易错08 盖斯定律与热化学方程式-备战2022年高考化学一轮复习易错题

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易错08 盖斯定律与热化学方程式
【易错分析】
1.ΔH单位中的“mol-1”并不是指每摩尔具体物质,而是指每摩尔具体反应。
2.无论化学反应是否可逆,热化学方程式中的反应热ΔH都表示反应进行到底时的能量变化。
3.比较ΔH大小时,要带“+”“-”进行比较。
4.书写热化学方程式时务必要看清题目要求。例如,书写表示燃烧热的热化学方程式时,可燃物的化学计量数必须为1。
5.运用盖斯定律计算化学反应热或书写热化学方程式时,当热化学方程式乘、除以某一个数时,ΔH 也应相应地乘、除以某一个数; 热化学方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH 看作一个整体进行运算。
6.常见物质中的化学键数目如下: 利用键能计算反应热关键是弄清物质中化学键的数目，常见单质、化合物中所含共价键的数目：1 mol金刚石中含2 mol C—C键，1 mol硅中含2 mol Si—Si键，1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键；1 mol P4中含有6 mol P—P键，1 mol P4O10(即五氧化二磷)中，含有12 mol P—O键、4 mol P==O键，1 mol C2H6中含有6 mol C—H键和 1 mol C—C键。

【错题纠正】
例题1、(1)用NaOH溶液吸收热电企业产生的废气时,转化关系如图所示，由图中关系可得：ΔH4= 。(用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示)

(2)用太阳能分解水制备H2是一项新技术,其过程如图所示，已知:①2H2O(g)=2H2(g)+O2(g)ΔH=+483.6 kJ·mol-1②2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g)ΔH=+604.8 kJ·mol-1，过程Ⅱ的热化学方程式是 。
【解析】(1)根据盖斯定律分析,反应的能量变化取决于反应物和生成物,与过程无关,所以根据图1分析,有ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4，可得ΔH4=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
(2)过程Ⅱ是FeO与水反应生成Fe3O4和H2，根据盖斯定律,由①-②2得热化学方程式为3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g)ΔH=-60.6 kJ·mol-1。
【答案】（1）ΔH1+ΔH2-ΔH3
（2）3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g)ΔH=-60.6 kJ·mol-1
例题2、(1)二甲醚(CH3OCH3)重整制取H2,具有无毒、无刺激性等优点。CH3OCH3和O2发生反应CH3OCH3(g)+12O2(g)=2CO(g)+3H2(g)ΔH，已知：①CH3OCH3(g)=CO(g)+H2(g)+CH4(g)ΔH1②CH4(g)+32O2(g)=CO(g)+2H2O(g)　ΔH2③H2(g)+12O2(g)=H2O(g)ΔH3，则反应Ⅰ的ΔH= (用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。
（2）CO2与CH4经催化重整,制得合成气：CH4(g)+ CO2(g)=2CO (g)+ 2H2(g)，已知上述反应中相关的化学键键能数据如下，则该反应的ΔH= 。

【解析】(1)根据盖斯定律,①+②-③×2得:CH3OCH3(g)+12O2(g)=2CO(g)+3H2(g)ΔH=ΔH1+ΔH2-2ΔH3。(2)①化学反应的焓变等于反应物的键能减去生成物的键能,所以焓变为(4×413+2×745) kJ·mol-1-(2×1075+2×436) kJ·mol-1= +120 kJ·mol-1。
【答案】（1）ΔH1+ΔH2-2ΔH3（2）+120 kJ· mol-1
【知识清单】
1.反应热与键能的关系：反应热ΔH＝E1－E2或ΔH＝E4－E3，即ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。
2.热化学方程式书写的注意事项
(1)注意ΔH的符号和单位：ΔH的单位为kJ·mol－1。
(2)注意测定条件：绝大多数的反应热ΔH是在25 ℃、101 kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。
(3)注意热化学方程式中的化学计量数：热化学方程式化学计量数可以是整数，也可以是分数。
(4)注意物质的聚集状态：气体用“g”、液体用“l”、固体用“s”、溶液用“aq”。热化学方程式中不用“↑”和“↓”。
(5)注意ΔH的数值与符号：如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。
(6)对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态外，还要注明物质的名称。如①S(单斜，s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH1＝－297.16 kJ·mol－1②S(正交，s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH2＝－296.83 kJ·mol－1③S(单斜，s)===S(正斜，s)ΔH3＝－0.33 kJ·mol－1。
3.盖斯定律
盖斯定律指出化学反应不管是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的。化学反应的反应热只与反应的始态与终态有关,而与具体的反应途径无关。也就是说相关热化学方程式之间可以“加减”,随之反应热△H也相应地“加减”。利用盖斯定律书写热化学方程式的步骤如下：
（1）写：书写待求的反应方程式。
（2）看：看待求的反应方程式中的反应物和生成物在已知方程式中的位置，如果位置相同，即都是反应物，或都是生成物，则用加法，即加DH；如果位置相反，则用减法，即减DH。
（3）调：根据待求方程式中的反应物和生成物的系数，观察同一物质前的系数是否一致，若不一致，则在相应的物质前乘或除以一定数字，将其系数调整与待求的方程式中的反应物和生成物的系数一致。
（4）查：有时往往会出现一些干扰的方程式，我们最好检验上述分析的正确与否。
（5）和：将已知方程式变形后的DH相加，计算得出新的DH的值。

【变式练习】
1.（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
已知反应①中相关的化学键键能数据如下，由此计算ΔH1= kJ·mol-1，已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3= kJ·mol-1。

（2）(2)已知：2Cu(s)＋O2(g)===Cu2O(s)　ΔH＝－a kJ·mol－1，C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－b kJ·mol－1，Cu(s)＋O2(g)===CuO(s)　ΔH＝－c kJ·mol－1，则用炭粉在高温条件下还原CuO的热化学方程式为2CuO(s)＋C(s)===Cu2O(s)＋CO(g)　ΔH＝________kJ·mol－1。
2. (1)NH3催化氧化可制备硝酸。NH3氧化时发生如下反应：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)
ΔH1=-907.28 kJ·mol-1，4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)ΔH2=-1269.02kJ·mol-1，则
4NH3(g)+6NO(g)= 5N2(g)+6H2O(g)　ΔH3=　　　　　　。
(2)肼(N2H4)是一种火箭燃料。已知：N2(g)+2O2(g)= 2NO2(g)ΔH=+67.7 kJ·mol-1，N2H4(g)
+O2(g)= N2(g)+2H2O(g)ΔH=-534.0 kJ·mol-1，NO2(g)= N2O4(g)ΔH=-28.0 kJ·mol-1，则反应2N2H4(g)+N2O4(g)= 3N2(g)+4H2O(g)的ΔH=　　　　kJ·mol-1。

【易错通关】
1.制取甲胺的反应为CH3OH(g)＋NH3(g) CH3NH2(g)＋H2O(g)　ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据如下，则该反应的ΔH＝________kJ·mol－1。
共价键
C—O
H—O
N—H
C—N
键能/kJ·mol－1
351
463
393
293
2.乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：，已知化学键键能数据如下，计算上述反应的ΔH＝________ kJ·mol－1。
化学键
C—H
C—C
C===C
H—H
键能/kJ·mol－1
412
348
612
436
3.已知反应2HI(g)===H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·mol－1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量，则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为____________kJ。
4.已知C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－220 kJ·mol－1，H—H、O===O和O—H键的键能分别为436 kJ·mol－1、496 kJ·mol－1和462 kJ·mol－1，则a为 。
5.已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1，C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1，2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1，则汽车尾气净化的反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝____________kJ·mol－1。
6.石灰石脱硫法是以石灰石为原料通过系列反应将硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：CaSO4 (s)＋CO (g) ===CaO(s)＋SO2 (g)＋CO2 (g)ΔH1＝＋218.4 kJ·mol－1(反应Ⅰ)，CaSO4(s)＋4CO(g) ===CaS(s)＋4CO2(g)ΔH2＝－175.6 kJ·mol－1(反应Ⅱ)。结合反应Ⅰ、Ⅱ写出CaSO4(s)与CaS(s) 的反应的热化学方程式_______________。
7.NO可直接用活性铁粉转化为N2，已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)ΔH1，4Fe(s)＋3O2(g)===
2Fe2O3(s)　ΔH2，则6NO(g)＋4Fe(s)===2Fe2O3(s)＋3N2(g)ΔH＝_____(用“ΔH1”、“ΔH2”表示)。
8.黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)　ΔH＝x kJ·mol－1。已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1，S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1，2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1，则x为 kJ·mol－1。
9.烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收，可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为
NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g)ΔH＝－200.9 kJ·mol－1，NO(g)＋O2(g)===NO2(g)ΔH＝－58.2 kJ·mol－1，SO2(g)＋O3(g)===SO3(g)＋O2(g)ΔH＝－241.6 kJ·mol－1，则反应3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
10.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＝_____。
11.有关化学键的键能数据如表所示，碳的燃烧热ΔH＝－395 kJ·mol－1，假设单质碳中只存在C—C键且基本结构单元为正四面体，则x的值为 。
化学键
C==O
O==O
C—C
键能/kJ·mol－1
x
498.8
345.6
12.①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l)ΔH1②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l)ΔH2③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　　ΔH3④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)ΔH4＝－1 048.9 kJ·mol－1，上述反应热效应之间的关系式为ΔH4＝__________。
13.工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知25 ℃，101 kPa时：CaO(s)
＋H2SO4(l)===CaSO4(s)＋H2O(l)ΔH＝－271 kJ·mol－1，5CaO(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)===
Ca5(PO4)3F(s)＋5H2O(l)ΔH＝－937 kJ·mol－1，则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是_______________________。

参考答案
【变式练习】
1.（1）+41 kJ·mol-1（2）－(a＋b－2c)(或2c－a－b)
【解析】(1)ΔH1=(1076+436×2) kJ·mol-1-(413×3+343+465) kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1。②-③可得①,故ΔH2-ΔH3=ΔH1,ΔH3=-58 kJ·mol-1- (-99 kJ·mol-1)=+41 kJ·mol-1。（2）设三个已知热化学方程式依次分别为①、②、③，由①＋②－③×2得2CuO(s)＋C(s)===Cu2O(s)＋CO(g)　ΔH＝(2c－a－b ) kJ·mol－1。
2.（1）-1 811.63 kJ·mol-1（2）-1 079.7
【解析】（1）将给定的两个热化学方程式分别标为 Ⅰ、Ⅱ，将两个热化学方程式按照×Ⅱ-× Ⅰ，处理后得到目标热化学方程式，故ΔH3=×ΔH2-×ΔH1=-1811.63kJ·mol-1。（2）将给定的三个热化学方程式分别标为①②③，将②×2-③×2-①可得到目标热化学方程式，故ΔH=[-534.0×2-(-28.0×2)-67.7] kJ·mol-1=-1079.7kJ·mol-1。

【易错通关】
1.－12
【解析】ΔH＝反应物总键能－生成物总键能＝393 kJ·mol－1×3＋351 kJ·mol－1＋463 kJ·mol－1－(293 kJ·mol－1＋393 kJ·mol－1×2＋463 kJ·mol－1×2)＝－12 kJ·mol－1。
2. 124
【解析】设“”部分的化学键键能为a kJ·mol－1，则ΔH＝(a＋348＋412×5) kJ·mol－1－(a＋612＋412×3＋436) kJ·mol－1＝124 kJ·mol－1。
3. 299
【解析】形成1 mol H2(g)和1 mol I2(g)共放出436 kJ＋151 kJ＝587 kJ能量，设断裂2 mol HI(g)中化学键吸收2a kJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H—I)－E(H—H)－E(I—I)，2E(H—I)＝ΔH＋E(H—H)＋E(I—I)＝11 kJ·mol－1＋436 kJ·mol－1＋151 kJ·mol－1＝598 kJ·mol－1，则E(H—I)＝299 kJ·mol－1。]
4. 130
【解析】根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。根据题中给出的键能可得出热化学方程式：③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝(2×436＋496－4×462) kJ·mol－1，即③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝－480 kJ·mol－1，题中②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－220 kJ·mol－1，(②－③)×得①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝(ΔH2－ΔH3)×，即a＝(－220＋480)×＝130。
5. －746.5
【解析】用盖斯定律知：②×2－①－③得：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。
6. 3CaSO4(s)＋CaS(s)===4CaO(s)＋4SO2(g)　ΔH＝＋1 049.2 kJ·mol－1
【解析】CaSO4(s)＋CO(g)===CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH1＝＋218.4 kJ·mol－1(反应Ⅰ)；CaSO4(s)＋4CO(g)===CaS(s)＋4CO2(g)　ΔH2＝－175.6 kJ·mol－1(反应Ⅱ)，根据盖斯定律将反应Ⅰ×4－反应Ⅱ得：3CaSO4(s)＋CaS(s)===4CaO(s)＋4SO2(g)　ΔH＝＋1 049.2 kJ·mol－1。
7. ΔH2－3ΔH1
【解析】已知①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH1；②4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH2，利用盖斯定律将②－①×3可得6NO(g)＋4Fe(s)===2Fe2O3(s)＋3N2(g)，则ΔH＝ΔH2－3ΔH1。
8. 3a＋b－c
【解析】由碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1，得①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1，将另外两个热化学方程式依次编号为②、③，目标反应可由①×3＋②－③得到，所以ΔH＝3ΔH1＋ΔH2－ΔH3，即x＝3a＋b－c。
9. －317.3
【解析】对所给的三个热化学方程式由上到下依次标记为①、②、③，由反应①和②可知O2是中间产物，①＋②×2消去O2，可得目标反应，故目标反应的ΔH＝－200.9 kJ·mol－1＋(－58.2 kJ·mol－1)×2＝－317.3 kJ·mol－1。
10. ΔH1＋ΔH2－ΔH3
【解析】将题中的3个反应依次标记为①、②、③，根据盖斯定律，①＋②－③即得所求的反应，ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。
11. 792.5
【解析】在碳的正四面体结构中，每个碳原子形成4个C—C键，每个C—C键由2个碳原子共有，故每个碳原子拥有的C—C键数目为2。结合反应热与键能关系：ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和，可得2×345.6＋498.8－2x＝－395，计算得x＝792.5。
12. 2ΔH3－2ΔH2－ΔH1
【解析】对照目标热化学方程式中的反应物和生成物在已知热化学方程式中的位置和化学计量数，利用盖斯定律，故ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1。
13. Ca5(PO4)3F(s)＋5H2SO4(l)===5CaSO4(s)＋HF(g)＋3H3PO4(l)　ΔH＝－418 kJ·mol－1
【解析】先写出目标反应：Ca5(PO4)3F(s)＋5H2SO4(l)===5CaSO4(s)＋HF(g)＋3H3PO4(l)，将题干中的两个热化学方程式分别编号为①、②，根据盖斯定律，目标反应可由反应①×5－②获得，ΔH＝(－271 kJ·mol－1)×5－(－937 kJ·mol－1)＝－418 kJ·mol－1。