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第一章

化学反应与能量

【知识精要】

一、反应热和焓变

1．焓是与内能有关的物理量，反应在一定条件下是吸热还是放热由生成物和反应物的焓值差即焓变（△H）决定。

2．在化学反应过程中所释放或吸收的能量都可用热量（或换成相应的热量）来表示，叫反应热，又称“焓变”，符号用△H表示，单位一般采用kJ/mol。

3．焓是与内能有关的物理量，在敞口容器中（即恒压条件下）焓变与反应热相同。

[重点提醒]

（1）从宏观角度：焓变（△H）：ΔH＝H生成物－H反应物（宏观），其中：H生成物表示生成物的焓的总量；H反应物表示反应物的焓的总量；ΔH为“＋”表示吸热反应，ΔH为“－”表示放热反应。从微观角度：ΔH＝E吸收－E放出

（微观），其中：E吸收表示反应物断键时吸收的总能量，E放出表示生成物成键时放出的总能量；ΔH为“＋”表示吸热反应，ΔH为“－”表示放热反应。

－1－1（2）反应热和焓变的单位都是“kJ/mol或kJ·mol”，其中mol是指每摩尔某一反应，而不是指某一物质的微粒等。

（3）常见的放热反应有：化合反应、酸碱中和反应、燃烧反应、活泼金属与酸的反应等；常见的吸热反应有：分解反应、碳与二氧化碳或水的反应、氢氧化钡与氯化铵固体的反应等。

二、热化学方程式

1．热化学方程式：能表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式。

2．热化学方程式的意义：表明了物质的种类（质变的过程）；表明了物质数量的变化（量变的过程）；表明了化学反应中能量的变化（焓变）。

[重点提醒]

（1）与化学方程式相比，正确书写热化学方程式时应注意：①需注明反应的温度和压强；因反应的温度和压强不同时，其△H不同。（对于25℃、101kPa时进行的反应可以不注明）；②必须标明各种物质的状态（s、l、g、aq）。（不同物质中贮存的能量不同）；③方程式后面必须标明反应热，吸热反应ΔH为“＋”、放热反应ΔH为“－”；④热化学方程式中各物质化学式前面的系数仅表示该物质的物质的量，所以，可以用分数表示；⑤ΔH的数值与反应的系数成比例；⑥不需要注明反应的条件。

（2）热化学方程式书写正确的判断：遵循质量守恒定律和能量守恒定律。

三、中和热和燃烧热

1．强酸和强碱的稀溶液完全中和生成1mol水时所放出的热量称为中和热；常温常压下，酸和碱的稀溶液反应产生的中和热为△H＝－57.3kJ/mol。

[重点提醒]

（1）中和热必须是强酸和强碱的溶液之间的反应，如果有一种是弱酸或弱碱，则由于弱酸和弱碱在反应过程中要不断电离，而电离过程是一个吸热过程，就会导致放出的热量减少，中和热的值减小。

（2）酸和碱的溶液必须是稀溶液，因为酸和碱的浓溶液或固体在溶解和稀释时会放出热量，使所测定的中和热的数值偏大。

（3）酸和碱的中和热还必须是生成1mol水时所放出的热量。因此，只要温度和压强保持不变，酸和碱的中和热理论上是应该保持恒定的。

（4）中和反应实验时的注意事项：①所用装置要尽可能做到保温、隔热②所用药品溶液浓度的配制必须准确，且浓度尽可能的要小③为保证盐酸完全被氢氧化钠中和，须使氢氧化钠的浓度稍大于盐酸溶液的浓度④温度计刻度要小一点，读数要尽可能准确，且估读至小数点后

两位⑤水银球部位一定要完全浸没在溶液中，且要稳定一段时间后再读数，以提高测量的精度⑥两次读数的时间间隔要短，这样才能读到最高温度，即最终温度⑦实验操作时动作要快，以尽量减少热量的损失⑧中和反应时只能用环形玻璃搅拌棒搅拌，不能用一般的玻璃棒搅拌（以免打破温度计的水银球）⑨可采用多次测量取平均值的方法，减少实验误差。

（5）中和热的计算中要注意水的物质的量与所放出的热量和中和热之间的关系。

2．在25℃、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，叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用kJ／mol表示。

[重点提醒]

（1）理解燃烧热时，我们要从四个方面入手：①25℃、101kPa；②1mol纯物质；③完全燃烧；④稳定的化合物，一般情况下，物质燃烧生成的稳定的化合物有：C→CO2；H→H2O（液态）；S→SO2。

（2）书写热化学方程式时，燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以1mol可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数。

（3）计算一定量物质完全燃烧时所放出的热量：Q＝n（可燃物）×△Hc；式中Q为可燃物燃烧反应放出的热量，n（可燃物）为可燃物的物质的量，△Hc为可燃物的燃烧热。

四、能源

1．能源是指提供能量的自然资源，它包括化石能源（煤、石油、天然气）、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。我国目前使用的能源主要是化石燃料。

2．一级能源指在自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源，需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。如化石能源、流水、潮汐等为一级能源，而氢气、电能等则为二级能源。

[重点提醒]

（1）在选择燃料时我们可从：物质的燃烧热、燃料的储量、开采、运输、储存的条件、价格、对生态环境的影响等各方面综合考虑。

（2）煤作为燃料在开采时造成地面塌陷，煤的燃烧产生有毒气体和烟尘对环境造成严重污染，同时化石能源不可再生，储量也极其有限。

（3）提高煤的燃烧效率，减少污染的方法：可以将煤气化或液化。如煤和水蒸气反应生成CO和H2（水煤气），也可以把煤经过处理变成甲醇、乙醇等液体燃烧，从而提高煤的燃烧效率。

（4）未来的新能源主要有：太阳能、燃料电池、风能、氢能、生物能、地热能、海洋能等，新能源的特点是：资源丰富、可以再生、对环境污染少或没有污染等。

五、盖斯定律及其应用

1．引入：如何测出这个反应的反应热：C(s)+1/2O2(g) ===CO(g) ①C(s)+1/2O2(g) ===CO(g)

ΔH1=?

②CO(g)+1/2O2(g) === CO2(g)

ΔH2=-283.0kJ/mol ③C(s)+O2(g) ===CO2(g)

ΔH3=-393.5kJ/mol ① + ② = ③

，则

ΔH1 + ΔH2 =ΔH3，

所以，ΔH1=ΔH3-ΔH2

ΔH1=-393.5kJ/mol+ 283.0kJ/mol=-110.5kJ/mol 2．盖斯定律：

不管化学反应是分一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

3．例题

1）同素异形体相互转化但反应热相当小而且转化速率慢，有时还很不完全，测定反应热很困难。现在可根据盖斯提出的观点“不管化学反应是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的”。已知P4(s、白磷)+5O2(g)=P4O10(s)；ΔH = -2983.2 kJ/mol P(s、红磷)+5/4O2(g)=1/4P4O10(s)；ΔH = -738.5 kJ/mol 试写出白磷转化为红磷的热化学方程式

P(白磷、S) ===4P(红磷、S);H=-29.2kJ/mol 2）298K，101kPa时，合成氨反应的热化学方程式N2(g)+3H2(g)=2NH3(g);△H= -92.38kJ/mol。

在该温度下，取1 mol N2(g)和3 mol H2(g)放在一密闭容器中，催化剂存在进行反应，测得反应放出的热量总是少于92.38kJ，其原因是什么？

【典型例题】

1．(2008·四川理综)下列关于热化学反应的描述正确的是

(B) －1A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和－1热ΔH＝2×(－57.3) kJ·mol

－B．CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol1，则2CO2(g)＝2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝＋2×283.0 －kJ·mol1

C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

D．1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热

2．充分燃烧一定量丁烷气体放出的热量为xQ，完全吸收它生成的CO2生成正盐需5 mol/L的KOH溶液100 mL，则丁烷的燃烧热呈

(A) A．16xQ

B．8xQ C．4xQ

D．2xQ 3．(2007·全国理综Ⅱ)已知：①1 mol H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量

②1 mol Cl2分子中化学键断裂时需要吸收243 kJ的能量

③由H原子和Cl原子形成1 mol HCl分子时释放431 kJ的能量

下列叙述正确的是

(C) A．氢气和氯气反应生成氯化氢气的热化学方程式是H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g) －B．氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH＝183 kJ·mol1

－C．氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH＝－183 kJ·mol1

－D．氢气和氯气反应生成1 mol氯化氢气体，反应的ΔH＝－183 kJ·mol1

【解析】

A项，热化学方程式缺少反应热(ΔH)；反应热(ΔH)应为生成物化学键形成时－－所放出的总能量(431 kJ·mol1×2)与反应物化学键断裂时所吸收的总能量(436 kJ·mol1＋243 －－－kJ·mol1＝679 kJ·mol1)的差，即反应生成2 mol HCl气体，反应的ΔH＝－183 kJ·mol1；B项，反应放热时ΔH＜0；D项ΔH的数值应减半。

【答案】

C 4．已知CH4(g)的燃烧热为890 kJ/mol，当一定量的CH4(g)完全燃烧生成CO2和H2O(l)所放出的热量为74 kJ，所需空气在标准状况下的体积约为(空气中O2的体积分数为20%)

(B) A．37.24 L

B．18.62 L C．9.31 L

D．20.50 L 【解析】

设生产74 kJ热量需O2的体积为V，则由甲烷燃烧的热化学方程式：CH4(g)V－mol174×44.82 mol22.4 L·＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－890 kJ/mol知＝，解得V＝

890 kJ74 kJ8905×74×44.8L，则需空气为5 V＝

L＝18.62 L。

890【答案】

B 5．(2009·河南)已知①25 ℃、101 kPa时，2C(s)＋O2(g)＝2CO(g)；ΔH＝－221 kJ/mol

②25 ℃、101 kPa下，碳的燃烧热是393.5 kJ/mol。今有120 g碳不完全燃烧，所得混合气体对氧气的相对密度为1。则该反应放出的热量是

(B) A．1105 kJ

B．1812.5 kJ

C．2520 kJ

D．3935 kJ 6．人体内葡萄糖的消耗可用下列热化学方程式表示：C6H12O6(s)＋6O2(g)＝6CO2(g)＋6H2O(l)

ΔH＝－2800.6 kJ/mol，如果某人每天消耗12540 kJ热量，则他每天至少要摄入葡萄糖的质量为

(A) A．806 g

B．1000 g C．1250 g

D．1500 g 12540 kJ【解析】

m＝－×180 g/mol＝806 g。

2800.6 kJ·mol1【答案】

A [

7．已知：2SO2(g)＋O2(g)＝2SO3(g)

ΔH＝－196.6 kJ/mol.实验测得4 mol SO2发生上述化学反应时放出314.3 kJ的热量，SO2的转化率最接近于

(C) A．40%

B．50% C．80%

D．90% 196.6 kJ/mol【解析】

4 mol SO2完全反应放出的热量为：4 mol×＝393.2 kJ，所以SO22314.3 kJ的转化率为：×100%＝80%。

393.2 kJ【答案】

C －－8．已知氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol1，CO的燃烧热为282.8 kJ·mol1；现有H2和CO组成的混合气体5.6 L(标准状况)，经充分燃烧后，放出总热量为71.15 kJ，并生成液态水。下列说法正确的是

(CD) －A．CO燃烧的热化学方程式为2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g)

ΔH＝－282.8 kJ·mol1

－B．H2燃烧的热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)

ΔH＝－571.6 kJ·mol1

C．燃烧前混合气体中CO的体积分数为40% D．燃烧后的产物全部与足量的过氧化钠作用可产生0.125 mol O2

－【解析】

A、B均不符合燃烧热的概念，由题意知n(CO)＋n(H2)＝5.6 L/22.4 L·mol1－－＝0.25 mol ，n(H2)×285.8 kJ·mol1＋n(CO)×282.8 kJ·mol1＝71.15 kJ，解得n(CO)＝0.1 mol，n(H2)＝0.15 mol，则与Na2O2作用产生的n(O2)＝0.25 mol/2 ＝0.125 mol。

【答案】

CD 500 ℃9．某人设想利用①3FeCl2＋4H2O=====Fe3O4＋6HCl＋H2；②2Fe3O4＋3Cl2＋100 ℃300 ℃12HCl=====6FeCl3＋6H2O＋O2；③2FeCl3=====2FeCl2＋Cl2

这3个反应的联合与循环，主要用来生产能解决环境和能源问题的某种气体，该气体是

(D) A．O2

B．Cl2

C．HCl

D．H2

高温【解析】

①×2＋②＋③可得：2H2O=====2H2＋O2【答案】

D 10．以NA代表阿伏加德罗常数，则关于热化学方程式2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋－2H2O(l)

ΔH＝－2599.2 kJ·mol1的说法中，正确的是

(A) A．有10NA个电子转移时，该反应放出1299.6 kJ的能量

B．有1NA个水分子生成且为液体时，吸收1299.6 kJ的能量

C．有2NA个碳氧共用电子对生成时，放出1299.6 kJ的能量

D．有8NA个碳氧共用电子对生成时，放出1299.6 kJ的能量

－－－【解析】

5O2(g)～ΔH＝－2599.2 kJ·mol1，转移电子数n(e)＝5 mol×2e×2＝20 mol －e，即A正确。B中1NA水分子即为1 mol H2O(l)，放出1299.6 kJ的能量，故B错。C中2NA个碳氧共用电子对，即为1 mol CO2(O＝C＝O)，故C错。D中8NA个碳氧共用电子对即为4 mol CO2，放出2599.2 kJ，故D错。

【答案】

A 11．已知下列热化学方程式：

－①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋H2O(l)

ΔH＝－890.5 kJ·mol1

－②2C2H6(g)＋7O2(g)＝4CO2(g)＋6H2O(l)

ΔH＝－3199.6 kJ·mol1

－③C2H2(g)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－1411 kJ·mol1

－④2C2H4(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－2599.2 kJ·mol1

－⑤C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l)

ΔH＝－2219.9 kJ·mol1

现有2 mol由上述五种烃中的两种组成的气体混合物，经充分燃烧后放出2970.8 kJ热量，则下列哪些组合是不可能的

(AC) A．CH4和C2H2

B．C2H4和C3H8

C．C2H6和C3H8

D．C2H6和CH4

【解析】

用中值法求解，1 mol混合烃燃烧放出的热量为1485.4 kJ，根据热化学方程－－－式可知：CH4、C2H4、C2H2的燃烧热分别为890.5 kJ·mol1、1411 kJ·mol1、1299.6 kJ·mol1

小于1485.4 kJ·mol1，而C2H6、C3H8的燃烧热分别为1559.8 kJ·mol1、2219.9 kJ·mol1，大－于1485.4 kJ·mol1，故B、D可能。

【答案】

AC 12．物质的生成热可定义为：由稳定单质生成1 mol物质所放出的热量。如CO2气体的生成热就是C(s)＋O2(g)＝CO2(g)的反应热。已知下表中几种化合物的生成热。

H2O(l) CO2(g) 化合物

葡萄糖

1259.8 285.8 393.5 生成热(kJ/mol) 则1 kg葡萄糖在人体内完全氧化成CO2和液态水最多可提供的能量为

(D) A．3225 kJ

B．2816 kJ C．69999 kJ

D．15644 kJ 【解析】

本题考查的是生成热的有关计算。由题意知：①6C(s)＋6H2(g)＋3O2(g)＝C6H12O6(s)

ΔH1＝－1259.8 kJ/mol；

②2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)

ΔH2＝－571.6 kJ/mol；

－③C(s)＋O2(g)＝CO2(g)

ΔH3＝－393.5 kJ/mol1。

由②×＋③×6－1①得：

C6H12O6(s)＋6O2(g)＝6H2O(l)＋6CO2(g)

ΔH4＝－2816 kJ/mol 1000 g故1 kg葡萄糖放出的热量为：－×2816 kJ/mol＝15644 kJ。故正确答案为D。

180 g·mol1【答案】

D 13．在一定条件下某反应的热化学方程式为

2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)；ΔH＝－197 kJ/mol 现有容积相同的甲、乙、丙三个容器，在上述条件下分别充入的气体和反应放出的热量(Q)如下表所示。

SO2(mol) O2(mol) N2(mol) Q(kJ) 容器

2 1 0 Q1

甲

1

0.5

0

Q2

乙

1

0.5

1

Q3

丙

根据以下数据，下列叙述正确的是

(AD) A．上述条件下每生成1 mol SO3气体放热98.5 kJ B．上述条件下每摩尔SO2在反应达到平衡时放出的热量为197 kJ C．Q1＝2Q2＝2Q3＝197 D．2Q2＝2Q3＜Q1＜197 【解析】

本题考查的是反应热与化学平衡的综合应用。本题将化学平衡知识与反应热有机地结合在一起，很有创意。因为题给反应是可逆反应，转化率不可能为100%，而反应热是完全转化时放出的热量，所以每生成1 mol SO3时，放出的热量为98.5 kJ，故A正确；B中不是反应达到平衡，而是2 mol SO2完全反应放出的热量为197 kJ；C中Q1＞2Q2，丙容器与乙容器处于相同的平衡状态，不影响热量的变化，故Q2＝Q3，C错误。故正确答案为AD。

【答案】

AD －－－