第六單元化學反應與能量

第19講化學反應與熱能

考點要求核心素養

1.了解化學反應中能量轉化的原因，1.變化觀念與平衡思想：認識化學變化的本質

能說出常見的能量轉化形式。是有新物質生成，并伴有能量的轉化；能多角

2.了解化學能與熱能的相互轉化，了度、動態地分析熱化學方程式，運用熱化學反

解吸熱反應、放熱反應、反應熱等概應原理解決實際問題。

念。2.證據推理與模型認知：通過分析、推理等方

3.了解熱化學方程式的含義，能用蓋法認識研究反應熱的本質，建立蓋斯定律模型。

斯定律進行有關反應熱的簡單計算。3.科學態度與社會責任：贊賞化學對社會發展

4.了解能源是人類生存和社會發展的的重大貢獻，具有可持續發展意識和綠色化學

重要基礎，了解化學在解決能源危機觀念，能對與化學有關的社會熱點問題做出正

中的重要作用確的價值判斷

續上表

【考情分析】化學反應與熱能的考點有反應前后能量變化的分析、催化劑對反

應熱的影響、熱化學方程式的書寫、熱化學方程式的正誤判斷、利用熱化學方程

式求解反應熱、熱化學方程式與蓋斯定律的綜合應用。本部分考查內容的規律性

強，試題通常與元素化合物的知識相結合，以能源為背景，以能量變化圖像為載

體進行命題設計，突出對蓋斯定律的考查

考點一反應熱與焰變

基礎落實

1.反應過程中能量變化的本質原因：化學反應中的能量變化，是由化學反應中反

應物中化學鍵斷裂時—的能量與生成物中化學鍵形成時—的能量不同所導致

的。

2.反應熱：化學反應過程中，當反應物和生成物具有時，所吸收或放出

的熱量。

3.焰變：在的條件下，化學反應過程中吸收或釋放的熱量，用表示，

單位：

4.吸熱反應和放熱反應。

判斷依據放熱反應吸熱反應

總能量的相對大小E反應物一E生成物E反應物E生成物

生成物分子成鍵時釋放出的總生成物分子成鍵時釋放出

與化學鍵的關系能量于反應物分子斷鍵時吸的總能量于反應物分子

收的總能量斷鍵時吸收的總能量

AH_O

△H的符號△H0

（“，，號）（”,，號）

續上表

反應過程圖示

①大多數化合反應；①大多數分解反應;

②所有的燃燒反應;②鹽類的水解反應；

反應類型

③酸堿中和反應;③Ba(0H)2?8H2O與NH4cl的反應;

④金屬與酸的反應④C和CO?、C和MO(g)的反應

5.燃燒熱和中和熱。

比較燃燒熱中和熱

能量變化放熱

相同點

AHAH<0,單位：kJ?mol-1

反應物的量1mol（O2不限量）不限量

生成物的量不限量上0(1)是1mol

Imol可燃物燃燒生

不同點生成時放出的熱量；

成穩定氧化物時放出的

反應熱的含義不同的反應物中和熱大致相同，

熱量；不同可燃物，燃

均約為__kJ?mol-1

燒熱不同

考點突破

例題1下列說法正確的是(填序號)。

①生成物能量一定低于反應物總能量

②放熱反應的反應速率總是大于吸熱反應的反應速率

③HC1和NaOH反應的中和熱57.3kj-mol-l,則H?SO4和Ca(OH)2反應的中和

熱ZkH=2X(-57.3)kJ?mol-l

④需要加熱才能發生的反應一定是吸熱反應

⑤1mol甲烷燃燒生成氣態水和二氧化碳所放出的熱量是甲烷的燃燒熱

⑥依據蓋斯定律，反應焰變的大小與反應的途徑有關，無論是一步完成還是分幾

步完成，其總的熱效應完全相同

⑦25℃、101kPa,lmolS和2molS的燃燒熱相等

⑧反應中舊鍵斷裂需吸收能量，新鍵形成需放出能量，所以總能量不變—

⑨化學反應在物質變化的同時，伴隨著能量變化，其表現形式只有吸熱和放熱兩

種

⑩由反應物X分別轉化為Y和Z的能量變化(如圖1所示)可知，由X-Z反應的△!￡<()

①由圖2中778K時氮氣與氫氣合成氨反應過程中能量變化的曲線可知，b曲線是加

入催化劑時的能量變化曲線

圖2

解析：生成物的總能量低于反應物總能量的反應，是放熱反應，若是吸熱反應則

相反，①錯誤；反應速率與反應是吸熱還是放熱沒有必然的聯系，②錯誤；中和熱

是指在一定條件下強酸與強堿的稀溶液反應生成1molHz。。）所放出的熱量，與酸

和堿的元數無關，③錯誤；加熱是化學反應的條件，與反應是為否放熱或吸熱無關,

④錯誤；燃燒熱是指1mol的物質完全燃燒生成穩定的化合物所放出的熱量，這里的

穩定化合物包含兩層意思，一是化合物穩定，如C燃燒可生成CO和CO2,其中

比CO穩定，二是化合物的狀態穩定，如氣態的水就不如液態的水穩定，⑤錯誤；從

蓋斯定律來看，反應焙變的大小與途徑無關，⑥錯誤；燃燒熱指在25°C、101kPa

時1mol該物質完全燃燒生成穩定的氧化物所放出的熱量，與實際燃燒的硫的物質

的量無關，⑦正確；任何一個化學反應，其反應前后都有能量的變化，⑧錯誤；化

學反應的能量變化可以以光能、熱能等形式變化，⑨錯誤；由題圖1可知，

反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，即由XTZ反應的

0,⑩正確；由題圖2可知該反應為放熱反應，b曲線活化能降低，說明反應加入了

催化劑，①正確。

答案：⑦⑩?

［易錯警示］

⑴當反應物的總能量小于生成物的總能量時，△H>0,表明反應吸熱，當反應物的

總能量大于生成物的總能量時，△*(),表明反應放熱，但是既不能采用部分反應

物或生成物代替所有反應物或生成物，又不能讓反應熱與熱化學方程式中的化學

計量數不相匹配。

⑵反應熱與熱化學方程式的化學計量數、物質的聚集狀態或晶體結構等有關，細

節上要多關注，多做比較。

吸收能量E

反

生

應

舊化學鍵斷成

物

裂新化學鍵物

形成“

變式練習

1.一種生產和利用氫能的途徑如圖所示。下列說法錯誤的是（

、I,

B.圖中能量轉化的方式至少有6種

C.太陽能電池的供電原理與燃料電池相同

D.太陽能、風能、氫能都屬于新能源

解析：氫能屬于二次能源，A項正確；圖中涉及的能量轉化方式有太陽能、風能、

水能轉化為電能，電能與化學能的相互轉化，電能與光能、熱能的轉化等，B項正

確；太陽能電池的供電原理是將太陽能轉化為電能，而燃料電池的供電原理是將

化學能轉化為電能，所以二者供電原理不相同，C項錯誤；太陽能、風能、氫能都

屬于新能源，D項正確。

答案：C

2.研究表明電。與CO在Fe+作用下發生反應的能量變化及反應歷程如圖所示，下

列說法錯誤的是()

能量

N2O+C)

lo;w.N2+CO2

^-o:'、--，\i

60:%nOQ，

Fei+N?O—FeCX+N?FeACO-Fe+CQ?.、一

0反應歷程

A.反應總過程△*()

B.Fe+使反應的活化能減小

C.FeO+也是該反應的催化劑

兩步反應均為放熱反應

D.Fe++N20-Fe0++N2>FeO++CO-Fe++C02

解析：反應總過程為電0+00==電+002,根據圖示可知，反應物總能量高于生

成物總能量，為放熱反應，△H〈O,A項正確；根據反應歷程，Fe+為催化劑，能夠

降低反應的活化能，B項正確；FeO+為中間產物，而不是催化劑，C項錯誤；根據

圖示，Fe++N20--^Fe0++N2\FeO++CO—?Fe+iCO2兩步反應中反應物總

能量均高于生成物總能量，均為放熱反應，D項正確。

答案：C

考點二反應熱計算

基礎落實

1.熔變與鍵能的關系：熔變AH二的鍵能之和一的鍵能之和。

2.熱化學方程式。

⑴定義：表明反應熱量的化學方程式。

⑵表示意義：表明了化學反應中的—變化和變化。如2H2(g)+02(g)二二

2H20(I)AH(298K)=-571.6kJ?mol-1,表示在298K時，和完全

反應生成時571.6kJ的能量。

⑶書寫要求：注明反應的溫度和壓強(25℃、101kPa下進行的反應可不注明)；注

明反應物和生成物的聚集狀態，固態用、液態用、氣態用，溶液用_；熱化學

方程式的化學計量數只表示參加反應的物質的和反應熱的關系，而不代

表分子個數，因此可以寫成分數。

3.蓋斯定律。

⑴內容：一個化學反應，不論是一步完成，還是分幾步完成，其總的熱效應是

的。

⑵意義：表明一個化學反應的焰變(△!1)僅與反應的—狀態和反應的—狀態有關,

而與反應的途徑無關。對于難以測定反應熱的化學反應，可運用蓋斯定律進行計算。

⑶應用：①若一個反應的焰變△HwkJ-mol-1,則其逆反應的熔變AH'二

②若一個反應的化學方程式可由另外幾個化學方程式相加減而得到，則該反應的焰

變也可由這幾個反應的焰變相加減而得到。如：八口一?B則AH二

4.能源的充分利用。

⑴化石燃料主要包括：________等。

2)燃料不充分燃燒的危害：產熱少，浪費資源，產生—等有害氣體，污染環境。

(3)提高燃料的使用效率：可將化石燃料通過、轉化為清潔燃料，如將煤

轉化為,通過降低反應溫度進行節能等。

⑷開發新能源：新能源具有資源等特點，目前正在研究開

發的新能源有、等。

考點突破

例題2(1)已知下列反應：S02(g)+20H(aq)==S03(aq)+H20⑴△%;

2

ClO(aq)+SO3(aq)===SO(aq)+CI(aq)AH2;

24

CaSO4(s)==Ca+(aq)+SO(aq)AH3。

2

則反應S02(g)+Ca+(aq)+C1Q-(aq)+20H(aq)===CaSO4(s)+H20(D+C1(aq)的

二o

⑵甲醇質子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉化為氫氣的兩種反應原理是：

@CH30H(g)+H20(g)===C02(g)+3H2(g)AH=+49.OkJ.moL;

②CH3OH(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2(g)AH=-192.9kJmor*;

又知③H2O(g)===H20(I)AH=-44kJ?mol-lo

則甲醇燃燒生成液態水的熱化學方程式為

⑶下表是部分化學鍵的鍵能數據，已知1mol白磷(P，)完全燃燒放熱為dkJ,白磷及

其完全燃燒的產物結構如圖所示，則表中x=kJ.mol-1(用含有a、

b、c、d的代數式表示)。

化學鍵P—PP—00===0P===0

鍵能/(kJ?mol-1)

abcX

(4)①202(g)+N2(g)==N2O4⑴4比；

②N2(g)+2電(g)==N2H4(l)AH2;

③。2(g)+2山(g)==2H2。(g)△H3;

④2N2H4⑴+N2O4(D===3N2(g)+4H20(g)

△H4=T048.9kJ-mol-lo

上述反應熱效應之間的關系式為△上二，聯氨和電。4可作為火箭

推進劑的主要原因為____________________________________________________

⑸甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料，利用合成氣(主要成分為CO、C02和

電)在催化劑作用下合成甲醇，發生的主要反應如下：

①CO(g)+2H2(g)CH30H(g)AHT;4

@C02(g)+3H2(g)CH30H(g)+H20(g)AH2;

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H20(g)AH3O

已知反應①中相關的化學鍵鍵能數據如下:

化學鍵H-Hc—0C=0H—0c—H

E/(kJ?mol-1)4363431076465413

由此計算△!!,=kJ.mol-1;又知△七二-58kJ.mol-1,則△出二

kJ.mol-1o

⑹已知反應2Hl(g)==Hz(g)+b(g)的△H=+llkJ?mol-1,1molH2(g)>1molI2(g)

分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收436kJ、151kJ的能量，貝肛molHI(g)分子中化

學鍵斷裂時需吸收的能量為kJo

(7)碘可用作心臟起搏器電源一一鋰碘電池的材料。該電池反應為：2Li(s)+

I2(s)==2LiI(s)AHo

已知：4Li(s)+02(g)=2Li20(s)△H"

4LiI(s)+O2(g)===2I2(s)+2Li2O(s)AH2。

則電池反應的=o

(8)25℃lOlkPa下:

①2Na(s)+1o2(g)=Na2O(s)4Hi=-414kJ-mor\

-1

②2Na(s)+C)2(g)==Na202(s)AH2=-51IkJ?molo

(9)已知25℃時:

①HF(aq)+0H-(aq)===F-(aq)+H20(1)AH=-67.7kJ?mol-1;

②H+(aq)+0H-(aq)===H20(l)AH=-57.3kJ,mol-1o

則氫氟酸的電離方程式及熱效應可表不為：HF(aq)F-(aq)+H+(aq)AH=

kJ.mol-1o

(10)已知溫度過高時，W02(s)轉變為WO2(g):

①WO2(s)+2H2(g)===W(s)+2H20(g)AH=+66.OkJ,mol-1;

②WO2(g)+2H2(g)===W(s)+2H20(g)AH=-137.9kJ?mol-1。

則WO,(s)==WO?(g)的=__________________________________________________

(H)已知25℃、101kPa時：

Mn(s)+O2(g)---MnO2(s)AH=一520kJ.mol-1;

S(s)+O2(g)==SO2(g)AH=-297kJ?mol-l;

Mn(s)+S(s)+2O2(g)===MnS04(s)AH=-1065kJ-mol-lo

貝!ISO,與MnO,反應生成無水MnSCU的熱化學方程式是

解析：(1)將題中的3個反應依次標記為①、②、③，根據蓋斯定律，①+②-③即

得所求的反應，AH二△叢+^山-。(2)根據蓋斯定律，由3X②-①X2+③X2

得：CH30H(g)+:O2(g)===CO2(g)+2H20(1)AH=3x(-192.9kJ.moF1)-

乙

2x49.0

11

kJ?molT+(-44kJ-mol-)X2=-764.7kJ.mol-o(3)反應熱二反應物鍵能總和一生

成物鍵能總和，即6a+5c-(4x+12b)=-d,可得x=d+‘°及。~星(4)對照目標

熱化學方程式中的反應物和生成物在已知熱化學方程式中的位置和化學計量數，利，

用蓋斯定律，將熱化學方程式③X2,減去熱化學方程式②義2,再減去熱化學方程

式①,即可得出熱化學方程式④,故△H4=2Zk&-22\達-聯氨具有強還原性，

具有強氧化性，兩者混合在一起易自發地發生氧化還原反應，反應放出熱量大，

并產生大量的氣體，可為火箭提供很大的推進力。⑸根據鍵能與反應熱的關系可知，

△HL反應物的鍵能之和一生成物的鍵能之和=(1076kJ』2x436

kJmol-')

-(413kJ,mol-1X3+343kJ,mol-1+465kJ,mol-，)=~99kJ.mol-1。根據質量守恒定

律：由②-①可得CO2(4+電(g)CO(g)+H20(g),結合蓋斯定律可得△出二△電

_，_，-1

-△^=(-58kjmol)-(-99kjmol)=+41kJmolo(6)形成ImolH2(g)1

moll2(g)共放出436kj+151kj=587kj能量，設斷裂2molHI(g)中化學鍵吸收2akJ

能量，則有：2akJ-587kJ=llkJ,得乎299。［另解：=2E(H-1)-E(H-H)一

E(I-I),2E(H-I)=AH+E(H-H)+E(I-I)=11kJ.mol-x+436kJ.mo「1+151

kJ.mol-1=598kJ-mol-1,則E(H-1)=299(7)給已知兩個熱化學方程式

依次編號為①、②，觀察可知口得鋰一碘電池反應的熱化學方程式，根據蓋斯

AH——AH

定律可知，\I(8)觀察可知，①X2-②可得：Na202(s)+

2Na(s)===2Na20(s);根據蓋斯定律，Na202(s)+2Na(s)===2Na20(s)的Z\H=/^此X2

1

-AH2=(-414kJ?mor')X2-(-5UkJmor')=-317kJ?mol-o(9)根據蓋斯定律，

將①式減去②式可得：HF(aq)H(aq)+F(aq)AH=-10.4kjmo「i。(10)根據題

1

意由①-②可得W02(s)===W02(g)AH=+203.gkjmol-o(11)將已知3個熱化學

方程式依次編號為①②③，根據蓋斯定律由③-①-②得Mn02(s)+

「「」-

S02(g)===MnS04(s)AH=-1065kJ?mo1+520kJmo297kJ-mol

248「

kJ.mol-1o

答案：⑴-

(2)CH3OH(g)+lo2(g)

CO2(g)+2H2O(l)

⑶d+6〃+5c—128

)A

(4)2AH3-2AH2-AH1反應放出熱量大，產生大量的氣體

(5)-99+41

(6)299

⑻一317kJ.mol-1

(9)—10.4

(10)+203.9kJ-mol1

1

(ll)MnO2(s)+SO2(g)==MnS04(s)AH=248kJ-mol

［易金警示］

(1)焰變與反應發生的條件、反應是否徹底無關。對于可逆反應，參加反應的物質

的量和狀態相同時，反應的程度越大，熱量變化越大。

⑵催化劑能降低反應的活化能，但不影響焰變的大小。

⑶在化學反應中，反應物各原子之間的化學鍵不一定完全斷裂。常見1mol物質中

的化學鍵數目如下：

C0CHP4Si0

1mol物質242

(c===o)(C—H)(P—P)(Si—0)

化學鍵數目2NA4NA6NA4NA

石墨金剛石

1mol物質s8(s—S)Si(Si—Si)

(c—0(c—C)

化學鍵數目1.5NA2NA8NA2NA

⑷比較反應熱大小時不要只比較AH數值的絕對值的大小，還要考慮其正負號。

⑸利用蓋斯定律可以進行熱化學方程式的書寫和反應熱的計算，其關鍵是合理設

計反應途徑，正確加減熱化學方程式。

變式練習

1.S2C12和SC12均為重要的化工原料，都滿足8電子穩定結構。

已知：@S2(1)+C12(g)===S2C12(g)AH^xkJ?mol-1;

@S2C12(g)+Cl2(g)===2SCl2(g)AH2=ykJ?mol-1;

③相關化學鍵的鍵能如下表所示：

化學鍵s-Ss—ClCl—Cl

鍵能/(kJ?mol-1)abc

下列說法錯誤的是()

A.SC12的結構式為Cl—S—Cl__

B.S2C12的電子式為：Cl：SS：C1：

C.y=2b-a-c

D.在S2(l)+2Cb(g)=二2SCb(g)的反應中，AH=(x+y)kJ-mol

解析：SC12中原子都達到8電子穩定結構，S應該形成兩個共價鍵，C1只能形成1

個共價鍵，所以SC12的結構式為Cl—S—Cl,A項正確；S2c12中原子都達到8電子

穩定結構，S應該形成兩個共價鍵，C1只能形成1個共價鍵，所以S2c12的結構式為

C1_S_S_C1,則其電子式為：0：.S,S：U1,B項正確；反應的焰變等于反應物的

鍵能之和減去生成物的鍵能之和，反應②s2c12(g)+Cl2(g)2SC12(g)的熔變△小二y

1-1

kJ.mol=(a+c-2b)kj-mol,C項錯誤；反應①+反應②可以得到：S2(1)+2C12(g)

2SC12(g),所以該反應的焰變為AH=(x+y)kJ-moL,D項正確。

答案：C

2.(1)用NH3可以消除氮氧化物的污染，已知：

反應I:4NH3(g)+302(g)2N2(g)+6H20(g)AH^akJ.mol-1;

反應II:N2(g)+02(g)2N0(g)AH2=bkJ?mol-1;

反應ni:4N&(g)+6N0(g)5N2(g)+6H20(g)AH3=ckJ?mol-1o

則反應H中的b二(用含a、c的代數式表示)，反應HI中的

〃〉〃〈”或"二”)0o

⑵已知：①2co(g)+S02(g)S(l)+2C02(g)

△H尸37.0kJ?mol-1;

②2H2(g)+S02(g)S(l)+2H20(g)

AH2=+45.4kJ,mol-1;

③CO的燃燒熱△H3=-283kJ-mol-1。

則表示液態硫(S)的燃燒熱的熱化學方程式為

反應②中，正反應活化能E(填“〉”或“」')八

⑶若某溫度下，CH3C00H（aq）與NaOH（aq）反應的46.8kJ.mol-1,

H2sO4（叫）與NaOH（aq）的中和熱為57.3kJ-mol-