2019高考化学二轮冲刺复习精讲第一部分必考部分第5讲化学能与热能讲义(含解析).doc
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1、1第 5 讲 化学能与热能考纲要求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。学科素养1.变化观念与平衡思想:认识化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂和新化学键形成时的能量变化不同造成的,能从宏观和微观的不同角度分析化学反应中的能
2、量变化,解决热化学的有关问题。2.科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的燃烧热、中和热测定等热化学问题,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究,并能根据实际情况改进实验装置,面对“异常”现象敢于提出自己的见解。3.科学精神与社会责任:具有可持续发展意识和绿色化学观念,能合理利用常规能源,开发利用新能源和环保、清洁能源,能对与热化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。网络构建核心强化1化学反应中能量变化的“3 个关键”(如图所示)2(1)E1表示正反应的活化能,即从反应物至最高点的能量数值;(2)E2表示逆反应的活化能,即最高点至生成物的能量数值;(3) H E1 E2,即反应的焓变。
3、2书写热化学方程式要注意“4 个方面”(1)注意 H 的符号、单位和数值;(2)注意热化学方程式中的化学计量数;(3)注意物质的聚集状态;(4)注意表达燃烧热(1 mol 可燃物)和中和热(生成 1 mol H2O)的量。3反应热计算的“3 种方法”(1)根据“两”公式计算反应热 H E(生成物的总能量) E(反应物的总能量); H E(反应物的键能之和) E(生成物的键能之和)。(2)根据盖斯定律计算反应热若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减而得到,则该反应的焓变可通过这几个化学反应焓变的加减而得到。表示方法: , H H1 H2。(3)根据热化学方程式计算反应热焓变与反应物的物
4、质的量成正比。考点一 反应热与焓变3A反应总过程 H 随温度升高,CO 含量增大,说明生成 CO 的反应是吸热反应(2)Si(s)2Cl 2(g)=SiCl4(l) H687 kJmol 18热化学方程式的书写步骤分点突破角度一:根据反应热书写热化学方程式1根据信息,写出下列反应的热化学方程式。(1)NaBH4(s)与 H2O(l)反应生成 NaBO2(s)和 H2(g),在 25 ,101 kPa 下,已知每消耗 3.8 g NaBH4(s)放热 21.6 kJ。该反应的热化学方程式为_。(2)已知 AX3的熔点和沸点分别为93.6 和 76 ,AX 5的熔点为 167 。室温时AX3与气体
5、 X2反应生成 1 mol AX5,放出热量 123.8 kJ。该反应的热化学方程式为_。(3)SiH4是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成 SiO2和液态 H2O。已知室温下 2 g SiH4自燃放出热量 89.2 kJ。SiH 4自燃的热化学方程式为_。9答案 (1)NaBH 4(s)2H 2O(l)=NaBO2(s)4H 2(g) H216.0 kJmol 1(2)AX3(l)X 2(g)=AX5(s) H123.8 kJmol 1(3)SiH4(g)2O 2(g)=SiO2(s)2H 2O(l) H1427.2 kJmol 1角度二:利用盖斯定律书写热化学方程式2(2017全
6、国卷)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。通过计算,可知系统()和系统()制氢的热化学方程式分别为_、_,制得等量 H2所需能量较少的是_。解析 系统()和系统()都是吸热反应,从热化学方程式可以看出,系统()制备 1 mol H2需要消耗 20 kJ 能量,而系统()制备 1 mol H2需要消耗 286 kJ 能量,故系统()消耗的能量较少。答案 H 2O(l)=H2(g) O2(g) H286 kJmol1 H 2S(g)=H2(g)S(s) 12 H20 kJmol 1 系统()3按要求写出下列反应的热化学方程式。(1)以 CO2和 NH3为原料可合
7、成尿素CO(NH 2)2。已知:2NH 3(g)CO 2(g)=NH2COONH4(s) H1159.47 kJmol 1NH 2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)H 2O(g) H2116.49 kJmol 1H 2O(l)=H2O(g) H344.0 kJmol 1则 NH3和 CO2合成尿素和液态水的热化学方程式为_。10(2)已知 25 、101 kPa 时:2SO 2(g)O 2(g)?2SO3(g) H1197 kJmol 1H 2O(g)=H2O(l) H244 kJmol 12SO 2(g)O 2(g)2H 2O(g)=2H2SO4(l) H3545 kJmol 1则
8、SO3(g)与 H2O(l)反应的热化学方程式为_。(3)工业上利用甲烷催化还原 NOx可减少氮氧化物的排放。已知:CH 4(g)4NO 2(g)=4NO(g)CO 2(g)2H 2O(g) H1574 kJmol 1CH 4(g)4NO(g)= =2N2(g)CO 2(g)2H 2O(g) H21160 kJmol 1甲烷直接将 NO2还原为 N2的热化学方程式为_。(4)通常人们把拆开 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( H),化学反应的 H 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。
9、已知:化学键 HH HCl ClCl键能/(kJmol 1 ) 436 431 242工业上通过氢气在氯气中充分燃烧制取 HCl 气体,该反应的热化学方程式为_。解析 (1)依据盖斯定律,由得到 2NH3(g)CO 2(g)=CO(NH2)2(s)H 2O(l) H H1 H2 H3(159.47116.4944) kJmol1 86.98 kJmol1 。(2)依据盖斯定律,由 (2)得到 SO3(g)H 2O(l)=H2SO4(l) 12 H ( H3 H12 H2)130 kJmol 1 。12(3)依据盖斯定律,由() 得到 CH4(g)2NO 2(g)=N2(g)CO 2(g)2H
10、2O(g) 12 H ( H1 H2)867 kJmol 1 。12(4)化学反应的 H 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,则 H2在 Cl2中燃烧的反应热(4362422431) kJmol1 184 kJmol1 ,所以该反应的热化学方程式为 H2(g)Cl 2(g)=2HCl(g) H184 kJmol1 。答案 (1)2NH 3(g)CO 2(g)=CO(NH2)2(s)H 2O(l) H86.98 kJmol 1(2)SO3(g)H 2O(l)=H2SO4(l) H130 kJmol 111(3)CH4(g)2NO 2(g)=N2(g)CO 2(g)
11、2H 2O(g) H867 kJmol 1(4)H2(g)Cl 2(g)=2HCl(g) H184 kJmol 1利用盖斯定律书写热化学方程式(1)盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的,即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。(2)在具体的应用过程中,采用以下五个步骤就能快速、准确地解决问题。具体步骤:第一步:写,书写待求的反应方程式。第二步:看,看待求的反应方程式中的反应物和生成物在已知方程式中的位置,如果位置相同,即都是反应物或都是生成物,则用加法,即加 H;如果位置相反,则用减法,即减 H。第三步:调,根据待求方程式中的反应物和生
12、成物的系数,观察同一物质前的系数是否一致,若不一致,则在相应的物质前乘或除以一定数字,将其系数调整与待求的方程式中的反应物和生成物的系数一致。第四步:查,有时往往会出现一些干扰的方程式,我们最好检验上述分析的正确与否。第五步:和,将已知方程式变形后的 H 相加,计算得出新的 H 的值。 考点三 反应热的计算与比较类型一 利用盖斯定律计算反应热根据要求回答下列有关反应热的问题:(1)(2017全国卷)已知:As(s) H2(g)2O 2(g)=H3AsO4(s) H132H2(g) O2(g)=H2O(l) H2122As(s) O2(g)=As2O5(s) H352则反应 As2O5(s)3H
13、 2O(l)=2H3AsO4(s)的 H_。(2)(2016全国卷)2O 2(g)N 2(g)=N2O4(l) H1N 2(g)2H 2(g)=N2H4(l) H2O 2(g)2H 2(g)=2H2O(g) H32N 2H4(l)N 2O4(l)=3N2(g)4H 2O(g) H41048.9 kJmol 1上述反应热效应之间的关系式为 H4_,联氨和 N2O4可作为火12箭推进剂的主要原因为_。(3)(2015全国卷)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为 CO、CO 2和 H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:CO(g)2H 2(g)?CH3OH(g) H
14、1CO 2(g)3H 2(g)?CH3OH(g)H 2O(g) H2CO 2(g)H 2(g)?CO(g)H 2O(g) H3已知反应中相关的化学键键能数据如下:由此计算 H1_ kJmol1 ;已知 H258 kJmol1 ,则 H3_ kJmol 1 。思维导图解析 (1)将已知热化学方程式依次编号为、,根据盖斯定律,由23可得:As 2O5(s)3H 2O(l)=2H3AsO4(s) H2 H13 H2 H3。(2)根据盖斯定律,22,故 H42 H32 H2 H1。联氨与 N2O4反应放出大量的热,并产生大量气体,推动火箭运行。(3)反应中,生成 1 mol CH3OH(g),需要形成
15、 3 mol CH 键、 1 mol CO 键和 1 mol OH 键,则放出的热量为 413 kJ3343 kJ465 kJ2047 kJ,需要断开 1 mol C O 键和 2 mol HH 键,吸收的热量为 1076 kJ436 kJ21948 kJ,则该反应为放热反应, H11948 kJmol1 2047 kJmol 199 kJmol1 ;根据盖斯定律, H3 H2 H158 kJmol1 (99 kJmol 1 )41 kJmol 1 。答案 (1)2 H13 H2 H3(2)2 H32 H2 H1 反应放热量大、产生大量气体(3)99 4113根据盖斯定律计算 H 的步骤和方法
16、(1)计算步骤(2)计算方法分点突破角度:利用盖斯定律计算反应热1燃煤烟气脱硫可用生物质热解气(主要成分:CO、CH 4、H 2)将 SO2在一定条件下还原为单质硫。已知:C(s)O 2(g)=CO2(g) H1393.5 kJmol 114CO 2(g)C(s)= =2CO(g) H2172.5 kJmol 1S(s)O 2(g)=SO2(g) H3296.0 kJmol 1则反应 2CO(g)SO 2(g)=S(s)2CO 2(g)的 H 为( )A270 kJmol 1 B862 kJmol 1C270 kJmol 1 D862 kJmol 1解析 根据盖斯定律,由可得,2CO(g)SO
17、 2(g)=S(s)2CO 2(g) H H1 H2 H3393.5 kJmol1 172.5 kJmol1 (296.0 kJmol1 )270 kJmol 1 ,本题选 C。答案 C2(2018四川绵阳第二次诊断)一定条件下,在 CO2与足量 C 反应所得平衡体系中加入 H2和适当催化剂,有下列反应发生:CO(g)3H 2(g)?CH4(g)H 2O(g) H1206.2 kJmol 1CO(g)H 2O(g)?CO2(g)H 2(g) H241.2 kJmol 1(1)二氧化碳与氢气反应转化为甲烷和水蒸气的热化学方程式是_。(2)已知 298 K 时相关化学键键能数据如表所示。根据键能计
18、算 H1_,它与上述实测值差异较大的原因可能是_。解析 (1)将题给热化学方程式依次编号为,根据盖斯定律,有可得CO2(g)4H 2(g)?CH4(g)2H 2O(g) H165.0 kJmol 1 。(2) H1 E(反应物总键能) E(生成物总键能),根据各物质的结构和表中数据可知, H11075.0 kJmol1 3436.0 kJmol1 4413.4 kJmol1 2462.8 kJmol1 196.2 kJmol1 。反应温度、压强不同,因此计算值与实测值可能差异较大。答案 (1)CO 2(g)4H 2(g)?CH4(g)2H 2O(g) H 165.0 kJmol1(2)196.
19、2 kJmol 1 反应温度、压强不同(答案合理即可)类型二 反应热大小的比较15解析 C 与 O2生成 CO2的反应是放热反应, H 10,CO 与 O2生成 CO2的反应是放热反应, H 3 H2。(3)同一反应的反应物状态不同时,如 A(s)B(g)= =C(g) H1,A(g)B(g)= =C(g) H2,则 H1 H2。 (4)两个有联系的反应相比较时,如 C(s)O 2(g)=CO2(g) H1,C(s) O2(g)12=CO(g) H2。比较方法:利用反应减去反应,得反应CO(g) O2(g)=CO2(g) 12 H3 H1 H2,根据 H3大于 0 或小于 0 进行比较。 分点
20、突破角度:反应热大小的比较3室温下,将 1 mol 的 CuSO45H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为 H1,将161 mol 的 CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为 H2;CuSO 45H2O 受热分解的化学方程式为:CuSO 45H2O(s) CuSO4(s)5H 2O(l),热效应为 H3。则下列判= = = = = 断正确的是( )A H2 H3 B H1 H3解析 1 mol CuSO45H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,为吸热反应,故 H10,1 mol CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,为放热过程,故 H20,根据盖斯定律得到关系式 H1 H2 H
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