高考化学一轮复习讲练 第6章 第19讲　化学能与热能 (含解析)

这是一份高考化学一轮复习讲练 第6章 第19讲　化学能与热能 (含解析)，共23页。试卷主要包含了放热反应和吸热反应的判断，5 ml N2和1，3 kJ的热量不是0，2 kJ·ml－1，2 kJ·ml－1，等内容，欢迎下载使用。

考纲要求 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.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。5.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。6.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。
1．焓变、反应热
(1)焓与焓变
(2)反应热和焓变的关系
反应热是一定条件下化学反应释放或吸收的热量。恒压条件下进行的化学反应的焓变等于反应热，因此常用ΔH表示反应热。
2．焓变计算公式
(1)根据物质具有的能量来计算
ΔH＝E(总生成物)－E(总反应物)
(2)根据化学键的断裂与形成计算
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和
(3)根据化学反应过程中的能量变化来计算
3.放热反应和吸热反应的判断
(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析，如图所示。
(2)从反应热的量化参数——键能的角度分析
(3)记忆常见的放热反应和吸热反应
放热反应：①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化等。
吸热反应：①大多数分解反应；②盐的水解；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应等。
4．热化学方程式
(1)概念
表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。
(2)意义
表明了化学反应中的物质变化和能量变化。
如：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－571.6 kJ·ml－1
表示：2 ml氢气和1 ml氧气反应生成2 ml液态水时放出571.6 kJ的热量。
(3)热化学方程式的书写要求及步骤
理解应用
(1)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，若向一定体积密闭容器中加入1 ml N2和3 ml H2，充分反应后，放出热量 (填“＞”“＜”或“＝”)92.4 kJ，说明判断的理由。
答案 ＜ 上述反应为可逆反应，1 ml N2和3 ml H2不可能完全反应，因而放出的热量小于92.4 kJ。
(2)若向相同体积的密闭容器中充入2 ml NH3，在相同条件下，充分反应后， (填“放出”或“吸收”)热量，数值与(1)的 (填“相同”或“不同”)。
写出该反应的热化学方程式：
。
答案 吸收 相同 2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋92.4 kJ·ml－1
(1)放热反应不需要加热就能反应，吸热反应不加热就不能反应(×)
(2)物质发生化学变化都伴有能量的变化(√)
(3)浓H2SO4稀释是放热反应(×)
(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(×)
解析 焓变与反应条件无关。
(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)800 ℃、30 MPa下，将0.5 ml N2和1.5 ml H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，热化学方程式为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－38.6 kJ·ml－1(×)
解析 该反应可逆，19.3 kJ的热量不是0.5 ml N2完全反应放出的，其次该反应热的数值也不是101 kPa、25 ℃条件下的反应热。
(9)石墨转变为金刚石是吸热反应，则金刚石比石墨更稳定(×)
(1)化学反应一定伴随着能量的变化。化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，但这并不是唯一的表现形式，其他的还有发光、放电等。
(2)化学反应表现为吸热或放热，与反应开始时是否需要加热无关。
(3)吸热反应、放热反应均指化学反应。
(4)物质能量越高，越不稳定。
题组一 化学反应过程中能量变化原因的分析
1．CO2和CH4催化重整可制备合成气，对减缓燃料危机具有重要的意义，其反应历程示意图如下：
下列说法不正确的是( )
A．合成气的主要成分为CO和H2
B．①→②既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成
C．①→②吸收能量
D．Ni在该反应中作催化剂
答案 C
解析 由图示可知CO2和CH4在Ni催化作用下，最终生成CO和H2，故A项正确；化学反应的过程中存在构成反应物的键的断裂和生成物中键的形成，由图示可知①→②过程中既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成，故B项正确；①的能量总和大于②的能量总和，则①→②的过程放出能量，故C项错误；由图示可知CO2和CH4催化重整生成CO和H2的过程中Ni的质量和化学性质没有发生变化，则Ni为催化剂，故D项正确。
2．(2018·湖南教育联盟联考)已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g) ΔH＝＋100 kJ·ml－1的能量变化如图所示，判断下列叙述中正确的是( )
A．加入催化剂，该反应的反应热ΔH将减小
B．每形成2 ml A—B键，将吸收b kJ能量
C．每生成2分子AB吸收(a－b) kJ热量
D．该反应正反应的活化能大于100 kJ·ml－1
答案 D
解析 催化剂不能改变反应热的大小，A错误；形成化学键，释放能量，B错误；热化学方程式中，化学计量数代表物质的量，C错误。
3．化学反应①AB和②BC的能量反应过程图如下所示。下列有关该反应的叙述错误的是( )
A．反应①的ΔH1＞0
B．反应②在升高温度时，平衡向正反应方向移动
C．反应②的活化能小于反应①的活化能
D．总反应③AC的ΔH3＞0
答案 B
解析 A项，AB的反应，反应物总能量(A点)小于生成物总能量(B点)，AB的反应为吸热反应，吸热反应ΔH1＞0，正确；B项，BC的反应，反应物总能量(B点)大于生成物总能量(C点)，反应为放热反应，升高温度时，平衡向逆反应方向移动，错误；D项，总反应③AC反应的反应物总能量(A点)小于生成物总能量(C点)，反应为吸热反应，ΔH3＞0，正确。
(1)焓变与反应发生的条件、反应进行是否彻底无关。
(2)催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。
(3)在化学反应中，反应物各原子之间的化学键不一定完全断裂。
题组二 依据键能或能量变化图计算焓变
4．CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示：
回答下列问题：
(1)该反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)该反应的焓变ΔH＝ 。
答案 (1)放热 (2)－41 kJ·ml－1
5．通常把拆开1 ml某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据，供计算使用。
工业上的高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)，该反应的反应热ΔH为 。
答案 ＋236 kJ·ml－1
解析 SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于原子晶体，可根据原子晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。1 ml晶体硅中所含的Si—Si键为 2 ml，即制取高纯硅反应的反应热ΔH＝4×360 kJ·ml－1＋2×436 kJ·ml－1－(2×176 kJ·ml－1＋4×431 kJ·ml－1)＝＋236 kJ·ml－1。
熟记常见物质中的化学键数目
题组三 热化学方程式的判断与书写
6．实验测得：101 kPa时，1 ml H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ的热量；1 ml CH4完全燃烧生成液态水和CO2，放出890.3 kJ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＝＋890.3 kJ·ml－1
②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ
③CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890.3 kJ·ml－1
④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·ml－1
A．仅有②④ B．仅有④
C．仅有②③④ D．全部符合要求
答案 B
解析 ①ΔH＝－890.3 kJ·ml－1，②焓变的单位不正确，③水的状态不正确。
7．依据事实写出下列反应的热化学方程式。
(1)SiH4是一种无色气体，遇到空气能发生爆炸性自燃，生成SiO2和液态H2O。已知室温下2 g SiH4自燃放出热量89.2 kJ。SiH4自燃的热化学方程式为
。
(2)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25 ℃、101 kPa下，已知该反应每消耗1 ml CuCl(s)，放热44.4 kJ，该反应的热化学方程式是
。
(3)下图是1 ml NO2和1 ml CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：
。
答案 (1)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l) ΔH＝－1 427.2 kJ·ml－1
(2)4CuCl(s)＋O2(g)===2CuCl2(s)＋2CuO(s) ΔH＝－177.6 kJ·ml－1
(3)NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g) ΔH＝－234 kJ·ml－1
书写热化学方程式要“五查”
(1)查热化学方程式是否配平。
(2)查各物质的聚集状态是否正确。
(3)查ΔH的“＋”“－”符号是否正确。
(4)查反应热的单位是否为kJ·ml－1。
(5)查反应热的数值与化学计量数是否对应。
1．燃烧热和中和热的比较
2.中和热的测定
(1)实验装置
(2)测定原理
ΔH＝－eq \f(m酸＋m碱·c·t终－t始,n)
c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1；
n为生成H2O的物质的量。
(3)注意事项
①泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温。
②为保证酸完全中和，采取的措施是若采用的酸、碱浓度相等，可采用碱体积稍过量。
3．能源
(1)能源分类
(2)解决能源问题的措施
①提高能源的利用效率：a.改善开采、运输、加工等各个环节；b.科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。
②开发新能源：开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
(1)S(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===SO3(g) ΔH＝－315 kJ·ml－1(燃烧热) (ΔH的数值正确)(×)
(2)葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·ml－1，则eq \f(1,2)C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 400 kJ·ml－1(√)
(3)NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1(中和热) (ΔH的数值正确)(√)
(4)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 ml水时放出57.3 kJ的热量(×)
(5)已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热ΔH＝2×(－57.3) kJ·ml－1(×)
(1)有关燃烧热的判断，一看是否以1 ml可燃物为标准，二看是否生成稳定氧化物。
(2)有关中和热的判断，一看是否以生成1 ml H2O为标准，二看酸碱的强弱和浓度，应充分考虑弱酸、弱碱，电离吸热，浓的酸碱稀释放热等因素。
题组一 能源的开发与利用
1．(2019·大同期末)化学与人类生活、社会可持续发展密切相关，下列说法正确的是( )
A．直接燃烧煤和将煤进行深加工后再燃烧的效率相同
B．天然气、水能属于一次能源，水煤气、电能属于二次能源
C．人们可以把放热反应释放的能量转化为其他可利用的能量，而吸热反应没有利用价值
D．地热能、风能、天然气和氢能都属于新能源
答案 B
解析 A项，将煤进行深加工后，脱硫处理、气化处理能很好地减少污染气体，提高燃烧效率，燃烧的效果好，错误；C项，有时需要通过吸热反应吸收热量降低环境温度，有利用价值，如“摇摇冰”的上市就是利用了吸热反应原理，错误；D项，地热能、风能和氢能都属于新能源，天然气是化石燃料，不属于新能源，错误。
2．(2020·长沙高三月考)能源可划分为一次能源和二次能源，直接从自然界取得的能源称为一次能源，一次能源经过加工、转换得到的能源称为二次能源。下列能源中属于一次能源的是( )
A．氢能 B．电能
C．核能 D．水煤气
答案 C
解析 A项，氢能是通过加工转换得到的，为二次能源，错误；B项，电能是二次能源，错误；C项，核能又叫原子能，它可分为核聚变能和核裂变能两类。核燃料，如氘、氚，它们均可从自然界中直接取得，属于一次能源，正确；D项，水煤气是通过煤和水蒸气制取的，是一氧化碳和氢气的混合气体，是二次能源，错误。
题组二 燃烧热、中和热的理解与应用
3．已知反应：
①101 kPa时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221 kJ·ml－1
②稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1
下列结论中正确的是( )
A．碳的燃烧热等于110.5 kJ·ml－1
B．①的反应热为221 kJ·ml－1
C．稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为114.6 kJ·ml－1
D．含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.65 kJ的热量
答案 D
解析 反应①没有生成稳定氧化物，因此碳的燃烧热大于110.5 kJ·ml－1，故A项错误；①的反应热为－221 kJ·ml－1，故B项错误；稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为57.3 kJ·ml－1，故C项错误；20 g NaOH的物质的量n(NaOH)＝0.5 ml，则Q＝0.5 ml×57.3 kJ·ml－1＝28.65 kJ，D项正确。
4．利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：
①用量筒量取50 mL 0.50 ml·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸温度；②用另一量筒量取50 mL 0.55 ml·L－1 NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。回答下列问题：
(1)为什么所用NaOH溶液要稍过量？
。
(2)倒入NaOH溶液的正确操作是 (填字母)。
A．沿玻璃棒缓慢倒入
B．分三次倒入
C．一次迅速倒入
(3)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是 (填字母)。
A．用温度计小心搅拌
B．揭开硬纸片用玻璃棒搅拌
C．轻轻地振荡烧杯
D．用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
(4)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1 L 1 ml·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为 。
(5)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1。为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：
依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝ (结果保留一位小数)。
(6) (填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是
。
答案 (1)确保盐酸被完全中和 (2)C (3)D (4)ΔH1＝ΔH2＜ΔH3 (5)－51.8 kJ·ml－1
(6)不能 H2SO4与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀，沉淀的生成热会影响反应的反应热
1．盖斯定律
(1)内容
对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。即：化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
(2)意义
间接计算某些反应的反应热。
(3)应用
2.反应热大小的比较
(1)看物质状态。物质的气、液、固三态转化时的能量变化如下：
(2)看ΔH的符号。比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号。
(3)看化学计量数。当反应物与生成物的状态相同时，化学计量数越大，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。
(4)看反应的程度。对于可逆反应，参加反应的物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。
应用体验
试比较下列各组ΔH的大小。
(1)同一反应，生成物状态不同时
A(g)＋B(g)===C(g) ΔH1＜0
A(g)＋B(g)===C(l) ΔH2＜0
则ΔH1 (填“>”“＜”或“＝”，下同)ΔH2。
答案 >
解析 因为C(g)===C(l) ΔH3＜0
则ΔH3＝ΔH2－ΔH1，ΔH2＜ΔH1。
(2)同一反应，反应物状态不同时
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＜0
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＜0
则ΔH1 ΔH2。
答案 ＜
解析
ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2，又ΔH3＜0，所以ΔH1＜ΔH2。
(3)两个有联系的不同反应相比
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＜0
C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH2＜0
则ΔH1 ΔH2。
答案 ＜
解析 根据常识可知，CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g) ΔH3＜0，又因为ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，所以ΔH2>ΔH1。
题组一 应用盖斯定律计算或比较焓变
1．(2020·长沙市第一中学高三测试)在25 ℃、101 kPa时，C(s)、H2(g)、CH3COOH(l)的燃烧热分别为393.5 kJ·ml－1、285.8 kJ·ml－1、870.3 kJ·ml－1，则2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为( )
A．－488.3 kJ·ml－1 B．＋488.3 kJ·ml－1
C．－191 kJ·ml－1 D．＋191 kJ·ml－1
答案 A
解析 由题知表示各物质燃烧热的热化学方程式分别为①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·ml－1；②H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·ml－1；③CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－870.3 kJ·ml－1。则2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)可由反应①×2＋②×2－③得出，则反应热为(－393.5 kJ·ml－1)×2＋(－285.8 kJ·ml－1)×2－(－870.3 kJ·ml－1)＝－488.3 kJ·ml－1。
2．(2019·桂林质检)氢卤酸的能量关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．已知HF气体溶于水放热，则HF的ΔH1＜0
B．相同条件下，HCl的ΔH2比HBr的小
C．相同条件下，HCl的ΔH3＋ΔH4比HI的大
D．一定条件下，气态原子生成1 ml H—X键放出a kJ能量，则该条件下ΔH2＝＋a kJ·ml－1
答案 D
解析 A项，已知HF气体溶于水放热，则HF气体溶于水的逆过程吸热，即HF的ΔH1＞0，错误；B项，由于HCl比HBr稳定，所以相同条件下HCl的ΔH2比HBr的大，错误；C项，ΔH3＋ΔH4代表H(g)―→H＋(aq)的焓变，与是HCl还是HI无关，错误；D项，一定条件下，气态原子生成1 ml H—X键放出a kJ能量，则断开1 ml H—X键形成气态原子吸收a kJ的能量，即为ΔH2＝＋a kJ·ml－1，正确。
3．(2020·开封模拟)已知室温下，将CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，将CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，则下列能量转化关系的判断不正确的是( )
A．ΔH1＞0 B．ΔH2＞ΔH3
C．ΔH3＞ΔH1 D．ΔH2＝ΔH1＋ΔH3
答案 C
解析 A项，CuSO4·5H2O(s)受热分解生成CuSO4(s)，为吸热反应，ΔH1＞0，正确；B项，ΔH2＞0，ΔH3＜0，则ΔH2＞ΔH3，正确；C项，ΔH3＜0，ΔH1＞0，则ΔH3＜ΔH1，错误；D项，根据盖斯定律可知：ΔH2＝ΔH1＋ΔH3，正确。
题组二 利用盖斯定律书写热化学方程式
4．根据已知信息，按要求写出指定反应的热化学方程式
(1)LiH可作飞船的燃料，已知下列反应：
①2Li(s)＋H2(g)===2LiH(s) ΔH＝－182 kJ·ml－1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－572 kJ·ml－1
③4Li(s)＋O2(g)===2Li2O(s) ΔH＝－1 196 kJ·ml－1
试写出LiH在O2中燃烧的热化学方程式：
。
答案 2LiH(s)＋O2(g)===Li2O(s)＋H2O(l) ΔH＝－702 kJ·ml－1
解析 2LiH(s)===2Li(s)＋H2(g) ΔH＝＋182 kJ·ml－1
2Li(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===Li2O(s) ΔH＝－598 kJ·ml－1
H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－286 kJ·ml－1
上述三式相加得：2LiH(s)＋O2(g)===Li2O(s)＋H2O(l) ΔH＝－702 kJ·ml－1。
(2)工业上制取硝酸铵的流程图如下所示：
已知：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 745.2 kJ·ml－1；
6NO(g)＋4NH3(g)5N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 925.2 kJ·ml－1。
则反应Ⅰ的热化学方程式可表示为 。
答案 4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 025.2 kJ·ml－1
解析 将已知的两个热化学方程式从上到下依次标记为①和②，根据盖斯定律由①×5－②×4得：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 025.2 kJ·ml－1。
(3)饮用水中的NOeq \\al(－,3)主要来自于NHeq \\al(＋,4)。已知在微生物的作用下，NHeq \\al(＋,4)经过两步反应被氧化成NOeq \\al(－,3)。两步反应的能量变化示意图如下：
1 ml NHeq \\al(＋,4)全部被氧化成NOeq \\al(－,3)的热化学方程式为
。
答案 NHeq \\al(＋,4)(aq)＋2O2(g)===NOeq \\al(－,3)(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l) ΔH＝－346 kJ·ml－1
5．(2019·山东潍坊二模)CH4超干重整CO2的催化转化如图1所示：
(1)已知相关反应的能量变化如图2所示：
过程Ⅰ的热化学方程式为 。
(2)关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是 (填字母)。
a．实现了含碳物质与含氢物质的分离
b．可表示为CO2＋H2===H2O(g)＋CO
c．CO未参与反应
d．Fe3O4、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH
答案 (1)CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.4 kJ·ml－1 (2)cd
解析 (1)由图2可得反应Ⅰ：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.2 kJ·ml－1，
反应Ⅱ：CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g) ΔH＝－165 kJ·ml－1；根据盖斯定律计算Ⅰ×2＋Ⅱ得到CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.4 kJ·ml－1。
(2)过程Ⅱ的第一步反应是CO＋CO2＋H2＋Fe3O4＋CaO―→H2O(g)＋Fe＋CaCO3，第二步反应是Fe＋CaCO3―→Fe3O4＋CaO＋CO；上述分析可知，两步反应实现了含碳物质与含氢物质的分离，a项正确；反应过程中总反应可表示为CO2＋H2===H2O(g)＋CO，b项正确；CO参与反应后又生成，c项错误；Fe3O4、CaO为催化剂，改变反应速率但不能改变反应的ΔH，d项错误。
利用盖斯定律计算反应热(ΔH)的解题流程
1．[2019·北京，27(1)①②]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。
答案 ①CH4＋2H2O(g)eq \(=====,\s\up7(催化剂))4H2＋CO2
②C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)[或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)]
解析 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)eq \(=====,\s\up7(催化剂))4H2＋CO2。②根据盖斯定律，由ⅰ＋ⅱ－ⅲ或ⅰ－ⅱ－ⅲ可得目标热化学方程式。
2．[2019·全国卷Ⅰ，28(3)]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH 0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正＝ eV，写出该步骤的化学方程式 。
答案 小于 2.02
COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*)
解析 观察起始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应，ΔH小于0。过渡态物质相对能量与起始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，该步起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为COOH*＋2H*＋OH*。
3．[2019·全国卷Ⅱ，27(1)]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：
已知(g)===(g)＋H2(g) ΔH1＝100.3 kJ·ml－1①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g) ΔH2＝－11.0 kJ·ml－1②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)③
ΔH3＝ kJ·ml－1。
答案 89.3
解析 根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(100.3－11.0)kJ·ml－1＝89.3 kJ·ml－1。
4．[2019·全国卷Ⅲ，28(2)]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：
Deacn直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)===CuCl(s)＋eq \f(1,2)Cl2(g) ΔH1＝83 kJ·ml－1
CuCl(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CuO(s)＋eq \f(1,2)Cl2(g)
ΔH2＝－20 kJ·ml－1
CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)
ΔH3＝－121 kJ·ml－1
则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的
ΔH＝ kJ·ml－1。
答案 －116
解析 将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由(①＋②＋③)×2得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－116 kJ·ml－1。
5．[2017·全国卷Ⅰ，28(2)]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 。
答案 H2O(l)===H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)
ΔH＝286 kJ·ml－1
H2S(g)===H2(g)＋S(s) ΔH＝20 kJ·ml－1
系统(Ⅱ)
解析 隔离分析两个系统，分别将每个系统中的三个方程式相加，即可得到所需答案。
基础知识训练
1．未来新能源的特点是资源丰富，在使用时对环境无污染或污染很小，且可以再生。下列符合未来新能源标准的是( )
①天然气 ②煤 ③核能 ④石油 ⑤太阳能 ⑥生物质能 ⑦风能 ⑧氢能
A．①②③④ B．⑤⑥⑦⑧
C．③⑤⑥⑦⑧ D．③④⑤⑥⑦⑧
答案 B
解析 天然气、煤、石油都是化石能源，不可再生，因此不属于未来新能源，①②④不符合；核能使用不当的话对环境有污染，且不可再生，故核能不属于未来新能源，③不符合；太阳能、生物质能、风能资源丰富，在使用时对环境无污染或污染很小，属于未来新能源，⑤⑥⑦符合、氢能可以再生，燃烧产物是水，氢气的原料为水，属于未来新能源，⑧符合，因此符合未来新能源标准的是⑤⑥⑦⑧，B项正确。
2．已知2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)为放热反应，对该反应的下列说法正确的是( )
A．因该反应为放热反应，故不加热就可发生
B．相同条件下，2 ml H2(g)的能量或1 ml CO(g)的能量一定高于1 ml CH3OH(g)的能量
C．相同条件下，反应物2 ml H2(g)和1 ml CO(g)的总能量一定高于生成物1 ml CH3OH的总能量
D．达到平衡时，CO的浓度与CH3OH的浓度一定相等
答案 C
解析 A项，放热反应与反应条件无关，可能需要加热才发生，错误；物质的能量与状态有关，由放热反应可知，相同条件下，2 ml H2(g)的能量与1 ml CO(g)的能量和一定高于1 ml CH3OH(g)的能量，B错误、C正确；D项，平衡时，各物质的浓度不变，浓度是否相等与起始量、转化率有关，错误。
3．“钙基固硫”是将煤中的硫元素以CaSO4的形式固定脱硫，而煤炭燃烧过程中产生的CO又会发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，导致脱硫效率降低。某温度下，反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2)，则下列反应过程能量变化示意图正确的是( )
反应Ⅰ：CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH1＝＋218.4 kJ·ml－1
反应Ⅱ：CaSO4(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO2(g) ΔH2＝－175.6 kJ·ml－1
答案 A
解析 反应Ⅰ为吸热反应，说明反应Ⅰ生成物的总能量比反应物的总能量高，排除B、C选项；反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2)，则说明反应Ⅰ的活化能较小，反应Ⅱ的活化能较大，排除D选项，选项A正确。
4．(2016·江苏，8)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是( )
①太阳光催化分解水制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋ O2(g)
ΔH1＝571.6 kJ·ml－1
②焦炭与水反应制氢：C(s)＋ H2O(g)===CO(g)＋ H2(g)
ΔH2＝131.3 kJ·ml－1
③甲烷与水反应制氢：CH4(g)＋ H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH3＝206.1 kJ·ml－1
A．反应①中电能转化为化学能
B．反应②为放热反应
C．反应③使用催化剂，ΔH3减小
D．反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝74.8 kJ·ml－1
答案 D
解析 反应①中是光能转化为化学能，A错误；反应②中ΔH>0，为吸热反应，B错误；催化剂只降低反应的活化能，不影响反应的焓变，C错误；根据盖斯定律，目标反应可由反应③－②获得，ΔH＝206.1 kJ·ml－1－131.3 kJ·ml－1＝74.8 kJ·ml－1，D正确。
5．(2019·九江高三模拟)25 ℃、101 kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3 kJ·ml－1，辛烷的燃烧热为5 518 kJ·ml－1。下列热化学方程式书写正确的是( )
A．2H＋(aq)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)＋Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1
B．KOH(aq)＋eq \f(1,2)H2SO4(aq)===eq \f(1,2)K2SO4(aq)＋H2O(l)ΔH＝－57.3 kJ·ml－1
C．C8H18(l)＋eq \f(25,2)O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g)
ΔH＝－5 518 kJ·ml－1
D．2C8H18(g)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l) ΔH＝－5 518 kJ·ml－1
答案 B
解析 A项，所列热化学方程式中有两个错误，一是中和热是指反应生成1 ml H2O(l)时的反应热，二是当有BaSO4沉淀生成时，反应放出的热量会增加，生成1 ml H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ，错误；C项，燃烧热是指1 ml 纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所产生的热量，产物中的水应为液态水，错误；D项，当2 ml辛烷完全燃烧时，产生的热量为11 036 kJ，且辛烷应为液态，错误。
6．(2020·邯郸教学质量检测)工业上，在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇。化学原理：CH2==CH2(g)＋H2O(g)===CH3CH2OH(g) ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示：
下列说法中错误的是( )
A．上述合成乙醇的反应是加成反应
B．相同时间段内，反应中用三种物质表示的反应速率相等
C．碳碳双键的键能小于碳碳单键键能的2倍
D．上述反应式中，ΔH＝－96 kJ·ml－1
答案 D
解析 题述反应式中，ΔH＝615 kJ·ml－1＋413 kJ·ml－1×4＋463 kJ·ml－1×2－348 kJ·ml－1－413 kJ·ml－1×5－463 kJ·ml－1－351 kJ·ml－1＝－34 kJ·ml－1，D项错误。
7．(2019·浙江4月选考，23)MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M＝Ca、Mg)：
M2＋(g)＋COeq \\al(2－,3)(g)eq \(――→,\s\up7(ΔH2))M2＋(g)＋O2－(g)＋CO2(g)
↑ΔH1 ↓ΔH3
MCO3(s)eq \(――→,\s\up7(ΔH))MOs＋CO2(g)
已知：离子电荷相同时，半径越小，离子键越强。下列说法不正确的是( )
A．ΔH1(MgCO3)＞ΔH1(CaCO3)＞0
B．ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)＞0
C．ΔH1(CaCO3)－ΔH1(MgCO3)＝ΔH3(CaO)－ΔH3(MgO)
D．对于MgCO3和CaCO3，ΔH1＋ΔH2＞ΔH3
答案 C
解析 根据盖斯定律，得ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3，又易知Ca2＋半径大于Mg2＋半径，所以CaCO3的离子键强度弱于MgCO3，CaO的离子键强度弱于MgO。A项，ΔH1表示断裂COeq \\al(2－,3)和M2＋的离子键所吸收的能量，离子键强度越大，吸收的能量越大，因而ΔH1(MgCO3)＞ΔH1(CaCO3)＞0，正确；B项，ΔH2表示断裂COeq \\al(2－,3)中共价键形成O2－和CO2吸收的能量，与M2＋无关，因而ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)＞0，正确；C项，由上可知ΔH1(CaCO3)－ΔH1(MgCO3)<0，而ΔH3表示形成MO离子键所放出的能量，ΔH3为负值，CaO的离子键强度弱于MgO，因而ΔH3(CaO)>ΔH3(MgO)，ΔH3(CaO)－ΔH3(MgO)>0，错误；D项，由以上分析可知ΔH1＋ΔH2>0，ΔH3<0，故ΔH1＋ΔH2＞ΔH3，正确。
8．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1
3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g) ΔH2
2Fe(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===Fe2O3(s) ΔH3
2Al(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===Al2O3(s) ΔH4
2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A．ΔH1<0，ΔH3>0
B．ΔH5<0，ΔH4<ΔH3
C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5
答案 B
解析 大多数化合反应为放热反应，而放热反应的反应热(ΔH)均为负值，故A错误；铝热反应为放热反应，故ΔH5<0，而2Fe(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===Fe2O3(s) ΔH3③，2Al(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===Al2O3(s) ΔH4④，由④－③可得：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔH5＝ΔH4－ΔH3<0，可得ΔH4<ΔH3、ΔH3＝ΔH4－ΔH5，故B正确、D错误；已知：3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g) ΔH2②，2Fe(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===Fe2O3(s) ΔH3③，将(②＋③)×eq \f(2,3)可得：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1＝eq \f(2,3)(ΔH2＋ΔH3)，故C错误。
9．(2019·成都模拟)(1)已知C(s，石墨)===C(s，金刚石)ΔH>0，则稳定性：金刚石 (填“>”“<”)石墨。
(2)已知：2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g) ΔH1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2
则ΔH1 (填“>”或“<”)ΔH2。
(3)“嫦娥”五号预计在海南文昌发射中心发射，火箭的第一、二级发动机中，所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼来制备。用肼(N2H4)作燃料，四氧化二氮作氧化剂，二者反应生成氮气和气态水。已知：
①N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g) ΔH＝＋10.7 kJ·ml－1
②N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－543 kJ·ml－1
写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式：
。
(4)25 ℃、101 kPa时，14 g CO在足量的O2中充分燃烧，放出141.3 kJ热量，则CO的燃烧热为ΔH＝ 。
(5)0.50 L 2.00 ml·L－1 H2SO4溶液与2.10 L 1.00 ml·L－1 KOH溶液完全反应，放出114.6 kJ热量，该反应的中和热ΔH＝ 。
(6)已知拆开1 ml H—H键、1 ml N—H键、1 ml N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式是 。
答案 (1)< (2)<
(3)2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 096.7 kJ·ml－1
(4)－282.6 kJ·ml－1
(5)－57.3 kJ·ml－1
(6)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·ml－1
解析 (1)已知C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH>0，说明该反应是吸热反应，因此石墨的总能量低于金刚石的总能量，而能量越低，物质越稳定，故稳定性：金刚石<石墨。
(2)ΔH1表示碳完全燃烧的反应热，ΔH2表示碳不完全燃烧的反应热，碳完全燃烧放热多，且放热越多ΔH越小。因此，ΔH1<ΔH2。
(3)根据盖斯定律，由2×②－①得：
2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝2×(－543 kJ·ml－1)－(＋10.7 kJ·ml－1)＝－1 096.7 kJ·ml－1。
(4)25 ℃、101 kPa时，14 g CO在足量的O2中充分燃烧，放出141.3 kJ的热量，则1 ml CO(即28 g CO)完全燃烧放出的热量是141.3 kJ×2＝282.6 kJ，即CO的燃烧热ΔH＝－282.6 kJ·ml－1。
(6)N2与H2反应生成NH3的热化学方程式可表示为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝E(N≡N)＋3E(H—H)－2×3E(N—H)＝946 kJ·ml－1＋3×436 kJ·ml－1－6×391 kJ·ml－1＝－92 kJ·ml－1。图示
意义
a表示正反应的活化能；b表示逆反应的活化能；c表示该反应的反应热
ΔH
图1：ΔH＝(a－b) kJ·ml－1＝－c kJ·ml－1，表示放热反应
图2：ΔH＝(a－b) kJ·ml－1＝c kJ·ml－1，表示吸热反应
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/kJ·ml－1
460
360
436
431
176
347
物质
CO2
(C==O)
CH4
(C—H)
P4
(P—P)
SiO2
(Si—O)
石墨
金刚石
S8
(S—S)
Si
键数
2
4
6
4
1.5
2
8
2
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热
ΔH及其单位
ΔH＜0，单位均为kJ·ml－1
不同点
反应物的量
1 ml
不一定为1 ml
生成物的量
不确定
生成水的量为 1 ml
反应热的含义
101 kPa时，1 ml纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量
在稀溶液里，酸与碱发生中和反应生成1 ml水时所放出的热量
表示方法
燃烧热ΔH＝－a kJ·ml－1(a＞0)
强酸与强碱反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·ml－1
实验序号
起始温度t1/ ℃
终止温度t2/ ℃
盐酸
氢氧化钠溶液
混合溶液
1
20.0
20.1
23.2
2
20.2
20.4
23.4
3
20.5
20.6
23.6
转化关系
反应热间的关系
aAeq \(――→,\s\up7(ΔH1))B、Aeq \(――→,\s\up7(ΔH2))eq \f(1,a)B
ΔH1＝aΔH2
Aeq \(,\s\up7(ΔH1),\s\d5(ΔH2))B
ΔH1＝－ΔH2
ΔH＝ΔH1＋ΔH2
化学键
C—H
C==C
H—O
C—C
C—O
键能/kJ·ml－1
413
615
463
348
351