1、专题六 化学能与热能,第二单元,PART 1,考纲展示,1.了解化学反应中能量转化的原因,能说出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.了解焓变(H)与反应热的含义。了解H=H(生成物)-H(反应物)表达式的含义。 5.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。 6.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。,高频考点探究,1.从两种角度理解化学反应热,【核心透析】,考点一 反应热 热化学方程式,2.“五环节”法书写热化学方程式,
2、提醒 对于具有同素异形体的物质,除了要注明聚集状态之外,还要注明物质的名称。 3.燃烧热和中和热应用中的注意事项 (1)均为放热反应,H0,单位为kJmol-1。 (2)燃烧热概念理解的三要点:外界条件是25 、101 kPa;反应的可燃物是1 mol;生成物是稳定的氧化物(包括状态),如碳元素生成的是CO2,而不是CO,氢元素生成的是液态水,而不是水蒸气。 (3)中和热概念理解三要点:反应物的酸、碱是强酸、强碱;溶液是稀溶液,不存在稀释过程的热效应;生成产物水是1 mol。,例1 (1)2018北京卷 我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程,该历程示
3、意图如图6-1所示。,【典例探究】,图6-1,下列说法不正确的是 ( ) A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100% B.CH4CH3COOH过程中,有CH键发生断裂 C.放出能量并形成了CC键 D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率 (2)2018海南卷 炭黑是雾霾中的重要颗粒物, 研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧,活化 过程的能量变化模拟计算结果如图6-2所示。 活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法正确的是 ( ),图6-2,A.每活化一个氧分子吸收0.29 eV的能量 B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV C.氧分子的活化是OO键的断裂与CO键的生成过程 D.
4、炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂 (3)2016天津卷节选 硅和氯两元素的单质反应生成1 mol Si的最高价化合物,恢复至室温,放热687 kJ,已知该化合物的熔、沸点分别为-69 和58 ,写出该反应的热化学方程式: 。,答案 (1)D (2)CD (3)Si(s)+2Cl2(g)=SiCl4(l) H=-687 kJmol-1,解析 (1)观察图像,发生的反应是二氧化碳和甲烷生成醋酸,反应的原子利用率为100%,A项正确;甲烷生成醋酸,观察分子结构可知有CH键断裂,B项正确;观察图像,物质的能量降低,故放出能量,且形成了CC键,C项正确;催化剂只能改变反应速率,不影响平衡的
5、转化率,D项错误。,(2)根据图示,活化一个氧分子放出0.29 eV的热量,A错误;图中0.73 eV只是无水的过渡态,0.75 eV才是无水的中间态,因此水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18 eV,B错误;氧气中存在OO键,活化氧中存在CO键,C正确;由题给信息“活化氧可以快速氧化二氧化硫”,结合氧化二氧化硫的总反应可知,D正确。 (3)单质Si和Cl2发生化合反应生成Si的最高价化合物即SiCl4,根据熔沸点可判断常温下SiCl4为液体,根据题意可写出热化学方程式为Si(s)+2Cl2(g)=SiCl4(l) H=-687 kJmol-1。,(2)甲烷自热重整是先进的制氢方法,包含甲烷
6、氧化和蒸汽重整两个过程。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要化学反应如下表,则在初始阶段,蒸汽重整的反应速率 (填“大于”“ 小于” 或“等于”)甲烷氧化的反应速率。,(3)CO2在Cu-ZnO催化下,可同时发生如下的反应、,其可作为解决温室效应及能源短缺问题的重要手段。,答案 (1)-(b-a)kJmol-1 764 (2)小于 (3)D,(2)从表中活化能数据可以看出,在初始阶段,蒸汽重整反应活化能较大,而甲烷氧化的反应活化能均较小,所以甲烷氧化的反应速率快。 (3)反应是放热反应,反应物的总能量大于生成物的总能量,反应是吸热反应,反应物的总能量小于生成物的总能量,因为反应的速
7、率大于反应,因此反应的活化能低于反应,D正确。,特别提醒,【特别提醒】 催化剂能加快反应速率的原理是降低了反应的活化能,由此可推知反应的活化能越低,反应速率越快,相对来说反应就越易进行。,【核心透析】,考点二 盖斯定律的应用,【典例探究】,考查角度一 反应热的计算,答案 (1)53.1 (2)-136.2,变式 (1)通过热循环进行能源综合利用的反应系统的原理如图6-5所示:,图6-5,系统()制取氢气的热化学方程式为 ,两个系统制得等量的氢气所需能量较少的是 。 (2)热化学碘硫循环脱硫涉及以下三个反应: bunsen反应:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l) =2HI(g)+H2SO4
8、(l) H 硫酸分解反应:2H2SO4(l) =2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l) H=+462 kJmol-1 碘化氢分解反应:2HI(g) =H2(g)+I2(g) H=+10 kJmol-1 已知氢气的燃烧热为286 kJmol-1,则bunsen反应的H= kJmol-1。,解题策略,考查角度二 反应热大小的比较,则该反应的H= 。分别在v L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1 mol 的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 (填“A”或“B”)。 (2)室温下,CuSO4(s)和CuSO45H2O(s)溶于 水及CuSO4
9、5H2O受热分解的能量变化如 图6-6所示,下列说法不正确的是( ) A.将CuSO45H2O(s)溶于水会使溶液温度降低 B.将CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高 C.H3H2 D.H1=H2+H3,图6-6,答案 (1)+120 kJmol-1 B (2)D,解析 (1)根据焓变=反应物的键能总和-生成物的键能总和,可得H=(4413 kJmol-1+2745 kJmol-1)-(21075 kJmol-1+2436 kJmol-1)=+120 kJmol-1;容器A恒容,随着反应进行,相对于容器B等于加压,平衡逆向移动,反应吸热较少。,变式 已知: C(s)+O2(g)=CO2(g)
10、 H1 CO2(g)+C(s)=2CO(g) H2 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) H3 4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) H4 3CO(g)+Fe2O3(s)=3CO2(g)+2Fe(s) H5 下列关于上述反应焓变的判断正确的是 ( ) A.H10,H30,H40 C.H1=H2+H3 D.H3=H4+H5,归纳总结,比较反应热大小的方法 比较反应热的大小时要注意:H有正负之分,比较时要连同“+”“-”一起比较,类似数学中的正、负数大小的比较;若只比较放出或吸收热量的多少,则只比较数值的大小,不考虑正、负号。具体比较方法有如下几种: (1)利用盖斯定律比较。 (2)
11、同一反应的生成物状态不同时,如A(g)+B(g) =C(g) H1,A(g)+B(g) C(l) H2,则H1H2。,命题考向追踪,【历年动态】,命题考向追踪,答案 C,2.2016江苏卷 通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是 ( ) 太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) H1=+571.6 kJmol-1 焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H2=+131.3 kJmol-1 甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) H3=+206.1 kJmol-1 A.反应中电能转化为化学能 B.反应为放热反
12、应 C.反应使用催化剂,H3减小 D.反应CH4(g)=C(s)+2H2(g)的H=+74.8 kJmol-1,答案 D,(2)2018北京卷节选 近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:,图6-7,答案 (1)247 (2)3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s) H2=-254 kJmol-1 (3)+135.6 c(CO2)c(H2O) (4)2H3-2H2-H1 (5)+124,解析 (1)将题给三个已知热化学方程式依次编号为,由2可得CH4(g)+CO2(g) =2CO(g)+2H2(g);根据盖斯定律,则该反应的H=(111
13、kJmol-1)2(75 kJmol-1)(394 kJmol-1)=+247 kJmol-1。(2)根据过程,反应为SO2催化歧化生成H2SO4和S,反应为3SO2+2H2O =2H2SO4+S。根据盖斯定律,由反应+反应得2H2SO4(l)+S(s) 3SO2(g)+2H2O(g) H=H1+H3=(+551 kJmol-1)+(-297 kJmol-1)=+254 kJmol-1,反应的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s) H=-254 kJmol-1。,(3)根据盖斯定律,NaHCO3(s)分解反应可由-2得到,故H=H1-2H2=-127.4 k
14、Jmol-1-(-131.5 kJmol-1)2=+135.6 kJmol-1。固体不能写入平衡常数表达式,该反应的平衡常数表达式K=c(CO2)c(H2O)。 (4)观察可知,四个热化学方程式关系式为2-2-=,由盖斯定律可知2H3-2H2-H1=H4。 (5)用反应物的总键能减去生成物的总键能等于反应的焓变,反应可看成是苯乙烷中乙基的两个碳氢键断裂,由碳碳单键变成碳碳双键,同时有H2生成,故有H=412 kJmol-12+348 kJmol-1-612 kJmol-1-436 kJmol-1=+124 kJmol-1。,【2019预测】,图6-8,答案 D,解析 根据反应过程示意图,过程为
15、水分子中的化学键断裂的过程,为吸热过程,A错误; 过程中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气,H2中的化学键为非极性键,B错误;催化剂不能改变反应的H,C错误; 根据反应过程示意图,过程中水分子中的化学键断裂,过程也是水分子中的化学键断裂的过程,过程中形成了水分子,因此H2O均参与了反应过程,D正确。,5.(1)已知H2的燃烧热H=-285.8 kJmoI-1,N2(g)+O2(g)=2NO(g) H=+180 kJmoI-1。一定条件下,H2还原NO生成液态水和一种无毒物质的热化学方程式为 。 (2)在100 kPa和298.15 K下,由稳定单质生成1 mol化合物的焓变称为该
16、物质在 298.15 K时的标准摩尔生成焓。已知NO标准摩尔生成焓H=+91.5 kJmoI-1,CO的标准燃烧热H=-283 kJmoI-1,由此写出NO和CO反应的热化学方程式: 。 (3)已知拆开1 mol H2、1 mol O2和液态水中1 mol OH键使之成为气态原子所需的能量分别为436 kJ、496 kJ和462 kJ;CH3OH(g)的燃烧热为627 kJmol-1。则CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(l) H= kJmol-1。,答案 (1)2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l) H=-751.6 kJmol-1 (2)2CO(g)+2N
17、O(g)=N2(g)+2CO2(g) H=-749 kJmol-1 (3)-93,教师备用习题,教师备用习题,答案 A,答案 B,A.反应的H=逆反应活化能-正反应活化能 B.把1 mol CO(g)和2 mol H2(g)充入密闭容器中 充分反应,达到平衡时放出的热量为91 kJ C.从图中信息可知加入催化剂能改变反应历程和热效应 D.相同条件下,CO(g)和H2(g)反应生成1 mol液态CH3OH放出的热量大于91 kJ,(2)某课题组实现了在常温常压下,以氮气和液态水为原料制备氨,同时有氧气生成。已知,在一定温度和压强下,由最稳定的单质生成1 mol纯物质的热效应,称为该物质的生成热(
18、H)。常温常压下,相关物质的生成热如下表所示:上述合成氨反应的热化学方程式为 。 (3)氮的氧化物是大气污染物,可以通过催化还原法处理,在汽车排气管上安装一个催化转化器,发生反应:,解析 (1)由图可知,反应为放热反应,H=正反应活化能-逆反应活化能,A错误;反应为可逆反应,不可能完全转化,故把1 mol CO(g)和2 mol H2(g)充入密闭容器中充分反应,达到平衡时放出的热量小于91 kJ,B错误;从图中信息可知加入催化剂能改变反应历程但不能改变热效应,C错误;气态CH3OH转化为液态CH3OH时放热,故相同条件下,CO(g)和H2(g)反应生成1 mol液态CH3OH放出的热量大于91 kJ,D正确。,
