2020届二轮复习 盖斯定律的应用及热化学方程式的书写 学案（全国通用）

盖斯定律的应用及热化学方程式的书写

 [全国卷]

(2)(2019·全国卷Ⅲ节选)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：

CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g)　ΔH1＝83 kJ·mol－1

CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g)　ΔH2＝－20 kJ·mol－1

CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)　ΔH3＝－121 kJ·mol－1

则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

[解析]　(1)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·mol－1＝＋89.3 kJ·mol－1。

(2)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·mol－1。

[答案]　(1)89.3　(2)－116

2．(1)(2018·全国卷Ⅲ节选)SiHCl3在催化剂作用下发生反应：

2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)ΔH1＝48 kJ·mol－1

3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)＋2SiHCl3(g)ΔH2＝－30 kJ·mol－1

则反应4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH为________kJ·mol－1。

(2)(2018·全国卷Ⅱ节选))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＝－75 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－394 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO(g)ΔH＝－111 kJ·mol－1

该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

[解析]　(1)将题给两个热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得：4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)，则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48 kJ·mol－1＋(－30 kJ·mol－1)＝114 kJ·mol－1。

(2)将题给三个已知热化学方程式依次编号为①②③，由③×2－①－②可得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)；根据盖斯定律，则该反应的ΔH＝(－111 kJ·mol－1)×2－(－75 kJ·mol－1)－(－394 kJ·mol－1)＝＋247 kJ·mol－1。

[答案]　(1)114　(2)247

3．(2017·全国卷Ⅰ)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________。

[解析]　将题干中的四个热化学方程式分别编号为①②③④，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＝327 kJ·mol－1－151 kJ·mol－1＋110 kJ·mol－1＝286 kJ·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＝－151 kJ·mol－1＋110 kJ·mol－1＋61 kJ·mol－1＝20 kJ·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)。

[答案]　H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝286 kJ·mol－1　H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝20 kJ·mol－1　系统(Ⅱ)

[省市卷]

1．(2019·天津卷)硅粉与HCl在300℃时反应生成1 mol SiHCl3气体和H2，放出225 kJ热量，该反应的热化学方程式为

______________________________________。

[答案]　Si(s)＋3HCl(g)===SiHCl3(g)＋H2(g)

ΔH＝－225 kJ·mol－1

2．(2018·江苏卷)NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。

用水吸收NOx的相关热化学方程式如下：

2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq)　ΔH＝－116.1

kJ·mol－1

3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)　ΔH＝75.9 kJ·mol－1

反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

[解析]　将题给三个热化学方程式依次编号为①、②和③，根据盖斯定律可知，③＝(①×3＋②)/2，则ΔH＝(－116.1 kJ·mol－1×3＋75.9 kJ·mol－1)/2＝－136.2 kJ·mol－1。

[答案]　－136.2

3．(2017·浙江卷)已知：2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g)

ΔH1＝3351 kJ·mol－1

2C(s)＋O2(g)===2CO(g)ΔH2＝－221 kJ·mol－1

2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s)ΔH3＝－318 kJ·mol－1

碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是

____________________________________。

[答案]　Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)===3CO(g)＋2AlN(s)

ΔH＝＋1026 kJ·mol－1

4．(2017·海南卷节选)碳酸钠是一种重要的化工原料，主要采用氨碱法生产。回答下列问题：

已知：①2NaOH(s)＋CO2(g)===Na2CO3(s)＋H2O(g)

ΔH1＝－127.4 kJ·mol－1

②NaOH(s)＋CO2(g)===NaHCO3(s)

ΔH2＝－131.5 kJ·mol－1

反应2NaHCO3(s)===Na2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

[解析]　根据盖斯定律，NaHCO3(s)分解反应可由①－②×2得到，故ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝－127.4 kJ·mol－1－(－131.5 kJ·mol－1)×2＝＋135.6 kJ·mol－1。

[答案]　135.6

考点　盖斯定律的应用及热化学方程式的书写

1．热化学方程式可以理解为原来化学方程式的改造升级，在原来方程式表达物质变化的基础上添加新的标注元素，达到表达出反应过程中能量变化的目的。

(1)标注出方程式中各物质的状态，用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。 

(2)方程式后面标注出热量变化ΔH＝x kJ·mol－1，x为负值表示放热，x为正值表示吸热。

2．反应热的计算主要有三种方式

(1)利用键能计算反应热：ΔH＝∑E(反应物)－∑E(生成物)，即ΔH等于反应物的键能总和与生成物的键能总和之差。

(2)由反应物、生成物的总能量计算反应热：ΔH＝生成物总能量－反应物总能量，这类计算通常会通过图像的方式给出反应物、生成物的能量。

(3)盖斯定律的应用，盖斯定律既可以计算出目标反应的ΔH，也可以得出目标反应的热化学方程式。

①调方向：根据目标方程式反应物、生成物的位置，调整已知方程式的反应方向。满足目标方程式各物质的位置要求，注意方程式方向改变ΔH符号随之改变。

②调化学计量数：把目标方程式中不存在的物质的化学计量数调整为相等。

③相加：把调整好的方程式相加就得到目标方程式，必要时可约简计量数。同时也得到相应方程式的反应热ΔH。

题组一：热化学方程式的书写

1．(2019·四省八校双教研联盟联考)已知：H2的热值为142.9 kJ·g－1(热值是表示单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量)

N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝＋133 kJ·mol－1

H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44 kJ·mol－1

催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为__________________________________。

[解析]　根据题意可写出①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，将题中已知的两个热化学方程式依次记作②、③，根据盖斯定律，由①×4－②－③×4得4H2(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1100.2 kJ·mol－1。

[答案]　4H2(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1100.2 kJ·mol－1

2．(2019·唐山摸底考试)NO和CO气体均为汽车尾气的主要成分，这两种气体在催化转换器中发生反应：2CO(g)＋2NO(g)??N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1

已知2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝－b kJ·mol－1；CO的燃烧热ΔH＝－c kJ·mol－1，写出在消除NO2的污染时，NO2与CO发生可逆反应的热化学方程式：____________________________。

[解析]　设①2CO(g)＋2NO(g)??N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，②2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝－b kJ·mol－1，③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－c kJ·mol－1，根据盖斯定律，由①－②＋2×③得4CO(g)＋2NO2(g)??N2(g)＋4CO2(g)　ΔH＝(－a＋b－2c) kJ·mol－1。

[答案]　4CO(g)＋2NO2(g)??N2(g)＋4CO2(g)　ΔH＝(－a＋b－2c) kJ·mol－1

3．(2019·湖南湘东六校联考)氨气具有还原性，例如，氨气能与卤素单质发生置换反应。已知几种化学键的键能数据如表所示：

请写出氨气与溴蒸气反应的热化学方程式：

______________________________________。

[解析]　NH3与溴蒸气发生置换反应，化学方程式为2NH3(g)＋3Br2(g)===N2(g)＋6HBr(g)，ΔH＝∑(反应物的键能)－∑(生成物的键能)＝(6×391 kJ·mol－1＋3×194 kJ·mol－1)－(946 kJ·mol－1＋6×366 kJ·mol－1)＝－214 kJ·mol－1。

[答案]　2NH3(g)＋3Br2(g)===N2(g)＋6HBr(g)

ΔH＝－214 kJ·mol－1

4．(2019·保定联考)200℃时固体硝酸铵可以分解为N2O和H2O，此过程中每转移电子8 mol，放出热量84.8 kJ，写出此反应的热化学方程式：__________________________________________。

[解析]　硝酸铵分解产生一氧化二氮(N2O)气体和水蒸气，反应的化学方程式为NH4NO3N2O↑＋2H2O↑，分析氧化还原反应中的得失电子可知该反应中每1 mol NH4NO3反应就会有4 mol电子转移，根据题意每8 mol电子转移放出84.8 kJ热量，可得每1 mol NH4NO3反应就会有42.4 kJ热量放出，所以热化学方程式为NH4NO3(s)===N2O(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－42.4 kJ·mol－1。

[答案]　NH4NO3(s)===N2O(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－42.4 kJ·mol－1

题组二：反应热的计算

5．(2019·河南郑州一测)用NH3可除去烟气中氮的氧化物，主要反应如下：

①4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)??4N2(g)＋6H2O(g)

ΔH1＝－1627.2 kJ·mol－1

②6NO(g)＋4NH3(g)??5N2(g)＋6H2O(g)

ΔH2＝－1807  kJ·mol－1

③6NO2(g)＋8NH3(g)??7N2(g)＋12H2O(g)

ΔH3＝－2659.9 kJ·mol－1

则N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH4＝________kJ·mol－1。

已知：O2、NO中的化学键键能分别为497.3 kJ·mol－1、631.65 kJ·mol－1，则N2中的化学键键能为____________。

[解析]　由①－②得N2(g)＋O2(g)===2NO(g)的ΔH4＝(－1627.2＋1807) kJ·mol－1＝＋179.8 kJ·mol－1。设N2中的化学键键能为E，由键能与反应热关系知，E＋497.3 kJ·mol－1－631.65 kJ·mol－1×2＝＋179.8 kJ·mol－1，解得E＝945.8 kJ·mol－1。

[答案]　＋179.8　945.8 kJ·mol－1

6．(2019·长沙模拟)氮氧化物会破坏臭氧层，已知：

①NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g)　ΔH1＝－200.9 kJ·mol－1

②2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH2＝－116.2 kJ·mol－1

则反应：2O3(g)===3O2(g)　ΔH＝____________。

[解析]　根据盖斯定律，由①×2－②得2O3(g)===3O2(g)　ΔH＝－285.6 kJ·mol－1。

[答案]　－285.6 kJ·mol－1

7．(2019·河北保定模拟)二氧化碳回收利用是环保科学研究的热点课题。已知CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)＋6H2(g)??CH2===CH2(g)＋4H2O(g)　ΔH。

(1)几种物质的能量(kJ·mol－1)如表所示(在标准状态下，规定单质的能量为0，测得其他物质生成时放出的热量为其具有的能量)：

ΔH＝________kJ·mol－1。

(2)几种化学键的键能(kJ·mol－1)。

a＝________。

[解析]　(1)ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝(52－242×4－0＋394×2) kJ·mol－1＝－128 kJ·mol－1。(2)ΔH＝断裂化学键的总键能－形成化学键的总键能＝(803×4＋436×6－615－4a－463×8) kJ·mol－1＝－128 kJ·mol－1，解得a＝409.25。

[答案]　(1)－128　(2)409.25

反应热计算中的注意事项

(1)物理变化也会有热效应

在物理变化过程中，也会有能量变化，虽然不属于吸热反应或放热反应，但在进行相关反应热计算时，必须要考虑发生物理变化时的热效应，如物质的三态变化或物质的溶解过程中的能量变化等。

(2)不可忽视化学键的物质的量

根据键能计算反应热时，要注意弄清各种化学键的物质的量，既要考虑热化学方程式中物质的化学计量数，又要考虑物质中各种化学键的个数，再进行计算。反应热(ΔH)等于反应物中的键能总和减去生成物中的键能总和，即ΔH＝∑E反－∑E生(E表示键能)。如反应3H2(g)＋N2(g)??2NH3(g)　ΔH＝3E(H—H)＋E(N≡N)－6E(N—H)。