高中化学一轮复习讲义解析版化学反应中的热效应.docx
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高中化学一轮复习讲义解析版化学反应中的热效应
化学反应中的热效应
【学习目标】
1.理解化学反应中能量变化的本质
2.理解反应热、中和热和燃烧热的概念
3.掌握盖斯定律的应用及反应热的计算方法
◆感知高考
1.[2020·浙江7月选考，22]关于下列
的判断正确的是（）
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】
碳酸氢根的电离属于吸热过程，则CO
（aq）+H+（aq）=HCO
（aq）为放热反应，所以△H1<0；
CO
（aq）+H2O（l）
HCO
（aq）+OHˉ（aq）为碳酸根的水解离子方程式，CO
的水解反应为吸热反应，所以△H2>0；
OHˉ（aq）+H+（aq）=H2O（l）表示强酸和强碱的中和反应，为放热反应，所以△H3<0；
醋酸与强碱的中和反应为放热反应，所以△H4<0；
但由于醋酸是弱酸，电离过程中会吸收部分热量，所以醋酸与强碱反应过程放出的热量小于强酸和强碱反应放出的热量，则△H4>△H3；故仅B选项符合题意。
2．[2018·课标全国Ⅱ，27节选]CH4－CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。
回答下列问题：
CH4－CO2催化重整反应为：
CH4（g）＋CO2（g）
2CO（g）＋2H2（g）。
已知：
C（s）＋2H2（g）===CH4（g） ΔH＝－75kJ·mol－1
C（s）＋O2（g）===CO2（g） ΔH＝－394kJ·mol－1
C（s）＋
O2（g）===CO（g） ΔH＝－111kJ·mol－1
该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。
有利于提高CH4平衡转化率的条件是________（填标号）。
A．高温低压B．低温高压
C．高温高压D．低温低压
某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________mol2·L－2。
【答案】 247 A
【解析】 将已知中3个反应依次记为①、②、③，根据盖斯定律③×2－①－②得该催化重整反应的ΔH＝[（－111）×2＋75＋394]kJ·mol－1＝＋247kJ·mol－1。
由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。
根据平衡时消耗的CO2为1mol×50%＝0.5mol，则消耗的CH4为0.5mol，生成的CO和H2均为1mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75mol·L－1、0.25mol·L－1、0.5mol·L－1、0.5mol·L－1，则平衡常数K＝
＝
mol2·L－2。
3.[2020·新课标Ⅰ节选]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：
SO2（g）+
O2（g）
SO3（g）ΔH=−98kJ·mol−1。
钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5（s）与SO2（g）反应生成VOSO4（s）和V2O4（s）的热化学方程式为：
_________。
【答案】2V2O5（s）+2SO2（g）⇌2VOSO4（s）+V2O4（s）∆H=-351kJ∙mol-1
【解析】
（1）由题中信息可知：
①SO2（g）+
O2（g）⇌SO3（g）∆H=-98kJ∙mol-1
②V2O4（s）+SO3（g）⇌V2O5（s）+SO2（g）∆H2=-24kJ∙mol-1
③V2O4（s）+2SO3（g）⇌2VOSO4（s）∆H1=-399kJ∙mol-1
根据盖斯定律可知，③-②⨯2得2V2O5（s）+2SO2（g）⇌2VOSO4（s）+V2O4（s），则∆H=∆H1-2∆H2=（-399kJ∙mol-1）-（-24kJ∙mol-1）⨯2=-351kJ∙mol-1，所以该反应的热化学方程式为：
2V2O5（s）+2SO2（g）⇌2VOSO4（s）+V2O4（s）∆H=-351kJ∙mol-1；
◆核心知识
1．反应热（焓变）
（1）定义：
在条件下进行的反应的。
符号：
。
单位：
或。
（2）表示方法：
吸热反应：
ΔH0；放热反应：
ΔH0。
（3）产生原因化学反应过程中旧键断裂的能量与新键形成的能量不相等，故化学反应均伴随着能量变化。
【答案】
（1）恒温、恒压热效应。
ΔHkJ·mol－1或kJ/mol。
（2）>0；<0。
（3）吸收放出。
2．反应热的本质
图示
a、b、c表示的意义
微观
宏观
a表示断裂旧化学键吸收的能量；b表示形成新化学键放出的能量；c表示反应热
a表示活化能；b表示活化分子结合成生成物所释放的能量；c表示反应热
3.盖斯定律的两大应用
（1）计算反应热
[例析1]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。
（2）书写热化学方程式
[例析2]由合成气（组成为H2、CO和少量CO2）直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：
甲醇合成反应：
（ⅰ）CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（g）ΔH1＝－90.1kJ·mol－1
（ⅱ）CO2（g）＋3H2（g）===CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH2＝－49.0kJ·mol－1
水煤气变换反应：
（ⅲ）CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）ΔH3＝－41.1kJ·mol－1
二甲醚合成反应：
（ⅳ）2CH3OH（g）===CH3OCH3（g）＋H2O（g）ΔH4＝－24.5kJ·mol－1
则由H2和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为_______________________________。
【答案】
（1） －99 ＋41
（2）2CO（g）＋4H2（g）===CH3OCH3（g）＋H2O（g） ΔH＝－204.7kJ·mol－1
【易混易错辨析】判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）放热反应不需要加热就能发生，吸热反应不加热就不能发生（ ）
（2）物质发生化学变化都伴有能量的变化（ ）
（3）吸热反应在任何条件下都不能发生（ ）
（4）活化能越大，表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越高（ ）
（5）吸热反应中，反应物化学键断裂吸收的总能量高于生成物形成化学键放出的总能量（ ）
（6）同温同压下，反应H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH不同（ ）
（7）可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关（ ）
（8）一个反应一步完成或分几步完成，二者相比，经过的步骤越多，放出的热量越多（ ）
（9）由H2（g）＋
O2（g）===H2O（g） ΔH＝－akJ·mol－1可知，1gH2燃烧生成H2O（g）放出的热量为akJ（ ）
（10）H—H、O===O和O—H键的键能分别为436kJ·mol－1、496kJ·mol－1和462kJ·mol－1，则反应H2（g）＋
O2（g）===H2O（g）的ΔH＝－916kJ·mol－1（ ）
（11）已知C（s）＋O2（g）===CO2（g） ΔH1<0，C（s）＋
O2（g）===CO（g） ΔH2<0，则ΔH1>ΔH2（ ）
【答案】
（1）×
（2）√ （3）× （4）√ （5）√ （6）× （7）√（8）× （9）× （10）× （11）×
4．标准燃烧热
（1）概念：
在101kPa时，纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的标准燃烧热。
标准燃烧热的单位一般用表示。
标准燃烧热的限定词有恒压（101kPa时）、可燃物的物质的量（1mol）、完全燃烧、稳定的氧化物等，其中的“完全燃烧”，是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：
C→，H→，S→等。
（2）表示的意义：
例如C的标准燃烧热ΔH为－393.5kJ·mol－1，表示在101kPa时，1molC完全燃烧放出的热量。
（3）书写热化学方程式：
标准燃烧热是以1mol纯物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。
例如：
C8H18（l）＋
O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）ΔH＝－5518kJ·mol－1，即C8H18的标准燃烧热ΔH为。
（4）标准燃烧热的计算：
可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放＝n（可燃物）×|ΔH|。
式中：
Q放为可燃物燃烧反应放出的热量；n为可燃物的物质的量；ΔH为可燃物的标准燃烧热。
【答案】
（1）1_molkJ·mol－1。
C→CO2（g），H→H2O（l），S→SO2（g）等。
（2）393.5kJ。
（3）－5518kJ·mol－1。
5．中和热
（1）概念：
在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成时的反应热叫中和热。
（2）注意几个限定词：
①稀溶液；②产物是1mol液态H2O；③用离子方程式可表示为OH－（aq）＋H＋（aq）===H2O（l） ΔH＝－57.3kJ·mol－1。
（3）中和热的测定
①实验装置
②实验说明
a．中和热的测定实验中，NaOH溶液的浓度稍大于盐酸的浓度可确保HCl反应完全。
若采用的酸、碱浓度相等，可采用碱体积稍过量的方法达到这个目的。
b．中和热的计算公式
ΔH＝－
kJ·mol－1
c．实验中若用弱酸（或弱碱）代替强酸（或强碱），因弱酸（或弱碱）电离出H＋（或OH－）需要吸收热量，故测定的中和热的数值57.3kJ·mol－1；若用浓硫酸与强碱反应测定反应热，因浓硫酸稀释要放热，故测定的反应热的数值57.3kJ·mol－1。
③误差分析
a．分析的依据
看实验中有哪些因素能造成（t终－t始）出现误差。
若（t终－t始）偏大，则|ΔH|偏大；若（t终－t始）偏小，则|ΔH|偏小。
b．误差分析实例
50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液反应的误差分析：
引起误差的实验操作
t终－t始
|ΔH|
保温措施不好
搅拌不充分
所用酸、碱浓度过大
用同浓度的氨水代替NaOH溶液
用同浓度的醋酸代替盐酸
用50mL0.50mol·L－1NaOH溶液
【答案】
（1）1_mol液态水。
（3）②c．小于大于
③b．
50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液反应的误差分析：
t终－t始
|ΔH|
偏小
偏小
偏小
偏小
偏大
偏大
偏小
偏小
偏小
偏小
偏小
偏小
◆变式再现
1.根据如下能量图，下列说法正确的是（ ）
A．A2（g）＋B2（g）===2AB（g）是一个放热反应
B．2molAB的总能量大于1molA2和1molB2的能量之和
C．1molA2（g）和1molB2（g）的能量之和为akJ
D．2AB（g）===A2（l）＋B2（l） ΔH<（b－a）kJ·mol－1
【答案】 D
【解析】 根据能量图，反应物总能量小于生成物总能量，即此反应为吸热反应，故A错误；没有指明物质的状态，故B错误；akJ·mol－1为活化能，不是A2（g）和B2（g）的总能量，故C错误；A2（g）===A2（l）、B2（g）===B2（l）属于放热过程，因此2AB（g）===A2（l）＋B2（l） ΔH<（b－a）kJ·mol－1，故D正确。
2．某反应的反应过程中能量变化如图所示（图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能）。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．该反应为放热反应
B．催化剂能改变该反应的焓变
C．催化剂能降低该反应的活化能
D．逆反应的活化能大于正反应的活化能
【答案】C
【解析】 由题图可以看出，反应物的总能量低于生成物的总能量，故该反应为吸热反应，A项错误；催化剂不能改变反应的焓变，B项错误；由图像可以看出，催化剂能降低该反应的活化能，C项正确；由图像可以看出E1＞E2，即逆反应的活化能小于正反应的活化能，D项错误。
3．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
（g）
（g）＋H2（g）
已知：
化学键
C—H
C—C
C==C
H—H
键能/kJ·mol－1
412
348
612
436
根据表中数据计算上述反应的ΔH（kJ·mol－1）（ ）
A．－124B．124C．1172D．－1048
【答案】 B
【解析】反应热＝反应物总键能－生成物总键能，由有机物的结构可知，应是—CH2CH3中总键能与—CH==CH2、H2总键能之差，故ΔH＝（5×412＋348－3×412－612－436）kJ·mol－1＝124kJ·mol－1。
4．实验测得：
101kPa时，1molH2完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ的热量；1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2，放出890.3kJ的热量。
下列热化学方程式的书写正确的是（ ）
①CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝890.3kJ·mol－1
②CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝－890.3kJ·mol－1
③CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－890.3kJ·mol－1
④2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l） ΔH＝－571.6kJ·mol－1
A．仅有②B．仅有②④
C．仅有②③④D．全部符合要求
【答案】B
【解析】甲烷燃烧是放热反应ΔH<0，①错；甲烷完全燃烧生成稳定氧化物液态水，②对、③错；H2生成稳定氧化物液态水，物质的量增加一倍，ΔH数值增加一倍，④正确。
5．按要求完成下列问题
（1）已知如下热化学方程式：
①N2（g）＋O2（g）===2NO（g） ΔH1＝＋akJ/mol；
②4NH3（g）＋3O2（g）===2N2（g）＋6H2O（g） ΔH2＝bkJ/mol
③2NO（g）＋O2（g）===2NO2（g）ΔH3＝ckJ/mol；
则4NH3（g）＋7O2（g）===4NO2（g）＋6H2O（g） ΔH＝________kJ/mol。
（2）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。
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H2和CO2，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.CH4（g）＋H2O（g）===CO（g）＋3H2（g） ΔH1
ⅱ.CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g） ΔH2
ⅲ.CH4（g）===C（s）＋2H2（g） ΔH3
……
ⅲ为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用_________________________反应的ΔH。
（3）已知NaCl的溶解热为3.8kJ·mol－1（吸热）
Na（s）－e－===Na＋（aq） ΔH＝－240kJ/mol
Cl2（g）＋e－===Cl－（aq） ΔH＝－167kJ/mol
写出钠在氯气中燃烧的热化学方程式________________________________。
【答案】
（1）b＋2a＋2c
（2）①CH4＋2H2O（g）
4H2＋CO2②C（s）＋2H2O（g）===CO2（g）＋2H2（g）或C（s）＋CO2（g）===2CO（g）
（3）Na（s）＋
Cl2（g）===NaCl（s）ΔH＝－410.8kJ/mol
【解析】
（1）根据盖斯定律分析，①N2（g）＋O2（g）===2NO（g） ΔH1＝＋akJ/mol；②4NH3（g）＋3O2（g）===2N2（g）＋6H2O（g） ΔH2＝bkJ/mol；③2NO（g）＋O2（g）===2NO2（g） ΔH3＝ckJ/mol；将方程式进行②＋①×2＋③×2计算，得热化学方程式为4NH3（g）＋7O2（g）===4NO2（g）＋6H2O（g） ΔH＝（b＋2a＋2c）kJ/mol；
（2）①根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4∶1，结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4＋2H2O（g）===4H2＋CO2。
②根据盖斯定律，由ⅰ＋ⅱ－ⅲ或ⅰ－ⅱ－ⅲ可得C（s）＋2H2O（g）===CO2（g）＋2H2（g）或C（s）＋CO2（g）===2CO（g）。
（3）已知：
①NaCl的溶解热为3.8kJ/mol（吸热），NaCl（s）===Na＋（aq）＋Cl－（aq） ΔH1＝＋3.8kJ/mol，②Na（s）－e－===Na＋（aq） ΔH2＝－240kJ/mol，③
Cl2（g）＋e－===Cl－（aq） ΔH3＝－167kJ/mol，Na在氯气中燃烧的方程式为Na（s）＋
Cl2（g）===NaCl（s），该反应可由②＋③－①得到，根据盖斯定律，该反应的焓变ΔH＝ΔH2＋ΔH3－ΔH1＝－410.8kJ/mol；
6．25℃、101kPa下，煤炭、氢气、天然气和甲醇（CH3OH）等几种燃料的热值（指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量）依次是33kJ·g－1、143kJ·g－1、56kJ·g－1、23kJ·g－1，则下列热化学方程式正确的是（ ）
A．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝－896kJ·mol－1
B．C（s）＋O2（g）===CO（g） ΔH＝－396kJ·mol－1
C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l） ΔH＝－286kJ·mol－1
D．CH3OH（l）＋
O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝736kJ·mol－1
【答案】A
【解析】 天然气的热值是56kJ·g－1，则16gCH4完全燃烧放出的热量为896kJ，所以热化学方程式：
CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝－896kJ·mol－1，A正确；煤炭的热值是33kJ·g－1，则12g煤炭完全燃烧放出的热量为396kJ，所以热化学方程式：
C（s）＋O2（g）===CO2（g） ΔH＝－396kJ·mol－1，B错误；氢气的热值是143kJ·g－1，则4gH2完全燃烧放出的热量为572kJ，所以热化学方程式：
2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l） ΔH＝－572kJ·mol－1，C错误；甲醇（CH3OH）的热值是23kJ·g－1，则32gCH3OH完全燃烧放出的热量为736kJ，所以热化学方程式：
CH3OH（l）＋
O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝－736kJ·mol－1，D错误。
7．饮用水中的NO
主要来自于NH
。
已知在微生物的作用下，NH
经过两步反应被氧化成NO
。
两步反应的能量变化示意图如下：
1molNH
全部被氧化成NO
的热化学方程式为_____________________________________。
【答案】 NH
（aq）＋2O2（g）===NO
（aq）＋2H＋（aq）＋H2O（l） ΔH＝－346kJ·mol－1
【解析】 第一步反应的热化学方程式为：
NH
（aq）＋
O2（g）===NO
（aq）＋2H＋（aq）＋H2O（l） ΔH＝－273kJ·mol－1
第二步反应的热化学方程式为：
NO
（aq）＋
O2（g）===NO
（aq） ΔH＝－73kJ·mol－1
根据盖斯定律得：
NH
（aq）＋2O2（g）===NO
（aq）＋2H＋（aq）＋H2O（l） ΔH＝－346kJ·mol－1。
◆深度理解
1．十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘（C10H18）→四氢萘（C10H12）→萘（C10H8）”的脱氢过程释放氢气。
已知：
ⅠC10H18（l）===C10H12（l）＋3H2（g） ΔH1
ⅡC10H12（l）===C10H8（l）＋2H2（g） ΔH2
假设某温度下，ΔH1＞ΔH2＞0。
下列“C10H18（l）→C10H12（l）→C10H8（l）”的“能量～反应过程”示意图正确的是（ ）
【答案】B
【解析】某温度下，ΔH1＞ΔH2＞0。
说明该反应的正反应均为吸热反应，即反应物的总能量小于生成物的总能量，A、C错误；由于ΔH1＞ΔH2，说明第一个反应吸收的热量比第二个反应多，从B、D两个图像看出，D中ΔH2＞ΔH1，不符合题意，B正确。
2．（2019·台州模拟）已知1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143kJ,18g水蒸气变成液态水放出44kJ的热量。
其他相关数据如下表：
O==O
H—H
H—O（g）
1mol化学键断裂时需要吸收的能量/kJ
496
436
x
则表中x为（ ）
A．920B．557C．463D．188
【答案】C
【解析】 根据题意，可得热化学方程式为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l） ΔH＝－572kJ·mol－1；而18g水蒸气变成液态水时放出44kJ热量，则2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g） ΔH＝－484kJ·mol－1，即－484kJ＝2×436kJ＋496kJ－4xkJ，解得x＝463。
3．
（1）甲醇是重要的化工原料。
利用合成气（主要成分为CO、CO2、H2）在催化剂作用下合成甲醇，已知反应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
803
465
413
写出CO2和H2在催化剂作用下生成CH3OH（g）和H2O（g）的热化学方程式：
_______________________________________________________________________。
（2）CH4超干重整CO2的催化转化原理示意图如下：
①过程Ⅰ生成1molH2时吸收123.5kJ热量，其热化学方程式为_______
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