1、第6講 化學能與熱能【考點1】 焓變與熱化學方程式1反應熱(焓變)(1)定義：在恒壓條件下進行的反應的熱效應。符號：H。單位：kJmol1或kJ/mol。(2)表示方法吸熱反應：H0；放熱反應：H0。(3)產生原因化學反應過程中舊鍵斷裂吸收的能量與新鍵形成放出的能量不相等，故化學反應均伴隨著能量變化。(4)常見的放熱反應和吸熱反應放熱反應：可燃物的燃燒；酸堿中和反應；大多數化合反應；金屬跟酸的置換反應；物質的緩慢氧化；鋁熱反應等。吸熱反應：大多數分解反應；鹽的水解；Ba(OH)28H2O與NH4Cl反應；碳和水蒸氣、C和CO2的反應等。2反應熱的本質圖示a、b、c表示的意義微觀宏觀a表示斷裂舊

2、化學鍵吸收的能量；b表示形成新化學鍵放出的能量；c表示反應熱a表示活化能；b表示活化分子結合成生成物所釋放的能量；c表示反應熱3.熱化學方程式(1)概念表示參加反應物質的量和反應熱的關系的化學方程式。(2)意義表明了化學反應中的物質變化和能量變化。如：2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJmol1表示：2 mol氫氣和1 mol氧氣反應生成2 mol液態(tài)水時放出571.6 kJ的熱量。(3)熱化學方程式的書寫要求注明反應的溫度和壓強(25 、101 kPa下進行的反應可不注明)。注明反應物和生成物的狀態(tài)：固態(tài)(s)、液態(tài)(l)、水溶液(aq)、氣態(tài)(g)。熱化學方程式中各物

3、質的化學計量數只表示物質的物質的量，而不表示分子個數(或原子個數)，因此可以寫成分數。熱化學方程式中不用“”和“”。熱化學方程式能反映出該反應已完成的數量。由于H與反應物的物質的量有關，所以熱化學方程式中物質的化學計量數必須與H相對應，如果化學計量數加倍，則H也要加倍。當反應向逆反應方向進行時，其反應熱與正反應的反應熱數值相等，符號相反。【小思提示】正確理解活化能與反應熱的關系(1)催化劑能降低反應所需活化能，但不影響焓變的大小。(2)在無催化劑的情況下，E1為正反應的活化能，E2為逆反應的活化能，即E1E2|H|。根據鍵能計算反應中的焓變(1)計算公式：H反應物的鍵能總和生成物的鍵能總和。(

4、2)根據鍵能計算反應熱的關鍵是正確找出反應物和生成物所含共價鍵的數目，如H2O分子中含有2個HO共價鍵，NH3分子中含有3個NH共價鍵等。要注意晶體結構中化學鍵的情況，常見的有1 mol P4含有6 mol PP鍵，1 mol晶體硅含有2 mol SiSi鍵，1 mol 石墨晶體中含有1.5 mol CC鍵，1 mol金剛石含有2 mol CC鍵，1 mol SiO2含有4 mol SiO鍵等。書寫熱化學方程式要“五查”(1)查熱化學方程式是否配平。(2)查各物質的聚集狀態(tài)是否正確。(3)查H的“”“”符號是否正確。(4)查反應熱的單位是否為kJmol1。(5)查反應熱的數值與化學計量數是否對

5、應。【例1】某反應的反應過程中能量變化如圖所示(圖中E1表示正反應的活化能，E2表示逆反應的活化能)。下列有關敘述正確的是()A該反應為放熱反應B催化劑能改變該反應的焓變C催化劑能降低該反應的活化能D逆反應的活化能大于正反應的活化能【小思點評】 由題圖可以看出，反應物的總能量低于生成物的總能量，故該反應為吸熱反應，A項錯誤；催化劑不能改變反應的焓變，B項錯誤；由圖像可以看出，催化劑能降低該反應的活化能，C項正確；由圖像可以看出E1E2，即逆反應的活化能小于正反應的活化能，D項錯誤。本題答案為C【例2】某反應過程中體系的能量變化如圖所示，下列說法錯誤的是()A反應過程可表示為BE1為反應物的總能

6、量與過渡態(tài)的能量差，稱為正反應的活化能C正反應的熱效應HE1E20，所以正反應為放熱反應D此圖中逆反應的熱效應HE1E20，所以逆反應為放熱反應【小思點評】由圖可知，正反應放熱，H為負值；逆反應吸熱，H為正值，D錯誤。故答案為D。【例3】已知1 g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出熱量143 kJ,18 g水蒸氣變成液態(tài)水放出44 kJ的熱量。其他相關數據如下表：O=OHHHO(g)1 mol化學鍵斷裂時需要吸收的能量/kJ496436x則表中x為()A920 B557 C463 D188【小思點評】根據題意，可得熱化學方程式為2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H572 kJmol1；而18 g

7、水蒸氣變成液態(tài)水時放出44 kJ熱量，則2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H484 kJmol1，即484 kJ2436 kJ496 kJ4x kJ，解得x463。故答案為C。【例4】已知化學反應A2(g)B2(g)=2AB(g)的能量變化如圖所示，請寫出該反應的熱化學方程式：_。【小思點評】由圖可知，生成物總能量高于反應物總能量，故該反應為吸熱反應，H(ab) kJmol1。本題答案為A2(g)B2(g)=2AB(g)H(ab) kJmol1【例5】寫出下列反應的熱化學方程式(1)一定量N2(g)與一定量H2(g)在一定條件下反應生成2 mol NH3(g)，放出92.2 kJ熱量。_。

8、(2)14 g N2(g)與適量的O2(g)在一定條件下反應生成NO(g)，吸收34 kJ熱量。_。(3)SiH4是一種無色氣體，遇到空氣能發(fā)生爆炸性自燃，生成SiO2和液態(tài)H2O。已知室溫下2 g SiH4自燃放出熱量89.2 kJ。SiH4自燃的熱化學方程式為_。(4)在25 、101 kPa下，一定質量的無水乙醇完全燃燒時放出熱量Q kJ，其燃燒生成的CO2用過量飽和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀，則乙醇燃燒的熱化學方程式為_。(5)CuCl(s)與O2反應生成CuCl2(s)和一種黑色固體。在25 、101 kPa下，已知該反應每消耗1 mol CuCl(s)，放熱44.4

9、kJ，該反應的熱化學方程式是_。【小思點評】本題答案為(1)N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.2 kJmol1(2)N2(g)O2(g)=2NO(g) H68 kJmol1(3)SiH4(g)2O2(g)=SiO2(s)2H2O(l) H1 427.2 kJmol1(4)C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H2Q kJmol1(5)4CuCl(s)O2(g)=2CuCl2(s)2CuO(s) H177.6 kJmol1【考點二】蓋斯定律及反應熱的計算1蓋斯定律(1)內容：對于一個化學反應，無論是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的。即：化學反應的反應熱

10、只與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關。(2)意義：間接計算某些反應的反應熱。(3)應用轉化關系反應熱間的關系aAB、ABH1aH2ABH1H2HH1H22.利用蓋斯定律計算反應熱(1)運用蓋斯定律的技巧“三調一加”一調：根據目標熱化學方程式，調整已知熱化學方程式中反應物和生成物的左右位置，改寫已知的熱化學方程式。二調：根據改寫的熱化學方程式調整相應H的符號。三調：調整中間物質的化學計量數。一加：將調整好的熱化學方程式及其H相加。(2)運用蓋斯定律的三個注意事項熱化學方程式乘以某一個數時，反應熱的數值必須也乘上該數。熱化學方程式相加減時，物質之間相加減，反應熱也必須相加減。將一個熱化

11、學方程式顛倒時，H的“”“”隨之改變，但數值不變。【例1】反應熱比較選項判斷(1)一個反應一步完成或幾步完成，兩者相比，經過的步驟越多，放出的熱量越少()(2)H2(g)O2(g)=H2O(g)H1和2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H2中的H1H2()(4)C(石墨，s)=C(金剛石，s)H0，說明石墨比金剛石穩(wěn)定()【小思點評】(1)一個反應的H大小只與反應的始態(tài)和終態(tài)有關，與途徑無關。（2）比較H大小時要注意其正負號。（4）物質的能量越低越穩(wěn)定，化學鍵的鍵能越高越穩(wěn)定。本題答案為(1)(2)(3)(4)【例2】已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H13H2(g)Fe2O3(s

12、)=2Fe(s)3H2O(g)H22Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)H32Al(s)O2(g)=Al2O3(s)H42Al(s)Fe2O3(g)=Al2O3(s)2Fe(s)H5下列關于上述反應焓變的判斷正確的是()AH10BH50，H4H3CH1H2H3DH3H4H5【小思點評】大多數化合反應為放熱反應，而放熱反應的反應熱(H)均為負值，故A錯誤；鋁熱反應為放熱反應，故H50，而2Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)H3，2Al(s)O2(g)=Al2O3(s)H4，由可得：2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)H5H4H30，可得H40，H30，H20所以H1H

13、3。方法二：方程式疊加法。CuSO45H2O(s)=Cu2(aq)SO(aq)5H2O(l) H10CuSO4(s)=Cu2(aq)SO(aq)H20CuSO45H2O(s)CuSO4(s)5H2O(l)H30：CuSO45H2O(s)=Cu2(aq)SO(aq)5H2O(l) H1H2H3由于H10，H20，H30，所以H1H3。本題答案為B【例4】在1 200 時，天然氣脫硫工藝中會發(fā)生下列反應：H2S(g)O2(g)=SO2(g)H2O(g)H1 2H2S(g)SO2(g)=S2(g)2H2O(g)H2H2S(g)O2(g)=S(g)H2O(g)H3 2S(g)=S2(g)H4則H4的正

14、確表達式為()AH4(H1H23H3)BH4(3H3H1H2)CH4(H1H23H3)DH4(H1H23H3)【小思點評】給題中方程式依次編號為、，由3得：3S(g)=S2(g) (H1H23H3)，故2S(g)=S2(g)H4(H1H23H3)。本題答案為A【例5】在25 、101 kPa時，C(s)、H2(g)、CH3COOH(l)的燃燒熱分別為393.5 kJmol1、285.8 kJmol1、870.3 kJmol1，則2C(s)2H2(g)O2(g)=CH3COOH(l)的反應熱為()A488.3 kJmol1 B488.3 kJmol1C191 kJmol1 D191 kJmol1

15、【小思點評】由題知表示各物質燃燒熱的熱化學方程式分別為C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol1；H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1；CH3COOH(l)2O2(g)=2CO2(g)2H2O(l) H870.3 kJmol1。則所求方程式可由反應22得出，反應熱為488.3 kJmol1。本題答案為A。【例6】FeSO4可轉化為FeCO3，FeCO3在空氣中加熱反應可制得鐵系氧化物材料。已知25 、101 kPa時：4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s) H1 648 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H393 kJmol1 2Fe(s

16、)2C(s)3O2(g)=2FeCO3(s) H1 480 kJmol1FeCO3在空氣中加熱反應生成Fe2O3的熱化學方程式是_。【小思點評】將所給熱化學方程式標號：4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)H1 648 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H393 kJmol12Fe(s)2C(s)3O2(g)=2FeCO3(s) H1 480 kJmol1根據蓋斯定律：(2)4可得總方程式。本題答案為4FeCO3(s)O2(g)=2Fe2O3(s)4CO2(g)H260 kJmol1【例7】通過以下反應可獲得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列說法不正確的是()C(s)H2O

17、(g)=CO(g)H2(g) H1a kJmol1CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g) H2b kJmol1CO2(g)3H2(g)=CH3OH(g)H2O(g) H3c kJmol12CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(g) H4d kJmol1A反應、為反應提供原料氣B反應也是CO2資源化利用的方法之一C反應CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(l)的H kJmol1D反應2CO(g)4H2(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)的H(2b2cd) kJmol1【小思點評】A項，反應、提供CO2和H2，正確；B項，反應將CO2轉化為有機原料，是CO2的資源利用，

18、正確；C項，反應生成液態(tài)水，放出熱量大于，錯誤；D項，目標反應可由反應22獲得，計算反應熱為(2b2cd) kJmol1，正確。本題答案為C。【小納自測】1頁巖氣是從頁巖層中開采出來的天然氣，是一種重要的非常規(guī)天然氣資源。我國的頁巖氣儲量超過其他任何一個國家，可采儲量有1 275萬億立方英尺。這些儲量足夠中國使用300多年，有關頁巖氣的敘述錯誤的是()A頁巖氣屬于一種新能源B頁巖氣屬于一次能源C頁巖氣屬于清潔能源D頁巖氣屬于不可再生能源答案A解析頁巖氣屬于天然氣，是化石燃料，是不可再生能源。2美國研究人員將CO和O附著在一種釘催化劑表面，用激光脈沖將其加熱到2 000 K，成功觀察到CO與O形

19、成化學鍵生成CO2的全過程。下列說法不正確的是()ACO2屬于酸性氧化物BCO與O形成化學鍵的過程中放出能量C釘催化劑可以改變該反應的焓變DCO與O形成化學鍵的過程中有電子轉移答案C解析二氧化碳能和堿反應生成鹽和水，說明二氧化碳是酸性氧化物，A項正確；原子結合形成化學鍵時放出熱量，B項正確；催化劑只改變反應速率，不改變反應的焓變，C項錯誤；一氧化碳轉化為二氧化碳時碳的化合價升高，所以一氧化碳和氧形成化學鍵的過程中有電子轉移，D項正確。3下列說法正確的是()A化學反應的反應熱不僅與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關，還與反應的途徑有關B能量的釋放或吸收是以發(fā)生變化的物質為基礎的，且以物質為主C根據蓋斯定律

20、，熱化學方程式中的H直接相加即可得總反應熱D即使運用蓋斯定律也無法計算出碳不完全燃燒時的反應熱答案B解析化學反應的反應熱與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關，A項錯誤；結合蓋斯定律的內涵和應用可知C項錯誤；運用蓋斯定律可計算出碳不完全燃燒時的反應熱，D項錯誤。4下列有關熱化學方程式的敘述，正確的是()A1 mol甲烷燃燒生成氣態(tài)水和二氧化碳所放出的熱量是甲烷的燃燒熱B由N2O4(g)2NO2(g)H56.9 kJmol1，可知將1 mol N2O4(g)置于密閉容器中充分反應后放出熱量為56.9 kJC由：H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJmol1，可知：含1 mo

21、l CH3COOH的溶液與含1 mol NaOH的溶液混合，放出熱量為57.3 kJD已知101 kPa時，2C(s)O2(g)=2CO(g)H221 kJmol1，則1 mol碳完全燃燒放出的熱量大于110.5 kJ答案D解析A項，液態(tài)的水才是氫的穩(wěn)定氧化物，錯誤；B項，N2O4(g)2NO2(g)H56.9 kJmol1，這是一個可逆反應不可能完全反應，錯誤；C項，醋酸是弱電解質，電離的過程要吸收熱量，因此1 mol CH3COOH的溶液與含1 mol NaOH的溶液混合，放出熱量要小于57.3 kJ，錯誤。5在25 、101 kPa下，1 mol白磷(化學式為P4)完全燃燒放出的熱量和4

22、 mol紅磷(化學式為P)完全燃燒放出的熱量關系如圖所示：由此判斷，下列說法正確的是()A由紅磷轉化為白磷是吸熱反應，等質量時紅磷比白磷能量高，白磷比紅磷穩(wěn)定B由紅磷轉化為白磷是放熱反應，等質量時紅磷比白磷能量低，紅磷比白磷穩(wěn)定C由紅磷轉化為白磷是放熱反應，等質量時紅磷比白磷能量高，白磷比紅磷穩(wěn)定D由紅磷轉化為白磷是吸熱反應，等質量時紅磷比白磷能量低，紅磷比白磷穩(wěn)定答案D解析由圖像知：白磷比紅磷能量高，能量越高越不穩(wěn)定，故紅磷比白磷穩(wěn)定，紅磷轉化為白磷時需要吸收能量，屬于吸熱反應。6下列各組熱化學方程式的H前者大于后者的是()C(s)O2(g)=CO2(g)H1C(s)O2(g)=CO(g)H

23、2S(s)O2(g)=SO2(g)H3S(g)O2(g)=SO2(g)H4H2(g)O2(g)=H2O(l)H52H2(g)O2(g)=2H2O(l)H6CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H7CaO(s)H2O(l)=Ca(OH)2(aq)H8A B C D答案C解析H有正、負之分，比較時要連同“”“”在內一起比較，類似數學中的正、負大小的比較。中第一個熱化學方程式減去第二個熱化學方程式可得：CO(g)O2(g)=CO2(g)HH1H2，該反應為放熱反應，即H1H20，所以H1H4；發(fā)生同樣的燃燒反應，物質的量越多，放出的熱量越多，故H5H6；碳酸鈣分解吸收熱量，H70，CaO與H2O

24、反應放出熱量，H8H8。7下列圖示與對應的敘述相符的是()A圖甲中的H1H2B圖乙表示可逆反應A(s)3B(g)2C(g)H0C圖丙表示充滿NO2氣體的試管，倒置于水槽中，向其中緩慢通入氧氣直至試管中全部充滿水，假設溶質不擴散，溶質的物質的量濃度與通入氧氣的體積關系D由圖丁可說明烯烴與H2加成反應是放熱反應，虛線表示在有催化劑的條件下進行答案C解析H1、H2、H3均小于零，且H1H2H3，故A錯誤；平衡常數不會隨壓強的改變而改變，故B錯誤；試管中發(fā)生的總反應為4NO2O22H2O=4HNO3，所以隨氧氣通入，溶質的物質的量濃度不變，故C正確；催化劑會降低反應的活化能，故D錯誤。8一定條件下，在

25、水溶液中1 mol Cl、ClO(x1,2,3,4)的能量(kJ)相對大小如圖所示，下列有關說法正確的是()Ae是ClOBbac反應的活化能為60 kJmol1Ca、b、c、d、e中c最穩(wěn)定Dbad反應的熱化學方程式為3ClO(aq)=ClO(aq)2Cl(aq)H116 kJmol1答案D解析A項，e中Cl元素化合價為7價，而ClO中Cl元素化合價為5價，錯誤；B項，bac反應的活化能為40 kJmol1，錯誤；C項，a、b、c、d、e中a能量最低，所以最穩(wěn)定，錯誤；D項，bad，根據轉移電子守恒得該反應方程式為3ClO=ClO2Cl，反應熱64 kJmol120 kJmol1360 kJm

26、ol1116 kJmol1，所以該熱化學反應方程式為3ClO(aq)=ClO(aq)2Cl(aq)H116 kJmol1，正確。9常溫下，1 mol化學鍵分解成氣態(tài)原子所需要的能量用E表示。結合表中信息判斷下列說法不正確的是()共價鍵HHFFHFHClHIE/kJmol1436157568432298A.432 kJmol1E(HBr)298 kJmol1B表中最穩(wěn)定的共價鍵是HF鍵CH2(g)2H(g)H436 kJmol1DH2(g)F2(g)=2HF(g)H25 kJmol1答案D解析A項，Br的非金屬性介于Cl、I之間，所以E(HBr)介于E(HCl)、E(HI)之間，即432 kJm

27、ol1E(HBr)298 kJmol1，正確；B項，根據表中的數據，HF鍵的鍵能最大，所以表中最穩(wěn)定的共價鍵是HF鍵，正確；C項，破壞化學鍵需要吸收能量，所以H2(g)2H(g)H436 kJmol1，正確；D項，H2(g)F2(g)=2HF(g)H436 kJmol1157 kJmol12568 kJmol1543 kJmol1，錯誤。10火箭推進器常以聯氨(N2H4)為燃料、過氧化氫為助燃劑。已知下列各物質反應的熱化學方程式：N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g) H1533.23 kJmol1H2O(g)=H2O(l)H244 kJmol12H2O2(l)=2H2O(l)O2

28、(g)H3196.4 kJmol1則聯氨與過氧化氫反應的熱化學方程式可表示為()AN2H4(g)2H2O2(l)=N2(g)4H2O(l) H817.63 kJmol1BN2H4(g)2H2O2(l)=N2(g)4H2O(g) H641.63 kJmol1CN2H4(g)2H2O2(l)=N2(g)4H2O(l) H641.63 kJmol1DN2H4(g)2H2O2(l)=N2(g)4H2O(g) H817.63 kJmol1答案B解析將題中的反應依次編號為、，生成液態(tài)水時的反應熱2，生成氣態(tài)水的反應熱2，可求出B正確。11 N2與H2反應生成NH3的過程中能量變化曲線如圖所示。若在一個固定

29、容積的密閉容器中充入1 mol N2和3 mol H2，使反應N23H22NH3達到平衡，測得反應放出熱量為Q1。填寫下列空白：(1)Q1_92 kJ(填“”“”或“”)。(2)b曲線是_時的能量變化曲線。(3)上述條件下達到平衡時H2的轉化率為_。(4)在溫度體積一定的條件下，若通入2 mol N2和6 mol H2反應后放出的熱量為Q2 kJ，則2Q1與Q2的關系為_。答案(1)(2)加入催化劑(3)Q1/92 (4)Q22Q1解析從反應的圖示可知，其熱化學方程式為N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92 kJmol1，且Q192 kJ；平衡時放出Q1 kJ熱量，則消耗的n(H2) mol，則(H2)；當相同條件時充入2 mol N2和6 mol H2平衡后，(H2)增大，放出的熱量Q22Q1。12煤炭燃燒過程中會釋放出大量的SO2，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。采用一定的脫硫技術可以把硫元素以CaSO4的形式固定，從而降低SO2的排放。但是煤炭燃燒過程中產生的CO又會與CaSO4發(fā)生化學反應，降低了脫硫效率。相關反應的熱化學方程式如下：CaSO4(s)CO(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g) H1218.4 kJmol1(反應)CaSO4(s)4CO(g)CaS(s)4CO2(g) H2175.6 kJmol