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化学反应与热能

【知识梳理】

一、化学键与化学反应中能量变化的关系

1．化学反应中能量变化的原因——微观角度

反应物中旧化学键的

要

能量，生成物中新化学键的

要

能量。化学反应中能量变化的主要原因是

。

2．化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度

化学反应中的能量变化决定于

的相对大小。

3.常见的吸热反应有：

、

、

等。

常见的放热反应有：

、

、

、

。

二、反应热和焓变

1.反应热是指

。用符号

表示，单位一般采用

。

2.反应热是表示化学反应过程中整个体系的能量（即焓）增加或者减少的量值，

ΔH =H产物—H反应物

焓增加→吸热→则用“

”表示；焓减少→放热→则用“

”表示。（填“+”或“-”）

3.从化学键角度看，反应热△H=

．

4.从能量的角度来看，反应热△H=

．

三、热化学方程式

1.热化学方程式的概念：

的化学方程式，叫做热化学方程式。热化学方程式不仅表示了化学反应中的

变化，也表明了化学反应中的

变化。

2.书写热化学方程式时的注意点

（1）要注明

，但中学化学中所用ΔH的数据一般都是在101kPa和25℃时的数据，可不特别注明；

（2）需注明ΔH的“+”与“—”，“+”表示

，“—”表示

；比较ΔH的大小时，要考虑ΔH的正负。

（3）要注明反应物和生成物的状态。g表示

，l表示

，s表示

; （4）各物质前的化学计量数表示

，可以是整数也可以是分数。

四、盖斯定律及其应用

1

盖斯定律：化学反应的反应热只与反应的

（各反应物）和

（各生成物）有关，而与具体反应进行的

无关，如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的，这就是盖斯定律。

五、中和热

1.中和热：酸和碱发生中和反应生成

水时所释放的热量。

(1)中和热的概念是酸和碱在

中发生中和反应生成

时的反应热。

(2)浓的强酸和强碱在发生中和反应的同时还要发生溶解，溶解要放出热量；若是浓的弱酸和弱碱在发生中和反应的同时还要发生电离，电离要吸收热量，故放出的热量均不完全是中和热。

(3)强酸和强碱在稀溶液中发生中和反应时，1 mol H和1 mol OH反应生成1 mol H2O(l)，放出57.3 kJ的热量，表示为H(aq)＋OH(aq)===H2O(l)

ΔH＝－57.3 kJ·mol1。

＋－－＋－2.中和热的测定

(1)实验装置

将下列实验装置中各仪器(或物品)的名称填在横线上。

(2)实验测量数据

①初始温度(t1)：测量混合前50 mL 0.50 mol·L－－1盐酸、

50 mL 0.55 mol·L1 NaOH溶液的温度，取两温度

为t1。

②终止温度(t2)：将酸碱溶液迅速混合，用

轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的

温度，记录为终止温度t2。

③重复实验操作三次，记录每次的实验数据，取其平均值作为计算依据。

(3)实验数据处理：盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1 g·cm3，反应后溶液的比热容－c＝4.18 J·g1·℃1。该实验中盐酸和NaOH溶液反应放出的热量是

kJ，

－－中和热为

kJ·mol1。

－中和热测定实验中应注意的事项

(1)防止热量散失的方法：①两个烧杯口要相平；②在两个烧杯之间填充碎泡沫塑料或碎纸片；③用玻璃棒搅拌，而不能用金属棒(丝)搅拌；④实验时动作要迅速。

(2)加过量碱液使酸完全反应，碱过量对中和热测定没有影响。

(3)数据处理时，相差较大的数据可能是偶然误差引起的，应舍去。

六、燃烧热

(1)燃烧热的概念是25 ℃、101 kPa时，

纯物质完全燃烧生成

的氧化物时所放出的热量。燃烧热的单位是

。

(2)燃烧热的意义：甲烷的燃烧热为890.31 kJ·mol1，或ΔH＝－890.31 kJ·mol1，它表示25 ℃、101 kPa时，－－1 mol CH4完全燃烧生成CO2和液态H2O时放出890.31 kJ的热量。

Q放(3)燃烧热的计算：由燃烧热定义可知：25 ℃、101 kPa时，物质的燃烧热：ΔH＝－。此公式中的n可燃物

2

ΔH是指物质的燃烧热，而不是指一般反应的反应热。

【例题精炼】

一、反应热

焓变

例1

已知在25 ℃、101 kPa条件下，①4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)

ΔH＝－2 834.9 kJ·mol1，②4Al(s)＋－2O3(g)===2Al2O3(s)

ΔH＝－3 119.1 kJ·mol1。

－下列说法正确的是(

) A.等质量的O2比O3的能量低，由O2变为O3是吸热反应

B.等质量的O2比O3的能量高，由O2变为O3是放热反应

C.O3比O2稳定，由O2变为O3是吸热反应

D.O2比O3稳定，由O2变为O3是放热反应

例2

下列热化学方程式，ΔH能正确表示物质燃烧热的是(

) 1－A.CO(g)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－283.0 kJ·mol1

21－B.C(s)＋O2(g)===CO(g)

ΔH＝－110.5 kJ·mol1

21－C.H2(g)＋O2(g)===H2O(g)

ΔH＝－241.8 kJ·mol1

2D.2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)

ΔH＝－11 036 kJ·mol1

－二、热化学方程式

例3

完成下列反应的热化学方程式。

(1)沼气是一种能源，它的主要成分是CH4，常温下，0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2(g)和液态水时，放出445 kJ热量，则热化学方程式为____________________________________。

(2)已知H2S完全燃烧生成SO2(g)和H2O(l)，H2S的燃烧热为a

kJ·mol1，写出H2S的燃烧热的热化学方程－式______________________________________________________________________。

13－(3)已知：N2(g)＋H2(g)===N(g)＋3H(g)

ΔH1＝＋a kJ·mol1

22N(g)＋3H(g)===NH3(g)

ΔH2＝－b kJ·mol1

－NH3(g)===NH3(l)

ΔH3＝－c kJ·mol1

－写出N2(g)和H2(g)反应生成液氨的热化学方程式_________________________________________________。

(4)已知：①HF(aq)＋OH(aq)===F(aq)＋H2O(l)

ΔH＝－67.7 kJ·mol1

－－－②H(aq)＋OH(aq)===H2O(l)

ΔH＝－57.3 kJ·mol1

＋－－试写出HF电离的热化学方程式_____________________________________________。

(5)SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中，只存在S—F键，已知1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，F—F键能为160 kJ·mol1，S—F键能为330 kJ·mol1，试写出S(s)和F2(g)反应生成SF6(g)的热化－－学方程式___________________________________________。

3

相关链接

热化学方程式书写的基本步骤

写出化学反应方程式→注明物质状态→计算ΔH数值，与系数对应并注明符号

→检查热化学方程式

例4

燃烧1 g乙炔生成二氧化碳和液态水放出热量50 kJ，则下列热化学方程式书写正确的是(

) A.2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝＋50 kJ·mol1

－5B.C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)

ΔH＝－1 300 kJ 2C.2C2H2＋5O2===4CO2＋2H2O

ΔH＝－2 600 kJ·mol1

－D.2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－2 600 kJ·mol1

－三、盖斯定律及其应用

例5

甲醇(CH3OH)广泛用作燃料电池的燃料，可由天然气来合成，已知：①2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)

ΔH＝－71 kJ·mol1，②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)

ΔH＝－90.5 kJ·mol1，③CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH－－＝－890 kJ·mol1，则甲醇的燃烧热为______________。若CO的燃烧热为282.5 kJ·mol1，则H2的燃烧热为－－______________。

例6

发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料和二氧化氮(NO2)作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。已知：

N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)

ΔH＝＋67.7 kJ·mol1①

－N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－543 kJ·mol1②

－11－H2(g)＋F2(g)===HF(g)

ΔH＝－269 kJ·mol1③

221－H2(g)＋O2(g)===H2O(g)

ΔH＝－242 kJ·mol1④

2(1)肼和二氧化氮反应的热化学方程式为_________________________________________________________。

(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，反应释放的能量更大，试写出肼和氟气反应的热化学方程式：______________________________________________________________________________。

相关链接

利用盖斯定律书写热化学方程式的思维模型

先确定待求的化学反应方程式⇒找出待求热化学方程式中各物质在已知热化学方程式中的位置⇒根据待求热化学方程式中各物质的化学计量数和位置对已知热化学方程式进行处理，得到变形后的新热化学方程式⇒将新得到的热化学方程式进行加减(反应热也需要相应加减)⇒计算反应热或写出待求的热化学方程式。

四、反应热的计算与比较

例7

(1)随着化石能源的减少，新能源的开发利用日益迫切。Bunsen热化学循环制氢工艺由下列三个反应组成：

SO2(g)＋I2(g)＋2H2O(g)===2HI(g)＋H2SO4(l)

ΔH＝a kJ·mol1

－2H2SO4(l)===2H2O(g)＋2SO2(g)＋O2(g)

ΔH＝b kJ·mol1

－2HI(g)===H2(g)＋I2(g)

ΔH＝c kJ·mol1

－

4

则：2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)

ΔH＝____________ kJ·mol1。

－(2)据粗略统计，我国没有经过处理便排放的焦炉煤气已超过250亿立方米，这不仅是能源的浪费，也对环境造成极大污染。为解决这一问题，我国在2004年起已利用焦炉煤气制取甲醇及二甲醚。

已知CO中的C与O之间为三键连接，且合成甲醇的主要反应原理为CO(g)＋2H2(g)下表所列为常见化学键的键能数据：

化学键

键能－

kJ·mol1

则该反应的ΔH＝__________ kJ·mol1。

－CH3OH(g)

ΔH。C—C 348 C—H 414 H—H 436 C—O 326.8 C≡O 1 032 H—O 464 (3)恒温恒容条件下，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图所示。

已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6 kJ·mol1

－①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式：___________________________________________________。

②ΔH2＝________ kJ·mol1。

－例8

已知：

1－①H2(g)＋O2(g)===H2O(g)

ΔH1＝a kJ·mol1

2②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)

ΔH2＝b kJ·mol1

－1－③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)

ΔH3＝c kJ·mol1

2④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH4＝d kJ·mol1

－则a、b、c、d的关系正确的是(

) A.a＜c＜0

[对点训练]

1.下列关于反应过程中能量变化的说法正确的是(

) A.在一定条件下，某可逆反应的ΔH＝＋100 kJ·mol1，则该反应的正反应活化能比逆反应活化能大100 －B.b＞d＞0

C.2a＝b＜0

D.2c＝d＞0 kJ·mol1

－B.图中A、B曲线可分别表示反应CH2===CH2(g)＋H2(g)―→CH3CH3(g)未使用催化剂和使用催化剂时反应过程中的能量变化

C.同温同压下，反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同

D.图示的能量变化可判断出该化学反应是放热反应

2.下列叙述正确的是(

)

5

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

ΔH＝＋2×283.0 kJ·mol1

－－B.HCl和NaOH反应的中和热为ΔH＝－57.3 kJ·mol1，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热为ΔH＝2×(－－57.3) kJ·mol1

－C.用等体积的0.50 mol·L－1盐酸、0.55 mol·L1 NaOH 溶液进行中和热测定的实验，会使测得的中和热偏大

－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

3.已知在1.01×105 Pa、298 K条件下，2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ的热量，下列热化学方程式正确的是(

) 1－A.H2O(g)===H2(g)＋O2(g)

ΔH＝＋242 kJ·mol1

2B.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH＝－484 kJ·mol1

－1－C.H2(g)＋O2(g)===H2O(g)

ΔH＝＋242 kJ·mol1

2D.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)

ΔH＝＋484 kJ·mol1

－

4.已知充分燃烧a

g乙炔气体时生成1 mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量b

kJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是(

) A.2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－2b kJ·mol1

－5－B.C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)

ΔH＝＋2b kJ·mol1

2C.2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－4b kJ·mol1

－D.2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝＋b kJ·mol1

－

5.下列热化学方程式正确的是(

) A.甲烷的燃烧热为

890.3 kJ·mol1，则甲烷燃烧热的热化学方程式可表示为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋－2H2O(g)

ΔH＝－890.3 kJ·mol1

－B.500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)500 ℃30 MPa2NH3(g)

ΔH＝－38.6 kJ·mol1

－1120 ℃C.已知在120 ℃、101 kPa下，1 g H2燃烧生成水蒸气放出121 kJ热量，其热化学方程式为H2(g)＋O2(g)=====101 kPa2H2O(g)

ΔH＝－242 kJ·mol1

－D.25 ℃、101 kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3 kJ·mol1，硫酸溶液与氢氧化钾溶－液反应的热化学方程式为H2SO4(aq)＋2KOH(aq)===K2SO4(aq)＋2H2O(l)

ΔH＝－57.3 kJ·mol1

－

6.通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确的是(

) ①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)

ΔH1＝a kJ·mol1

－②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH2＝b kJ·mol1

－③CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH3＝c kJ·mol1

－④2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)

ΔH4＝d kJ·mol1

－

6

A.反应①、②为反应③提供原料气

B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一

11d－C.反应CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(l)的ΔH＝

kJ·mol1

222D.反应2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)的ΔH＝(2b＋2c＋d) kJ·mol1

－

7.已知下列反应的热化学方程式为

①CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH1＝－870.3 kJ·mol1

－②C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH2＝－393.5 kJ·mol1

－1－③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)

ΔH3＝－285.8 kJ·mol1

2则反应2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)的ΔH为(

) A.－488.3 kJ·mol－1

B.－191 kJ·mol－1

C.－476.8 kJ·mol－－1

D.－1 549.6 kJ·mol1

－－18.已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是285.8 kJ·mol1、1 411.0 kJ·mol则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的ΔH为(

) A.－44.2 kJ·mol1

B.＋44.2 kJ·mol－－1 和1 366.8 kJ·mol1，－

C.－330 kJ·mol1

－D.＋330 kJ·mol1

－9.黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为

S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)

ΔH＝x kJ·mol1

－已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol1

－S(s)＋2K(s)===K2S(s)

ΔH2＝b kJ·mol1

－2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)

ΔH3＝c kJ·mol1，则x为(

) －A.3a＋b－c

B.c＋3a－b

C.a＋b－c

D.c＋a－b

10.已知胆矾溶于水时溶液温度降低。胆矾分解的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l)

ΔH＝＋Q1 kJ·mol1，室温下，若将1 mol无水硫酸铜溶解为溶液时放热Q2 kJ，则(

) －A.Q1＞Q2

B.Q1＝Q2

C.Q1＜Q2

－D.无法比较

－11.已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－393.5 kJ·mol1；2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)

ΔH＝－483.6 kJ·mol1。现有0.2 mol 的碳粉和氢气组成的悬浮气，该混合物在氧气中完全燃烧，共放出63.53 kJ热量，则混合物中C与H2的物质的量之比为(

) A.1∶1

B.1∶2

C.2∶3

D.3∶2 12.已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

ΔH＝－196.6 kJ·mol1，实验室测得4 mol SO2发生上述化学反应时－放出314.3 kJ热量，SO2的转化率最接近于(

) A.40%

B.50%

C.80%

D.90%

7

[综合强化]

13.研究NOx、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。

(1)处理含CO、SO2烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S。已知：

1－①CO(g)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－283.0 kJ·mol1

2②S(s)＋O2(g)===SO2(g)

ΔH＝－296.0 kJ·mol1

－此反应的热化学方程式是__________________________________________________。

(2)氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。已知：

CO(g)＋NO2(g)===NO(g)＋CO2(g)

ΔH＝－a kJ·mol1(a>0) －2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)

ΔH＝－b kJ·mol1(b>0) －若用标准状况下3.36 L CO还原NO2至N2(CO完全反应)的整个过程中转移电子的物质的量为________mol，放出的热量为______________kJ(用含有a和b的代数式表示)。

(3)用CH4催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)

ΔH1＝－574 kJ·mol1①

－CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)

ΔH2＝？②

若1 mol CH4还原NO2至N2，整个过程中放出的热量为867 kJ，则ΔH2＝______________。

14.参考下列图表和有关要求回答问题：

(1)图Ⅰ是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，ΔH的变化是________。请写出NO2和CO反应的热化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)下表是部分化学键的键能数据：

化学键

键能/kJ·mol1

－P—P a P—O b O==O c P==O x

已知1 mol白磷(P4)完全燃烧放热为d

kJ，白磷及其完全燃烧的生成物结构如上图Ⅱ所示，则上表中x＝____________________kJ·mol1(用含有a、b、c、d的代数式表示)。

－

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