高考化学复习专题：化学能与热能

学习必备欢迎下载专题复习：化学能与热能一.化学反应的焓变1．定义：化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以热量（或转换成相应的热量）来表示，称为焓变（ΔH），单位：kJ/mol或kJ•mol-1在化学反应中，旧键的断裂需要吸收能量，而新键的形成则放出能量。总能量的变化取决于上述两个过程能量变化的相对大小。任何一个化学反应中，反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量总不会相等的。在新物质产生的同时总是伴随着能量的变化。注意：反应热和键能的关系例如：1molH2和1molCl2反应生成2molHCl的反应热的计算。1moLH2分子断裂开H—H键需要吸收436kJ的能量；1molCl2分子断裂开Cl—Cl键需要吸收243kJ的能量，而2molHCl分子形成2molH—Cl键放出431kJ·mol-1×2mol=862kJ的能量，所以，该反应H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）的反应热△H===生成物分子形成时释放的总能量—反应物分子断裂时所需要吸收的总能量===862kJ·mol--436kJ·mol-1-243kJ·mol—1===183kJ·mol-1由于反应后放出的能量使反应本身的能量降低，故规定△H=反应物的键能总和—生成物的键能总和（2）反应焓变与反应条件的关系焓是科学家们为了便于计算反应热而定义的一个物理量，它的数值与物质具有的能量有关。对于一定量的纯净物质，在一定的状态（如温度、压强）下，焓有确定的数值。在同样的条件下，不同的物质具有的能量也不同，焓的数值也就不同；同一物质所处的环境条件（温度、压强）不同，以及物质的聚集状态不同，焓的数值也不同。焓的数值的大小与物质的量有关，在相同的条件下，当物质的物质的量增加一倍时，焓的数值也增加一倍。因此，当一个化学放映在不同的条件下进行，尤其是物质的聚集状态不同时，反应焓变是不同的。2．放热反应和吸热反应(1)放热反应：即有热量放出的化学反应，其反应物的总能量大于生成物的总能量。(2)吸热反应：即吸收热量的化学反应，其反应物的总能量小于生成物的总能量。3．化学反应中的能量变化示意图对于该“示意图”可理解为下列形式：由能量守恒可得：反应物的总能量：生成物的总能量+热量(放热反应)反应物的总能量：生成物的总能量-热量(吸热反应)4．燃料充分燃烧的两个条件(1)要有足够的空气(2)燃料与空气要有足够大的接触面。二.热化学方程式1．热化学方程式与普通化学方程式的区别有三点不同（1）热化学方程式必须标有热量变化。（2）热化学方程式中必须标明反应物和生成物的状态，因为反应热除跟物质的量有关外，还与反应物和生成物的聚集状态有关。（3）热化学方程式中各物质的系数只表示各物质对应的物质的量，因此，有时可用分数表示，但要注意反应热也发生相应变化。2．书写热化学方程式时明确以下问题：(1)反应放出或吸收的热量的多少与外界的温度和压强有关，需要注明，未特别注明的指101kPa和25℃时的数据。(2)物质的聚集状态不同，反应吸收和放出的热量不同，因此要注明反应物和生成物的聚集状态。能量反应过程反应过程反应物生成物能量△H0△H0反应物生成物学习必备欢迎下载(3)热化学方程式中的热量数据，是与各化学计量数为物质的量时相对应的，不是几个分子反应的热效应。因此式中化学计量数可以是整数，也可以是分数。一般出现分数时是以某一反应物或生成物为“1mol”时其它物质才出现的。(4)无论热化学方程式中化学计量数为多少，△H的单位总是KJ/mol，但△H的数值与反应式中的系数有关。三.燃烧热、中和热1.燃烧热(1)概念：在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用kJ／mol表示。注意：完全燃烧，是指物质中下列元素完全转变成对应的物质：C→C02，H→H20，S→S02等。(2)表示的意义：例如C的燃烧热为393.5kJ／mol，表示在101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。2.中和热(1)概念：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1molH20，这时的反应热叫中和热。(2)中和热的表示：H+(aq)+OH-(aq)=H2O(1)；△H=-57.3kJ／mol。3.使用化石燃料的利弊及新能源的开发(1)重要的化石燃料：煤、石油、天然气(2)煤作燃料的利弊问题①煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。②煤直接燃烧时产生S02等有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染。③煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用效率低，且运输不方便。④可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤燃烧的热利用率。(3)新能源的开发①调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油气资源，加强科技投入，加快开发水电、核电和新能源等就显得尤为重要和迫切。②最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能等。这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，对环境没有污染或污染少。●理解中和热时注意：①稀溶液是指溶于大量水的离子。②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、电解质电离的吸热所伴随的热效应。③中和反应的实质是H+和OH-化合生成H20，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热内。四.中和热测定实验在50mL1.0mol/L盐酸跟50mL1.1mol/L氢氧化钠溶液在下图装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。试回答下列问题。（1）大小烧杯间填满碎纸条的作用是什么？（2）大烧杯上如不盖硬纸板，对求得中和热的数值有何影响?（3）改用60mL1.0mol/L盐酸跟50mL1.1mol/L氢氧化钠溶液进行反应，与上述实验相比，所放热量是否相等?所求中和热数值是否相等？简述理由。（4）用相同浓度和体积的氨水代替氢氧化钠溶液进行上述实验，为什么测得中和热的数值偏低？五.反应焓变的计算1．盖斯定律：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓（热量）变是一样的。2．据盖斯定律计算化学反应的焓变进行反应的焓变计算应注意的问题（1）由于△H与反应物的物质的量有关，因此热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与△H相对应。如化学计量数成倍减少或增加，则△H也要成倍的减少或成倍的增加。当反应向逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，正负号相反。（2）在使用盖斯定律时，伴随着两个或多个方程式的加减处理时，△H的计算一定要带上正负号。Ⅳ.典型例题题型一：有关热化学反应方程式的的含义及书写1.已知一定量的物质参加反应放出的热量，写出其热化学反应方程式例1.将0.3mol的气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ热量，该反应的热化学方程式为_____________。又已知：H2O（g）=H2O（l）；△H2＝－44.0kJ/mol，则11.2L（标准状况）乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热学习必备欢迎下载量是_____________kJ。【解析】0.3mol乙硼烷完全燃烧生成液态水放出649.5kJ热量，则1mol乙硼烷完全燃烧放出的热量为：因此乙硼烷燃烧的热化学反应方程式为：。由于1mol水汽化需吸热44kJ，则3mol液态水全部汽化应吸热：，所以1mol乙硼烷完全燃烧产生气态水时放热：，则11.2L（标准状况）乙硼烷完全燃烧产生气态水放出热量是：。2、有关反应焓变的计算（1）盖斯定律及其应用化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与具体反应进行的途径无关，如果一个反应可以分几步进行，则各分步及反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的，这就是盖斯定律。例如：可以通过两种途径来完成。如上图已知：H2（g）+1/2O2（g）=H2O（g）；△H1=－241.8kJ/molH2O（g）=H2O（l）；△H2=－44.0kJ/mol根据盖斯定律，则△H=△H1＋△H2=－241.8kJ/mol+（－44.0kJ/mol）=－285.8kJ/mol其数值与用量热计测得的数据相同。例2.科学家盖斯曾提出：“不管化学过程是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的。”利用盖斯定律可测某些特别反应的热效应。（1）（s，白磷）+；（2）；则白磷转化为红磷的热化学方程式_____________。相同的状况下，能量较低的是_________；白磷的稳定性比红磷___________（填“高”或“低”）。【解析】依题意求：；可设计如下反应过程：；据盖斯定律有=（-2983.2+4×738.5）kJ/mol=-29.2kJ/mol，即；。白磷转化为红磷是放热反应，稳定性比红磷低（能量越低越稳定）。（2）根据一定量的物质参加反应放出的热量（或根据已知的热化学方程式），进行有关反应焓变的计算或比较大小。例3、已知：)()()(22gCOgOsC；molkJH/5.393；欲得到相同的热量，需分别燃烧固体碳和氢气的质量比约为A.2:3.25B.12:3.25C.1:1D.393.5:241.8【解析】由题意可列得方程)(41)(45)(1042sOPgOsP，红磷molkJH/8.241)()(21)(222lOHgOgH学习必备欢迎下载molkJHnmolkJCn/8.241)(/5.393)(25.3938.241)()(2HnCn25.31225.393128.241)()(2HmCm答案：B(3)利用键能计算反应热方法：ΔH=∑E(反应物)－∑E（生成物），即反应热等于反应物的键能总和跟生成物的键能总和之差。通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能常用E表示，单位是kJ/mol。例题4．CH3—CH3→CH2＝CH2＋H2；有关化学键的键能如下。化学键C－HC＝CC－CH－H键能（kJ/mol）414.4615.3347.4435.3试计算该反应的反应热【解析】ΔH=[6E(C－H)＋E(C－C)]－[E(C＝C)＋4E(C－H)＋E(H－H)]=(6×414.4＋347.4)kJ/mol－(615.3＋4×414.4＋435.3)kJ/mol=＋125.6kJ/mol这表明，上述反应是吸热的，吸收的热量为125.6kJ/mol。题型三：燃烧热、中和热的判断、求算及测量例5、下列说法正确的是A.在101kPa时，1mol物质完全燃烧时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热B.酸和碱发生中和反应生成1mol水，这时的反应热叫中和热C.燃烧热或中和热是反应热的种类之一D.在稀溶液中，1molCH3COOH和1molNaOH完全中和时放出的热量为57.3kJ【解析】本题旨在考查对燃烧热、中和热的定义的理解，特别是两概念中应注意的问题，故不难确定答案为C。专题二：热化学方程式的书写与计算应用一、热化学方程式的书写与普通化学方程式相比，书写热化学方程式除了遵循书写普通化学方程式外，还应该注意以下几点：①反应热ΔH与测定的条件（温度、压强）有关，同一个化学反应，在不同温度或压强下进行时，所产生的热效应一般不同，因此书写热化学方程式时，要注明应热ΔH的测定条件。在25℃、101kPa时的化学反应热通常称为标准反应热，一般不注明反应的温度和压强时，即为此条件下的反应热。②同一个化学反应，由于聚集状态不同，反应热数值不同，因此热化学方程式必须注明每个反应物和生成物的聚集状态，反应热ΔH一般写在热化学方程式的右边。放热为负值，吸热为正值，单位为kJ·mol－1（kJ/mol）。聚集状态固体用“s”、液体用“l”、气体用“g”、溶液用“aq”等表示，只有这样才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中不标“↑”或“↓”。③对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。如：S(s，单斜)+O2(g)===SO(g)△H1＝－297.16kJ/molS(s，正交)+O2(g)===SO(g)△H2