课件 高考化学一轮复习第七单元 化学反应与能量 发展素养(十)　模型认知——反应热的计算

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发展素养(十)　模型认知——反应热的计算
探究点1　根据键能计算反应热探究点2　根据盖斯定律反应热探究点3　根据图像信息计算反应热作业手册
探究点1　根据键能计算反应热
例1 [2024·辽宁沈阳二中模拟] 已知:①CO的结构式为C≡O;②298 K时相关化学键的键能数据如下表:则反应CO(g)+3H2(g) ⇌ CH4(g)+H2O(g)的ΔH的值为( 　)A.-198 kJ·ml-1 B.+267 kJ·ml-1C.-298 kJ·ml-1 D.+634 kJ·ml-1
[解析] 根据反应热ΔH与反应物、生成物中化学键键能的关系“ΔH=Σ(反应物键能)-Σ(生成物键能)”,据此可得,反应CO(g)+3H2(g) ⇌ CH4(g)+H2O(g)的ΔH=(1076 kJ·ml-1+3×436 kJ·ml-1)-(413 kJ·ml-1×4+465 kJ·ml-1×2)=-198 kJ·ml-1。
【方法技巧】 (1)根据键能计算反应热:ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和。(2)解题时,要考虑单个分子中含有共价键的数目及对应的化学计量数,常考物质中的化学键及数目如下表:
变式题 [2023·浙江舟山联考] NH3和NO是有毒气体,在一定条件下,二者可通过反应转化为无害的N2和H2O。已知:断开1 ml N≡N、1 ml N—H、1 ml N = O、1 ml H—O吸收的能量分别为946 kJ·ml-1、391 kJ·ml-1、607 kJ·ml-1、464 kJ·ml-1,则反应4NH3(g)+6NO(g) ⇌ 5N2(g)+6H2O(g)的反应热ΔH为(　 )A.-1964 kJ·ml-1B.+430 kJ·ml-1C.-1780 kJ·ml-1D.-450 kJ·ml-1
[解析] 根据反应的反应热与物质键能之间的关系,可进行如下计算:反应4NH3(g)+6NO(g) ⇌ 5N2(g)+6H2O(g)的反应热ΔH=E(反应物的键能)-E(生成物的键能)=12E(N—H)+6E(N = O)-5E(N≡N)-12E(H—O)=12×391 kJ·ml-1+6×607 kJ·ml-1-5×946 kJ·ml-1-12×464 kJ·ml-1=-1964 kJ·ml-1。
探究点2　根据盖斯定律反应热
例2 [2023·浙江卷] “碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一,CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一,相关的主要反应有:Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g)　ΔH1=+247 kJ·ml-1,K1Ⅱ:CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·ml-1,K2反应CH4(g)+3CO2(g) ⇌ 4CO(g)+2H2O(g)的ΔH=　　　　kJ·ml-1。 
[解析] 根据盖斯定律,反应 Ⅰ +反应 Ⅱ ×2可得目标反应,则该反应的焓变ΔH=ΔH1+2ΔH2=+247 kJ·ml-1+(+41 kJ·ml-1)×2=+329 kJ·ml-1。
【方法技巧】 利用盖斯定律解题的思维流程将所给热化学方程式适当加减得到所求的热化学方程式,反应热也作相应的加减运算。思维流程如下:
变式题 (1)利用CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。已知:①CH4(g)+H2O(g) = CO(g)+3H2(g)　ΔH1=+196 kJ·ml-1②2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g)　ΔH2=-484 kJ·ml-1③2CO(g)+O2(g) = 2CO2(g)　ΔH3=-566 kJ·ml-1则CH4(g)+CO2(g) = 2CO(g)+2H2(g)　ΔH=　　　　　　　　。 
+237 kJ·ml-1
(2)一定条件下,用甲烷可以消除氮的氧化物(NOx)的污染。已知:①CH4(g)+4NO2(g) = 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1=-574.1 kJ·ml-1②CH4(g)+4NO(g) = 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1 160.6 kJ·ml-1则CH4(g)+2NO2(g) = N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=　　　　　　　　。 
-867.35 kJ·ml-1
探究点3　根据图像信息计算反应热
【方法技巧】 (1)根据物质的总焓值(能量)计算反应热:ΔH=H总(生成物)-H总(反应物)。(2)根据正、逆反应的活化能计算反应热:ΔH=Ea(正反应)-Ea(逆反应)。
变式题 2023年5月30日我国在酒泉卫星发射中心利用长征二号F遥十六运载火箭成功将“神舟十六号”送入太空。运载火箭第三级使用液氧-液氢作推进剂。已知:①H2(g) = H2(l)　ΔH1=-0.92 kJ·ml-1②O2(g) = O2(l)　ΔH2=-6.84 kJ·ml-1下列说法正确的是( 　)A.H2(g)与O2(g)反应生成H2O(g)放热483.6 kJ·ml-1B.氢气的燃烧热ΔH=-241.8 kJ·ml-1C.火箭中液氢燃烧的热化学方程式为2H2(l)+O2(l) = 2H2O(g)　ΔH=-474.92 kJ·ml-1D.H2O(g) = H2O(l)　ΔH=-88 kJ·ml-1
探究点一 根据键能计算反应热
1. [2024·北京朝阳区统考] 已知某些化学键的键能数据如下,下列说法不正确的是( 　)A.根据键能可估算反应H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g)的ΔH=-185 kJ·ml-1B.根据原子半径可知键长:H—Cl[解析] 根据反应热ΔH=反应物总键能-生成物总键能,则H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g)的ΔH=+436 kJ·ml-1+243 kJ·ml-1-2×432 kJ·ml-1=-185 kJ·ml-1,A正确;Cl原子半径小于Br原子,H—Cl的键长比H—Br键长短, H—Cl的键能比H—Br大,进而推测a<432,B正确;Cl2比Br2活泼,越活泼,反应越剧烈,放出的能量越多,生成2 ml HCl(g)时放出热量为185 kJ,故生成2 ml HBr(g)时,放出热量小于185 kJ,C正确;常温下Cl2和Br2的状态由分子间作用力决定,D错误。
[解析] (1)根据题图所示,1分子P4、PCl3中分别含有6个P—P、3个P—Cl,反应热为断裂6 ml P—P、6 ml Cl—Cl吸收的总能量与形成12 ml P—Cl放出的总能量之差,即ΔH=6×198 kJ·ml-1+6×243 kJ·ml-1-12×331 kJ·ml-1=-1326 kJ·ml-1。
-1326 kJ·ml-1
3. (1)已知白磷和PCl3的分子结构如图甲所示,现提供以下化学键的键能(kJ·ml-1):P—P 198,Cl—Cl 243,P—Cl 331。则反应P4(白磷,s)+6Cl2(g) = 4PCl3(s)的反应热ΔH=　　　　　　　　　　。 　　　　　　　　
[解析] (2)1 ml N4气体转化为2 ml N2时,要断裂6 ml N—N、形成2 ml N≡N,已知断裂1 ml N—N吸收193 kJ热量,断裂1 ml N≡N吸收941 kJ热量,则1 ml N4气体转化为2 ml N2时的ΔH=(193×6-941×2) kJ·ml-1=-724 kJ·ml-1。
-724 kJ·ml-1
(2)科学家已获得了极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四面体形(如图乙所示),与白磷分子相似,已知断裂1 ml N—N吸收193 kJ热量,断裂1 ml N≡N吸收941 kJ热量,则1 ml N4气体转化为2 ml N2时的ΔH=　 。 
探究点二 根据盖斯定律计算反应热
4. [2024·湖北襄阳统考] 已知:H2(g)、CH3OH(l)的燃烧热(ΔH)分别为-285.8 kJ·ml-1和-726.5 kJ·ml-1;CH3OH (l) = CH3OH (g)　ΔH=+35.2 kJ·ml-1;H2O(l) = H2O(g)　ΔH=+44 kJ·ml-1。则反应CO2(g)+3H2(g) = CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH等于(　 )A.-51.7 kJ·ml-1B.+51.7 kJ·ml-1C.-151.7 kJ·ml-1D.+151.7 kJ·ml-1
[解析] 分析已知热化学方程式,根据盖斯定律,由3×①-②+③可得C2H5OH(l)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(l),则有ΔH=(3Q1-Q2+Q3) kJ·ml-1。
5. [2023·湖南长沙明德中学模拟] 已知下列热化学方程式:①H2O(g) = H2O(l)　ΔH=Q1 kJ·ml-1;②C2H5OH(g) = C2H5OH(l)　ΔH=Q2 kJ·ml-1③C2H5OH(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(g)　ΔH=Q3 kJ·ml-1则C2H5OH(l)+3O2(g) = 2CO2(g)+3H2O(l)的ΔH等于(　 )A.(3Q1+Q2+Q3) kJ·ml-1B.-(3Q1+Q2+Q3) kJ·ml-1C.-(3Q1+Q2-Q3) kJ·ml-1D.(3Q1-Q2+Q3) kJ·ml-1
[解析] 由反应②-①可得目标反应MnO2(s)+SO2(g) = MnSO4(s),根据盖斯定律可知ΔH=ΔH2-ΔH1=(-768 kJ·ml-1)-(-520 kJ·ml-1)=-248 kJ·ml-1。
6. [2024·重庆涪陵区统考] 已知:25 ℃、101 kPa时,反应①Mn(s)+O2(g) = MnO2(s)　ΔH1=-520 kJ·ml-1;反应②Mn(s)+SO2(g)+O2(g) = MnSO4(s)　ΔH2 =-768 kJ·ml-1,则反应MnO2 (s)+SO2(g) = MnSO4(s)的ΔH为(　 )A.-248 kJ·ml-1B.+248 kJ·ml-1C.-1288 kJ·ml-1D.+1288 kJ·ml-1
7. [2024·湖北十堰质检] 工业上,以丁烯为原料制备丙烯的过程涉及如下反应:反应Ⅰ:C4H8(g)+C2H4(g) ⇌ 2C3H6(g)　 ΔH1反应Ⅱ:3C4H8(g) 4C3H6(g)　ΔH2(主反应)反应Ⅲ:C4H8(g) 2C2H4(g)　ΔH3 (副反应)已知三种烃的燃烧热如下表所示:
(1)写出表示C4H8(g)燃烧热的热化学方程式:　 。 (2)根据上述数据计算,反应Ⅰ的ΔH1=　　　　kJ·ml-1。 (3)由表中数据可得,反应2C3H6(g) = 3C2H4(g)的ΔH=　　　　kJ·ml-1。 
C4H8(g)+6O2(g) = 4CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2539 kJ·ml-1
[解析] (1)根据燃烧热写出三种烃燃烧的热化学方程式:①C4H8(g)+6O2(g) = 4CO2(g)+4H2O(l)　ΔH= -2539 kJ·ml-1;②C2H4(g)+3O2(g) = 2CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-1411 kJ·ml-1;③2C3H6(g)+9O2(g) = 6CO2(g)+6H2O(l)　ΔH=-4098 kJ·ml-1。(2)根据盖斯定律,由①+②-③可得反应Ⅰ,则有ΔH1=(-2539 kJ·ml-1)+(-1411 kJ·ml-1)-(-4098 kJ·ml-1)=+148 kJ·ml-1。(3)结合(1)中②③热化学方程式,由③-②×3可得反应2C3H6(g) = 3C2H4(g),则ΔH=(-4098 kJ·ml-1)-(-1411 kJ·ml-1)×3=+135 kJ·ml-1。
8. [2023·江西赣州一模] 工业上在催化剂的作用下,CO可以合成甲醇,用计算机模拟单个CO分子合成甲醇的反应过程如图。下列说法正确的是( 　)A.反应过程中有极性键的断裂和形成B.反应的决速步骤为Ⅲ→ⅣC.使用催化剂降低了反应的ΔHD.反应的热化学方程式为CO(g)+2H2(g) = CH3OH(g)　ΔH=-1.0 eV·ml-1
探究点三 根据图像信息计算反应热
[解析] 由题图可知,总反应为CO(g)+2H2(g) = CH3OH(g),反应过程中有碳氧极性键的断裂和C—H、O—H极性键的形成,A正确;过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能,决定总反应速率的是慢反应,活化能越大反应越慢,据图可知反应的决速步骤为Ⅱ→Ⅲ,B错误;
催化剂改变反应速率,但是不改变反应的焓变,C错误;生成物总能量低于反应物的总能量,该反应为放热反应,单个CO分子合成甲醇放热1.0 eV,则反应消耗1 ml CO(g)放热为NA eV,D错误。
[解析] 据图可得热化学方程式:①C(s) = C(g)　ΔH1=+717 kJ·ml-1;②2H2(g) = 4H(g)　ΔH2=+864 kJ·ml-1;③C(s)+2H2(g) = CH4(g)　ΔH3=-75 kJ·ml-1。根据反应热与键能的关系,反应③的ΔH=反应物总键能-生成物总键能,则有-75 kJ·ml-1=717 kJ·ml-1+864 kJ·ml-1-4E(C—H),解得E(C—H)=414 kJ·ml-1。
9. [2023·辽宁本溪一模] 根据下图中的能量关系,可求得C—H的键能为( 　)A.414 kJ·ml-1B.377 kJ·ml-1C.235 kJ·ml-1D.197 kJ·ml-1
10.[2023·江西九江一模] 我国科学家实现了在铜催化剂条件下将DMF[(CH3)2NCHO]转化为三甲胺[N(CH3)3]。计算机模拟单个DMF分子在铜催化剂表面的反应过程如图所示,下列说法正确的是(　 )A.该历程中最小能垒的化学方程式为(CH3)2NCH2OH* = (CH3)2NCH2+OH*B.该历程中最大能垒(活化能)为2.16 eVC.该反应的热化学方程式为(CH3)2NCHO(g)+2H2(g) = N(CH3)3(g)+H2O(g)　ΔH=-1.02 eV·ml-1D.增大压强或升高温度均能加快反应速率,并增大DMF平衡转化率
[解析] 从图中可以看出,在正向进行的三个吸热反应中,其能垒分别为[-1.23-(-2.16)] eV=0.93 eV、[-1.55-(-1.77)] eV=0.22 eV、[-1.02-(-2.21)] eV=1.19 eV。从以上分析知,该历程中最小能垒为0.22 eV,是由(CH3)2NCH2OH*转化为(CH3)2NCH2的反应,化学方程式为 (CH3)2NCH2OH* = (CH3)2NCH2+OH*,A正确;该历程中最大能垒(活化能)为1.19 eV,B错误;
该反应的总反应是由(CH3)2NCHO(g)转化为N(CH3)3(g),但1.02 eV为单个(CH3)2NCHO(g)反应时放出的热量,故热化学方程式为(CH3)2NCHO(g)+2H2(g) = N(CH3)3(g)+H2O(g)　ΔH=-1.02NA eV·ml-1,C错误;增大压强或升高温度均能加快反应速率,但升高温度,平衡逆向移动,不能增大DMF的平衡转化率,D错误。
11.(1)①如图所示是NO2(g)和CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)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: 　 。 
[解析] (1)①根据NO2(g)和CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中能量变化示意图可知,反应物总能量高于生成物总能量,反应是放热反应,反应焓变=E1-E2=134 kJ·ml-1-368 kJ·ml-1=-234 kJ·ml-1,则NO2和CO反应的热化学方程式为NO2(g)+CO(g) = NO(g)+CO2(g)　ΔH=-234 kJ·ml-1。
NO2(g)+CO(g) = NO(g)+CO2(g)　ΔH=-234 kJ·ml-1
②下图表示氧族元素中氧、硫、硒、碲在相同条件下生成气态氢化物时的焓变数据,根据焓变数据可确定a、b、c、d分别代表哪种元素。试写出该条件下硒化氢发生分解反应的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
H2Se(g) = Se(s)+H2(g)　ΔH=-84 kJ·ml-1
[解析] ②根据元素周期律,同一主族元素非金属性越强,生成气态氢化物越容易,气态氢化物越稳定,而能量越低越稳定,所以a、b、c、d依次为H2Te、H2Se、H2S、H2O;b为气态硒化氢的生成热数据,则气态硒化氢分解放热,ΔH=-84 kJ·ml-1,所以H2Se发生分解反应的热化学方程式为H2Se(g) = Se(s)+H2(g)　ΔH=-84 kJ·ml-1。