微型专题重点突破(一) 教案及习题(高中化学 选修4 步步高).docx
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1、微型专题重点突破微型专题重点突破(一一) 核心素养发展目标 1.变化观念与平衡思想:能从能量变化和能量守恒的角度认识热化学 反应的相关概念和定律,理解热化学方程式的含义,能根据不同的信息条件书写热化学方程 式。2.证据推理与模型认知:构建运用盖斯定律解决具体问题的思维方法模型,如书写相关 反应的热化学方程式、计算反应热或比较反应热的大小等。 一、图像在化学反应能量变化中的应用 例 1 已知: 1 mol 晶体硅中含有 2 mol SiSi 键,1 mol SiO2晶体中含有 4 mol SiO 键。 Si(s)O2(g)=SiO2(s) H,其反应过程与能量变化如图所示。 化学键 SiO O=
2、O SiSi 断开 1 mol 共价键所需能量/kJ 460 500 176 下列说法正确的是( ) A晶体硅光伏发电是将化学能转化为电能 B二氧化硅稳定性小于硅的稳定性 CH988 kJ mol 1 DHac 答案 C 解析 晶体硅光伏发电是将太阳能转化为电能,A 错误;根据化学键的键能判断,1 mol 二 氧化硅中的化学键断裂需要的能量为 4460 kJ1 840 kJ,1 mol 晶体硅中的化学键断裂需要 的能量为 2176 kJ352 kJ,故二氧化硅稳定性大于硅的稳定性,B 错误;H(1762 5004604) kJ mol 1988 kJ mol1,C 正确;根据图中信息可知,Hc
3、,D 错误。 将化学反应中的能量变化过程通过图像的方式呈现出来,是这类题目的最大特点。解答这类 题目的关键: (1)读懂图像,明确图像所提供的信息; (2)根据图像提供的信息综合运用相关知识,分析、判断、计算。 变式 1 当今社会,能源的发展已成为全世界共同关注的话题,乙烷、二甲醚的燃烧热较大, 可用作燃料。下图表示乙烷、二甲醚燃烧过程中的能量变化。 请回答下列问题: (1)a_。 (2)乙烷的燃烧热为_kJ mol 1。 (3)等物质的量的液态乙烷比气态乙烷完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量_(填 “多”或“少”)。 (4)根据题图写出二甲醚完全燃烧时的热化学方程式:_ _。 (5)从环保
4、角度分析,放出相同的热量时选择_(填“乙烷”或“二甲醚”)作为燃料 产生的二氧化碳较少。 答案 (1)1 3 (2)1 560 (3)少 (4)CH3OCH3(g)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H1 455 kJ mol 1或1 3CH3OCH3(g) O2(g)=2 3CO2(g)H2O(l) H485 kJ mol 1 (5)乙烷 解析 先根据原子守恒确定 a、b、c、d 的值,然后依据燃烧热的概念等分析解答。 (1)反应生成 1 mol H2O(l),根据原子守恒可确定 a1 3,b 7 6,c1,d 2 3。 (2)由图可得1 3C2H6(g) 7 6O2(g)= 2 3
5、CO2(g)H2O(l) H520 kJ mol 1,所以乙烷的燃烧热 为 520 kJ mol 131 560 kJ mol1。 (3)由于液态乙烷具有的能量小于气态乙烷具有的能量,故等物质的量时,液态乙烷完全燃烧 生成稳定的氧化物时放出的热量较少。 (5)由热化学方程式可知放出相同热量时,乙烷产生的二氧化碳较少。 相关链接 能量变化图像题的解题策略 (1)根据下图(能量变化关系图)判断吸、放热反应 AB:H0;属于吸热反应。 BC:H0;属于放热反应。 (2)注意活化能在图示中的意义 从反应物至最高点的能量差值表示正反应的活化能; 从最高点至生成物的能量差值表示逆反应的活化能; 催化剂只影
6、响正、逆反应的活化能,而不影响反应的 H。 (3)进行反应热的有关计算时,要注意图示中反应物和生成物的物质的量。 二、根据已知信息书写热化学方程式 例 2 燃烧 a g 液态乙醇生成二氧化碳气体和液态水,放出 Q kJ 热量,经测定 a g 液态乙醇 与足量钠反应生成标准状况下 5.6 L 氢气。则液态乙醇燃烧的热化学方程式表示正确的是 ( ) AC2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) HQ kJ mol 1 BC2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(g) H2Q kJ mol 1 CC2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H2Q k
7、J mol 1 DC2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) HQ kJ mol 1 答案 C 解析 根据 2C2H5OH2Na 2C2H5ONaH2及生成标准状况下 5.6 L H2可求出 a g 液态 乙醇的物质的量为 0.5 mol,根据 0.5 mol 液态乙醇燃烧放出 Q kJ 热量,可知 1 mol 液态乙醇 燃烧放出 2Q kJ 热量, 故可写出热化学方程式: C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l) H 2Q kJ mol 1。 根据已知信息书写热化学方程式的方法思路 (1)根据题目给出的信息,确定反应物和生成物,写出化学方程式,并标明各物
8、质的状态。 (2)根据题中一定量反应物(或生成物)反应(或生成)时对应的热量变化,求出 1 mol 反应物(或 生成物)反应(或生成)时对应的热量变化,标明该反应的 H。 (3)注意特殊要求。如表示中和热的热化学方程式中生成物 H2O(l)的化学计量数必须是 1。 变式 2 写出下列反应的热化学方程式。 (1)SiH4是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成 SiO2和液态 H2O。已知室温下 2 g SiH4自燃放出热量 89.2 kJ。SiH4自燃的热化学方程式为_ _。 (2)CuCl(s)与 O2反应生成 CuCl2(s)和一种黑色固体。在 25 、101 kPa 下,已知该反应
9、每消 耗 1 mol CuCl(s),放热 44.4 kJ,该反应的热化学方程式是_ _。 (3)已知断开 1 mol HH 键、 1 mol NH 键、 1 mol NN 键需要的能量分别是 436 kJ、 391 kJ、 946 kJ,则 N2与 H2反应生成 NH3的热化学方程式为_ _。 (4)已知化学反应 A2(g)B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示,请写出该反应的热化学方程 式:_ _。 (5)FeS2焙烧产生的 SO2可用于制硫酸。已知 25 、101 kPa 时: 2SO2(g)O2(g)2SO3(g) H1197 kJ mol 1; H2O(g)=H2O(l) H24
10、4 kJ mol 1; 2SO2(g)O2(g)2H2O(g)2H2SO4(l) H3545 kJ mol 1。 则 SO3(g)与 H2O(l)反应的热化学方程式为_ _。 答案 (1)SiH4(g)2O2(g)=SiO2(s)2H2O(l) H1 427.2 kJ mol 1 (2)4CuCl(s)O2(g)=2CuCl2(s)2CuO(s) H177.6 kJ mol 1 (3)N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92 kJ mol 1 (4)A2(g)B2(g)=2AB(g) H(ab) kJ mol 1 (5)SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l) H130 kJ mol 1
11、 解析 (1)2 g SiH4自燃放出热量 89.2 kJ,1 mol SiH4自燃放出热量为 1 427.2 kJ,故热化学方程 式为 SiH4(g)2O2(g)=SiO2(s)2H2O(l) H1 427.2 kJ mol 1。 (2)由题意知,生成的黑色固体是氧化铜,根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式。再 根据反应每消耗 1 mol CuCl(s)放热 44.4 kJ 可写出该反应的热化学方程式:4CuCl(s) O2(g)=2CuCl2(s)2CuO(s) H177.6 kJ mol 1。 (3)N2(g)3H2(g)2NH3(g) H(94643633916) kJ mol 1
12、92 kJ mol1。 (4)由图可知, 生成物总能量高于反应物总能量, 故该反应为吸热反应, 热化学方程式为 A2(g) B2(g)=2AB(g)H(ab) kJ mol 1。 (5)2SO2(g)O2(g)2SO3(g) H1197 kJ mol 1; H2O(g)=H2O(l) H244 kJ mol 1; 2SO2(g)O2(g)2H2O(g)2H2SO4(l) H3545 kJ mol 1。 根据盖斯定律,由(2)1 2得 SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l) H130 kJ mol 1。 相关链接 (1)“五步法”书写热化学方程式 一写方程式写出配平的化学方程式。 二标状态用
13、 s、l、g、aq 标明物质的聚集状态。 三标条件标明反应的温度和压强(101 kPa、25 时可不标注)。 四标 H在方程式后写出 H,并根据信息注明 H 的“”或“”。 五标数值根据化学计量数计算并写出 H 的值。 (2)“五审法”判断热化学方程式的正误 一审“”“”放热反应 H 一定为“”,吸热反应 H 一定为“”。 二审单位单位一定为“kJ mol 1”,易错写成“kJ”或漏写。 三审状态物质的状态必须正确,特别是溶液中的反应易写错。 四审数值反应热的数值必须与方程式中的化学计量数相对应,即 H 与化学计量数成正 比。当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热值相等,符号相反。 五审是
14、否符合概念如燃烧热(燃料的化学计量数为 1,生成稳定的氧化物)、中和热(H2O 的化学计量数为 1)的热化学方程式。 (3)热化学方程式的书写和判断不准确的常见原因: 忽略了同素异形体的名称的标注。 没有判断物质的聚集状态的标注是否正确。 忽略了可逆反应不能完全转化的判断。 H 的正、负及单位书写错误,放热反应的 H 为“”,吸热反应的 H 为“”,单位 为 kJ mol 1。 H 与热化学方程式中化学计量数不对应,相同的反应,化学计量数不同时,H 不同。 三、应用盖斯定律计算反应热(H) 例 3 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)=K
15、2S(s)N2(g)3CO2(g)Hx kJ mol 1 已知:碳的燃烧热 H1a kJ mol 1 S(s)2K(s)=K2S(s) H2b kJ mol 1 2K(s)N2(g)3O2(g)=2KNO3(s) H3c kJ mol 1 则 x 为( ) A3abc Bc3ab Cabc Dcab 答案 A 解析 本题已知的三个热化学方程式为: C(s)O2(g)=CO2(g) H1a kJ mol 1 S(s)2K(s)=K2S(s) H2b kJ mol 1 2K(s)N2(g)3O2(g)=2KNO3(s) H3c kJ mol 1 由盖斯定律可推出,3可得热化学方程式:S(s)2KN
16、O3(s)3C(s)=K2S(s) N2(g)3CO2(g) Hx kJ mol 1(3abc) kJ mol1。 应用盖斯定律计算 H 的一般步骤 解题步骤 解题思路 第一步:观察 对比已知的反应与需要求 H 的反应,找出需要消去的物质 第二步:思考 怎样消去这些物质, 是相加还是相减或需要乘以某一个数后再相加减, 此过程中要特别注意“剔除无关反应” 第三步:运算 将热化学方程式按第二步的思路进行运算,得出新的热化学方程式 第四步:计算 列出算式,代入数据计算 变式 3 由盖斯定律结合下述反应方程式,回答问题: (1)已知:C(s)O2(g)=CO2(g) H1; 2CO(g)O2(g)=2
17、CO2(g) H2; TiO2(g)2Cl2(g)=TiCl4(s)O2(g) H3。 则 TiO2(g)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(s)2CO(g)的 H_(列出关于 H1、 H2、H3的表达式)。 (2)已知:温度过高时,WO2(s)转变为 WO2(g)。 WO2(s)2H2(g)W(s)2H2O(g) H166.0 kJ mol 1 WO2(g)2H2(g)W(s)2H2O(g) H2137.9 kJ mol 1 则 WO2(s)WO2(g)的 H_。 答案 (1)2H1H2H3 (2)203.9 kJ mol 1 解析 (1)将热化学方程式2即得目标方程式,故 H2H1H2H
18、3。 (2)由可得 WO2(s)WO2(g) HH1H2(66.0 kJ mol 1)(137.9 kJ mol 1)203.9 kJ mol1。 相关链接 运用盖斯定律计算反应热 计算反应热最基本的方法是应用盖斯定律。其题目往往给出几个已知的热化学方程式,然后 要求计算与之有关的目标热化学方程式的反应热,此时可应用盖斯定律进行计算。应用盖斯 定律计算反应热的关键在于设计反应过程。计算时应注意以下几点: (1)参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般 23 个),进行合 理“变形”,如热化学方程式左右颠倒或乘、除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目 标热化学方程式,
19、求出目标热化学方程式的 H 与原热化学方程式 H 之间的换算关系。 (2)当热化学方程式乘、除以某一个数时,H 也应相应地乘、除以某一个数;热化学方程式 进行加、减运算时,H 也同样要进行加、减运算,且要带“”“”符号,即把 H 和方 程式看作一个整体进行运算。 (3)将一个热化学方程式颠倒书写时,H 的符号也随之改变,但绝对值不变。 (4)在设计反应过程时,会遇到同一物质三种状态(固、液、气)的相互转化,当物质的状态由 固液气变化时,会吸热,反之会放热。 其思维导图如下: 四、反应热(H)的大小比较方法 例 4 (2018 福州期中)下列各组热化学方程式的 H 前者大于后者的是( ) C(s
20、)O2(g)=CO2(g) H1 C(s)1 2O2(g)=CO(g) H2 S(s)O2(g)=SO2(g) H3 S(g)O2(g)=SO2(g) H4 H2(g)1 2O2(g)=H2O(l) H5 2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H6 CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g) H7 CaO(s)H2O(l)=Ca(OH)2(aq) H8 A B C D 答案 C 解析 中第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得 CO(g)1 2O2(g)=CO2(g) HH1H2,该反应为放热反应,即 H1H20,所以 H1H2;固态硫变为气 态硫时需要吸收热量, 故固态硫和气态硫与 O
21、2反应产生同样多的 SO2(g)时, 气态硫放出的热 量多,即 H3H4;同一燃烧反应,其他条件相同时,参与反应的反应物的物质的量越 大,放出的热量越多,故 H5H6;碳酸钙分解吸收热量,H70,CaO(s)与 H2O(l)反 应放出热量,H80,显然 H7H8。 (1)吸热反应的 H 肯定比放热反应的大,吸热反应的 H0,放热反应的 H0。 (2)同一放热反应(吸热反应),其他条件相同时,参与反应的反应物的物质的量越大,放出(吸 收)的热量越多,H 的值越小(大)。 (3)产物相同时,气态物质燃烧放出的热量比等量的同种固态物质燃烧放出的热量多;反应物 相同时,生成液态物质放出的热量比生成等量
22、的同种气态物质放出的热量多。 (4)生成等量的水时,强酸和强碱的稀溶液反应比弱酸和强碱(或弱碱和强酸,或弱酸和弱碱) 的稀溶液反应放出的热量多。 (5)对于可逆反应,因反应不能进行完全,实际反应过程中放出或吸收的热量应按热化学方程 式中物质的量与 H 的关系换算。 变式 4 已知有关甲烷燃烧的三个热化学方程式如下: CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g) Ha kJ mol 1 CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l) Hb kJ mol 1 1 2CH4(g)O2(g)= 1 2CO2(g)H2O(l) Hc kJ mol 1 下列判断正确的是( ) A甲烷的燃烧热
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