2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第6章第2节盖斯定律及其应用


第2节　盖斯定律及其应用
[考试说明]　理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。
[命题规律]　盖斯定律的应用是高考的常考考点，主要应用于未知反应反应热的计算和未知反应的热化学方程式的书写，常以填空题型出现。
知识梳理
1.盖斯定律：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。如：
转化关系
反应热间的关系
aAB、AB
ΔH1＝aΔH2
AB
ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2
2．意义：间接计算某些反应的反应热。
已知在25 ℃、101 kPa时：
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1，
②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1，
则CO(g)＋O2(g)===CO2(g)的ΔH为－283_kJ·mol－1。

1.利用盖斯定律书写热化学方程式的步骤

如
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1；
②C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2；
由(①－②)×2
可得2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝2(ΔH1－ΔH2)
2．合理设计反应途径，如，顺时针方向和逆时针方向变化反应热代数和相等则ΔH＝ΔH1＋ΔH2。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)一个反应一步完成或分几步完成，二者相比，经过的步骤越多，放出的热量越多。(×)
错因：反应放出的热量只和始态与终态有关，与过程、步骤无关。
(2)由H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1可知，1 g H2燃烧生成H2O(g)放出的热量为a kJ。(×)
错因：1 mol H2燃烧生成H2O(g)放出的热量为a kJ，不是1 g H2。
(3)已知C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1；C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)　ΔH2；H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH3；CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH4；则ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4。(√)
错因：__________________________________________________________
2．(1)16 g固态硫完全燃烧放出148.4 kJ的热量，则1 mol固态硫完全燃烧放出的热量为________kJ。
(2)已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，若要得到857.4 kJ的热量，至少需H2的质量为________。
答案　(1)296.8　(2)6 g
题组训练
题组一 利用盖斯定律书写热化学方程式
1．(1)在微生物作用的条件下，NH经过两步反应被氧化成NO。两步反应的能量变化如图1所示：

1 mol NH(aq)全部氧化成NO(aq)的热化学方程式是____________________________________________。
(2)纳米级的Cu2O可作为太阳光分解水的催化剂。火法还原CuO可制得Cu2O。已知：1 g C(s)燃烧全部生成CO时放出热量9.2 kJ；Cu2O(s)与O2(g)反应的能量变化如图2所示；请写出用足量炭粉还原CuO(s)制备Cu2O(s)的热化学方程式：______________________________________________________________。

答案　(1)NH(aq)＋2O2(g)===2H＋(aq)＋NO(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－346 kJ·mol－1
(2)2CuO(s)＋C(s)===CO(g)＋Cu2O(s)
ΔH＝＋35.6 kJ·mol－1
解析　(2)1 mol C燃烧全部生成CO放出的热量为12 g×9.2 kJ·g－1＝110.4 kJ，C与O2反应生成CO的热化学方程式为2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－220.8 kJ·mol－1；由图2可知，Cu2O与O2反应的热化学方程式为2Cu2O(s)＋O2(g)===4CuO(s)　ΔH＝－292 kJ·mol－1；第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式，然后除以2，即得热化学方程式：2CuO(s)＋C(s)===CO(g)＋Cu2O(s)　ΔH＝＋35.6 kJ·mol－1。
2．(1)在发射“神舟”十一号的火箭推进器中装有肼(N2H4)和过氧化氢，当两者混合时即产生气体，并放出大量的热。已知：N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－641.6 kJ·mol－1；
H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.0 kJ·mol－1
液态肼与足量过氧化氢反应生成氮气和液态水，该反应的热化学方程式为____________________________________________________________________。
(2)“嫦娥二号”卫星使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)作推进剂。N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g)，并放出大量热，已知10.0 g液态偏二甲肼与液态四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量，该反应的热化学方程式为______________________________________________________
________________________________________________________________。
(3)火箭的常规燃料是液态四氧化二氮和液态肼(N2H4)，N2O4作氧化剂，有人认为若用氟气代替四氧化二氮作氧化剂，反应释放的能量更大(两者反应生成氮气和氟化氢气体)。已知：
①N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－534.0 kJ·mol－1
②H2(g)＋F2(g)===HF(g)　
ΔH＝－269.0 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)
ΔH＝－242.0 kJ·mol－1
请写出肼和氟气反应的热化学方程式：____________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案　(1)N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－817.6 kJ·mol－1
(2)C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)　ΔH＝－2550.0 kJ·mol－1
(3)N2H4(l)＋2F2(g)===N2(g)＋4HF(g)
ΔH＝－1126.0 kJ·mol－1
解析　(1)由盖斯定律可知：液态肼与H2O2反应生成N2和液态水的热化学方程式：N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－(641.6＋4×44) kJ·mol－1＝－817.6 kJ·mol－1。
(2)N2O4与偏二甲肼反应的产物为CO2、N2和气态水，1 mol C2H8N2(l)与N2O4(l)完全燃烧放出的热量为×60 g＝2550.0 kJ。该反应的热化学方程式为C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)　ΔH＝－2550.0 kJ·mol－1。
(3)根据盖斯定律，由①＋②×4－③×2得：
N2H4(l)＋2F2(g)===N2(g)＋4HF(g)
ΔH＝－1126.0 kJ·mol－1。
题组二 反应热的计算
3．在298 K、101 kPa时，已知：
①2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　ΔH1
②H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH2
③2H2O(g)＋2Cl2(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3
则ΔH3与ΔH1、ΔH2之间的关系正确的是(　　)
A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2
答案　A
解析　分析题给三个热化学方程式，根据盖斯定律，由①＋②×2可得③，则有ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2。
4．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
＋H2(g)
已知：
化学键
C—H
C—C
C＝C
H—H
键能/(kJ·mol－1)
412
348
612
436
计算上述反应的ΔH＝________ kJ·mol－1。
答案　＋124
解析　制备苯乙烯需断开2 mol C—H键，生成1 mol H—H键，同时在C—C键的基础上生成C===C键，因此生成1 mol苯乙烯吸收的热量为2×412 kJ＝824 kJ，放出的热量为436 kJ＋(612－348)kJ＝700 kJ，根据反应热的定义可知，ΔH＝824 kJ·mol－1－700 kJ·mol－1＝＋124 kJ·mol－1。

1．反应热的计算
(1)主要依据
热化学方程式、键能、盖斯定律及燃烧热、中和热等。
(2)主要方法
①根据热化学方程式计算
反应热与反应物和生成物各物质的物质的量成正比。
②根据反应物和生成物的总能量计算
ΔH＝E生成物－E反应物
③依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算
ΔH＝E反应物的总键能－E生成物的总键能
④根据物质燃烧热数值计算
Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH|
⑤根据比热公式进行计算
Q＝c·m·Δt
2．反应热的比较
(1)根据反应物的本性比较
等物质的量的不同物质与同一种物质反应时，性质不同，其反应热不同，一般情况，等物质的量的不同金属或非金属与同一物质发生反应，金属或非金属越活泼，反应就越容易，放出的热量就越多，ΔH越小。
如：①2K(s)＋2H2O(l)===2KOH(aq)＋H2(g)　ΔH1
2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)　ΔH2
ΔH1E(s)，可以判断反应热的大小。(或利用盖斯定律得三态变化的热效应，从而判断ΔH大小)
如：①S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1
S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2
ΔH1>ΔH2
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH4
ΔH3>ΔH4
(3)依据反应进行的程度比较
对于燃烧反应，燃烧越充分放出的热量就越多，ΔH越小。
如：2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH1
2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g)　ΔH2
ΔH1>ΔH2
高考真题实战
1.(2017·江苏高考)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确的是(　　)
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　
ΔH1＝a kJ·mol－1
②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　
ΔH2＝b kJ·mol－1
③CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　
ΔH3＝c kJ·mol－1
④2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　
ΔH4＝d kJ·mol－1
A．反应①、②为反应③提供原料气
B．反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C．反应CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(l)的ΔH＝ kJ·mol－1
D．反应2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)的ΔH＝(2b＋2c＋d) kJ·mol－1
答案　C
解析　反应③的反应物是反应①、②的产物，所以反应①、②为反应③提供原料气，A正确；反应③是CO2与H2反应制取甲醇，是CO2资源化利用的方法之一，B正确；该反应产物H2O为气态时，ΔH＝ kJ·mol－1才能成立，C错误；根据盖斯定律，反应②×2＋③×2＋④可得反应2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)的ΔH＝(2b＋2c＋d) kJ·mol－1，D正确。
2．(2016·江苏高考)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·mol－1
②焦炭与水反应制氢：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH2＝131.3 kJ·mol－1
③甲烷与水反应制氢：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH3＝206.1 kJ·mol－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·mol－1
答案　D
解析　A项，反应①是光能转化为化学能，错误；B项，反应②的焓变为正值，属于吸热反应，错误；C项，催化剂不会改变反应的焓变，错误；D项，根据盖斯定律，③－②得所求反应，其焓变为：206.1 kJ·mol－1－131.3 kJ·mol－1＝＋74.8 kJ·mol－1，正确。
3．(2019·高考题组)(1)(全国卷Ⅱ)已知：　ΔH1＝100.3 kJ·mol－1　①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1　②
对于反应：
　ΔH3＝________kJ·mol－1　③。
(2)(全国卷Ⅲ)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。
(3)(北京高考)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　(1)89.3　(2)－116　(3)C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)[或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)]
解析　(3)根据盖斯定律，ⅰ式＋ⅱ式可得：CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)　ΔH1＋ΔH2，则(ⅰ式＋ⅱ式)－ⅲ式可得：C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH；ⅰ式－ⅱ式可得：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1－ΔH2，则(ⅰ式－ⅱ式)－ⅲ式可得：C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH。因此，要求反应ⅲ式的ΔH3，还必须利用反应C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的ΔH。
4．(2018·高考题组)(1)(全国卷Ⅱ)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。
(2)(全国卷Ⅲ)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＝________kJ·mol－1。
(3)(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：
化学键
C—H
C===O
H—H
CO(CO)
键能/kJ·mol－1
413
745
436
1075
则该反应的ΔH＝____________。分别在V L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压，容积可变)中，加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是________(填“A”或“B”)。
答案　(1)＋247　(2)114　(3)＋120 kJ·mol－1　B
解析　(3)化学反应的焓变应该等于反应物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。初始时容器A、B的压强相等，A容器恒容，随着反应的进行压强逐渐增大(气体物质的量增加)；B容器恒压，压强不变；所以达平衡时压强一定是A中大，B中小，此反应压强减小平衡正向移动，所以B的反应平衡更靠右，反应的更多，吸热也更多。
5．(2017·高考题组)(1)(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________。
(2)(全国卷Ⅱ)已知：
As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)　ΔH1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2
2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3
则反应As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH＝________________。
答案　(1)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)
(2)2ΔH1－3ΔH2－ΔH3
解析　(1)令题干中的四个热化学方程式分别为：
①H2SO4(aq)===SO2(g)＋H2O(l)＋O2(g)
ΔH1＝327 kJ·mol－1
②SO2(g)＋I2(s)＋2H2O(l)===2HI(aq)＋H2SO4(aq)ΔH2＝－151 kJ·mol－1
③2HI(aq)===H2(g)＋I2(s)　ΔH3＝110 kJ·mol－1
④H2S(g)＋H2SO4(aq)===S(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)ΔH4＝61 kJ·mol－1
根据盖斯定律，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，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)。
6．(2016·高考题组)(1)(全国卷Ⅱ)联氨(又称肼，N2H4，无色液体)是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料，回答下列问题：
①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l)　ΔH1
②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l)　ΔH2
③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH3
④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)ΔH4＝－1048.9 kJ·mol－1
上述反应热效应之间的关系式为ΔH4＝________，联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为_____________________________。
(2)(全国卷Ⅲ)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＝________。
答案　(1)2ΔH3－2ΔH2－ΔH1　反应放热量大，产生大量气体
(2)ΔH1＋ΔH2－ΔH3