2021年高考化学考点精讲精练07 化学反应中能量的变化(含解析).docx
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- 2021年高考化学考点精讲精练07 化学反应中能量的变化含解析 2021 年高 化学 考点 精练 07 化学反应 能量 变化 解析
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1、化学反应中能量的变化知识点一、化学反应与能量变化一、反应热与焓变1、化学反应中的能量变化(1)化学反应中的两大变化:物质变化和能量变化。(2)化学反应中的两大守恒:质量守恒和能量守恒。(3)化学反应中的能量转化形式:热能、光能、电能等。通常主要表现为热量的变化。2、焓变、反应热(1)定义:在恒压条件下进行的反应的热效应。(2)符号:H。(3)单位:kJmol1或kJ/mol。3、吸热反应和放热反应放热反应:a 可燃物的燃烧b 酸碱中和反应c 大多数化合反应d 金属跟酸的置换反应e 物质的缓慢氧化等吸热反应a 大多数分解反应b 盐的水解和弱电解质的电离c Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应d
2、 碳和水蒸气、C和CO2的反应等二、从能量和键能角度认识反应热1、能量守恒角度分析:(宏观角度)(1)根据能量守恒,反应的H=生成物的能量之和-反应物的能量之和。(2)当反应物的能量之和大于生成物的能量之和,判断化学反应放热,H0。2、化学键的角度:(微观角度)(1)化学反应中存在旧键断裂和新键形成的过程,且旧键断裂吸收热量,新键形成过程中放出热量,化学反应的能量变化取决于吸收和放出热量的多少,当吸收热量大于放出的热量时反应吸热;当放出的热量大于吸收的热量时,反应放热。且反应的H=反应物的键能之和=生成物的键能之和。(2)在分析化学反应的能量变化时,从以上的两个角度加以考虑为基本思路。需指明,
3、如准确分析反应热的本质,将两种分析思路结合进行。以图表示为:微观角度宏观角度概述上图中各段表示的意义概述上图中各段表示的意义旧化学键断裂吸收的能量与新化学键生成放出的能量的差a表示断裂旧化学键吸收的能量b表示生成新化学键放出的能量c表示反应热反应物的能量与生成物的能量差a表示活化能b表示活化分子结合成生成物所释放的能量c表示反应热结合上表,不管从微观角度还是宏观角度分析反应焓变均为H=a-b。3、键能、反应热和稳定性的关系(1)键能定义在101kPa、298K条件下,1mol气态AB分子全部拆开成气态A原子和B原子时需吸收的能量,称AB间共价键的键能,单位为kJmol1。(2)键能与反应热化学
4、反应中最主要的变化是旧化学键的断裂和新化学键的形成。化学反应中能量的变化也主要决定于这两个方面吸热与放热,可以通过键能计算得到近似值。放热反应或吸热反应旧键断裂吸收的能量大于新键形成放出的能量,为吸热反应;旧键断裂吸收的能量小于新键形成所放出的能量,该反应为放热反应。反应热化学反应中吸收或放出的热量称反应热,符号H,单位kJmol1,吸热为正值,放热为负值。可以通过热化学方程式表示。反应热的大小与多个因素有关,其数据来源的基础是实验测定。由于反应热的最主要原因是旧化学键断裂吸收能量与新化学键形成放出能量,所以通过键能粗略计算出反应热。H(反应热)=反应物的键能总和生成物键能总和。为方便记忆,可
5、作如下理解:断裂旧化学键需吸热(用“”号表示),形成新化学键则放热(用“”号表示),化学反应的热效应等于反应物和生成物键能的代数和,即H=(反应物的键能总和)(生成物键能总和),若H0,为放热,若H0,为吸热。4、物质稳定性物质在反应中放出能量越多,则生成物能量越小,该物质越稳定,生成物中化学键越牢固,反之亦然。如:同素异形体稳定性的比较:根据H正负和大小判断,反应放热,说明生成物能量小,较稳定。例1下列图示正确的是()A断开非极性键和生成极性键的能量相同B反应比反应生成的OH键更牢固CO2(g)+H2(g)OH(g)+H(g)Q(Q0)DH2O(g)O2(g)+H2(g)+Q(Q0)【答案】
6、C【解析】A氢气燃烧是放热反应,断开非极性键的能量低于生成极性键的能量,故A错误;B水中2个OH键的键能相同,反应与反应生成的OH键牢固性相同,故B错误;C由图可知,molO2(g)与1molH2(g)的总能量低于1mol OH(g)与1molH(g)具有的总能量,故O2(g)+H2(g)OH(g)+H(g)反应为吸热反应,故C正确;D由图可知,1mol H2O(g)具有的能量低于molO2(g)与1molH2(g)的总能量,故H2O(g)O2(g)+H2(g)反应为吸热反应,故D错误。故选:C。练习1根据图中的能量关系,可求得CH的键能为()A414kJmol1B377kJmol1C235k
7、Jmol1D197kJmol1【答案】C【解析】由能量关系图,C(s)键能为717kJmol1,H2键能为(8642)kJmol1432kJmol1,C(s)+2H2(g)CH4(g)H75kJmol1,设CH的键能为x,则反应热H反应物总键能生成物总键能(717kJmol1+432kJmol12)4x75kJmol1,解得x414kJmol1,故选:A。练习2铍和氯气反应的能量变化如图所示。下列说法正确的是()AE2是正反应的活化能B该反应的H0C加入催化剂,H减小DHE2E1【答案】C【解析】AE1是正反应的活化能,E2是逆反应的活化能,故A错误;B反应物总能量大于生成物总能量,则该反应为
8、放热反应,则H0,故B正确;C催化剂能降低反应所需活化能,但是反应物和生成物总能量都不变,则焓变不变,故C错误;DHE1E2,故D错误;故选:B。练习3已知下列热化学方程式:C(s)+O2(g)CO2(g)H1393.5kJmol12 C(s)+O2(g)2CO(g)H2221kJmol1N2(g)+O2(g)2NO(g)H3+180.5kJmol1试通过计算判断反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的能量变化示意图正确的是()ABCD【答案】C【解析】由上述分析可知,2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)为放热反应,反应物总能量大于生成物总能量,且且催化剂可降
9、低反应的活化能,不影响焓变,只有图A符合,故选:A。练习4CO2和CH4催化重整可制备合成气,对减缓燃料危机具有重要的意义,其反应历程示意图如图:下列说法不正确的是()A合成气的主要成分为CO和H2B既有碳氧键的断裂,又有碳氧键的形成C吸收能量DNi在该反应中做催化剂【答案】C【解析】ACO2和CH4催化重整可制备合成气,则合成气的主要成分为CO和H2,故A正确;B由反应物、生成物可知,既有碳氧键的断裂,又有碳氧键的形成,故B正确;C中能量降低,放出热量,故C错误;DNi在该反应中做催化剂,改变反应的途径,不改变反应物、生成物,故D正确;故选:C。练习5如图是某条件时N2与H2反应过程中能量变
10、化的曲线图,下列叙述正确的是()A该反应的热化学方程式:N2+3H22NH3+92kJB生成1molNH3,反应放热92kJCb曲线代表使用了催化剂,其H2的转化率高于a曲线D加入催化剂增大反应速率,化学平衡常数不变【答案】C【解析】A由图状态及焓变可知热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+92kJ或N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H92kJ/mol,故A错误;B物质的量与热量成正比,生成1molNH3,反应放热46kJ,故B错误;C催化剂不改变反应的始终态,则b曲线代表使用了催化剂,其H2的转化率等于a曲线,故C错误;D催化剂加快反应速率,不影响平衡移动,且K与温度有关
11、,则化学平衡常数不变,故D正确;故选:D。知识点二、热化学反应方程式的书写与判断1、热化学反应方程式的概念表示参加反应的物质的物质的量和反应热的关系的化学方程式。2、意义表明了化学反应中的物质变化和能量变化。如:2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6kJmol1表示:2mol氢气和1mol氧气反应生成2mol液态水时放出571.6kJ的热量。3、书写(1)注明反应条件:反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是在25、101kPa下进行的,可不注明。(2)注明物质状态:常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。(3)注意符号单位:H应包括“”或“”、数字和单位(
12、kJmol1)。(4)注意守恒关系:原子守恒和得失电子守恒;能量守恒。(H与化学计量数相对应)(5)区别于普通方程式:一般不注“”“”以及“点燃”“加热”等。(6)注意热化学方程式的化学计量数。热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量,可以是整数,也可以是分数。且化学计量数必须与H相对应,如果化学计量数加倍,则H也要加倍。例11mol氢气在氧气中完全燃烧生成水蒸气放出241.8千焦热量,下列热化学方程式正确的是()A2H2(g)+O2(g)2H2O(g)+241.8kJBH2(g)+O2(g)H2O(g)+241.8 kJCH2(g)+O2(g)H2O(g)241.8
13、kJDH2(g)+O2(g)H2O(l)+241.8 kJ【答案】B【解析】A.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)+241.8kJ2,选项中热量值错误,故A错误;B1mol氢气和氧气完全燃烧生成水蒸气放出241.8千焦热量,H2(g)+O2(g)H2O(g)+241.8 kJ,故B正确;C氢气燃烧为放热反应,选项中表示的是吸热反应,故C错误;D热化学方程式中水为气体,选项中为液体,故D错误;故选:B。练习1热化学方程式2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)+196kJ说法正确的是()A生成0.5LO2时放热98kJBH2O为气态时,放热大于196kJC反应物总能量小于生成物总能量D加入
14、催化剂MnO2,反应热不变【答案】D【解析】A未注明状态,无法求算氧气的量,故无法计算放出的热量,故A错误;B液态水变成气态水要吸热,故H2O为气态时,放热小于196kJ,故B错误;C此反应为放热反应,故反应物总能量大于生成物总能量,故C错误;D催化剂只能改变化学反应速率,不影响焓变,故加入催化剂,反应热不变,故D正确,故选:D。练习2下列热化学方程式正确的是()ACH4的燃烧热为890kJ/mol:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H890kJ/molB中和热H57.3kJ/mol:CH3COOH(aq)+NaOH(aq)H2O(l)+CH3COONa(aq)H57.3k
15、J/molC一定条件下,0.5molN2与1.5molH2充分反应后放出35.5kJ的热量:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H71kJ/molD96gO2的能量比96gO3的能量低bkJ:3O2(g)2O3(g)H+bkJ/mol【答案】D【解析】A表示燃烧热时,生成的水必须为液态,故A错误;B、强酸强碱的稀溶液反应只生成1mol液态水时放出的热量叫中和热,醋酸为弱酸,故B错误;C、可逆反应不能彻底,0.5mol N2与1.5mol H2充分反应后放出35.5kJ的热量,则1molN2与3mol H2充分反应后放出的热量比71kJ要大,故C错误;D、反应热与化学计量数成正比关系,反应无总
16、能量比生成物低则为吸热反应,3O2(g)2O3(g)H+bkJmol1,故D正确;故选:D。练习3根据下图所示的过程中的能量变化情况,判断下列说法正确的是()AN2(g)转化为氮原子是一个放热过程B1molN2和1molO2的总能量比2molNO的总能量高C1 个 NO(g)分子中的化学键断裂时需要吸收632 kJ能量D2NO(g)N2(g)+O2(g)的反应热H180kJmol1【答案】D【解析】AN2(g)转化为氮原子,吸收热量,故A错误;B由图中数据可知,为吸热反应,则1molN2和1molO2的总能量比2molNO的总能量低,故B错误;C.1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时需要
17、吸收632 kJ能量,故C错误;D由上述分析可知,2NO(g)N2(g)+O2(g)的反应热H180kJmol1,故D正确;故选:D。练习4下列叙述中,正确的是()(双选)A甲烷的标准燃烧热为890.3kJ/mol,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H890.3kJ/molB500、30MPa下,将0.5molN2和1.5molH2置于密闭容器中充分反应,放热19.3KJ,其热化学方程式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H38.6 kJ/molC相同条件下,2mol氢原子所具有的能量小于1mol氢分子所具有的能量D常温下,反应C(s)
18、+CO2(g)2CO(g)不能自发进行,则该反应的H0【答案】BD【解析】A甲烷的标准燃烧热为890.3kJ/mol,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H890.3 kJ/mol,故A错误;B500、30MPa下,将0.5molN2和1.5molH2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3kJ,则1molN2完全反应放热大于38.6kJ,其热化学反应方程式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H38.6 kJ/mol,故B正确;C断裂化学键需吸收能量,则2mol氢原子所具有的能量大于1mol氢分子所具有的能量,故C错误;DH
19、TS0,反应非自发进行,反应S0,满足HTS0,则H0,故D正确;故选:BD。练习5沼气是一种能源,它的主要成分是CH40.5molCH4完全燃烧生成CO2和液态水时放出445KJ的热量则下列热化学方程式中正确的是()(双选)A2CH4(g)+4O2(g)2CO2(g)+4H2O(l);H+890KJmol1BCH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l);H+890KJmol1CCH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l);H890KJmol1DCH4(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(l);H445KJmol1【答案】CD【解析】0.5mol CH4完全燃烧生成 CO
20、2和 液态水时,放出 445kJ热量,可知1mol CH4完全燃烧生成 CO2和 液态水时,放热为890kJ/mol,则热化学方程式为CH4(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(1)H445kJmol1,或CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(1)H890kJmol1,故选:CD。知识点三、燃烧热、中和热与能源1、燃烧热(1)概念在101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用kJmol1表示。燃烧热的限定词有恒压(101kPa时)、可燃物的物质的量(1mol)、完全燃烧、稳定的氧化物等,其中的“完全燃烧”,是指物质中
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