2022高考化學(xué) 專題16 化學(xué)反應(yīng)及能量變化（一）考點(diǎn)講解

2022高考化學(xué) 專題16 化學(xué)反應(yīng)及能量變化（一）考點(diǎn)講解【考情報(bào)告】考查角度考查內(nèi)容命題特點(diǎn)熱化學(xué)方程式的書寫蓋斯定律的應(yīng)用反應(yīng)熱的計(jì)算化學(xué)反應(yīng)與能量是近幾年高考的“熱點(diǎn)”問題，主要以選擇題和填空題的形式呈現(xiàn)。利用能量、鍵能以及蓋斯定律等方法進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算?！究枷蝾A(yù)測(cè)】 化學(xué)反應(yīng)與能量是高考的必考點(diǎn)，主要考查三方面的內(nèi)容：反應(yīng)熱概念的理解及計(jì)算;熱化學(xué)方程式的正誤判斷與書寫；蓋斯定律及其應(yīng)用。題型以選擇題和填空題形式出現(xiàn)，難度適中。預(yù)計(jì)2014年高考仍將以熱化學(xué)方程式的書寫、物質(zhì)能量高低與穩(wěn)定性的關(guān)系、燃燒熱和中和熱的概念、反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)鍵與能量間的關(guān)系、蓋斯定律等為主，題型以選擇題為主，蓋斯定律的應(yīng)用還可能會(huì)出現(xiàn)在填空題中。由于能源問題已成為社會(huì)熱點(diǎn)，從能源問題切入，從不同的角度設(shè)問，結(jié)合新能源的開發(fā)，把反應(yīng)熱與能源結(jié)合起來進(jìn)行考查，將是2019年的一個(gè)命題熱點(diǎn)，在二輪復(fù)習(xí)時(shí)一定要引起注意?？傊畯慕鼛啄旮呖荚囶}分析來看，本講所考查內(nèi)容仍以傳統(tǒng)考點(diǎn)為主，復(fù)習(xí)時(shí)要把握基本傳統(tǒng)知識(shí)?！窘?jīng)典在線】1. 知識(shí)梳理一、熱化學(xué)方程式1概念：能夠表示反應(yīng)熱的化學(xué)方程式叫熱化學(xué)方程式。2表示的意義：不僅表示了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。如2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ·mol1，表示在常溫常壓下2molH2(g)和 1molO2(g)完全反應(yīng)生成2 mol液態(tài)水時(shí) 放出571.6 kJ的熱量。3.注意事項(xiàng).物質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)所處的狀態(tài)不同，H值不同，所以必須注明物質(zhì)狀態(tài)。固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、溶液分別用符號(hào)s、l、g、aq表示。反應(yīng)條件(1)熱化學(xué)方程式不用標(biāo)反應(yīng)條件。如氫氣在空氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：H2(g)1/2O2(g)=H2O(l)H285.8 kJ·mol1，不用標(biāo)明反應(yīng)條件“燃燒”。(2)不管反應(yīng)是可逆反應(yīng)還是不可逆反應(yīng)，熱化學(xué)方程式中的熱效應(yīng)都是指完全反應(yīng)時(shí)的熱效應(yīng)。(3)在25，101 kPa進(jìn)行的反應(yīng)，可不標(biāo)明溫度和壓強(qiáng)，不在此條件下進(jìn)行的反應(yīng)需要標(biāo)明溫度和壓強(qiáng)。反應(yīng)熱(H)(1)單位：kJ·mol1。(2)符號(hào)：放熱反應(yīng)為“”；吸熱反應(yīng)為“”?；瘜W(xué)計(jì)量數(shù)(1)化學(xué)計(jì)量數(shù)表示的是物質(zhì)的量。(2)化學(xué)計(jì)量數(shù)可以為分?jǐn)?shù)。(3)H的數(shù)值與對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)。如：H2(g)1/2O2(g)=H2O(l)Ha kJ·mol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)Hb kJ·mol1則a、b的關(guān)系為：b2a。正、逆反應(yīng)的H的關(guān)系逆反應(yīng)和正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號(hào)相反。如2H2(g)O2(g)=2H2O(l)Hb kJ·mol12H2O(l)=2H2(g)O2(g)Hc kJ·mol1，則cb。二、中和反應(yīng)的反應(yīng)熱與燃燒熱比較項(xiàng)目燃燒熱中和反應(yīng)的反應(yīng)熱相同點(diǎn)能量變化放熱反應(yīng)HH 0，單位： kJ·mol1不同點(diǎn)反應(yīng)物的量1mol(O2的數(shù)量不限)可能是1 mol，也可能是0.5 mol反應(yīng)熱的含義298K、101kPa時(shí)，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時(shí)所放出的熱量；不同反應(yīng)物，燃燒熱不同.稀溶液中強(qiáng)酸跟強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol H2O時(shí)所釋放的熱量，均約為57.3 kJ·mol11. 燃燒熱是反應(yīng)熱的一種形式。使用燃燒熱的概念時(shí)要理解下列要點(diǎn)：(1)規(guī)定是在101 kPa壓強(qiáng)下測(cè)出的熱量。因?yàn)閴簭?qiáng)不同，同一反應(yīng)的反應(yīng)熱有所不同。(2)規(guī)定可燃物的物質(zhì)的量為1 mol。(3)規(guī)定生成物為穩(wěn)定的氧化物。例如：CCO2、HH2O(l)、SSO2等。(4)敘述燃燒熱時(shí)，用正值，在熱化學(xué)方程式中用H表示時(shí)取負(fù)值。例如CH4的燃燒熱為890 kJ/mol，而H890 kJ/mol。2. 中和熱是反應(yīng)熱的一種形式。使用中和熱的概念時(shí)要理解下列要點(diǎn)：(1)酸堿反應(yīng)是在稀溶液中，指一般酸堿物質(zhì)的量濃度1mol/L。（2）中和熱不包括濃溶液的稀釋熱、電解質(zhì)的溶解熱、電離熱、生成熱等其他熱效應(yīng)。（3）中和熱熱化學(xué)方程式，規(guī)定水的物質(zhì)的量為1mol。（4）敘述中和熱時(shí)，用正值，在熱化學(xué)方程式中用H表示時(shí)取負(fù)值。例如稀硫酸和KOH的中和熱為57.3 kJ/mol，而H57.3 kJ/mol。三、反應(yīng)熱的計(jì)算1.根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量計(jì)算根據(jù)反應(yīng)熱的定義可以對(duì)反應(yīng)熱進(jìn)行計(jì)算：H=生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量。2.利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的反應(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)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。即不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。如：H=H1H23.根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計(jì)算H=反應(yīng)物的鍵能總和生成物的鍵能總和。根據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)熱的關(guān)鍵是找出反應(yīng)物和生成物所含共價(jià)鍵的數(shù)目，要注意晶體結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵的情況。計(jì)算要領(lǐng)當(dāng)反應(yīng)方程式乘以或除以某數(shù)時(shí)，H也應(yīng)乘以或除以某數(shù)。反應(yīng)式進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，H也同樣要進(jìn)行加減運(yùn)算，且要帶“”、“”，即把H看作一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)算。通過蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱和比較反應(yīng)熱的大小時(shí)，同樣要把H看作一個(gè)整體。在設(shè)計(jì)反應(yīng)過程時(shí)常會(huì)遇到同一物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，狀態(tài)由固液氣時(shí)，會(huì)吸熱；反之會(huì)放熱。當(dāng)設(shè)計(jì)的反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)，其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號(hào)相反。在進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算時(shí)常見失誤點(diǎn)有：(1)根據(jù)已知的熱化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要清楚已知熱化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)表示的物質(zhì)的量與已知物質(zhì)的量之間的比例關(guān)系，然后進(jìn)行計(jì)算。(2)根據(jù)化學(xué)鍵斷裂和形成過程中的能量變化計(jì)算反應(yīng)熱時(shí)，須注意斷鍵和成鍵的總數(shù)，必須是斷鍵和成鍵時(shí)吸收或放出的總能量。(3)運(yùn)用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，在調(diào)整方程式時(shí)，要注意H的正負(fù)和數(shù)值也要隨之調(diào)整。2.經(jīng)典精講例1.（2013全國新課標(biāo)卷I，28）二甲醚（CH3OCH3）是無色氣體，可作為一種新型能源，由合成氣（組成為H2、CO、和少量CO2）直接制備二甲醚，其中主要過程包括以下四個(gè)反應(yīng)： 甲醇合成反應(yīng)：CO(g）+ 2H2(g)CH3OH(g)            H1=-90.1 kJ·mol-1 CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)          H2=-49.0 kJ·mol-1 水煤氣變換反應(yīng)：CO(g) + H2O (g)CO2(g)+H2(g)          H3=-41.1 kJ·mol-1 二甲醚合成反應(yīng)： 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)           H4=-24.5 kJ·mol-1 Al2O3是合成氣直接制備二甲醚反應(yīng)催化劑的主要成分之一。工業(yè)上從鋁土礦制備較高純度Al2O3的主要工藝流程是                              （以化學(xué)方程式表示） 。分析二甲醚合成反應(yīng)對(duì)于CO轉(zhuǎn)化率的影響                        。 由H2和CO直接制備二甲醚（另一產(chǎn)物為水蒸氣）的熱化學(xué)方程式為               。有研究者在催化劑（含Cu-Zn-Al-O和Al2O3），壓強(qiáng)為5.0MPa的條件下由H2和CO直接制備二甲醚，結(jié)果如下圖所示。其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是_。 二甲醚直接燃料電池具有啟動(dòng)快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，其能量密度高于甲醇直接燃燒燃料電池（5.93kW·h·kg-1），若電解質(zhì)為酸性，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為_。 一個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生_個(gè)電子的電量；該電池理論輸出電壓1.20V，能量密度E=_（列式計(jì)算，能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，1kW·h=3.6×105J ） 【答案】（1）Al2O3（鋁土礦）+2NaOH+3H2O2NaAl(OH)4；NaAlO2+CO2+2H2ONaHCO3+Al(OH)3； 2Al(OH)3Al2O33H2O(2)消耗甲醇，促進(jìn)甲醇合成反應(yīng)平衡向右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H2O，通過水煤氣變換反應(yīng)消耗（2）合成二甲醚消耗甲醇，對(duì)于CO參與的反應(yīng)相當(dāng)于減小生成物的濃度，有利于平衡向右移動(dòng)，使CO的轉(zhuǎn)化率提高。（3）根據(jù)蓋斯定律可知，將×2即得到反應(yīng)2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，所以該反應(yīng)的放熱H90.1 kJ/mol×224.5 kJ/mol204.7kJ/mol。（4）該反應(yīng)分子數(shù)減小，壓強(qiáng)升高使平衡右移，CO和H2的轉(zhuǎn)化率增大，CH3OCH3產(chǎn)率增加。壓強(qiáng)升高使CO和H2的濃度增加，反應(yīng)速率增大。（5）原電池中負(fù)極失去電子，所以負(fù)極電極反應(yīng)式是CH3OCH312e3H2O2CO212H；二甲醚中碳原子的化合價(jià)是2價(jià)，反應(yīng)后變?yōu)?價(jià)，失去6個(gè)電子，所以一個(gè)二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生12個(gè)電子的電量；由于能量密度電池輸出電能/燃料質(zhì)量，所以該電池的能量密度【2018江蘇卷】下列說法正確的是A氫氧燃料電池放電時(shí)化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能B反應(yīng)4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常溫下可自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)C3 mol H2與1 mol N2混合反應(yīng)生成NH3，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目小于6×6.02×1023D在酶催化淀粉水解反應(yīng)中，溫度越高淀粉水解速率越快【答案】C【解析】分析：A項(xiàng)，氫氧燃料電池放電時(shí)化學(xué)能不能全部轉(zhuǎn)化為電能，理論上能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)85%90%；B項(xiàng)，反應(yīng)4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）的S0，該反應(yīng)常溫下可自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；C項(xiàng)，N2與H2的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，3molH2與1molN2混合反應(yīng)生成NH3，轉(zhuǎn)移電子數(shù)小于6mol；D項(xiàng)，酶是一類具有催化作用的蛋白質(zhì)，酶的催化作用具有的特點(diǎn)是：條件溫和、不需加熱，具有高度的專一性、高效催化作用，溫度越高酶會(huì)發(fā)生變性，催化活性降低。例2.在1200時(shí)，天然氣脫硫工藝中會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)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則H4的正確表達(dá)式為A.H4（H1H23H3）B.H4（3H3H1H2）C.H4（H1H23H3） D.H4（H1H23H3）【答案】A【解析】考察蓋斯定律。根據(jù)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）×；即選擇H4的正確表達(dá)式為H4（H1H23H3），即選項(xiàng)A正確。.【經(jīng)典考題3】CO（g）+H2O（g） H2（g）+CO2（g）H0，在其他條件不變的情況下A加入催化劑，改變了反應(yīng)的途徑，反應(yīng)的H也隨之改變B改變壓強(qiáng)，平衡不發(fā)生移動(dòng)，反應(yīng)放出的熱量不變C升高溫度，反應(yīng)速率加快，反應(yīng)放出的熱量不變D若在原電池中進(jìn)行，反應(yīng)放出的熱量不變【答案】B【經(jīng)典考題4】【2018屆余姚中學(xué)模擬考】H2O2(l)在有MnO2條件下和無MnO2條件下分解的能量變化如圖所示。下列說法正確是A有MnO2 條件下的反應(yīng)曲線是a曲線B該反應(yīng)能量變化類型與CaCO3分解反應(yīng)相同C加催化劑后，正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減小Db曲線的熱化學(xué)方程式為：H2O2(l) =H2O(l) +1/2O2(g) H= ( E1 - E2 )KJ mol-1【答案】D【解題技巧】1.在熱化學(xué)方程式的書寫和判斷正誤時(shí)，常見失誤點(diǎn)有：(1)忽視H的正負(fù)。(2)忽視H的數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)?；瘜W(xué)計(jì)量數(shù)發(fā)生變化時(shí)，H的數(shù)值要相應(yīng)變化。(3)忽視物質(zhì)的狀態(tài)不同H的數(shù)值也不同。2.利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱的模式與要領(lǐng)(1)計(jì)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則(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則(c)(a)(b)，即：H3H1H2。(2)計(jì)算要領(lǐng)當(dāng)反應(yīng)方程式乘以或除以某數(shù)時(shí)，H也應(yīng)乘以或除以某數(shù)。反應(yīng)式進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，H也同樣要進(jìn)行加減運(yùn)算，且要帶“”、“”，即把H看作一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)算。通過蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱和比較反應(yīng)熱的大小時(shí)，同樣要把H看作一個(gè)整體。在設(shè)計(jì)反應(yīng)過程時(shí)常會(huì)遇到同一物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，狀態(tài)由固液氣時(shí)，會(huì)吸熱；反之會(huì)放熱。當(dāng)設(shè)計(jì)的反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)，其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號(hào)相反。