高中化学新人教版选择性必修一：第一章 化学反应的热效应 章末总结 同步学案

章末总结
体系构建
主题探究
汽车燃料的选择
主题复习目标及意义 汽车已经成为现代生活的重要交通工具之一,而汽车燃料的选择也是汽车性能需要考虑的问题之一,同时燃料的燃烧也会带来一系列的环境问题。

在本次章末复习中,通过探究车辆动力系统中燃料的选择问题,让学生体会化学在生产、生活中的应用,
体现化学的学科特点。

探究交流
1.发动机的能量是燃料提供的,燃烧是放热过程。

汽油、乙醇等可燃物燃烧放热,可以作为汽车燃料。

（1）下图为三种可燃物在空气中燃烧的能量变化图,试分析哪种作汽车燃料较好？为什么？
（2）乙醇是未来内燃机的环保型液体燃料之一。

2.0 g 乙醇完全燃烧生成液态水放出59.43 kJ 的热量,则乙醇燃烧的热化学方程式为 。

（3）乙基叔丁基醚(以ETBE 表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂。

用乙醇与异丁烯(以IB 表示)在催化剂HZSM −5 催化下合成ETBE ,反应的热化学方程式为C 2H 5OH(g)+IB(g)=ETBE(g)ΔH 。

反应物被催化剂HZSM −5 吸附的顺序与反应过程的关系如图所示,该反应的ΔH =akJ ⋅mol
−1。

C1表示先吸附乙醇,C2表示先吸附异丁烯,C3表示乙醇和异丁烯同时吸附。

答案：（1）选用可燃物A作汽车燃料较好,因为可燃物A达到着火点所需能量少且放出的热量多。

（2）C2H5OH(l)+3 O2(g)=2 CO2(g)+3 H2O(l)ΔH=−1366.89 kJ⋅mol−1
（3）−4
解析：（2）依据2.0 g乙醇完全燃烧生成液态水放出59.43 kJ的热量,则1 mol乙醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为59.43 kJ×23=1366.89 kJ。

（3）根据题图可知,反应物能量高于生成物能量,反应为放热反应,该反应的ΔH=(1−5)akJ⋅mol−1=−4akJ⋅mol−1。

2.汽车等交通工具无论选择何种燃料或者动力系统,都可能引起一系列的环境问题。

目前汽车所使用的燃料主要是汽油和柴油。

随着汽车保有量的逐年增加,汽车排放造成的环境污染问
题以及石油资源逐渐匮乏的问题已不容忽视,因此如何解决尾气污染问题已经成为重要课题。

（1）下表为某汽车在不同速率时所产生的空气污染物质量（按汽车平均行驶1公里计算)。

污染物速率/(km⋅ℎ−1)
50 80 120
一氧化碳/(g⋅km−1)8.7 5.49.6
氮的氧化物/(g⋅km−1)0.6 1.5 3.8
碳氢化合物/(g⋅km−1)0.70.60.8
根据上表,下列哪些说法是正确的？
①汽车行驶时,污染物中CO含量最高。

②汽车速率为120 km⋅ℎ−1时,污染最严重。

③从环保角度考虑,最合适的汽车速率为50 km⋅ℎ−1。

④汽车速率增大时,产生的氮的氧化物也随之增多。

（2）已知断裂某些共价键需要的能量如下表：
断裂的共价键O=O N≡N N≡O
需要的能量/(kJ⋅mol−1)498 945 630
机动车发动机工作时会引发N2和O2的反应,该反应是(填“放热”或“吸热”)反应,1 molO2
与1 molN2的总能量比2 molNO的总能量(填“高”或“低”)。

（3）所谓“低碳经济”的理念即生成1 mol二氧化碳放出热量最多的燃料。

已知1 mol燃料
完全燃烧的数据如下表所示。

燃料一氧化碳甲烷辛烷(C8H18)乙醇
ΔH−283.0 kJ⋅mol−1−891.0 kJ⋅mol−1−5518 kJ⋅mol−1−1366.8 kJ⋅mol−1
使用上述燃料最能体现“低碳经济”理念的是。

O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)ΔH=−726.5 kJ⋅（4）已知：25 ℃、101 kPa时,CH3OH(l)+3
2
mol−1。

相同质量的甲醇和辛烷分别完全燃烧时,放出热量较多的是哪种燃料？
（5）某研究者分别以甲醇和汽油做燃料,实验测得在发动机高负荷工作情况下,汽车尾气中CO的百分含量与汽车的加速性能的关系如图所示。

根据上图信息分析,与汽油相比,甲醇作为燃料的优点有哪些？
答案：（1）①②④正确。

（2）吸热; 低
（3）甲烷
（4）辛烷。

（5）根据题图可知,汽车的加速性能相同的情况下,甲醇作为燃料时CO排放量低,污染小。

解析：（1）根据题表信息可知,汽车行驶时,污染物中CO含量最高,①正确;汽车速率为120 km⋅ℎ−1时,三种污染物排放量都最多,污染最严重,②正确;从环保角度考虑,最合适的汽车速率为80 km⋅ℎ−1,③错误;汽车速率越大,产生的氮的氧化物越多,④正确。

（2）由题表中数据可知,断裂1 molO=O键和1 molN≡N键需要吸收的总能量为(498+ 945)kJ=1443 kJ,形成2 molN≡O键放出的总能量为2×630 kJ=1260 kJ,吸收的能量大
于放出的能量,则该反应是吸热反应,由此可知,1 molO2与1 molN2的总能量比2 molNO的
总能量低。

（3）最能体现“低碳经济”理念的即生成1 mol二氧化碳放出热量最多的燃料,根据CO、CH4、C8 H18、乙醇这4种燃料的ΔH可知,生成1 mol二氧化碳放出的热量分别为283.0 kJ、891.0 kJ、5518 kJ÷8=689.75 kJ、1366.8 kJ÷2=683.4 kJ,所以生成1 mol二氧化碳放出热量最多的为甲烷,则最能体现“低碳经济”理念的是甲烷。

≈23 kJ，1 g辛烷完（4）假设质量均为1 g,则1 gCH3OH(l)完全燃烧放出的热量为726.5 kJ
32
≈48 kJ,相同质量的甲醇和辛烷分别完全燃烧时,放出热量较多
全燃烧放出的热量为5518 kJ
114
的是辛烷。

3.甲醇的合成：
（1）以CO2(g)和H2(g)为原料合成甲醇,反应的能量变化如图所示。

①请你补全上图,图中A处应填入。

②该反应需要加入铜—锌基催化剂。

加入催化剂后,该反应的ΔH（填“变大”“变小”或“不变”)。

（2）已知：CO(g)+1
2
O2(g)=CO2(g)ΔH1=−283 kJ/mol
H2(g)+1
2
O2(g)=H2O(g)ΔH2=−242 kJ/mol
CH3OH(g)+3
2
O2(g)=CO2(g)+2 H2O(g)ΔH3=−676 kJ/mol
以CO(g)和H2(g)为原料合成甲醇的反应为CO(g)+2 H2(g)=CH3OH(g)。

该反应的ΔH 为kJ/mol。

答案：（1）①1 molCO2(g)+3 molH2(g)②不变
（2）−91
解析：（1）①以CO2(g)和H2(g)为原料合成甲醇,反应生成1 molCH3OH(g)和1 molH2O(g),根据质量守恒定律,需要1 mol二氧化碳和3 mol氢气,因此题图中A处应填入
1 molCO2(g)+3 molH2(g)。

②加入催化剂,不能改变反应的焓变,因此ΔH不变。

（2）将已知3个热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,将①+②×2−③得：CO(g)+2 H2(g)=CH3OH(g)ΔH=(−283 kJ/mol)+(−242 kJ/mol)×2−(−676 kJ/ mol)=−91 kJ/mol。

探究应用
1.化学上,单位质量的纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量叫热值(单位：kJ⋅g−1)。

已知几种物质的燃烧热如下表所示：
物质CH4(g)CO(g)CH3CH2OH(l)CH3CH2CH3(g)
燃烧热ΔH/(kJ⋅mol−1)−890.3−283.0−1366.8−2219.9
常温常压下,上述可燃物中热值最大的是( )
A.CH4
B.CO
C.CH3CH2CH3
D.CH3CH2OH
答案：A
解析：1 g 纯物质完全燃烧放出的热量分别是CH 4(g) ：890.316
kJ ≈55.6 kJ ,CO(g) ：
283.028
kJ ≈
10.1 kJ ,CH 3 CH 2 OH(l) ：1366.846
kJ ≈29.7 kJ ,CH 3 CH 2 CH 3(g) ：
2219.944
kJ ≈50.5 kJ ,则可燃物
中热值最大的是CH 4 。

2.某种优质燃油由甲、乙两种有机物混合而成,甲、乙两种物质含有C 、H 、O 三种元素中的两种或三种。

已知甲、乙及CO 、H 2 的燃烧热如下： 物质
甲 乙 CO H 2 燃烧热/(kJ/mol)
1366
5518
283
286
取甲、乙按不同比例混合的燃油23 g ,在足量的O 2 中燃烧时,放出的热量Q 与混合物中乙的物质的量分数x 的关系如图。

试求：
（1）乙的相对分子质量为 。

（2）1 mol 由甲、乙等物质的量混合而成的燃油在一定量的O 2 中燃烧,放出热量2876 kJ ,则反应中生成COmol 。

答案：（1）114 （2）2
解析：（1）当x =1.0 时,燃油全部是乙,根据乙的燃烧热计算乙的物质的量,n(乙)=1113 kJ ÷5518 kJ/mol ≈0.2017 mol ,则M(乙)=23g ÷0.2017 mol ≈114 g/mol ,因此乙的相对分子质量是114;当x =0 时,燃油全部是甲,根据甲的燃烧热计算甲的物质的量,n(甲)=683 kJ ÷1366 kJ/mol =0.5 mol ,则M(甲)=23g ÷0.5 mol =46 g/mol ,甲是乙醇。

（2）1 mol 题给混合物完全燃烧应放热为
1366 kJ+5518 kJ
2
=3442 kJ ,实际放热2876 kJ ,所以生
成一氧化碳的物质的量可结合一氧化碳的燃烧热计算得到：n(CO)=3442 kJ−2876 kJ 283 kJ/mol
=2 mol 。

3.雾霾已经成为部分城市发展的障碍,其中汽车尾气污染对雾霾的“贡献”逐年增加。

回答下列问题：
（1）汽车尾气中含有NO ,N 2 与O 2 反应生成NO 的过程如下：
N 2(g)→945kJ⋅mol −1
2N(g)O 2(g)
→
498kJ⋅mol −1
2O(g)
}
→2×(−630)kJ⋅mol −1
2NO(g)
①1 molO 2 和1 molN 2 的总能量比2 molNO 的总能量 (填“高”或“低”)。

②N 2(g)+O 2(g)=2 NO(g) 的ΔH = 。

③NO与CO反应的热化学方程式可以表示为2 NO(g)+2 CO(g)⇌2 CO2(g)+N2(g)ΔH= akJ⋅mol−1,但该反应速率很慢,若使用机动车尾气催化转化器,可以使尾气中的NO与CO转化成无害物质排出。

上述反应在使用“催化转化器”后,a(填“增大”“减小”或“不变”)。

（2）氢能源是绿色燃料,可以减少汽车尾气的排放,利用甲醇与水蒸气反应可以制备氢气：CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3 H2(g)ΔH1。

该反应的能量变化图如图所示。

①通过图中信息可判断反应CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3 H2(g)的ΔH1(填“>”“=”或“<”）0。

②途径（Ⅰ）的反应热（填“＞”“=”或“＜”）途径（Ⅱ）的反应热。

③已知下列两个热化学方程式：
2 CH3OH(g)+3 O2(g)=2 CO2(g)+4 H2O(g)ΔH2
H2(g)+1
2
O2(g)=H2O(g)ΔH3
ΔH1、ΔH2、ΔH3三者的关系式为。

答案：（1）低; +183 kJ⋅mol−1; 不变
（2）①＞②=③ΔH2=2ΔH1+6ΔH3
解析：（1）①1 molO2与1 molN2化学键断裂吸收的总能量为945 kJ+498 kJ=
1443 kJ,2 molNO化学键形成释放的总能量为630×2 kJ=1260 kJ,吸收的能量大于释放的能量,则反应为吸热反应,1 molO2与1 molN2的总能量比2 molNO的总能量低。

②ΔH=(1443−1260)kJ⋅mol−1=+183 kJ⋅mol−1
③催化剂能够加快化学反应速率,对焓变无影响,则a不变。

（2）①根据题图可知,反应物的总能量小于生成物的总能量,ΔH1＞0。

②途径（Ⅰ）和途径（Ⅱ）对焓变无影响,则反应热相等。

③x.CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3 H2(g)ΔH1
y.2 CH3OH(g)+3 O2(g)=2 CO2(g)+4 H2O(g)ΔH2
z.H2(g)+1
2
O2(g)=H2O(g)ΔH3
根据盖斯定律,x+3z=y
2
,则ΔH2=2ΔH1+6ΔH3。

高考体验
1.（2020课标Ⅱ,11,6分）据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如下图所示。

下列叙述错误的是( )
A.OH − 参与了该催化循环
B.该反应可产生清洁燃料H 2
C.该反应可消耗温室气体CO 2
D.该催化循环中Fe 的成键数目发生变化 答案：C
解析：由题给反应机理图可知,Fe(CO)5 和OH − 为催化剂,参与了该催化循环,A 项正确;该过程的总反应方程式为CO +H 2O =催化剂
CO 2+H 2 ,B 项正确,C 项错误;由题图中含铁物质的结构可知Fe 的成键数目发生了变化,D 项正确。

2.（2020浙江7月选考,22,2分）关于下列ΔH 的判断正确的是( )
CO 32−(aq)+H +
(aq)=HCO 3−(aq)ΔH 1 CO 32−(aq)+H 2O(l)⇌HCO 3−(aq)+OH −
(aq)ΔH 2
OH −(aq)+H +(aq)=H 2O(l)ΔH 3
OH −(aq)+CH 3COOH(aq)=CH 3COO −(aq)+H 2O(l)ΔH 4
A.ΔH 1＜0ΔH 2＜0
B.ΔH 1＜ΔH 2
C.ΔH 3＜0ΔH 4＞0
D.ΔH 3＞ΔH 4 答案：B
解析：①:HCO 3−(aq)⇌CO 32−(aq)+H +
(aq) 为HCO 3− 的电离,电离吸热,可得ΔH 1
＜0 ,②:CO 32−(aq)+H 2 O(l)⇌HCO 3−(aq)+OH −(aq) 属于水解过程,水解一般吸热,故ΔH 2
＞0 ,ΔH 1＜ΔH 2 ,A 项错误,B 项正确;根据盖斯定律,①− ②,得到③:H +(aq)+OH −(aq)=
H 2 O(l)ΔH 3=ΔH 1−ΔH 2＜0 ,④:OH −(aq)+CH 3 COOH(aq)=CH 3COO −(aq)+H 2 O(l) 属于中和反应，故ΔH 4＜0 ,C 项错误;④− ③可得⑤:CH 3COOH(aq)⇌CH 3COO −(aq)+H +(aq)ΔH 5 ,电离吸热,故ΔH 5＞0 , ④− ③= ⑤,得,ΔH 4−ΔH 3=ΔH 5＞0 ,故ΔH 4＞ΔH 3 ,D 项错误。

3.（2020天津,10改编）理论研究表明,在101 kPa 和298 K 下,HCN(g)⇌HNC(g) 异构化反应过程的能量变化如图所示。

下列说法错误的是( )
A.HCN比HNC稳定
B.该异构化反应的ΔH=+59.3 kJ⋅mol−1
C.该反应属于化学变化
D.使用催化剂,可以改变反应的反应热
答案：D
解析：根据题图信息得到HCN能量比HNC能量低,再根据能量越低越稳定,因此HCN比HNC 稳定,故A正确;根据焓变等于生成物总能量减去反应物总能量,因此该异构化反应的ΔH= 59.3 kJ⋅mol−1−0=+59.3 kJ⋅mol−1,故B正确;二者结构不同,所以二者的转化属于化学变化,故C正确;使用催化剂,不能改变反应的反应热,只改变反应路径,反应热只与反应物和生成物的总能量有关,故D错误。

4.（2019课标Ⅱ,27节选）环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料
等生产。

回答下列问题：
（1）已知：(g)=(g)+H2(g)ΔH1=100.3 kJ⋅mol−1①
H2(g)+I2(g)=2 HI(g)ΔH2=−11.0 kJ⋅mol−1②
对于反应：(g)+I2(g)=(g)+2 HI(g)③
ΔH3=kJ⋅mol−1。

答案：（1）89.3
解析：（1）根据盖斯定律可得,ΔH3=ΔH1+ΔH2=100.3 kJ⋅mol−1−11.0 kJ⋅mol−1= 89.3 kJ⋅mol−1。

5.（2019课标Ⅲ,28节选）近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。

因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。

回答下列问题：（2）Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)=CuCl(s)+1
2
Cl2(g)ΔH1=83 kJ⋅mol−1
CuCl(s)+1
2
O2(g)=CuO(s)+
1
2
Cl2(g)ΔH2=−20 kJ⋅mol−1
CuO(s)+2 HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g)ΔH3=−121 kJ⋅mol−1
则4 HCl(g)+O 2(g)=2 Cl 2(g)+2 H 2O(g) 的ΔH =kJ ⋅mol −1。

答案：（2）−116
解析：（2）将题给反应过程依次记为①、②、③,则根据盖斯定律,由③×2+②×2+①×2 可得到4 HCl(g)+O 2(g)=2 Cl 2(g)+2 H 2 O(g)ΔH =2ΔH 3+2ΔH 2+2ΔH 1=−116 kJ ⋅mol −1 。

6.（2019北京,27节选）氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。

（1）甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。

①反应器中初始反应的生成物为H 2 和CO 2 ,其物质的量之比为4:1,甲烷和水蒸气反应的方程式是 。

②已知反应器中还存在如下反应： ⅰ .CH 4(g)+H 2O(g)=CO(g)+3 H 2(g)ΔH 1 ⅰ .CO(g)+H 2O(g)=CO 2(g)+H 2(g)ΔH 2 ⅰ .CH 4(g)=C(s)+2 H 2(g)ΔH 3 ……
ⅰ 为积炭反应,利用ΔH 1 和ΔH 2 计算ΔH 3 时,还需要利用 反应的ΔH 。

答案：（1）①CH 4+2 H 2O =催化剂
4 H 2+CO 2
②C(s)+2 H 2O(g)=CO 2(g)+2 H 2(g) 或C(s)+CO 2(g)=2 CO(g)
解析：（1）①由于生成物为H 2 和CO 2 ,其物质的量之比为4:1 ,反应物是甲烷和水蒸气,因而反应方程式为CH 4+2 H 2O =催化剂
4 H 2+CO 2 。

②反应ⅰ 中有固体碳生成,而ⅰ 、ⅰ 中都没有碳参与反应,所以必须有一个有碳参与的反应的ΔH 才能计算ΔH 3 。

7.（2019天津,10节选）多晶硅是制作光伏电池的关键材料。

以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。

回答下列问题：
Ⅰ.硅粉与HCl 在300 ℃ 时反应生成1 molSiHCl 3 气体和H 2 ,放出225 kJ 热量,该反应的热化学方程式为 。

Ⅱ.（4）将SiCl 4 氢化为SiHCl 3 有三种方法,对应的反应依次为： ①SiCl 4(g)+H 2(g)⇌SiHCl 3(g)+HCl(g)ΔH 1＞0 ②3 SiCl 4(g)+2 H 2(g)+Si(s)⇌4 SiHCl 3(g)ΔH 2＜0
③2 SiCl 4(g)+H 2(g)+Si(s)+HCl(g)⇌3 SiHCl 3(g)ΔH 3 反应③的ΔH 3= （用ΔH 1 、ΔH 2 表示）。

答案：Ⅰ.Si(s)+3 HCl(g)=300 ℃
SiHCl 3(g)+H 2(g)ΔH =−225 kJ ⋅mol −1 Ⅱ.（4）ΔH 2−ΔH 1
解析：Ⅰ.参加反应的物质是固态Si 、气态HCl ,生成的是气态SiHCl 3 和氢气,反应条件是300 ℃ ,配平后该条件下的热化学方程式为Si(s)+3 HCl(g)=300 ℃
SiHCl 3(g)+H 2(g)ΔH =−225 kJ ⋅mol −1 。

Ⅱ.（4）由盖斯定律,反应③= 反应②− 反应①,故ΔH 3=ΔH 2−ΔH 1 。