高三化學二輪復習 第1部分 專題2 化學基本理論 突破點6 反應熱的計算與熱化學方程式的書寫

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突破點6　 反應熱的計算與熱化學方程式的書寫 提煉1　反應熱的計算方法 1.利用熱化學方程式進行有關計算 根據(jù)已知的熱化學方程式、已知的反應物或生成物的物質(zhì)的量、反應吸收或放出的熱量，可以把反應熱當作“產(chǎn)物”，計算反應放出或吸收的熱量。 2．根據(jù)燃燒熱數(shù)據(jù)，計算反應放出的熱量 計算公式：Q＝燃燒熱n(可燃物的物質(zhì)的量)。 3．根據(jù)舊鍵斷裂和新鍵形成過程中的能量差計算焓變 若反應物舊化學鍵斷裂吸收能量E1，生成物新化學鍵形成放出能量E2，則反應的ΔH＝E1－E2。 4．利用物質(zhì)具有的能量計算：ΔH＝∑E(生成物)－ ∑E(反應物)。 5．利用反應的互逆性關系計算：AB，ΔH1＝－ΔH2。 6．利用蓋斯定律計算：對于存在下列關系的反應： 提煉2　熱化學方程式的書寫與反應熱大小的比較 1.熱化學方程式書寫的“六個注意” 2．反應熱大小的比較方法 (1)利用蓋斯定律比較，如比較ΔH1與ΔH2的大小的方法。因ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0(均為放熱反應)，依據(jù)蓋斯定律得ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，即|ΔH1|>|ΔH2|，所以ΔH1<ΔH2。 (2)同一反應的生成物狀態(tài)不同時，如 A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH1， A(g)＋B(g)===C(l)　ΔH2， 則ΔH1>ΔH2。 (3)同一反應的反應物狀態(tài)不同時，如 A(s)＋B(g)===C(g)　ΔH1， A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH2， 則ΔH1>ΔH2。 (4)兩個有聯(lián)系的反應相比較時，如 C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1①， C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2②。 比較方法：利用反應①(包括ΔH1)乘以某計量數(shù)減去反應②(包括ΔH2)乘以某計量數(shù)，即得出ΔH3＝ΔH1某計量數(shù)－ΔH2某計量數(shù)，根據(jù)ΔH3大于0或小于0進行比較。 總之，比較反應熱的大小時要注意： ①反應中各物質(zhì)的聚集狀態(tài)； ②ΔH有正負之分，比較時要連同“＋”、“－”一起比較，類似數(shù)學中的正、負數(shù)大小的比較； ③若只比較放出或吸收熱量的多少，則只比較數(shù)值的大小，不考慮正、負號。 回訪1　(2016全國丙卷節(jié)選)已知下列反應： 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 則反應SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)的ΔH＝________。 [解析]　將題給三個熱化學方程式分別標號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根據(jù)蓋斯定律，由Ⅰ＋Ⅱ－Ⅲ可得：SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)，則有ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。 [答案]　ΔH1＋ΔH2－ΔH3 回訪2　(1)(2015全國卷Ⅰ節(jié)選)已知反應2HI(g)===H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJmol－1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收436 kJ、151 kJ的能量，則1 mol HI(g)分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為________kJ。 (2)(2015全國卷Ⅱ節(jié)選)甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇。發(fā)生的主要反應如下： 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 回答下列問題： 已知反應①中相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下： 化學鍵 H—H C—O CO H—O C—H E/(kJmol－1) 436 343 1 076 465 413 由此計算ΔH1＝________kJmol－1；已知ΔH2＝－58 kJmol－1，則ΔH3＝________kJmol－1。 [解析]　(1)設1 mol HI(g)分子中化學鍵斷裂吸收的能量為x，則2x－436 kJ－151 kJ＝＋11 kJ，x＝299 kJ。 (2)根據(jù)鍵能與反應熱的關系可知，ΔH1＝反應物的鍵能之和－生成物的鍵能之和＝(1 076 kJmol－1＋2436 kJmol－1)－(413 kJmol－13＋343 kJmol－1＋465 kJmol－1)＝－99 kJmol－1。 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，由②－①可得：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，結(jié)合蓋斯定律可得：ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝(－58 kJmol－1)－(－99 kJmol－1)＝＋41 kJmol－1。 [答案]　(1)299　(2)－99?。?1 回訪3　(1)(2014新課標全國卷Ⅰ節(jié)選)已知： 甲醇脫水反應 2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH1＝－23.9 kJmol－1 甲醇制烯烴反應 2CH3OH(g)===C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－29.1 kJmol－1 乙醇異構(gòu)化反應 C2H5OH(g)===CH3OCH3(g) ΔH3＝＋50.7 kJmol－1 則乙烯氣相直接水合反應C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g)的ΔH＝__kJmol－1。 (2)(2013新課標全國卷Ⅰ節(jié)選)二甲醚(CH3OCH3)是無色氣體，可作為一種新型能源。由合成氣(組成為H2、CO和少量的CO2)直接制備二甲醚，其中的主要過程包括以下四個反應： 甲醇合成反應： (ⅰ)CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH1＝－90.1 kJmol－1 (ⅱ)CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2＝－49.0 kJmol－1 水煤氣變換反應： (ⅲ)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41.1 kJmol－1 二甲醚合成反應： (ⅳ)2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH4＝－24.5 kJmol－1 由H2和CO直接制備二甲醚(另一產(chǎn)物為水蒸氣)的熱化學方程式為 ______________________________________________________________。 [解析]　(1)2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH1＝－23.9 kJmol－1　① 2CH3OH(g)===C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－29.1 kJmol－1?、? C2H5OH(g)===CH3OCH3(g) ΔH3＝＋50.7 kJmol－1?、? 根據(jù)蓋斯定律，由①－②－③得：C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g)　ΔH＝－45.5 kJmol－1。 (2)寫出由H2和CO直接制備二甲醚的化學方程式：4H2＋2CO=== CH3OCH3＋H2O。 由(ⅰ)得：2CO(g)＋4H2(g)===2CH3OH(g)　ΔH1＝(－90.1)2 kJmol－1； 由(ⅳ)得：2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH4＝－24.5 kJmol－1； 以上兩式相加得所求熱化學方程式的ΔH＝(－90.12)kJmol－1＋(－24.5) kJmol－1＝－204.7 kJmol－1。故熱化學方程式為4H2(g)＋2CO(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204.7 kJmol－1。 [答案]　(1)－45.5 (2)4H2(g)＋2CO(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204.7 kJmol－1 回訪4　(2014新課標全國卷Ⅱ)室溫下，將1 mol的CuSO45H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低，熱效應為ΔH1，將1 mol的CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高，熱效應為ΔH2；CuSO45H2O受熱分解的化學方程式為：CuSO45H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)，熱效應為ΔH3。則下列判斷正確的是(　　) A．ΔH2>ΔH3　　　　　 B. ΔH1<ΔH3 C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2 D. ΔH1＋ΔH2>ΔH3 B　[1 mol CuSO45H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低，為吸熱反應，故ΔH1>0,1 mol CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高，為放熱反應，故ΔH2<0,1 mol CuSO45H2O(s)溶于水可以分為兩個過程，先分解成1 mol CuSO4(s)和5 mol水，然后1 mol CuSO4(s)再溶于水，CuSO45H2O的分解為吸熱反應，即ΔH3>0，根據(jù)蓋斯定律得到關系式ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，分析得到答案：ΔH1<ΔH3。] 回訪5　(2013新課標全國卷Ⅱ)在1 200 ℃時，天然氣脫硫工藝中會發(fā)生下列反應 H2S(g)＋O2(g)===SO2(g)＋H2O(g)　ΔH1 2H2S(g)＋SO2(g)===S2(g)＋2H2O(g)　ΔH2 H2S(g)＋O2(g)===S(g)＋H2O(g)　ΔH3 2S(g)===S2(g)　ΔH4 則ΔH4的正確表達式為(　　) 【導學號：14942028】 A．ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2－3ΔH3) B．ΔH4＝(3ΔH3－ΔH1－ΔH2) C．ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2－3ΔH3) D．ΔH4＝(ΔH1－ΔH2－3ΔH3) A　[根據(jù)蓋斯定律找出各反應的反應熱之間的關系。 將前三個熱化學方程式分別標為①、②、③，根據(jù)蓋斯定律，由①＋②－2③可得：2S(g)===S2(g)　ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2－3ΔH3)。] 熱點題型1　利用化學鍵計算反應熱，熱化學方程式的書寫 1．已知： C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝a kJmol－1 2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－220 kJmol－1 H—H鍵、O===O鍵和O—H鍵的鍵能分別為436 kJmol－1、496 kJmol－1和462 kJmol－1，則a為(　　) A．－332　　 B. －118　　　 C．＋350　　 D. ＋130 D　[將兩個熱化學方程式分別標為①、②，則根據(jù)蓋斯定律可知②－①2即得到熱化學方程式O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－(220＋2a) kJ/mol。由于反應熱等于斷鍵吸收的能量與形成新化學鍵所放出的能量的差值，則496 kJ/mol＋2436 kJ/mol－22462 kJ/mol＝－(220＋2a) kJ/mol，解得a＝＋130，答案選D。] 2．(2016河南十所名校階段性測試)已知：①破壞1 mol A—A鍵、1 mol B—B鍵、1 mol A—B鍵時分別需要吸收436 kJ、498 kJ、463 kJ的能量；②反應2A2(g)＋B2(g)===2A2B(g)的能量變化如圖所示。下列說法中錯誤的是(　　) 【導學號：14942029】 A．體系中A2、B2最活潑 B. E1＝1 370 kJmol－1 C．ΔH＝－482 kJmol－1 D. 該反應是放熱反應 A　[由題圖可以看出，反應物的總能量高于生成物的總能量，所以該反應是放熱反應，D正確；E1表示斷開反應物中化學鍵所吸收的能量(即反應的活化能)，則E1＝2436 kJmol－1＋498 kJmol－1＝1 370 kJmol－1，B正確；E2表示形成生成物中化學鍵所放出的熱量，則E2＝22463 kJmol－1＝1 852 kJmol－1，ΔH＝E1－E2＝1 370 kJmol－1－1 852 kJmol－1＝－482 kJmol－1，C正確；圖中A和B具有的能量最高，因此A和B最活潑，故A錯誤。] 3．(1)(2016湖南懷化一模)燃料的使用和防止污染是社會發(fā)展中一個無法回避的矛盾話題。 直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會引起嚴重的環(huán)境問題。煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含氮的氧化物，用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。 已知：①CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－860.0 kJmol－1 ②2NO2(g)N2O4(g)　ΔH2＝－66.9 kJmol－1 寫出CH4催化還原N2O4(g)生成N2和H2O(g)、CO2的熱化學方程式： ______________________________________________________________。 (2)(2016湖南懷化二模)如圖為1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反應生成NO(g)和CO2(g)過程中的能量變化示意圖。已知E1＝134 kJ/mol，E2＝368 kJ/mol(E1、E2為反應的活化能)。若在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，則E1、ΔH的變化分別是________、________(填“增大”“減小”或“不變”)。寫出該反應的熱化學方程式：_______________________________。 [解析]　(1)根據(jù)蓋斯定律，反應①－反應②即可得熱化學方程式：CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－860.0 kJmol－1＋66.9 kJmol－1＝－793.1 kJmol－1。 (2)E1為該反應的活化能，加入催化劑能降低反應的活化能但不能改變反應熱。ΔH＝生成物總能量－反應物總能量＝E1－E2，據(jù)此可寫出反應的熱化學方程式。 [答案]　(1)CH4(g)＋N2O4(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－793.1 kJmol－1 (2)減小　不變 NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)　ΔH＝－234 kJmol－1 4．(名師押題)參考下列圖表和有關要求回答問題： (1)甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應原理是： ①CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋49.0 kJmol－1 ②CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝－192.9 kJmol－1 又知：③H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44 kJmol－1 則甲醇燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式為___________________________。 (2)下表是部分化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)： 化學鍵 P—P P—O O===O P===O 鍵能/kJmol－1 a b c x 已知1 mol白磷(P4)完全燃燒放熱為d kJ，白磷及其完全燃燒的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)如圖所示，則上表中x＝________(用含有a、b、c、d的代數(shù)式表示)。 [解析]　(1)②3－①2＋③2得CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝3(－192.9 kJmol－1)－249.0 kJmol－1＋(－44 kJmol－1)2＝－764.7 kJmol－1。 (2)反應熱＝反應物鍵能總和－生成物鍵能總和，即6a＋5c－(4x＋12b)＝－d，解得x＝－(12b－d－6a－5c)或(d＋6a＋5c－12b)。 [答案]　(1)CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－764.7 kJmol－1 (2)－(12b－d－6a－5c)或(d＋6a＋5c－12b) 熱化學方程式書寫與正誤判斷的步驟 熱點題型2　蓋斯定律及其應用 1．用H2可將工業(yè)廢氣中的NO催化還原為N2，其能量轉(zhuǎn)化關系如圖(圖中計量單位為mol)，則：NO(g)＋H2(g)===N2(g)＋H2O(g)的ΔH為(　　) A.(a＋b－c－d) kJmol－1 B.(c＋a－d－b) kJmol－1 C.(c＋d－a－b) kJmol－1 D.(c＋d－a－b) kJmol－1 A　[由圖中轉(zhuǎn)化可知，斷裂化學鍵吸收能量，形成化學鍵釋放能量，發(fā)生2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝(a＋b－c－d) kJmol－1，又因為化學計量數(shù)與反應中的能量變化成正比，則NO(g)＋H2(g)===N2(g)＋H2O(g)　ΔH＝(a＋b－c－d) kJmol－1。] 2．(2016昆明重點中學測試四)氫氣、鋁、鐵都是重要的還原劑。已知下列反應的熱化學方程式： 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1 3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g)　ΔH2 2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH3 2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4 2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔH5 下列關于上述反應焓變的判斷正確的是(　　) 【導學號：14942030】 A．ΔH1<0，ΔH3>0 B．ΔH5<0，ΔH4<ΔH3 C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3 D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5 B　[燃燒反應是放熱反應，故ΔH1<0，ΔH3<0，A錯；鋁熱反應是放熱反應，故ΔH5<0，ΔH5＝ΔH4－ΔH3<0，即ΔH4<ΔH3，B正確；ΔH1＝(ΔH2＋ΔH3)2/3，C錯；ΔH3＝ΔH4－ΔH5，D錯。] 3．已知下列熱化學方程式： ①2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJmol－1； ②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJmol－1； ③2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566.0 kJmol－1； ④CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890.0 kJmol－1。 請回答下列問題： (1)CO的燃燒熱為_________________________________。 (2)熾熱的木炭與二氧化碳反應生成一氧化碳的反應為________(填“放熱”或“吸熱”)反應，理由是__________________________。 (3)實驗中測定甲烷與氧氣反應生成CO的反應熱不易操作，原因是_______， 寫出甲烷與氧氣反應生成CO的熱化學方程式：______________________。 [解析]　(1)由熱化學方程式③可知CO的燃燒熱為－283.0 kJmol－1。(2)熱化學方程式①減去熱化學方程式②可得C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝＋172.5 kJmol－1，故該反應為吸熱反應。(3)甲烷燃燒時，無法控制反應使其完全生成CO，一般生成CO和CO2的混合物，故甲烷與氧氣反應生成CO的反應熱不易直接測定。根據(jù)蓋斯定律，④2－③即得新的熱化學方程式2CH4(g)＋3O2(g)===2CO(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 214.0 kJmol－1。 [答案]　(1)－283.0 kJmol－1　(2)吸熱　由熱化學方程式①減去熱化學方程式②可得C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝＋172.5 kJmol－1　(3)不能保證甲烷全部生成CO　2CH4(g)＋3O2(g)===2CO(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 214.0 kJmol－1 4.運動會中的火炬一般采用丙烷為燃料。丙烷的熱值較高，污染較小，是一種優(yōu)良的燃料。試回答下列問題： (1)一定量的丙烷完全燃燒生成CO2(g)和1 mol H2O(l)過程中的能量變化曲線如圖所示，請在圖中的括號內(nèi)填“＋”或“－”。 (2)寫出表示丙烷燃燒熱的熱化學方程式： ______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (3)二甲醚(CH3OCH3)是一種新型燃料，應用前景廣闊。1 mol二甲醚完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l)時放出1 455 kJ熱量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合氣體完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l)時共放出1 645 kJ熱量，則混合氣體中丙烷和二甲醚的物質(zhì)的量之比為________。 [解析]　(1)一定量的丙烷完全燃燒生成CO2(g)和1 mol H2O(l)的過程放熱，ΔH為負值。(2)燃燒熱是1 mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量，所以表示丙烷燃燒熱的熱化學方程式為C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 215.0 kJmol－1。(3)n(二甲醚)1 455 kJmol－1＋[1 mol－n(二甲醚)]2 215.0 kJmol－1＝1 645 kJ，解得n(二甲醚)＝0.75 mol，n(丙烷)＝0.25 mol。 [答案]　(1)－　(2)C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 215.0 kJmol－1　(3)1∶3 5．(名師押題)通常人們把斷開1 mol化學鍵所吸收的能量看成是該化學鍵的鍵能。已知N2、O2分子中化學鍵的鍵能分別是946 kJmol－1、497 kJmol－1。 查閱資料知： ①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180 kJmol－1； ②2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝－112 kJmol－1； ③2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJmol－1； ④C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJmol－1。 (1)NO分子中化學鍵的鍵能為_________________________。 (2)CO與NO2反應的熱化學方程式為4CO(g)＋2NO2(g)===4CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝________。 [解析]　(1)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180 kJmol－1，斷開1 mol反應物的化學鍵共吸收熱量：946 kJ＋497 kJ＝1 443 kJ，則NO分子中化學鍵的鍵能為 kJmol－1＝631.5 kJmol－1。 (2)根據(jù)蓋斯定律，由4④－(2③＋①＋②)可得4CO(g)＋2NO2(g)===4CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－1 200 kJmol－1。 [答案]　(1)631.5 kJmol－1　(2)－1 200 kJmol－1 根據(jù)蓋斯定律計算ΔH的步驟和方法 1．計算步驟 2．計算方法