例析高考对热化学知识的考查

2017-01-04钟舜方

数理化解题研究 2016年28期

关键词：盖斯燃烧热热化学

钟舜方●

福建省沙县第一中学 (365050)

例析高考对热化学知识的考查

钟舜方●

福建省沙县第一中学 (365050)

化学反应中有物质变化的同时也伴随着能量变化，对该问题的研究属于热化学范畴.热化学的考查主要集中在三个方面：一是反应过程中能量变化图像的考查；二是有关热化学方程式书写的考查；三是有关焓变计算的考查.

一、有关反应过程中能量变化图像的考查

这属于对一幅图的认识，分析方法是：一看横坐标和纵坐标分别是什么；二看曲线中分布的各个点即起点、终点和拐点是什么；三看曲线中的有关变化趋势是怎样的.

以右图为例，通过观察可得到以下几个信息：一是通过观察起点和终点可知生成物的总能量大于反应物的总能量，说明此反应是吸热反应即ΔH>0.二是E1代表正反应活化能，也可看成是反应物旧化学键断裂所要吸收的能量、E2代表逆反应活化能，也可看成是生成物新化学形成所释放的能量.三是曲线中峰的高低代表是否有催化剂，若使用催化剂，会改变反应途径，降低了反应活化能，但ΔH不变.

例1 某反应工程能量变化如图所示，下列说法正确的是( ).

A. 反应过程a有催化剂参与

B. 该反应为放热反应，热效应等于ΔH

C. 改变催化剂，可改变该反应的活化能

D. 有催化剂的条件下，反应的活化能等于E1+E2

解析 A.由图可知，反应过程a需要的活化能比b要高，所以a没有催化剂参与，A错误；B、由图可知，该反应中，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以该反应属于放热反应，反应的热效应等于反应物与生成物能量之差，即ΔH，B正确；C、使用催化剂，改变了反应进行的途径，降低了反应的活化能，C正确.

二、有关热化学方程式书写的考查

书写热化学方程式要注意事项:(1)要指明反应时的温度和压强(25℃、101kPa时,可以不注明).(2)要表明物质的状态，可以用g、l、s、aq分别代表气态、液态、固态、溶液.(3)化学计量数必须与ΔH相对应,计量数不同,其ΔH不同；当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反；(4)ΔH要写“-”或“+”，单位一般为kJ/mol.(5)不标“↑”、“↓”，不注明反应条件，有机热化学方程式不用“=”,而用“→”.

例2 已知1 mol H2和O2反应生成水蒸气放出241.8 kJ热量，该反应的正反应活化能为167.2kJ/mol，则其逆反应的活化能为 ____ ，逆反应的热化学方程式为 ____.

三、有关焓变计算的考查

(一)利用“直接法”即盖斯定律求焓变

盖斯定律的核心思想是“一个反应不管分几步完成，其焓变都是一个定值”，运用盖斯定律解题的关键就是如何建立已知热化学方程式与未知热化学方程式的关系.

解析根据盖斯定律可建立已知与所求即未知之间的关系：通过已知热化学方程

(二)利用化学键键能计算焓变

键能是断开1mol某种键所需要的最低能量，因此键能本身为正值.由于反应化学反应的本质是旧化学键断裂，新化学键形成，所以ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能，因此解此类问题的关键是要知道每种化学键的数目.

解析设1mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为x，则有：ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=2mol·x-(436 kJ/mol+151 kJ /mol)=+11 kJ/mol，解得x=299 kJ·mol-1

中学阶段常见物质中所含共价键的数目归纳如下：(1)原子晶体：1mol金刚石中含2mol C-C键，1mol硅中含2mol Si-Si键，1mol SiO2晶体中含4mol Si-O键；

(2)分子晶体：1mol P4中含有6mol P-P键，1mol NH3中，含有3mol N-H键，1mol C2H6中含有6mol C-H键和1mol C-C键.(3)混合型晶体：1mol石墨中含1.5mol C-C键.

(三)利用燃烧热计算焓变

燃烧热是在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量.先利用燃烧热把对应的热化学方程式写出来，然后用盖斯定律建立已知热化学方程式与未知热化学方程式关系.

例5 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的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1，则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____；

解析先写出燃烧热的热化学方程式：

(四)利用中和热计算焓变

中和热是指在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态H2O时的反应热.先根据Q=m·c·ΔT计算反应放出的热量，然后根据ΔH=Q/nkJ·mol-1计算出

反应热.

例6 分别取100mL 0.50mol/L盐酸与100mL 0.55mol/L NaOH溶液进行中和反应.通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热.假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1g/cm3，中和后生成溶液的比热容c=4.18J/(g·℃).实验时，测得反应前盐酸与NaOH溶液的平均温度为21.5℃，反应后混合溶液的温度为24.9℃．则实验测得的中和热ΔH=____ (保留1位小数).

解析n(H2O)=0.1L×0.5mol=0.05mol，m(aq)=200 mL×1g/ mL=200 g，ΔT=24.9℃-21.5℃=3.4℃，Q=m·c·ΔT=200 g×4.18J/(go℃)×3.4℃=2842.4J=2.842kJ，ΔH=Q/n=-2.842kJ/0.05mol=-56.8 kJ·mol-1.

(五)利用多种能量综合计算焓变