鐘舜方●

福建省沙縣第一中學(xué) (365050)

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例析高考對(duì)熱化學(xué)知識(shí)的考查

鐘舜方●

福建省沙縣第一中學(xué) (365050)

化學(xué)反應(yīng)中有物質(zhì)變化的同時(shí)也伴隨著能量變化，對(duì)該問(wèn)題的研究屬于熱化學(xué)范疇.熱化學(xué)的考查主要集中在三個(gè)方面：一是反應(yīng)過(guò)程中能量變化圖像的考查；二是有關(guān)熱化學(xué)方程式書寫的考查；三是有關(guān)焓變計(jì)算的考查.

一、有關(guān)反應(yīng)過(guò)程中能量變化圖像的考查

這屬于對(duì)一幅圖的認(rèn)識(shí)，分析方法是：一看橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別是什么；二看曲線中分布的各個(gè)點(diǎn)即起點(diǎn)、終點(diǎn)和拐點(diǎn)是什么；三看曲線中的有關(guān)變化趨勢(shì)是怎樣的.

以右圖為例，通過(guò)觀察可得到以下幾個(gè)信息：一是通過(guò)觀察起點(diǎn)和終點(diǎn)可知生成物的總能量大于反應(yīng)物的總能量，說(shuō)明此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)即ΔH>0.二是E1代表正反應(yīng)活化能，也可看成是反應(yīng)物舊化學(xué)鍵斷裂所要吸收的能量、E2代表逆反應(yīng)活化能，也可看成是生成物新化學(xué)形成所釋放的能量.三是曲線中峰的高低代表是否有催化劑，若使用催化劑，會(huì)改變反應(yīng)途徑，降低了反應(yīng)活化能，但ΔH不變.

例1 某反應(yīng)工程能量變化如圖所示，下列說(shuō)法正確的是( ).

A. 反應(yīng)過(guò)程a有催化劑參與

B. 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)等于ΔH

C. 改變催化劑，可改變?cè)摲磻?yīng)的活化能

D. 有催化劑的條件下，反應(yīng)的活化能等于E1+E2

解析 A.由圖可知，反應(yīng)過(guò)程a需要的活化能比b要高，所以a沒(méi)有催化劑參與，A錯(cuò)誤；B、由圖可知，該反應(yīng)中，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，所以該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)的熱效應(yīng)等于反應(yīng)物與生成物能量之差，即ΔH，B正確；C、使用催化劑，改變了反應(yīng)進(jìn)行的途徑，降低了反應(yīng)的活化能，C正確.

二、有關(guān)熱化學(xué)方程式書寫的考查

書寫熱化學(xué)方程式要注意事項(xiàng):(1)要指明反應(yīng)時(shí)的溫度和壓強(qiáng)(25℃、101kPa時(shí),可以不注明).(2)要表明物質(zhì)的狀態(tài)，可以用g、l、s、aq分別代表氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶液.(3)化學(xué)計(jì)量數(shù)必須與ΔH相對(duì)應(yīng),計(jì)量數(shù)不同,其ΔH不同；當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí),其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等,符號(hào)相反；(4)ΔH要寫“-”或“+”，單位一般為kJ/mol.(5)不標(biāo)“↑”、“↓”，不注明反應(yīng)條件，有機(jī)熱化學(xué)方程式不用“=”,而用“→”.

例2 已知1 mol H2和O2反應(yīng)生成水蒸氣放出241.8 kJ熱量，該反應(yīng)的正反應(yīng)活化能為167.2kJ/mol，則其逆反應(yīng)的活化能為 ____ ，逆反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 ____.

三、有關(guān)焓變計(jì)算的考查

(一)利用“直接法”即蓋斯定律求焓變

蓋斯定律的核心思想是“一個(gè)反應(yīng)不管分幾步完成，其焓變都是一個(gè)定值”，運(yùn)用蓋斯定律解題的關(guān)鍵就是如何建立已知熱化學(xué)方程式與未知熱化學(xué)方程式的關(guān)系.

解析 根據(jù)蓋斯定律可建立已知與所求即未知之間的關(guān)系：通過(guò)已知熱化學(xué)方程

(二)利用化學(xué)鍵鍵能計(jì)算焓變

鍵能是斷開(kāi)1mol某種鍵所需要的最低能量，因此鍵能本身為正值.由于反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊化學(xué)鍵斷裂，新化學(xué)鍵形成，所以ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，因此解此類問(wèn)題的關(guān)鍵是要知道每種化學(xué)鍵的數(shù)目.

解析 設(shè)1mol HI(g)分子中化學(xué)鍵斷裂時(shí)需吸收的能量為x，則有：ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能=2mol·x-(436 kJ/mol+151 kJ /mol)=+11 kJ/mol，解得x=299 kJ·mol-1

中學(xué)階段常見(jiàn)物質(zhì)中所含共價(jià)鍵的數(shù)目歸納如下：(1)原子晶體：1mol金剛石中含2mol C-C鍵，1mol硅中含2mol Si-Si鍵，1mol SiO2晶體中含4mol Si-O鍵；

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

(三)利用燃燒熱計(jì)算焓變

燃燒熱是在101kPa時(shí)，1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時(shí)所放出的熱量.先利用燃燒熱把對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)方程式寫出來(lái)，然后用蓋斯定律建立已知熱化學(xué)方程式與未知熱化學(xué)方程式關(guān)系.

例5 科學(xué)家利用太陽(yáng)能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開(kāi)發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池.已知H2(g)、CO(g)和CH3OH的燃燒熱ΔH分別為-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1，則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為_(kāi)___；

解析 先寫出燃燒熱的熱化學(xué)方程式：

(四)利用中和熱計(jì)算焓變

中和熱是指在稀溶液中，強(qiáng)酸跟強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol液態(tài)H2O時(shí)的反應(yīng)熱.先根據(jù)Q=m·c·ΔT計(jì)算反應(yīng)放出的熱量，然后根據(jù)ΔH=Q/nkJ·mol-1計(jì)算出

反應(yīng)熱.

例6 分別取100mL 0.50mol/L鹽酸與100mL 0.55mol/L NaOH溶液進(jìn)行中和反應(yīng).通過(guò)測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中所放出的熱量可計(jì)算中和熱.假設(shè)鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是1g/cm3，中和后生成溶液的比熱容c=4.18J/(g·℃).實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)得反應(yīng)前鹽酸與NaOH溶液的平均溫度為21.5℃，反應(yīng)后混合溶液的溫度為24.9℃．則實(shí)驗(yàn)測(cè)得的中和熱ΔH=____ (保留1位小數(shù)).

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)利用多種能量綜合計(jì)算焓變

因此，通過(guò)以上幾種常見(jiàn)題型考查的例析，考生對(duì)熱化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)有更深刻地認(rèn)識(shí)，更熟悉其中的解題方法和策略，從而做到事半功倍.

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