2022高考化學 專題16 化學反應及能量變化（一）考點講解

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1、2022高考化學 專題16 化學反應及能量變化（一）考點講解 【考情報告】 考查角度 考查內(nèi)容 命題特點 熱化學方程式的書寫 蓋斯定律的應用 反應熱的計算 化學反應與能量是近幾年高考的“熱點”問題，主要以選擇題和填空題的形式呈現(xiàn)。 利用能量、鍵能以及蓋斯定律等方法進行 反應熱的計算。 【考向預測】 化學反應與能量是高考的必考點，主要考查三方面的內(nèi)容：①反應熱概念的理解及計算;②熱化學方程式的正誤判斷與書寫；③蓋斯定律及其應用。題型以選擇題和填空題形式出現(xiàn)，難度適中。預計2014年高考仍將以熱化學方程式的書寫、物質(zhì)能量高低與穩(wěn)定性的關(guān)系、燃燒熱和中和熱的概念

2、、反應熱的計算、化學鍵與能量間的關(guān)系、蓋斯定律等為主，題型以選擇題為主，蓋斯定律的應用還可能會出現(xiàn)在填空題中。由于能源問題已成為社會熱點，從能源問題切入，從不同的角度設(shè)問，結(jié)合新能源的開發(fā)，把反應熱與能源結(jié)合起來進行考查，將是2019年的一個命題熱點，在二輪復習時一定要引起注意?？傊?從近幾年高考試題分析來看，本講所考查內(nèi)容仍以傳統(tǒng)考點為主，復習時要把握基本傳統(tǒng)知識。 【經(jīng)典在線】 1. 知識梳理 一、熱化學方程式 1．概念：能夠表示反應熱的化學方程式叫熱化學方程式。 2．表示的意義：不僅表示了化學反應中的物質(zhì)變化，也表明了化學反應中的能量變化。如2H2(g)＋O2(g)===2H2

3、O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，表示在常溫常壓下2molH2(g)和 1molO2(g)完全反應生成2 mol液態(tài)水時 放出571.6 kJ的熱量。 3.注意事項 .物質(zhì)狀態(tài) 物質(zhì)所處的狀態(tài)不同，ΔH值不同，所以必須注明物質(zhì)狀態(tài)。固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、溶液分別用符號s、l、g、aq表示。 ．反應條件 (1)熱化學方程式不用標反應條件。如氫氣在空氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式為：H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，不用標明反應條件“燃燒”。 (2)不管反應是可逆反應還是不可逆反應，熱化學方程式中的熱效應都是指完全反應時

4、的熱效應。 (3)在25℃，101 kPa進行的反應，可不標明溫度和壓強，不在此條件下進行的反應需要標明溫度和壓強。 ．反應熱(ΔH) (1)單位：kJ·mol－1。 (2)符號：放熱反應為“－”；吸熱反應為“＋”。 ．化學計量數(shù) (1)化學計量數(shù)表示的是物質(zhì)的量。 (2)化學計量數(shù)可以為分數(shù)。 (3)ΔH的數(shù)值與對應的熱化學方程式中化學計量數(shù)有關(guān)。 如：H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)　ΔH＝a kJ·mol－1 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝b kJ·mol－1 則a、b的關(guān)系為：b＝2a。 ．正、逆反應的ΔH的關(guān)系 逆反應和正

5、反應的反應熱數(shù)值相等，符號相反。 如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝b kJ·mol－1 2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝c kJ·mol－1，則c＝－b。 二、中和反應的反應熱與燃燒熱 比較項目 燃燒熱 中和反應的反應熱 相同點 能量變化 放熱反應 ΔH ΔH ＜ 0，單位： kJ·mol－1 不 同 點 反應 物的量 1mol(O2的數(shù)量不限) 可能是1 mol，也可能是0.5 mol 反應熱的含義 298K、101kPa時，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時所放出的熱量；不同反應物

6、，燃燒熱不同. 稀溶液中強酸跟強堿發(fā)生中和反應生成1 mol H2O時所釋放的熱量，均約為57.3 kJ·mol－1 1. 燃燒熱是反應熱的一種形式。使用燃燒熱的概念時要理解下列要點：(1)規(guī)定是在101 kPa 壓強下測出的熱量。因為壓強不同，同一反應的反應熱有所不同。(2)規(guī)定可燃物的物質(zhì)的量為1 mol。(3)規(guī)定生成物為穩(wěn)定的氧化物。例如：C→CO2、H→H2O(l)、S―→SO2等。(4)敘述燃燒熱時，用正值，在熱化學方程式中用ΔH表示時取負值。例如CH4的燃燒熱為890 kJ/mol，而ΔH＝－890 kJ/mol。 2. 中和熱是反應熱的一種形式。

7、使用中和熱的概念時要理解下列要點：(1)酸堿反應是在稀溶液中，指一般酸堿物質(zhì)的量濃度≤1mol/L。（2）中和熱不包括濃溶液的稀釋熱、電解質(zhì)的溶解熱、電離熱、生成熱等其他熱效應。（3）中和熱熱化學方程式，規(guī)定水的物質(zhì)的量為1mol。（4）敘述中和熱時，用正值，在熱化學方程式中用ΔH表示時取負值。例如稀硫酸和KOH的中和熱為57.3 kJ/mol，而ΔH＝－57.3 kJ/mol。 三、反應熱的計算 1.根據(jù)反應物和生成物的能量計算 根據(jù)反應熱的定義可以對反應熱進行計算：ΔH=生成物的總能量-反應物的總能量。 2.利用蓋斯定律進行計算 化學反應的反應熱只與反應體系的始態(tài)(各反應物)和終

8、態(tài)(各生成物)有關(guān)，而與反應的途徑無關(guān)。即不管化學反應是一步完成或分幾步完成，其反應熱是相同的。如： ΔH=ΔH1＋ΔH2 3.根據(jù)反應物和生成物的鍵能計算 ΔH=反應物的鍵能總和－生成物的鍵能總和。根據(jù)鍵能計算反應熱的關(guān)鍵是找出反應物和生成物所含共價鍵的數(shù)目，要注意晶體結(jié)構(gòu)中化學鍵的情況。 計算要領(lǐng) ①當反應方程式乘以或除以某數(shù)時，ΔH也應乘以或除以某數(shù)。 ②反應式進行加減運算時，ΔH也同樣要進行加減運算，且要帶“＋”、“－”，即把ΔH看作一個整體進行運算。 ③通過蓋斯定律計算反應熱和比較反應熱的大小時，同樣要把ΔH看作一個整體。 ④在設(shè)計反應過程時常會遇到同一物質(zhì)固、液、氣

9、三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，狀態(tài)由固→液→氣時，會吸熱；反之會放熱。 ⑤當設(shè)計的反應逆向進行時，其反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等，符號相反。 在進行有關(guān)反應熱的計算時常見失誤點有： (1)根據(jù)已知的熱化學方程式進行計算時，要清楚已知熱化學方程式的化學計量數(shù)表示的物質(zhì)的量與已知物質(zhì)的量之間的比例關(guān)系，然后進行計算。 (2)根據(jù)化學鍵斷裂和形成過程中的能量變化計算反應熱時，須注意斷鍵和成鍵的總數(shù)，必須是斷鍵和成鍵時吸收或放出的總能量。 (3)運用蓋斯定律進行計算，在調(diào)整方程式時，要注意ΔH的正負和數(shù)值也要隨之調(diào)整。 2.經(jīng)典精講 例1.（2013全國新課標卷I，28）二甲醚（CH3OCH3）是無

10、色氣體，可作為一種新型能源，由合成氣（組成為H2、CO、和少量CO2）直接制備二甲醚，其中主要過程包括以下四個反應： 甲醇合成反應： ①CO(g）+ 2H2(g)＝CH3OH(g)????????????△H1=-90.1 kJ·mol-1 ②CO2(g)+ 3H2(g)＝CH3OH(g)+H2O(g)??????? ??△H2=-49.0 kJ·mol-1 水煤氣變換反應： ③CO(g) + H2O (g)＝CO2(g)+H2(g)??????????△H3=-41.1 kJ·mol-1 二甲醚合成反應： ④2CH3OH(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g)???

11、??????? △H4=-24.5 kJ·mol-1 ⑴Al2O3是合成氣直接制備二甲醚反應催化劑的主要成分之一。工業(yè)上從鋁土礦制備較高純度Al2O3的主要工藝流程是???????????????????????????? ?（以化學方程式表示） 。 ⑵分析二甲醚合成反應④對于CO轉(zhuǎn)化率的影響?????????????? ?????????。 ⑶由H2和CO直接制備二甲醚（另一產(chǎn)物為水蒸氣）的熱化學方程式為?????????????? 。 ⑷有研究者在催化劑（含Cu-Zn-Al-O和Al2O3），壓強為5.0MPa的條件下由H2和CO直接制備二甲醚，結(jié)果如下圖所示。其中CO轉(zhuǎn)化率隨

12、溫度升高而降低的原因是____________。 ⑸二甲醚直接燃料電池具有啟動快，效率高等優(yōu)點，其能量密度高于甲醇直接燃燒燃料電池（5.93kW·h·kg-1），若電解質(zhì)為酸性，二甲醚直接燃料電池的負極反應為_______________。 一個二甲醚分子經(jīng)過電化學氧化，可以產(chǎn)生_______個電子的電量；該電池理論輸出電壓1.20V，能量密度E=_____（列式計算，能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，1kW·h=3.6×105J ） 【答案】（1）Al2O3（鋁土礦）+2NaOH+3H2O＝2NaAl(OH)4；NaAlO2+CO2+2H2O＝NaHCO3+Al(OH)3↓；

13、 2Al(OH)3Al2O3＋3H2O (2)消耗甲醇，促進甲醇合成反應①平衡向右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H2O，通過水煤氣變換反應③消耗 （2）合成二甲醚消耗甲醇，對于CO參與的反應相當于減小生成物的濃度，有利于平衡向右移動，使CO的轉(zhuǎn)化率提高。 （3）根據(jù)蓋斯定律可知，將①×2＋④即得到反應2CO(g)+4H2(g)＝CH3OCH3(g)+H2O(g)，所以該反應的放熱△H＝－90.1 kJ/mol×2－24.5 kJ/mol＝－204.7kJ/mol。 （4）該反應分子數(shù)減小，壓強升高使平衡右移，CO和H2的轉(zhuǎn)化率增大，CH3OCH3產(chǎn)率增加。壓強升高使CO和H2的濃度增加，反

14、應速率增大。 （5）原電池中負極失去電子，所以負極電極反應式是CH3OCH3－12e－＋3H2O＝2CO2＋12H＋；二甲醚中碳原子的化合價是－2價，反應后變?yōu)椋?價，失去6個電子，所以一個二甲醚分子經(jīng)過電化學氧化，可以產(chǎn)生12個電子的電量；由于能量密度＝電池輸出電能/燃料質(zhì)量，所以該電池的能量密度＝ 【2018江蘇卷】下列說法正確的是 A．氫氧燃料電池放電時化學能全部轉(zhuǎn)化為電能 B．反應4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常溫下可自發(fā)進行，該反應為吸熱反應 C．3 mol H2與1 mol N2混合反應生成NH3，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目小于6×6.02×1023 D．在酶催化淀粉

15、水解反應中，溫度越高淀粉水解速率越快 【答案】C 【解析】分析：A項，氫氧燃料電池放電時化學能不能全部轉(zhuǎn)化為電能，理論上能量轉(zhuǎn)化率高達85%~90%；B項，反應4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）的ΔS0，該反應常溫下可自發(fā)進行，該反應為放熱反應；C項，N2與H2的反應為可逆反應，3molH2與1molN2混合反應生成NH3，轉(zhuǎn)移電子數(shù)小于6mol；D項，酶是一類具有催化作用的蛋白質(zhì)，酶的催化作用具有的特點是：條件溫和、不需加熱，具有高度的專一性、高效催化作用，溫度越高酶會發(fā)生變性，催化活性降低。 例2.在1200℃時，天然氣脫硫工藝中會發(fā)生下列反應 H2S（g）+ O2

16、(g)=SO2(g)+H2O(g) △H1 2H2S(g)+SO2(g)=S2(g)+2H2O(g) △H2 H2S(g)+O2(g)=S(g)+H2O(g) △H3 2S(g) =S2(g) △H4 則△H4的正確表達式為 A.△H4＝（△H1＋△H2－3△H3） B.△H4＝（3△H3－△H1－△H2） C.△H4＝（△H1＋△H2＋3△H3） D.△H4＝（△H1－△H2－3△H3） 【答案】A 【解析】考察蓋斯定律。根據(jù)S守恒原理，要得到方程式4，可以用（方程式1+方程式2—3×方程式2）×；即選擇△

17、H4的正確表達式為△H4＝（△H1＋△H2－3△H3），即選項A正確。 .【經(jīng)典考題3】CO（g）+H2O（g） H2（g）+CO2（g）△H﹤0，在其他條件不變的情況下 A．加入催化劑，改變了反應的途徑，反應的△H也隨之改變 B．改變壓強，平衡不發(fā)生移動，反應放出的熱量不變 C．升高溫度，反應速率加快，反應放出的熱量不變 D．若在原電池中進行，反應放出的熱量不變 【答案】B 【經(jīng)典考題4】【2018屆余姚中學模擬考】H2O2(l)在有MnO2條件下和無MnO2條件下分解的能量變化如圖所示。下列說法正確是 A．有MnO2 條件下的反應曲線是a曲線 B．該反應能量變

18、化類型與CaCO3分解反應相同 C．加催化劑后，正反應速率加快，逆反應速率減小 D．b曲線的熱化學方程式為：H2O2(l) =H2O(l) +1/2O2(g) ΔH= ( E1 - E2 )KJ ?mol-1 【答案】D 【解題技巧】 1.在熱化學方程式的書寫和判斷正誤時，常見失誤點有： (1)忽視ΔH的正負。 (2)忽視ΔH的數(shù)值與化學計量數(shù)有關(guān)。化學計量數(shù)發(fā)生變化時，ΔH的數(shù)值要相應變化。 (3)忽視物質(zhì)的狀態(tài)不同ΔH的數(shù)值也不同。 2.利用蓋斯定律計算反應熱的模式與要領(lǐng) (1)計算模式 [方式一]若有(a)A(g)＋M(g)===B(g)　ΔH1 (

19、b)A(l)＋M(g)===B(g)　ΔH2 (c)A(g)===A(l)　ΔH3 則(c)＝(a)－(b)，即：ΔH3＝ΔH1－ΔH2。 [方式二]若有(a)A(s)＋M(g)===B(s)　ΔH1 (b)C(s)＋M(g)===D(s)　ΔH2 (c)A(s)＋D(s)===B(s)＋C(s)　ΔH3 則(c)＝(a)－(b)，即：ΔH3＝ΔH1－ΔH2。 (2)計算要領(lǐng) ①當反應方程式乘以或除以某數(shù)時，ΔH也應乘以或除以某數(shù)。 ②反應式進行加減運算時，ΔH也同樣要進行加減運算，且要帶“＋”、“－”，即把ΔH看作一個整體進行運算。 ③通過蓋斯定律計算反應熱和比較反應熱的大小時，同樣要把ΔH看作一個整體。 ④在設(shè)計反應過程時常會遇到同一物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，狀態(tài)由固→液→氣時，會吸熱；反之會放熱。 ⑤當設(shè)計的反應逆向進行時，其反應熱與正反應的反應熱數(shù)值相等，符號相反。