浙江 李大艷
例析近年高考中焓變的考查要點(diǎn)
浙江 李大艷
化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)一直是高考考查的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。其中有關(guān)焓變的考查更是能量命題的核心內(nèi)容。本文結(jié)合近3年的高考題在焓變的正負(fù)判斷和焓變的計(jì)算2個(gè)方面分類舉例分析。
角度一:根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行判斷
例1 (2014江蘇,10)已知:C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1
下列關(guān)于上述反應(yīng)焓變的判斷正確的是 ( )
A.ΔH1>0,ΔH3<0 B.ΔH2>0,ΔH4>0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
【解析】根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn),碳燃燒放熱,故ΔH1<0;二氧化碳和碳反應(yīng)吸熱,故ΔH2>0;CO燃燒反應(yīng)放熱,故ΔH3<0;鐵和氧氣反應(yīng)放熱,故ΔH4<0;CO還原氧化鐵反應(yīng)吸熱,故ΔH5>0,故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤。C、D選項(xiàng)考查蓋斯定律的應(yīng)用。本題答案為C。
【知識(shí)鞏固】根據(jù)反應(yīng)的特點(diǎn)歸納出常見(jiàn)的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)。
常見(jiàn)的放熱反應(yīng):①可燃物的燃燒;②酸堿中和反應(yīng);③大多數(shù)化合反應(yīng);④金屬跟酸的置換反應(yīng);⑤物質(zhì)的緩慢氧化;⑥鋁熱反應(yīng)等。
常見(jiàn)的吸熱反應(yīng):①大多數(shù)分解反應(yīng);②鹽類的水解和弱電解質(zhì)的電離;③Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應(yīng);④以碳、CO、H2等為還原劑的氧化還原反應(yīng)(如H2+CuOH2O+Cu)等。
角度二:根據(jù)反應(yīng)物和生成物具備的能量判斷
例2 (2016海南,11)由反應(yīng)物X轉(zhuǎn)化為Y和Z的能量變化如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 ( )
A.由X→Y反應(yīng)的ΔH=E5-E2
B.由X→Z反應(yīng)的ΔH<0
C.降低壓強(qiáng)有利于提高Y的產(chǎn)率
D.升高溫度有利于提高Z的產(chǎn)率
【解析】A選項(xiàng),由圖可知,反應(yīng)物的總能量為E2,生成物的總能量為E3,所以由X→Y反應(yīng)的ΔH=E3-E2,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;B選項(xiàng),由圖可知,反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,由X→Z反應(yīng)是放熱反應(yīng),ΔH<0,故B選項(xiàng)正確;C、D選項(xiàng)考查平衡的移動(dòng)。本題答案為B和C。
【知識(shí)鞏固】一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過(guò)程中是吸收能量還是放出能量,決定于反應(yīng)物總能量與生成物總能量的相對(duì)大小,若反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,該反應(yīng)放熱,ΔH<0;若反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量,該反應(yīng)吸熱,ΔH>0。
角度三:根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)判斷
例3 (2016海南,16節(jié)選)順-1,2-二甲基環(huán)丙烷和反-1,2-二甲基環(huán)丙烷可發(fā)生如下轉(zhuǎn)化:
已知:t1溫度下,該反應(yīng)的活化能Ea(正)小于Ea(逆),則ΔH________(填“小于”“等于”或“大于”)0。
【解析】該反應(yīng)的活化能Ea(正)小于Ea(逆),說(shuō)明舊鍵斷裂吸收的能量比新鍵形成放出的能量要少,說(shuō)明反應(yīng)是放熱反應(yīng),故ΔH小于0。本題答案為:小于。
【知識(shí)鞏固】①當(dāng)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),斷開(kāi)反應(yīng)物中的化學(xué)鍵(即舊鍵的斷裂)要吸收能量,而形成生成物中的化學(xué)鍵(新鍵的形成)要釋放能量,當(dāng)舊鍵斷裂吸收的能量高于新鍵形成放出的能量,反應(yīng)為吸熱反應(yīng),ΔH>0;當(dāng)舊鍵斷裂吸收的能量低于新鍵形成放出的能量,反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0。
②過(guò)渡態(tài)理論,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物要經(jīng)過(guò)能量較高的過(guò)渡狀態(tài),如圖所示,Ea為正反應(yīng)的活化能,E′a為逆反應(yīng)的活化能。Ea<E′a,反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0。若Ea>E′a,反應(yīng)為吸熱反應(yīng),ΔH>0。
角度四:根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)行判斷
①用離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉(zhuǎn)化反應(yīng):___________________________。
【知識(shí)鞏固】根據(jù)平衡移動(dòng)原理,其他條件不變的情況下,升高溫度,化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng);降低溫度,化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。故升高溫度,若平衡正移,則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),若平衡逆移,則逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng);降低溫度,若平衡正移,則正反應(yīng)是放熱反應(yīng),若平衡逆移,則
其中A、B為有機(jī)物,兩反應(yīng)均為自發(fā)反應(yīng),則H2(g)+O2(g)H2O2(l)的ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。
【解析】根據(jù)反應(yīng)要自發(fā)進(jìn)行,ΔG=ΔH-TΔS要小于0。H2(g)+A(l)B(l) ΔS<0,ΔG<0故ΔH1<0,O2(g)+B(l)A(l)+H2O2(l),ΔS<0,ΔG<0,故ΔH2<0,將①+②得:H2(g)+O2(gH2O2(l)的ΔH=ΔH1+ΔH1<0。本題答案為:<。
【知識(shí)鞏固】判斷化學(xué)反應(yīng)方向的綜合判據(jù)ΔG=ΔHTΔS,若ΔG=ΔH-TΔS<0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;若ΔG=ΔH-TΔS=0,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);若ΔG=ΔH-TΔS>0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。
①ΔH<0,ΔS>0的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行;
②ΔH>0,ΔS<0的反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行;
③ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大時(shí),溫度對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用。當(dāng)ΔH<0,ΔS<0時(shí)低溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;當(dāng)ΔH>0,ΔS>0時(shí),高溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。逆反應(yīng)是放熱反應(yīng)?;瘜W(xué)平衡常數(shù)的數(shù)值隨溫度改變而改變,但其改變趨勢(shì)與反應(yīng)本身是吸熱反應(yīng),還是放熱反應(yīng)有關(guān)。若升高溫度,某反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)變大,則該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),反之則是放熱反應(yīng);若降低溫度,某反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)變大,則該反應(yīng)是放熱反應(yīng),反之則是吸熱反應(yīng)。
角度五:根據(jù)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行判斷
例5 (2016天津,10節(jié)選)氫氣可用于制備H2O2。已知:
上述反應(yīng)熱效應(yīng)之間的關(guān)系式為ΔH4=________。
【解析】根據(jù)蓋斯定律,2×③-2×②-①即得2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g)的ΔH4,所以反應(yīng)熱效應(yīng)之間的關(guān)系式為ΔH4=2ΔH3-2ΔH2-ΔH1。本題答案為:2ΔH3-2ΔH2-ΔH1。
【知識(shí)鞏固】蓋斯定律:一個(gè)化學(xué)反應(yīng),無(wú)論是一步完成,還是分幾步完成,其總的熱效應(yīng)是完全相同的。
角度一:利用蓋斯定律計(jì)算
例6 (2016新課標(biāo)Ⅱ,26節(jié)選)聯(lián)氨(又稱聯(lián)肼,N2H4,無(wú)色液體)是一種應(yīng)用廣泛的化工原料,可用作火箭燃料。
蓋斯定律表明,一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的焓變只與反應(yīng)體系的起始狀態(tài)和最終狀態(tài)有關(guān),與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)。
蓋斯定律的常見(jiàn)用法
(1)方程式加減法
已知焓變的幾個(gè)熱化學(xué)方程式,通過(guò)一定倍數(shù)的相加或相減,得到未知焓變的熱化學(xué)方程式,則相應(yīng)的焓變做相同的加減處理即可求得該未知熱化學(xué)方程式的焓變。
(2)“虛擬路徑”法
若反應(yīng)物A變?yōu)樯晌顳,可以有兩個(gè)途徑:
①由A直接變成D,反應(yīng)熱為ΔH;
②由A變成B,B變成C,再由C變成D,每步的反應(yīng)熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3。
如圖所示:
則有ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
角度二:利用鍵能計(jì)算
例7 (2015浙江,28節(jié)選)乙苯催化脫氫制苯乙烯反應(yīng):
(1)已知:
化學(xué)鍵 C—H C—C C C H—H 412 348 612 436鍵能/kJ·mol-1
計(jì)算上述反應(yīng)的ΔH=________kJ·mol-1。
【解析】ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能
反應(yīng)物的總鍵能=苯環(huán)的鍵能總和+5個(gè)C—H鍵能+1個(gè)C—C鍵能
ΔH=412kJ·mol-1×5+348kJ·mol-1-412kJ·mol-1×3-612kJ·mol-1-436kJ·mol-1=124kJ·mol-1。本題答案為:124。
【知識(shí)鞏固】從鍵能的角度計(jì)算:ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能。
提醒:要分析清楚物質(zhì)中每種的化學(xué)鍵的數(shù)目。
角度三:利用物質(zhì)具備的能量計(jì)算
例8 (2014福建,23節(jié)選)一定條件下,在水溶液中1mol Cl-、(x=1,2,3,4)的能量(kJ)相對(duì)大小如下圖所示。
①D是___________________(填離子符號(hào))。
②B→A+C反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_______________ ______(用離子符號(hào)表示)。
【解析】①根據(jù)圖象可知,D中Cl元素化合價(jià)為+7價(jià),所以中x為4,則D為;②根據(jù)氯元素的化合價(jià)可知A為Cl-、B為ClO-、C為,則B→A+C的方程式為,水溶液中的反應(yīng),狀態(tài)為aq,反應(yīng)放出的熱量為63+2×0-3×60=117kJ,反應(yīng)的焓變=-117kJ/mol,所以該熱化學(xué)反應(yīng)方程式為3ClO-(aq)(aq)+2Cl-(aq) ΔH=-117kJ·mol-1。
【知識(shí)鞏固】從物質(zhì)具備的能量角度計(jì)算:ΔH=生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量。
角度四:利用反應(yīng)的熱量變化計(jì)算
例9 (2014安徽,26節(jié)選)CuCl(s)與O2反應(yīng)生成CuCl2(s)和一種黑色固體。在25℃、101kPa下,已知該反應(yīng)每消耗1mol CuCl(s),放出44.4kJ熱量,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是__________________________。
【解析】由CuCl(s)與O2反應(yīng)生成CuCl2(s)和一種黑色固體,根據(jù)原子個(gè)數(shù)守恒和質(zhì)量守恒,寫(xiě)出化學(xué)方程式4CuCl(s)+O2(g)2CuCl2(s)+2CuO(s),該反應(yīng)每消耗1mol CuCl(s),放熱44.4kJ,消耗4mol CuCl(s),則放熱44.4kJ×4=177.6kJ,故本題答案為:4CuCl(s)+O2(g)2CuCl2(s)+2CuO(s) ΔH=-177.6kJ/mol。
【知識(shí)鞏固】焓變的計(jì)算常常與熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)結(jié)合考查。
熱化學(xué)方程式是能表示反應(yīng)熱的化學(xué)方程式,不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化,也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。在書(shū)寫(xiě)時(shí)要注意:①應(yīng)注明反應(yīng)物、生成物的聚集狀態(tài),一般用g表示氣體、l表示液體、s表示固體,aq表示水溶液;②應(yīng)注明反應(yīng)時(shí)的溫度和壓強(qiáng)(25℃、101kPa時(shí),可以不注明);③熱化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量,不表示物質(zhì)分子個(gè)數(shù)或原子個(gè)數(shù),因此,它可以是整數(shù),也可以是分?jǐn)?shù);④ΔH只能寫(xiě)在化學(xué)方程式的右邊,若為放熱反應(yīng),則ΔH 為“-”;若為吸熱反應(yīng),則ΔH 為“+”,其單位一般為kJ/mol或kJ·mol-1,對(duì)于同一反應(yīng),計(jì)量數(shù)不同,其ΔH數(shù)值不同。
(作者單位:浙江省紹興市魯迅中學(xué))