第4讲  化学反应中的能量变化和热化学方程式

教学目标

1．能说明化学反应中能量转化的原因，知道化学变化中常见的能量转化形式。

2．了解化学能与热能的相互转化及其应用。了解吸热反应、放热反应、反应热(焓变)的概念。

3．能正确书写热化学方程式，能用盖斯定律进行简单化学反应的反应热的计算。

4．了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型化学电源的重要性。认识化学在解决能源危机中的重要作用。

典型例题

例1.(2010山东卷)下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是

A.生成物能量一定低于反应物总能量

B.放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率

C.应用盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应焓变

D.同温同压下，在光照和点燃条件下的不同

例2.(2011浙江卷)下列说法不正确的是

A．已知冰的熔化热为6.0 kJ·mol-1，冰中氢键键能为20 kJ·mol-1，假设1 mol冰中有2 mol 氢键，且熔化热完全用于破坏冰的氢键，则最多只能破坏冰中15％的氢键

B．已知一定温度下，醋酸溶液的物质的量浓度为c，电离度为α，。若加入少量醋酸钠固体，则CH3COOHCH3COO－＋H＋向左移动，α减小，

Ka变小

C．实验测得环己烷(l)、环己烯(l)和苯(l)的标准燃烧热分别为－3916 kJ·mol-1、－3747 kJ·mol-1和－3265 kJ·mol-1，可以证明在苯分子中不存在的碳碳双键

D．已知：Fe2O3(s)＋3C(石墨) 2Fe(s)＋3CO(g)，△H＝＋4.0 kJ·mol-1。

CO(g)＋O2(g) CO2(g)；△H＝－283.0 kJ·mol-1。

C(石墨)＋O2(g) CO2(g)；△H＝－393.5 kJ·mol-1。

则  4Fe(s)＋3O2(g) 2Fe2O3(s)；△H＝－11.0 kJ·mol-1

例3.(2011重庆卷)SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中存在S-F键。已知1molS(s)转化为气态硫原子吸收能量280kJ,断裂1molF-F .S-F键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ.则S(s)＋3F2(g) === SF6(g)的反应热ΔH为

A. -1780kJ·mol－1            B. -1220kJ·mol－1

C.-450 kJ·mol－1             D. +430kJ·mol－1

例4.25℃、101kPa 下：

    ① 2Na(s)＋12O2(g) === Na2O(s)       △H1= －414 kJ·mol－1

    ② 2Na(s)＋O2(g) === Na2O2(s)        △H2= －511 kJ·mol－1

下列说法正确的是

A. ①和②产物的阴阳离子个数比不相等

B. ①和②生成等物质的量的产物，转移电子数不同

C. 常温下Na与足量O2反应生成Na2O，随温度升高生成Na2O的速率逐渐加快

D. 25℃、101kPa 下：Na2O2(s)+2 Na(s)= 2Na2O(s)  ΔH= -317 kJ/mol

例5.下列热化学方程式或离子方程式中，正确的是

A.甲烷的标准燃烧热为-0.3kJ·mol-1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)     △H=-0.3kJ·mol-1

B. 500℃、30MPa下，将0.5mol N2和1.5molH2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3kJ，其热化学方程式为：

    △H=-38.6kJ·mol-1

C. 氯化镁溶液与氨水反应：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓

D. 氧化铝溶于NaOH溶液：Al2O3+2OH-+3H2O=2Al(OH)4-

例6.已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)                  ΔH=-566 kJ/mol

Na2O2(s)+CO2(g)=Na2CO3(s)+            ΔH=-226 kJ/mol

根据以上热化学方程式判断，下列说法正确的是

A.CO的燃烧热为283 kJ

B.右图可表示由CO生成CO2的反应过程和能量关系

C.2Na2O2(s)+2CO2(s)=2Na2CO3(s)+O2(g)   ΔH＞-452 kJ/mol

D.CO(g)与Na2O2(s)反应放出509 kJ热量时，电子转移数为6.02×1023

规律小结

1．反应热与测定条件(温度、压强等)有关，不特别指明，即指25℃、1.01×105Pa。

2．反应热的大小与物质的聚集状态有关。

3．反应热的大小与物质的计量数有关。

例如：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)；△H=－483.6kJ/mol。

      H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)；△H=－241.8kJ/mol。

4．应用盖斯定律，把已给的热化学方程式乘以一定的系数，再进行加减可得要求的热化学方程式。

课堂练习

1．以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。下列做法违背发展低碳经济的是

    A．发展氢能和太阳能

　  B．塑料制品的使用

　  C．提高原子利用率，发展绿色化学

　  D．尽量用纯液态有机物代替水作溶剂

2．一定条件下用甲烷可以消除氮氧化物(NOx)的污染。

已知： ①CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)； ΔH＝－574 kJ/mol

②CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)； ΔH＝－1 160 kJ/mol

下列正确的选项是(　　) 

A．CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l)；　ΔH＝－867 kJ/mol

B．CH4催化还原NOx为N2的过程中，若x＝1.6，则转移的电子总数为3.2 mol 

C．若0.2 mol CH4还原NO2至N2，在上述条件下放出的热量为173.4 kJ

D．若用标准状况下4.48L CH4还原NO2至N2，整个过程中转移的电子总数为3.2 mol 

3．某反应的ΔH=+100kJ·mol-1，下列有关该反应的叙述正确的是

A.正反应活化能小于100kJ·mol-1                 

B.逆反应活化能一定小于100kJ·mol-1

C.正反应活化能不小于100kJ·mol-1           

D.正反应活化能比逆反应活化能大100kJ·mol-1

4．下列热化学方程式书写正确的是（ΔH的绝对值均正确）

A．C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g);  ΔH=-1367.0kJ/mol （燃烧热）

B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l);   ΔH =+57.3kJ/mol   （中和热）

C．S(s)+O2(g)=SO2(g);  ΔH=-296.8kJ/mol  （反应热）

D．2NO2=O2+2NO; ΔH= +116.2kJ/mol    （反应热）

5．已知⑴ H2(g)＋1/2 O2(g)====H2O(g) ；  △H1＝a kJ·mol-1

⑵ 2 H2(g)+ O2(g)===2 H2O(g) ；   △H2＝b kJ·mol-1

⑶ H2(g)＋1/2 O2(g)===H2O(l) ；   △H1＝c kJ·mol-1

⑷ 2 H2(g)+ O2(g)===2 H2O(l) ；    △H2＝d kJ·mol-1

下列关系式中正确的是（     ）

A．a＜b＜0       B．b＞d＞0        C．2a=b＜0        D．2c=d＞0

6．汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气体相互反应转化成无毒气体。

（1）汽油在不同空/燃比（空气与燃油气的体积比）时尾气的主要成分不同，空/燃比较小时的有毒气体主要是      （填化学式）。

（2）人们把拆开1 mol化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。

已知：N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol—1、497 kJ·mol—1。

查阅资料获知如下反应的热化学方程式：

N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)  ΔH＝＋180 kJ·mol—1

N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g)  ΔH＝＋68 kJ·mol—1

2C(s)＋O2(g)＝2CO(g)  ΔH＝－221 kJ·mol—1

C(s)＋O2(g)＝CO2(g)  ΔH＝－393.5 kJ·mol—1

①一定条件下，N2与O2反应生成NO或NO2均能够自发进行，其原因是      ；NO分子中化学键的键能为      kJ·mol—1。

②CO与NO2反应的热化学方程式为4CO(g)＋2NO2(g)＝4CO2(g)＋N2(g) ΔH＝      。对于该反应，温度不同（T2＞T1）、其他条件相同时，下列图像正确的是      （填代号）。

（1）CO（2）①△S＞0   631.5②－1200 kJ·mol—1    乙

课后练习(1)

1．已知H2(g)，C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是-285.8kJ/mol、-1411kJ/mol和-1366.8kJ/mol，则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的ΔH为

    A．−44.2kJ/mol      B．+44.2kJ/mol     C．−330kJ/mol     D．+330kJ/mol

2．根据碘与氢气反应的热化学方程式

(i)  I2(g)+ H2(g) 2HI(g)+ 9.48 kJ   (ii) I2(S)+ H2(g)2HI(g) - 26.48 kJ

下列判断正确的是

A．254g I2(g)中通入2gH2(g)，反应放热9.48 kJ

B．1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJ

    C．反应(i)的产物比反应(ii)的产物稳定

D．反应(ii)的反应物总能量比反应(i)的反应物总能量低

3．已知：CH3CH2CH2CH3(g)＋13/2O2(g) == 4CO2(g)＋5H2O(l)  ΔH＝－2878 kJ·mol-1

　　　　　(CH3)2CHCH3(g)＋13/2O2(g) == 4CO2(g)＋5H2O(l)     ΔH＝－2869kJ·mol-1

下列说法正确的是

A．正丁烷分子储存的能量大于异丁烷分子

B．正丁烷的稳定性大于异丁烷

C．异丁烷转化为正丁烷的过程是一个放热过程

D．异丁烷分子中的碳氢键比正丁烷的多

4．已知：①断裂1molH2分子中的化学键断裂时需要吸收436kJ的能量

②1mol Cl2分子中化学键断裂时需要吸收243kJ的能量

③由H原子和Cl原子形成1mol HCl分子时释放431kJ的能量

下列叙述正确的是

A．氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式是H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)

B．氢气和氯气反应生成2mol氯化氢气体，反应的ΔH=183kJ/mol

C．氢气和氯气反应生成2mol氯化氢气体，反应的ΔH=-183kJ/mol

D．氢气和氯气反应生成1mol氯化氢气体，反应的ΔH=-183kJ/mol

5．据报道，科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是B

6．下列说法或表示方法正确的是

A．等物质的量的硫蒸气和固体硫分别完全燃烧，后者放出热量多

B．由C(石墨)＝C(金刚石)；△H＝＋1.90 kJ/mol可知，金刚石比石墨稳定

C．在101kPa时，2g氢气完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式表示为：2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l)  △H＝－285.8kJ/mol

D．在稀溶液中，H+(aq)+ OH−(aq) = H2O(l)  △H＝－57.3kJ/mol,若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热大于57.3kJ

7．下列行为中不符合“促进低碳经济”宗旨的是 

A．发展水电，开发新能源，如核能、太阳能、风能等，减少对矿物能源的依赖 

B．尽量使用含    的产品，减少使用含    或     的产品

C．推广煤的干馏、气化、液化技术，提供清洁、高效燃料和基础化工原料

D．推广利用微生物发酵技术，将植物桔杆、动物粪便等制成沼气以替代液化石油气

8．如图所示，把盛有几小块镁片的试管放入盛有25℃的饱和石灰水的烧杯中，再用滴管滴2mL稀硫酸于试管中，下列对烧杯中的实验现象描述及原因说明中正确的是

A．烧杯中出现白色浑浊，原因是试管中的反应放出热量使烧杯中饱和石灰水温度升高，溶质析出

B．烧杯中出现白色浑浊，原因是试管中的反应吸收热量使烧杯中饱和石灰水温度降低，溶质析出

C．烧杯没有任何现象，原因是试管中的反应与烧杯中饱和石灰水没有关系

D．烧杯没有任何现象，原因是试管中的反应既不放出热量，也不吸收热量

9．有科学家提出“绿色自由”的构想：将CO2变为燃料或有机化学品。其构想分成3个步骤：

①利用浓碳酸钾溶液吸收空气中的CO2；

②将第①步吸收液电解产生H2和O2，同时分离出CO2；

③将第②步产生的H2和CO2在一定条件下转化成CH4和水蒸气。

已知：H2(g)+ 1/2O2(g)=H2O(l)  △H1= -285.8 kJ/mol

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H2= -8.6 kJ/mol

H2O(l)=H2O(g)  △H3= +44.0 kJ/mol 

⑴第③步反应的热化学方程式为______________________ 。并找出CO2的等电子体___________(一到二种)

⑵若在第②步电解吸收液时产生11.2LO2（标准状况下），则第③步中最多可制得______ L甲烷（标准状况下）

⑶为探究在密闭容器中进行第③步反应的最佳投料比，某研究小组向恒温（T1、T2均大于100℃）恒容容器中充入一定量的H2，在其他条件不变的情况下，改变起始CO2的物质的量测定达到平衡时CH4的体积分数，实验结果如图所示。则a、c两点处所的平衡状态中，氢气的转化率的大小关系是α(a)_______α(c)（填“>”“<”或“=”），a、b、c、d四点所处的平衡状态中，对应的平衡常数Ka、Kb、Kc、Kd的大小关系是__________________。

4）H2和CO2在一定条件下也能转化成甲酸。甲酸，空气，质子交换膜和惰性电极组成的燃料电池工作时，负极反应物为_______发生的电极反应可表示为_____________。正极反应物为_________发生的电极反应可表示为______________。

（1）CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)    △H=-165.6kJ/mol；CS2、N2O

（2）5.6 

（3）<；Ka=Kc>Kb=Kd 

（4）HCOOH；2HCOOH-4e-=2CO2↑+4H+ ；O2、H+；O2+ 4e-+ 4H+  = 2H2O  

10．二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。

请回答下列问题：

⑴煤的气化的主要化学反应方程式为：_____________________________________。

⑵煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收，生成两种酸式盐，该反应的化学方程式为：_________________________________________________________。

⑶利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：

① 2H2（g）+ CO（g）CH3OH（g）    ΔH＝－90.8 kJ·mol－1

② 2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O(g) ΔH＝－23.5 kJ·mol－1

③ CO（g）+H2O（g）CO2（g）+ H2(g)    ΔH＝－41.3 kJ·mol－1

总反应：3H2（g）+ 3CO（g）CH3OCH3（g）+CO2 (g)的ΔH＝___________；

一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是__________（填字母代号）。

a．高温高压          b．加入催化剂        c．减少CO2的浓度

d．增加CO的浓度    e．分离出二甲醚

⑷已知反应②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

②若加入CH3OH后，经10 min反应达到平衡，此时c(CH3OH) ＝_________；该时间内反应速率v(CH3OH) ＝__________。

(1)C＋H2O(g) CO＋H2　(2)H2S＋Na2CO3===NaHS＋NaHCO3　

(3)－246.4 kJ·mol－1　ce

(4)①>　②0.04 mol·L－1　0.16 mol·L－1·min－1

课后练习(2)

1．在298K、100kPa时，已知：2      ⊿

                                    ⊿

                               ⊿

则⊿与⊿和⊿间的关系正确的是

A．⊿=⊿+2⊿                   B．⊿=⊿+⊿

C．⊿=⊿-2⊿                    D．⊿=⊿- ⊿

2．火箭推进器常以联氨(N2H4)为燃料、过氧化氢为助燃剂．已知下列各物质反应的热化学方程式：

N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)    △H1=-533.23kJ•mol-1；

H2O(g)=H2O(l)     △H2=-44kJ•mol-1；

2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)    △H3=-196.4kJ•mol-1

则联氨与过氧化氢反应的热化学方程式可表示为

A．N2H4(g)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(l)    △H=+817.63kJ•mol-1

B．N2H4(g)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(g)    △H=-1.63kJ•mol-1

C．N2H4(g)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(l)    △H=-1.63kJ•mol-1

D．N2H4(g)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(g)    △H=-817.63kJ•mol-1

3．已知A、B两种气体在一定条件下可发生反应：2A+B=C+3D+4E．现将相对分子质量为M的A气体mg与适量的B充入一个密闭容器内，恰好完全反应，有少量液滴生成，在相同的温度下测得反应前后压强分别为6.06×106和1.01×107Pa，又测得反应共放热Q kJ，下列说法正确的是

A．D为气体

B．C为液体

C．E为气体

D．该反应的热化学方程式2A(g)+B(g)=C(g)+3D(l)+4E(g)；△H=-2MQ/mkJ/mol

4．2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。已知1mol SO2(g)氧化为1mol SO3的ΔH=-99kJ·mol-1。请回答下列问题

⑴图中A、C分别表示___________、___________，E的大小对该反应的反应热有无影响？______。该反应通常用V2O5作催化剂，加V2O5会使图中B点升高还是降低？___________，理由是______________________；

⑵图中△H=___________kJ·mol-1；

⑶V2O5的催化循环机理可能为：V2O5氧化SO2时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再被氧气氧化。写出该催化循环机理的化学方程式______________________；

⑷如果反应速率v(SO2)=0.05 mol·L-1·min-1，则v(O2)=___________mol·L-1·min-1、v(SO3)=___________mol·L-1·min-1；

⑸已知单质硫的燃烧热为296 kJ·mol-1，计算由S(s)生成3molSO3(g)的△H(要求计算过程)

（1）反应物能量；生成物能量；无；降低；因为催化剂改变了反应的历程使活化能E降低 

（2）-198

（3）SO2+V2O5==SO3+2VO2、4VO2+O2==2V2O5

（4）0.025；0.05

（5）S(s)+O2(g) =2SO2(g)△H1=-296 KJ·mol-1，SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g) △H2=-99 kJ·mol-1，3S(s)+9/2O2(g)=3SO3(g) △H=3(△H1+△H2)=-1185kJ·mol-1

5．水煤气(主要成分：CO、H2)是重要燃料和化工原料，可用水蒸气通过炽热的炭层制得。

已知：①C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)；ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1

②C(s)＋O2(g)===CO(g)；    ΔH＝－110.5 kJ·mol－1

③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)；  ΔH＝－283.0 kJ·mol－1

④H2(g)＋O2(g)===H2O(g)；   ΔH＝－241.8 kJ·mol－1

⑤H2(g)＋O2(g)===H2O(l)；   ΔH＝－285.8 kJ·mol－1

⑴将2.4 g炭转化为水煤气，再完全燃烧，整个过程的ΔH＝________ kJ·mol－1。

⑵最近有科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入饱和碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇。“绿色自由”构想技术流程如下：

在合在塔中，若有4.4 kg CO2与足量H2恰好完全反应，可放出4 947 kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式________________________________。

⑶小亮同学拟用沉淀法测定空气中CO2的体积分数，他查得CaCO3、BaCO3的溶度积(Ksp)分别为4.96×10－9、2.58×10－9。小亮应该选用的试剂是________，实验时测定的数据除空气的体积外，还需要测定___________________________________。

(1)－78.7(2)CO2(g)＋3H2(g)催化剂加热、加压CH3OH(g)＋H2O(g)；ΔH＝－49.47 kJ·mol－1

(3)Ba(OH)2(或NaOH溶液和BaCl2溶液)     实验时的温度、压强，沉淀的质量

6．烟气的脱硫（除SO2）技术和脱硝（除NOx）技术都是环境科学研究的热点。

⑴烟气脱硫、脱硝的环境意义是______________________________________。

⑵选择性催化还原法的脱硝原理为：6NOx＋4x NH3=(3＋2x)N2＋6xH2O

①上述反应中每转移3mol电子，生成标准状况下N2的体积为______________L。

②已知：2H2(g)＋O2(g) ＝2H2O (g)   ΔH＝－483.6 kJ•mol－1

N2(g)＋3H2(g)＝2NH3(g)     ΔH＝－92.4 kJ•mol－1

N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)       ΔH＝－180.5kJ•mol－1

则反应6NO(g)＋4NH3(g)＝5N2(g)＋6H2O(g)的ΔH ＝_______________________。

⑶下表列出了目前科学家正致力于研究的3种燃煤烟气的脱硫技术和脱硝技术的原理．

NO2(g)+SO2(g)+H2O(l)=H2SO4(l)+NO(g)      △H1

NO(g)+NO2(g)=N2O3(g)                    △H2

N2O3(g)+2H2SO4(l)=2NOHSO4(s)+H2O(l)      △H3

4NOHSO4(s)+O2(g)+2H2O(l)=4H2SO4(l)+4NO2(g)△H4

2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l)=2H2SO4(l)            △H5

则△H1、△H2、△H3、△H4、△H5之间的关系为△H5=                    。

Ⅱ．方法Ⅱ的脱硝机理如图1，脱硝率与温度、负载率（分子筛中催化剂的质量分数）的关系如图2所示．

①出该脱硝过程中乙烯和NO2反应的化学方程式：                              。

②达到最佳脱硝效果，应采取的条件是                           。

Ⅲ．方法Ⅲ中用电化学原理将SO2转化为重要的化工原料H2SO4的装置如图(3)所示．

①写出通入SO2的电极的电极反应式：                                       。

②为使该脱硫过程稳定持续进行，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入的O2和加入的H2O的质量比为    。

⑴防止酸雨、光化学烟雾的发生⑵①(16.8+11.2x)/x②−1807.5⑶Ⅰ．2△H1+2△H2+2△H3+△H4Ⅱ．①2C2H4+6NO2=4CO2+3N2+4H2O②350℃（或340℃～360℃）、负载率3%Ⅲ．①SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+②4：29下载本文