2020版高考一轮复习化学新课改省份专用学案：第五章第2课时　化学能与热能（2）——反应热的比较与计算（过题型）

第2课时　化学能与热能(2)——反应热的比较与计算(过题型)

题型一　反应热(ΔH)的计算

利用键能计算ΔH或根据盖斯定律计算、比较ΔH是近几年全国卷命题的必考点，特别是将热化学方程式和盖斯定律的计算融合在一起的试题，很好的考查了考生对所学知识的灵活应用和运算能力。正确解答反应热计算的关键是合理设计反应途径，正确加减热化学方程式。

[典例1]　(2018·天津高考)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]　ΔH＝[4×E(C—H)＋2×E(CO)]－[2×E(CO)＋2×E(H—H)]＝(4×413＋2×745)kJ·mol－1－(2×1 075＋2×436)kJ·mol－1＝＋120 kJ·mol－1。

[答案]　＋120 kJ·mol－1

[备考方略]　利用键能计算ΔH的方法

(1)计算公式

ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。

(2)计算关键

利用键能计算反应热的关键，就是要算清物质中化学键的数目，清楚中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目。

考法二　利用盖斯定律计算ΔH并书写热化学方程式

[典例2]　(2018·高考组合题)请回答下列问题：

(1)[全国卷Ⅰ，28(2)]已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1　

2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1

则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝______kJ·mol－1。

(2)[全国卷Ⅱ，27(1)]CH4­CO2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。

(3)[全国卷Ⅲ，28(2)]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。

(4)[北京高考，27(1)]近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：

反应Ⅰ：2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g)

ΔH1＝＋551 kJ·mol－1

反应Ⅲ：S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3＝－297 kJ·mol－1

反应Ⅱ的热化学方程式：___________________________________________________

________________________________________________________________________。

[解析]　(1)把已知两反应按顺序编号为a、b，根据盖斯定律，a式×－b式可得：N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)

ΔH＝＋53.1 kJ·mol－1。

(2)将题给已知三个反应依次编号为①、②、③，

根据盖斯定律，由③×2－①－②可得：

CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)

ΔH＝＋247 kJ·mol－1。

(3)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。

(4)由题图可知，反应Ⅱ的化学方程式为3SO2＋2H2O2H2SO4＋S↓。根据盖斯定律，反应Ⅱ＝－(反应Ⅰ＋反应Ⅲ)可得：3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－1。

[答案]　(1)＋53.1　(2)＋247　(3)＋114

(4)3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)

ΔH2＝－254 kJ·mol－1

[备考方略]　盖斯定律应用三步流程

[综合训练]

1．(2017·浙江4月选考)已知断裂1 mol H2(g)中的H—H键需要吸收436.4 kJ的能量，断裂1 mol O2(g)中的共价键需要吸收498 kJ的能量，生成H2O(g)中的1 mol H—O键能放出462.8 kJ的能量。下列说法正确的是(　　)

A．断裂1 mol H2O中的化学键需要吸收925.6 kJ的能量

B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－480.4 kJ·mol－1

C．2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)ΔH＝471.6 kJ·mol－1

D．H2(g)＋O2(g)===H2O(l)ΔH＝－240.2 kJ·mol－1

解析：选B　生成1 mol H—O键放出热量为462.8 kJ，条件是气态水，A项没有注明水的状态，错误；B项生成2 mol H2O(g)放出的热量为(462.8×4－436.4×2－498)kJ·mol－1＝480.4 kJ·mol－1，正确；C项，H2O为液态时，由题目信息无法计算出ΔH的具体数值，错误；D项，H2O的状态应为气态，错误。

2．回答下列问题：

(1)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。

(2)已知：

①Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g)

ΔH1＝＋1 344.1 kJ·mol－1

②2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g)

ΔH2＝＋1 169.2 kJ·mol－1

由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为________________________。

(3)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

①NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g)

ΔH1＝－200.9 kJ·mol－1

②NO(g)＋O2(g)===NO2(g)ΔH2＝－58.2 kJ·mol－1

则反应3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)的ΔH＝______kJ·mol－1。　

解析：(1)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。

(2)把热化学方程式②颠倒过来，反应热的数值不变，符号相反可得③2Al(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)　ΔH3＝－ΔH2＝－1 169.2 kJ·mol－1。

根据盖斯定律，由①＋③可得

Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH3＝＋174.9 kJ·mol－1，即为Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式。

(3)将热化学方程式②乘以2可得③2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH3＝2×ΔH2＝2×(－58.2 kJ·mol－1)＝－116.4 kJ·mol－1。根据盖斯定律，由①＋③可得3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH3＝－317.3 kJ·mol－1。

答案：(1)－136.2

(2)Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g)

ΔH＝＋174.9 kJ·mol－1

(3)－317.3

3．二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)CH2CH2(g)＋4H2O(g)　ΔH

(1)几种物质的能量(kJ·mol－1)如表所示(在25 ℃、101 kPa条件下，规定单质的能量为0，测得其他物质生成时的反应热为其具有的能量)：

则该反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

(2)几种化学键的键能(kJ·mol－1)如表所示：

a＝________。

解析：(1)ΔH＝E(生成物能量总和)－E(反应物能量总和)＝(52－242×4－0＋394×2) kJ·mol－1＝－128 kJ·mol－1。

(2)ΔH＝E(反应物键能总和)－E(生成物键能总和)＝(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

题型二　反应热的大小比较

对不同的反应热(ΔH)进行大小比较，是高考考查的又一种形式。对于可求得准确数值的反应热(ΔH)，直接比较反应热(ΔH)即可得出大小关系，而对于无法求得准确数值的反应热：①可通过放热反应和吸热反应来判定，吸热反应的反应热(ΔH>0)一定大于放热反应的反应热(ΔH<0)；②可利用盖斯定律来判定，如由盖斯定律可得出ΔH1－ΔH2＝ΔH3，又因ΔH3>0可求出ΔH1>ΔH2；③同一反应的反应物和生成物的状态不同，反应热也不同，比较时要考虑物质的状态变化时的吸热或放热情况，特别说明的是放热反应的反应热(ΔH)为负数，放热越多，ΔH的值反而越小，如H2(g)与O2(g)反应生成液态水(还可生成气态水)时放热较多，反应热(ΔH)小。

[重难点拨]

1．总体原则

(1)比较ΔH的大小时，必须把反应热的“＋”“－”与反应热的数值看作一个整体进行比较。对放热反应，放热越多，ΔH越小；对吸热反应，吸热越多，ΔH越大。

(2)反应物的化学计量数不同，则ΔH不同。

(3)同一物质，状态不同，反应热也不同。

如A(g)A(l)A(s)。

2．比较类型

(1)直接比较法

①物质燃烧时，可燃物物质的量越大，燃烧放出的热量越多。

②等量的可燃物完全燃烧所放出的热量肯定比不完全燃烧所放出的热量多。

③生成等量的水时，强酸和强碱的稀溶液反应比弱酸和强碱或弱碱和强酸或弱酸和弱碱的稀溶液反应放出的热量多。

④对于可逆反应，因反应不能进行完全，实际反应过程中放出或吸收的热量要小于相应热化学方程式中的反应热数值。例如：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1，表示2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成2 mol SO3(g)时，放出的热量为197 kJ，实际上向密闭容器中通入2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)，反应达到平衡后，放出的热量要小于197 kJ。

(2)盖斯定律比较法

①同一反应，生成物状态不同时

如A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH1<0

A(g)＋B(g)===C(l)　ΔH2<0

C(g)===C(l)　ΔH3<0

ΔH1＋ΔH3＝ΔH2，ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0，

所以ΔH2<ΔH1。

②同一反应，反应物状态不同时

如S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1<0

S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2<0

S(g)===S(s)　ΔH3<0

ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0，

所以ΔH1<ΔH2。

[典例]　(2014·全国卷Ⅱ)室温下，将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为ΔH3。则下列判断正确的是(　　)

A．ΔH2>ΔH3　　　　　　 B．ΔH1<ΔH3

C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2  D．ΔH1＋ΔH2>ΔH3

[解析]　1 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，为吸热反应，故ΔH1>0,1 mol CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，为放热反应，故 ΔH2<0,1 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水可以分为两个过程，先分解成1 mol CuSO4(s)和5 mol水，然后1 mol CuSO4(s)再溶于水， CuSO4·5H2O的分解为吸热反应，即ΔH3>0，根据盖斯定律得到关系式ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，分析得到答案：ΔH1<ΔH3。

[答案]　B

[综合训练]

1．已知：

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1

CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH2

2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3

4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH4

3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋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．ΔH2>0，ΔH4>0

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3  D．ΔH3＝ΔH4＋2ΔH5

解析：选C　物质的燃烧反应均为放热反应，则ΔH1、ΔH3、ΔH4均小于0，故A、B项错误；将题给的5个热化学方程式依次编号为①、②、③、④、⑤，根据盖斯定律，①＝②＋③，故ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，C项正确；根据盖斯定律，3×③＝④＋2×⑤，故3ΔH3＝ΔH4＋2ΔH5，D项错误。

2．(2018·浙江11月选考)已知：

H2O(g)===H2O(l)　ΔH1

C6H12O6(g)===C6H12O6(s)　ΔH2

C6H12O6(s)＋6O2(g)===6H2O(g)＋6CO2(g)　ΔH3

C6H12O6(g)＋6O2(g)===6H2O(l)＋6CO2(g)　ΔH4

下列说法正确的是(　　)

A．ΔH1＜0，ΔH2＜0，ΔH3＜ΔH4

B．6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0

C．－6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0

D．－6ΔH1＋ΔH2－ΔH3＋ΔH4＝0

解析：选B　把题给热化学方程式依次编号为①、②、③、④，由气体转化为液体或固体时释放能量知，ΔH1＜0，ΔH2＜0，由③－④得：C6H12O6(s)＋6H2O(l)===C6H12O6(g)＋6H2O(g)　ΔH＝ΔH3－ΔH4＝－ΔH2－6ΔH1，因ΔH1＜0，ΔH2＜0，则ΔH＞0，可得ΔH3＞ΔH4，A项错误；由ΔH3－ΔH4＝－ΔH2－6ΔH1可知，6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0，B项正确，C、D项错误。