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赢在微点化学一轮复习高考作业十八化学反应的热效应
第六章化学反应与能量变化
[五年考情]
[命题分析]
综合近5年全国卷高考试题,我们发现高考命题在本章呈现以下规律:
本部分内容考查的重点有:
(1)掌握化学反应的4种基本类型:
化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应。
(2)了解化学反应中能量转化的原因,了解吸热反应、放热反应、反应热、燃烧热、中和热等概念,初步了解新能源的开发。
(3)能正确书写热化学方程式,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
(4)电化学知识。
其中电化学在工业生产中有着广泛应用,是高考重点考查的内容之一,其主要考点有:
(1)掌握原电池的概念、形成条件、装置中各部分名称、电极反应、导线上电流方向、电子流向、溶液中离子运动方向及对盐桥的认识。
(2)正确认识化学腐蚀、电化学腐蚀、析氢腐蚀、吸氧腐蚀并能加以区别。
(3)了解金属腐蚀的防护方法。
(4)掌握电解的原理及有关规律,能对电极产物进行判断,能对电解后溶液的酸碱性变化加以判断,能正确表示电解的电极反应及总反应。
(5)电解原理的应用。
(6)关于电解的基本计算。
预计2020年高考对原电池和电解池的考查,会结合离子交换膜、电流效率等知识,体现学科间的融合。
[备考策略]
根据近5年全国卷高考命题特点和规律,复习本章时要注意以下几个方面:
1.重视基础,提高能力
有关热化学方程式的书写和化学反应中的能量变化是高考考查的热点内容,复习过程中不仅要掌握热化学方程式书写的规律和反应热计算的一般方法,同时还需要注意与生产生活中的能源问题紧密联系(如卫星发射中的能量转化等)。
掌握吸热反应、放热反应以及反应热、燃烧热、中和热的概念,同时注意把握概念的内涵和外延。
2.理解原理,学会技巧
(1)反应热的知识在高考试题中逐年增多,有不断“升温”的趋势。
一方面考查能量的变化以及能源问题,另一方面考查热化学方程式的书写等,这部分内容更多的是联系生产、生活实际的考查。
在解答有关书写热化学方程式的问题时应注意:
①必须标明反应物和生成物的聚集状态及热量的变化;②当热化学方程式逆写时,反应热数值相等,符号相反;③两个热化学方程式相加或相减,得到新的热化学方程式时,其ΔH也要进行相应的加减。
(2)对于高考中“新型化学电源”的考查,则是在当前全球所面临的能源危机和环境污染的大背景下提出的。
在解答此类题目时,不要被题目的陌生“外表”迷惑,应立足于原电池的基本原理,仔细分析判断,即可迎刃而解。
解答有关电化学计算的基本方法:
①根据电子守恒法计算;②根据总反应中的计算关系进行计算;③根据关系式计算。
在解答电解相关的问题时要注意分析通电前,电解质溶液中有哪些阴、阳离子(包括水电离出的氢离子和氢氧根离子);通电时,阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,并结合放电顺序分析谁先放电;写电极反应时应结合题目要求分析电解结果,如电极现象、水的电离平衡移动、离子浓度变化、pH变化等。
第18讲 化学反应的热效应
考纲微解读
考向微预测
1.了解化学反应中能量转化的原因,能说出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
4.了解焓变与反应热的含义。
了解ΔH=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热的简单计算
6.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础
本部分重点考查内容有:
反应热的概念及计算,热化学方程式的正误判断与书写,盖斯定律的应用等。
高考对本讲内容的考查仍将以热化学方程式的书写、物质能量高低与稳定性的关系、反应热的计算、化学键与能量间的关系、盖斯定律等为主。
重点关注:
化学反应中能量变化的有关概念;热化学方程式的书写规则及有限制条件的热化学方程式的书写;应用盖斯定律进行有关反应的ΔH的计算。
微考点1 焓变 反应热
1.反应热和焓变
(1)反应热是化学反应中放出或吸收的热量。
(2)焓变是化学反应在_恒温恒压下放出或吸收的热量。
(3)化学反应的反应热用一定条件下的焓变表示,符号为ΔH,单位为kJ·mol-1。
2.吸热反应与放热反应
(1)从能量高低角度理解
对于放热反应:
反应物的总能量=生成物的总能量+放出的热量;
对于吸热反应:
反应物的总能量=生成物的总能量-吸收的热量。
(2)从化学键角度理解
微助学
两点说明
正确判断吸、放热反应
1.物质的物理变化过程中,也会有能量的变化,不属于吸热反应或放热反应。
但在进行反应热的有关计算时,必须要考虑到物理变化时的热效应,如物质的三态变化。
2.化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。
如吸热反应NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O在常温常压下即可进行,而很多放热反应需要在加热的条件下才能进行。
微诊断
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.物质发生化学变化都伴随着能量变化。
(√)
提示 任何化学反应均有化学键的断裂和形成,断键吸热,成键放热,所以一定伴随着能量变化。
2.放热反应不需要加热就能反应,吸热反应需要加热才能反应。
(×)
提示 化学反应是吸热还是放热与反应条件没有必然联系。
3.若反应物总能量大于生成物总能量,则反应为吸热反应。
(×)
提示 若反应物总能量大于生成物总能量,则反应为放热反应。
4.放热反应、吸热反应的热效应与反应的过程有关。
(×)
提示 放热反应、吸热反应的热效应与反应的过程无关,取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。
5.活化能越大,表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越大。
(√)
提示 断裂旧化学键所需要克服的能量总和就等于该反应的活化能,故说法正确。
微练一 焓变与反应热的概念
1.已知反应X+Y===M+N为吸热反应,对这个反应的下列说法中正确的是( )
A.X的能量一定低于M的能量,Y的能量一定低于N的能量
B.因为该反应为吸热反应,故一定要加热反应才能进行
C.破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量
D.X和Y的总能量一定低于M和N的总能量
解析 已知X+Y===M+N ΔH>0,说明X与Y总能量低于M与N总能量,A项错误,D项正确;吸热反应有的不需要加热也可反应,如氢氧化钡晶体与氯化铵混合搅拌即可发生反应,B项错误;破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量,C项错误。
答案 D
2.下列说法中正确的是( )
A.在化学反应过程中,发生物质变化的同时不一定发生能量变化
B.破坏生成物全部化学键所需要的能量大于破坏反应物全部化学键所需要的能量时,该反应为吸热反应
C.生成物的总焓大于反应物的总焓时,反应吸热,ΔH>0
D.ΔH的大小与热化学方程式的化学计量数无关
解析 化学反应中一定有能量变化,A项错误;由ΔH=断开旧化学键吸收的能量-形成新化学键放出的能量,得ΔH<0,故为放热反应,B项错误;热化学方程式的化学计量数改变,ΔH也相应改变,D项错误。
答案 C
微练二 根据图形,理清活化能与焓变的关系
3.(2019·河南模拟)研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示,下列说法错误的是( )
A.反应总过程ΔH<0
B.Fe+使反应的活化能减小
C.FeO+也是该反应的催化剂
D.Fe++N2O―→FeO++N2、FeO++CO―→Fe++CO2两步反应均为放热反应
解析 反应总过程为N2O+CO===N2+CO2,根据图示可知,反应物总能量高于生成物总能量,为放热反应,ΔH<0,A项正确;根据反应历程,Fe+为催化剂,能够降低反应的活化能,B项正确;FeO+为中间产物,而不是催化剂,C项错误;根据图示,Fe++N2O―→FeO++N2、FeO++CO―→Fe++CO2两反应中反应物总能量均高于生成物总能量,均为放热反应,D项正确。
答案 C
4.反应A+B―→C(ΔH<0)分两步进行:
①A+B―→X(ΔH>0),②X―→C(ΔH<0)。
下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
解析 由A+B―→X ΔH>0可知,X的能量比A和B的能量和大。
由X―→C ΔH<0可知,C的能量比X的能量低,分析图象可知,D项正确。
答案 D
5.某反应过程中体系的能量变化如图所示,下列说法错误的是( )
B.E1为反应物的平均能量与过渡态的能量差,称为正反应的活化能
C.正反应的热效应ΔH=E1-E2<0,所以正反应为放热反应
D.此图中逆反应的热效应ΔH=E1-E2<0,所以逆反应为放热反应
解析 该图表示的正反应放热,ΔH为负值,逆反应吸热,ΔH为正值,D项错误。
答案 D
1.正确理解活化能与反应热的关系
(1)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。
(2)在无催化剂的情况下,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,即E1=E2+|ΔH|。
2.反应热答题规范指导
(1)描述反应热时,无论是用“反应热”“焓变”表示还是用ΔH表示,其后所跟数值都需要带“+”“-”符号。
如某反应的反应热(或焓变)为ΔH=-QkJ·mol-1或ΔH=+QkJ·mol-1。
(2)由于中和反应和燃烧均是放热反应,表示中和热和燃烧热时可不带“-”号。
如某物质的燃烧热为ΔH=-QkJ·mol-1或QkJ·mol-1。
微练三 利用键能计算反应热
6.SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。
已知:
1molS(s)转化为气态硫原子吸收能量280kJ,断裂1molF—F、S—F键需要吸收的能量分别为160kJ、330kJ,则S(s)+3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为________________。
解析 断裂1molS—S键吸收能量280kJ,断裂3molF—F键吸收能量3×160kJ,则吸收的总能量为Q吸=280kJ+3×160kJ=760kJ,释放的总能量为Q放=330kJ×6=1980kJ,由反应方程式:
S(s)+3F2(g)===SF6(g)可知,ΔH=760kJ·mol-1-1980kJ·mol-1=-1220kJ·mol-1。
答案 -1220kJ·mol-1
7.通常把拆开1mol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(ΔH),化学反应的ΔH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。
下面列举了一些化学键的键能数据,供计算使用。
工业上的高纯硅可通过下列反应制取:
SiCl4(g)+2H2(g)===Si(s)+4HCl(g),该反应的反应热ΔH为________________。
解析 SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算,而产物硅属于原子晶体,可根据原子晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。
1mol晶体硅中所含的Si—Si键为2mol,即制取高纯硅反应的反应热ΔH=4×360kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1-(2×176kJ·mol-1+4×431kJ·mol-1)=+236kJ·mol-1。
答案 +236kJ·mol-1
1.熟记反应热ΔH的基本计算公式
ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量
ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能
2.规避两个易失分点
(1)旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任何一个过程都不是化学变化。
(2)计算物质中键的个数时,不能忽略物质的结构,如1mol晶体硅中含2molSi—Si键,1molSiO2中含4molSi—O键。
微考点2 热化学方程式
1.热化学方程式
表示参加反应物质的物质的量和反应热关系的化学方程式。
2.意义
热化学方程式不仅能够表明化学反应中的物质变化,也能表明化学反应中的能量变化。
如2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1:
表示在25℃、101kPa条件下,2_mol_H2(g)和1_mol_O2(g)完全反应生成2_mol_H2O(l)时释放571.6_kJ的能量。
3.热化学方程式书写注意事项
(1)注明反应条件:
反应热与测定条件(温度、压强等)有关。
绝大多数反应是在25℃、101kPa下进行的,可不注明。
(2)注明物质状态:
常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。
(3)注意符号单位:
ΔH应包括“+”或“-”,数字和单位(kJ·mol-1)。
(4)注意守恒关系:
①原子守恒和得失电子守恒;②能量守恒。
(ΔH与化学计量数相对应)
(5)区别于普通方程式:
一般不注“↑”“↓”以及“点燃”“加热”等。
(6)注意热化学方程式的化学计量数
热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量,可以是整数,也可以是分数。
且化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。
(7)同素异形体转化的热化学方程式除了注明状态外,还要注明名称。
微助学
我的警示
“ΔH”与反应的“可逆性”
可逆反应的ΔH表示反应物完全反应的热量变化。
如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4kJ·mol-1。
表示在298K时,1molN2(g)和3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)时放出92.4kJ的热量。
但实际上1molN2(g)和3molH2(g)充分反应,不可能生成2molNH3(g),故实际反应放出的热量肯定小于92.4kJ。
微诊断
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.C(石墨,s)=C(金刚石,s) ΔH>0,说明石墨比金刚石稳定。
(√)
2.对于SO2(g)+
O2(g)SO3(g)ΔH=-QkJ·mol-1,增大压强平衡右移,放出的热量增大,ΔH减小。
(×)
提示 反应热ΔH的数值与化学平衡的移动无关。
3.热化学方程式H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1表示的意义:
发生上述反应生成1molH2O(g)后放出241.8kJ的热量。
(√)
提示 反应热ΔH单位中的“mol-1”代表的是1mol上述反应,不是指具体物质的物质的量。
4.热化学方程式前面的计量数不仅表示分子数也表示物质的量。
(×)
提示 热化学方程式前面的计量数只表示物质的量不表示分子数。
5.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3kJ。
(×)
提示 反应热的单位应该是kJ·mol-1。
微练四 “五”审,快速判断热化学方程式的正误
8.下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)( )
A.C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1367.0kJ/mol(燃烧热)
B.NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)
ΔH=+57.3kJ/mol(中和热)
C.S(s)+O2(g)===SO2(g)
ΔH=-296.8kJ/mol(反应热)
D.2NO2===O2+2NO
ΔH=+116.2kJ/mol(反应热)
解析 A项,H2O应为液态;B项,中和反应为放热反应,ΔH为负值;D项,各物质未注明聚集状态。
答案 C
9.实验测得:
101kPa时,1molH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ的热量;1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出890.3kJ的热量。
下列热化学方程式的书写正确的是( )
①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=+890.3kJ·mol-1
②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890.3kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-890.3kJ·mol-1
④2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6kJ·mol-1
A.②B.②④
C.②③④D.①②③④
解析 书写热化学方程式时要重点注意其与普通化学方程式不同的几点:
(1)单位是kJ·mol-1,不是kJ;
(2)数值,ΔH的数值要与方程式中化学计量数保持一致;(3)符号,吸热用“+”,放热用“-”。
仅②④符合要求。
答案 B
判断热化学方程式正误的“五审”
微练五 热化学方程式的书写
10.依据事实写出下列反应的热化学方程式。
(1)1g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2,需要吸收10.94kJ热量,此反应的热化学方程式为_____________________________。
(2)已知2.0g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和水蒸气时,放出33.4kJ的热量,则表示肼燃烧的热化学方程式为________________________________。
(3)2molAl(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s),放出1669.8kJ的热量。
此反应的热化学方程式为___________________________。
(4)2.3g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃,恰好完全燃烧,生成2.7g液态水和2.24LCO2(标准状况)并放出68.35kJ的热量。
写出此反应的热化学方程式:
________________________________。
解析
(1)1g
碳与适量水蒸气反应生成CO和H2,需吸收10.94kJ热量,则碳与水蒸气反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28kJ·mol-1。
(2)2.0g
肼气体在氧气中完全燃烧生成氮气和水蒸气时放出33.4kJ热量,则表示肼燃烧的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4kJ·mol-1。
(3)2molAl(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s),放出1669.8kJ的热量,则此反应的热化学方程式为4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-1669.8kJ·mol-1×2=-3339.6kJ·mol-1。
(4)通过燃烧的产物可知该有机物中肯定含有碳元素和氢元素,可能含有氧元素。
n(H2O)=
=0.15mol,n(H)=0.3mol,m(H)=0.3g,n(CO2)=
=0.1mol,n(C)=0.1mol,m(C)=1.2g,则碳元素和氢元素的质量之和是0.3g+1.2g=1.5g<2.3g,故该有机物中还含有氧元素,氧元素的质量是2.3g-1.5g=0.8g,n(O)=0.05mol,从而可确定该有机物的分子式为C2H6O,该液态有机物为C2H5OH(l),故该反应的热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1367kJ·mol-1。
答案
(1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28kJ·mol-1
(2)N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4kJ·mol-1
(3)4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-3339.6kJ·mol-1
(4)C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1367kJ·mol-1
微练六 依据能量图象书写热化学方程式
11.已知化学反应A2(g)+B2(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:
_____________________________
________________________________________________________。
解析 由图可知,生成物总能量高于反应物总能量,故该反应为吸热反应,ΔH=+(a-b)kJ·mol-1。
答案 A2(g)+B2(g)===2AB(g) ΔH=+(a-b)kJ·mol-1
12.一定条件下,在水溶液中1molCl-、ClO
(x=1,2,3,4)的能量(kJ)相对大小如图所示。
(1)D是__________(填离子符号)。
(2)B―→A+C反应的热化学方程式为____________________
____________________________________(用离子符号表示)。
解析 D中氯元素的化合价为+7价,应为高氯酸根离子ClO
;写出B―→A+C的化学方程式,利用生成物的总能量减去反应物的总能量求得ΔH=(63-60×3)kJ·mol-1=-117kJ·mol-1,写出热化学方程式。
答案
(1)ClO
(2)3ClO-(aq)===ClO
(aq)+2Cl-(aq)
ΔH=-117kJ·mol-1
微考点3 燃烧热和中和热 能源
1.燃烧热
2.中和热
3.中和反应反应热的测定
(1)装置:
(请在横线上填写仪器名称)
(2)计算公式:
ΔH=-
kJ·mol-1
c:
反应混合液比热容,
m:
反应混合液的质量,
n:
反应生成水的物质的量,
t1:
起始温度,t2:
终止温度。
(3)注意事项
①泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热,减少实验过程中的热量损失。
②为保证酸完全中和,采取的措施是碱稍过量。
③因为弱酸或弱碱存在电离平衡,电离过程需要吸热,实验中若使用弱酸、弱碱则测得的反应热偏小。
4.能源
微助学
1.在书写表示燃烧热的热化学方程式时,应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。
例如
C8H18(l)+
O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l)
ΔH=-5518kJ·mol-1,即C8H18的燃烧热
ΔH=-5518kJ·mol-1。
2.中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成1molH2O放出的热量,为57.3kJ·mol-1,弱酸弱碱电离时吸热,放出的热量小于57.3kJ·mol-1,浓硫酸稀释时放热,放出的热量大于57.3kJ·mol-1。
3.对于中和热、燃烧热,用文字描述时不带负号,但其焓变(ΔH)还是为负值;另外,在关于反应热的文字描述中必须带上“+”或“-”。
微诊断
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.H2(g)的燃烧热ΔH=-285.8kJ·mol-1,则2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6kJ·mol-1。
(×)
提示 燃烧热生成的水是液态,此方程式中水为气态。
2.已知中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1,则H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===2H2O(l)+BaSO4(s) ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1。
(×)
提示 此方程式中不仅有中和反应还有生成BaSO4沉淀的反应。
3.已知中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1,则CH3COOH(aq)+NH3·H2O(aq)===CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
(×)
提示 CH3COOH、NH3·H2O为弱酸、弱碱,存在电离平衡,电离吸热,所以放出的热量小于57.3kJ。
4.1mol硫完全燃烧生成SO3所放出的热量为硫的燃烧热。
(×)
提
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