋也是该反应的催化剂

D．Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两步反应均为放热反应

C [A项，反应总过程为N2O＋CO===N2＋CO2，根据图示可知，反应物总能量高于生成

物总能量，为放热反应，ΔH＜0，正确；B项，根据反应历程，Fe＋为催化剂，能够降低反应的活化能，正确；C项，FeO＋为中间产物，而不是催化剂，错误；D项，根据图示，Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两反应中反应物总能量均高于生成物总能量，均为放热反应，正确。]

3．有关化学键的键能数据如表所示：

化学键 C===O O===O C—C

键能/(kJ·mol－1) x 498.8 345.6

碳的燃烧热为395 kJ·mol－1，假设单质碳中只存在C—C键且基本结构单元为正四面体，则x的值为( )

A．619.7 B．1 239.4

C．792.5 D．1 138.1

C [在碳的正四面体结构中，每个碳原子形成4个C—C键，每个C—C键由2个碳原子共有，故每个碳原子拥有的C—C键数目为2。结合反应热与键能关系：ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和，可得2×345.6＋498.8－2x＝－395，计算得x＝792.5。]

ΔH的三种计算式

(1)ΔH＝ 反应物总键能之和－生成物总键能之和

(2)ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝H(生成物)－H(反应物)

(3)ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能

[注意] 常见物质(1 mol)中化学键数目

物质 CO2

(C===O) CH4

(C—H) P4

(P—P) SiO2

(Si—O) 石墨 金刚

石 S8

(S—S) Si

键数 2 4 6 4 1.5 2 8

2

角度2 反应热的理解与能源

4．下列说法正确的是( )

A．葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·mol－1，则12C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 400 kJ·mol－1

B．已知101 kPa时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221 kJ·mol－1，则该反应的反应热为221 kJ·mol－1

C．已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量

D．已知HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水的中和热为57.3 kJ·mol－1

A [燃烧热是指1 mol纯物质完全燃烧放出的热量，故12 mol葡萄糖燃烧放出热量1 400

kJ，A正确；B项中反应的反应热应为－221 kJ·mol－1；醋酸为弱电解质，不完全电离，电离时吸热，故稀醋酸与稀NaOH反应生成1 mol水放出的热量小于57.3 kJ；浓硫酸稀释时放热，其与NaOH反应生成1 mol水放出的热量大于57.3 kJ，B、C、D错误。]

5．能源危机是当前全球性的问题，“开源节流”是应对能源危机的重要举措。下列做法不利于能源“开源节流”的是( )

A．大力发展农村沼气，将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源

B．大力开采煤、石油和天然气，以满足人们日益增长的能源需求

C．开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源，减少煤、石油等化石燃料的使用

D．减少资源消耗，增加资源的重复使用，注重资源的循环再生

B [化石燃料的开发利用不属于“开源节流”。]

角度3 中和热的测定

6.

测定稀硫酸和氢氧化钠溶液反应的中和热的实验装置如图所示。

(1)图中尚缺少的一种仪器是__________。

(2)实验时环形玻璃搅拌棒的运动方向是__________。

a．上下运动

b．左右运动

c．顺时针运动

d．逆时针运动

(3)反应的热化学方程式为________________________________________________________________________

(中和热为57.3 kJ·mol－1)。

(4)该同学每次分别取0.50 mol·L－1 50 mL NaOH溶液和0.50 mol·L－130 mL硫酸进行实验，通过多次实验测定中和热为53.5 kJ·mol－1，与57.3 kJ·mol－1有偏差，产生偏差的原因不可能是__________(填字母)。

a．实验装置保温、隔热效果差

b．用量筒量取NaOH溶液的体积时仰视读数

c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中

d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定硫酸溶液的温度

[解析] 实验测定中和热为53.5 kJ·mol－1与57.3 kJ·mol－1有偏差，是因为实验过程中热量有散失。此实验中硫酸过量，用量筒量取NaOH溶液的体积时仰视读数使NaOH的量偏多，所测中和热数值不会偏小。

[答案] (1)温度计 (2)a

(3)NaOH(aq)＋12H2SO4(aq)===12Na2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1[或2NaOH(aq)