高考化學二輪復習專題七化學反應(yīng)與熱能課件

專題七化學反應(yīng)與熱能第一編2022內(nèi)容索引010203考點一化學反應(yīng)的熱效應(yīng)考點二蓋斯定律的應(yīng)用專項模塊素養(yǎng)培優(yōu)五年高考

命題研究

高頻考點五年考向命題角度再思考1.化學反應(yīng)的熱效應(yīng)考向1.反應(yīng)熱圖像和反應(yīng)機理分析:[2021湖南卷,14][2020全國Ⅰ卷,10][2019全國Ⅰ卷,28]考向1.命題可能結(jié)合化學鍵、氧化還原反應(yīng)配平、化學反應(yīng)速率和化學平衡綜合考查考向2.命題可能結(jié)合熱化學方程式的書寫、反應(yīng)熱的計算綜合考查考向2.燃燒熱與中和熱:[2021河北卷,16][2020全國Ⅱ卷,28]高頻考點五年考向命題角度再思考2.蓋斯定律的應(yīng)用考向1.熱化學方程式的書寫與反應(yīng)熱的計算:[2021湖南卷,16]考向1.命題可能結(jié)合活化能、化學反應(yīng)的方向綜合考查考向2.命題可能結(jié)合化學鍵鍵能、化學反應(yīng)機理考查圖像題或圖表題考向2.蓋斯定律的應(yīng)用:[2020全國Ⅰ卷,28][2018全國Ⅰ卷,28][2017全國Ⅰ卷,28]考點一化學反應(yīng)的熱效應(yīng)要點歸納?再提升1.對能量圖像的全面剖析

微點撥(1)E2也可表示逆反應(yīng)的活化能。(2)涉及反應(yīng)熱的有關(guān)計算時,要特別注意圖示中反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量。2.反應(yīng)熱的量化參數(shù)——鍵能

ΔH=E1-E2或ΔH=E4-E3,即ΔH等于反應(yīng)物的鍵能總和減去生成物的鍵能總和,也等于生成物具有的總能量減去反應(yīng)物具有的總能量。3.對燃燒熱和中和熱的理解

經(jīng)典對練?得高分考向1

反應(yīng)熱圖像和反應(yīng)機理分析真題示例1-1.(2020全國Ⅰ卷,10)銠的配合物離子[Rh(CO)2I2]-可催化甲醇羰基化,反應(yīng)過程如圖所示。下列敘述錯誤的是(

)A.CH3COI是反應(yīng)中間體B.甲醇羰基化反應(yīng)為CH3OH+CO==CH3CO2HC.反應(yīng)過程中Rh的成鍵數(shù)目保持不變D.存在反應(yīng)CH3OH+HI==CH3I+H2O思路點撥第一步看圖示、找變化、想反應(yīng)。(1)銠的配合物在反應(yīng)過程中處于循環(huán)變化過程,根據(jù)題意可知,[Rh(CO)2I2]-在該過程中作催化劑,其他含銠的配合物屬于中間產(chǎn)物。(2)CO和CH3OH均屬于反應(yīng)物;CH3CO2H是生成物,CH3COI、CH3I、H2O、HI屬于反應(yīng)的中間體。第二步看選項、找原理、判正誤。答案C

1-2.(2020全國Ⅱ卷,11)據(jù)文獻報道:Fe(CO)5催化某反應(yīng)的一種反應(yīng)機理如下圖所示。下列敘述錯誤的是(

)A.OH-參與了該催化循環(huán)B.該反應(yīng)可產(chǎn)生清潔燃料H2C.該反應(yīng)可消耗溫室氣體CO2D.該催化循環(huán)中Fe的成鍵數(shù)目發(fā)生變化答案C

解析

第一步看圖示、找變化、想反應(yīng)。

(1)鐵的配合物參與循環(huán)變化過程,根據(jù)題意可知,Fe(CO)5在該過程中作催化劑,其他含鐵的配合物是中間產(chǎn)物;(2)只出現(xiàn)在箭尾上的物質(zhì)有CO、H2O,即為反應(yīng)物;只出現(xiàn)在箭頭上的物質(zhì)有H2、CO2,即為生成物;既出現(xiàn)在箭尾上又出現(xiàn)在箭頭上的物質(zhì)有OH-,即為中間產(chǎn)物。由此可知,該反應(yīng)的化學方程式為CO+H2OH2+CO2。第二步看選項、找原理、判正誤。由上述分析可知,OH-有消耗也有生成,說明OH-參與了該催化循環(huán),A項正確;由反應(yīng)的化學方程式可知,該反應(yīng)生成了H2,H2為清潔燃料,B項正確;由反應(yīng)的化學方程式可知,CO2是該反應(yīng)的生成物,而不是消耗CO2,C項錯誤;從反應(yīng)機理圖可知,Fe的成鍵數(shù)目和成鍵微粒在該循環(huán)過程中均發(fā)生了變化,D項正確。對點演練1-1.(2021廣東新高考適應(yīng)卷)我國科學家研究了活性炭催化條件下煤氣中的H2S和Hg的協(xié)同脫除,部分反應(yīng)機理如圖(吸附在催化劑表面的物種用*標注)。有關(guān)該過程的敘述錯誤的是(

)A.產(chǎn)生清潔燃料H2B.H2S脫除率為100%C.H2S既被氧化又被還原D.脫Hg反應(yīng)為Hg+S==HgS答案B

解析

H2S被吸附在催化劑活性炭表面形成H原子,H原子與H原子成鍵生成H2,A正確;由圖可知,H2S分解產(chǎn)生的H2和S單質(zhì)會再次生成H2S,因此脫除率小于100%,B錯誤;由圖可知,H2S生成S單質(zhì)的過程中,硫元素的化合價升高,被氧化,H2S生成H2的過程中,H元素化合價降低,被還原,C正確;根據(jù)題意,該過程是H2S和Hg的協(xié)同脫除,故生成的S單質(zhì)與Hg反應(yīng)生成HgS,D正確。1-2.(2021湖北新高考適應(yīng)卷)最新文獻報道,有機小分子可催化多氟芳烴的取代反應(yīng),機理如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.2是催化劑B.4和7都是反應(yīng)中間體C.2向4的轉(zhuǎn)化過程中有非極性鍵與極性健的斷裂與形成答案C

解析

分析機理圖可知反應(yīng)歷程:2+3→4,4+5→6+7,7→1+2,總反應(yīng)為3+5→6+1,2是催化劑,4和7是反應(yīng)中間體。由分析可知,2是催化劑,A正確;4和7都是反應(yīng)中間體,B正確;由圖可知,2向4的轉(zhuǎn)化過程中有碳氟鍵斷裂,有碳氮鍵形成,即有極性鍵的斷裂和形成,無非極性鍵的斷裂與形成,C錯誤;5到1的總變化為4中—NO2對位的C上的原子團被X取代,若5為1-3.(2021湖南長沙明德中學三模)Ni可活化C2H6放出CH4,其反應(yīng)歷程如下圖所示:下列關(guān)于活化歷程的說法錯誤的是(

)A.此反應(yīng)的決速步驟:中間體2→中間體3B.只涉及極性鍵的斷裂和生成C.在此反應(yīng)過程中Ni的成鍵數(shù)目發(fā)生變化D.Ni(s)+C2H6(g)==NiCH2(s)+CH4(g)

ΔH=-6.57kJ·mol-1答案

B

解析

中間體2→中間體3能量差值最大,該步反應(yīng)的活化能最大,是題給化學反應(yīng)的決定速率的步驟,A正確;反應(yīng)過程涉及C—C鍵斷裂和C—H鍵形成,涉及非極性鍵的斷裂和極性鍵的形成,B錯誤;根據(jù)圖示可知,在此反應(yīng)過程中Ni的成鍵數(shù)目在發(fā)生變化,C正確;Ni(s)+C2H6(g)==NiCH2(s)+CH4(g)

ΔH=E生成物-E反應(yīng)物=-6.57

kJ·mol-1-0

kJ·mol-1=-6.57

kJ·mol-1,D正確?？枷?

燃燒熱與中和熱真題示例2-1.(2020全國Ⅱ卷,28節(jié)選)天然氣的主要成分為CH4,一般還含有C2H6等烴類,是重要的燃料和化工原料。乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng):C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)

ΔH1,相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示:物質(zhì)C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol-1)-1560-1411-286ΔH1=

kJ·mol-1。

思路點撥蓋斯定律的應(yīng)用。第一步,由已知燃燒熱寫出如下熱化學方程式:Ⅰ.C2H6(g)+O2(g)==2CO2(g)+3H2O(l)ΔH1=-1

560

kJ·mol-1;Ⅱ.C2H4(g)+3O2(g)==2CO2(g)+2H2O(l)ΔH2=-1

411

kJ·mol-1;Ⅲ.H2(g)+O2(g)==H2O(l)

ΔH3=-286

kJ·mol-1第二步,根據(jù)蓋斯定律推出目標反應(yīng)的熱化學方程式。Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ得C2H6(g)==C2H4(g)+H2(g)ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3=(-1

560

kJ·mol-1)-(-1

411

kJ·mol-1)-(-286

kJ·mol-1)=+137

kJ·mol-1答案

+1372-2.(2021河北卷,16節(jié)選)當今,世界多國相繼規(guī)劃了碳達峰、碳中和的時間節(jié)點。因此,研發(fā)二氧化碳利用技術(shù)、降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點。大氣中的二氧化碳主要來自于煤、石油及其他含碳化合物的燃燒。已知25℃時,相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表:物質(zhì)H2(g)C(石墨,s)C6H6(l)-285.8-393.5-3267.5則25℃時H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的熱化學方程式為

。

答案

3H2(g)+6C(石墨,s)==C6H6(l)

ΔH=+49.1kJ·mol-1解析

根據(jù)H2(g)、C(石墨,s)和C6H6(l)的燃燒熱,寫出其熱化學方程式分別為H2(g)+O2(g)==H2O(l)

ΔH1=-285.8

kJ·mol-1①,C(石墨,s)

+O2(g)

==CO2(g)

ΔH2=-393.5

kJ·mol-1②,C6H6(l)+O2(g)==6CO2(g)+3H2O(l)

ΔH3=-3

267.5

kJ·mol-1③,H2(g)與C(石墨,s)反應(yīng)生成C6H6(l)的化學方程式為3H2(g)+6C(石墨,s)==C6H6(l),根據(jù)蓋斯定律得ΔH=ΔH1×3+ΔH2×6-ΔH3,即熱化學方程式為3H2(g)+6C(石墨,s)==C6H6(l)

ΔH=+49.1

kJ·mol-1。2-3.(2021重慶新高考適應(yīng)卷,11)已知Δ(g)+H2(g)→CH3CH2CH3(g)

ΔH=-157kJ·mol-1。已知環(huán)丙烷(g)的燃燒熱ΔH=-2092kJ·mol-1,丙烷(g)的燃燒熱ΔH=-2220kJ·mol-1,1mol液態(tài)水蒸發(fā)為氣態(tài)水的焓變?yōu)棣=+44kJ·mol-1。則2mol氫氣完全燃燒生成氣態(tài)水的ΔH為(

)A.-658kJ·mol-1 B.-482kJ·mol-1C.-329kJ·mol-1 D.-285kJ·mol-1答案B

解析

已知反應(yīng)①為△(g)+H2(g)→CH3CH2CH3(g)

ΔH1=-157

kJ·mol-1。反應(yīng)②:△(g)+O2(g)==3CO2(g)+3H2O(l)

ΔH2=-2

092

kJ·mol-1,反應(yīng)③:CH3CH2CH3(g)+5O2(g)==3CO2(g)+4H2O(l)

ΔH3=-2

220

kJ·mol-1,變化④H2O(l)==H2O(g)

ΔH4=+44

kJ·mol-1,根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)①-反應(yīng)②+反應(yīng)③+變化④得到反應(yīng):H2(g)+O2(g)==H2O(g)

ΔH=ΔH1-ΔH2+ΔH3+ΔH4=-241

kJ·mol-1,則2

mol氫氣完全燃燒生成氣態(tài)水的熱化學方程式為2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)

ΔH=-482

kJ·mol-1,B正確。對點演練2-1.(2021湖北荊門月考)下列說法或表示方法正確的是(

)A.CO(g)的燃燒熱ΔH=-283.0kJ·mol-1,則表示CO(g)的燃燒熱的熱化學方程式為2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)

ΔH=-283.0kJ·mol-1B.含0.5mol草酸的稀溶液和含1mol氫氧化鈉的稀溶液混合,放出熱量等于57.3kJC.在稀溶液中:H+(aq)+OH-(aq)==H2O(l)

ΔH=-57.3kJ·mol-1,若將含0.5molH2SO4的濃硫酸與含1molNaOH的溶液混合,放出的熱量等于57.3kJD.在101kPa時,2gH2完全燃燒生成液態(tài)水,放出285.8kJ熱量,則氫氣燃燒的熱化學方程式可表示為2H2(g)+O2(g)==2H2O(l)

ΔH=-571.6kJ·mol-1答案D

解析

燃燒熱是指1

mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物所放出的能量,CO(g)的燃燒熱ΔH=-283.0

kJ·mol-1,則表示CO(g)的燃燒熱的熱化學方程式為CO(g)+O2(g)==CO2(g)

ΔH=-283.0

kJ·mol-1,故A錯誤;草酸是弱酸,電離過程吸熱,含0.5

mol草酸的稀溶液和含1

mol氫氧化鈉的稀溶液混合,放出熱量小于57.3

kJ,故B錯誤;在稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)

==H2O(l)

ΔH=-57.3

kJ·mol-1,濃硫酸稀釋放熱,所以將含0.5

mol

H2SO4的濃硫酸與含1

mol

NaOH的溶液混合,放出的熱量大于57.3

kJ,故C錯誤;2

g

H2的物質(zhì)的量是1

mol,完全燃燒生成液態(tài)水,放出285.8

kJ熱量,表示氫氣燃燒的熱化學方程式為2H2(g)+O2(g)==2H2O(l)

ΔH=-571.6

kJ·mol-1,故D正確。2-2.(2021河北唐山調(diào)研)25℃、101kPa時,強酸與強堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)的中和熱ΔH=-57.3kJ·mol-1,辛烷的燃燒熱ΔH=-5518kJ·mol-1。下列熱化學方程式書寫正確的是(

)答案B

解析

A項,所列熱化學方程式中有兩個錯誤,一是中和熱是指反應(yīng)生成1

mol

H2O(l)時的反應(yīng)熱,二是當有BaSO4沉淀生成時,反應(yīng)放出的熱量會增加,生成1

mol

H2O(l)時放出的熱量大于57.3

kJ,錯誤;C項,燃燒熱是指1

mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時所產(chǎn)生的熱量,產(chǎn)物中的水應(yīng)為液態(tài)水,錯誤;D項,當2

mol辛烷完全燃燒時,產(chǎn)生的熱量為11

036

kJ,且辛烷應(yīng)為液態(tài),錯誤。2-3.(2021廣西桂林質(zhì)檢)(1)實驗測得4g甲醇在氧氣中完全燃燒,生成二氧化碳氣體和液態(tài)水時釋放出90.8kJ的熱量。試寫出甲醇燃燒熱的熱化學方程式:

。

(2)現(xiàn)已知N2(g)和H2(g)反應(yīng)生成1molNH3(g)過程中能量變化如圖所示。根據(jù)下列鍵能數(shù)據(jù)計算N—H鍵鍵能為

kJ·mol-1。

化學鍵H—HN≡N鍵能/(kJ·mol-1)436946(3)用如圖所示裝置進行中和熱測定實驗,請回答下列問題:儀器A的名稱為

。取50mL0.1mol·L-1鹽酸與50mL0.1mol·L-1NaOH溶液在小燒杯中進行中和反應(yīng),通過實驗并計算可得中和熱ΔH=-54.8kJ·mol-1,上述實驗數(shù)值與ΔH=-57.3kJ·mol-1有偏差,產(chǎn)生此偏差的原因可能是

(填字母序號)。

a.實驗裝置保溫、隔熱效果差b.用溫度計測定NaOH溶液起始溫度后直接測定鹽酸的溫度c.一次性把NaOH溶液倒入盛有鹽酸的小燒杯中若用50mL0.1mol·L-1CH3COOH溶液代替鹽酸進行上述實驗,測得反應(yīng)前后溫度的變化值會

(填“偏大”“偏小”或“不受影響”)。

答案

(1)CH3OH(l)+O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-726.4kJ·mol-1(2)391

(3)環(huán)形玻璃攪拌棒ab偏小解析

(1)4

g

CH3OH在氧氣中燃燒生成CO2和液態(tài)水放出90.8

kJ熱量,則32

g即1

mol

CH3OH在氧氣中燃燒生成CO2和液態(tài)水放出726.4

kJ熱量,熱化學方程式為CH3OH(l)+O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)

ΔH=-726.4

kJ·mol-1。(3)由裝置圖可知,儀器A為環(huán)形玻璃攪拌棒;通過實驗并計算可得中和熱ΔH=-54.8

kJ·mol-1,與ΔH=-57.3

kJ·mol-1有偏差,a項,實驗裝置保溫、隔熱效果差,使熱量散失多,導致測得放出的熱量偏小,故a選;b項,用溫度計測定NaOH溶液起始溫度后直接測定鹽酸的溫度,使測定的溫差偏小,計算的放熱量偏小,故b選;c項,一次性把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中,可減少熱量散失,操作正確,故c不選;CH3COOH是弱電解質(zhì),電離過程吸熱,會使測得的反應(yīng)前后溫度的變化值偏小。易錯防范?不失分判斷正誤(正確的畫“√”,錯誤的畫“×”)。(1)物質(zhì)發(fā)生化學變化都伴有能量的變化。(

)(2)活化能越大,表明反應(yīng)斷裂舊化學鍵需要克服的能量越大。(

)(3)同溫同壓下,反應(yīng)H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g)在光照和點燃條件下的ΔH不同。(

)(4)物質(zhì)的物理變化過程中,也會有能量變化,但不屬于吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)。(

)(5)1molH2燃燒放出的熱量為氫氣的燃燒熱。(

)(6)1mol硫完全燃燒生成SO3所放出的熱量為硫的燃燒熱。(

)(7)根據(jù)2H2(g)+O2(g)==2H2O(l)

ΔH=-571kJ·mol-1可知氫氣的燃燒熱ΔH=-571kJ·mol-1。(

)(8)用稀醋酸與稀的NaOH溶液反應(yīng)測定中和熱,所測的中和熱ΔH>-57.3kJ·mol-1。(

)(9)已知H+(aq)+OH-(aq)==H2O(l)

ΔH=-57.3kJ·mol-1,則Ca(OH)2和HCl反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1。(

)(10)表示乙醇燃燒熱的熱化學方程式為C2H5OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+3H2O(g)

ΔH=-1367.0kJ·mol-1。(

)答案

(1)√

(2)√

(3)×

(4)√

(5)×

(6)×

(7)×

(8)√

(9)×

(10)×易錯警示燃燒熱和中和熱應(yīng)用中的注意事項(1)有關(guān)燃燒熱的判斷,一看是否以1

mol可燃物為標準,二看是否生成穩(wěn)定的化合物。特別注意:C→CO不是完全燃燒;而S→SO3,SO3不是S燃燒的產(chǎn)物;生成的水應(yīng)為液態(tài),不能是氣態(tài)。(2)有關(guān)中和熱的判斷,一看是否以生成1

mol

H2O為標準,二看酸堿的強弱和濃度,應(yīng)充分考慮弱酸、弱堿電離吸熱,濃的酸堿溶液稀釋放熱等因素?？键c二蓋斯定律的應(yīng)用要點歸納?再提升1.書寫熱化學方程式時的注意事項

2.反應(yīng)熱計算的四種方法(1)根據(jù)燃燒熱數(shù)據(jù),求算反應(yīng)放出的熱量。利用公式:Q=|燃燒熱|×n(可燃物)如已知H2的燃燒熱ΔH=-285.8kJ·mol-1,若H2的物質(zhì)的量為2mol,則2molH2燃燒放出的熱量為2mol×285.8kJ·mol-1=571.6kJ。(2)依據(jù)反應(yīng)物與生成物的總能量計算。ΔH=E生成物-E反應(yīng)物。(3)根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)(E)計算。ΔH=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和。(4)根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱。若一個熱化學方程式可由另外幾個熱化學方程式相加減而得到,則該反應(yīng)的反應(yīng)熱也可通過另外幾個化學反應(yīng)的反應(yīng)熱相加減而得到。3.蓋斯定律及其應(yīng)用(1)理論依據(jù):反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)(各反應(yīng)物)和終態(tài)(各生成物)有關(guān),而與具體反應(yīng)的途徑無關(guān)。(2)計算模式ΔH=ΔH1+ΔH2(3)主要應(yīng)用:計算某些難以直接測量的化學反應(yīng)的反應(yīng)熱。(4)注意事項:應(yīng)用蓋斯定律進行簡單計算,關(guān)鍵在于設(shè)計反應(yīng)途徑。①當反應(yīng)式乘以或除以某數(shù)時,ΔH也應(yīng)乘以或除以某數(shù)。②進行熱化學方程式加減運算以及比較反應(yīng)熱的大小時,ΔH都要帶“+”“-”號計算、比較,即把ΔH看作一個整體進行分析判斷。③在設(shè)計的反應(yīng)途徑中常會遇到同一物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化,狀態(tài)由固→液→氣變化時,會吸熱;反之會放熱。④當設(shè)計的反應(yīng)逆向進行時,注意ΔH要進行相應(yīng)的變化。經(jīng)典對練?得高分考向1

熱化學方程式的書寫與反應(yīng)熱的計算真題示例1-1.(2021湖南卷,16節(jié)選)氨氣中氫含量高,是一種優(yōu)良的小分子儲氫載體,且安全、易儲運,可通過氨熱分解法制氫氣。相關(guān)化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)化學鍵N≡NH—HN—H鍵能E/(kJ·mol-1)946.0436.0390.8在一定溫度下,利用催化劑將NH3分解為N2和H2。回答下列問題:反應(yīng)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)

ΔH=

kJ·mol-1

答案

+90.8解析

根據(jù)ΔH=反應(yīng)物中化學鍵的鍵能之和-生成物中化學鍵鍵能之和=6×390.8

kJ·mol-1-(946.0

kJ·mol-1+3×436.0

kJ·mol-1)=+90.8

kJ·mol-1。

1-2.(2020浙江卷,27節(jié)選)100mL0.200mol·L-1CuSO4溶液與1.95g鋅粉在量熱計中充分反應(yīng)。測得反應(yīng)前溫度為20.1℃,反應(yīng)后最高溫度為30.1℃。已知:反應(yīng)前后,溶液的比熱容均近似為4.18J·g-1·℃-1、溶液的密度均近似為1.00g·cm-3,忽略溶液體積、質(zhì)量變化和金屬吸收的熱量。請計算:(1)反應(yīng)放出的熱量Q=

J。

(2)反應(yīng)Zn(s)+CuSO4(aq)==ZnSO4(aq)+Cu(s)的ΔH=

kJ·mol-1(列式計算)。

解析

(1)第一步,寫出反應(yīng)式:100

mL

0.200

mol·L-1

CuSO4溶液與1.95

g鋅粉發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為CuSO4+Zn==ZnSO4+Cu。第二步,近似處理數(shù)據(jù),代入公式計算:忽略溶液體積、質(zhì)量變化可知,溶液的質(zhì)量m=ρV=1.00

g·cm-3×100

mL=100

g,忽略金屬吸收的熱量可知,反應(yīng)放出的熱量Q=cmΔt=4.18

J·g-1·℃-1×100

g×(30.1-20.1)

℃=4.18×103

J。(2)第一步,找出實際參加反應(yīng)的硫酸銅的物質(zhì)的量與放出熱量的關(guān)系:上述反應(yīng)中硫酸銅的物質(zhì)的量n(CuSO4)=0.200

mol·L-1×0.100

L=0.020

mol,鋅粉的物質(zhì)的量n(Zn)==0.030

mol,由此可知,鋅粉過量。根據(jù)題干與第(1)問可知,轉(zhuǎn)化0.020

mol硫酸銅所放出的熱量為4.18×103

J。第二步,計算1

mol硫酸銅參加反應(yīng)放出的熱量,即可求出反應(yīng)的焓變:題給反應(yīng)中焓變ΔH代表反應(yīng)1

mol硫酸銅參加反應(yīng)放出的熱量,單位為

kJ·mol-1,則對點演練1.按要求回答下列問題。(1)已知拆開1molH—H鍵、1molN—H鍵、1molN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ,則N2與H2反應(yīng)生成NH3的熱化學方程式為

。

(2)已知碳的燃燒熱ΔH1=akJ·mol-1,S(s)+2K(s)==K2S(s)

ΔH2=bkJ·mol-1,2K(s)+N2(g)+3O2(g)==2KNO3(s)

ΔH3=ckJ·mol-1,則S(s)+2KNO3(s)+3C(s)==K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)

ΔH=

。

(3)已知:C(s)+O2(g)==CO2(g)

ΔH=-393.5kJ·mol-1,H2(g)+O2(g)==H2O(g)

ΔH=-241.8kJ·mol-1,CO(g)+O2(g)==CO2(g)

ΔH=-283.0kJ·mol-1,寫出煤氣化(碳和水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣)的熱化學方程式:

。計算10m3(標準狀況)水煤氣完全燃燒放出的熱量為

kJ(結(jié)果保留到小數(shù)點后一位)。

答案

(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92kJ·mol-1(2)(3a+b-c)kJ·mol-1(3)C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)

ΔH=+131.3kJ·mol-1

117143.2解析

(1)在反應(yīng)N2+3H22NH3中,斷裂3

mol

H—H鍵和1

mol

N≡N鍵共吸收的能量為3×436

kJ+946

kJ=2

254

kJ,生成2

mol

NH3共形成6

mol

N—H鍵,放出的能量為6×391

kJ=2

346

kJ,吸收的能量少,放出的能量多,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),放出的熱量為2

346

kJ-2

254

kJ=92

kJ,則N2與H2反應(yīng)生成NH3的熱化學方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92

kJ·mol-1。(2)碳的燃燒熱ΔH1=a

kJ·mol-1,其熱化學方程式為C(s)+O2(g)==CO2(g)

ΔH1=a

kJ·mol-1①,S(s)+2K(s)==K2S(s)

ΔH2=b

kJ·mol-1②2K(s)+N2(g)+3O2(g)==2KNO3(s)

ΔH3=c

kJ·mol-1③,由3×①+②-③可得,S(s)+2KNO3(s)+3C(s)==K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)

ΔH=(3a+b-c)

kJ·mol-1。(3)已知:①C(s)+O2(g)==CO2(g)

ΔH=-393.5

kJ·mol-1,根據(jù)蓋斯定律計算,①-②-③得到固態(tài)碳與水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣的熱化學方程式為C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)

ΔH=+131.3

kJ·mol-1。根據(jù)反應(yīng)②③可知,1

mol

CO和1

mol

H2完全燃燒放出的熱量為241.8

kJ誤區(qū)警示熱化學方程式正誤判斷的易錯點考向2

蓋斯定律的應(yīng)用真題示例2-1.(2020全國Ⅰ卷,28節(jié)選)硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品。接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g)

ΔH=-98kJ·mol-1?；卮鹣铝袉栴}:釩催化劑參與反應(yīng)的能量變化如圖所示,V2O5(s)與SO2(g)反應(yīng)生成VOSO4(s)和V2O4(s)的熱化學方程式為

。

答案

2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)

ΔH=-351kJ·mol-1解析

第一步,寫出相關(guān)熱化學方程式。由題中信息可知:第二步,找出目標反應(yīng)中的相應(yīng)物質(zhì)。反應(yīng)物:V2O5(s)、SO2(g);生成物:VOSO4(s)、V2O4(s);第三步,根據(jù)已知熱化學方程式寫出目標熱化學方程式。根據(jù)蓋斯定律可知,③-②×2得2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)ΔH=ΔH1-2ΔH2=(-399

kJ·mol-1)-(-24

kJ·mol-1)×2=-351

kJ·mol-1即目標反應(yīng)的熱化學方程式為2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)

ΔH=-351

kJ·mol-1。2-2.(2020山東卷,18節(jié)選)探究CH3OH合成反應(yīng)化學平衡的影響因素,有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下:回答下列問題:ΔH3=

kJ·mol-1。

答案

+40.9解析

第一步,找出目標反應(yīng)中的相關(guān)物質(zhì)。反應(yīng)物:CO2(g)、H2(g);生成物:CO(g)、H2O(g)。第二步,根據(jù)蓋斯定律進行計算。由反應(yīng)Ⅰ-反應(yīng)Ⅱ=反應(yīng)Ⅲ,可得CO2(g)+H2(g)==CO(g)+H2O(g)ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49.5

kJ·mol-1-(-90.4

kJ·mol-1)=+40.9

kJ·mol-1。2-3.(2021全國甲卷,28節(jié)選)二氧化碳催化加氫制甲醇,有利于減少溫室氣體二氧化碳?；卮鹣铝袉栴}:二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為:CO2(g)+3H2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)該反應(yīng)一般認為通過如下步驟來實現(xiàn):①CO2(g)+H2(g)==CO(g)+H2O(g)

ΔH1=+41kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)

ΔH2=-90kJ·mol-1總反應(yīng)的ΔH=

kJ·mol-1;若反應(yīng)①為慢反應(yīng),下列示意圖中能體現(xiàn)上述反應(yīng)能量變化的是

(填標號),判斷的理由是

。

答案

-49

A

ΔH1為正值,ΔH2和ΔH為負值,反應(yīng)①活化能大于反應(yīng)②的

解析

根據(jù)蓋斯定律,由①+②可得,CO2(g)+3H2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-49

kJ·mol-1。反應(yīng)①為慢反應(yīng)說明反應(yīng)①的活化能比反應(yīng)②更大,且總反應(yīng)的ΔH<0,說明總反應(yīng)的反應(yīng)物總能量比生成物總能量高,故能體現(xiàn)反應(yīng)能量變化的圖像是A。對點演練2-1.(2021湖南岳陽二模節(jié)選)氮元素的化合物種類繁多,研究氮氧化物的反應(yīng)機理對于消除污染有重要指導作用。(1)NO2有較強的氧化性,能將SO2氧化成SO3,自身被還原為NO。已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH1=-196.6kJ·mol-12NO(g)+O2(g)==2NO2(g)

ΔH2=-113.0kJ·mol-1則NO2氧化SO2的熱化學方程式為

。

答案

NO2(g)+SO2(g)==SO3(g)+NO(g)

ΔH=-41.8kJ·mol-1解析

已知熱化學方程式為①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH1=-196.6

kJ·mol-1;②2NO(g)+O2(g)==2NO2(g)

ΔH2=-113.0

kJ·mol-1;根據(jù)蓋斯定律,由(①-②)÷2可得,NO2(g)+SO2(g)==SO3(g)+NO(g)

ΔH=(ΔH1-ΔH2)=-41.8

kJ·mol-1。2-2.(2021湖北武漢四月檢測節(jié)選)CH4—CO2重整技術(shù)是實現(xiàn)“碳中和”的一種理想的CO2利用技術(shù),具有廣闊的市場前景、經(jīng)濟效益和社會意義。該過程中涉及的反應(yīng)如下。主反應(yīng):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

ΔH1副反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+41.0kJ·mol-1回答下列問題:已知CH4、CO和H2的燃燒熱ΔH分別為-890.3kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1,該催化重整主反應(yīng)的ΔH1=

kJ·mol-1。有利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的條件是

(填標號)。

A.高溫高壓 B.高溫低壓C.低溫高壓 D.低溫低壓答案

+247.3

B解析

根據(jù)題中所給條件,可以列出CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)

ΔH3=-890.3

kJ·mol-1,CO(g)+O2(g)==CO2(g)

ΔH4=-283.0

kJ·mol-1,H2(g)+O2(g)==H2O(l)

ΔH5=-285.8

kJ·mol-1;根據(jù)蓋斯定律可得ΔH1=ΔH3-2×(ΔH4+ΔH5)=-890.3

kJ·mol-1-2×(-283.0

kJ·mol-1-285.8

kJ·mol-1)=+247.3

kJ·mol-1;主反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的化學方程式反應(yīng)物計量數(shù)之和小于生成物計量數(shù)之和,并且該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),故高溫、低壓均有利于二氧化碳的轉(zhuǎn)化,答案選B。技法點撥運用蓋斯定律的技巧——“三調(diào)一加”易錯防范?不失分判斷正誤(正確的畫“√”,錯誤的畫“×”)。(1)表示甲烷燃燒熱的熱化學方程式:CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=-890.3kJ。(

)(2)表示中和熱的熱化學方程式:NaOH(aq)+HCl(aq)==NaCl(aq)+H2O

ΔH=+57.3kJ·mol-1。(

)(3)硫燃燒的熱化學方程式:S(s)+O2(g)==SO2(g)

ΔH=+296.8kJ·mol-1。(

)(4)已知相同條件下2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH1,反應(yīng)2SO2(s)+O2(g)2SO3(g)

ΔH2,則ΔH1>ΔH2。(

)(5)已知:500℃、30MPa下,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1;將1.5molH2和過量的N2在此條件下充分反應(yīng),放出熱量46.2kJ。(

)(6)C(石墨,s)==C(金剛石,s)

ΔH>0,說明石墨比金剛石穩(wěn)定。(

)(7)一個反應(yīng)一步完成與分幾步完成相比,經(jīng)過的步驟越多,放出的熱量越多。(

)(8)由H2(g)+O2(g)==H2O(g)

ΔH=-akJ·mol-1可知,1gH2燃燒生成H2O(g)放出的熱量為akJ。(

)答案

(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)×

(6)√

(7)×

(8)×專項模塊素養(yǎng)培優(yōu)(八)化學反應(yīng)機理與能量變化模型圖熱點專攻化學反應(yīng)機理與能量變化模型圖是近幾年高考中出現(xiàn)的一種新題型,主要考查學生的宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認知等化學核心素養(yǎng)。主要以選擇題的形式考查化學反應(yīng)機理、反應(yīng)過程中的能量變化、化學鍵的斷裂與形成、熱化學方程式的書寫等知識點。復習時要注意尋找分析此類問題的切入點,掌握解題的一般思路和方法。(一)審題關(guān)注什么1.化學反應(yīng)的本質(zhì)與熱效應(yīng)2.根據(jù)能量圖像書寫熱化學方程式的一般思路

(二)題目考查什么近幾年高考主要考查了以下兩類題型,一是機理圖和分子模型結(jié)合題,二是能量變化與反應(yīng)歷程圖結(jié)合題,相關(guān)的題型和解題策略如下:1.機理圖和分子模型結(jié)合題解題策略【示例分析1】我國在CO2催化加氫制取汽油方面取得突破性進展,CO2轉(zhuǎn)化過程示意圖如下。

反應(yīng)步驟信息解讀反應(yīng)①實質(zhì)為CO2和H2反應(yīng)生成CO,根據(jù)原子守恒產(chǎn)物中還有

反應(yīng)②從化學鍵角度分析,不僅有碳碳鍵形成,還有

形成

反應(yīng)③汽油主要是

的烴類混合物;圖中a的名稱是

2.能量變化與反應(yīng)歷程圖結(jié)合題解題策略(1)正確理解催化劑①一般不特殊指出均指正催化劑,催化劑改變化學反應(yīng)速率,是由于改變了反應(yīng)途徑,降低了反應(yīng)的活化能;②催化劑不能改變平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)的反應(yīng)熱;③催化劑需要合適的溫度:溫度過低,活性低;溫度過高,催化劑可能失活。(2)反應(yīng)歷程圖的信息理解①反應(yīng)歷程圖中,從低能態(tài)“爬坡”到高能態(tài)均為一次能壘,這個能壘就是活化能,通過兩者相對能量可計算活化能;②一般而言,活化能低,反應(yīng)速率快(類似加入催化劑,降低活化能,反應(yīng)速率加快),為快反應(yīng),反之為慢反應(yīng);整個反應(yīng)的反應(yīng)速率由慢反應(yīng)決定,反應(yīng)歷程圖中的最高能壘步驟,即反應(yīng)過程中活化能最高步驟,決定了整個反應(yīng)過程的反應(yīng)速率?！臼纠治?】2019年9月,我國科研人員研制出Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑,其中Ti-H區(qū)域和Fe區(qū)域的溫度差可超過100℃。Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示,其中吸附在催化劑表面上的物種用*標注。反應(yīng)過程信息解讀高溫區(qū)過程①為催化劑吸附N2的過程,②為形成過渡態(tài)的過程,③為*N2解離為*N的過程,以上都需要在高溫時進行,目的是

低溫區(qū)過程④為氮原子的轉(zhuǎn)移,⑤為化學鍵的生成,需要低溫條件,目的是增大氨的

其他該歷程中能量變化最大值是

eV;過程④完成了N原子由

區(qū)域向

區(qū)域傳遞;使用Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化合成氨,

改變合成氨反應(yīng)的反應(yīng)熱

題型突破(2019全國Ⅰ卷,28節(jié)選)水煤氣變換[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)]是重要的化工過程,主要用于合成氨、制氫以及合成氣加工等工業(yè)領(lǐng)域中?；卮鹣铝袉栴}:(1)某科研人員曾做過下列實驗:①使純H2緩慢地通過處于721℃下的過量氧化鈷CoO(s),氧化鈷部分被還原為金屬鈷Co(s),平衡后氣體中H2的物質(zhì)的量分數(shù)為0.0250。②在同一溫度下用CO還原CoO(s),平衡后氣體中CO的物質(zhì)的量分數(shù)為0.0192。根據(jù)上述實驗結(jié)果判斷,還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO

H2(填“大于”或“小于”)。

(2)721℃時,在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用適當?shù)拇呋瘎┻M行反應(yīng),則平衡時體系中H2的物質(zhì)的量分數(shù)為

(填標號)。

A.<0.25

B.0.25C.0.25~0.50 D.0.50E.>0.50(3)我國學者結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果,研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程,如圖所示,其中吸附在金催化劑表面上的物種用*標注?？芍簹庾儞Q的ΔH

0(填“大于”“等于”或“小于”),該歷程中最大能壘(活化能)E正=

eV,寫出該步驟的化學方程式:

。

思路點撥化整為零、逐題解答。(1)根據(jù)721

℃時生成物物質(zhì)的量分數(shù)判斷。(2)“多重平衡規(guī)則”的應(yīng)用,定義表達式及“三段式”的計算方法。

定義表達式法和“三段式法”。設(shè)起始CO、H2O(g)物質(zhì)的量濃度均為1

mol·L-1,達平衡時轉(zhuǎn)化的CO、H2O(g)濃度均為x。除上述定量計算法外,還可以根據(jù)選項為數(shù)據(jù)范圍的特點采用“半定量”的方法進行推斷,具體過程如下:(3)分析圖示得出結(jié)論。

答案

(1)大于(2)C(3)小于2.02

COOH*+H*+H2O*==COOH*+2H*+OH*(或H2O*==H*+OH*)應(yīng)考訓練1.(2021湖南永州重點中學5月聯(lián)考)反應(yīng)(CH3)3CBr+H2O→(CH3)3COH+H++Br-

ΔH<0分兩步進行,反應(yīng)如下:第一步(CH3)3CBr→(CH3)3C++Br-(慢反應(yīng))ΔH>0第二步(CH3)3C++H2O→(CH3)3COH+H+(快反應(yīng))該反應(yīng)的能量與反應(yīng)歷程圖像正確的是(

)答案

C

解析

反應(yīng)的活化能越大,反應(yīng)越慢。由題意可知,第一步是慢反應(yīng),則兩步反應(yīng)中第一步反應(yīng)的活化能較大,峰值較高,則B、D項錯誤;第一步為吸熱反應(yīng),則第一步反應(yīng)終點時能量高于起點,則A項錯誤;由于總反應(yīng)是放熱反應(yīng),則第二步必為放熱反應(yīng),則終點的能量比起點的低,C項正確。2.(2021吉林三模)我國科研人員研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化劑上CO2加氫制甲醇過程中水的作用機理,其主反應(yīng)歷程如圖所示(H2→*H+*H)。下列說法錯誤的是(

)A.CO2、H2O、CH3OH均是共價化合物B.第④步的反應(yīng)式為*HO+*H→H2OC.CO2加氫制甲醇過程中原子利用率小于100%D.增大催化劑的比表面積可提高反應(yīng)速率及CO2的轉(zhuǎn)化率答案D

解析

CO2、H2O、CH3OH均為只含共價鍵的化合物,均為共價化合物,A正確;根據(jù)示圖可知第④步反應(yīng)中CH3OH、*HO和*H作用得到H2O和甲醇,所以該步驟的反應(yīng)式為*HO+*H→H2O,B正確;根據(jù)圖示可知,二氧化碳和氫氣反應(yīng)生成甲醇和水,該反應(yīng)中除了生成甲醇外還生成水,所以二氧化碳加氫制甲醇的過程中原子利用率不是100%,C正確;催化劑可改變反應(yīng)活化能,但不能改變平衡轉(zhuǎn)化率,D錯誤。3.(2021江西重點中學一模)研究表明CO與N2O在Fe+作用下發(fā)生反應(yīng)的能量變化及反應(yīng)歷程如圖所示,兩步反應(yīng)分別為①N2O+Fe+==N2+FeO+(慢)、②FeO++CO==CO2+Fe+(快)。下列說法正確的是(

)A.Fe+使反應(yīng)的活化能減小,FeO+是中間產(chǎn)物B.兩步反應(yīng)均為放熱反應(yīng),總反應(yīng)的化學反應(yīng)速率由反應(yīng)②決定C.反應(yīng)①是氧化還原反應(yīng),N2是氧化產(chǎn)物D.若轉(zhuǎn)移1mol電子,則生成的CO2中含C=O鍵數(shù)目為2NA(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)答案A

解析

根據(jù)題意可知Fe+是催化劑,催化劑通過降低反應(yīng)的活化能增大化學反應(yīng)速率,反應(yīng)開始前和反應(yīng)結(jié)束后都沒有FeO+,所以FeO+是中間產(chǎn)物,A項符合題意;通過反應(yīng)物和產(chǎn)物能量的相對高低知①②均為放熱反應(yīng),總反應(yīng)速率應(yīng)當由慢反應(yīng)即①決定,B項不符合題意;該反應(yīng)有化合價的變化,N元素由N2O中的+1價降低到N2中的0價,發(fā)生還原反應(yīng),N2為還原產(chǎn)物,C項不符合題意;反應(yīng)②中碳元素由CO中的+2價升高到CO2中的+4價,轉(zhuǎn)移2個電子,所以每轉(zhuǎn)移1

mol電子,生成0.5

mol

CO2,一個CO2中有兩個碳氧雙鍵,則0.5

mol

CO2中碳氧雙鍵數(shù)目為NA,D項不符合題意。4.(2021廣東佛山順德二模)M和N轉(zhuǎn)化為P的催化反應(yīng)歷程及相對能量如圖。下列說法錯誤的是(

)A.生活中常用