2022高考化学 专题16 化学反应及能量变化（一）考点讲解

2022高考化学 专题16 化学反应及能量变化（一）考点讲解【考情报告】考查角度考查内容命题特点热化学方程式的书写盖斯定律的应用反应热的计算化学反应与能量是近几年高考的“热点”问题，主要以选择题和填空题的形式呈现。利用能量、键能以及盖斯定律等方法进行反应热的计算。【考向预测】 化学反应与能量是高考的必考点，主要考查三方面的内容：反应热概念的理解及计算;热化学方程式的正误判断与书写；盖斯定律及其应用。题型以选择题和填空题形式出现，难度适中。预计2014年高考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、燃烧热和中和热的概念、反应热的计算、化学键与能量间的关系、盖斯定律等为主，题型以选择题为主，盖斯定律的应用还可能会出现在填空题中。由于能源问题已成为社会热点，从能源问题切入，从不同的角度设问，结合新能源的开发，把反应热与能源结合起来进行考查，将是2019年的一个命题热点，在二轮复习时一定要引起注意。总之从近几年高考试题分析来看，本讲所考查内容仍以传统考点为主，复习时要把握基本传统知识。【经典在线】1. 知识梳理一、热化学方程式1概念：能够表示反应热的化学方程式叫热化学方程式。2表示的意义：不仅表示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)H571.6 kJmol1，表示在常温常压下2molH2(g)和 1molO2(g)完全反应生成2 mol液态水时 放出571.6 kJ的热量。3.注意事项.物质状态物质所处的状态不同，H值不同，所以必须注明物质状态。固态、液态、气态、溶液分别用符号s、l、g、aq表示。反应条件(1)热化学方程式不用标反应条件。如氢气在空气中燃烧生成液态水的热化学方程式为：H2(g)1/2O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1，不用标明反应条件“燃烧”。(2)不管反应是可逆反应还是不可逆反应，热化学方程式中的热效应都是指完全反应时的热效应。(3)在25，101 kPa进行的反应，可不标明温度和压强，不在此条件下进行的反应需要标明温度和压强。反应热(H)(1)单位：kJmol1。(2)符号：放热反应为“”；吸热反应为“”。化学计量数(1)化学计量数表示的是物质的量。(2)化学计量数可以为分数。(3)H的数值与对应的热化学方程式中化学计量数有关。如：H2(g)1/2O2(g)=H2O(l)Ha kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)Hb kJmol1则a、b的关系为：b2a。正、逆反应的H的关系逆反应和正反应的反应热数值相等，符号相反。如2H2(g)O2(g)=2H2O(l)Hb kJmol12H2O(l)=2H2(g)O2(g)Hc kJmol1，则cb。二、中和反应的反应热与燃烧热比较项目燃烧热中和反应的反应热相同点能量变化放热反应HH 0，单位： kJmol1不同点反应物的量1mol(O2的数量不限)可能是1 mol，也可能是0.5 mol反应热的含义298K、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量；不同反应物，燃烧热不同.稀溶液中强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol H2O时所释放的热量，均约为57.3 kJmol11. 燃烧热是反应热的一种形式。使用燃烧热的概念时要理解下列要点：(1)规定是在101 kPa压强下测出的热量。因为压强不同，同一反应的反应热有所不同。(2)规定可燃物的物质的量为1 mol。(3)规定生成物为稳定的氧化物。例如：CCO2、HH2O(l)、SSO2等。(4)叙述燃烧热时，用正值，在热化学方程式中用H表示时取负值。例如CH4的燃烧热为890 kJ/mol，而H890 kJ/mol。2. 中和热是反应热的一种形式。使用中和热的概念时要理解下列要点：(1)酸碱反应是在稀溶液中，指一般酸碱物质的量浓度1mol/L。（2）中和热不包括浓溶液的稀释热、电解质的溶解热、电离热、生成热等其他热效应。（3）中和热热化学方程式，规定水的物质的量为1mol。（4）叙述中和热时，用正值，在热化学方程式中用H表示时取负值。例如稀硫酸和KOH的中和热为57.3 kJ/mol，而H57.3 kJ/mol。三、反应热的计算1.根据反应物和生成物的能量计算根据反应热的定义可以对反应热进行计算：H=生成物的总能量-反应物的总能量。2.利用盖斯定律进行计算化学反应的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，而与反应的途径无关。即不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。如：H=H1H23.根据反应物和生成物的键能计算H=反应物的键能总和生成物的键能总和。根据键能计算反应热的关键是找出反应物和生成物所含共价键的数目，要注意晶体结构中化学键的情况。计算要领当反应方程式乘以或除以某数时，H也应乘以或除以某数。反应式进行加减运算时，H也同样要进行加减运算，且要带“”、“”，即把H看作一个整体进行运算。通过盖斯定律计算反应热和比较反应热的大小时，同样要把H看作一个整体。在设计反应过程时常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，状态由固液气时，会吸热；反之会放热。当设计的反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。在进行有关反应热的计算时常见失误点有：(1)根据已知的热化学方程式进行计算时，要清楚已知热化学方程式的化学计量数表示的物质的量与已知物质的量之间的比例关系，然后进行计算。(2)根据化学键断裂和形成过程中的能量变化计算反应热时，须注意断键和成键的总数，必须是断键和成键时吸收或放出的总能量。(3)运用盖斯定律进行计算，在调整方程式时，要注意H的正负和数值也要随之调整。2.经典精讲例1.（2013全国新课标卷I，28）二甲醚（CH3OCH3）是无色气体，可作为一种新型能源，由合成气（组成为H2、CO、和少量CO2）直接制备二甲醚，其中主要过程包括以下四个反应： 甲醇合成反应：CO(g）+ 2H2(g)CH3OH(g)H1=-90.1 kJmol-1 CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H2=-49.0 kJmol-1 水煤气变换反应：CO(g) + H2O (g)CO2(g)+H2(g)H3=-41.1 kJmol-1 二甲醚合成反应： 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) H4=-24.5 kJmol-1 Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是 （以化学方程式表示） 。分析二甲醚合成反应对于CO转化率的影响 。 由H2和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为 。有研究者在催化剂（含Cu-Zn-Al-O和Al2O3），压强为5.0MPa的条件下由H2和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_。 二甲醚直接燃料电池具有启动快，效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃烧燃料电池（5.93kWhkg-1），若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_。 一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生_个电子的电量；该电池理论输出电压1.20V，能量密度E=_（列式计算，能量密度=电池输出电能/燃料质量，1kWh=3.6105J ） 【答案】（1）Al2O3（铝土矿）+2NaOH+3H2O2NaAl(OH)4；NaAlO2+CO2+2H2ONaHCO3+Al(OH)3； 2Al(OH)3Al2O33H2O(2)消耗甲醇，促进甲醇合成反应平衡向右移，CO转化率增大；生成的H2O，通过水煤气变换反应消耗（2）合成二甲醚消耗甲醇，对于CO参与的反应相当于减小生成物的浓度，有利于平衡向右移动，使CO的转化率提高。（3）根据盖斯定律可知，将2即得到反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，所以该反应的放热H90.1 kJ/mol224.5 kJ/mol204.7kJ/mol。（4）该反应分子数减小，压强升高使平衡右移，CO和H2的转化率增大，CH3OCH3产率增加。压强升高使CO和H2的浓度增加，反应速率增大。（5）原电池中负极失去电子，所以负极电极反应式是CH3OCH312e3H2O2CO212H；二甲醚中碳原子的化合价是2价，反应后变为4价，失去6个电子，所以一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生12个电子的电量；由于能量密度电池输出电能/燃料质量，所以该电池的能量密度【2018江苏卷】下列说法正确的是A氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能B反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应C3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于66.021023D在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快【答案】C【解析】分析：A项，氢氧燃料电池放电时化学能不能全部转化为电能，理论上能量转化率高达85%90%；B项，反应4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）的S0，该反应常温下可自发进行，该反应为放热反应；C项，N2与H2的反应为可逆反应，3molH2与1molN2混合反应生成NH3，转移电子数小于6mol；D项，酶是一类具有催化作用的蛋白质，酶的催化作用具有的特点是：条件温和、不需加热，具有高度的专一性、高效催化作用，温度越高酶会发生变性，催化活性降低。例2.在1200时，天然气脱硫工艺中会发生下列反应H2S（g）+ O2(g)=SO2(g)+H2O(g)H12H2S(g)+SO2(g)=S2(g)+2H2O(g) H2H2S(g)+O2(g)=S(g)+H2O(g) H32S(g) =S2(g) H4则H4的正确表达式为A.H4（H1H23H3）B.H4（3H3H1H2）C.H4（H1H23H3） D.H4（H1H23H3）【答案】A【解析】考察盖斯定律。根据S守恒原理，要得到方程式4，可以用（方程式1+方程式23方程式2）；即选择H4的正确表达式为H4（H1H23H3），即选项A正确。.【经典考题3】CO（g）+H2O（g） H2（g）+CO2（g）H0，在其他条件不变的情况下A加入催化剂，改变了反应的途径，反应的H也随之改变B改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变C升高温度，反应速率加快，反应放出的热量不变D若在原电池中进行，反应放出的热量不变【答案】B【经典考题4】【2018届余姚中学模拟考】H2O2(l)在有MnO2条件下和无MnO2条件下分解的能量变化如图所示。下列说法正确是A有MnO2 条件下的反应曲线是a曲线B该反应能量变化类型与CaCO3分解反应相同C加催化剂后，正反应速率加快，逆反应速率减小Db曲线的热化学方程式为：H2O2(l) =H2O(l) +1/2O2(g) H= ( E1 - E2 )KJ mol-1【答案】D【解题技巧】1.在热化学方程式的书写和判断正误时，常见失误点有：(1)忽视H的正负。(2)忽视H的数值与化学计量数有关。化学计量数发生变化时，H的数值要相应变化。(3)忽视物质的状态不同H的数值也不同。2.利用盖斯定律计算反应热的模式与要领(1)计算模式方式一若有(a)A(g)M(g)=B(g)H1(b)A(l)M(g)=B(g)H2(c)A(g)=A(l)H3则(c)(a)(b)，即：H3H1H2。方式二若有(a)A(s)M(g)=B(s)H1(b)C(s)M(g)=D(s)H2(c)A(s)D(s)=B(s)C(s)H3则(c)(a)(b)，即：H3H1H2。(2)计算要领当反应方程式乘以或除以某数时，H也应乘以或除以某数。反应式进行加减运算时，H也同样要进行加减运算，且要带“”、“”，即把H看作一个整体进行运算。通过盖斯定律计算反应热和比较反应热的大小时，同样要把H看作一个整体。在设计反应过程时常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，状态由固液气时，会吸热；反之会放热。当设计的反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。