第6讲 热化学方程式的书写与反应热的计算.docx

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第6讲热化学方程式的书写与反应热的计算

第6讲热化学方程式的书写与反应热的计算

考纲定位

命题热点及考频考题

核心素养

1.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。

2.了解化学能与热能的相互转化。

了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。

3.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。

4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。

了解化学在解决能源危机中的重要作用。

5.了解焓变（ΔH）与反应热的含义。

6.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。

1.反应热的计算　热化学方程式的书写

2017年Ⅰ卷T29

（2）；2015年Ⅰ卷T28（3）；2013年Ⅰ卷T28（3）；

1.变化观念——关注化学变化中的能量变化。

2.社会责任——具有可持续发展意识和绿色化学观念；认识环境保护和资源合理开发的重要性，能对有关的环保、能源等热点问题做出正确的价值判断。

3.科学精神——通过了解新能源开发，环境保护与可持续发展问题，培养严谨的科学态度。

2.盖斯定律及其应用

2017年Ⅱ卷T27

（1）；2017年Ⅲ卷T28（3）；2016年Ⅱ卷T26（3）；2016年Ⅲ卷T27（4）；2015年Ⅱ卷T27

（1）；2014年Ⅰ卷T28

（2）；2014年Ⅱ卷T13；2013年Ⅱ卷T12

命题热点1　反应热的计算　热化学方程式的书写

（对应学生用书第22页）

■储知识——剖解重点难点备考·

1．热化学方程式书写的“六个注意”

2．反应热计算

（1）利用热化学方程式进行有关计算

根据已知的热化学方程式、已知的反应物或生成物的物质的量、反应吸收或放出的热量，可以把反应热当作“产物”，计算反应放出或吸收的热量。

（2）根据燃烧热数据，计算反应放出的热量

计算公式：

Q＝燃烧热×n（可燃物的物质的量）。

（3）根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算焓变

若反应物旧化学键断裂吸收能量E1，生成物新化学键形成放出能量E2，则反应的ΔH＝E1－E2。

（4）利用物质具有的能量计算：

ΔH＝∑E（生成物）－∑E（反应物）。

（5）利用反应的互逆性关系计算：

A

B，ΔH1＝－ΔH2。

（6）利用盖斯定律计算：

对于存在下列关系的反应：

，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2。

■对点练——沿着高考方向训练·

1．（2017·哈尔滨三模）可逆反应NO2（g）＋CO（g）

CO2（g）＋NO（g）反应过程中的能量变化如图所示，下列说法正确的是（　　）【导学号：

97184066】

A．1molNO2气体与1molCO气体混合经充分反应放热234kJ

B．若反应开始时加入催化剂，则使E1、E2都变大

C．正反应的活化能是134kJ/mol

D．该反应的反应热ΔH＝E2－E1

C　[此反应是可逆反应，1molNO2气体与1molCO气体混合充分反应放出的热量小于234kJ,A错误；使用催化剂，降低活化能，E1和E2都降低，B错误；根据图像，正反应的活化能是134kJ/mol,C正确；反应物的总能量大于生成物的总能量，此反应是放热反应，ΔH<0，因此ΔH＝E1－E2,D错误。

]

2．（2017·天津河西区三模）通过以下反应均可获取H2。

下列有关说法不正确的是

（　　）

①太阳光催化分解水制氢：

2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH1＝＋571.6kJ/mol

②焦炭与水反应制氢：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH2＝＋131.3kJ/mol

③甲烷与水反应制氢：

CH4（g）＋H2O（g）===CO（g）＋3H2（g）　ΔH3＝＋206.1kJ/mol

A．由反应①知H2的燃烧热为571.6kJ/mol

B．反应②中生成物的总能量高于反应物的总能量

C．反应③若改用新催化剂，ΔH3不变化

D．反应CH4（g）===C（s）＋2H2（g）的ΔH＝＋74.8kJ/mol

A　[在一定条件下，1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量是燃烧热，由反应①知H2的燃烧热为285.8kJ/mol，A错误；反应②的焓变大于0，说明该反应为吸热反应，生成物的总能量高于反应物的总能量，B正确；反应③使用催化剂，可以加快反应速率，但是催化剂不影响反应热，所以使用催化剂后ΔH3不变，C正确；根据盖斯定律，③－②可得：

反应CH4（g）===C（s）＋2H2（g）的ΔH＝（＋206.1kJ/mol）－（＋131.3kJ/mol）＝＋74.8kJ/mol，D正确。

]

3．

（1）（2017·合肥三模节选）对烟道气中的SO2进行回收再利用具有较高的社会价值和经济价值。

CO还原法：

一定条件下，由SO2和CO反应生成S和CO2的能量变化如下图所示，每生成16gS（s），该反应________（填“放出”或“吸收”）的热量为________。

（2）（2017·湖南考前演练节选）汽车尾气中排放的NOx和CO污染环境，在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NOx和CO的排放。

已知：

①2CO（g）＋O2（g）

2CO2（g）　

ΔH＝－566.0kJ·mol－1

②N2（g）＋O2（g）

2NO（g）　

ΔH＝＋180.5kJ·mol－1

③2NO（g）＋O2（g）

2NO2（g）　

ΔH＝－116.5kJ·mol－1

Ⅰ.CO的燃烧热为________。

若1molN2（g）、1molO2（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收946kJ、498kJ的能量，则1molNO（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。

Ⅱ.CO将NO2还原为单质的热化学方程式为__________________________。

（3）（2017·绵阳高三5月模拟节选）已知反应S4（g）＋4Cl2（g）===4SCl2（g）的ΔH＝－4kJ·mol－1,1molS4（g）、1molSCl2（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收1064kJ、510kJ的能量，则1molCl2（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。

【解析】　

（1）从图示可知，反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应为放热反应，2CO（g）＋SO2（g）

S（s）＋2CO2（g），反应热为ΔH＝（409－679）kJ·mol－1＝―270kJ·mol－1，故生成16gS放出的热量为

×

270kJ·mol－1＝135kJ。

（2）Ⅰ.由反应①可知，2molCO完全燃烧放出566.0kJ的热量，所以1molCO完全燃烧放出283kJ的热量，则CO的燃烧热为283kJ·mol－1。

设1molNO（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为x，由反应②可知，946kJ＋498kJ－2x＝＋180.5kJ，得x＝631.75kJ，即1molNO（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为631.75kJ。

Ⅱ.根据盖斯定律由①×2－②－③可得：

2NO2（g）＋4CO（g）===N2（g）＋4CO2（g）　ΔH＝（－566.0kJ·mol－1）×2－（＋180.5kJ·mol－1）－（－116.5kJ·mol－1）＝－1196kJ·mol－1，所以CO将NO2还原为单质的热化学方程式为2NO2（g）＋4CO（g）===N2（g）＋4CO2（g）　ΔH＝－1196kJ·mol－1。

（3）设1molCl2（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为Q，则ΔH＝1064kJ＋4×Q－4×510kJ＝－4kJ，解得Q＝243kJ。

【答案】　

（1）放出　135kJ

（2）Ⅰ.283kJ·mol－1　631.75　

Ⅱ.2NO2（g）＋4CO（g）===N2（g）＋4CO2（g）　

ΔH＝－1196kJ·mol－1

（3）243

4．

（1）（2017·桂林5月模拟节选）下图是1molCO和1molNO2反应生成两种气态氧化物过程中能量变化示意图。

已知14gCO参加反应时转移电子数为NA。

写出该反应的热化学方程式________________________________。

（2）（2017·莆田考前模拟节选）甲醇（CH3OH）常温下为无色液体，是应用广泛的化工原料和前景乐观的燃料。

已知：

CO、H2、CH3OH的燃烧热（ΔH）分别为－283.0kJ·mol－1、

－285.8kJ·mol－1、－726.8kJ·mol－1，则CO和H2反应生成CH3OH的热化学方程式是_________________________________________________________

________________________________________________________________。

【解析】　

（1）14gCO（0.5mol）参加反应时转移电子数为NA，则1molCO反应转移电子2mol，反应生成两种气态氧化物为CO2和NO，则NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g）　ΔH＝（134－368）kJ·mol－1＝－234kJ·mol－1。

（2）由CO（g）、CH3OH（l）和H2（g）的燃烧热ΔH分别为－283.0kJ·mol－1、－726.8kJ·mol－1和－285.8kJ·mol－1，则①CO（g）＋1/2O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ·mol－1　②CH3OH（l）＋3/2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－726.8kJ·mol－1　③H2（g）＋1/2O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1由盖斯定律可知用①＋③×2－②得反应CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l），该反应的反应热ΔH＝－283.0kJ·mol－1＋（－285.8kJ·mol－1）×2－（－726.8kJ·mol－1）＝

－127.8kJ·mol－1，即CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l）　ΔH＝－127.8kJ·mol－1。

【答案】　

（1）NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g）　ΔH＝－234kJ·mol－1

（2）CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l）　

ΔH＝－127.8kJ·mol－1

[归纳总结]

根据反应物或生成物分子的结构，确定含有化学键的数目，常考物质及所含化学键如下表：

物质

CO2

（C===O）

CH4

（C—H）

P4

（P—P）

SiO2

（Si—O）

石墨

金刚石

Si

键数

2

4

6

4

1.5

2

2

■提能力——针对热点题型训练·

（见专题限时集训T1、T4、T5、T8）

命题热点2　盖斯定律及其应用

（对应学生用书第23页）

■储知识——剖解重点难点备考·

1．根据盖斯定律计算ΔH的步骤

2．根据盖斯定律计算ΔH的方法

■对点练——沿着高考方向训练·

1．已知：

HCN（aq）与NaOH（aq）反应的ΔH＝－12.1kJ·mol－1；HCl（aq）与NaOH（aq）发生中和反应的ΔH＝－55.6kJ·mol－1。

则HCN在水溶液中发生电离的ΔH等于（　　）【导学号：

97184067】

A．＋43.5kJ·mol－1　　　　B．－43.5kJ·mol－1

C．－67.7kJ·mol－1D．＋67.7kJ·mol－1

A　[已知：

HCN（aq）＋OH－（aq）===CN－（aq）＋H2O（l）　ΔH＝

－12.1kJ·mol－1①，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－55.6kJ·mol－1②。

HCN发生电离的方程式为HCN

H＋＋CN－，①－②可得HCN发生电离的热化学方程式：

HCN（aq）

H＋（aq）＋CN－（aq）　ΔH＝－12.1kJ·mol－1－（－55.6kJ·mol－1）＝＋43.5kJ·mol－1。

]

2．（2017·衡水押题卷）利用H2和O2制备H2O2的原理为

①H2（g）＋A（l）

B（l）　ΔH1

②O2（g）＋B（l）

A（l）＋H2O2（l）　ΔH2

已知：

A、B均为有机物，两个反应均能自发进行，下列说法正确的是（　　）【导学号：

97184068】

A．ΔH2>0

B．B为H2和O2制备H2O2的催化剂

C．反应①的正反应的活化能大于逆反应的活化能

D．H2（g）＋O2（g）

H2O2（l）的ΔH<0

D　[反应②能自发进行，由于ΔS<0，则ΔH2<0，A错误；H2和O2制备H2O2的总反应为H2（g）＋O2（g）===H2O2（l），则A是催化剂、B是中间产物，B错误；反应①能自发进行，其ΔS<0，则ΔH1<0，正反应的活化能小于逆反应的活化能，C错误；H2（g）＋O2（g）

H2O2（l）的ΔH＝ΔH1＋ΔH2<0，D正确。

]

3．

（1）（2017·宁德三模节选）氢氰酸（HCN）是一种具有苦杏仁气味的无色液体，易溶于水。

【导学号：

97184069】

一定条件下，HCN与H2和H2O反应如下：

Ⅰ.HCN（g）＋3H2（g）

NH3（g）＋CH4（g）　ΔH1

Ⅱ.HCN（g）＋H2O（g）

NH3（g）＋CO（g）　ΔH2

反应Ⅲ.CO（g）＋3H2（g）

CH4（g）＋H2O（g）的ΔH＝________（用ΔH1、ΔH2表示）。

（2）（2017·吉林大学附中模拟节选）据报道，2017年4月26日下水的国产航母的发动机——“中国心”的主要材料Si3N4是具备抗冲击、耐腐蚀、耐高温等特点的新型陶瓷。

工业上制备纯净的Si3N4陶瓷需要综合各方面技术。

以氮气、氢气、氯气和粗硅为原料制备纯净氮化硅的主要反应如下：

①Si（粗、s）＋2Cl2（g）===SiCl4（g）　

ΔH1＝－609.6kJ/mol

②SiCl4（g）＋2H2（g）===Si（纯、s）＋4HCl（g）　

ΔH2＝akJ/mol

③3SiCl4（g）＋6H2（g）＋2N2（g）===Si3N4（s）＋12HCl（g）

ΔH3＝－29kJ/mol

④3Si（纯、s）＋2N2（g）===Si3N4（s）　

ΔH4＝－750.2kJ/mol

则a为________。

【解析】　

（1）根据盖斯定律可知，由Ⅰ－Ⅱ可得反应Ⅲ，CO（g）＋3H2（g）

CH4（g）＋H2O（g），则ΔH＝ΔH1－ΔH2；

（2）根据盖斯定律可知，③－②×3＝④，即：

3Si（纯、s）＋2N2（g）===Si3N4（s）　ΔH4＝－750.2kJ/mol，所以ΔH4＝－750.2kJ/mol＝ΔH3－3ΔH2＝－29kJ/mol－3×akJ/mol，则a＝240.4。

【答案】　

（1）ΔH1－ΔH2　

（2）＋240.4

4．

（1）（2017·大庆考前冲刺节选）在工业上常用CO和H2合成甲醇，反应方程式为CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g）　ΔH

已知：

①CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝akJ/mol

②H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH2＝bkJ/mol

③CH3OH（g）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　

ΔH3＝ckJ/mol

则ΔH＝________。

（2）（2017·石家庄5月模拟节选）亚磷酸（H3PO3，二元中强酸）及其盐在工农业生产中有着重要作用。

在稀溶液中

H3PO3（aq）

H2PO

（aq）＋H＋（aq）　ΔH＝akJ/mol

H2PO

（aq）

HPO

（aq）＋H＋（aq）　ΔH＝bkJ/mol

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝ckJ/mol

H3PO3（aq）＋2NaOH（aq）

Na2HPO3（aq）＋2H2O（l）　ΔH＝________kJ/mol

【解析】　

（1）根据盖斯定律，可由①＋2×②－③得CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g），故ΔH＝（a＋2b－c）kJ/mol。

（2）根据盖斯定律，由①＋②＋③×2得H3PO3（aq）＋2NaOH（aq）

Na2HPO3（aq）＋2H2O（l），则ΔH＝（akJ/mol）＋（bkJ/mol）＋（ckJ/mol）×2＝（a＋b＋2c）kJ/mol。

【答案】　

（1）（a＋2b－c）kJ/mol　

（2）（a＋b＋2c）

[失分预警]

（1）利用盖斯定律计算ΔH时，ΔH应带“＋”或“－”进行代数运算。

（2）利用盖斯定律比较反应热大小时，应注意ΔH的符号。

如

比较ΔH1与ΔH2的大小的方法。

因ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0（均为放热反应），依据盖斯定律得ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，即|ΔH1|>|ΔH2|，所以ΔH1<ΔH2。

■提能力——针对热点题型训练·

（见专题限时集训T2、T3、T6、T7）

复习效果验收|真题试做　预测尝鲜

（对应学生用书第24页）

■体验高考真题·

1．

（1）（2017·全国Ⅰ卷节选）下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为____________、____________，制得等量H2所需能量较少的是________。

（2）（2017·全国Ⅲ卷节选）已知：

As（s）＋

H2（g）＋2O2（g）===H3AsO4（s）　ΔH1

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH2

2As（s）＋

O2（g）===As2O5（s）　ΔH3

则反应As2O5（s）＋3H2O（l）===2H3AsO4（s）的ΔH＝________。

【解析】　

（1）令题干中的四个热化学方程式分别为

①H2SO4（aq）===SO2（g）＋H2O（l）＋

O2（g）

ΔH1＝327kJ·mol－1

②SO2（g）＋I2（s）＋2H2O（l）===2HI（aq）＋H2SO4（aq）

ΔH2＝－151kJ·mol－1

③2HI（aq）===H2（g）＋I2（s）

ΔH3＝110kJ·mol－1

④H2S（g）＋H2SO4（aq）===S（s）＋SO2（g）＋2H2O（l）

ΔH4＝61kJ·mol－1

根据盖斯定律，将①＋②＋③可得，系统（Ⅰ）中的热化学方程式：

H2O（l）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝327kJ·mol－1

－151kJ·mol－1＋110kJ·mol－1＝286kJ·mol－1

同理，将②＋③＋④可得，系统（Ⅱ）中的热化学方程式：

H2S（g）===H2（g）＋S（s）　ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝－151kJ·mol－1＋110kJ·mol－1＋61kJ·mol－1＝20kJ·mol－1

由所得两热化学方程式可知，制得等量H2所需能量较少的是系统（Ⅱ）。

（2）令：

①As（s）＋

H2（g）＋2O2（g）===H3AsO4（s）　ΔH1

②H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH2

③2As（s）＋

O2（g）===As2O5（s）　ΔH3

根据盖斯定律，将反应①×2－②×3－③可得：

As2O5（s）＋3H2O（l）===2H3AsO4（s）　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。

【答案】　

（1）H2O（l）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH＝286kJ·mol－1　H2S（g）===H2（g）＋S（s）　ΔH＝20kJ·mol－1　系统（Ⅱ）

（2）2ΔH1－3ΔH2－ΔH3

2．

（1）（2016·全国Ⅱ卷节选）①2O2（g）＋N2（g）===N2O4（l）　ΔH1

②N2（g）＋2H2（g）===N2H4（l）　ΔH2

③O2（g）＋2H2（g）===2H2O（g）　ΔH3

④2N2H4（l）＋N2O4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）　ΔH4＝－1048.9kJ·mol－1

上述反应热效应之间的关系式为ΔH4＝_______________________________，

联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为________。

（2）（2016·全国Ⅲ卷节选）已知下列反应：

SO2（g）＋2OH－（aq）===SO

（aq）＋H2O（l）　ΔH1

ClO－（aq）＋SO

（aq）===SO

（aq）＋Cl－（aq）　ΔH2

CaSO4（s）===Ca2＋（aq）＋SO

（aq）　ΔH3

则反应SO2（g）＋Ca2＋（aq）＋ClO－（aq）＋2OH－（aq）===CaSO4（s）＋H2O（l）＋Cl－（aq）的ΔH＝________。

【解析】　

（1）由已知热化学方程式①②③可得：

N2O4（l）===2O2（g）＋N2（g）　－ΔH1

2N2H4（l）===2N2（g）＋4H2（g）　－2ΔH2

2O2（g）＋4H2（g）===4H2O（g）　2ΔH3

根据盖斯定律，将上述三个热化学方程式相加，可得2N2H4（l）＋N2O4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）　ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1。

由热化学方程式可知，N2H4和N2O4反应时放出大量的热，且产生大量气体。

（2）将题给三个热化学方程式分别标号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根据盖斯定律，由Ⅰ＋Ⅱ－Ⅲ可得：

SO2（g）＋Ca2＋（aq）＋ClO－（aq）＋2OH－（aq）===CaSO4（s）＋H2O（l）＋Cl－（aq），则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。

【答案】　

（1）2ΔH3－2ΔH2－ΔH1　反应放热量大、产生大量气体

（2）ΔH1＋ΔH2－ΔH3

3．

（1）（2015·全国Ⅰ卷节选）已知反应2HI（g）===H2（g）＋I2（g）的ΔH＝＋

11kJ·mol－1,1molH2（g）、1molI2（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。

（2）（2015·全国Ⅱ卷节选）甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂作用下合成甲醇。

发生的主要反应如下：

①CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g）　ΔH1

②CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH2

③CO2（g）＋H2（g）

CO（g）＋H2O（g）　ΔH3

回答下列问题：

已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

化学键

H—H

C—O

C

O

H—O

C—H

E/（kJ·mol－1）

436

343

1076

465

413

由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58kJ·mol－1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。

【解析】　

（1）设1molHI（g）分子中化学键断裂吸收的能量为x，则2x－436kJ－151kJ＝＋11kJ，x＝299kJ。

（2）根据键能与反应热的关系可知，ΔH1＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝（1076kJ·mol－1＋2×436kJ·mol－1）－（413kJ·m