專題1 化學反應與能量變化
第一單元 化學反應中的熱效應
第1時 化學反應的焓變
[目標要求] 1.了解反應熱的概念，知道化學反應、熱效應與反應的焓變之間的關系。
2.知道反應熱與化學鍵的關系。3.知道反應熱與反應物、生成物總能量的關系。
焓變 反應熱
在化學反應過程中，不僅有物質的變化，同時還伴有能量變化。
1．焓和焓變
焓是與物質內能有關的物理量。單位：kJ•mol－1，符號：H。
焓變是在恒壓條下，反應的熱效應。單位：kJ•mol－1，符號：ΔH。
2．化學反應中能量變化的原因
化學反應的本質是反應物分子中舊化學鍵斷裂和生成物生成時新化學鍵形成的過程。
任何化學反應都有反應熱，這是由于在化學反應過程中，當反應物分子間的化學鍵斷裂時，需要克服原子間的相互作用，這需要吸收能量；當原子重新結合成生成物分子，即新化學鍵形成時，又要釋放能量。
ΔH＝反應物分子的總鍵能－生成物分子的總鍵能。
3．放熱反應與吸熱反應
當反應完成時，生成物釋放的總能量與反應物吸收的總能量的相對大小，決定化學反應是吸熱反應還是放熱反應。
(1)當ΔH為“－”或ΔH<0時，為放熱反應，反應體系能量降低。
(2)當ΔH為“＋”或ΔH>0時，為吸熱反應，反應體系能量升高。
4．反應熱思維模型
(1)放熱反應和吸熱反應
放熱反應 吸熱反應
(2)反應熱的本質
(以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)
ΔH＝－186 kJ•mol－1為例)
E1：E(H—H)＋E(Cl—Cl)
E2：2E(H—Cl)
ΔH＝E1－E2
知識點一 反應熱
1．下列說法不正確的是( )
A．需要加熱才能發生的反應不一定是吸熱反應
B．放熱反應在常溫下一定很容易發生
C．反應是放熱還是吸熱必須看反應物和生成物所具有的總能量的相對大小
D．吸熱反應在一定條下也能發生
答案 B
解析 化學反應的能量變化主要表現為放熱或吸熱。反應是放熱還是吸熱主要取決于反應物和生成物所具有的總能量的相對大小。放熱反應和吸熱反應在一定的條下都能發生。反應開始時需加熱的反應可能是吸熱反應，也可能是放熱反應。吸熱反應開始加熱，反應后需不斷加熱才能使反應繼續進行下去；放熱反應開始加熱，反應后會放出一定的熱量，如果此熱量足夠大，可使反應維持下去，則反應過程不需要再加熱，如煤的燃燒，一旦加熱使煤燃燒起后就可繼續燃燒下去，不需外界再加熱。
2．已知在相同狀況下，要使同一化學鍵斷裂需要吸收的能量等于形成該化學鍵放出的能量。下列說法正確的是( )
A．電解熔融的Al2O3可以制得金屬鋁和氧氣，該反應是一個放出能量的反應
B．水分解產生氫氣和氧氣時放出能量
C．相同狀況下，反應2SO2＋O2===2SO3是一個放熱反應，則反應2SO3===2SO2＋O2是一個吸熱反應
D．氯化氫分解成氫氣和氯氣時放出能量
答案 C
解析 由題意可以推測，如果一個反應過程放出能量，那么使該反應向反方向進行則需要吸收能量，所以C正確；另外氫氣和氧氣反應、氫氣和氯氣反應、鋁和氧氣反應都是放出能量的反應，與它們相反的反應：水、氯化氫和Al2O3的分解都應該是吸收能量的反應，故A、B、D錯誤。
知識點二 反應熱與化學鍵鍵能的關系
3．通常人們把拆開1 mol某化學鍵所吸收的能量看成該化學鍵的鍵能。現給出化學鍵的鍵能(見下表)：
化學鍵H—HCl—ClCl—H
鍵能/(kJ•mol－1)436243431
請計算H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反應熱( )
A．＋862 kJ•mol－1 B．＋679 kJ•mol－1
C．－183 kJ•mol－1 D．＋183 kJ•mol－1
答案 C
解析 拆開1 mol H2和1 mol Cl2中的化學鍵所吸收的能量是436 kJ•mol－1＋243 kJ•mol－1＝679 kJ•mol－1；形成2 mol HCl所放出的能量是431 kJ•mol－1×2＝862 kJ•mol－1，所以該反應的反應熱是679 kJ•mol－1－862 kJ•mol－1＝－183 kJ•mol－1。
4．已知H—H鍵鍵能(斷裂時吸收或生成時釋放的能量)為436 kJ•mol－1，H—N鍵鍵能為391 kJ•mol－1，根據熱化學方程式：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ•mol－1。則NN鍵的鍵能是( )
A．431 kJ•mol－1 B．946 kJ•mol－1
C．649 kJ•mol－1 D．896 kJ•mol－1
答案 B
解析 本題主要考查利用化學鍵鍵能計算化學反應的能量變化，ΔH＝－(生成物鍵能總和－反應物鍵能總和)＝－[6×EN—H－(3×EH—H＋ENN)]，得ENN＝6×EN—H－3×EH—H＋ΔH＝6×391 kJ•mol－1－3×436 kJ•mol－1－92.4 kJ•mol－1≈946 kJ•mol－1。故正確答案為B。
5.白磷的化學式為P4，分子的空間構型是正四面體(如圖)。白磷在空氣中燃燒生成十氧化四磷(P4O10)，在十氧化四磷分子里只存在P—O和P===O兩種共價鍵。
已知幾種共價鍵的鍵能：P—O 360 kJ•mol－1；
P===O 585 kJ•mol－1；P—P 198 kJ•mol－1；
O===O 498 kJ•mol－1。
請問：在P4(s)＋5O2(g)===P4O10(s)中，ΔH＝______________。
答案 －2 982 kJ•mol－1
解析 由P4的分子結構和P4＋5O2=====點燃P4O10的物質變化，在P4O10分子中只存在P—O和P===O兩種共價鍵，P4O10中P顯＋5價、O顯－2價等事實可知，在P4分子結構的基礎上，每2個P原子之間插入1個O原子形成2個P—O鍵，每個P原子再結合1個O原子形成P===O鍵，就構成了P4O10的分子結構。這樣，在1個P4O10分子中共有12個P—O鍵、4個P===O鍵。
ΔH＝反應物鍵能總和－生成物鍵能總和＝6×198 kJ•mol－1＋5×498 kJ•mol－1－(12×360 kJ•mol－1＋4×585 kJ•mol－1)＝－2 982 kJ•mol－1。
知識點三 反應熱與反應物、生成物總能量的關系
6．已知25 ℃、101 kPa下，石墨、金剛石燃燒的熱化學方程式分別為：
C(石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ•mol－1①
C(金剛石)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－395.4 kJ•mol－1②
據此判斷，下列說法正確的是( )
A．由石墨制備金剛石是吸熱反應；石墨的能量比金剛石的低
B．由石墨制備金剛石是吸熱反應；石墨的能量比金剛石的高
C．由石墨制備金剛石是放熱反應；石墨的能量比金剛石的低
D．由石墨制備金剛石是放熱反應；石墨的能量比金剛石的高
答案 A
解析 有兩種方法判斷：方法一：反應中放出的熱量＝反應物的總能量－生成物的總能量；方法二：由①－②得C(石墨)===C(金剛石) ΔH＝1.9 kJ•mol－1，該反應為吸熱反應，石墨的能量比金剛石的能量低，石墨更穩定。故正確答案為A。
7.由右圖分析，有關敘述正確的是( )
A．A?→B＋C和B＋C?→A兩個反應吸收或放出的能量不等
B．A?→B＋C是放熱反應
C．A具有的能量高于B和C具有的能量總和
D．A?→B＋C是吸熱反應，則B＋C?→A必然是放熱反應
答案 D
解析 本題考查化學反應中的能量變化，由圖可知，B＋C的能量高于A的能量，則反應B＋C?→A一定是放熱反應；反之，A?→B＋C則是吸熱反應。根據能量守恒定律，兩反應的反應熱在數值上相等，符號相反。
練基礎落實
1．下列反應既屬于，又屬于吸熱反應的是( )
A．鋁片和稀鹽酸的反應
B．Ba(OH)2•8H2O與NH4Cl的反應
C．灼熱的碳與二氧化碳的反應
D．甲烷在氧氣中的燃燒
答案 C
解析 注意知識的積累，記住常見的吸熱反應。B、C屬于吸熱反應，再從化合價變化角度分析，知答案為C。
2．下列說法不正確的是( )
A．任何化學反應都伴隨著能量變化
B．化學反應中的能量變化都表現為熱量變化
C．反應物的總能量高于生成物的總能量時，發生放熱反應
D．反應物的總能量低于生成物的總能量時，發生吸熱反應
答案 B
解析 任何化學反應都伴隨著能量變化，但能量變化不一定表現為熱量變化，還可能以光能等其他形式的能量放出；E(反應物)>E(生成物)，反應放熱，E(反應物)<E(生成物)，反應吸熱。
3．下列過程一定釋放出能量的是( )
A．化合反應 B．分解反應 C．分子拆成原子 D．原子組成分子
答案 D
解析 形成化學鍵釋放能量，原子結合成分子放出能量，化合、分解反應有可能是放熱反應，也有可能是吸熱反應。
4．已知氫氣在氯氣中燃燒時產生蒼白色火焰。在反應過程中，破壞1 mol氫氣中的化學鍵消耗的能量為Q1 kJ，破壞1 mol氯氣中的化學鍵消耗的能量為Q2 kJ，形成1 mol氯化氫中的化學鍵釋放的能量為Q3 kJ，下列關系式正確的是( )
A．Q1＋Q2>Q3 B．Q1＋Q2>2Q3 C．Q1＋Q2<Q3 D．Q1＋Q2<2Q3
答案 D
解析 根據能量守恒原理：破壞化學鍵吸收的能量－形成新化學鍵放出的能量＝反應熱。對于該放熱反應：ΔH<0，則Q1＋Q2－2Q3<0，故Q1＋Q2<2Q3。
5．CO(g)與H2O(g)反應過程的能量變化如圖所示，有關兩者反應的說法中正確的是( )
A．該反應為吸熱反應
B．CO(g)和H2O(g)所具有的總能量大于CO2(g)和H2(g)所具有的總能量
C．反應的熱化學方程式：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝41 kJ•mol－1
D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反應生成1 mol CO(g)和H2O(g)要放出41 kJ的熱量
答案 B
解析 從圖中數據可以看出：該反應的ΔH<0，為放熱反應；CO(g)和H2O(g)所具有的總能量大于CO2(g)和H2(g)所具有的總能量，反應的熱化學方程式為CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ•mol－1。
練方法技巧
6．下列說法正確的是( )
A．反應熱就是反應中放出的能量
B．在101 kPa時，1 mol碳燃燒所放出的熱量為碳的燃燒熱
C．由C(石墨)?→C(金剛石) ΔH＝1.9 kJ•mol－1可知，金剛石比石墨穩定
D．等量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，前者放出的熱量多
答案 D
解析 反應過程中所放出或吸收的熱量都是反應熱，因此A錯；在101 kPa時，1 mol物質完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量叫做該物質的燃燒熱，B選項未指明碳完全燃燒生成二氧化碳，是錯誤的；由C(石墨)?→C(金剛石) ΔH＝1.9 kJ•mol－1可知，金剛石能量高，不穩定；因為硫固體變為硫蒸氣要吸熱，所以等量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，前者放出的熱量多是正確的(相同條下，同一物質在氣態時具有的能量最多，液態時次之，固態時最少，反應放出的熱量等于反應物所具有的能量減去生成物所具有的能量，因為生成物是一樣的，所以等量的硫蒸氣燃燒時放出的熱量比硫固體放出的更多)。
7.已知H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)反應過程中能量變化如圖，問：a、b、c分別代表什么意義？該反應是放熱反應還是吸熱反應，ΔH大于零還是小于零？
答案 a代表舊鍵斷裂吸收的能量，b代表新鍵生成釋放的能量，c代表反應熱；該反應為放熱反應，ΔH<0。
解析 H2(g)和12O2(g)與2H(g)和O(g)之間的能量差是H2(g)?→2H(g)和12O2(g)?→O(g)過程中斷開H—H鍵和O===O鍵吸收的能量，故a代表舊鍵斷裂吸收的能量，
b代表2H(g)＋O(g)結合成H2O(g)過程中化學鍵所放出的能量，c代表成鍵所釋放的能量與斷鍵吸收的能量之差；由圖可知該反應中反應物總能量大于生成物總能量，故該反應為放熱反應，ΔH<0。
練綜合拓展
8．已知1 g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121 kJ，且氧氣中1 mol O===O鍵完全斷裂時吸收熱量496 kJ，水蒸氣中1 mol H—O鍵形成時放出熱量463 kJ，則氫氣中1 mol H—H鍵斷裂時吸收熱量是________。
答案 436 kJ
解析 因為1 g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121 kJ，所以1 mol H2與12 mol O2完全燃燒生成1 mol水蒸氣時放出熱量242 kJ。而化學反應中之所以存在能量的變化是因為在化學反應過程中存在舊鍵的斷裂與新鍵的形成，其中舊鍵的斷裂需要吸收能量而新鍵的形成需要放出能量。發生上述反應H2(g)＋12O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242 kJ•mol－1時所發生鍵的變化為斷裂1 mol H—H鍵和12 mol O===O鍵、形成2 mol O—H鍵，因此在此反應過程中斷裂舊鍵需要吸收的能量為12×496 kJ＋E(H—H)，形成新鍵釋放的能量為2×463 kJ＝926 kJ，此反應為放熱反應，所以有926 kJ－12×496 kJ－E(H—H)＝242 kJ，解得E(H—H)＝436 kJ。
9．下表中的數據是破壞1 mol物質中的化學鍵所消耗的能量(kJ)：
物質Cl2Br2I2HClHBrHIH2
能量(kJ)243193151432366298436
根據上述數據回答(1)～(5)題。
(1)下列物質本身具有的能量最低的是( )
A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2
(2)下列氫化物中，最穩定的是( )
A．HCl B．HBr C．HI
(3)X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反應是吸熱反應還是放熱反應？答：____________________。
(4)相同條下，X2(X代表Cl、Br、I)分別與氫氣反應，當消耗等物質的量的氫氣時，放出或吸收的熱量最多的是__________。
(5)若無上表中的數據，你能正確回答出問題(4)嗎？
答：________，你的根據是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)A (2)A (3)放熱反應 (4)Cl2 (5)能
元素的非金屬性越強，生成的氫化物越穩定，反應放出的能量就越多
解析 破壞1 mol物質的化學鍵時所消耗的能量與相同條下由形成該物質的原子形成1 mol該物質放出的能量相等，放出的能量越多，物質本身具有的能量越低，分子越穩定。(1)生成1 mol H2時放出的能量最多，為436 kJ；(2)在氫化物中，生成1 mol HCl時放出的能量最多，為432 kJ；(3)分別計算出三個反應放出的熱量依次為：185 kJ、103 kJ和9 kJ。
第2時 熱化學方程式
[目標要求] 1.知道熱化學方程式的意義。2.會書寫熱化學方程式。3.能熟練判斷熱化學方程式的正誤。
一、熱化學方程式
1．概念
能表示參加反應的物質的量和反應熱的關系的化學方程式叫做熱化學方程式。
2．表示意義
(1)熱化學方程式不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的熱量變化。
(2)熱化學方程式中物質的化學計量數，表示實際參加反應的反應物的物質的量和實際生成的生成物的物質的量。
(3)熱化學方程式中的反應熱與反應物、生成物的物質的量相對應。
3．書寫熱化學方程式的注意事項
(1)注明物質的聚集狀態；
(2)標出對應的反應熱；
(3)標明反應所處的外界條(常溫常壓時，可不注明)。
知識點一 熱化學方程式的概念
1．下列說法正確的是( )
A．書寫熱化學方程式時，只要在化學方程式的右端寫上熱量的符號和數值即可
B．凡是在加熱或點燃條下進行的反應都是吸熱反應
C．表明反應所放出或吸收熱量的化學方程式叫做熱化學方程式
D．氫氣在氧氣中燃燒的熱化學方程式是2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－483.6 kJ
答案 C
解析 A項，熱化學方程式還應注明各物質的聚集狀態；B項，放熱反應有時在點燃或加熱時才能發生；D項，ΔH的單位錯誤。
2．熱化學方程式C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ•mol－1表示( )
A．碳和水反應吸收131.3 kJ能量
B．1 mol碳和1 mol水反應生成1 mol一氧化碳和1 mol氫氣并吸收131.3 kJ熱量
C．1 mol固態碳和1 mol水蒸氣反應生成1 mol一氧化碳氣體和1 mol氫氣并吸收131.3 kJ熱量
D．1個固態碳原子和1分子水蒸氣反應吸熱131.3 kJ
答案 C
解析 依據反應熱的概念，表示按照熱化學方程式計量數的物質的量反應時吸收或放出的熱量，單位是kJ•mol－1，該熱化學方程式表示1 mol固態碳和1 mol水蒸氣反應生成1 mol一氧化碳氣體和1 mol氫氣并吸收131.3 kJ的熱量，特別要指明水的狀態。
知識點二 熱化學方程式及其書寫的正誤判斷
3．氫氣是人類最理想的能。已知在25 ℃、101 kPa下，1 g氫氣完全燃燒生成液態水時放出熱量142.9 kJ，則下列熱化學方程式書寫正確的是( )
A．2H2＋O2===2H2O； ΔH＝142.9 kJ•mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)； ΔH＝－142.9 kJ•mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)； ΔH＝－571.6 kJ•mol－1
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)； ΔH＝571.6 kJ•mol－1
答案 C
解析 書寫熱化學方程式時，要注意反應熱的數值與反應物的物質的量和所處的聚集狀態有關。A中既沒有換算反應熱數值又沒寫物質的聚集狀態，反應放熱應用“－”表示；B中未換算反應熱數值；D中反應熱數值正確，符號寫反了。
4．已知充分燃燒a g乙炔氣體時生成1 mol二氧化碳氣體和液態水，并放出熱量b kJ，則下列乙炔燃燒的熱化學方程式書寫正確的是( )
A．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－4b kJ•mol－1
B．C2H2(g)＋52O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝2b kJ•mol－1
C．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－2b kJ•mol－1
D．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝b kJ•mol－1
答案 A
解析 乙炔燃燒是放熱反應，ΔH＜0，則排除B、D兩選項；又因反應生成1 mol二氧化碳氣體時，放出熱量為b kJ，則生成4 mol CO2(g)應放出熱量4b kJ，故A正確，C不正確。
5．下列熱化學方程式書寫正確的是( )
A．2SO2＋O2 2SO3 ΔH＝－196.6 kJ•mol－1
B．H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ•mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ•mol－1
D．C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝393.5 kJ•mol－1
答案 B
解析 書寫熱化學方程式必須注意以下幾點：①要注明反應物和生成物的聚集狀態，A錯；②放熱反應ΔH為“一”，吸熱反應ΔH為“＋”，D錯，③ΔH的單位為kJ•mol－1，C錯。
6．0.3 mol的氣態高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧氣中燃燒，生成固態的三氧化二硼和液態水，放出649.5 kJ熱量，其熱化學方程式為_____________________________________。
又已知：H2O(l)===H2O(g) ΔH＝44 kJ•mol－1。則11.2 L(標準狀況)乙硼烷完全燃燒生成氣態水時放出的熱量是__________kJ。
答案 B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)
ΔH＝－2 165 kJ•mol－1 1 016.5
解析 1 mol B2H6燃燒放出熱量649.5 kJ0.3＝2 165 kJ，0.5 mol B2H6燃燒生成液態水(1.5 mol)放出熱量為12×2 165 kJ，1.5 mol H2O(l)變為1.5 mol H2O(g)需吸收熱量為66 kJ，所以0.5 mol B2H6燃燒生成氣態水時放出熱量為12×2 165 kJ－1.5×44 kJ＝1 016.5 kJ。
練基礎落實
1．已知：H2(g)＋F2(g)===2HF(g) ΔH＝－270 kJ•mol－1，下列說法正確的是( )
A．2 L 氟化氫氣體分解成1 L 氫氣與1 L 氟氣吸收270 kJ熱量
B．1 mol氫氣與1 mol氟氣反應生成2 mol液態氟化氫放出的熱量小于270 kJ
C．在相同條下，1 mol氫氣與1 mol氟氣的能量總和大于2 mol氟化氫氣體的能量
D．1個氫氣分子與1個氟氣分子反應生成2個氟化氫氣體分子放出270 kJ熱量
答案 C
解析 A項中用L做單位是錯誤的，因為熱化學方程式的化學計量數表示物質的量；B項中放出的熱量小于270 kJ是錯誤的，應大于270 kJ；D項中說幾個分子間反應是錯誤的；C項正確。
2．已知在1.01×105 Pa、298 條下，2 mol氫氣燃燒生成水蒸氣放出484 kJ熱量，下列熱化學方程式正確的是( )
A．H2O(g)===H2(g)＋12O2(g) ΔH＝242 kJ•mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－484 kJ•mol－1
C．H2(g)＋12O2(g)===H2O(g) ΔH＝242 kJ•mol－1
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝484 kJ•mol－1
答案 A
解析 氫氣燃燒是放熱反應，其ΔH應為負值，故C、D錯誤；2 mol氫氣燃燒生成水蒸氣放出484 kJ熱量，而B是生成液態水，所以B也是錯誤的；反應逆向進行，ΔH符號相反，因此A是正確的。
3．已知3.0 g乙烷完全燃燒在常溫下放出的熱量為155.98 kJ，則下列關于乙烷燃燒熱的熱化學方程式書寫正確的是( )
A．2C2H6(g)＋7O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－3 119.6 kJ•mol－1
B．C2H6(g)＋52O2(g)===2CO(g)＋3H2O(g) ΔH＝－1 559.8 kJ•mol－1
C．C2H6(g)＋72O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH＝－1 559.8 kJ•mol－1
D．C2H6(g)＋72O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 559.8 kJ•mol－1
答案 D
解析 A中化學方程式若作為一般的熱化學方程式沒有問題，但由于燃燒熱的熱化學方程式應以1 mol物質為基準書寫，故不正確，另外，也可能會因審題時未注意常溫而錯選了C項。而B中燃燒產物CO不是C2H6完全燃燒后的產物，C項錯。故正確答案為D。
4．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ•mol－1
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890 kJ•mol－1
現有H2與CH4的混合氣體112 L(標準狀況)，使其完全燃燒生成CO2和H2O(l)，若實驗測得反應放熱3 695 kJ，則原混合氣體中H2與CH4的物質的量之比是( )
A．1∶1 B．1∶3 C．1∶4 D．2∶3
答案 B
解析 設112 L即5 mol混合氣體中H2的物質的量為x，則285.8x＋890(5－x)＝3 695，解得：x＝1.25 mol。則n(H2)∶n(CH4)＝1.25 mol∶3.75 mol＝1∶3。
5．已知熱化學方程式：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH1＝－571.6 kJ•mol－1，則關于熱化學方程式：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH2＝？的說法中正確的是( )
A．熱化學方程式中化學計量數表示分子數
B．該反應ΔH2大于零
C．該反應的ΔH2＝－571.6 kJ•mol－1
D．該反應可表示36 g水分解時的熱效應
答案 B
解析 ΔH2與ΔH1符號相反，數值相等，故ΔH2＝＋571.6 kJ•mol－1；D選項沒有指明36 g水的狀態，故D項錯誤。
練方法技巧
6．已知：
(1)H2(g)＋12O2(g)===H2O(g) ΔH1＝a kJ•mol－1
(2)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2＝b kJ•mol－1
(3)H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH3＝c kJ•mol－1
(4)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH4＝d kJ•mol－1
下列關系式中正確的是( )
A．a<c<0 B．b>d>0 C．2a＝b<0 D．2c＝d>0
答案 C
解析 抓比較的關鍵。該反應是放熱反應，ΔH<0；(1)與(2)是生成H2O的狀態一樣，但物質的計量數是2倍關系，2a＝b；同理比較(3)、(4)得：2c＝d，由于H2O(g)===H2O(l)是放熱反應，ΔH<0，故c<a，d<b，綜合考慮，僅C選項符合題意。
7．工業生產硫酸過程中，SO2在接觸室中被催化氧化為SO3氣體，已知該反應為放熱反應。現將2 mol SO2、1 mol O2充入一密閉容器充分反應后，放出熱量98.3 kJ，此時測得SO2的轉化率為50%，則下列熱化學方程式正確的是( )
A．2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ•mol－1
B．2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－98.3 kJ•mol－1
C．SO2(g)＋12O2(g) SO3(g) ΔH＝98.3 kJ•mol－1
D．SO2(g)＋12O2(g) SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ•mol－1
答案 A
練綜合拓展
8．寫出下列反應的熱化學方程式：
(1)1 mol N2(氣態)與適量H2(氣態)反應，生成NH3(氣態)，放出92.2 kJ的熱量
____________________。
(2)1 mol N2(氣態)與適量O2(氣態)反應，生成NO(氣態)，需吸收68 kJ的熱量
__________________。
(3)1 mol Cu(固態)與適量O2(氣態)反應，生成CuO(固態)，放出157 kJ的熱量
____________________。
(4)1 mol C(固態)與適量H2O(氣態)反應，生成CO(氣態)和H2(氣態)，需要吸收131.3 kJ
的熱量__________________。
(5)衛星發射時可用肼(N2H4)為燃料，1 mol N2H4(氣態)在O2(氣態)中燃燒，生成N2(氣態)
和H2O(氣態)，放出534 kJ的熱量____________________。
答案 (1)N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ•mol－1
(2)N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝68 kJ•mol－1
(3)Cu(s)＋12O2(g)===CuO(s) ΔH＝－157 kJ•mol－1
(4)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝131.3 kJ•mol－1
(5)N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534 kJ•mol－1
9．已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ•mol－1
CO(g)＋12O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283 kJ•mol－1
某H2和CO的混合氣體完全燃燒時放出113.76 kJ熱量，同時生成3.6 g液態水，則原混合氣體中H2和CO的物質的量分別為______________。
答案 0.2 mol、0.2 mol
解析 由題意知：反應生成3.6 g H2O(l)，故H2的物質的量為3.6 g18 g•mol－1＝0.2 mol。0.2 mol H2完全燃燒放出的熱量為571.6 kJ•mol－12×0.2 mol＝57.16 kJ，故CO完全燃燒放出的熱量為113.76 kJ－57.16 kJ＝56.6 kJ，所以CO的物質的量為56.6 kJ283 kJ•mol－1＝0.2 mol。
10．1 mol CH4氣體完全燃燒生成CO2和液態水時，放出890 kJ熱量，不完全燃燒生成CO和液態水時，放出519 kJ熱量。如果1 mol CH4在一定量的氧氣中燃燒生成CO、CO2和液態水，并放出797.25 kJ熱量，則氧氣的質量為________。
答案 60 g
解析 先繪出思維模型圖
分清圖中各ΔH的意義和量關系
ΔH＝－890 kJ•mol－1
ΔH1＝－519 kJ•mol－1
ΔH2＝－890 kJ•mol－1＋519 kJ•mol－1＝－471 kJ•mol－1
表示CO完全燃燒產生的反應熱ΔH3＝－797.25 kJ•mol－1，實際反應熱ΔH4＝ΔH－ΔH3＝－92.75 kJ•mol－1
表示混和氣中的CO，若再燃燒產生的反應熱。因此ΔH4ΔH2即為混和氣中nCOnCH4的比，因為n(CH4)＝1 mol，故n(CO)＝ΔH4ΔH2＝－92.75 kJ•mol－1－471 kJ•mol－1×1 mol＝0.25 mol
混和氣中n(CO2)＝1 mol－0.25 mol＝0.75 mol
混和氣中n(H2O)＝2n(CH4)＝2 mol
根據元素守恒：消耗的n(O2)＝12n(CO)＋n(CO2)＋n(H2O)＝12×0.25 mol＋0.75 mol＋12×2 mol＝1.875 mol
m(O2)＝32 g•mol－1×1.875 mol＝60 g。
第3時 反應熱的測量與計算
[目標要求] 1.掌握中和熱的測量及計量方法。2.理解蓋斯定律的含義。
一、中和熱的測定
1．實驗原理
在稀溶液中，強酸跟強堿發生中和反應生成1_mol_H2O，這時的反應熱叫做中和熱。本實驗通過測定酸堿中和反應前后溶液溫度的變化計算反應過程中所放出的熱量，并由此求得中和熱。
2．實驗儀器及試劑
儀器：大燒杯(500 mL)、小燒杯(100 mL)、環形玻璃攪拌棒、溫度計、量筒(50_mL)兩個、碎泡沫塑料或紙條、泡沫塑料板或硬紙板(中心有兩個小孔)；
藥品：鹽酸(0.50 mol•L－1)、氫氧化鈉溶液(0.55 mol•L－1)。
3．實驗步驟
(1)制作簡易的量熱器(如圖所示)
(2)用量筒準確量取反應溶液，準確測量溫度(精確到0.1 ℃)。
(3)將溶液混合反應，記錄終止溫度。
(4)重復實驗步驟(2)～(3)三次。
實驗
次數起始溫度t1/℃終止溫度
t2/℃溫度差
(t2－t1)/℃
HClNaOH平均值
1
2
3
4.實驗數據的處理
ΔH＝－QnH2O，其中Q＝c•m•Δt。
二、蓋斯定律
1．內容
不管化學反應是一步完成或分幾步完成，其總的熱效應是完全相同的。或者說，化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關，而與反應的途徑無關。
2．解釋
能量的釋放或吸收是以發生變化的物質為基礎的，二者密不可分，但以物質為主。
3．應用
對于進行得很慢的反應，不容易直接發生的反應，產品不純(即有副反應發生)的反應，測定反應熱有困難，如果應用蓋斯定律，就可以間接地把它們的反應熱計算出。
例如：C(s)＋12O2(g)===CO(g)
上述反應在O2供應充分時，可燃燒生成CO2；O2供應不充分時，雖可生成CO，但同時還部分生成CO2。因此該反應的ΔH無法測定，但是下述兩個反應的ΔH卻可以直接測得：
(1)C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ•mol－1
(2)CO(g)＋12O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ•mol－1
根據蓋斯定律，就可以計算出欲求反應的ΔH。
分析上述兩個反應的關系，即知：ΔH＝ΔH1－ΔH2。
則C(s)與O2(g)生成CO(g)的熱化學方程式為C(s)＋12O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5 kJ•mol－1。
三、反應熱的計算
1．反應熱計算的主要依據是
熱化學方程式、蓋斯定律及反應過程的焓變等數據。
2．反應熱的計算方法
(1)熱化學方程式與數學上的方程式相似，可以移項同時改變正、負號；各項的系數包括ΔH的數值可以同時擴大或縮小相同的倍數。
(2)根據蓋斯定律，可以將兩個或兩個以上的熱化學方程式包括其ΔH相加或相減，得到一個新的熱化學方程式。
知識點一 中和熱的測定
1．在一800 mL的大燒杯中放入碎紙屑，把盛有50 mL 0.50 mol•L－1鹽酸的200 mL燒杯放到大燒杯中，兩只燒杯間填滿碎紙屑。用泡沫塑料板做成大燒杯蓋，通過蓋子插入一根玻璃攪拌棒(末端呈半圓環的玻璃棒)和一只溫度計，測定溶液的溫度。迅速往鹽酸溶液中加入50 mL 0.55 mol•L－1燒堿溶液，蓋好，攪拌溶液，觀察溫度的變化。當溫度保持穩定時，記錄讀數，取出裝反應液的燒杯，倒出溶液，清洗干凈，保持內外杯壁干燥。重復進行三次實驗。用這一實驗可以粗略測定中和熱。
(1)燒杯間填滿碎紙屑的作用是
________________________________________________________________________。
(2)要重復進行三次實驗的目的是
________________________________________________________________________。
(3)燒杯如果不蓋泡沫塑料板，所求得的中和熱數值將________(填“偏大”、“偏小”或
“無影響”)。
(4)實驗中若改用60 mL 0.50 mol•L－1鹽酸和50 mL 0.55 mol•L－1燒堿溶液進行上述反應，與上述實驗相比，所放出的熱量________(填“相等”或“不相等”)，所求中和熱________(填“相等”或“不相等”)，理由是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)三次平行操作測得的數據中，起始時鹽酸與燒堿溶液溫度相同，而終止溫度與起始溫度之差(t2－t1)分別為①2.3 ℃，②2.4 ℃，③2.9 ℃，則最終代入計算式的溫度差的平均值為________ ℃。
答案 (1)保溫、隔熱，減少實驗過程中熱量的損失
(2)減少實驗過程中的誤差
(3)偏小
(4)不相等 相等 因為60 mL 0.50 mol•L－1鹽酸和50 mL 0.55 mol•L－1燒堿溶液反應能生成0.027 5 mol H2O，而50 mL 0.50 mol•L－1鹽酸與50 mL 0.55 mol•L－1燒堿溶液反應只能生成0.025 mol H2O，因此所放出的熱量不同。但中和熱是指酸與堿發生中和反應生成1 mol H2O時所放出的熱量，與酸、堿的用量無關，因此所求中和熱相等
(5)2.35
解析 解答本題，首先要明確實驗的原理、“量熱器”的組成以及造成實驗誤差的原因，然后按實驗步驟進行分析和判斷。
(1)碎紙屑的作用為減少實驗過程中的熱量損失。
(2)重復實驗的目的是減少實驗誤差。
(3)不蓋泡沫塑料板會損失部分熱量，故所測結果將偏小。
(4)由中和熱概念可知，中和熱是以生成1 mol水為標準的，而與酸、堿的用量無關。
(5)所測溫度2.9 ℃顯然是錯誤的，代入計算式的溫度應是①與②的平均值。
2．H2SO4溶液和OH溶液反應時有熱量放出，并已知反應物的總能量為E1，生成物的總能量為E2。試回答下列問題：
(1)用離子方程式表示中和反應的實質：
________________________________________________________________________。
(2)判斷E1和E2的大小關系：E1________E2。
(3)已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ•mol－1，計算下列中和反應中放出的熱量。
①用20 g NaOH配成稀溶液跟足量的稀鹽酸反應，能放出________ kJ的熱量。
②用0.15 mol Ba(OH)2配成稀溶液跟足量的稀硝酸反應，能放出________kJ的熱量。
答案 (1)H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)
(2)> (3)①28.65 ②17.19
知識點二 蓋斯定律
3．已知298 、101 kPa條下：
①4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH＝－2834.9 kJ•mol－1
②4Al(s)＋2O3(g)===2Al2O3(s) ΔH＝－3 119.1 kJ•mol－1
由此得出的正確結論是( )
A．等質量的O2比O3能量低，由O2變為O3為吸熱反應
B．等質量的O2比O3能量低，由O2變為O3為放熱反應
C．O3比O2穩定，由O2變為O3為吸熱反應
D．O2比O3穩定，由O2變為O3為放熱反應
答案 A
解析 據蓋斯定律，①式－②式得：3O2(g)===2O3(g) ΔH＝284.2 kJ•mol－1
即等質量的O2比O3能量低，O2比O3穩定，由O2變為O3為吸熱反應。
4．已知：H2O(g)===H2O(l) ΔH＝Q1 kJ•mol－1
C2H5OH(g)===C2H5OH(l) ΔH＝Q2 kJ•mol－1
C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH＝Q3 kJ•mol－1
若使46 g酒精液體完全燃燒，最后恢復到室溫，則放出的熱量為( )
A．(Q1＋Q2＋Q3) kJ
B．0.5(Q1＋Q2＋Q3) kJ
C．(0.5Q1－1.5Q2＋0.5Q3) kJ
D．(3Q1－Q2＋Q3) kJ
答案 D
解析 46 g酒精即1 mol C2H5OH(l)
根據題意寫出目標反應
C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH
然后確定題中各反應與目標反應的關系
則ΔH＝(Q3－Q2＋3Q1) kJ•mol－1
5．科學家蓋斯曾提出“不管化學過程是一步完成或分幾步完成，這個總過程的熱效應是相同的。”利用蓋斯定律可測某些特別反應的熱效應。
①P4(s，白磷)＋5O2(g)===P4O10(s)
ΔH1＝－2 983.2 kJ•mol－1
②P(s，紅磷)＋54O2(g)===14P4O10(s)
ΔH2＝－738.5 kJ•mol－1
則白磷轉化為紅磷的熱化學方程式為_____________________________________。
答案 P4(s，白磷)===4P(s，紅磷) ΔH＝－29.2 kJ•mol－1
解析 方法一：待求的方程式：P4s，白磷===4Ps，紅磷
??→由①－4×②得到熱化學方程式P4s，白磷===4Ps，紅磷ΔH＝－29.2 kJ•mol－1
方法二：
知識點三 反應熱計算
6．由氫氣和氧氣反應生成4.5 g水蒸氣放出60.45 kJ的熱量，則反應：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH為( )
A．－483.6 kJ•mol－1 B．－241.8 kJ•mol－1
C．－120.6 kJ•mol－1 D．241.8 kJ•mol－1
答案 A
解析 要求方程式中生成2 mol H2O(g)的ΔH，已知4.5 g水蒸氣生成時放熱60.45 kJ，
比例關系：4.5 g241.8 g•mol－1＝60.45 kJQ
解得Q＝483.6 kJ，故ΔH＝－483.6 kJ•mol－1。
7．已知：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－571.6 kJ•mol－1
CO(g)＋12O2(g)===CO2(g)
ΔH＝－282.8 kJ•mol－1
現有CO、H2、CO2組成的混合氣體67.2 L(標準狀況)，經完全燃燒后放出的總熱量為710.0 kJ，并生成18 g液態水，則燃燒前混合氣體中CO的體積分數為( )
A．80% B．50% C．60% D．20%
答案 B
解析 根據生成18 g液態H2O知混合氣體中含1 mol H2，該反應產生的熱量為571.62 kJ＝285.8 kJ。CO燃燒放出的熱量為710.0 kJ－285.8 kJ＝424.2 kJ，則CO的物質的量為n(CO)＝424.2 kJ282.8 kJ•mol－1＝1.5 mol，V(CO)%＝1.5 mol×22.4 L/mol67.2 L×100%＝50%。
練基礎落實
1．下列與化學反應能量變化相關的敘述正確的是( )
A．生成物總能量一定低于反應物總能量
B．放熱反應的反應速率總是大于吸熱反應的反應速率
C．應用蓋斯定律，可計算某些難以直接測量的反應焓變
D．同溫同壓下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和點燃條下的ΔH不同
答案 C
解析 放熱反應生成物總能量低于反應物總能量，吸熱反應生成物總能量高于反應物總能量，A錯誤；化學反應的速率與反應物本身的性質、溫度、壓強、濃度、催化劑等因素有關，與吸熱、放熱反應無關，B錯誤；通過蓋斯定律可以間接測量某些難以直接測量的反應的焓變，C正確；同溫同壓下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反應條不會影響ΔH的值，D錯誤。
2．含有11.2 g OH的稀溶液與1 L 0.1 mol•L－1的H2SO4溶液反應，放出11.46 kJ的熱量，能表示該反應中和熱的化學方程式的為( )
A．OH(aq)＋12H2SO4(aq)===122SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－11.46 kJ•mol－1
B．2OH(aq)＋H2SO4(aq)===2SO4(aq)＋2H2O(l) ΔH＝－11.46 kJ•mol－1
C．2OH(aq)＋H2SO4(aq)===2SO4(aq)＋2H2O(l) ΔH＝－114.6 kJ•mol－1
D．OH(aq)＋12H2SO4(aq)===122SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ•mol－1
答案 D
解析 中和熱是以生成1 mol H2O(l)所放出的熱量定義的，故書寫中和熱的熱化學方程式時，應以生成1 mol H2O(l)為標準配平其余物質的化學計量數，故答案為D。
3．在一定條下，充分燃燒一定量的丁烷放出熱量為Q kJ(Q>0)，經測定完全吸收生成的CO2需消耗 5 mol•L－1的OH溶液100 mL，恰好生成正鹽，則此條下反應C4H10(g)＋132O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(g)的ΔH為( )
A．＋8Q kJ•mol－1 B．＋16Q kJ•mol－1
C．－8Q kJ•mol－1 D．－16Q kJ•mol－1
答案 D
解析 建立關系式：
C4H10 ～ 4CO2 ～ 8OH ～ ΔH
1 mol 4 mol 8 mol ΔH
5 mol•L－1×0.1 L QkJ
則ΔH＝－8 mol×Q kJ•mol－10.5 mol＝－16Q kJ•mol－1
4．已知：(1)Fe2O3(s) ＋32C(s)===32CO2(g)＋2Fe(s) ΔH1＝＋234.1 kJ•mol－1
(2)C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ•mol－1
則2Fe(s)＋32O2(g)===Fe2O3(s) 的ΔH是( )
A．－824.4 kJ•mol－1 B．－627.6 kJ•mol－1
C．－744.7 kJ•mol－1 D．－169.4 kJ•mol－1
答案 A
解析 32×(2)－(1)就可得2Fe(s)＋32O2(g)===Fe2O3(s)，則ΔH＝32ΔH2－ΔH1＝－824.4 kJ•mol－1。
5．能問題是人類社會面臨的重大題，H2、CO、CH3OH都是重要的能物質，它們的燃燒熱依次為－285.8 kJ•mol－1、－282.5 kJ•mol－1、－726.7 kJ•mol－1。已知CO和H2在一定條下可以合成甲醇CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)。則CO與H2反應合成甲醇的熱化學方程式為( )
A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l) ΔH＝－127.4 kJ•mol－1
B．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l) ΔH＝127.4 kJ•mol－1
C．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH＝－127.4 kJ•mol－1
D．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH＝127.4 kJ•mol－1
答案 A
解析 根據目標反應與三種反應熱的關系，利用蓋斯定律，首先計算出目標反應的反應熱ΔH＝2×(－285.8 kJ•mol－1)＋(－282.5 kJ•mol－1)－(－726.7 kJ•mol－1)＝－127.4 kJ•mol－1。
練方法技巧
6．將V1 mL 1.00 mol/L HCl溶液和V2 mL未知濃度的NaOH溶液混合均勻后測量并記錄溶液溫度，實驗結果如圖所示(實驗中始終保持V1＋V2＝50 mL)。下列敘述正確的是( )
A．做該實驗時環境溫度為22 ℃
B．該實驗表明化學能可以轉化為熱能
C．NaOH溶液的濃度約為1.00 mol•L－1
D．該實驗表明有水生成的反應都是放熱反應
答案 B
解析 從圖中曲線可以看出，溫度為22 ℃時，V1為5 mL，則V2為45 mL，此時已經開始發生反應，所以22℃一定不是室溫，A錯；曲線隨V1增多而升高，隨反應的進行，溶液溫度升高，說明反應放熱，化學能轉化為熱能，B正確；當V1＝30 mL時溫度最高，說明此時兩者恰好完全反應，則c(NaOH)＝30 mL×1.00 mol•L－120 mL＝1.5 mol•L－1，C錯；該實驗不能證明有水生成的其他反應也是放熱的。
7．已知下列熱化學方程式：
①Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH1＝－26.7 kJ•mol－1
②3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH2＝－50.75 kJ•mol－1
③Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g) ΔH3＝－36.5 kJ•mol－1
則反應FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g)的焓變為( )
A．7.28 kJ•mol－1 B．－7.28 kJ•mol－1
C．43.68 kJ•mol－1 D．－43.68 kJ•mol－1
解析 根據蓋斯定律，首先考慮目標反應與三個已知反應的關系，三個反應中，FeO、CO、Fe、CO2是要保留的，而與這四種物質無關的Fe2O3、Fe3O4要通過方程式的疊加處理予以消去：因此將①×3－②－③×2得到：
6FeO(s)＋6CO(g)＝6Fe(s)＋6CO2(g) ΔH＝43.65 kJ•mol－1
化簡：FeO(s)＋CO(g)＝Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝7.28 kJ•mol－1
答案 A
8．比較下列各組熱化學方程式中ΔH的大小關系。
(1)S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2
ΔH1______ΔH2
(2)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2
ΔH1______ΔH2
(3)煤作為燃料有兩種途徑：
途徑1——直接燃燒
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1<0
途徑2——先制水煤氣
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH2>0
再燃燒水煤氣：
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH3<0
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH4<0
ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的關系式是_________________________________________。
答案 (1)> (2)<
(3)ΔH1＝ΔH2＋12(ΔH3＋ΔH4)
解析 ①反應熱的大小與反應物、生成物的狀態有關，與反應物的多少有關。
②比較ΔH時，應包括符號，對于放熱反應，熱值越大，ΔH越小。
練綜合拓展
9．(1)已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ•mol－1。回答有關中和反應的問題。
(1)用0.1 mol Ba(OH)2配成稀溶液與足量稀硝酸反應，能放出________kJ熱量。
(2)如圖裝置中儀器A的名稱是_____________________________________________，
作用是_______________________________________________________________；
儀器B的名稱是________，作用是__________________________________________；
碎泡沫塑料的作用是_______________________________________________________。
(3)若通過實驗測定中和熱的ΔH，其結果常常大于－57.3 kJ•mol－1，其原因可能是________________________________________________________________________。
(4)用相同濃度和體積的氨水(NH3•H2O)代替NaOH溶液進行上述實驗，測得的中和熱的數值會________(填“偏大”、“偏小”、“無影響”)。
答案 (1)11.46
(2)環形玻璃攪拌棒 攪拌，使溶液充分混合 溫度計 測量溫度 減少實驗過程中的熱量損失
(3)實驗中不可避免有少量熱量損失 (4)偏小
解析 (1)根據中和熱的含義：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)
ΔH＝－57.3 kJ•mol－1，所以0.1 mol Ba(OH)2稀溶液與足量稀硝酸反應時生成0.2 mol H2O(l)，故放出熱量為11.46 kJ。
(2)由實驗裝置知，A為環形玻璃攪拌棒，作用是攪拌，使溶液充分混合；B為溫度計，作用是測量溫度；碎泡沫塑料的作用是減少實驗過程中的熱量損失。
(3)在測定中和熱的實驗中，減少熱量損失是實驗的關鍵，而在實驗中會不可避免有少量熱量損失，導致結果常常大于－57.3 kJ•mol－1。
(4)用氨水代替NaOH(aq)，會使測得的中和熱數值偏小，因為氨水(NH3•H2O)是弱，電離時需吸收熱量。
10．(10分)將煤轉化為水煤氣是通過化學方法將煤轉化為潔凈燃料的方法之一。煤轉化為水煤氣的主要化學反應為C(s)＋H2O(g)=====高溫CO(g)＋H2(g)。
C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃燒的熱化學方程式分別為
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ•mol－1
H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g) ΔH2＝－242.0 kJ•mol－1
CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g) ΔH3＝－283.0 kJ•mol－1
請回答：
(1)請你根據以上數據，寫出C(s)與水蒸氣反應生成CO和H2的熱化學方程式：________________________________________________________________________。
(2)比較反應熱數據可知，1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃燒放出的熱量之和，比1 mol C(s)完全燃燒放出的熱量________(填“多”或“少”)。
甲同學據此認為：“煤炭燃燒時加少量水，可以使煤炭燃燒放出更多的熱量。”
乙同學根據蓋斯定律作出了下列循環圖：
Cs＋H2Og＋O2g??→ΔH1CO2g＋H2Og
ΔH2 ΔH4
COg＋O2g＋H2g??→ΔH3COg＋H2Og＋12O2g
乙同學據此認為：“將煤轉化為水煤氣再燃燒放出的熱量，最多與直接燃燒煤放出的熱量相同。”請分析：甲、乙兩同學觀點正確的是________(填“甲”或“乙”)同學，另一同學出現錯誤觀點的原因是________________________________________。
答案 (1)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
ΔH＝131.5 kJ•mol－1
(2)多 ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4 乙 甲同學忽視了生成水煤氣的反應為吸熱反應
解析 (2)由于C(s)與水蒸氣反應要吸熱，所以1 mol CO和1 mol H2的能量比1 mol C(s)和1 mol H2O(g)的能量多，燃燒后放出的能量同樣也多；反應的總能量是守恒的，所以甲同學的說法不正確的，原因是他忽視了反應C(s)＋H2O(g)=====高溫CO(g)＋H2(g)為吸熱反應，已經從環境中吸收了能量，而能量在轉化過程中往往會有損失，所以乙同學說得對，即使沒有損失也只能與直接燃燒煤放出的熱量相同。
第4時 能的充分利用
[目標要求] 1.理解燃燒熱的概念。2.了解化學在解決能危機中的重要作用，知道節約能、提高能量利用率的實際意義。
一、燃燒熱
1．概念
101_kPa時，1_mol純物質完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質的燃燒熱，單位kJ•mol－1。
2．燃燒熱與中和熱的重要區別
(1)反應環境的區別：燃燒熱必須是燃燒反應而且是完全燃燒，有O2參加；而中和熱是稀溶液中的酸堿中和反應。
(2)反應實質不同：燃燒反應是；中和反應是復分解反應。
(3)規定物質不同：燃燒熱是1 mol純物質被燃燒；中和熱是生成1_mol_H2O。
二、能
1．能是能提供能量的資，它包括化石燃料(煤、石油、天然氣)、陽光、風力、流水、潮汐以及柴草等。
2．解決能危機的方法
(1)科學地控制燃燒反應，使燃料充分燃燒，提高能的使用效率。
(2)尋找新的能，現正探索的新能有太陽能、氫能、風能、地熱能、海洋能和生物質能等，它們資豐富，可以再生，沒有污染或很少有污染。
知識點一 燃燒熱
1．下列關于燃燒熱的說法中正確的是( )
A．1 mol物質燃燒所放出的熱量
B．常溫下，可燃物燃燒放出的熱量
C．在25 ℃、1.01×105 Pa時，1 mol物質燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量
D．燃燒熱隨化學方程式前的化學計量數的改變而改變
答案 C
2．下列熱化學方程式中ΔH的數值表示可燃物燃燒熱的是( )
A．CO(g)＋12O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283 kJ•mol－1
B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802.3 kJ•mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ•mol－1
D．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ•mol－1
答案 A
解析 根據燃燒熱的概念知應是1 mol燃料生成常溫常壓下穩定的氧化物，H2O在上述情況下液態穩定。
3．已知H2的燃燒熱為－285.8 kJ•mol－1，CO的燃燒熱為－282.8 kJ•mol－1；現有H2和CO組成的混合氣體 5.6 L(標準狀況)，經充分燃燒后，放出總熱量為71.15 kJ，并生成液態水。下列說法正確的是( )
A．CO燃燒的熱化學方程式為2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－282.8 kJ•mol－1
B．H2燃燒的熱化學方程式為2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－571.6 kJ•mol－1
C．燃燒前混合氣體中CO的體積分數為60%
D．燃燒后的產物全部與足量的過氧化鈉作用可產生0.125 mol O2
答案 D
解析 根據H2、CO的燃燒熱數據判斷
A項：ΔH應為－565.6 kJ•mol－1，A項錯；
B項：應為液態水，B項錯；
C項：CO的體積應進行計算。
設H2、CO物質的量分別為x、y
則x＋y＝5.6 L22.4 L•mol－1＝0.25 mol①
H2燃燒放熱為285.8x kJ，CO燃燒放熱為282.8y kJ
則：285.8 x＋282.8y＝71.15 kJ②
解①②聯立方程得x＝0.15 mol，y＝0.1 mol
故CO的體積分數為40%，C選項錯。
根據元素守恒H2、CO燃燒后生成H2O、CO2，與燃燒前H2、CO總物質的量相等，與Na2O2反應生成的O2是H2O和CO2總物質的量的一半。
知識點二 能
4．關于能，以下說法中不正確的是( )
A．煤、石油、天然氣等燃料的最初都可追溯到太陽能
B．柴草燃燒時釋放的能量是生物能
C．核能和地熱能自地球自身
D．潮汐能于月球引力做功
答案 B
解析 B選項中，柴草燃燒是劇烈的氧化反應，燃燒時化學能轉變為熱能，而柴草具有的化學能的最初也可追溯到太陽能，因為綠色植物的生長過程必須依靠陽光，通過光合作用，葉綠素將H2O和CO2制成淀粉，在此過程中，太陽能轉化成化學能貯存在植物中，通過燃燒，又釋放出。故B選項錯誤。
5．形成節約能和保護生態環境的產業結構是人類與自然和諧發展的重要保證，你認為下列行為中有悖于這一保證的是( )
A．開發太陽能、水能、風能等新能，減少使用煤、石油等化石燃料
B．研究采煤、采油新技術，提高產量以滿足工業生產的快速發展
C．在農村推廣使用沼氣
D．減少資消耗、增加資的重復使用和資的循環再生
答案 B
練基礎落實
1．根據以下3個熱化學方程式
2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－Q1 kJ•mol－1
2H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(l) ΔH＝－Q2 kJ•mol－1
2H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(g) ΔH＝－Q3kJ•mol－1
判斷Q1、Q2、Q3三者關系正確的是( )
A．Q1>Q2>Q3 B．Q1>Q3>Q2 C．Q3>Q2>Q1 D．Q2>Q1>Q3
答案 A
2．已知化學反應：C(s)＋1/2O2(g)===CO(g) ΔH1<0
CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g) ΔH2<0
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3<0；
下列說法正確的是(相同條下)( )
A．56 g CO和32 g O2所具有的總能量小于88 g CO2所具有的總能量
B．碳的燃燒熱是ΔH3
C．ΔH1<ΔH3
D．28 g CO的總能量比44 g CO2的總能量高
答案 B
解析 CO燃燒是放熱反應，反應物總能量高于生成物總能量，A錯；D選項中忽略了O2的能量，D錯；比較ΔH時必須帶符號比較，C錯。
3．已知反應：①101 kPa時，2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221 kJ•mol－1；②稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ•mol－1，下列結論正確的是( )
A．碳的燃燒熱大于110.5 kJ•mol－1
B．①的反應熱為221 kJ•mol－1
C．稀H2SO4與稀NaOH溶液反應的中和熱為－57.3 kJ•mol－1
D．稀醋酸與稀NaOH溶液反應生成1 mol水，放出57.3 kJ•mol－1的熱量
答案 A
4．下列敘述中正確的是( )
A．在稀溶液中，1 mol酸和1 mol堿完全反應所放出的熱量，叫做中和熱
B．在101 kPa時，1 mol物質燃燒時所放出的熱量叫做該物質的燃燒熱
C．熱化學方程式中，各物質前的化學計量數不表示分子個數
D．如果反應物所具有的總能量小于生成物所具有的總能量，則發生的反應是放熱反應
答案 C
解析 A、B兩項要注意對中和熱、燃燒熱概念的理解，前者是以稀的強酸、強堿反應生成1 mol H2O為標準，后者是以1 mol純可燃物完全燃燒，生成穩定的氧化物為標準；D項中反應物總能量低于生成物總能量，反應過程中需吸收能量，即為吸熱反應。
5．下列說法或表示法不正確的是( )
A．等量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，前者放出熱量多
B．已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ•mol－1，則H2的燃燒熱為－285.8 kJ•mol－1
C．在稀溶液中：H＋＋OH－===H2O ΔH＝－57.3 kJ•mol－1，若將含1 mol CH3COOH的醋酸溶液與含1 mol Ba(OH)2的溶液混合，放出的熱量小于57.3 kJ
D．在101 kPa、25 ℃時，2 g H2完全燃燒生成液態水，放出285.8 kJ熱量，氫氣燃燒的熱化學方程式表示為2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝＋285.8 kJ•mol－1
答案 D
6．甲醇屬于可再生能，可代替汽油作為汽車的燃料。已知常溫下32 g甲醇完全燃燒放出736.3 kJ的熱量，下列能正確表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式的是( )
A．CH3OH(l)＋32O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝736.3 kJ•mol－1
B．CH3OH(l)＋32O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－736.3 kJ•mol－1
C．CH3OH(l)＋32O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－675.3 kJ•mol－1
D．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 472.6 kJ•mol－1
答案 B
解析 燃燒為放熱反應，ΔH<0，A選項不正確；燃燒熱表示1 mol純物質燃燒放出的熱量，D選項不正確；生成穩定氧化物，C選項H2O(g)不符合題意。
練方法技巧
7．燃燒熱是指1 mol可燃物充分燃燒生成穩定氧化物時放出的熱量。已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃燒熱分別是－285.8 kJ•mol－1、－1 411.0 kJ•mol－1和－1 366.8 kJ•mol－1，則由C2H4(g)和H2O(l)反應生成C2H5OH(l)的ΔH為( )
A．－44.2 kJ•mol－1 B．44.2 kJ•mol－1
C．－330 kJ•mol－1 D．330 kJ•mol－1
答案 A
解析 解決本題要抓住兩點：燃燒熱的意義和蓋斯定律。合理運用熱化學方程式的加減進行計算，注意改變反應方向時相應的反應熱的符號也要改變。
依據題意：①H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ•mol－1，
②C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－1 411.0 kJ•mol－1，
③C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 366.8 kJ•mol－1，
則后兩個方程式相減，便得到
C2H4(g)＋H2O(l)===C2H5OH(l) ΔH＝－44.2 kJ•mol－1。
8．一些烷烴的燃燒熱如下表：
化合物ΔH/(kJ•mol－1)化合物ΔH/(kJ•mol－1)
甲烷－891.0正丁烷－2 878.0
乙烷－1 560.8異丁烷－2 869.6
丙烷－2 221.52甲基丁烷－3 531.3
下列說法正確的是( )
A．正戊烷的燃燒熱大約是－3 540 kJ•mol－1
B．熱穩定性：正丁烷>異丁烷
C．乙烷燃燒的熱化學方程式為
2C2H6(g)＋7O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 560.8 kJ•mol－1
D．相同質量的烷烴，碳的質量分數越大，燃燒放出的熱量越多
答案 A
解析 由正丁烷和異丁烷的燃燒熱數據可推出正戊烷比2甲基丁烷的燃燒熱略大些，A正確；正丁烷和異丁烷燃燒生成等量的相同的物質，即生成新化學鍵時所放出的熱量相等，1 mol正丁烷完全燃燒放出的熱量比1 mol異丁烷完全燃燒放出的熱量多，即1 mol正丁烷與O2反應時斷鍵所吸收的能量比1 mol異丁烷與O2反應時斷鍵所吸收的能量少，從而說明正丁烷的熱穩定性小于異丁烷；C項中的ΔH＝－3 121.6 kJ•mol－1 且H2O應為液態；D項1 g CH4燃燒放出55.69 kJ的熱量，1 g C2H6燃燒放出52.03 kJ的熱量，D項錯誤。
9．在25°C、101 kPa下，1 g甲醇燃燒生成CO2和液態水時放熱22.68 kJ，下列熱化學方程式正確的是( )
A．CH3OH(l)＋32O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝725.8 kJ•mol－1
B．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 452 kJ•mol－1
C．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－725.8 kJ•mol－1
D．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝1 452 kJ•mol－1
答案 B
解析 本題考查熱化學方程式的書寫及有關的計算。因1 mol甲醇燃燒生成CO2和液態水，放出22.68 kJ•g－1×32 g＝725.8 kJ熱量，所以2 mol甲醇燃燒生成CO2和液態水的ΔH＝－1 452 kJ•mol－1。
練綜合拓展
10．(1)在101 kPa時，H2在1 mol O2中完全燃燒生成2 mol液態水，放出571.6 kJ的熱量，H2的燃燒熱為________，表示H2燃燒熱的熱化學方程式為___________________。
(2)1.00 L 1.00 mol•L－1硫酸與2.00 L 1.00 mol•L－1 NaOH溶液完全反應，放出114.6 kJ的
熱量，該反應的中和熱為____________，表示其中和熱的熱化學方程式為____________。
答案 (1)－285.8 kJ•mol－1 H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ•mol－1
(2)－57.3 kJ•mol－1 12H2SO4(aq)＋NaOH(aq)===
12Na2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ•mol－1
點撥 抓概念要點：燃燒熱含義，中和熱含義，1 mol，穩定氧化物等關鍵詞。
11．(1)在101 kPa時，4.0 g硫粉在氧氣中完全燃燒生成二氧化硫，放出27 kJ的熱量，硫的燃燒熱為________，硫燃燒的熱化學方程式為________________________________。
(2)在101 kPa時，氫氣在1.0 mol氧氣中完全燃燒，生成2.0 mol液態水，放出571.6 kJ的熱量，氫氣的燃燒熱為________，表示氫氣燃燒熱的熱化學方程式為
________________________________________________________________________。
答案 (1)－216 kJ•mol－1 S(s)＋O2(g)===SO2(g)； ΔH＝－216 kJ•mol－1
(2)－285.8 kJ•mol－1 H2(g)＋12O2(g)===H2O(l)； ΔH＝－285.8 kJ•mol－1
解析 (1)4.0 g硫粉的物質的量為18 mol，在O2中完全燃燒時放出27 kJ的熱量，1 mol硫在O2中完全燃燒時放出的熱量為27 kJ•mol－1×8 mol＝216 kJ，故硫的燃燒熱為216 kJ•mol－1，硫燃燒的熱化學方程式為S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－216 kJ•mol－1。(2)1 mol H2在O2中完全燃燒時，消耗O2的物質的量為12 mol，故H2的燃燒熱為571.62 kJ•mol－1＝285.8 kJ•mol－1，表示H2燃燒熱的熱化學方程式為H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ•mol－1。
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