鲁科版高考化学一轮复习第6章第30讲化学反应的热效应教学课时学案

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第30讲 化学反应的热效应(基础课)
1.了解化学反应中能量转化的原因及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，能正确书写热化学方程式。 4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。 5.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。了解活化能的概念。 6.了解有关燃烧热、中和反应的反应热的计算，了解中和反应的反应热的测定。 7.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
焓变 热化学方程式
1．化学反应的实质与特征
2．反应热与内能
(1)反应热(Q)：当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应。
(2)内能
3．焓变
4．吸热反应和放热反应
(1)从反应物和反应产物的总能量相对大小的角度分析，如图所示。
反应吸热 反应放热
(2)从反应热的量化参数——键能的角度分析
放热反应可以看成反应物所具有的化学能转化为热能释放出来；吸热反应可以看成热能转化为化学能被反应产物储存起来。
[识记] 常见的放热反应与吸热反应
放热反应：①可燃物的燃烧，②酸碱中和反应，③大多数化合反应，④金属跟水或酸的置换反应，⑤物质的缓慢氧化，⑥铝热反应。
吸热反应：①大多数分解反应，②盐类的水解反应，③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应，④碳和水蒸气、C和CO2的反应，⑤NaHCO3与盐酸的反应。
5．热化学方程式
(1)定义：表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。
(2)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。
如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·ml－1表示在25 ℃、101 kPa条件下，2_ml_气态H2和1_ml_气态O2反应生成2_ml液态水时，放出571.6_kJ_的热量。
(3)书写步骤
(4)注意事项
①热化学方程式不标“↑”“↓”，但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。而在书写同素异形体转化的热化学方程式时，由于不同单质可能用同一元素符号表示(如金刚石与石墨都用C表示)，除了注明状态外，还要注明名称。
②热化学方程式中各物质化学式前的系数只表示物质的量，其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。
③ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应条件及反应是否可逆无关。
6．活化能与催化剂
图中：E1为正反应活化能，E2为逆反应活化能，使用催化剂时的正反应活化能为E3，ΔH为E1－E2。
①活化能又称能垒。
②活化能与温度无关，与使用的催化剂有关。
③催化剂不改变焓变(ΔH)。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)需加热进行的反应均为吸热反应，其焓变ΔH>0。( )
(2)任何化学反应都伴随着能量变化，有能量变化的过程均为化学变化。( )
(3)C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH>0，金刚石比石墨稳定。( )
(4)H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH1，H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH2，则ΔH1＝ΔH2。( )
(5)对同一反应，使用催化剂可以改变反应的活化能和焓变。( )
(6)同温同压下，反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
2．根据信息书写热化学方程式。
(1)化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。已知AX3的熔点和沸点分别为－93.6 ℃和76 ℃，AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 ml AX5，放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为_________________________________________________________________________。
(2)在一定条件下，将1 ml N2和3 ml H2充入一密闭容器中发生反应生成氨气，达到平衡时N2的转化率为25%，放出Q kJ的热量，N2与H2反应的热化学方程式为___________________________________________________________。
(3)NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g)，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ，该反应的热化学方程式是______________________________________________________________________________。
[解析] (2)1 ml N2完全反应放出的热量为eq \f(Q,25%) kJ＝4Q kJ，故N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－4Q kJ·ml－1。
(3)消耗1 ml NaBH4(s)放出热量为eq \f(21.6,\f(3.8,38)) kJ＝216 kJ，故可写出热化学方程式。
[答案] (1)AX3(l)＋X2(g)===AX5(s) ΔH＝－123.8 kJ·ml－1
(2)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－4Q kJ·ml－1
(3)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g) ΔH＝－216 kJ·ml－1
能量关系图分析
1．某反应使用催化剂后，其反应过程中能量变化如图所示，下列说法错误的是 ( )
A．总反应为放热反应
B．使用催化剂后，活化能不变
C．反应①是吸热反应，反应②是放热反应
D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2
B [由题图可知，反应①是吸热反应，反应②是放热反应，总反应是放热反应，且ΔH＝ΔH1＋ΔH2，A、C、D项正确；催化剂能降低反应的活化能，B项错误。]
2．分析图像书写热化学方程式。
甲
乙
(1)图甲表示氧族元素中的氧、硫、硒、碲在生成1 ml气态氢化物时的焓变数据，根据焓变数据可确定a、b、c、d分别代表哪种元素，试写出硒化氢在热力学标准状态下，发生分解反应的热化学方程式：______________________________________________________________________________________________。
(2)图乙表示一定条件下，在水溶液中1 ml Cl－、ClOeq \\al(－,x)(x＝1,2,3,4)的能量相对大小。
①D是_________________________________________________ (填离子符号)。
②B―→A＋C反应的热化学方程式为________________________________________________________________________________________ (用离子符号表示)。
[答案] (1)H2Se(g)===Se(s)＋H2(g) ΔH＝－81 kJ·ml－1
(2)①ClOeq \\al(－,4) ②3ClO－(aq)===ClOeq \\al(－,3)(aq)＋2Cl－(aq) ΔH＝－117 kJ·ml－1
利用键能确定焓变(ΔH)
3．(2022·浙江6月选考，T18)标准状况下，下列物质气态时的相对能量如下表：
可根据HO(g)＋HO(g)===H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·ml－1。下列说法不正确的是( )
A．H2的键能为436 kJ·ml－1
B．O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C．解离氧氧单键所需能量：HOOD．H2O(g)＋O(g)===H2O2(g) ΔH＝－143 kJ·ml－1
C [根据表格中的数据可知，H2的键能为218 kJ·ml－1×2＝436 kJ·ml－1，A正确；O2的键能为249 kJ·ml－1×2＝498 kJ·ml－1，而H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·ml－1，则O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍，B正确；HOO===HO＋O，解离其中氧氧单键需要的能量为(249＋39－10) kJ·ml－1＝278 kJ·ml－1，H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·ml－1，C错误；H2O(g)＋O(g)===H2O2(g)的ΔH＝[－136－249－(－242)] kJ·ml－1＝－143 kJ·ml－1，D正确。]
4．化学反应的ΔH等于反应物的总键能与反应产物的总键能之差。
工业上高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)＋2H2(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Si(s)＋4HCl(g) ΔH＝______ kJ·ml－1。
[解析] ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－2E(Si—Si)－4E(H—Cl)＝(4×360＋2×436－2×176－4×431) kJ·ml－1＝＋236 kJ·ml－1。
[答案] ＋236
ΔH的基本计算
(1)ΔH＝E(反应产物)－E(反应物)
(2)ΔH＝反应物断键吸收的能量－反应产物成键放出的能量
(3)ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能
注意：常见物质(1 ml)中化学键数目
摩尔燃烧焓与中和反应的反应热 能源
1．摩尔燃烧焓(又称燃烧热)
(1)概念：在一定反应温度和压强条件下，1 ml 纯物质完全氧化为同温下的指定产物时的焓变。其单位为kJ·ml－1，指定产物一般指稳定的氧化物。
(2)表示：已知H2的摩尔燃烧焓为285.8 kJ·ml－1，则H2摩尔燃烧焓的热化学方程式为H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·ml－1。
(3)元素燃烧生成的指定产物：C→CO2(g)、H→H2O(l)、S→SO2(g)、N→N2(g)等。
①摩尔燃烧焓有两种表示方法，如C的摩尔燃烧焓为393.5 kJ·ml－1，也可表示为C的摩尔燃烧焓ΔH为－393.5 kJ·ml－1。
②“焓变、ΔH与反应热”描述时一定指明“＋”、“－”和kJ·ml－1。
2．中和反应的反应热的实验测定
中和反应的反应热的热化学离子方程式为H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1。
(1)实验装置
(2)实验步骤
①绝热装置组装→②量取一定体积酸、碱稀溶液→③测反应前酸、碱液温度→④混合酸、碱液测反应时最高温度→⑤重复2～3次实验→⑥求平均温度差(t终－t始)→⑦计算中和反应反应热ΔH。
(3)数据处理
ΔH＝－eq \f(m酸＋m碱·c·t终－t始,nH2O)
c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1。
(4)注意事项
①碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板的作用是保温、隔热，减少热量损失。
②为保证酸、碱完全中和，常采用碱稍稍过量(0.5 ml·L－1 HCl、0.55 ml·L－1 NaOH溶液等体积混合)。
③实验时不能用铜丝搅拌代替玻璃搅拌器的理由是铜丝导热性好，比用玻璃搅拌器误差大。
④若用弱酸或弱碱反应，中和反应的反应热小于57.3 kJ·ml－1，其ΔH>－57.3 kJ·ml－1。
3．能源
(1)分类
(2)科学开发利用能源的措施
①提高能源的利用率
科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧：一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等；二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷射成雾状等。
②开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、对环境无污染的新能源等。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)已知H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－a kJ·ml－1，则H2的摩尔燃烧焓为a kJ·ml－1。( )
(2)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 ml水时放出57.3 kJ的热量。( )
(3)煤的液化或气化可以提高能源利用率，减少污染气体的排放。( )
(4)天然气、水能、风能、氢能、生物质能均属于可再生的新能源。( )
(5)天然气、风能属于一次能源，水煤气、电能属于二次能源。( )
(6)已知S(s)的燃烧热为a kJ·ml－1，则S(s)燃烧的热化学方程式为S(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===SO3(g) ΔH＝－a kJ·ml－1。( )
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)×
1．一些烷烃的燃烧热(又称摩尔燃烧焓)如下表：
下列说法正确的是( )
A．乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)＋7O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 560.8 kJ·ml－1
B．稳定性：正丁烷>异丁烷
C．正戊烷的燃烧热大于3 531.3 kJ·ml－1
D．相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多
C [表示乙烷燃烧的热化学方程式中，H2O应为液态，且该反应的ΔH＝－3 121.6 kJ·ml－1，A错误；由表中燃烧热数据可知，1 ml正丁烷、异丁烷分别完全燃烧时，正丁烷放出的热量多，说明等量的两种物质，正丁烷具有的能量高于异丁烷，则异丁烷更稳定，B错误；2-甲基丁烷的稳定性强于正戊烷，由于2-甲基丁烷的燃烧热为3 531.3 kJ·ml－1，故正戊烷的燃烧热大于3 531.3 kJ·ml－1，C正确；由表中数据分析可知，相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越少，D错误。]
2.在如图所示的量热计中，将100 mL 0.50 ml·L－1 CH3COOH溶液与100 mL 0.55 ml·L－1 NaOH溶液混合，温度从25.0 ℃升高到27.7 ℃。下列说法错误的是( )
A．若量热计的保温瓶绝热效果不好，则所测ΔH偏大
B．搅拌器一般选用导热性差的玻璃搅拌器
C．若选用同浓度同体积的盐酸，则溶液温度将升高至不超过27.7 ℃
D．分多次把NaOH溶液倒入CH3COOH溶液混合，所测ΔH偏大
C [若用盐酸代替CH3COOH，反应放出的热量多，最高温度将高于27.7 ℃，C错误。]
盖斯定律及其应用
1．盖斯定律
(1)内容
对于一个化学反应，不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。即：在一定条件下，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应途径无关。
(2)意义：间接计算一些难以测定的反应的反应热或很难反应的反应热。如确定C―→CO的ΔH时可以通过盖斯定律设计，ΔH＝ΔH1－ΔH2。
(3)应用
利用盖斯定律计算反应热方法
1．已知：反应Ⅰ：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) ΔH1＝－4.4 kJ·ml－1
反应Ⅱ：2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2＝－55.3 kJ·ml－1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)的ΔH＝________ kJ·ml－1。
[解析] 根据盖斯定律可知目标反应为eq \f(1,2)×反应Ⅰ－反应Ⅱ，故ΔH＝eq \f(1,2)×ΔH1－ΔH2＝eq \f(1,2)×(－4.4)kJ·ml－1－(－55.3) kJ·ml－1＝＋53.1 kJ·ml－1。
[答案] ＋53.1
2．Deacn(迪肯)直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)===CuCl(s)＋eq \f(1,2)Cl2(g) ΔHl＝＋83 kJ·ml－1
CuCl(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CuO(s)＋eq \f(1,2)Cl2(g) ΔH2＝－20 kJ·ml－1
CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g) ΔH3＝－121 kJ·ml－1
则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·ml－1。
[解析] 将所给反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，(①＋②＋③)×2可得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝[(＋83 kJ·ml－1)＋(－20 kJ·ml－1)＋(－121 kJ·ml－1)]×2＝－116 kJ·ml－1。
[答案] －116
3．(2022·潍坊模拟)在H2还原SiCl4和SiHCl3混合物得到纯硅，该过程发生的主要反应为
ⅰ.SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g) ΔH1＝a kJ·ml－1
ⅱ.SiHCl3(g)＋H2(g)===Si(s)＋3HCl(g) ΔH2＝b kJ·ml－1
还知2SiHCl3(g)===SiCl4(g)＋SiH2Cl2(g) ΔH3＝48 kJ·ml－1
请写出H2(g)还原SiCl4(g)生成SiH2Cl2(g)的热化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析] 根据盖斯定律目标反应：SiCl4(g)＋2H2(g)===SiH2Cl2(g)＋2HCl(g)的ΔH＝2(ΔH1－ΔH2)＋ΔH3＝(2a－2b＋48) kJ·ml－1
[答案] SiCl4(g)＋2H2(g)===SiH2Cl2(g)＋2HCl(g) ΔH＝(2a－2b＋48) kJ·ml－1
4．(2021·河北选择性考试，T16节选)大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时，相关物质的燃烧热数据如下表：
则25 ℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为________________________________________________________________________。
[解析] 由题给燃烧热数据可得，①H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH1＝－285.8 kJ·ml－1，②C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ·ml－1，③C6H6(l)＋eq \f(15,2)O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l) ΔH3＝－3 267.5 kJ·ml－1，根据盖斯定律，目标方程式可由3×①＋6×②－③得到，其ΔH＝(－285.8 kJ·ml－1)×3＋(－393.5 kJ·ml－1)×6－(－3 267.5 kJ·ml－1)＝＋49.1 kJ·ml－1，故H2(g)与C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l) ΔH＝＋49.1 kJ·ml－1。
[答案] 3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l) ΔH＝＋49.1 kJ·ml－1
1．(2022·精选真题)(1)(海南等级考)已知：电解液态水制备1 ml O2(g)，电解反应的ΔH＝＋572 kJ·ml－1。由此计算H2(g)的燃烧热(焓)ΔH＝________kJ·ml－1。
(2)(河北选择性考试)298 K时，1 g H2燃烧生成H2O(g)放热121 kJ,1 ml H2O(l)蒸发吸热44 kJ，表示H2燃烧热的热化学方程式为_______________________________________________________________________________________。
(3)(全国乙卷)已知下列反应的热化学方程式：
①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－1 036 kJ·ml－1
②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g) ΔH2＝＋94 kJ·ml－1
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3＝－484 kJ·ml－1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝________ kJ·ml－1。
[解析] (1)根据题意可知：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋572 kJ·ml－1，故H2的燃烧热ΔH＝－eq \f(572,2) kJ·ml－1＝－286 kJ·ml－1。
(2)根据题意可确定：①H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242 kJ·ml－1，②H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44 kJ·ml－1，故H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝(－242－44)kJ·ml－1＝－286 kJ·ml－1。(3)根据盖斯定律(①＋②)×eq \f(1,3)－③即得到2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝(－1036＋94) kJ·ml－1×eq \f(1,3)－(－484 kJ·ml－1)＝＋170 kJ·ml－1。
[答案] (1)－286 (2)H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－286 kJ·ml－1 (3)＋170
2．(2022·广东选择性考试，T19节选)Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图，X(g)→Y(g)过程的焓变为________________________________________________________________________________________________________________________________________________(列式表示)。
[解析] 设反应过程中第一步的产物为M，第二步的产物为N，则X→M ΔH1＝(E1－E2)，M→N ΔH2＝ΔH，N→Y ΔH3＝(E3－E4)，根据盖斯定律可知，X(g)→Y(g)的焓变为ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)。
[答案] (E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)
3．(2021·真题精选)(1)(湖北选择性考试)丙烯是一种重要的化工原料，可以在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
反应Ⅰ(直接脱氢)：C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g) ΔH1＝＋125 kJ·ml－1
反应Ⅱ(氧化脱氢)：C3H8(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===C3H6(g)＋H2O(g) ΔH2＝－118 kJ·ml－1
已知键能：E(C—H)＝416 kJ·ml－1，E(H—H)＝436 kJ·ml－1，由此计算生成1 ml 碳碳π键放出的能量为________ kJ。
(2)(湖南选择性考试)氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据如下：
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。
反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝________kJ·ml－1。
(3)(辽宁选择性考试)苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应：
Ⅰ.主反应： (g)＋3H2(g)(g) ΔH1<0
Ⅱ.副反应： (g)(g) ΔH2>0
已知：Ⅲ.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH3
Ⅳ.2 (g)＋15O2(g)12CO2(g)＋6H2O(l) ΔH4
Ⅴ. (g)＋9O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l) ΔH5
则ΔH1＝__________________(用ΔH3、ΔH4和ΔH5表示)。
[解析] (1)反应Ⅰ中断裂2 ml C—H键、形成1 ml碳碳π键和1 ml H—H键，即416 kJ·ml－1×2－436 kJ·ml－1－E(碳碳π键)＝＋125 kJ·ml－1，解得：E(碳碳π键)＝271 kJ·ml－1，所以形成1 ml 碳碳π键放出的能量为271 kJ。
(2)ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，根据热化学方程式以及表格中数据可得ΔH＝390.8 kJ·ml－1×3×2－(946 kJ·ml－1＋436.0 kJ·ml－1×3)＝＋90.8 kJ·ml－1。
(3)根据盖斯定律知，主反应 Ⅰ可由eq \f(3,2)×反应Ⅲ＋eq \f(1,2)×反应Ⅳ－反应Ⅴ得到，即ΔH1＝eq \f(3,2)ΔH3＋eq \f(1,2)ΔH4－ΔH5。
[答案] (1)271 (2)＋90.8 (3)eq \f(3,2)ΔH3＋eq \f(1,2)ΔH4－ΔH5
4．(2020·浙江7月选考，T27)100 mL 0.200 ml·L－1 CuSO4溶液与1.95 g锌粉在量热计中充分反应。测得反应前温度为20.1 ℃，反应后最高温度为30.1 ℃。
已知：反应前后，溶液的比热容均近似为4.18 J·g－1·℃－1、溶液的密度均近似为1.00 g·cm－3，忽略溶液体积、质量变化和金属吸收的热量。请计算：
(1)反应放出的热量Q＝________________J。
(2)反应Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)的ΔH＝_____________kJ·ml－1(列式计算)。
[解析] (1)根据Q＝cmΔt，反应放出的热量Q＝4.18 J·g－1·℃－1×100 mL×1.00 g·cm－3×(30.1 ℃－20.1 ℃)＝4.18×103 J。(2)n(CuSO4)＝0.1 L×0.200 ml·L－1＝0.02 ml，n(Zn)＝eq \f(1.95 g,65 g·ml－1)＝0.03 ml，Zn过量，即0.02 ml Zn和0.02 ml CuSO4反应放出的热量为4.18 kJ，故反应Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)的ΔH＝－eq \f(4.18 kJ,0.02 ml)＝－209 kJ·ml－1。
[答案] (1)4.18×103 (2)－eq \f(4.18×103/1 000,0.100×0.200) kJ·ml－1＝－209
课时分层作业(三十) 化学反应的热效应
一、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
1．已知：①CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH1
②CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH2
下列推断正确的是( )
A．若CO的燃烧热为ΔH3，则H2的燃烧热为ΔH3－ΔH1
B．反应CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝ΔH1－ΔH2
C．若反应②的反应物总能量低于反应产物总能量，则ΔH2<0
D．若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时后者放热更多，则ΔH1>0
D [A.若CO的燃烧热为ΔH3，则③CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g) ΔH3，③－①，整理可得H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝ΔH3－ΔH1，由于H2O的稳定状态是液态，因此该反应热不能表示氢气的燃烧热，A错误；B.②－①，整理可得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝ΔH2－ΔH1，B错误；C.若反应②的反应物总能量低于反应产物总能量，则该反应是吸热反应，ΔH2>0，C错误；D.③CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g) ΔH3，④H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH4，若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时后者放热更多，则ΔH3>ΔH4，③－④，整理可得CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH1＝ΔH3－ΔH4>0，D正确。 ]
2．苯的亲电取代反应分两步进行，可表示为，生成中间体的一步是加成过程，中间体失去氢离子的一步是消除过程，其机理亦称加成—消除机理，苯的亲电取代反应进程和能量的关系如图，下列说法错误的是( )
A．反应Ⅰ为苯亲电取代的决速步骤
B．E1与E2的差值为总反应的焓变
C．中间体的能量比苯的高，稳定性比苯的差
D．反应过程中，环上碳原子的杂化类型发生了变化
B [根据图示可知总反应的焓变不是E1与E2的差值，B错误。]
3．(2022·泰安模拟)已知：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋571.0 kJ·ml－1，两步热循环制H2的过程如图，第一步以太阳能为热源分解Fe3O4，第二步：FeO水解获得H2。
过程Ⅰ：2Fe3O4(s)===6FeO(s)＋O2(g) ΔHⅠ＝＋604.8 kJ·ml－1
过程Ⅱ：H2O(l)＋3FeO(s)===Fe3O4(s)＋H2(g) ΔHⅡ
下列说法正确的是( )
A．根据盖斯定律，ΔHⅠ＋ΔHⅡ＝0
B．该制H2过程中Fe3O4为催化剂
C．过程Ⅱ在任何温度下均为自发反应
D．整个过程中能量转化形式只存在太阳能转化为化学能
BC [已知反应①2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋571.0 kJ·ml－1 和反应②2Fe3O4(s)===6FeO(s)＋O2(g) ΔHⅠ＝＋604.8 kJ·ml－1，根据盖斯定律，将eq \f(①,2)－eq \f(②,2)，可得过程Ⅱ的热化学方程式为H2O(l)＋3FeO(s)===Fe3O4(s)＋H2(g) ΔHⅡ＝－16.9 kJ·ml－1，ΔHⅠ＋ΔHⅡ＝604.8 kJ·ml－1－16.9 kJ·ml－1＝＋587.9 kJ·ml－1, A错误；过程Ⅰ方程式为2Fe3O4eq \(=====,\s\up7(太阳能))6FeO＋O2↑，过程Ⅱ方程式为3FeO＋H2O===H2↑＋Fe3O4，Fe3O4为整个过程的催化剂， B正确；根据反应H2O(l)＋3FeO(s)===Fe3O4(s)＋H2(g) ΔHⅡ＝－16.9 kJ·ml－1，可知ΔS>0，ΔHⅡ<0，根据反应自发进行的判据：ΔH－TΔS<0，该反应在任何温度下均为自发反应，C正确；过程Ⅰ将太阳能转化为化学能，过程Ⅱ是放热反应，将化学能转化为热能，即该过程能量转化形式是太阳能转化为化学能和化学能转化为热能，D错误。]
4．(2022·惠州检测)已知下列反应可用于制备硝化甘油[C3H5(ONO2)3]，其热化学方程式为
①6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2
③C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
④H2O(g)===H2O(l) ΔH4
则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(l)＋O2(g)＋6N2(g)的ΔH为( )
A．12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1＋10ΔH4
B．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3＋10ΔH4
C．12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1＋10ΔH4
D．ΔH1－5ΔH2－12ΔH3＋10ΔH4
A [由盖斯定律：②×5＋③×12－①×2＋④×10得到4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(l)＋O2(g)＋6N2(g)，则ΔH＝12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1＋10ΔH4。]
二、非选择题
5．金刚石和石墨均为碳的同素异形体，它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳，充分燃烧时生成二氧化碳，反应中放出的热量如图所示。
(1)在通常状况下，金刚石和石墨中________(填“金刚石”或“石墨”)更稳定，石墨的燃烧热ΔH为________。
(2)12 g石墨在一定量空气中燃烧，生成气体36 g，该过程放出的热量为________。
(3)已知：N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·ml－1、497 kJ·ml－1。
N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.0 kJ·ml－1
NO分子中化学键的键能为________kJ·ml－1。
(4)综合上述有关信息，请写出CO与NO反应的热化学方程式：_______________________________________________________________________________。
[解析] (1)由图知石墨的能量比金刚石的小，所以石墨比金刚石稳定；石墨的燃烧热ΔH＝ΔH3＋ΔH2＝－110.5 kJ·ml－1＋(－283.0 kJ·ml－1)＝－393.5 kJ· ml－1。
(2)n(CO)×28 g·ml－1＋n(CO2)×44 g·ml－1＝36 g，n(CO)＋n(CO2)＝1 ml，所以n(CO)＝n(CO2)＝0.5 ml，放出的热量为110.5 kJ·ml－1×0.5 ml＋393.5 kJ·ml－1×0.5 ml＝252.0 kJ。(3)设NO分子中化学键的键能为x，则946 kJ·ml－1＋497 kJ·ml－1－2x＝180.0 kJ·ml－1，x＝631.5 kJ·ml－1。(4)由图知2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ·ml－1，将该式减去N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.0 kJ·ml－1得：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.0 kJ·ml－1。
[答案] (1)石墨 －393.5 kJ·ml－1 (2)252.0 kJ (3)631.5 (4)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.0 kJ·ml－1
6．(1)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
eq \(,\s\up7(催化剂))＋H2(g)
已知：
计算上述反应的ΔH＝________ kJ·ml－1。
(2)利用CO2、CH4在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体，在能源和环境上具有双重意义。重整过程中的催化转化原理如图所示。
已知：反应a CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.2 kJ·ml－1；
反应b CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋158.6 kJ·ml－1。
①过程Ⅱ中第二步反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________。
②只有过程Ⅰ投料比n(CH4)∶n(CO2)＝________，过程Ⅱ中催化剂组成才会保持不变。
③该技术中总反应的热化学方程式为________________________________________________________________________________________________________。
[解析] (1) 制备苯乙烯需断开2 ml C—H键，生成1 ml H—H键，同时在C—C键的基础上生成C===C键，因此生成1 ml 苯乙烯吸收的热量为2×412 kJ＝824 kJ，放出的热量为436 kJ＋(612－348)kJ＝700 kJ，根据反应热的定义可知，ΔH＝824 kJ·ml－1－700 kJ·ml－1＝＋124 kJ·ml－1。
(2)①由题图可知，过程Ⅱ中第一步反应是为了实现含H物质与含C物质的分离，故第一步反应为CO、CO2、H2与Fe3O4、CaO反应生成气态水、Fe和CaCO3的反应；过程Ⅱ中第二步反应是为了得到富含CO的气体，反应的化学方程式为3Fe＋4CaCO3eq \(=====,\s\up7(一定条件))Fe3O4＋4CaO＋4CO↑。②结合过程Ⅰ反应CH4(g)＋CO2(g)===2H2(g)＋2CO(g)中H2与CO的比例，以及过程Ⅱ第二步反应中Fe、CaCO3、Fe3O4、CaO的比例可知，过程Ⅱ第一步反应为Fe3O4＋4CaO＋2CO＋2H2＋2CO2eq \(=====,\s\up7(一定条件))3Fe＋4CaCO3＋2H2O，因此n(CH4)∶n(CO2)为1∶3时，过程Ⅱ中催化剂组成才会保持不变。③根据盖斯定律，由4a－3b可得CH4(g)＋3CO2(g)===2H2O(g)＋4CO(g) ΔH＝(＋206.2 kJ·ml－1)×4－(＋158.6 kJ·ml－1)×3＝＋349 kJ·ml－1。
[答案] (1)＋124
(2)①3Fe＋4CaCO3eq \(=====,\s\up7(一定条件))Fe3O4＋4CaO＋4CO↑ ②1∶3 ③CH4(g)＋3CO2(g)===2H2O(g)＋4CO(g) ΔH＝＋349 kJ·ml－1
7．某实验小组用0.50 ml·L－1 NaOH溶液和0.50 ml·L－1硫酸溶液进行反应热的测定，实验装置如图所示。
(1)装置中隔热层的作用是________________________________________________________________________________________________________________。
(2)写出该反应的热化学方程式[生成1 ml H2O(l)时的反应热为－57.3 kJ·ml－1]：____________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如表所示。
①请填写表格中的空白：
②近似认为0.50 ml·L－1 NaOH溶液和0.50 ml·L－1硫酸溶液的密度都是1.0 g·mL－1，中和后生成溶液的比热容c＝4.18 J·(g·℃)－1。则生成1 ml H2O(l)时的反应热ΔH＝________(取小数点后一位)。
(4)上题题干不变，上述实验数值结果与－57.3 kJ·ml－1有偏差，产生偏差的原因不可能是________(填字母)。
a．实验装置保温、隔热效果差
b．量取硫酸溶液的体积时仰视读数
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
(5)现将一定足量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1 L 1 ml·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为__________________________。
[解析] (3)①4次实验的温度差分别为4.0 ℃、6.1 ℃、3.9 ℃、4.1 ℃，其中6.1 ℃舍去，温度差平均值为4.0 ℃。②ΔH＝
－eq \f(50＋30mL×1.0 g·mL－1×4.0 ℃×4.18×10－3 kJ·g·℃－1,0.05×0.50 ml)≈－53.5 kJ·ml－1。
(4)量取硫酸溶液的体积时仰视读数，量取的溶液偏多，本实验硫酸过量，故多量取硫酸，消耗NaOH量不变，b符合题意。(5)稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙中溶质都完全电离，稀氨水中的溶质是弱电解质，它与盐酸的反应中NH3·H2O的电离要吸收热量，故中和热要小一些，ΔH3要大一些。
[答案] (1)隔热保温，减少热量的散失 (2)NaOH(aq)＋eq \f(1,2) H2SO4(aq)===eq \f(1,2)Na2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1 (3)①4.0 ②－53.5 kJ·ml－1 (4)b (5)ΔH1＝ΔH2<ΔH3
物质(g)
O
H
HO
HOO
H2
O2
H2O2
H2O
能量/(kJ·ml－1)
249
218
39
10
0
0
－136
－242
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/(kJ·ml－1)
460
360
436
431
176
347
物质
CO2
CH4
P4
SiO2
石墨
金刚石
S8
Si
化学键
C===O
C—H
P—P
Si—O
C—C
C—C
S—S
Si—Si
化学键
数目(NA)
2
4
6
4
1.5
2
8
2
化合物
燃烧热/(kJ·ml－1)
甲烷
890.3
乙烷
1 560.8
丙烷
2 221.5
化合物
燃烧热/(kJ·ml－1)
正丁烷
2 878.0
异丁烷
2 869.6
2-甲基丁烷
3 531.3
转化关系
反应热间的关系
aAeq \(――→,\s\up7(ΔH1))B、Aeq \(――→,\s\up7(ΔH2))eq \f(1,a)B
ΔH1＝aΔH2
Aeq \(,\s\up7(ΔH1),\s\d5(ΔH2))B
ΔH1＝－ΔH2
ΔH＝ΔH1＋ΔH2
物质
H2(g)
C(石墨，s)
C6H6(l)
燃烧热ΔH/(kJ·ml－1)
－285.8
－393.5
－3 267.5
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能E/eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kJ·ml－1))
946
436.0
390.8
化学键
C—H
C—C
C===C
H—H
键能/(kJ·ml－1)
412
348
612
436
温度次数
起始温度t1/℃
终止温度
t2/℃
温度差平均值(t2－t1)℃
H2SO4
NaOH
平均值
1
26.2
26.0
26.1
30.1
2
27.0
27.4
27.2
33.3
3
25.9
25.9
25.9
29.8
4
26.4
26.2
26.3
30.4