高中化学：化学反应及其能量变化问题

一、化学反应中的反应热

当一个化学反应在一定温度下进行时，反应释放或吸收的热量称为此反应在该温度下的反应热。反应热的单位是kJ/mol，反应热的大小既与参加反应的物质的多少有关，也与参加反应的物质的状态和生成物的状态有关，而与反应的途径无关。

1. 化学反应中能量变化的原因及主要表现形式。

⑴化学反应通常都伴随着能量的变化：

化学反应中，由于反应物转变为生成物的过程中，经历了旧化学键断裂和新化学键形成的过程，破坏旧键需要吸收能量；而形成新键则要释放能量，因此，化学反应通常都伴随着能量的变化。

⑵化学反应发生能量变化的原因：

化学反应中有新物质生成，而生成物具有的总能量与反应物具有的总能量不同，这就是化学反应发生能量变化的原因。

⑶化学反应中能量变化的主要表现形式：化学能与热能之间的转化。

2. 反应热及热效应的分类：

⑴反应热的分类：根据反应类型和研究对象的不同，反应热可分为生成热、分解热、中和热、燃烧热、溶解热等。

①中和热：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1mol H2O时所放出的热量。

②燃烧热：是指在25℃、101kPa下，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。

⑵热效应的分类：分为吸热反应和放热反应。

吸热反应和放热反应的比较

例1、下列与化学反应的能量变化相关的叙述，正确的是

A. 生成物的总能量一定低于反应物的总能量

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，H2（g）＋Cl2（g）＝2HCl（g）在光照和点燃条件下的

不同

解析：生成物总能量低于反应物总能量的反应，是放热反应，若是吸热反应则情况相反，故A错；反应速率与反应是吸热还是放热没有必然的联系，故B错；C是盖斯定律的重要应用，正确；根据△H＝生成物的焓－反应物的焓可知，焓变与反应条件无关，故D错。

答案：C

例2、下列判断正确的是

A. 测定硫酸铜晶体中结晶水的含量时，灼烧至固体发黑，测定值小于理论值

B. 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

C. 0.1 mol·L－1的碳酸钠溶液的pH大于0.1 mol·L－1的醋酸钠溶液的pH

D. 1L 1 mol·L－1的碳酸钠溶液吸收SO2的量大于1L 1mol·L－1硫化钠溶液吸收SO2的量

解析：测定硫酸铜晶体中结晶水的含量时，灼烧至固体发黑，说明部分硫酸铜分解生成了氧化铜，释放出的SO2被计算成了结晶水，故测定值大于理论值，A错；氢原子转化为氢分子，形成化学键放出能量，说明2mol氢原子的能量大于1mol H2的能量，B错；碳酸的酸性弱于醋酸，故此相同浓度的碳酸钠溶液的pH大于醋酸钠溶液的pH，C对；1L 1mol·

的溶液中含有溶质1mol，前者发生：Na2CO3＋2SO2＋H2O＝2NaHSO3＋CO2↑；后者发生：2Na2S＋5SO2＋2H2O＝4NaHSO3＋3S↓；分析可知，很明显后者大于前者，D错。

答案：C

例3、据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：

2CO2（g）＋6H2（g）

CH3CH2OH（g）＋3H2O（g），则下列叙述错误的是

A. 使用Cu－Zn－Fe催化剂可大大提高生产效率

B. 由反应需在300℃下进行可推测该反应是吸热反应

C. 充入大量CO2气体可提高H2的转化率

D. 从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率

解析：催化剂能提高化学反应速率，加快反应进行，缩短反应时间，也就是提高了生产效率，但不能提高生产率，A对；反应需在300℃下进行是为了获得较快的反应速率，但不能说明该反应是吸热还是放热，B错；充入大量CO2气体，能使平衡正向移动，提高H2的转化率，C对；从平衡混合物中及时分离出产物，使平衡正向移动，可提高CO2和H2的转化率，D对。

答案：B

例4、下列说法正确的是

A. 废旧电池应集中回收，并填埋处理

B. 充电电池放电时，电能转变为化学能

C. 放在冰箱中的食品保质期较长，这与温度对反应速率的影响有关

D. 所有燃烧反应都是放热反应，所以不需吸收能量就可进行

解析：A项废旧电池应集中回收但不能填埋处理，因为电池里的重金属会污染土壤，人吃了种在这些土壤里的蔬菜后会引发疾病；B项，充电电池放电时，化学能转变为电能；D项，有的燃烧反应需要吸收一定的热量方可进行，比如碳的燃烧。

答案：C

例5、在氢气与氯气反应生成氯化氢气体的反应中，若断裂1mol H－H键要吸收436kJ的能量，断裂1mol Cl－Cl键要吸收243kJ的能量，断裂1mol H—Cl键要吸收432kJ的能量，则在氯气中充分燃烧1mol H2 的能量变化是 。

解析：在氯气中充分燃烧1mol H2 时，要先破坏1mol的H—H键和1mol的Cl—Cl键，此过程是需要吸收679kJ能量的；在氯气中充分燃烧1mol H2 时会形成2mol H—Cl键，放出864kJ的能量，吸收和放出的能量相抵后，仍会放出185kJ的能量。

答案：放出185kJ能量

二、热化学方程式

1. 热化学方程式

（1）热化学方程式的含义：以反应C（s，石墨）＋O2（g）＝CO2（s） ΔH＝－393.5kJ·

为例，它表示1mol石墨固体与1mol O2气体完全化合生成1mol CO2气体时放出393.5kJ的热量。

（2）书写热化学方程式应注意的几点：

①表示焓变的数值ΔH写在方程式的右边，吸热反应在数值前加“＋”号，放热反应在数值前加“－”号，单位用kJ·mol－1表示。

②必须在各物质的化学式后注明各物质的聚集状态或晶型。

③反应系数只表示物质的量，不表示分子数，因此系数可以是分数，也不需为最简系数，但要注意焓变数值与相应的方程式相配。如：

2H2（g）＋ O2（g）＝ 2H2O（l） ΔH ＝ －571.6kJ·mol－1

H2（g）＋ 1/2O2（g）＝ H2O（l） ΔH ＝ －285.8kJ·mol－1

以上两个式子都对，但意义不尽相同。

④需注明测定的温度和压强，若不注明则是指在25℃、101 kPa条件下测定的。

2. 反应热（焓）的计算

⑴盖斯定律：化学反应的热效应只与反应物的最初状态和生成物的最终状态有关，而与这个反应中间的变化途径无关。即对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应的热效应是一样的。

例6、已知C（s，石墨）＋ O2（g）＝ CO2（g） ΔH1 ＝ －393.5kJ·mol－1

CO（g）＋ 1/2 O2（g）＝ CO2（g） ΔH2 ＝ －283.0kJ·mol－1

求 C（s，石墨）＋ 1/2 O2（g）＝ CO（g）的ΔH

由盖斯定律可得：ΔH ＋ΔH2 ＝ ΔH1

所以ΔH ＝ΔH1 －ΔH2 ＝ －393.5kJ·mol－1 ＋ 283.0kJ·mol－1 ＝ －110.5 kJ·mol－1

⑵根据热化学方程式计算：

例：已知H2（g）＋Cl2（g）＝2HCl（g），△H＝－184.6 kJ / mol，求反应HCl（g） ＝

H2（g）＋

Cl2（g）的△H？

解析：由热化学方程式可知生成2mol HCl气体放出184.6 kJ 热量，因此1mol HCl气体分解需吸收热量184.6 kJ /2 ＝ 92.3 kJ，所以△H ＝ ＋ 92.3 kJ / mol。

⑶由生成反应的焓变计算：

例7、298K时，Ca（s）＋ C（s，石墨）＋3/2 O2（g）＝ CaCO3（s）

△H1＝－1206.8kJ·mol－1 ①

Ca（s）＋1/2 O2（g）＝ CaO（s） △H2＝－635.1kJ·mol－1 ②

C（s，石墨）＋O2（g）＝ CO2（g） △H3＝－393.5 kJ·mol－1 ③

计算CaCO3（s）＝CaO（s）＋CO2（g） △H4＝ ？

解析：由化学方程式②＋③－①可得反应式CaCO3（s）＝CaO（s）＋CO2（g）

所以△H4＝△H2＋△H3－△H1＝－635.1kJ·mol－1－393.5kJ·mol－1－（－1206.8kJ·

）

＝＋178.2 kJ·mol－1 （注：焓变的加减等换算要与方程式的加减等换算一致）

⑷反应热的大小比较：

①同一反应，生成物状态不同时：A（气）＋B（气）＝C（气）＋Q1，A（气）＋B（气）＝C（液）＋Q2，

因为C（气）→C（液）要放出热量，所以Q2＞Q1。

②同一反应，反应物状态不同时：S（气）＋O2（气）＝SO2（气）＋Q1，S（固）＋O2（气）＝SO2（气）＋Q2

因为S（固）→ S（气）需吸收热量，所以Q1＞Q2。

③两个有联系的不同反应相比C（固）＋ O2（气）＝ CO2（气）＋ Q1，

C（固）＋ 1/2 O2（气）＝ CO（气）＋Q2，因Q1是1mol C完全燃烧放出的热量，而Q2是1mol C不完全燃烧放出的热量，所以Q1＞Q2。

例8、在298 K、1.01×105 Pa条件下，将22 g CO2通入750 mL 1 mol·L－1 NaOH溶液中充分反应，测得反应放出x kJ的热量。已知在该条件下，1 mol CO2通入1 L 2 mol·L－1 NaOH溶液中充分反应放出y kJ的热量。则CO2与NaOH溶液反应生成NaHCO3的热化学方程式正确的是（ ）

A. CO2（g）＋NaOH（aq）＝＝＝NaHCO3（aq） ΔH＝－（2y－x）kJ·mol－1

B. CO2（g）＋NaOH（aq）＝＝＝NaHCO3（aq） ΔH＝－（2x－y）kJ·mol－1

C. CO2（g）＋NaOH（aq）＝＝＝NaHCO3（aq） ΔH＝－（4x－y）kJ·mol－1

D. 2CO2（g）＋2NaOH（l）＝＝＝2NaHCO3（l） ΔH＝－（8x－2y）kJ·mol－1

解析：0.5mol CO2与0.75mol NaOH反应生成0.25mol Na2CO3和0.25mol NaHCO3，反应所放出的热量为x kJ，则生成1 mol Na2CO3和1mol NaHCO3放出4x kJ的热量。1mol CO2通入含2 mol NaOH的溶液中生成1 mol Na2CO3，放出y kJ的热量，则1mol CO2与含1 mol NaOH的溶液反应生成1 mol NaHCO3，所放出的热量为（4x－y）kJ。D项中NaOH和NaHCO3的状态标错。

答案：C

例9、在298K、100kPa时，已知：

2

⊿

⊿

⊿

则⊿

与⊿

和⊿

间的关系正确的是

A. ⊿

＝⊿

＋2⊿

B ⊿

＝⊿

＋⊿

C. ⊿

＝⊿

－2⊿

D. ⊿

＝⊿

－ ⊿

解析：第三个方程式可由第二个方程式乘以2，再与第一个方程式相加而得，由盖斯定律可知

答案：A

例10、下列热化学方程式或离子方程式中，表述正确的是：

A. 甲烷的标准燃烧热为－890.3kJ·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＝－890.3kJ·mol－1

B. 500℃、30MPa下，将0.5mol N2和1.5mol H2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：

N2（g） ＋ 3H2

2NH3（g） △H＝－38.6kJ·

mol－1

C. 氯化镁溶液与氨水反应：

D. 氧化铝溶于NaOH溶液：

解析：本题考查热化学方程式与离子方程式的书写。A、标准燃烧热的定义是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量（标准指298K，1atm），气态水不属于稳定的化合物，B、根据热化学方程式的含义，与N2（g）＋3H2

2NH3（g）对应的热量是1mol氮气完全反应时的热量，但此反应为可逆反应，故投入0.5mol的氮气，最终参加反应的氮气一定小于0.5mol。所以△H的值大于38.6，B错。一水合氨是弱电解质，在离子方程式中要用化学式表示，C错误，正确的写法为：Mg2＋＋2NH3·H2O=Mg(OH)2↓＋

；AlO2－在溶液中是以Al(OH)4－的形式存在的，所以D正确。

答案：C

说明：化学用语的教学是化学学科技术的规范，既强调准确性，又强调正确理解与应用。特别要重视热化学方程式的系数与反应热的对应关系。重视离子方程式的拆与不拆的问题。热化学方程式的书写问题由聚集状态、系数、系数与反应热数值对应、反应热单位、可逆反应的反应热等内容构成。离子方程式的书写问题由强弱电解质、最简整数比、定组成定律、离子方程式正误判断、守恒、定量离子方程式等内容构成。

例11、2008年北京奥运会主题之一是绿色奥运，提倡合理利用燃料防止空气污染。下列关于燃料的说法正确的是 （ ）

A. “可燃冰”是将水变为油的新型燃料

B. 氢气是具有热值高、无污染等优点的燃料

C. 乙醇是比汽油更环保，但不可再生的燃料

D. 石油和煤是工厂经常使用的可再生矿物燃料

解析：“可燃冰”是甲烷的结晶水合物；氢气燃烧的热值高，且其生成的水无污染；乙醇比汽油环保，且可再生；矿物燃料——煤、石油、天然气都是不可再生的矿物燃料。

答案：B

例12、下表列出了3种燃煤烟气脱硫方法的原理。

（1）方法Ⅰ中氨水吸收燃煤烟气中

的化学反应为：

能提高燃煤烟气中

去除率的措施有 （填字母）。

A. 增大氨水浓度

B. 升高反应温度

C. 使燃煤烟气与氨水充分接触

D. 通入空气使

转化为

采用方法Ⅰ脱硫，并不需要预先除去燃煤烟气中大量的

，原因是 （用离子方程式表示）。

（2）方法Ⅱ中主要发生了下列反应：

与

反应生成

的热化学方程式为 。

（3）方法Ⅲ中用惰性电极电解

溶液的装置

如图所示。阳极区放出气体的成分为 。（填化学式）

解析：本题考查的知识比较散，涉及到环境保护，一道题中考查了几个知识点，覆盖面较广。其中盖斯定律、热化学方程式、离子方程式、电解方程式都是重点内容：（1）提高SO2的转化率，可以增大氨水的浓度，使其与氨水充分接触；不需要通入CO2的原因是因为

＋SO2＝CO2＋

产生了CO2；（2）主要考查盖斯定律的灵活运用。适当变形，注意反应热的计算。不要忽视书写热化学方程式时的注意事项。（3）阳极上产生的气体为O2和SO2

答案：（1）AC

（2）S（g）＋O2（g）＝ SO2（g）

H＝－574.0kJ·mol－1

（3）O2、SO2