第3讲 物质的组成、分类及化学反应中的能量变化
真题试做
1．(2010课标全国理综，11)已知：HCN(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH=－12.1 kJ·mol－1；HCl(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH＝－55.6 kJ·mol－1。则HCN在水溶液中电离的ΔH等于( )。
A．－67.7 kJ·mol－1 B．－43.5 kJ·mol－1
C．＋43.5 kJ·mol－1 D．＋67.7 kJ·mol－1
2．(2012课标全国理综21题部分)工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热(ΔH)分别为－890.3 kJ·mol－1、－285.8 kJ·mol－1和－283.0 kJ·mol－1，则生成1 m3(标准状况)CO所需热量为__________。
3．(2011课标全国理综27题部分)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为－285.8 kJ· mol－1、－283.0 kJ· mol－1和－726.5 kJ· mol－1。请回答下列问题：
(1)用太阳能分解10 mol水消耗的能量是______ kJ；
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为____________________。
考向分析
近几年所考查的热点：①热化学方程式的书写；②盖斯定律的应用；③燃烧热的意义及有关计算。
热点例析
热点一、热化学方程式的书写及计算
【例1】依据事实，写出下列反应的热化学方程式。
(1)在25 ℃、101 kPa下，1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ。则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为__________________________________________________________。
(2)若适量的N2和O2完全反应，每生成23 g NO2需要吸收16.95 kJ热量的热化学方程式为：________________________________________________________________________。
(3)已知拆开1 mol HH键，1 mol NH键，1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为_________________________________
__________________________________________________。
(4)在25 ℃、101 kPa下，已知SiH4气体在氧气中完全燃烧后恢复至原状态，平均每转移1 mol电子放热190.0 kJ，该反应的热化学方程式是__________________________。
思路点拨 热化学方程式的书写一般是结合计算进行考查，所以应分两步：
(1)写：首先根据题意书写化学方程式，特别注意：①要注明物质的聚集状态；②虽然热化学方程式的计量数可以是分数，但我们书写时一般选比较常规的，如最简整数比或与题中所给信息相同的，这样才能与标准答案相符。
(2)算：根据题意计算反应热，注意：①计算时，一般先把所给已知量换算成物质的量，然后进行计算；②热化学方程式中ΔH值一定要与方程式中的化学计量数成比例；③要注明ΔH的单位和“＋”“－”符号。
即时训练1 (2012吉林延边检测27部分)根据下面能量变化示意图，请写出NO和CO2 反应的热化学方程式__________________。
热点二、盖斯定律
【例2】利用N2和H2可以实现NH3的工业合成，而氨又可以进一步制备硝酸，在工业上一般可进行连续生产。请回答下列问题：
(1)已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ·mol－1
若有17 g氨气经催化氧化完全反应生成一氧化氮气体和水蒸气，所放出的热量为____________。
方法归纳 (1)运用盖斯定律的技巧：参照目标热化学方程式，设计合理的反应途径，对原热化学方程式进行恰当“变形”(反写、乘除某一个数)，然后方程式之间进行“加减”，从而得出求算新热化学方程式反应热(ΔH)的关系式。
(2)具体方法：①热化学方程式乘以某一个数时，反应热也必须乘上该数；②热化学方程式“加减”时，同种物质之间可相“加减”，反应热也随之“加减”。
(3)将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋”“－”号也随之改变，但数值不变。
即时训练2 (2012北京海淀期末，7)将TiO2转化为TiCl4是工业冶炼金属钛的主要反应之一。已知：
TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)＋O2(g) ΔH＝＋140.5 kJ· mol－1
C(s，石墨)＋1/2O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5 kJ·mol－1
则反应TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s，石墨)===TiCl4(l)＋2CO(g) 的ΔH是( )。
A．＋80.5 kJ·mol－1 B．＋30.0 kJ·mol－1
C．－30.0 kJ·mol－1 D．－80.5 kJ·mol－1
热点三、燃烧热和中和热
【例3】(2012河南许昌四校联考，12)在25 ℃、101 kPa时，CH4(g)、H2(g)、C(s)的燃烧热分别是－890.3 kJ·mol－1、－285.8 kJ·mol－1和－393.5 kJ·mol－1，则CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH是( )。
A．－74.8 kJ·mol－1 B．＋74.8 kJ·mol－1
C．－211.0 kJ·mol－1 D．＋211.0 kJ·mol－1
归纳总结 正确理解燃烧热和中和热要注意以下两点：
①注意量：燃烧热是1 mol物质完全燃烧；中和热是生成1 mol液态水。
②注意反应条件：燃烧热是1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量；而中和热是稀的强酸、强碱反应生成1 mol水放出的热量。
即时训练3 下列有关热化学方程式的叙述正确的是( )。
A．已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，则氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol－1
B．已知C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定
C．含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7 kJ的热量，则稀醋酸和稀NaOH溶液反应的热化学方程式为NaOH(aq)＋CH3COOH(aq)===CH3COONa(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.4 kJ·mol－1
D．已知2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g) ΔH1；2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2，则ΔH1＞ΔH2
热点四、胶体的性质及应用
【例4】下列叙述不正确的是__________。
①使用微波手术刀进行外科手术，可使开刀处的血液迅速凝固而减少失血，与胶体的性质有关
②利用丁达尔效应可以区别溶液与胶体
③电泳现象可证明胶体带电
④用过滤的方法不能分离胶体与溶液
⑤工业生产的有色玻璃属于胶体
⑥在饱和氯化铁溶液中逐滴加入NaOH溶液，生成Fe(OH)3胶体
⑦清晨，在茂密的树林中，常常可以看到从树叶间透过的一道道光柱，与胶体的性质有关
⑧发电厂用高压电除去黑烟中炭粒，使黑烟变成白烟，减少污染，利用了胶体的性质
归纳总结 (1)胶体区别于其他分散系的本质特征是胶粒直径在1～100 nm之间。
(2)胶体可以是液体，也可以是固体、气体，如烟、云、雾、有色玻璃等。
(3)丁达尔效应是物理变化，不是化学变化。
(4)胶体是电中性的，所谓“胶体带电”，实质上是胶粒吸附电荷带电，而整个胶体不显电。同种胶粒带相同的电荷，所以胶体能比较稳定存在，如果加入带相反电荷胶粒的胶体或电解质溶液，胶体就会发生聚沉。
(5)电泳现象证明了胶粒是带电的，电泳现象是胶粒定向移动产生的，并没有发生聚沉。
(6)有些胶体遇足量强碱或强酸时，先聚沉形成沉淀，后沉淀溶解形成溶液，如Fe(OH)3胶体遇强酸溶液、Al(OH)3胶体遇强碱溶液。
误区警示
1．当比较反应热大小时，忽视反应热中的“－”号
2．混淆反应热ΔH单位的意义
反应热ΔH的单位为kJ· mol－1中“ mol－1”是指每摩尔这样的化学反应，而不是指反应中的某种物质。如H2 (g)＋O2(g)===H2O (l) ΔH＝－285.5 kJ·mol－1是指“每摩尔H2(g)＋O2(g)===H2O(l)的反应 ”，放出285.5 kJ的能量，而不是指H2(g)、O2(g) 、H2O(l)的物质的量。
3．混淆反应热与可逆反应的关系
反应热与化学平衡的移动无关，因为热化学方程式中的ΔH表示的是反应进行到底时的能量变化。如 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH ＝－92.4 kJ·mol－1 是指1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)时放出的热量为92.4 kJ。
4．与水反应生成碱的氧化物不一定属于碱性氧化物，与H2O反应生成酸的氧化物不一定是酸性氧化物。
5．同素异形体混合在一起为混合物而不是纯净物，虽然它们都是由同种元素组成，但它们的结构不同，故它们混合在一起为混合物。
跟踪练习 判断正误：(正确的打“√”号，错误的打“×”号)
1．由H2 (g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH1，H2 (g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH2，可知ΔH2＞ΔH1。
2．一定条件下，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH ＝－92.4 kJ·mol－1 ，在此条件下，将1 mol N2(g)和3 mol H2(g)充入密闭容器中充分反应后放出的热量为92.4 kJ。
3．蔗糖、葡萄糖溶液均属于胶体。
4．淀粉溶液、蛋白质溶液均属于胶体。
5．Na2O2与水反应生成碱，NO2与H2O反应生成酸，所以Na2O2属于碱性氧化物、NO2属于酸性氧化物。
6．只由一种元素组成的物质一定属于纯净物。
1．(2012湖北天门、仙桃、潜江期末，10)分类方法在化学学科的发展中起到重要的作用，下列分类标准合理的是( )。
A．根据纯净物的元素组成，将纯净物分为单质和化合物
B．根据溶液导电能力强弱，将电解质分为强电解质、弱电解质
C．根据是否具有丁达尔效应，将分散系分为溶液、浊液和胶体
D．根据反应中的能量变化，将化学反应分为“化合、分解、复分解、置换”四类
2．(2012江西九江一模，8)已知热化学方程式：
Zn(s)＋1/2O2(g)===ZnO(s) ΔH＝－351.1 kJ·mol－1；
2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s) ΔH＝－181.4 kJ·mol－1
由此可知Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l) ΔH＝______
A．－441.8 kJ·mol－1 B．－254.8 kJ·mol－1
C．－438.9 kJ·mol－1 D．－260.4 kJ·mol－1
3．下列图像分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系，据此判断下列说法中正确的是( )。
A．石墨转变为金刚石是吸热反应
B．白磷比红磷稳定
C．S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2
则ΔH1＞ΔH2
D．CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH1＞0
4．(2012辽宁部分重点中学期末联考，16)下列热化学方程式或说法正确的是( )。
A．甲烷的燃烧热为ΔH＝－890 kJ·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) ΔH＝－890 kJ· mol－1
B．500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－38.6 kJ·mol－1
C．已知：H2(g)＋F2(g)===2HF(g) ΔH＝ －270 kJ·mol－1，则1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量小于270 kJ
D．在C中相同条件下，2 mol HF气体的能量小于1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和
5．(2012湖南四市九校一次联考，21) 已知胆矾溶于水时溶液温度降低。胆矾分解的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l) ΔH＝＋Q1 kJ·mol－1
室温下，若将1 mol无水硫酸铜溶解为溶液时放热Q2 kJ，则Q1与Q2的关系为( )。
A．Q1＞Q2 B．Q1＝Q2 C．Q1＜Q2 D．无法比较
6．(1)(2012北京理综26题部分)用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A，可实现氯的循环利用。反应A：4HCl＋O22Cl2＋2H2O
已知：i.反应A中， 4mol HCl被氧化，放出115.6 kJ的热量。
ii.
①H2O的电子式是_________________________________________________________。
②反应A的热化学方程式是_________________________________________________。
③断开1 mol H—O 键与断开 1 mol H—Cl 键所需能量相差约为________kJ，H2O中H—O键比HCl中H—Cl键________(填“强”或“弱”)。
(2)氮的氧化物、甲烷均对空气造成污染。用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·mol－1
CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2
若1 mol CH4将NO2还原为N2，整个过程中放出的热量为867 kJ，则ΔH2＝________。
7．(1)(2012江苏化学，20部分)铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。
真空碳热还原—氯化法可实现由铝土矿制备金属铝，其相关反应的热化学方程式如下：
Al2O3(s)＋AlCl3(g)＋3C(s)===3AlCl(g)＋3CO(g) ΔH＝a kJ·mol－1
3AlCl(g)===2Al(l)＋AlCl3(g) ΔH＝b kJ·mol－1
①反应Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(l)＋3CO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。
②Al4C3是反应过程中的中间产物。Al4C3与盐酸反应(产物之一是含氢量最高的烃)的化学方程式为_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)(2012海南化学，13部分)肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。
已知：①N2(g)＋2O2(g)===N2O4(l) ΔH1＝－19.5 kJ·mol－1
②N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O ΔH2＝－534.2 kJ·mol－1
写出肼和N2O4反应的热化学方程式__________________________________________。
参考答案
命题调研·明晰考向
真题试做
1．C 解析：首先写出所给和所求的热化学方程式，依HCN(aq)＋OH－(aq)===H2O＋CN－(aq) ΔH＝－12.1 kJ·mol－1减去H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－55.6 kJ·mol－1得HCN(aq)H＋(aq)＋CN－(aq) ΔH＝－12.1 kJ·mol－1－( －55.6 kJ·mol－1)＝43.5 kJ·mol－1，即可写出HCN在水溶液中电离的热化学方程式。
2．答案：5.52×103 kJ
解析：首先依据燃烧热概念写出热化学方程式为：①CH4(g)＋ 2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1，②H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1，③CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3＝－283.0 kJ·mol－1；①式－②式×2－③式×2即得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)，所以ΔH＝ΔH1－2ΔH2－2ΔH3＝(－890.3＋285.8×2＋283.0×2) kJ·mol－1＝＋247.3 kJ·mol－1，生成1 m3 CO所需热量为×247.3 kJ·mol－1×≈5 520 kJ。
3．答案：Ⅰ.(1)2 858 (2)CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－443.5 kJ·mol－1
解析：Ⅰ.由燃烧热可知①H2(g)＋O2(g)===H2O (l) ΔH1＝－285.8 kJ·mol－1、②CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1、③CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3＝－726.5 kJ· mol－1；(1)由①可知分解10 mol水消耗能量285.8 kJ· mol－1×10 mol；(2)首先写出化学方程式CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)，③－②即得。
精要例析·聚焦热点
热点例析
【例1】 答案：(1)CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－725.76 kJ·mol－1
(2)N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋67.8 kJ·mol－1
(3)N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol－1
(4)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l) ΔH＝－1 520 kJ·mol－1
解析：(1)首先写出CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)，然后计算，n(CH3OH)＝，所以1 mol CH3OH燃烧放热725.76 kJ；(3)首先写出N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，发生上述反应断裂1 mol N≡N键、3 mol H—H键，形成6 mol N—H键，放出热量＝(391 kJ×6－436 kJ×3－946 kJ)＝92 kJ；(4)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l)，上述反应转移电子数为8，放出热量为190.0 kJ×8＝1 520 kJ。
【即时训练1】 答案：NO(g)＋CO2 (g)===NO2(g)＋CO(g) ΔH＝＋234 kJ·mol－1
解析：依据能量守恒可知此反应为吸热反应，生成物总能量与反应物总能量的差为(368－134)kJ·mol－1 。
【例2】 答案：226.25 kJ
解析：首先给方程式及ΔH编号，分别为①、②、③及ΔH1、ΔH2、ΔH3，并写出氨气催化氧化方程式4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)，依据化学方程式中有4NH3(g)、4NO(g)和6H2O(g)，所以应该用方程式①×2＋③×3－②×2，此反应的反应热ΔH＝ΔH1×2＋ΔH3×3－ΔH2×2,4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905 kJ·mol－1，n(NH3)＝＝1 mol，放出热量＝＝226.25 kJ。
【即时训练2】 D 解析：前式＋后式×2得所求反应的热化学方程式，其中ΔH＝＋140.5 kJ·mol－1＋(－110.5 kJ·mol－1)×2＝－80.5 kJ·mol－1。
【例3】 B 解析：依据燃烧热定义写出热化学方程式：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1、②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝－571.6 kJ·mol－1、③C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3＝－393.5 kJ·mol－1，①－②－③即得CH4(g)===C(s)＋2H2(g)，所以ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3。
【即时训练3】 A 解析：B项，由反应表现为吸热可知，金刚石具有的能量大于石墨所具有的能量，故金刚石不如石墨稳定；C项，因醋酸为弱酸，它的电离过程，首先表现为吸热，故等物质的量醋酸与盐酸相比，它们与碱反应所放出的热量，前者要少，故C项错误；D项，前者为碳的充分燃烧，后者为不充分燃烧，故前者放出热量大于后者，则ΔH1＜ΔH2，D错误。
【例4】 答案：③⑥
解析：①利用了胶体的聚沉；③所谓“胶体带电”实质上是胶粒带电，错误；④胶粒和溶质均能透过滤纸，正确；⑥制取的是Fe(OH)3沉淀，错误；⑧利用了胶粒带电，具有电泳现象。
误区警示
【跟踪练习】 答案：× × × √ × ×
解析：1.因为第二个反应放出的热量多，但ΔH是负值，应为ΔH1＞ΔH2，错误；2.此反应为可逆反应，不能进行到底，错；3.蔗糖、葡萄糖均溶于水，属于溶液，错；5.Na2O2与水反应不仅生成碱，还生成O2，NO2与H2O反应不仅生成酸，还生成NO，均属于氧化还原反应，错误；6.O2与O3混合形成的是混合物，错误。
创新模拟·预测演练
1．A 解析：强、弱电解质分类标准是电解质在水溶液中的电离程度，B错误；溶液、浊液和胶体的分类标准是分散质粒子的直径大小，C错误。
2．D 解析：利用盖斯定律，由前式－后式×即得所求反应式和ΔH值。
3．A 解析：从图1可知，金刚石所具有的能量高于石墨，故A正确；能量越高越不稳定，B错；C项，因S(s)→S(g)，要吸收能量，故ΔH1＜ΔH2；D项，由图4可以看出，反应物具有的总能量大于生成物所具有的总能量，故表现为放热，ΔH1＜0。
4．D 解析：A选项水应该为液态；B选项为可逆反应，0.5 mol N2和1.5 mol H2没有完全反应就放出19.3 kJ热量，所以ΔH应该小于－38.6 kJ·mol－1；C选项氟化氢由气态变为液态会放出热量，所以应大于270 kJ，依据能量守恒定律和C项反应为放热反应可知，只有D选项正确。
5．A 解析：设计过程，先把1 mol CuSO4(s)变为CuSO4·5H2O(s)放出Q1 kJ的热量，然后CuSO4·5H2O(s)溶于水再吸收热量(设吸热x kJ)，则整个过程共放热(Q1－x) kJ，则Q1－x＝Q2，所以Q1＞Q2。
6．答案：(1)①H∶∶H
②4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－115.6 kJ·mol－1
③32 强
(2)－1 160 kJ·mol－1
解析：(1)由题给条件可知，4 mol HCl被氧化，放出热量为115.6 kJ，可知ΔH＝－115.6 kJ·mol－1；由ΔH＝－(生成物键能之和－反应物键能之和)可得，E(H—O)－E(H—Cl)＝[115.6＋(498－2×243)/4 kJ·mol－1＝31.9 kJ·mol－1，键能越大，化学键越稳定、越强，所以水中的H—O键比氯化氢中H—Cl键强。(2)由信息可知所写方程式中无NO，两式相加得2CH4(g)＋4NO2(g)===2N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(g)，所以－867 kJ·mol－1×2＝ΔH1＋ΔH2。
7．答案：(1)①a＋b ②Al4C3＋12HCl===4AlCl3＋3CH4↑
(2)2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 048.9 kJ·mol－1
解析：(1)①上述两式相加即得Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(l)＋3CO(g)，所以ΔH＝(a＋b)kJ·mol－1；②反应物为Al4C3和HCl，生成物为AlCl3＋CH4，配平即可。(2)肼与N2O4反应生成N2和水蒸气：2N2H4＋N2O4===3N2＋4H2O，观察已知的两个热化学方程式可知，②×2－①得：2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝ΔH2×2－ΔH1＝－1 048.9 kJ·mol－1。
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