2026届高考化学一轮复习 疑难杂症1 化学反应的热效应—焓及焓变 讲义及解析

高考·化学反应原理中的疑难问题 疑难杂症1　 化学反应的热效应—焓及焓变 一、热和功 1、热（Q）：由于温差引起的能量传递形式叫热。 常有两类：恒压热效应（QP）恒容热效应（QV） 2、功（W）：除热以外的其它能量传递形式叫功。 常有几类：体积功（膨胀功），非体积功（电功） 3、内能（U）：又称热力学能，指物质内部所蕴藏的各种能量形式的总和(如核能，分子平动、转动、振动能)。 二、热力学第一定律 1、文字表述：体系内能的改变量等于体系吸收的热减去对外所作的功。又叫能量守恒定律。 2、数学形式： ΔU= Q - W 3、符号规定： 热（Q）：体系吸热为正，体系放热为负。 功（W）：体系做功为正，环境做功为负。 例：某一过程中，体系从环境吸收100KJ的热，体系对环境做了30KJ的功，则体系内能变化为多少。 解：体系吸热为正：Q =100KJ，体系做功为正：W =30KJ。 ΔU= Q - W =100 KJ-30 KJ = 70 KJ 经过该过程，体系内能增加了70 KJ。体系温度将升高。 三、焓的概念 1、恒容反应热（QV）：恒容下反应ΔV=0，则体系不做体积功W=0。 结论:恒容过程中，体系吸收的热(QV)全部用来增加体系的内能(ΔU) 2、恒压反应热（QP）：P1=P2=P,ΔP=0，则体系做体积功 W=P(V2-V1) 令 H＝U＋pV（H称为焓） 则Qp＝H2 –H1＝H（H称为焓变） 结论:恒压过程中，体系吸收的热(QP)全部用来增加体系的焓(ΔH)。 四、ΔH的计算 1、依据实验测量数据计算：Q＝CmΔt ΔH= - = - 2、标准生成焓：由最稳定的单质生成1mol化合物时的热效应叫该物质的 生成焓，在标准态指定温度下进行，则称标准生成焓。常用ΔfHθm表示。最稳定的单质的生成焓为0 。 3、键焓：在指定温度和标准压力下，气体分子断开1mol化学键成为气态原子的焓变。 例1： F2 (g) = 2 F (g) ΔrHθm = +155 kJ·mol-1 例2： HF (g) = H (g) + F (g) ΔrHθm = +565 kJ·mol-1 例3：H2O (g) = H (g) + OH (g) ΔrHθm = B.E. (O-H) = +502 kJ·mol-1 OH (g) = H (g) + O (g) ΔrHθm = B.E. (O-H) = +426 kJ·mol-1 断开不同化合物中的同一种键的键焓也不相同: 例: H-O-H(g)和C2H5-O-H(g) 键能数据是若干化合物中某种键的键焓的平均值。 ΔH=生成物的总键能-反应物的总键能 常见物质中的化学键数目 物质 CO2(C===O) CH4(C－H) P4(P－P) SiO2(Si－O) 石墨 金刚石 Si S8(S－S) 键数 2 4 6 4 1.5 2 2 8 物质 SiC SiO2 键数 4 4 4、活化能角度：ΔH= Ea ‒ Ea′(正反应的活化能-逆反应的活化能) 1、合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为： N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g)　ΔH=－92.4 kJ·mol－1。 如图所示，合成氨反应中未使用催化剂时，逆反应的活化能Ea(逆)＝______kJ·mol－1； 使用催化剂之后，正反应的活化能为_____kJ·mol－1。 2、(1)以 5.0×10-3 mol BL 或 BD 为初始原料，在 493 K、3.0×103 kPa 的高压 H2 氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以 BL 为原料，体系向环境放热 X kJ；以 BD 为原料，体系从环境吸热 Y kJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变 ΔH(493 K，3.0×103 kPa)=___________kJ·mol-1。 3、根据相关物质的相对能量计 ΔH=______。 4、标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表： 物质(g) O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O 能量/ kJ·mol-l 249 218 39 10 0 0 -136 -242 可根据HO(g)+HO(g)= H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-l。下列说法不正确的是( ) A．H2的键能为436 kJ·mol-l 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： HOO＜H2O2 D．H2O(g)+O(g)= H2O2(g) ΔH＝-143kJ·mol−1 5、2NO(g)+O2(g) ⥫=⥬2NO2(g)的反应历程由两步基元反应组成，相关信息如下(E为活化能，v为反应速率，k为速率常数)： 2NO(g) N2O2(g) E1=82kJ/mol v=k1c2(NO) N2O2 (g) 2NO(g) E-1=205kJ/mol v=k-1c(N2O2) N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g) E2=82kJ/mol v=k2c(N2O2)·c(O2) 2NO2(g) N2O2(g) +O2(g) E-2=72kJ/mol v=k-2c2(NO2) 则2NO(g) ⥫=⥬N2O2(g) △H1=_______kJ·mol-1，其平衡常数K与上述速率常数k1、k-1的关系式为K=_______。2NO(g)+O2(g) ⥫=⥬ 2NO2(g) △H=_______kJ·mol-1。 6、100ml 0.200mol·L-l CuSO4溶液与1.95g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4.18J·g-l·℃-l、溶液的密度均近似为1.00g·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)=Cu(s)+ZnSO4(aq)的ΔH=______kJ·mol-l(列式计算)。 7、在298.15 K、100 kPa条件下，N2(g) +3H2 (g)=2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1，N2 (g) 、H2(g)和NH3(g)的比热容分别为29.1、28.9和35.6J·K-1·mol-1。一定压强下，1 mol反应中，反应物[N2(g) +3H2(g)]、生成物[2NH3(g)]的能量随温度T的变化示意图合理的是 A． B． C． D． 8、相关有机物分别与氢气发生加成反应生成1mol环己烷()的能量变化如图所示： 下列推理不正确的是 A. 2ΔH1≈ΔH2，说明碳碳双键加氢放出的热量与分子内碳碳双键数目成正比 B. ΔH2＜ΔH3，说明单双键交替的两个碳碳双键间存在相互作用，有利于物质稳定 C. 3ΔH1＜ΔH4，说明苯分子中不存在三个完全独立的碳碳双键 D. ΔH3-ΔH1＜0，ΔH4-ΔH3＞0，说明苯分子具有特殊稳定性 1．相同温度和压强下，关于反应的ΔH，下列判断正确的是 A．ΔH1＞0，ΔH2＞0 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 C．ΔH1＞ΔH2，ΔH3＞ΔH2 D．ΔH2＝ΔH3＋ΔH4 2．1,3－丁二烯和2－丁炔分别与氢气反应的热化学方程式如下： CH2=CH－CH=CH2(g)＋2H2(g)→CH3CH2CH2CH3(g) ∆H=-236.6kJ/mol CH3－C≡C－CH3(g)＋2H2(g)→CH3CH2CH2CH3(g) ∆H=-272.7kJ/mol 由此不能判断 A．1,3－丁二烯和2－丁炔稳定性的相对大小 B．1,3－丁二烯和2－丁炔分子储存能量的相对高低 C．1,3－丁二烯和2－丁炔相互转化的热效应 D．一个碳碳叁键的键能与两个碳碳双键的键能之和的大小 3．已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表： 共价键 H- H H-O 键能/(kJ·mol-1) 436 463 热化学方程式 2H2(g) + O2 (g)=2H2O(g) ΔH= -482kJ·mol-1 则2O(g)=O2(g)的ΔH为( ) A．428 kJ·mol-1 B．-428 kJ·mol-1 C．498 kJ·mol-1 D．-498 kJ·mol-1 4．已知：①SiCl4 (g)+ 2H2(g) Si(g)+ 4HCl (g) ΔH1；②Si (g)+ O2(g)SiO2 (g) ΔH2 。根据相关物质结构和下表中提供的数据计算ΔH1、ΔH2分别为( ) 化学键 Si-Cl H-H Si-Si 键能(kJ·mol-1) 360 436 176 化学键 H-Cl O=O Si-O 键能(kJ·mol-1) 431 498 460 A．+236 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1 B．-116 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1 C．-116 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1 D．+236 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1 5．物质、与的能量存在如图所示的相互关系。已知：人为规定H2(g)的能量为0kJ/mol。下列有关说法错误的是( ) A．物质是图示三种物质中最稳定的 B．过程①属于吸热反应 C．由图可推知，发生消去反应①或②时，环戊烷断键吸收的能量高于环戊烯断键吸收的能量 D．物质变化过程中所放出或吸收的热量的多少与路径无关 6．二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.mol－1 ②CO(g)＋2H2(g)＝CH3OH(g) ΔH2＝－90 kJ.mol－1 总反应的反应ΔH＝ kJ.mol－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　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案及解析 1、427.4 126 2、-200(X+Y) 3、∆H=生成物的相对能量-反应物的相对能量，C2H6(g)+2CO2(g)⇌4CO(g)+3H2(g) ∆H3=-110 ×4-(-84)-( -393 )×2=430 kJ∙mol-1。 4、C 【解析】A项，根据表格中的数据可知，H2的键能为218×2=436 kJ·mol-l，A正确； B项，由表格中的数据可知O2的键能为：249×2=498 kJ·mol-l，由题中信息可知H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-l，则O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍，B正确；C项，由表格中的数据可知HOO=HO+O，解离其中氧氧单键需要的能量为249+39-10=278 kJ·mol-l，H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-l，C错误；D项，由表中的数据可知H2O(g)+O(g)= H2O2(g)的ΔH=-136-249-(-242)=-143kJ·mol-1，D正确；故选C。 5、【答案】-123 -113 【解析】由题意可知，反应①2NO(g) ⥫=⥬N2O2(g)的正反应的活化能为E1=82kJ/mol，逆反应的活化能E-1=205kJ/mol，则△H1= E1—E-1=82kJ/mol—205kJ/mol=—123kJ/mol；当反应达到平衡时，正逆反应速率相等，则k1c2(NO)= k-1c(N2O2)，反应的平衡常数K==；反应②N2O2(g)+O2(g) ⥫=⥬ 2NO2(g)的正反应的活化能为E2=82kJ/mol，逆反应的活化能E-2=72kJ/mol，则△H2=+10kJ/mol，由盖斯定律可知，①—②可得反应2NO(g)+O2(g) ⥫=⥬2NO2(g)，则△H=△H1—△H2=(—123kJ/mol)—(+10kJ/mol)= —133kJ/mol。 6、【答案】①4.18×10-3 ② - = -209 【解析】 (1)100mL 0.200mol/L CuSO4溶液与1.95g锌粉发生反应的化学方程式为：CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu，忽略溶液体积、质量变化可知，溶液的质量m=ρv=1.00g/cm3×100mL(cm3)=100g，忽略金属吸收的热量可知，反应放出的热量Q=cmΔt=4.18J·g-l·℃-l×100g×(30.1-20.1)℃= 4.18×103J，故答案为：4.18×103； (2)上述反应中硫酸铜的物质的量n(CuSO4)= 0.200mol/L×0.100L=0.020mol，锌粉的物质的量n(Zn)=0.030mol，由此可知，锌粉过量。根据题干与第(1)问可知，转化0.020mol硫酸铜所放出的热量为4.18×103J，又因为该反应中焓变ΔH代表反应1mol硫酸铜参加反应放出的热量，单位为kJ/mol，则可列出计算式为：ΔH=- = -209（答案符合要求且合理即可）。 7、【答案】B 【解析】该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，根据题目中给出的反应物与生成物的比热容可知，升高温度反应物能量升高较快，反应结束后反应放出的热量也会增大，比较4个图像B符合题意，故答案选B。 8、【答案】A 【解析】 【详解】A．2ΔH1≈ΔH2，说明碳碳双键加氢放出的热量与分子内碳碳双键数目成正比，但是不能是存在相互作用的两个碳碳双键，A错误； B．ΔH2＜ΔH3，即单双键交替的物质能量低，更稳定，说明单双键交替的两个碳碳双键间存在相互作用，有利于物质稳定，B正确； C．由图示可知，反应I为：(l)+H2(g)→(l) ΔH1 反应IV为：+3H2(g)→(l) ΔH4 ，故反应I是1mol碳碳双键加成，如果苯环上有三个完全独立的碳碳三键，则3ΔH1=ΔH4，现3ΔH1＜ΔH4，说明苯分子中不存在三个完全独立的碳碳双键，C正确； D．由图示可知，反应I为：(l)+H2(g)→(l) ΔH1 反应III为：(l)+2H2(g) →(l) ΔH3 反应IV为：+3H2(g)→(l) ΔH4 ，ΔH3-ΔH1＜0即(l)+H2(g) →(l) ΔH＜0，ΔH4-ΔH3＞0即+H2(g)→(l) ΔH＞0，则说明具有的总能量小于，能量越低越稳定，则说明苯分子具有特殊稳定性，D正确；故答案为：A。 1、【答案】C 【解析】本题考查了与苯的结构相关的知识以及盖斯定律的应用。依据盖斯定律，结合题中所给的热化学方程式可以得出ΔH3＝ΔH2＋ΔH4，故选项B和D均错误。根据《有机化学基础》中有关苯的结构的相关知识，我们知道，碳碳双键加氢时总要放出能量，并且放出的热量与碳碳双键的数目大致成正比，即ΔH1＜0，ΔH2＜0，且ΔH1＞ΔH2。又知苯与氢气发生加成反应生成环己烷放出的热量比环己二烯与氢气发生加成反应生成环己烷的还要少，即ΔH3＞ΔH2，故选项A错误。 2、【答案】D 3、【答案】D 【解析】反应的ΔH=2(H-H)+(O-O)-4(H-O)；-482kJ/mol=2×436kJ/mol+(O-O)-4×463kJ/mol，解得O-O键的键能为498kJ/mol，2个氧原子结合生成氧气的过程需要释放能量，因此2O(g)=O2(g)的ΔH=-498kJ/mol。 4、【答案】A 【解析】ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和，则=+236 kJ·mol-1；。故选A。 5、【答案】C 【解析】A项，物质的能量越低越稳定，由图可知，能量最低，所以最稳定，A项正确；B项，过程①，生成物能量高于反应物，所以属于吸热反应，B项正确；C项，过程①对应环戊烯消去反应，生成一个碳碳双键和氢气，吸收的能量为101kJ/mol，过程②对应环戊烷消去反应生成一个碳碳双键和氢气，吸收的能量为110 kJ/mol，当物质的量相同时，环戊烷吸收的能量高，但题干并没有明确环戊烷和环戊烯的物质的量，所以C项错误；D项，物质变化过程中所放出或吸收的热量的多少与路径无关，只与反应物的状态和反应时的温度压强有关，所以D项正确；故选C。 6、【答案】－49 kJ.mol－1 A　 反应①为吸热反应，反应②和总反应为放热反应，故图像B、D错误；反应①为慢反应，其活化能大于反应②，故图像A正确，图像C错误。 【解析】本题考查了盖斯定律的应用以及对反应过程中能量变化图像的认知。依据盖斯定律，结合题中所给的热化学方程式可以得出，ΔH＝ΔH1＋ΔH2，故ΔH＝[(＋41)＋(－90)] kJ.mol－1＝－49 kJ.mol－1。 反应①为吸热反应，反应②和总反应为放热反应，故图像B、D错误；反应①为慢反应，其活化能大于反应②，故图像A正确，图像C错误。 1 学科网（北京）股份有限公司 $