专题七　化学反应与热能课件PPT

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考点一　化学反应的热效应
考点二　盖斯定律的应用
1.对能量图像的全面剖析
微点拨(1)E2也可表示逆反应的活化能。(2)涉及反应热的有关计算时,要特别注意图示中反应物和生成物的物质的量。
2.反应热的量化参数——键能
ΔH=E1-E2或ΔH=E4-E3,即ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和,也等于生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。
3.对燃烧热和中和热的理解
考向1　反应热图像和反应机理分析真题示例1-1.(2020全国Ⅰ卷,10)铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]-可催化甲醇羰基化,反应过程如图所示。
下列叙述错误的是(　　)A.CH3COI是反应中间体B.甲醇羰基化反应为CH3OH+CO==CH3CO2HC.反应过程中Rh的成键数目保持不变D.存在反应CH3OH+HI==CH3I+H2O
思路点拨第一步看图示、找变化、想反应。(1)铑的配合物在反应过程中处于循环变化过程,根据题意可知,[Rh(CO)2I2]-在该过程中作催化剂,其他含铑的配合物属于中间产物。(2)CO和CH3OH均属于反应物;CH3CO2H是生成物,CH3COI、CH3I、H2O、HI属于反应的中间体。第二步看选项、找原理、判正误。
1-2.(2020全国Ⅱ卷,11)据文献报道:Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.OH-参与了该催化循环B.该反应可产生清洁燃料H2C.该反应可消耗温室气体CO2D.该催化循环中Fe的成键数目发生变化
解析 第一步看图示、找变化、想反应。
(1)铁的配合物参与循环变化过程,根据题意可知,Fe(CO)5在该过程中作催化剂,其他含铁的配合物是中间产物;
(2)只出现在箭尾上的物质有CO、H2O,即为反应物;只出现在箭头上的物质有H2、CO2,即为生成物;既出现在箭尾上又出现在箭头上的物质有OH-,即为中间产物。由此可知,该反应的化学方程式为CO+H2O H2+CO2。
第二步看选项、找原理、判正误。由上述分析可知,OH-有消耗也有生成,说明OH-参与了该催化循环,A项正确;由反应的化学方程式可知,该反应生成了H2,H2为清洁燃料,B项正确;由反应的化学方程式可知,CO2是该反应的生成物,而不是消耗CO2,C项错误;从反应机理图可知,Fe的成键数目和成键微粒在该循环过程中均发生了变化,D项正确。
对点演练1-1.(2021广东新高考适应卷)我国科学家研究了活性炭催化条件下煤气中的H2S和Hg的协同脱除,部分反应机理如图(吸附在催化剂表面的物种用*标注)。有关该过程的叙述错误的是(　　)
A.产生清洁燃料H2B.H2S脱除率为100%C.H2S既被氧化又被还原D.脱Hg反应为Hg+S==HgS
解析 H2S被吸附在催化剂活性炭表面形成H原子,H原子与H原子成键生成H2,A正确;由图可知,H2S分解产生的H2和S单质会再次生成H2S,因此脱除率小于100%,B错误;由图可知,H2S生成S单质的过程中,硫元素的化合价升高,被氧化,H2S生成H2的过程中,H元素化合价降低,被还原,C正确;根据题意,该过程是H2S和Hg的协同脱除,故生成的S单质与Hg反应生成HgS,D正确。
1-2.(2021湖北新高考适应卷)最新文献报道,有机小分子可催化多氟芳烃的取代反应,机理如图所示。
下列说法错误的是(　　)A.2是催化剂B.4和7都是反应中间体C.2向4的转化过程中有非极性键与极性健的断裂与形成
解析 分析机理图可知反应历程:2+3→4,4+5→6+7,7→1+2,总反应为3+5→6+1,2是催化剂,4和7是反应中间体。由分析可知,2是催化剂,A正确;4和7都是反应中间体,B正确;由图可知,2向4的转化过程中有碳氟键断裂,有碳氮键形成,即有极性键的断裂和形成,无非极性键的断裂与形成,C错误;5到1的总变化为4中—NO2对位的C上的原子团被X取代,若5为
1-3.(2021湖南长沙明德中学三模)Ni可活化C2H6放出CH4,其反应历程如下图所示:
下列关于活化历程的说法错误的是(　　)A.此反应的决速步骤:中间体2→中间体3B.只涉及极性键的断裂和生成C.在此反应过程中Ni的成键数目发生变化D.Ni(s)+C2H6(g)==NiCH2(s)+CH4(g)　ΔH=-6.57 kJ·ml-1
解析 中间体2→中间体3能量差值最大,该步反应的活化能最大,是题给化学反应的决定速率的步骤,A正确;反应过程涉及C—C键断裂和C—H键形成,涉及非极性键的断裂和极性键的形成,B错误;根据图示可知,在此反应过程中Ni的成键数目在发生变化,C正确;Ni(s)+C2H6(g)==NiCH2(s)+CH4(g)　ΔH=E生成物-E反应物=-6.57 kJ·ml-1-0 kJ·ml-1=-6.57 kJ·ml-1,D正确。
考向2　燃烧热与中和热真题示例2-1.(2020全国Ⅱ卷,28节选)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。
乙烷在一定条件可发生如下反应:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)　ΔH1,相关物质的燃烧热数据如下表所示:
ΔH1=　　　　 kJ·ml-1。 
思路点拨盖斯定律的应用。第一步,由已知燃烧热写出如下热化学方程式:
Ⅰ.C2H6(g)+ O2(g) ==2CO2(g)+3H2O(l)ΔH1=-1 560 kJ·ml-1;Ⅱ.C2H4(g)+3O2(g) ==2CO2(g)+2H2O(l)ΔH2=-1 411 kJ·ml-1;Ⅲ.H2(g)+ O2(g) ==H2O(l)　ΔH3=-286 kJ·ml-1
第二步,根据盖斯定律推出目标反应的热化学方程式。Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ得C2H6(g) ==C2H4(g)+H2(g)ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3=(-1 560 kJ·ml-1)-(-1 411 kJ·ml-1)-(-286 kJ·ml-1)=+137 kJ·ml-1
2-2.(2021河北卷,16节选)当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。大气中的二氧化碳主要来自于煤、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　。 
答案 3H2(g)+6C(石墨,s) ==C6H6(l)　ΔH=+49.1 kJ·ml-1
解析 根据H2(g)、C(石墨,s)和C6H6(l)的燃烧热,写出其热化学方程式分别为H2(g)+ O2(g) ==H2O(l)　ΔH1=-285.8 kJ·ml-1①,C(石墨,s) +O2(g) ==CO2(g)　ΔH2=-393.5 kJ·ml-1②,C6H6(l)+ O2(g) ==6CO2(g)+3H2O(l)　ΔH3=-3 267.5 kJ·ml-1③,H2(g)与C(石墨,s)反应生成C6H6(l)的化学方程式为3H2(g)+6C(石墨,s) ==C6H6(l),根据盖斯定律得ΔH=ΔH1×3+ΔH2×6-ΔH3,即热化学方程式为3H2(g)+6C(石墨,s) ==C6H6(l)　ΔH=+49.1 kJ·ml-1。
2-3.(2021重庆新高考适应卷,11)已知Δ(g)+H2(g)→CH3CH2CH3(g)　ΔH=-157 kJ·ml-1。已知环丙烷(g)的燃烧热ΔH=-2 092 kJ·ml-1,丙烷(g)的燃烧热ΔH=-2 220 kJ·ml-1,1 ml液态水蒸发为气态水的焓变为ΔH=+44 kJ·ml-1。则2 ml氢气完全燃烧生成气态水的ΔH为(　　)A.-658 kJ·ml-1B.-482 kJ·ml-1C.-329 kJ·ml-1D.-285 kJ·ml-1
解析 已知反应①为△(g)+H2(g)→CH3CH2CH3(g)　ΔH1=-157 kJ·ml-1。反应②:△(g)+ O2(g) ==3CO2(g)+3H2O(l)　ΔH2=-2 092 kJ·ml-1,反应③:CH3CH2CH3(g)+5O2(g) ==3CO2(g)+4H2O(l)　ΔH3=-2 220 kJ·ml-1,变化④H2O(l) ==H2O(g)　ΔH4=+44 kJ·ml-1,根据盖斯定律,反应①-反应②+反应③+变化④得到反应:H2(g)+ O2(g) ==H2O(g)　ΔH=ΔH1-ΔH2+ΔH3+ΔH4=-241 kJ·ml-1,则2 ml氢气完全燃烧生成气态水的热化学方程式为2H2(g)+O2(g) ==2H2O(g)　ΔH=-482 kJ·ml-1,B正确。
对点演练2-1.(2021湖北荆门月考)下列说法或表示方法正确的是(　　)A.CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0 kJ·ml-1,则表示CO(g)的燃烧热的热化学方程式为2CO(g)+O2(g) ==2CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ·ml-1B.含0.5 ml草酸的稀溶液和含1 ml氢氧化钠的稀溶液混合,放出热量等于57.3 kJC.在稀溶液中:H+(aq)+OH-(aq) ==H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·ml-1,若将含0.5 ml H2SO4的浓硫酸与含1 ml NaOH的溶液混合,放出的热量等于57.3 kJD.在101 kPa时,2 g H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ热量,则氢气燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)+O2(g) ==2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·ml-1
解析 燃烧热是指1 ml可燃物完全燃烧生成稳定的化合物所放出的能量,CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0 kJ·ml-1,则表示CO(g)的燃烧热的热化学方程式为CO(g)+ O2(g) ==CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ·ml-1,故A错误;草酸是弱酸,电离过程吸热,含0.5 ml草酸的稀溶液和含1 ml氢氧化钠的稀溶液混合,放出热量小于57.3 kJ,故B错误;在稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq) ==H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·ml-1,浓硫酸稀释放热,所以将含0.5 ml H2SO4的浓硫酸与含1 ml NaOH的溶液混合,放出的热量大于57.3 kJ,故C错误;2 g H2的物质的量是1 ml,完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ热量,表示氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)+O2(g) ==2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·ml-1,故D正确。
2-2.(2021河北唐山调研)25 ℃、101 kPa时,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·ml-1,辛烷的燃烧热ΔH=-5 518 kJ·ml-1。下列热化学方程式书写正确的是(　　)
解析 A项,所列热化学方程式中有两个错误,一是中和热是指反应生成1 ml H2O(l)时的反应热,二是当有BaSO4沉淀生成时,反应放出的热量会增加,生成1 ml H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ,错误;C项,燃烧热是指1 ml纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所产生的热量,产物中的水应为液态水,错误;D项,当2 ml辛烷完全燃烧时,产生的热量为11 036 kJ,且辛烷应为液态,错误。
2-3.(2021广西桂林质检)(1)实验测得4 g甲醇在氧气中完全燃烧,生成二氧化碳气体和液态水时释放出90.8 kJ的热量。试写出甲醇燃烧热的热化学方程式:　　　　　　　　。 (2)现已知N2(g)和H2(g)反应生成1 ml NH3(g)过程中能量变化如图所示。根据下列键能数据计算N—H键键能为　　　　 kJ·ml-1。 
(3)用如图所示装置进行中和热测定实验,请回答下列问题:
仪器A的名称为　　　　　　　　　　　　。取50 mL 0.1 ml·L-1盐酸与50 mL 0.1 ml·L-1NaOH溶液在小烧杯中进行中和反应,通过实验并计算可得中和热ΔH=-54.8 kJ·ml-1,上述实验数值与ΔH=-57.3 kJ·ml-1有偏差,产生此偏差的原因可能是　　　　(填字母序号)。 a.实验装置保温、隔热效果差b.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定盐酸的温度c.一次性把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中若用50 mL 0.1 ml·L-1CH3COOH溶液代替盐酸进行上述实验,测得反应前后温度的变化值会　　　　(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。 
答案 (1)CH3OH(l)+ O2(g) ==CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-726.4 kJ·ml-1(2)391　(3)环形玻璃搅拌棒　ab　偏小
解析 (1)4 g CH3OH在氧气中燃烧生成CO2和液态水放出90.8 kJ热量,则32 g即1 ml CH3OH在氧气中燃烧生成CO2和液态水放出726.4 kJ热量,热化学方程式为CH3OH(l)+ O2(g) ==CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-726.4 kJ·ml-1。
(3)由装置图可知,仪器A为环形玻璃搅拌棒;通过实验并计算可得中和热ΔH=-54.8 kJ·ml-1,与ΔH=-57.3 kJ·ml-1有偏差,a项,实验装置保温、隔热效果差,使热量散失多,导致测得放出的热量偏小,故a选;b项,用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定盐酸的温度,使测定的温差偏小,计算的放热量偏小,故b选;c项,一次性把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中,可减少热量散失,操作正确,故c不选;CH3COOH是弱电解质,电离过程吸热,会使测得的反应前后温度的变化值偏小。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)物质发生化学变化都伴有能量的变化。(　　)(2)活化能越大,表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越大。(　　)(3)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同。(　　)(4)物质的物理变化过程中,也会有能量变化,但不属于吸热反应和放热反应。(　　)(5)1 ml H2燃烧放出的热量为氢气的燃烧热。(　　)
(6)1 ml硫完全燃烧生成SO3所放出的热量为硫的燃烧热。(　　)(7)根据2H2(g)+O2(g) ==2H2O(l)　ΔH=-571 kJ·ml-1可知氢气的燃烧热ΔH=-571 kJ·ml-1。(　　)(8)用稀醋酸与稀的NaOH溶液反应测定中和热,所测的中和热ΔH>-57.3 kJ·ml-1。(　　)(9)已知H+(aq)+OH-(aq) ==H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·ml-1,则Ca(OH)2和HCl反应的反应热ΔH=2×(-57.3) kJ·ml-1。(　　)(10)表示乙醇燃烧热的热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g) ==2CO2(g)+3H2O(g)　ΔH=-1 367.0 kJ·ml-1。(　　)
答案 (1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√　(9)×　(10)×
易错警示燃烧热和中和热应用中的注意事项(1)有关燃烧热的判断,一看是否以1 ml可燃物为标准,二看是否生成稳定的化合物。特别注意:C→CO不是完全燃烧;而S→SO3,SO3不是S燃烧的产物;生成的水应为液态,不能是气态。(2)有关中和热的判断,一看是否以生成1 ml H2O为标准,二看酸碱的强弱和浓度,应充分考虑弱酸、弱碱电离吸热,浓的酸碱溶液稀释放热等因素。
1.书写热化学方程式时的注意事项
2.反应热计算的四种方法(1)根据燃烧热数据,求算反应放出的热量。利用公式:Q=|燃烧热|×n(可燃物)如已知H2的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·ml-1,若H2的物质的量为2 ml,则2 ml H2燃烧放出的热量为2 ml×285.8 kJ·ml-1=571.6 kJ。(2)依据反应物与生成物的总能量计算。ΔH=E生成物-E反应物。
(3)根据键能数据(E)计算。ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和。(4)根据盖斯定律计算反应热。若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减而得到,则该反应的反应热也可通过另外几个化学反应的反应热相加减而得到。
3.盖斯定律及其应用(1)理论依据:反应热只与反应体系的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关,而与具体反应的途径无关。(2)计算模式
ΔH=ΔH1+ΔH2
(3)主要应用:计算某些难以直接测量的化学反应的反应热。(4)注意事项:应用盖斯定律进行简单计算,关键在于设计反应途径。①当反应式乘以或除以某数时,ΔH也应乘以或除以某数。②进行热化学方程式加减运算以及比较反应热的大小时,ΔH都要带“+”“-”号计算、比较,即把ΔH看作一个整体进行分析判断。③在设计的反应途径中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。④当设计的反应逆向进行时,注意ΔH要进行相应的变化。
考向1　热化学方程式的书写与反应热的计算真题示例1-1.(2021湖南卷,16节选)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过氨热分解法制氢气。相关化学键的键能数据
在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)　ΔH=　　　　 kJ·ml-1 
解析 根据ΔH=反应物中化学键的键能之和-生成物中化学键键能之和=6×390.8 kJ·ml-1-(946.0 kJ·ml-1+3×436.0 kJ·ml-1)=+90.8 kJ·ml-1。
1-2.(2020浙江卷,27节选)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)第一步,写出反应式:100 mL 0.200 ml·L-1 CuSO4溶液与1.95 g锌粉发生反应的化学方程式为CuSO4+Zn==ZnSO4+Cu。第二步,近似处理数据,代入公式计算:忽略溶液体积、质量变化可知,溶液的质量m=ρV=1.00 g·cm-3×100 mL=100 g,忽略金属吸收的热量可知,反应放出的热量Q=cmΔt=4.18 J·g-1·℃-1×100 g×(30.1-20.1) ℃=4.18×103 J。
(2)第一步,找出实际参加反应的硫酸铜的物质的量与放出热量的关系:上述反应中硫酸铜的物质的量n(CuSO4)=0.200 ml·L-1×0.100 L=0.020 ml,锌粉的物质的量n(Zn)= =0.030 ml,由此可知,锌粉过量。根据题干与第(1)问可知,转化0.020 ml硫酸铜所放出的热量为4.18×103 J。第二步,计算1 ml硫酸铜参加反应放出的热量,即可求出反应的焓变:题给反应中焓变ΔH代表反应1 ml硫酸铜参加反应放出的热量,单位为 kJ·ml-1,则
对点演练1.按要求回答下列问题。(1)已知拆开1 ml H—H键、1 ml N—H键、1 ml N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)已知碳的燃烧热ΔH1=a kJ·ml-1,S(s)+2K(s) ==K2S(s)　ΔH2=b kJ·ml-1,2K(s)+N2(g)+3O2(g) ==2KNO3(s)　ΔH3=c kJ·ml-1,则S(s)+2KNO3(s)+3C(s) ==K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)　ΔH=　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)已知:C(s)+O2(g) ==CO2(g)　ΔH=-393.5 kJ·ml-1,H2(g)+ O2(g) ==H2O(g)　ΔH=-241.8 kJ·ml-1,CO(g)+ O2(g) ==CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ·ml-1,写出煤气化(碳和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气)的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。计算10 m3(标准状况)水煤气完全燃烧放出的热量为　　　　 kJ(结果保留到小数点后一位)。 
答案 (1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·ml-1(2)(3a+b-c) kJ·ml-1(3)C(s)+H2O(g) ==CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·ml-1　117 143.2
解析 (1)在反应N2+3H2 2NH3中,断裂3 ml H—H键和1 ml N≡N键共吸收的能量为3×436 kJ+946 kJ=2 254 kJ,生成2 ml NH3共形成6 ml N—H键,放出的能量为6×391 kJ=2 346 kJ,吸收的能量少,放出的能量多,该反应为放热反应,放出的热量为2 346 kJ-2 254 kJ=92 kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·ml-1。
(2)碳的燃烧热ΔH1=a kJ·ml-1,其热化学方程式为C(s)+O2(g) ==CO2(g)　ΔH1=a kJ·ml-1①,S(s)+2K(s) ==K2S(s)　ΔH2=b kJ·ml-1②2K(s)+N2(g)+3O2(g) ==2KNO3(s)　ΔH3=c kJ·ml-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·ml-1。(3)已知:①C(s)+O2(g) ==CO2(g)　ΔH=-393.5 kJ·ml-1,
根据盖斯定律计算,①-②-③得到固态碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式为C(s)+H2O(g) ==CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·ml-1。根据反应②③可知,1 ml CO和1 ml H2完全燃烧放出的热量为241.8 kJ
误区警示热化学方程式正误判断的易错点
考向2　盖斯定律的应用真题示例2-1.(2020全国Ⅰ卷,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+ O2(g) SO3(g)　ΔH=-98 kJ·ml-1。回答下列问题:钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为　。 
答案 2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=-351 kJ·ml-1
解析 第一步,写出相关热化学方程式。由题中信息可知:
第二步,找出目标反应中的相应物质。反应物:V2O5(s)、SO2(g);生成物:VOSO4(s)、V2O4(s);第三步,根据已知热化学方程式写出目标热化学方程式。
根据盖斯定律可知,③-②×2得2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s)ΔH=ΔH1-2ΔH2=(-399 kJ·ml-1)-(-24 kJ·ml-1)×2=-351 kJ·ml-1即目标反应的热化学方程式为2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=-351 kJ·ml-1。
2-2.(2020山东卷,18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
回答下列问题:ΔH3=　　　　　 kJ·ml-1。 
解析 第一步,找出目标反应中的相关物质。反应物:CO2(g)、H2(g);生成物:CO(g)、H2O(g)。第二步,根据盖斯定律进行计算。由反应Ⅰ-反应Ⅱ=反应Ⅲ,可得CO2(g)+H2(g) ==CO(g)+H2O(g)ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49.5 kJ·ml-1-(-90.4 kJ·ml-1)=+40.9 kJ·ml-1。
2-3.(2021全国甲卷,28节选)二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题:二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为:CO2(g)+3H2(g) ==CH3OH(g)+H2O(g)该反应一般认为通过如下步骤来实现:①CO2(g)+H2(g) ==CO(g)+H2O(g)　ΔH1=+41 kJ·ml-1②CO(g)+2H2(g) ==CH3OH(g)　ΔH2=-90 kJ·ml-1总反应的ΔH=　　　 kJ·ml-1;若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是　　　(填标号),判断的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案 -49　A　ΔH1为正值,ΔH2和ΔH为负值,反应①活化能大于反应②的
解析 根据盖斯定律,由①+②可得,CO2(g)+3H2(g) ==CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49 kJ·ml-1。反应①为慢反应说明反应①的活化能比反应②更大,且总反应的ΔH<0,说明总反应的反应物总能量比生成物总能量高,故能体现反应能量变化的图像是A。
对点演练2-1.(2021湖南岳阳二模节选)氮元素的化合物种类繁多,研究氮氧化物的反应机理对于消除污染有重要指导作用。(1)NO2有较强的氧化性,能将SO2氧化成SO3,自身被还原为NO。
已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH1=-196.6 kJ·ml-12NO(g)+O2(g) ==2NO2(g)　ΔH2=-113.0 kJ·ml-1则NO2氧化SO2的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案 NO2(g)+SO2(g) ==SO3(g)+NO(g)　ΔH=-41.8 kJ·ml-1
解析 已知热化学方程式为①2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH1=-196.6 kJ·ml-1;②2NO(g)+O2(g) ==2NO2(g)　ΔH2=-113.0 kJ·ml-1;根据盖斯定律,由(①-②)÷2可得,NO2(g)+SO2(g) ==SO3(g)+NO(g)　ΔH= (ΔH1-ΔH2)=-41.8 kJ·ml-1。
2-2.(2021湖北武汉四月检测节选)CH4—CO2重整技术是实现“碳中和”的一种理想的CO2利用技术,具有广阔的市场前景、经济效益和社会意义。该过程中涉及的反应如下。
主反应:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH1副反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.0 kJ·ml-1回答下列问题:已知CH4、CO和H2的燃烧热ΔH分别为-890.3 kJ·ml-1、-283.0 kJ·ml-1和-285.8 kJ·ml-1,该催化重整主反应的ΔH1=　　　　 kJ·ml-1。有利于提高CO2平衡转化率的条件是　　　　　　(填标号)。 A.高温高压B.高温低压C.低温高压D.低温低压
答案 +247.3　B
解析 根据题中所给条件,可以列出CH4(g)+2O2(g) ==CO2(g)+2H2O(l)　ΔH3=-890.3 kJ·ml-1,CO(g)+ O2(g) ==CO2(g)　ΔH4=-283.0 kJ·ml-1,H2(g)+ O2(g) ==H2O(l)　ΔH5=-285.8 kJ·ml-1;根据盖斯定律可得ΔH1=ΔH3-2×(ΔH4+ΔH5)=-890.3 kJ·ml-1-2×(-283.0 kJ·ml-1-285.8 kJ·ml-1)=+247.3 kJ·ml-1;主反应CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)的化学方程式反应物计量数之和小于生成物计量数之和,并且该反应为吸热反应,故高温、低压均有利于二氧化碳的转化,答案选B。
技法点拨运用盖斯定律的技巧——“三调一加”
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)表示甲烷燃烧热的热化学方程式:CH4(g)+2O2(g) ==CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-890.3 kJ。(　　)(2)表示中和热的热化学方程式:NaOH(aq)+HCl(aq) ==NaCl(aq)+H2O　ΔH=+57.3 kJ·ml-1。(　　)(3)硫燃烧的热化学方程式:S(s)+O2(g) ==SO2(g)　ΔH=+296.8 kJ·ml-1。(　　)(4)已知相同条件下2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH1,反应2SO2(s)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH2,则ΔH1>ΔH2。(　　)
(5)已知:500 ℃、30 MPa下,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·ml-1;将1.5 ml H2和过量的N2在此条件下充分反应,放出热量46.2 kJ。(　　)(6)C(石墨,s) ==C(金刚石,s)　ΔH>0,说明石墨比金刚石稳定。(　　)(7)一个反应一步完成与分几步完成相比,经过的步骤越多,放出的热量越多。(　　)(8)由H2(g)+ O2(g) ==H2O(g)　ΔH=-a kJ·ml-1可知,1 g H2燃烧生成H2O(g)放出的热量为a kJ。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)×
(八)　化学反应机理与能量变化模型图
化学反应机理与能量变化模型图是近几年高考中出现的一种新题型,主要考查学生的宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等化学核心素养。主要以选择题的形式考查化学反应机理、反应过程中的能量变化、化学键的断裂与形成、热化学方程式的书写等知识点。复习时要注意寻找分析此类问题的切入点,掌握解题的一般思路和方法。
(一)审题关注什么1.化学反应的本质与热效应
2.根据能量图像书写热化学方程式的一般思路
(二)题目考查什么近几年高考主要考查了以下两类题型,一是机理图和分子模型结合题,二是能量变化与反应历程图结合题,相关的题型和解题策略如下:1.机理图和分子模型结合题解题策略
【示例分析1】我国在CO2催化加氢制取汽油方面取得突破性进展,CO2转化过程示意图如下。
2.能量变化与反应历程图结合题解题策略(1)正确理解催化剂①一般不特殊指出均指正催化剂,催化剂改变化学反应速率,是由于改变了反应途径,降低了反应的活化能;②催化剂不能改变平衡转化率与反应的反应热;③催化剂需要合适的温度:温度过低,活性低;温度过高,催化剂可能失活。
(2)反应历程图的信息理解①反应历程图中,从低能态“爬坡”到高能态均为一次能垒,这个能垒就是活化能,通过两者相对能量可计算活化能;②一般而言,活化能低,反应速率快(类似加入催化剂,降低活化能,反应速率加快),为快反应,反之为慢反应;整个反应的反应速率由慢反应决定,反应历程图中的最高能垒步骤,即反应过程中活化能最高步骤,决定了整个反应过程的反应速率。
【示例分析2】2019年9月,我国科研人员研制出Ti-H-Fe双温区催化剂,其中Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃。Ti-H-Fe 双温区催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。
(2019全国Ⅰ卷,28节选)水煤气变换[CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:(1)某科研人员曾做过下列实验:①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CO(s),氧化钴部分被还原为金属钴C(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。②在同一温度下用CO还原CO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。根据上述实验结果判断,还原CO(s)为C(s)的倾向是CO　　　　　H2(填“大于”或“小于”)。 
(2)721 ℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为　　　　　(填标号)。 A.<0.25　　　　　　　~0.50>0.50
(3)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH　　　　　0(填“大于”“等于”或“小于”),该历程中最大能垒(活化能)E正=　　　　eV,写出该步骤的化学方程式:　。 
思路点拨化整为零、逐题解答。(1)根据721 ℃时生成物物质的量分数判断。
(2)“多重平衡规则”的应用,定义表达式及“三段式”的计算方法。
定义表达式法和“三段式法”。设起始CO、H2O(g)物质的量浓度均为1 ml·L-1,达平衡时转化的CO、H2O(g)浓度均为x。
除上述定量计算法外,还可以根据选项为数据范围的特点采用“半定量”的方法进行推断,具体过程如下:
(3)分析图示得出结论。
答案 (1)大于(2)C(3)小于　2.02　COOH*+H*+H2O*==COOH*+2H*+OH*(或H2O*==H*+OH*)
1.(2021湖南永州重点中学5月联考)反应(CH3)3CBr+H2O→(CH3)3COH+H++Br-　ΔH<0分两步进行,反应如下:第一步(CH3)3CBr→(CH3)3C++Br-(慢反应)ΔH>0第二步(CH3)3C++H2O→(CH3)3COH+H+(快反应)该反应的能量与反应历程图像正确的是(　　)
解析 反应的活化能越大,反应越慢。由题意可知,第一步是慢反应,则两步反应中第一步反应的活化能较大,峰值较高,则B、D项错误;第一步为吸热反应,则第一步反应终点时能量高于起点,则A项错误;由于总反应是放热反应,则第二步必为放热反应,则终点的能量比起点的低,C项正确。
2.(2021吉林三模)我国科研人员研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化剂上CO2加氢制甲醇过程中水的作用机理,其主反应历程如图所示(H2→*H+*H)。下列说法错误的是(　　)
A.CO2、H2O、CH3OH均是共价化合物B.第④步的反应式为*HO+*H→H2OC.CO2加氢制甲醇过程中原子利用率小于100%D.增大催化剂的比表面积可提高反应速率及CO2的转化率
答案 D　解析 CO2、H2O、CH3OH均为只含共价键的化合物,均为共价化合物,A正确;根据示图可知第④步反应中CH3OH、*HO和*H作用得到H2O和甲醇,所以该步骤的反应式为*HO+*H→H2O,B正确;根据图示可知,二氧化碳和氢气反应生成甲醇和水,该反应中除了生成甲醇外还生成水,所以二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率不是100%,C正确;催化剂可改变反应活化能,但不能改变平衡转化率,D错误。
3.(2021江西重点中学一模)研究表明CO与N2O在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示,两步反应分别为①N2O+Fe+==N2+FeO+(慢)、②FeO++CO==CO2+Fe+(快)。下列说法正确的是(　　)
A.Fe+使反应的活化能减小,FeO+是中间产物B.两步反应均为放热反应,总反应的化学反应速率由反应②决定C.反应①是氧化还原反应,N2是氧化产物D.若转移1 ml电子,则生成的CO2中含C=O键数目为2NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
答案 A　解析 根据题意可知Fe+是催化剂,催化剂通过降低反应的活化能增大化学反应速率,反应开始前和反应结束后都没有FeO+,所以FeO+是中间产物,A项符合题意;通过反应物和产物能量的相对高低知①②均为放热反应,总反应速率应当由慢反应即①决定,B项不符合题意;该反应有化合价的变化,N元素由N2O中的+1价降低到N2中的0价,发生还原反应,N2为还原产物,C项不符合题意;反应②中碳元素由CO中的+2价升高到CO2中的+4价,转移2个电子,所以每转移1 ml电子,生成0.5 ml CO2,一个CO2中有两个碳氧双键,则0.5 ml CO2中碳氧双键数目为NA,D项不符合题意。
4.(2021广东佛山顺德二模)M和N转化为P的催化反应历程及相对能量如图。下列说法错误的是(　　)
A.生活中常用P除水垢B.催化剂能改变反应速率同时也能改变反应的焓变C.M和N转化为P是一个放热反应D.该反应有利于治理温室效应
解析 由图可知,CH4和CO2在催化剂的作用下反应生成CH3COOH,反应经过由①到过渡态和由过渡态再到②两个过程,且①的总能量高于②的总能量,总反应为CH4+CO2 CH3COOH,即M为CH4,N为CO2,P为CH3COOH。根据以上分析,P为CH3COOH,生活中常用醋酸除水垢,故A正确;催化剂能改变反应速率,但不能改变反应的焓变,故B错误;根据图示,①的总能量高于②的总能量,CH4和CO2转化为CH3COOH是一个放热反应,故C正确;该反应是将CH4和CO2两种具有温室效应的气体转化为CH3COOH,所以发生的反应有利于治理温室效应,故D正确。
5.(2021广西南宁一模节选)硫及其化合物的综合利用是化学研究的热点领域。回答下列问题:(1)已知:H2S的燃烧热ΔH1=-586 kJ·ml-1;硫的燃烧热ΔH2=-297 kJ·ml-1。25 ℃、101 kPa时,1 ml H2S 不完全燃烧生成固态S和液态H2O的反应热ΔH3=　　　 kJ·ml-1。 (2)SO2催化氧化制SO3是重要的化工反应。该反应用V2O5作为催化剂,催化反应过程如下图所示。该反应加入催化剂后正反应的活化能为　　　　。加入催化剂能提高该反应的化学反应速率的原因是　 　。 
答案 (1)-289　(2)E1　加入催化剂,使活化能降低,活化分子百分数增加,从而加快反应速率
解析 (1)由题目所给信息可得热化学方程式:①2H2S(g)+3O2(g) ==2H2O(l)+2SO2(g)　ΔH1=-586 kJ·ml-1×2=-1 172 kJ·ml-1,②S(s)+O2(g) ==SO2(g)　ΔH2=-297 kJ·ml-1,根据盖斯定律,由①-②×2可得,2H2S(g)+O2(g) ==2H2O(l)+2S(s)　ΔH=ΔH1-2ΔH2=-578 kJ·ml-1,故1 ml
(2)正反应的活化能指反应物与活化分子之间的能量差值,由图示知,加入催化剂后正反应的活化能为E1;催化剂加快反应速率是因为加入催化剂后,反应的活化能降低,活化分子百分数增加,从而加快反应速率。
6.(2021湖北武汉3月质量检测节选)甲醇是重要的化工原料,可用于制备甲醛、醋酸等产品。利用CH4与O2在催化剂的作用下合成甲醇。
回答下列问题:(1)已知:CH3OH(l) ==CH3OH(g)　ΔH3=+138 kJ·ml-1,CH4和CH3OH的燃烧热ΔH分别为-890 kJ·ml-1、-726 kJ·ml-1,则主反应的ΔH1=　　　　 kJ·ml-1。 
(2)科技工作者结合实验与计算机模拟结果,研究了CH4、O2和H2O(g)(H2O的作用是活化催化剂)按照一定体积比在催化剂表面合成甲醇的反应,部分历程如下图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注,TS代表过渡态)。
①在催化剂表面上更容易被吸附的是　　　　(填“H2O”或“O2”)。 ②该历程中正反应最大的活化能为　　　 kJ·ml-1,写出该步骤的化学方程式:　　　　　　　　　　　。 
(3)在恒温的刚性密闭容器中,分别按照CH4、O2的体积比为2∶1以及CH4、O2、H2O(g)的体积比为2∶1∶8反应相同的时间,所得产物的选择性[如甲
向反应体系中加入H2O(g)能够显著提高甲醇选择性的原因:  　。 
答案 (1)-26　(2)①H2O　②22.37　*CH4+*OH==*CH3OH+*H　(3)加入水蒸气,促进副反应逆向进行,二氧化碳减少;催化剂更容易吸附水,可提高甲醇选择性
根据盖斯定律可得,主反应的ΔH1=ΔH4-ΔH5+ΔH3=-26 kJ·ml-1。
(2)①根据图示可知,*H2O的能量更低,故水更容易被吸附;②正反应最大活化能=-12.68 kJ·ml-1-(-35.05 kJ·ml-1)=22.37 kJ·ml-1;化学方程式为*CH4+*OH CH3OH+*H。(3)副反应:CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g),加入水蒸气,可促进副反应逆向进行,从而使二氧化碳减少;催化剂更容易吸附水,可提高甲醇选择性。