2023年高考化学新编大一轮复习讲义化学能与热能(解析版).pdf
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1、专题5.1 化学能与热能【考纲要求】1、能说明化学反应中能量转化的主要原因,知道化学变化中常见的能量转化形式2、了解化学能与热能的相互转化及其应用,掌握吸热反应、放热反应、反应热(焰变)等概念3、能正确书写热化学方程式,理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焙变的计算4、了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性,认识化学在解决能源危机中的重要作用考点一始变与反应热【核心知识梳理】1、体系和环境(1)体系(系统):被研究的物质系统统称为体系(2)环境:体系以外的其他部分称为环境(3)热量是指因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量2、化学反应的实质与特征(1)实质:反应物中化学键
2、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;能量转化主要变现为热量的变化3、熔变与反应热(1)内能、始、始变内能(符号为S:体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响熔:与物质内能有关的物理量,用 符 号 表 示焰变(AH):生成物与反应物的焰值差,即:生成物)一”(反应物),单位kJ-mori反应热含义:在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热效应,简称反应热符号:单 位:kJ-mo 或 kJ/mol(3)反应热和蛤变的关系:恒压条件下进行的化学反应的熔变等于反应热,因此常用,表示反应热【微点拨】能量越低越稳定。同一物
3、质能量由高到低:气体(g)液体 固体(s);稳定性:气体(g)液体 固体(s)蛤是与内能有关的相对比较抽象的一种物理量,焙变的值只与始末状态有关而与过程无关,物质的蛤越小,具有的能量越低,稳定性越强反应热是指发生了化学反应之后,使反应产物的温度回到反应前始态的温度,放出或吸收的热量,它既与始末状态有关,还与过程有关,但我们研究的多为恒压条件下进行的理想反应,此时反应热与蛤变相同化学反应中的两大变化:物质变化和能量变化化学反应中的两大守恒:质量守恒和能量守恒化学反应中的能量转化形式:热能、光能、电能等,通常主要表现为热量的变化4、放热反应和吸热反应(1)化学反应放热和吸热的原因从反应物和生成物的
4、总能量相对大小的角度分析从反应热的量化参数一 键能的角度分析:化学反应是旧键断裂,新键生成的反应,两者吸收和释放能量的差异表现为反应能量的变化。化学键的断裂和形成时吸收和放出的能量差别是化学反应伴随能量变化的本质原因图示能量反应物放 出I 热 量 必”为-1或 A”0反应物0反应放热反应0反应吸热反应结论反应物的总能量大于生成物的总能量为放热反应,即:E(反应物)E(生成物)反应物的总能量小于生成物的总能量为吸热反应,即:E(反应物)VE(生成物)化学反应的过程反应物生成物新键生成释放的能量大于旧键断裂吸收的能量,则反应放热规律 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
5、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _新键生成释放的能量小于旧键断裂吸收的能量,则反应吸热常见的放热反应和吸热反应常见的放热反应a.所有的燃烧反应,如:木炭、CH4等在空气或氧气中的燃烧,钠、出 在氯气中燃烧,镁条在C02中燃烧b.所有的酸碱中和反应,如:HC1+NaOH=NaCl+H20c.大多数的化合反应,如:CaO+H2O=C a(OH)2 H2+F2=2 H F高沪d.铝热反应,如:2A l+Fe2O 32Fe+A bO 3e.活泼金属与水、与酸的反应,如
6、:2Na+2H2O=2NaOH+H2f Mg+2H+=M g2+H2Tf.生成沉淀的反应常见的吸热反应唐源a.大多数分解反应,如:NH4C l=N H3t+HClT CaCOa 、CaO+CO2Tb.Ba(OH)2-8H2O 与 NH4cl 的反应c.C 和 C02发生的化合反应及C 和 H20(g)的反应A高汨d.以碳、CO、H2为还原剂的氧化还原反应:如:H2+CUO =H2O+CU C+H2O(g)=C O+he.盐类的水解反应【微点拨】注意过程(包括物理过程、化学过程)与化学反应的区别,有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应,如:水结成冰放热但不属于放热反应化学反应是放热还是吸热与
7、反应发生的条件没有必然联系。如吸热反应NH4cl与 Ba(OH)2 8比0 在常温常压下即可进行熔变与反应发生的条件、反应进行是否彻底无关化学反应一定伴随着能量的变化,其能量变化主要表现为热量的变化,但这并不是唯一的表现形式,如发光、发电等。有能量变化的过程并不一定是化学变化过程,如物质的三态变化时伴随着能量的变化正确理解活化能与反应热的关系a.催化剂能降低反应所需活化能,但不影响婚变的大小b.在无催化剂的情况下,所为正反应的活化能,民为逆反应的活化能,即:A H=ELEZ5、熔变计算方法根据物质具有的能量来计算:A,=仇总生成物)一E(总反应物)(2)根据化学键的断裂与形成计算:=反应物的键
8、能总和一生成物的键能总和(3)根据化学反应过程中的能量变化来计算图示能最反应物的总能量:生成物的总能量反应过百图1能量生成物的总能最反应物的总能比一百反应过行图2意义a 表示正反应的活化能;表示逆反应的活化能;c 表示该反应的反应热图 1 :A/=(a-Z)kJ-mol-1=_ c kJ mol_1,表示放热反应图 2:”=(一/?)kJ.mol i=c kJ mol ,表示吸热反应【精准训练11、判断正误,正确的划y“,错误的划“x”(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)物质发生化学变化都伴有能量的变化()(3)伴有能量变化的物质变化都是化学变化()(4)吸热反
9、应在任何条件都不能发生()(5)N a 转化为N a 卡 时,吸收的能量就是该过程的反应热()(6)水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热()(7)同温同压下,反应H 2(g)+C b(g)=2 H C l(g)在光照和点燃条件下的AH不同()(8)石墨转变为金刚石是吸热反应,则 金 刚 石 比 石 墨 更 稳 定()2、研究表明N 2 O 与 CO在 F e+作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示。下列说法错误的是()B.F e,使反应的活化能减小C.F e O+是该反应的催化剂D.F e+N 2。-Fe O+N2、F e C T+C O-F b+C C h 两步反应均为放热反应
10、3、比 与 I C 1 的反应分、两步进行,其能量曲线如图所示,下 列 有 关 说 法 错 误 的 是(),反 应 ,反应,3SH2(g)+21CI(g)HCl(g)+HI(gMCl(g)218l,(g)+2HCl(g)反应过程A.反应、反应均为放热反应B.反应、反应均为氧化还原反应C.反应比反应的速率慢,与相应正反应的活化能无关D.反应、反应的焰变之和为 H=-21 8k J-m o考点二热化学方程式【核心知识梳理】1、热化学方程式的概念及意义(1)概念:能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式,叫做热化学方程式 意 义:不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化,
11、还说明了物质的“物质的量,与“能量,之间的数量关系如:2H 2(g)+C h(g)=2H 2O A H =-57 L6 k J-m ori 表示的意义是:在 25,1 0 1 k Pa 下,2m oi 气态出 与1 m o l气 态C h反 应 生 成1 m ol液态水时,放 出 的 热 量 是57 1.6 k J2、热化学方程式的书写方法要求(1)遵循一般化学方程式的书写规则,一般不写反应条件,不标气体和沉淀符号(2)标 注 H的正负。化学方程式后面空一格标注A H,若为放热反应,H为“一”;若为吸热反应,H为“+”(3)计 算 四 的 数 值 和 单 位。根据化学方程式中的化学计量数计算写
12、出AH的数值。”单位是k J.m oP(4)标注各物质的聚集状态。在物质后面用括号标注各物质的聚集状态:气体用“g”,液体用“1”,固体用“s”,溶液用“a q”(5)标注反应的温度和压强。没 有 特 殊 说 明 是 指25、1 0 1 k Pa,该条件可以不标注,但其他条件必须标注(6)热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数只表示其物质的量,可以是整数或分数(7)热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与AH相对应,若化学计量数加倍,则AH的数值也要加倍如:H2(g)+1 o2(g)=H 2O(l)A/7=-285.8 k J-m ol12H 2(g)+O2(g)=2H2O(l)A H =
13、-57 1.6 k J m o(8)逆 反 应 的AH数值与正反应的相等、符号相反3、热化学方程式与普通化学方程式的区别【微 点 拨】普通化学方程式热化学方程式化学计量数是整数,既表示微粒个数又表示该物质的物质的量可以是整数也可以是分数,只表示物质的物质的量状态不要求注明必须在分子式后注明A”正负号及单位无必须注明意义表明了化学反应中的物质变化不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化遵循规律原子守恒原子守恒和能量守恒热化学方程式中不用标明反应条件(如“加热”高 温 催 化 齐 等)热化学方程式中不再用“广、1”来标记气体生成物和难溶生成物热化学方程式中一般用“=、可 逆 反
14、 应 中 用 即 便 是 有 机 反 应 的 热 化 学 方 程 式 中 也 不 用“一”由于同素异形体的结构不同,所以烙不同,故化学式相同的不同单质与相同的物质发生反应,反应的婚 变 也 不 相 同。对于化学式相同的同素异形体,还必须在化学式后面注明其名称。如C(s,金刚石)、C(s,石墨)或C(金刚石,s)、C(石墨,s)怎样理解可逆反应中的反应热?无论化学反应是否可逆,热化学方程式中的反应热AH都表示反应进行到底(完全转化)时的能量变化。如:2so2(g)+C h(g)=i 2S O 3(g)A H=-196.64k J-m o,是指2m oi S O M g)和 l m ol C)2(
15、g)完全转化为2m oi S C h(g)时放出的能量。若在相同的温度和压强下,向某容器中加入2m oi S C h(g)和 I m ol C H g),反应达到平衡时放出的能量为Q,因反应不能完全转化为S O3(g),故 Q 0()(9)C(石墨,s)=C(金刚石,s)A H 0,说明石墨比金刚石稳定()2、实验测得:101 k P a 时,1 m ol 比 完全燃烧生成液态水,放出285.8 k J 的热量;1 m ol C H 完全燃烧生成液态水和C 0 2,放出890.3 k J 的热量。下列热化学方程式的书写正确的是()C H 4(g)+2O 2(g)=C O 2(g)+2H 2。A
16、 H=+890.3 k J-m oI 1C H 4(g)+2O 2(g)=C O 2(g)+2H 2O(l)AW=-890.3 k JC H K g)+2O2(g)=C O2(g)+2H 20(g)H=-890.3 k J-m ol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)AH=-571.6 k J m o l1A.仅有 B.仅有 C.仅有 D.全部符合要求3、依据事实,写出下列反应的热化学方程式。适 量 的 N2和 O2完全反应,每 生 成 23 g N O 2 吸 收 16.95 k J 热量。N2与 02反应的热化学方程式为(2)已知拆开 I m ol H H、I m ol N H、
17、I m ol N m N 分别需要的能量是 436k J、391 k J、946 k J,则己与 H 2反应生成N H3的热化学方程式为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(3)在 25 C、101 k P a 下,一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q k J,其燃烧生成的C O 2用过量饱和石灰水吸收可得l O O g C a C C h 沉淀,则乙醇燃烧的热化学方程式为(4)在一定条件下,将 1 m ol N 2和 3 m
18、ol 氏 充入一密闭容器中发生反应生成氨气,达到平衡时刈 的转化率为25%,放出Q kJ的 热 量,写出N2 与出反 应 的 热 化 学 方 程 式 为(5)已 知 化 学 反 应 A2(g)+B?(g)=2AB(g)的 能 量 变 化 如 图 所 示,请 写 出 该 反 应 的 热 化 学 方 程 式(6)化学反应N?+3H2=2NH3的能量变化如图所示(假设该反应反应完全),试写出N2(g)和 H4g)反应生成N%的热化学方程式能量E增加1 mol N+3 mol HAE=akJ1 o芍 mol Nz(g)+方 mol H2(g)A E=b kJ1 mol NH.(1)1 mol NH式g
19、)AE=ckJ(7)已知2so2(g)+C2(g)R i2 so 3(g)AH=-196.64kJ-mo,在一定温度下,向一固定容积的密闭容器中通入2moiSO2、ImolCh,达到平衡时放出热量为Q ik J,在同样条件下,向该容器中通入2moiS0.3,达到平衡时,吸收热量为Q zkJ,则 Q i和 Q2的关系为(8)实验 室 用 4moiSO2与 2moiCh在一定条件下进行下列反应:2SO2(g)+O2(g)2 S O3(g)AH=-196.64kJ mol当放出314.624kJ热量时,S02的转化率为考 点 三 燃 烧 热、中和热、能源【核心知识梳理】1、燃烧热(1)概念:在 25
20、、101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热(2)单位:kJ mol 1(3)意义:甲烷的燃烧热为燃0.31为 mo,或=-890.31 kJ mo,它表示2 5、101 kPa时,1 mol甲烷完全燃烧生成C02和液态H20 时放出890.31 k J的热量【微点拨】对物质的量的限制:燃烧的物质一定为ImolImol纯物质:是 指 Imol纯净物(单质或化合物)“完全燃烧”:指可燃物在02中充分燃烧指定产物是指可燃物中碳元素变为C02(g),氢元素变为H2O;硫元素变为S02(g),氮元素变为N?(g)等物质的燃烧都是放热反应,所以表示物质的燃烧
21、热的AH均为负值,即AHVO(4)表示燃烧热的热化学方程式燃烧热是以Imol物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写它的热化学方程式时,应以燃烧Imol物质为标准来配平其余物质的化学计量数,故在其热化学方程式中常出现分数25_例如:CsH 18(1)+y O2(g)=8C O2(g)+9H2O(1)A”=-5518kJ-mo,即 C8H出的燃烧热为 5518kJ-mo2、中和热(1)中和热概念及其数值概念:在稀溶液中,酸与碱发生中和反应生成1 mol HzO时释放的热量称为中和热单位:kJ-moF1表示方法:强酸与强碱反应的中和热基本上相等热化学方程式可表示为:H+(aq)+OH(aq)=
22、H2O(l)A/=-57.3 kJ-moP1【微点拨】中和反应的实质是H+和 OIF结合生成水,因而理解中和热时要注意以下几点条件:稀溶液,因浓酸溶液或浓碱溶液稀释时会放出热量反应物:酸与碱(在中学化学中,只讨论强酸和强碱反应的中和热)生成物及其物质的量:必须是形成Imol的 H2O(1)表述:用文字叙述中和热时,不带“一”;用 ”表示时,带上“一”如:强酸与强碱反应的中和热为57.3 kJ-mol 或”=一 57.3 kJ-moL强酸、强碱发生中和反应时,中和热为一定值,与酸、碱的用量无关,与其中一种过量也无关,但酸和碱放出的热量与其用量有关浓的强酸和强碱在发生中和反应的同时还要发生溶解,溶
23、解要放出热量,故放出热量大于57.3kJ弱酸和弱碱在发生中和反应的同时还要发生电离,电离要吸收热量,故放出热量小于57.3kJ中和反应的实质是H+和 OFT化合反应生成H2OO若反应过程中有其它物质生成(生成不溶物质或难电离的物质等),这部分热量不包含在中和热内(2)中和热的测定实验装置测定原理-笠 铲 中和热测定实验中应注意的事项a.为保证酸、碱完全中和,常采用碱稍稍过量(0.5mo L iHCl、0.55 molL NaOH溶液等体积混合)b.实验时不能用铜丝搅拌棒代替玻璃搅拌器的理由是铜丝导热性好,比用环形玻璃搅拌棒误差大误差分析以50mL0.50mol-L 1盐酸与50mL0.55mo
24、i.LNaOH反应为例引起误差的实验操作温度差|AH|保温措施不好偏小偏小搅拌不充分偏小偏小所用酸、碱浓度过大偏大偏大用同浓度的氨水代替NaOH溶液偏小偏小用同浓度的醋酸代替盐酸偏小偏小3、反 应 热、燃烧热和中和热的比较【微 点 拨】反应热燃烧热中和热概念化学反应过程中放出或吸收的热量25、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中,酸与碱发生中和反应生成1 mol液态水时所放出的热量能量的变化放热或吸热放热放热A”的大小放热时,AH0 HV0A/72(g)=SO3(g)AH=-315kJ mol 燃烧热)(AH 的数值正确)()(2)NaOH(aq
25、)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)AH=-57.3kJ-mori(中和热)(AH 的数值正确)()(3)已知 H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)H=-57.3kJ-mo,则 H2s。4 和 Ba(0H)2 反应的反应热 AH=2x(一57.3)kJmo()(4)燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH30H(g)+g02(g)=C02(g)+2H2(g)AH=-192.9kJ mor 则 CH30H(g)的燃烧热为 192.9kJ-mo()(5)H2(g)的燃烧热是 285.8kJ-moL,则 2H2O(g)=2H2(g)+C)2(g)AH=+571.6kJ
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