内容正文:
第一节 反应热(题型突破·举一反三)
题型01 反应热与中和热的测定
题型02 反应热与焓变的关系
题型03 常见的吸热反应与放热反应
题型04 反应热产生的原因
题型05 反应热的简单计算
题型06 热化学方程式的书写及正误判断
题型07 反应热、燃烧热和中和热的区别
题型08 反应热与反应机理
▌题型01 反应热与中和热的测定
1.反应热
在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热效应,简称反应热。
2.中和热的测定
(1)实验目的:测定强酸与强碱反应的反应热
(2)实验装置:
(3)实验仪器的作用:
①玻璃搅拌器:使反应物混合均匀充分接触。
②隔热层:减少热量的散失。
③温度计:测定反应前后反应体系的温度。
(4)测定原理
Q=mc△t c=4.18J/(g·℃)
(5)测定数据:反应物温度的测定、反应后体系温度的测定,重复2~3次取平均值进行计算。
【注意事项】
a.酸碱溶液应用强酸、强碱的稀溶液:浓酸、浓碱溶液稀释一般都 放热 ;弱酸、弱碱在水溶液中不能完全电离,电离需要 吸热 。
b.测量时需要使用同一支温度计,且每测量一次温度之前,都需用水冲干净并用滤纸擦干。
c.实验用到的稀盐酸、稀氢氧化钠溶液需冷却至室温。且为保证盐酸完全被中和,NaOH适当过量。
d.为减少热量损失,应将两溶液迅速混合、且不能使用铁制搅拌器;
3.中和热
(1)定义:在25℃和101KPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时的反应热。
(2)表示方法: △H= - 57.3 kJ/mol
【典例1】(25-26高二上·天津南开·期中)某小组用盐酸和溶液测定中和反应的反应热,简易量热装置如图所示。下列关于该实验的说法正确的是
A.如果将玻璃搅拌器改为铜质的,则测得的偏大
B.为了使酸碱充分反应,应缓慢分次倒入溶液并搅拌
C.为准确测定盐酸与溶液中和反应的反应热,所用酸和碱的物质的量应相等
D.用等浓度、等体积的醋酸代替盐酸进行实验,所测得的相同
【变式1-1】(25-26高二上·江苏连云港·阶段检测)有关中和热的测定实验中,下列说法中正确的是
A.中和热的测定实验中需要用到的主要仪器有:简易量热器、温度计、环形金属搅拌棒等
B.可以用保温杯来代替烧杯做有关测定中和热的实验
C.在测定中和热的实验中,至少需要测定并记录的温度是2次
D.测定中和热实验中,若使用溶液和稀醋酸,则会导致所测得的中和热偏小
【变式1-2】(24-25高二下·江苏·期中)在如图所示的装置中进行相关实验。下列关于该实验的说法正确的是
A.装置图可用于精确测定酸碱反应的中和热
B.温度计的水银球应浸没在溶液中
C.可以用温度计进行搅拌
D.不可用碎泡沫塑料替代碎纸屑
【变式1-3】(25-26高二上·江苏·期末)酸碱中和反应是一个典型的放热反应,在测定中和热的实验中,下列叙述正确的是
A.将50mL0.55mol/LNaOH溶液与50mL0.50mol/L盐酸改为50mL0.65mol/LNaOH溶液与50mL0.60mol/L盐酸,所得中和热的数值保持不变
B.测定中和反应反应热的实验中,混合溶液的温度不再变化时,该温度为终止温度
C.测了盐酸溶液温度的温度计未洗涤立马测定氢氧化钠溶液的温度,会使得△H偏小
D.实验中可使用相同浓度的氨水替代氢氧化钠溶液
▌题型02 反应热与焓变的关系
1.内能
①内能是体系内物质的各种能量的总和。
②符号:U
③影响因素:温度、压强和物质的聚集状态。
同一物质,聚集状态不同,内能不同,从大到小的顺序是气体>液体>固体。
2.焓及焓变
①焓的意义:焓是一个物理量,用来表示物质所具有的能量,符号为H,用焓的变化来描述与反应热有关的能量变化。
②焓变:表示反应产物的总焓与反应物的总焓之差,符号用 ΔH 表示。
A.数学表达式:ΔH =H(反应产物)-H(反应物)
B.单位: kJ/mol或(kJ·mol-1)
C.意义:在一定条件下,可以通过焓变(ΔH)来确定一个反应是吸热反应还是放热反应。
D.图示:根据规定,当反应体系放热时其焓减小,ΔH < 0。当反应体系吸热时其焓增大,ΔH > 0。
如图:
3.反应热和焓变的关系
反应热
焓变
不
同
点
概念
化学反应释放或吸收的热量
化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差
相
同
点
单位
kJ·mol-1(或 kJ/mol)
“+”“-”的意义
“+”表示反应吸热,“-”表示反应放热
数据来源
可以通过实验直接测得,也可以利用已知数据通过计算求得
联
系
在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变,如敞口容器中进行的化学反应
注
意
①焓、焓变、反应热代表的意义不同。
②焓(H)只有正值,而焓变(ΔH)有正负之分。
③可以通过焓变来判断一个反应是吸热反应还是放热反应。
④任何化学反应都有反应热。
⑤物质三态之间变化的焓变不能叫反应热,反应热是化学变化的焓变
【典例1】(2026高二上·江苏连云港·学业考试)反应的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A.反应的
B.的总能量高于和的总能量
C.断开中的化学键需要吸收能量
D.中和反应的热量变化趋势与图像所示一致
【变式1-1】(25-26高二上·江苏扬州·期中)某化学反应的能量变化如图所示,下列说法正确的是
A.该反应为放热反应
B.
C.反应物键能之和小于生成物键能之和
D.反应物的总能量比生成物的总能量高
【变式1-2】(25-26高二上·辽宁沈阳·期中)下列化学与文化结合的场景中描述错误的是
A.“炉火照天地,红星乱紫烟”描绘了古代炼铜的场景,炼铜时C还原CuO反应为放热反应,但仍需不断补充能量
B.“煮豆燃豆萁,豆在釜中泣”描述了豆萁燃烧产生热量煮豆的过程,其中豆萁燃烧放出的热量大于釜传递的热量
C.“尚吐石窦油,颇疑岩腹烧”描绘了石油从石缝中涌出的奇特景象,石油经过提炼后得到的汽油有固定的燃烧热
D.“路遥知马力,日久见人心”描述了马在长途跋涉过程中的惊人毅力,马长期拉货物过程中体内脂肪提供能量的过程是放热反应
【变式1-3】(25-26高二上·江苏淮安·阶段检测)下列关于反应热和热化学反应的描述正确的是
A.断裂化学键放出热量,形成化学键吸收热量
B.稀氨水与稀盐酸反应生成1 mol H2O(1),放出57.3 kJ热量
C.等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧生成SO2,前者放出的热量多
D.,则将和足量H2置于一密闭容器中,充分反应后放出0.5a kJ的热量
▌题型03 常见的吸热反应与放热反应
【知识总结】常见的放热反应与吸热反应
放热反应:
①大多数化合反应 ②所有的燃烧反应 ③金属与酸或水的置换反应 ④酸碱中和反应 ⑤铝热反应 ⑥物质的缓慢氧化
吸热反应:
①大多数分解反应 ②以C、CO做还原剂的反应 ③Ba(OH)2•H2O与NH4Cl的反应
【特别提醒】
1、并不是所有的分解反应都是吸热反应,如H2O2的分解、KClO3的分解,属于放热反应;
2、需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应,比如铝热反应为放热反应。(反应的吸放热与是否需要加热无关)
【典例1】(25-26高二下·江苏盐城·阶段检测)下列反应是吸热反应的是
A.铝片与稀盐酸反应 B.酸碱中和反应
C.灼热的碳在足量中燃烧 D.与的反应
【变式1-1】(25-26高二上·云南昭通·开学考试)下列化学反应过程中的能量变化与下图相符的是
A. B.
C. D.
【变式1-2】(25-26高二下·江苏扬州·阶段检测)反应的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A.断开能放出能量
B.该反应属于放热反应
C.1mol完全分解生成
D.该反应的热化学方程式为:
【变式1-3】(25-26高二上·江苏苏州·阶段检测)下列物质间的反应的能量变化符合如图所示,且属于氧化还原反应的是
A.液态水汽化
B.高温下铝粉与氧化铁的反应
C.晶体与晶体的反应
D.灼热的木炭与蒸气的反应
▌题型04 反应热产生的原因
任何化学反应都伴随能量的变化,通常表现为热量的变化,还有的以电能、光能等形式表现出来。
1.宏观角度:反应物与生成物的总能量不同,从而变现为化学反应吸收热量或放出热量。
放热反应:反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量
吸热反应:反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量
2.微观角度:化学反应过程中旧键断裂需要 吸收 能量,新键形成需要 放出 能量,吸收的能量与放出的能量不同,从而表现为化学反应吸收能量或放出能量。
1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)反应生成2 mol HCl(g)为例,反应物断键需要吸收679kJ能量,形成新的化学键需要放出862kJ能量,断键吸收的能量小于成键放出的能量,故该反应为放热反应。
【总结】
放热反应:断键吸收的能量小于成键放出的能量
吸热反应:断键吸收的能量大于成键放出的能量
【典例1】(25-26高二上·江苏苏州·阶段检测)关于甲烷合成反应:(反应放热),下列说法正确的是
A.形成键需要吸收能量
B.反应过程的能量变化可用如图表示
C.该反应(用表示某种化学键的键能)
D.该反应过程中各元素化合价均未发生变化
【变式1-1】(24-25高二下·江苏无锡·阶段检测)某同学设计如图所示实验,探究反应中的能量变化。
下列说法正确的是
A.由实验可知,(a)、(b)、(c)所涉及的反应都是放热反应
B.实验(a)中,将铝片更换为等质量的铝粉后,释放出的热量有所增加
C.实验(c)中,若改用NaOH固体测定反应热ΔH,则测定结果偏小
D.实验(c)中,若将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器,对实验结果没有影响
【变式1-2】(2025高二上·江苏淮安·学业考试)下列反应或过程中能量的变化如图所示的是
A.
B.
C.
D.
【变式1-3】(25-26高二上·江苏南京·阶段检测)下列说法正确的是
A.Cl2→Cl—Cl 放出能量
B.H + Cl→H—Cl 吸收能量
C.C + CO22CO是吸热反应
D.反应物的总能量小于生成物的总能量是放热过程
▌题型05 反应热的简单计算
反应热的计算的三种方法:
1.宏观角度计算:ΔH=生成物总焓-反应物总焓。
2.微观角度计算:ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。可以简单记忆为反应热(ΔH)等于反应物断键吸热与生成物成键放热的代数和,吸热取“+”值,放热取“-”值。
以1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时放出184.6 kJ的热量为例,从微观角度解释化学反应过程中的能量变化。
A、化学键断裂时需要吸收能量,吸收的总能量为436kJ + 243kJ = 679 kJ,即反应物的总键能= 679 kJ
B、化学键形成时需要释放能量释放的总能量为2×431kJ = 862 kJ,即生成物的总键能= 862 kJ。
C、反应热的计算:△H= 679 - 862 = - 183 kJ·mol-1。显然,分析结果与实验测得的该反应的反应热184.6 kJ·mol-1很接近(一般用实验数据来表示反应热)。
3.ΔH=正反应活化能-逆反应活化能。
【特别提醒】常见物质(1 mol)中化学键数目
物质
CO2(C===O)
CH4(C—H)
P4(P—P)
SiO2(Si—O)
键数
2
4
6
4
物质
石墨(C—C)
金刚石(C—C)
S8(S—S)
Si(Si—Si)
键数
1.5
2
8
2
【典例1】(25-26高二上·江苏苏州·阶段检测)下列说法或表示方法正确的是
A.的燃烧热是,则
B.等物质的量的硫蒸气和固体硫分别完全燃烧,前者放出的热量多
C.对于反应 ,则说明反应物的总能量比生成物低
D.在稀溶液中, ,若将含0.5mol的稀硫酸与含0.5mol的溶液混合,则放出的热量为57.3kJ
【变式1-1】(25-26高二下·江苏盐城·期中)下列与时反应 相关的说法,正确的是
A.图示能表示反应物与生成物总能量的相对关系
B.
C.(E表示键能)
D.时,的燃烧热
【变式1-2】(24-25高二上·江苏苏州·月考)已知下列物质分解为气态原子消耗能量与热化学方程式信息如下表:
物质
NO
CO
能量/
632
1076
946
热化学方程式
则的碳氧双键能为
A. B.
C. D.
【变式1-3】(24-25高二上·江苏苏州·月考)中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂,利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水,其主要过程如图所示。
已知:几种物质中化学键的键能如表所示。
化学键
键
键
键
键
键能
463
496
436
138
若反应过程中分解了,则下列说法不正确的是
A.总反应为 B.过程Ⅲ属于放热反应
C.总反应是吸热反应 D.过程I吸收了能量
▌题型06 热化学方程式的书写及正误判断
1.热化学方程式是表示反应所释放或吸收的热量的化学方程式,叫热化学方程式;表明的化学反应中的物质变化和能量变化。
书写注意事项:
(1)需表明物质的聚集状态:气体 g ,液体 l ,固体 s ,溶液 aq 。
(2)各物质前的化学计量数只表示物质的物质的量,可以写整数,也可以写分数。
(3)△H表示的是每mol反应,当热化学方程式的系数改变时,△H的数值也应随之变化。
(4)热化学方程式不需要标“↓”“↑”。
(5)不论化学反应是否可逆,热化学方程式中的△H都表示反应进行到底时的能量变化。
(6)需标明反应的温度和压强,101KPa、25℃时可以不注明。
2.判断热化学方程式正误的“五看”
一看状态―→看各物质的聚集状态是否正确;
二看符号―→看ΔH的“+”“-”是否正确;
三看单位―→看反应热的单位是否为kJ/mol;
四看数值―→看反应热数值与化学计量数是否相对应;
五看概念―→看燃烧热、中和热的热化学方程式。
3.热化学方程式书写中的常见错误
(1)物质的状态标注错误或漏写,物质的状态不同,ΔH的值不同。
(2)ΔH的正、负及单位书写错误,放热反应的ΔH为“-”,吸热反应的ΔH为“+”。
(3)ΔH与热化学方程式中化学计量数不对应,相同的反应,化学计量数不同时,ΔH不同。
【典例1】(24-25高二下·江苏南通·期中)已知25℃时,某些物质的燃烧热数据如表:
物质
C(石墨,s)
C(金刚石,s)
燃烧热
下列热化学方程式书写正确的是
A.
B.
C.
D.
【变式1-1】(25-26高二下·江苏连云港·期中)N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。已知在25℃、101kPa下,8gN2H4(g)完全燃烧生成氮气和液态水时,放出133.5kJ热量。则下列热化学方程式中正确的是
A.
B.
C.
D.
【变式1-2】(25-26高二上·江苏苏州·阶段检测)已知的燃烧热。下列表示燃烧热的热化学方程式正确的是
A.。
B.
C.
D.
【变式1-3】(24-25高二下·陕西西安·期末)已知H2S的燃烧热,下列热化学方程式书写正确的是
A.
B.
C.
D.
▌题型07 反应热、燃烧热和中和热的区别
1.燃烧热:
在101KPa时, 1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
【概念解读】
(1)物质完全燃烧,生成指定产物
碳元素→CO2(g) 氢元素→H2O(l) S元素→SO2(g) N元素→N2(g)
(2)燃烧物的物质的量:1mol
如:甲烷的燃烧热的热化学方程式为:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3 kJ/mol
2.描述反应热时,无论是用“反应热”、“焓变”表示还是用ΔH表示,其后所跟数值都需要带“+”“-”符号。如:某反应的反应热(或焓变)为ΔH=-Q kJ·mol-1或ΔH=+Q kJ·mol-1。
3.由于中和反应和燃烧均是放热反应,表示中和热和燃烧热时可不带“-”号。如:某物质的燃烧热为ΔH=-Q kJ·mol-1或Q kJ·mol-1。
4.燃烧热与中和热的判断误区
(1)燃烧热的热化学方程式以可燃物1 mol为标准。
(2)中和热的热化学方程式以生成1 mol水为标准。
(3)用文字描述燃烧热、中和热时,反应热不带“+、-”符号,而用焓变表示时需带“+、-”符号。如甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol-1或ΔH=-890.3 kJ·mol-1。
5.“表示燃烧热的热化学方程式”与“燃烧的热化学方程式”的书写不同。写前者时可燃物必须为1 mol,写后者时不强调可燃物的物质的量,可为任意值。
【典例1】(24-25高二下·江苏徐州·期中)下列说法正确的是
A. ,则碳的燃烧热等于
B.C(石墨,s)(金刚石,s) ,则金刚石比石墨稳定
C.用溶液和NaOH溶液反应测定中和反应的反应热:
D.与在催化剂、500℃下混合反应生成,转移电子的数目约为
【变式1-1】(24-25高二下·江苏无锡·阶段检测)下列说法正确的是
A.利用与醋酸的稀溶液反应测定中和热
B.500℃、30MPa下,将0.5mol和1.5mol置于密闭容器中充分反应生成,放热19.3kJ,其热化学方程式为
C.和反应的中和热,则稀溶液中和反应的中和热
D.若 ,则的燃烧热
【变式1-2】(24-25高二上·江苏南通·期中)下列说法或表示方法正确的是
A.N2H4的燃烧热是624.0kJ/mol,则N2H4(l)+3O2(g)=2NO2(g)+H2O(l) ΔH=-624.0kJ/mol
B.N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol,某容器中起始充入1molN2(g)和3molH2(g)达到平衡时放出92.4kJ热量
C.等物质的量的硫蒸气和固体硫分别完全燃烧,前者放出的热量多
D.在稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol,若将含0.5mol的稀H2SO4与含0.5molBa(OH)2的溶液混合,则放出的热量为57.3kJ
【变式1-3】(24-25高二上·江苏南通·阶段检测)下列说法正确的是
A.与同浓度的溶液反应时,稀硫酸中和热的绝对值是盐酸的两倍
B.甲烷的燃烧热,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:
C.可能是吸热反应
D.中和热实验中,一次平行实验需测两次温度
▌题型08 反应热与反应机理
1.图像核心构成
(1)横坐标为反应进程,纵坐标为体系能量;
(2)标注反应物(HCOOH)、生成物(CO2)、中间体(能量低谷,可存在,如HCOOH*、HCOO*、H*)、过渡态(能量高峰,反应中间状态,不可分离);
(3)能垒=某步过渡态能量-该步起始态(反应物/中间体)能量,即该步基元反应的活化能。
2、分步拆解分析
(1)定反应本质:热效应+反应步数
①热效应:ΔH=生成物总能量-反应物总能量,ΔH>0吸热、ΔH<0放热;
②反应步数:过渡态的个数=基元反应的步数,中间体为基元反应间的产物。
(2)判关键环节:决速步+反应快慢
①决速步:能垒最大的基元反应(活化能最大),其速率决定总反应速率;
②步速比较:同一反应中,能垒越小,对应基元反应速率越快。
(3)辨物质作用:催化剂+中间体
①催化剂:参与反应(出现在起始/中间步骤),最终再生(出现在生成物端),仅降低正/逆反应的能垒,不改变ΔH、反应物/生成物能量;
②中间体:反应过程中生成又消耗,仅出现在中间步骤,无始无终。
(4)析路径差异:优势路径+催化剂选择性
①优势路径:相同反应物生成相同产物时,“能垒总和更低(尤其是决速步能垒低)”的路径,反应更易发生;
②催化剂选择性:不同催化剂对应不同反应路径,可使反应物优先生成某一目标产物(对应路径能垒显著更低)。
3、应用
(1)定量计算——活化能/ΔH/键能:根据图像数据计算某步基元反应的活化能(能垒数值)、总反应ΔH;结合键能公式,实现能垒、键能、反应热的相互换算。
(2)机理验证——判断机理合理性:结合实验测得的总反应速率(或决速步信息),对比图像中能垒大小,验证推测的反应历程是否符合“决速步速率匹配总速率”的规律。
(3)实际推导——工业反应条件选择:根据图像分析不同催化剂的能垒降低效果、不同路径的产物差异,推导工业最优条件(如选择高效催化剂、控制温度匹配优势路径)。
4、易错提醒
(1)混淆过渡态与中间体:过渡态是能量高峰(瞬间存在),中间体是能量低谷(可检测);
(2)错误认为总反应能垒=各步能垒之和:总反应无统一能垒,仅决速步能垒决定总速率;
(3)误判催化剂对能垒的影响:催化剂同等程度降低正、逆反应的能垒,不改变平衡状态;
(4)忽略相对能量:图像纵坐标可为“相对能量”,计算ΔH时直接用相对能量差值即可,无需考虑绝对能量。
【典例1】(24-25高二下·江苏南通·期中)催化剂GaN可催化直接加氢制二甲醚。在界面上的部分反应历程如图,其反应为;下列说法正确的是
A.中σ键和π键数目之比为
B.反应过程中碳原子的杂化方式未发生改变
C.的
D.图中的反应历程中,决速步骤为
【变式1-1】(24-25高二上·湖北荆州·阶段检测)和CO是环境污染性气体,可在催化剂表面转化为无害气体,其总反应为: ,有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、乙所示。下列说法正确的是
A.为该反应的催化剂
B.
C.反应过程中只涉及极性键的断裂和形成
D.、CO的键能总和大于、的键能总和
【变式1-2】(24-25高二上·浙江杭州·期中)“中国芯”的主要原料是单晶硅,“精炼硅”反应历程中的能量变化如下图所示。下列有关描述正确的是
A.历程Ⅰ,Ⅲ都是放热反应
B.历程Ⅱ的热化学方程式是:
C.历程Ⅲ的热化学方程式是:
D.实际工业生产中,粗硅变为精硅的过程中能量不损耗
【变式1-3】(24-25高二下·福建三明·期中)铜-铈氧化物(xCuO·yCeO2,Ce是活泼金属)催化氧化可除去H2中少量CO,总反应为2CO+O2=2CO2,其反应过程与能量关系及可能机理如下图所示。下列说法正确的是
A.(i)中只有一种元素化合价发生变化
B.步骤(iii)中既有共价键的断裂,也有共价键的生成
C.反应过程中催化剂未参与反应
D.总反应过程中形成化学键释放的总能量低于断裂化学键吸收的总能量
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第一节 反应热(题型突破·举一反三)
题型01 反应热与中和热的测定
题型02 反应热与焓变的关系
题型03 常见的吸热反应与放热反应
题型04 反应热产生的原因
题型05 反应热的简单计算
题型06 热化学方程式的书写及正误判断
题型07 反应热、燃烧热和中和热的区别
题型08 反应热与反应机理
▌题型01 反应热与中和热的测定
1.反应热
在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热效应,简称反应热。
2.中和热的测定
(1)实验目的:测定强酸与强碱反应的反应热
(2)实验装置:
(3)实验仪器的作用:
①玻璃搅拌器:使反应物混合均匀充分接触。
②隔热层:减少热量的散失。
③温度计:测定反应前后反应体系的温度。
(4)测定原理
Q=mc△t c=4.18J/(g·℃)
(5)测定数据:反应物温度的测定、反应后体系温度的测定,重复2~3次取平均值进行计算。
【注意事项】
a.酸碱溶液应用强酸、强碱的稀溶液:浓酸、浓碱溶液稀释一般都 放热 ;弱酸、弱碱在水溶液中不能完全电离,电离需要 吸热 。
b.测量时需要使用同一支温度计,且每测量一次温度之前,都需用水冲干净并用滤纸擦干。
c.实验用到的稀盐酸、稀氢氧化钠溶液需冷却至室温。且为保证盐酸完全被中和,NaOH适当过量。
d.为减少热量损失,应将两溶液迅速混合、且不能使用铁制搅拌器;
3.中和热
(1)定义:在25℃和101KPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时的反应热。
(2)表示方法: △H= - 57.3 kJ/mol
【典例1】(25-26高二上·天津南开·期中)某小组用盐酸和溶液测定中和反应的反应热,简易量热装置如图所示。下列关于该实验的说法正确的是
A.如果将玻璃搅拌器改为铜质的,则测得的偏大
B.为了使酸碱充分反应,应缓慢分次倒入溶液并搅拌
C.为准确测定盐酸与溶液中和反应的反应热,所用酸和碱的物质的量应相等
D.用等浓度、等体积的醋酸代替盐酸进行实验,所测得的相同
【答案】A
【解析】A.铜质搅拌器导热性太强,用铜质搅拌器会导致热量的散失,测出的数值偏小,但中和反应为放热反应,测得的偏大,A项正确;B.反应时将NaOH溶液一次快速倒入小烧杯中,分多次倒入会导致热量的散失,B项错误;C.为了使一种反应物反应完全,应该使另一种物质过量,所以为了使反应进行的更完全,可以使酸或碱适当过量,C项错误;D.醋酸为弱酸,电离吸热,用同浓度、同体积的醋酸溶液代替盐酸进行上述实验,反应放出的热量将减少,测得的偏大,D项错误;答案选A。
【变式1-1】(25-26高二上·江苏连云港·阶段检测)有关中和热的测定实验中,下列说法中正确的是
A.中和热的测定实验中需要用到的主要仪器有:简易量热器、温度计、环形金属搅拌棒等
B.可以用保温杯来代替烧杯做有关测定中和热的实验
C.在测定中和热的实验中,至少需要测定并记录的温度是2次
D.测定中和热实验中,若使用溶液和稀醋酸,则会导致所测得的中和热偏小
【答案】B
【解析】A.中和热实验中使用环形玻璃搅拌棒而非金属,因金属导热快会导致热量散失,A错误;B.保温杯能有效减少热量散失,可以替代烧杯以提高实验准确性,B正确;C.实验中需记录酸、碱的初始温度和反应后最高温度,至少3次,C错误;D.醋酸为弱酸,解离吸热,导致测得中和热偏大,D错误;故选B。
【变式1-2】(24-25高二下·江苏·期中)在如图所示的装置中进行相关实验。下列关于该实验的说法正确的是
A.装置图可用于精确测定酸碱反应的中和热
B.温度计的水银球应浸没在溶液中
C.可以用温度计进行搅拌
D.不可用碎泡沫塑料替代碎纸屑
【答案】B
【解析】A.该装置缺少玻璃搅拌器,A错误;B.温度计用于测量溶液温度,水银球应浸没在溶液中以准确读数,B正确;C.温度计是测量工具,不能用于搅拌,否则易损坏仪器,应使用环形玻璃搅拌棒,C错误;D.碎泡沫塑料和碎纸屑均具有保温作用,可用碎泡沫塑料替代碎纸屑增强保温效果,D错误;故选B。
【变式1-3】(25-26高二上·江苏·期末)酸碱中和反应是一个典型的放热反应,在测定中和热的实验中,下列叙述正确的是
A.将50mL0.55mol/LNaOH溶液与50mL0.50mol/L盐酸改为50mL0.65mol/LNaOH溶液与50mL0.60mol/L盐酸,所得中和热的数值保持不变
B.测定中和反应反应热的实验中,混合溶液的温度不再变化时,该温度为终止温度
C.测了盐酸溶液温度的温度计未洗涤立马测定氢氧化钠溶液的温度,会使得△H偏小
D.实验中可使用相同浓度的氨水替代氢氧化钠溶液
【答案】A
【解析】A.反应放出的热量和所用酸以及碱的量的多少有关,中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成1mol水时放出的热,与酸碱的用量无关,则将50mL0.55mol/LNaOH溶液与50mL0.50mol/L盐酸改为50mL0.65mol/LNaOH溶液与50mL0.60mol/L盐酸时放热增多,但所得中和热的数值保持不变,故A项正确;B.酸碱恰好反应完全时放热最多,所以测定中和反应热的实验中,混合溶液温度最高时的温度为终止温度,故B项错误;C.测盐酸溶液温度的温度计未洗涤立马测定氢氧化钠溶液的温度时,所测NaOH溶液的温度偏高,温度差偏小,反应热数值偏小,但中和热△H为负值,所以测得的△H偏大,故C项错误;D.一水合氨是弱碱,电离吸热,实验中使用相同浓度的氨水替代氢氧化钠溶液时,测得中和热数值偏小,故D项错误;故本题选A。
▌题型02 反应热与焓变的关系
1.内能
①内能是体系内物质的各种能量的总和。
②符号:U
③影响因素:温度、压强和物质的聚集状态。
同一物质,聚集状态不同,内能不同,从大到小的顺序是气体>液体>固体。
2.焓及焓变
①焓的意义:焓是一个物理量,用来表示物质所具有的能量,符号为H,用焓的变化来描述与反应热有关的能量变化。
②焓变:表示反应产物的总焓与反应物的总焓之差,符号用 ΔH 表示。
A.数学表达式:ΔH =H(反应产物)-H(反应物)
B.单位: kJ/mol或(kJ·mol-1)
C.意义:在一定条件下,可以通过焓变(ΔH)来确定一个反应是吸热反应还是放热反应。
D.图示:根据规定,当反应体系放热时其焓减小,ΔH < 0。当反应体系吸热时其焓增大,ΔH > 0。
如图:
3.反应热和焓变的关系
反应热
焓变
不
同
点
概念
化学反应释放或吸收的热量
化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差
相
同
点
单位
kJ·mol-1(或 kJ/mol)
“+”“-”的意义
“+”表示反应吸热,“-”表示反应放热
数据来源
可以通过实验直接测得,也可以利用已知数据通过计算求得
联
系
在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变,如敞口容器中进行的化学反应
注
意
①焓、焓变、反应热代表的意义不同。
②焓(H)只有正值,而焓变(ΔH)有正负之分。
③可以通过焓变来判断一个反应是吸热反应还是放热反应。
④任何化学反应都有反应热。
⑤物质三态之间变化的焓变不能叫反应热,反应热是化学变化的焓变
【典例1】(2026高二上·江苏连云港·学业考试)反应的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A.反应的
B.的总能量高于和的总能量
C.断开中的化学键需要吸收能量
D.中和反应的热量变化趋势与图像所示一致
【答案】C
【分析】反应,反应物的总能量小于生成物的总能量,为吸热反应,;
【解析】A.图示中反应物的总能量小于生成物的总能量,为吸热反应,所以的,故A错误;B.该反应为吸热反应反应物HI的总能量低于和的总能量,故B错误;C.断键吸热,成键放热,故C正确;D.中和反应为放热反应,该反应为吸热反应,热量变化趋势与图像所示不一致,故D错误;答案选C。
【变式1-1】(25-26高二上·江苏扬州·期中)某化学反应的能量变化如图所示,下列说法正确的是
A.该反应为放热反应
B.
C.反应物键能之和小于生成物键能之和
D.反应物的总能量比生成物的总能量高
【答案】B
【解析】A.如图所示,反应物的能量小于生成物的能量,该反应为吸热反应,A错误;B.反应热等于正逆反应的活化能差值,因此正反应的热效应为ΔH=E1-E2,B正确;C.反应吸热,ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和>0,反应物键能之和大于生成物键能之和,C错误;D.反应吸热,反应物的能量小于生成物的能量,D错误;故答案为B。
【变式1-2】(25-26高二上·辽宁沈阳·期中)下列化学与文化结合的场景中描述错误的是
A.“炉火照天地,红星乱紫烟”描绘了古代炼铜的场景,炼铜时C还原CuO反应为放热反应,但仍需不断补充能量
B.“煮豆燃豆萁,豆在釜中泣”描述了豆萁燃烧产生热量煮豆的过程,其中豆萁燃烧放出的热量大于釜传递的热量
C.“尚吐石窦油,颇疑岩腹烧”描绘了石油从石缝中涌出的奇特景象,石油经过提炼后得到的汽油有固定的燃烧热
D.“路遥知马力,日久见人心”描述了马在长途跋涉过程中的惊人毅力,马长期拉货物过程中体内脂肪提供能量的过程是放热反应
【答案】C
【解析】A.碳还原CuO的反应经计算ΔH为负,属于放热反应,但高温条件需维持,因此需补充能量,A正确;B.豆萁燃烧释放的总热量大于有效传递的热量,因存在热损失,B正确;C.汽油是混合物,不同组分燃烧热不同,无固定燃烧热,C错误;D.脂肪代谢为氧化反应,释放能量属于放热反应,D正确;故选C。
【变式1-3】(25-26高二上·江苏淮安·阶段检测)下列关于反应热和热化学反应的描述正确的是
A.断裂化学键放出热量,形成化学键吸收热量
B.稀氨水与稀盐酸反应生成1 mol H2O(1),放出57.3 kJ热量
C.等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧生成SO2,前者放出的热量多
D.,则将和足量H2置于一密闭容器中,充分反应后放出0.5a kJ的热量
【答案】C
【解析】A.断裂化学键需要吸收热量,形成化学键才会放出热量,A错误;B.稀氨水中的是弱碱,弱碱电离需吸热,稀氨水与稀盐酸反应生成1 mol H2O(1),放出的热量小于57.3 kJ,B错误;C.硫蒸气的能量高于硫固体,燃烧生成相同产物时前者释放出更多热量,C正确;D.合成氨为可逆反应,的物质的量为1mol,由于反应物不能完全转化为生成物,实际放热小于0.5a kJ,D错误;故答案选C。
▌题型03 常见的吸热反应与放热反应
【知识总结】常见的放热反应与吸热反应
放热反应:
①大多数化合反应 ②所有的燃烧反应 ③金属与酸或水的置换反应 ④酸碱中和反应 ⑤铝热反应 ⑥物质的缓慢氧化
吸热反应:
①大多数分解反应 ②以C、CO做还原剂的反应 ③Ba(OH)2•H2O与NH4Cl的反应
【特别提醒】
1、并不是所有的分解反应都是吸热反应,如H2O2的分解、KClO3的分解,属于放热反应;
2、需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应,比如铝热反应为放热反应。(反应的吸放热与是否需要加热无关)
【典例1】(25-26高二下·江苏盐城·阶段检测)下列反应是吸热反应的是
A.铝片与稀盐酸反应 B.酸碱中和反应
C.灼热的碳在足量中燃烧 D.与的反应
【答案】D
【解析】A.铝片与稀盐酸反应是活泼金属与酸的置换反应,属于放热反应,A错误;B.酸碱中和反应是典型的放热反应,B错误;C.燃烧反应均为放热反应,灼热的碳在足量中燃烧属于放热反应,C错误;D.与的反应是高中阶段典型的吸热反应,D正确;故答案为D。
【变式1-1】(25-26高二上·云南昭通·开学考试)下列化学反应过程中的能量变化与下图相符的是
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】A.HCl与NaOH的中和反应是放热反应,反应物总能量高于生成物总能量,与图像不符,A错误;B.Fe与H2SO4的置换反应是放热反应,反应物总能量高于生成物总能量,与图像不符,B错误;C.Mg在O2中燃烧是放热反应,反应物总能量高于生成物总能量,与图像不符,C错误;D.C与CO2在高温下反应生成CO是吸热反应,反应物总能量低于生成物总能量,与图像相符,D正确;故答案为:D。
【变式1-2】(25-26高二下·江苏扬州·阶段检测)反应的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A.断开能放出能量
B.该反应属于放热反应
C.1mol完全分解生成
D.该反应的热化学方程式为:
【答案】B
【解析】A.断开化学键的过程需要吸收能量,形成化学键才会放出能量,A错误;B.由能量图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,因此该反应属于放热反应,B正确;C.只有在标准状况下,完全分解生成的体积才是,题干未说明气体所处状况,无法确定体积,C错误;D.生成物总能量反应物总能量,该反应放热,因此。对于反应,,D错误;答案选B。
【变式1-3】(25-26高二上·江苏苏州·阶段检测)下列物质间的反应的能量变化符合如图所示,且属于氧化还原反应的是
A.液态水汽化
B.高温下铝粉与氧化铁的反应
C.晶体与晶体的反应
D.灼热的木炭与蒸气的反应
【答案】D
【解析】A.液态水汽化是一个吸热过程,属于物理变化,不涉及化学反应,A错误;B.高温下铝粉与氧化铁的反应为铝热反应,属于氧化还原反应,但该反应属于放热反应,反应物能量高于生成物,与图中能量变化不符,B错误;C.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应,反应物能量低于生成物,与图中能量变化一致,但该反应属于复分解反应,反应中各元素化合价无变化,不是氧化还原反应,C错误;D.灼热的木炭与H2O蒸气发生反应:C+H2O(g)CO+H2,该反应为吸热反应,反应物能量低于生成物,与图中能量变化一致,且C元素化合价升高、H元素化合价降低,属于氧化还原反应,D正确;故答案选D。
▌题型04 反应热产生的原因
任何化学反应都伴随能量的变化,通常表现为热量的变化,还有的以电能、光能等形式表现出来。
1.宏观角度:反应物与生成物的总能量不同,从而变现为化学反应吸收热量或放出热量。
放热反应:反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量
吸热反应:反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量
2.微观角度:化学反应过程中旧键断裂需要 吸收 能量,新键形成需要 放出 能量,吸收的能量与放出的能量不同,从而表现为化学反应吸收能量或放出能量。
1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)反应生成2 mol HCl(g)为例,反应物断键需要吸收679kJ能量,形成新的化学键需要放出862kJ能量,断键吸收的能量小于成键放出的能量,故该反应为放热反应。
【总结】
放热反应:断键吸收的能量小于成键放出的能量
吸热反应:断键吸收的能量大于成键放出的能量
【典例1】(25-26高二上·江苏苏州·阶段检测)关于甲烷合成反应:(反应放热),下列说法正确的是
A.形成键需要吸收能量
B.反应过程的能量变化可用如图表示
C.该反应(用表示某种化学键的键能)
D.该反应过程中各元素化合价均未发生变化
【答案】B
【解析】A.形成键需要放出能量,A错误;B.反应放热,所以反应物的总能量大于生成物的总能量,与图像符合,B正确;C.该反应(用表示某种化学键的键能),C错误;D.反应中碳元素由+4价变为-4价,氢元素由0价变为+1价,D错误;故答案选:B。
【变式1-1】(24-25高二下·江苏无锡·阶段检测)某同学设计如图所示实验,探究反应中的能量变化。
下列说法正确的是
A.由实验可知,(a)、(b)、(c)所涉及的反应都是放热反应
B.实验(a)中,将铝片更换为等质量的铝粉后,释放出的热量有所增加
C.实验(c)中,若改用NaOH固体测定反应热ΔH,则测定结果偏小
D.实验(c)中,若将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器,对实验结果没有影响
【答案】C
【解析】A.金属和酸反应、酸碱中和反应为放热反应,Ba(OH)2∙8H2O和NH4Cl反应是吸热反应,A错误;B.等质量的铝粉和铝片分别和盐酸反应释放出的热量一样多,B错误;C.固体溶解放出热量,则测定数值偏高,焓变为负,则测定结果(ΔH)偏小,C正确;D.将玻璃搅拌器改为铁质搅拌棒,铁导热性良好,造成热量损失,D错误;故选C。
【变式1-2】(2025高二上·江苏淮安·学业考试)下列反应或过程中能量的变化如图所示的是
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【分析】根据图形可知反应物总能量高于生成物总能量,该反应为放热反应,据此信息解答。
【解析】A.一氧化碳与氧化铜共热反应生成铜和二氧化碳的反应为吸热反应,A不符合题意;B.碳酸钙受热分解生成氧化钙和二氧化碳的反应为吸热反应,B不符合题意;C.稀硫酸和氢氧化钠溶液生成硫酸钠和水的中和反应为放热反应,C符合题意;D.氯化铵与八水氢氧化钡反应生成氯化钡、氨气和水的反应为吸热反应,D不符合题意;故答案为:C。
【变式1-3】(25-26高二上·江苏南京·阶段检测)下列说法正确的是
A.Cl2→Cl—Cl 放出能量
B.H + Cl→H—Cl 吸收能量
C.C + CO22CO是吸热反应
D.反应物的总能量小于生成物的总能量是放热过程
【答案】C
【解析】A.Cl2→Cl—Cl 的表示不规范,它不代表一个化学变化过程,化学键的断裂(如Cl2→2Cl)是吸热过程,化学键的形成(如2Cl→Cl2)是放热过程,A错误;B.H原子和Cl原子形成H-Cl键属于成键过程,成键会放出能量,B错误;C.反应C + CO22CO是典型的吸热反应,C正确;D.反应物总能量小于生成物总能量时,反应需要从外界吸收能量,属于吸热过程,D错误;故答案选C。
▌题型05 反应热的简单计算
反应热的计算的三种方法:
1.宏观角度计算:ΔH=生成物总焓-反应物总焓。
2.微观角度计算:ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。可以简单记忆为反应热(ΔH)等于反应物断键吸热与生成物成键放热的代数和,吸热取“+”值,放热取“-”值。
以1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时放出184.6 kJ的热量为例,从微观角度解释化学反应过程中的能量变化。
A、化学键断裂时需要吸收能量,吸收的总能量为436kJ + 243kJ = 679 kJ,即反应物的总键能= 679 kJ
B、化学键形成时需要释放能量释放的总能量为2×431kJ = 862 kJ,即生成物的总键能= 862 kJ。
C、反应热的计算:△H= 679 - 862 = - 183 kJ·mol-1。显然,分析结果与实验测得的该反应的反应热184.6 kJ·mol-1很接近(一般用实验数据来表示反应热)。
3.ΔH=正反应活化能-逆反应活化能。
【特别提醒】常见物质(1 mol)中化学键数目
物质
CO2(C===O)
CH4(C—H)
P4(P—P)
SiO2(Si—O)
键数
2
4
6
4
物质
石墨(C—C)
金刚石(C—C)
S8(S—S)
Si(Si—Si)
键数
1.5
2
8
2
【典例1】(25-26高二上·江苏苏州·阶段检测)下列说法或表示方法正确的是
A.的燃烧热是,则
B.等物质的量的硫蒸气和固体硫分别完全燃烧,前者放出的热量多
C.对于反应 ,则说明反应物的总能量比生成物低
D.在稀溶液中, ,若将含0.5mol的稀硫酸与含0.5mol的溶液混合,则放出的热量为57.3kJ
【答案】B
【解析】A.N2H4的燃烧热应生成稳定产物(如N2和H2O),而选项中生成NO2,不符合燃烧热定义,A错误;B.硫蒸气的能量高于固体硫,燃烧时前者释放更多热量,B正确;C.ΔH为负说明反应放热,反应物总能量高于生成物,C错误;D.反应生成BaSO4沉淀会额外放热,放出的总热量应大于57.3kJ,D错误;故答案选B。
【变式1-1】(25-26高二下·江苏盐城·期中)下列与时反应 相关的说法,正确的是
A.图示能表示反应物与生成物总能量的相对关系
B.
C.(E表示键能)
D.时,的燃烧热
【答案】A
【解析】A.图中纵坐标为能量,可以知道反应物的总能量和生成物的总能量,=生成物总能量-反应物总能量,因此能表示反应物与生成物总能量的相对关系,A正确;B.观察该图,反应物的总能量小于生成物的总能量,=生成物总能量-反应物总能量,因此,B错误;C.=反应物总键能-生成物总键能,根据反应可知H2O为反应物,,C错误;D.燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量,即的燃烧热为:,D错误;故选A。
【变式1-2】(24-25高二上·江苏苏州·月考)已知下列物质分解为气态原子消耗能量与热化学方程式信息如下表:
物质
NO
CO
能量/
632
1076
946
热化学方程式
则的碳氧双键能为
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】1mol下列物质分解为气态原子消耗能量即该物质的键能,设CO2的碳氧双键能为x,由∆H=反应物的总键能-生成物的总键能=(2×632+2×1076)-(946+2×2x)= -742,解得x=803,故选:C。
【变式1-3】(24-25高二上·江苏苏州·月考)中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂,利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水,其主要过程如图所示。
已知:几种物质中化学键的键能如表所示。
化学键
键
键
键
键
键能
463
496
436
138
若反应过程中分解了,则下列说法不正确的是
A.总反应为 B.过程Ⅲ属于放热反应
C.总反应是吸热反应 D.过程I吸收了能量
【答案】B
【解析】A.反应过程中分解了2 molH2O,由图可知,生成了2molH2和1molO2,总反应为:,故A正确;B.过程Ⅲ断裂2molH2O2中H-O键,吸收463×2=926 kJ能量,生成1molH2中H-H键,释放436kJ能量,即总体上吸收了490kJ能量,为吸热反应,故B不正确;C.总反应为,吸收热量463kJ4=1852kJ能量,放出(496+4362)kJ=1368kJ能量,则吸收的能量大于放出的热量,反应为吸热反应,故C正确;D.过程Ⅰ中断裂了2molH2O中H-O键,吸收能量(463×2)kJ=926kJ,故D正确;答案选B。
▌题型06 热化学方程式的书写及正误判断
1.热化学方程式是表示反应所释放或吸收的热量的化学方程式,叫热化学方程式;表明的化学反应中的物质变化和能量变化。
书写注意事项:
(1)需表明物质的聚集状态:气体 g ,液体 l ,固体 s ,溶液 aq 。
(2)各物质前的化学计量数只表示物质的物质的量,可以写整数,也可以写分数。
(3)△H表示的是每mol反应,当热化学方程式的系数改变时,△H的数值也应随之变化。
(4)热化学方程式不需要标“↓”“↑”。
(5)不论化学反应是否可逆,热化学方程式中的△H都表示反应进行到底时的能量变化。
(6)需标明反应的温度和压强,101KPa、25℃时可以不注明。
2.判断热化学方程式正误的“五看”
一看状态―→看各物质的聚集状态是否正确;
二看符号―→看ΔH的“+”“-”是否正确;
三看单位―→看反应热的单位是否为kJ/mol;
四看数值―→看反应热数值与化学计量数是否相对应;
五看概念―→看燃烧热、中和热的热化学方程式。
3.热化学方程式书写中的常见错误
(1)物质的状态标注错误或漏写,物质的状态不同,ΔH的值不同。
(2)ΔH的正、负及单位书写错误,放热反应的ΔH为“-”,吸热反应的ΔH为“+”。
(3)ΔH与热化学方程式中化学计量数不对应,相同的反应,化学计量数不同时,ΔH不同。
【典例1】(24-25高二下·江苏南通·期中)已知25℃时,某些物质的燃烧热数据如表:
物质
C(石墨,s)
C(金刚石,s)
燃烧热
下列热化学方程式书写正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】A.燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,H2燃烧生成的稳定氧化物是液态水,不是气态水,故A错误;B.根据燃烧热数据可得:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3kJ/mol;②C(石墨,s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol;③H2(g)+O2 (g)=H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol,由①-②-③×2可得ΔH=-890.3kJ/mol+393.5kJ/mol +285.8kJ/mol =+74.8kJ/mol,故B正确;;C.由C(石墨,s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol,C(金刚石,s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-395.0kJ/mol,用前式减去后式可得ΔH=+1.5kJ/mol,故C错误;D.CH4燃烧热是指1mol CH4完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量,而该反应生成的是CO,不是CH4的燃烧热,故D错误;答案选B。
【变式1-1】(25-26高二下·江苏连云港·期中)N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。已知在25℃、101kPa下,8gN2H4(g)完全燃烧生成氮气和液态水时,放出133.5kJ热量。则下列热化学方程式中正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【分析】N2H4的摩尔质量为32 g/mol,8 g N2H4的物质的量为=0.25 mol,0.25 mol N2H4完全燃烧生成氮气和液态水时放出133.5 kJ热量,则1 mol N2H4完全燃烧生成氮气和液态水时放出热量为133.5 kJ × 4 = 534 kJ,热化学方程式为,据此回答。
【解析】A.由分析知,A中方程式状态标注正确,值正确,A正确;B.反应为放热反应,应为负值,B错误;C.方程式未标明物质的状态,热化学方程式需标明物质的状态,不符合规范,C错误;D.值错误,未换算为1 mol的量,D错误;故答案选A。
【变式1-2】(25-26高二上·江苏苏州·阶段检测)已知的燃烧热。下列表示燃烧热的热化学方程式正确的是
A.。
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】A.燃烧热是指纯物质完全燃烧生成稳定产物时所放出的热量,选项未指明状态,A错误;B.单位应为,B错误;C.满足燃烧热的定义,该热化学方程式正确,C正确;D.CO不是稳定的生成物,应为,D错误;故选C。
【变式1-3】(24-25高二下·陕西西安·期末)已知H2S的燃烧热,下列热化学方程式书写正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【分析】燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量,已知H2S的燃烧热,则1molH2S完全燃烧生成和液态水放出热量为,热化学方程式表示为。
【解析】A.根据分析,2molH2S完全燃烧生成和液态水放出热量为,则热化学方程式表示为,A正确;B.燃烧热要求生成液态水,该热化学方程式中水的状态为气态,B错误;C.产物为S,未完全燃烧生成,C错误;D.H2S完全燃烧应生成,该热化学方程式中产物为,D错误;答案选A。
▌题型07 反应热、燃烧热和中和热的区别
1.燃烧热:
在101KPa时, 1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
【概念解读】
(1)物质完全燃烧,生成指定产物
碳元素→CO2(g) 氢元素→H2O(l) S元素→SO2(g) N元素→N2(g)
(2)燃烧物的物质的量:1mol
如:甲烷的燃烧热的热化学方程式为:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3 kJ/mol
2.描述反应热时,无论是用“反应热”、“焓变”表示还是用ΔH表示,其后所跟数值都需要带“+”“-”符号。如:某反应的反应热(或焓变)为ΔH=-Q kJ·mol-1或ΔH=+Q kJ·mol-1。
3.由于中和反应和燃烧均是放热反应,表示中和热和燃烧热时可不带“-”号。如:某物质的燃烧热为ΔH=-Q kJ·mol-1或Q kJ·mol-1。
4.燃烧热与中和热的判断误区
(1)燃烧热的热化学方程式以可燃物1 mol为标准。
(2)中和热的热化学方程式以生成1 mol水为标准。
(3)用文字描述燃烧热、中和热时,反应热不带“+、-”符号,而用焓变表示时需带“+、-”符号。如甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol-1或ΔH=-890.3 kJ·mol-1。
5.“表示燃烧热的热化学方程式”与“燃烧的热化学方程式”的书写不同。写前者时可燃物必须为1 mol,写后者时不强调可燃物的物质的量,可为任意值。
【典例1】(24-25高二下·江苏徐州·期中)下列说法正确的是
A. ,则碳的燃烧热等于
B.C(石墨,s)(金刚石,s) ,则金刚石比石墨稳定
C.用溶液和NaOH溶液反应测定中和反应的反应热:
D.与在催化剂、500℃下混合反应生成,转移电子的数目约为
【答案】C
【解析】A.碳的燃烧热是25℃、101lPa时1mol碳完全燃烧生成二氧化碳气体放出的能量,生成的是CO,则碳的燃烧热不等于110.5 kJ·mol−1,A错误;B.C(石墨,s)(金刚石,s) ,金刚石的能量大于石墨,能量越低越稳定,所以石墨比金刚石稳定,B错误;C.醋酸为弱电解质,电离需要吸热,当用稀CH3COOH(aq)和稀NaOH(aq)生成1molH2O(l)时,反应热ΔH>-57.3kJ/mol,C正确;D.与在催化剂、500℃下混合反应生成,该反应为可逆反应,不能完全转化,转移电子的数目小于,D错误;故选C。
【变式1-1】(24-25高二下·江苏无锡·阶段检测)下列说法正确的是
A.利用与醋酸的稀溶液反应测定中和热
B.500℃、30MPa下,将0.5mol和1.5mol置于密闭容器中充分反应生成,放热19.3kJ,其热化学方程式为
C.和反应的中和热,则稀溶液中和反应的中和热
D.若 ,则的燃烧热
【答案】D
【解析】A.稀醋酸是弱酸,电离时吸收热量,故A错误;B.相同条件下的同一可逆反应,正逆反应反应热数值相等,符号相反,0.5mol N2和1.5mol H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3kJ,生成的氨气的物质的量小于1mol,所以生成2mol氨气,放出的热量大于38.6kJ,ΔH<-38.6kJ•mol-1,故B错误;C.生成的CaSO4微溶,故焓变不等于2×(-57.3) kJ·mol-1,故C错误;D.燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧[C元素生成CO2(g),H元素生成H2O(l)]放出的能量,故的燃烧热,故D正确;故选:D。
【变式1-2】(24-25高二上·江苏南通·期中)下列说法或表示方法正确的是
A.N2H4的燃烧热是624.0kJ/mol,则N2H4(l)+3O2(g)=2NO2(g)+H2O(l) ΔH=-624.0kJ/mol
B.N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol,某容器中起始充入1molN2(g)和3molH2(g)达到平衡时放出92.4kJ热量
C.等物质的量的硫蒸气和固体硫分别完全燃烧,前者放出的热量多
D.在稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol,若将含0.5mol的稀H2SO4与含0.5molBa(OH)2的溶液混合,则放出的热量为57.3kJ
【答案】C
【解析】A.燃烧热是在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量;N2H4的燃烧热是624.0kJ/mol,反应中应该生成的是氮气和液态水,而不是二氧化氮,故A错误;B.该反应是一个可逆反应,故在密闭容器中充入1molN2(g)和3molH2(g),N2、H2不能完全反应,故充分反应后放出的热量小于92.4kJ,故B错误;C.已知等量的硫蒸气具有的总能量比硫固体的高,故在相同条件下,将等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,前者放出热量多,故C正确;D.由于Ba2+和硫酸根离子参与反应生成BaSO4的过程中也有热效应,若将含0.5mol的稀H2SO4与含0.5molBa(OH)2的溶液混合,放出的热量不为57.3kJ,故D错误;故选C。
【变式1-3】(24-25高二上·江苏南通·阶段检测)下列说法正确的是
A.与同浓度的溶液反应时,稀硫酸中和热的绝对值是盐酸的两倍
B.甲烷的燃烧热,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:
C.可能是吸热反应
D.中和热实验中,一次平行实验需测两次温度
【答案】B
【解析】A.酸碱反应生成1mol液态水时放出的热量为中和热,则稀硫酸和盐酸与同浓度的NaOH溶液反应时,中和热的绝对值相同,故A错误;B.燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成指定的产物,甲烷的燃烧热,1mol甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出890.3kJ能量,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为: ,故B正确;C.该反应是气体体积减小的反应,体系混乱度减小,则∆S<0,若反应能自发进行,∆H-T∆S<0,则∆H必须小于0,该反应不可能是吸热反应,故C错误;D.中和热测定原理为Q=cm∆T,需要测定稀酸和稀碱的起始温度、最高温度,一次平行实验至少测定3次温度,故D错误;故选:B。
▌题型08 反应热与反应机理
1.图像核心构成
(1)横坐标为反应进程,纵坐标为体系能量;
(2)标注反应物(HCOOH)、生成物(CO2)、中间体(能量低谷,可存在,如HCOOH*、HCOO*、H*)、过渡态(能量高峰,反应中间状态,不可分离);
(3)能垒=某步过渡态能量-该步起始态(反应物/中间体)能量,即该步基元反应的活化能。
2、分步拆解分析
(1)定反应本质:热效应+反应步数
①热效应:ΔH=生成物总能量-反应物总能量,ΔH>0吸热、ΔH<0放热;
②反应步数:过渡态的个数=基元反应的步数,中间体为基元反应间的产物。
(2)判关键环节:决速步+反应快慢
①决速步:能垒最大的基元反应(活化能最大),其速率决定总反应速率;
②步速比较:同一反应中,能垒越小,对应基元反应速率越快。
(3)辨物质作用:催化剂+中间体
①催化剂:参与反应(出现在起始/中间步骤),最终再生(出现在生成物端),仅降低正/逆反应的能垒,不改变ΔH、反应物/生成物能量;
②中间体:反应过程中生成又消耗,仅出现在中间步骤,无始无终。
(4)析路径差异:优势路径+催化剂选择性
①优势路径:相同反应物生成相同产物时,“能垒总和更低(尤其是决速步能垒低)”的路径,反应更易发生;
②催化剂选择性:不同催化剂对应不同反应路径,可使反应物优先生成某一目标产物(对应路径能垒显著更低)。
3、应用
(1)定量计算——活化能/ΔH/键能:根据图像数据计算某步基元反应的活化能(能垒数值)、总反应ΔH;结合键能公式,实现能垒、键能、反应热的相互换算。
(2)机理验证——判断机理合理性:结合实验测得的总反应速率(或决速步信息),对比图像中能垒大小,验证推测的反应历程是否符合“决速步速率匹配总速率”的规律。
(3)实际推导——工业反应条件选择:根据图像分析不同催化剂的能垒降低效果、不同路径的产物差异,推导工业最优条件(如选择高效催化剂、控制温度匹配优势路径)。
4、易错提醒
(1)混淆过渡态与中间体:过渡态是能量高峰(瞬间存在),中间体是能量低谷(可检测);
(2)错误认为总反应能垒=各步能垒之和:总反应无统一能垒,仅决速步能垒决定总速率;
(3)误判催化剂对能垒的影响:催化剂同等程度降低正、逆反应的能垒,不改变平衡状态;
(4)忽略相对能量:图像纵坐标可为“相对能量”,计算ΔH时直接用相对能量差值即可,无需考虑绝对能量。
【典例1】(24-25高二下·江苏南通·期中)催化剂GaN可催化直接加氢制二甲醚。在界面上的部分反应历程如图,其反应为;下列说法正确的是
A.中σ键和π键数目之比为
B.反应过程中碳原子的杂化方式未发生改变
C.的
D.图中的反应历程中,决速步骤为
【答案】D
【解析】A.存在碳氧双键、碳氧单键、碳氢单键,σ键和π键数目之比为,故A错误;B.CO2为sp杂化,为sp2杂化,所以反应过程中碳原子的杂化方式发生改变,故B错误;C.结合图像可知,的,故C错误;D.图中的反应历程中,的活化能最大,所以为决速步骤,故D正确;答案选D。
【变式1-1】(24-25高二上·湖北荆州·阶段检测)和CO是环境污染性气体,可在催化剂表面转化为无害气体,其总反应为: ,有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、乙所示。下列说法正确的是
A.为该反应的催化剂
B.
C.反应过程中只涉及极性键的断裂和形成
D.、CO的键能总和大于、的键能总和
【答案】A
【解析】A.先消耗后生成,说明为该反应的催化剂,故A正确;B.根据盖斯定律:ΔH=ΔH1+ΔH2,ΔH=正反应活化能-逆反应活化能=Ea-Eb=-226kJ/mol,故B错误;C.反应过程中形成N≡N,有非极性键的形成,故C错误;D.该反应为放热反应,则N2O、CO的键能总和小于CO2、N2的键能总和,故D错误;故选:A。
【变式1-2】(24-25高二上·浙江杭州·期中)“中国芯”的主要原料是单晶硅,“精炼硅”反应历程中的能量变化如下图所示。下列有关描述正确的是
A.历程Ⅰ,Ⅲ都是放热反应
B.历程Ⅱ的热化学方程式是:
C.历程Ⅲ的热化学方程式是:
D.实际工业生产中,粗硅变为精硅的过程中能量不损耗
【答案】C
【解析】A.从图中可知,历程Ⅰ反应物总能量高于生成物总能量,为放热反应,历程Ⅲ是吸热反应,A错误;B.从图中可知,历程Ⅱ反应物总能量高于生成物总能量,为放热反应,ΔH=-28kJ/mol,B错误;C.历程Ⅲ反应物总能量低于生成物总能量,为吸热反应, ΔH=+238kJ/mol,热化学方程式正确,C正确;D.实际工业生产中,粗硅变为精硅的过程中,伴随着能量的损耗,D错误;故答案选C。
【变式1-3】(24-25高二下·福建三明·期中)铜-铈氧化物(xCuO·yCeO2,Ce是活泼金属)催化氧化可除去H2中少量CO,总反应为2CO+O2=2CO2,其反应过程与能量关系及可能机理如下图所示。下列说法正确的是
A.(i)中只有一种元素化合价发生变化
B.步骤(iii)中既有共价键的断裂,也有共价键的生成
C.反应过程中催化剂未参与反应
D.总反应过程中形成化学键释放的总能量低于断裂化学键吸收的总能量
【答案】B
【解析】A.(ⅰ)中,CO转化为CO2,则C元素化合价发生了变化,另外,催化剂中失去了1个O,则Cu或Ce元素的化合价也会发生变化,故A错误;B.步骤(ⅲ)中,O=O、C≡O中的共价键会发生断裂,生成碳氧键,所以既有共价键的生成,也有共价键的断裂,故B正确;C.反应过程中催化剂参与反应,改变反应历程,故C错误;D.根据图示,总反应放热,形成化学键释放的总能量大于断裂化学键吸收的总能量,故D错误;选B。
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第一节 反应热(题型突破·举一反三)
题型01 反应热与中和热的测定
【典例1】A
【变式1-1】B
【变式1-2】B
【变式1-3】A
题型02 反应热与焓变的关系
【典例1】C
【变式1-1】B
【变式1-2】C
【变式1-3】C
题型03 常见的吸热反应与放热反应
【典例1】D
【变式1-1】D
【变式1-2】B
【变式1-3】D
题型04 反应热产生的原因
【典例1】B
【变式1-1】C
【变式1-2】C
【变式1-3】C
题型05 反应热的简单计算
【典例1】B
【变式1-1】A
【变式1-2】C
【变式1-3】B
题型06 热化学方程式的书写及正误判断
【典例1】B
【变式1-1】A
【变式1-2】C
【变式1-3】A
题型07 反应热、燃烧热和中和热的区别
【典例1】C
【变式1-1】D
【变式1-2】C
【变式1-3】B
题型08 反应热与反应机理
【典例1】D
【变式1-1】A
【变式1-2】C
【变式1-3】B
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