2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第六章第2课时　反应热的比较与计算

第2课时　反应热的比较与计算

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考点一　反应热的计算

1.根据反应物和生成物的总能量计算:ΔH=E(生成物)-E(反应物)。

2.依据键能计算ΔH的方法

(1)计算公式:ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。

(2)根据键能计算反应热的关键是正确找出反应物和生成物所含共价键的数目。如:1 mol NH3中含有3 mol N—H键。

(3)①旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任何一个过程都不是化学变化。

②常见物质中化学键的数目

3.根据盖斯定律计算反应热(ΔH)的流程

题型一　利用反应释放热量计算反应热

[典例1] (2016·海南卷节选)油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:

C57H104O6(s)+80O2(g)57CO2(g)+52H2O(l)

已知燃烧1 kg该化合物释放出热量3.8×10 4 kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为(　　)

A.3.8×104 kJ· mol-1

B.-3.8×104 kJ· mol-1

C.3.4×104 kJ· mol-1

D.-3.4×104 kJ· mol-1

解析:燃烧1 mol油酸甘油酯释放出热量为×884 g≈3.4×104 kJ,则得油酸甘油酯的燃烧热ΔH=-3.4×104 kJ·mol-1。

答案:D

[对点精练1] N2H4和H2O2混合可作火箭推进剂。已知:16 g 液态N2H4和足量氧气反应生成N2(g)和H2O(l),放出310.6 kJ 的热量;反应N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(l)的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。 

解析:16 g液态N2H4和足量氧气反应生成N2(g)和 H2O(l),放出 310.6 kJ 的热量,N2H4相对分子质量为32,则1 mol N2H4参加反应放出的热量为310.6 kJ×2=621.2 kJ,则ΔH=-621.2 kJ·mol-1。

答案:-621.2

题型二　利用键能计算ΔH

[典例2] (2015·全国Ⅱ卷节选)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下:

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　　　　　ΔH1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)  ΔH2

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)  ΔH3

回答下列问题:

已知反应①中相关的化学键键能数据如下:

由此计算ΔH1=　　　　　　kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3=　　　　kJ·mol-1。 

解析:由反应热与键能的关系可得:

ΔH1=1 076 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-3×413 kJ·mol-1-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1;依据盖斯定律知,反应③=②-①,则ΔH3=ΔH2-ΔH1=-58 kJ·mol-1-(-99 kJ·mol-1)=+41 kJ·mol-1。

答案:-99　+41

[对点精练2] (2018·天津卷节选)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:反应的ΔH=413 kJ·mol-1×4+745 kJ·mol-1×2-1 075 kJ·mol-1×2-436 kJ·mol-1×2=+120 kJ·mol-1。

答案:+120 kJ·mol-1

题型三　利用盖斯定律计算ΔH

[典例3] (1)(2018·全国Ⅰ卷节选)已知:2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g)　ΔH1=-4.4 kJ·mol-1　①

2NO2(g)N2O4(g)　ΔH2=-55.3 kJ·mol-1　②

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

(2)(2018·全国Ⅱ卷)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　①

C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-394 kJ·mol-1　②

C(s)+O2(g)CO(g)　ΔH=-111 kJ·mol-1　③

该催化重整反应的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。 

(3)(2018·全国Ⅲ卷)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:

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

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

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

解析:(1)根据盖斯定律,由①×-②即得到N2O5(g)2NO2(g)+O2(g)　ΔH=+53.1 kJ·mol-1。

(2)根据盖斯定律,由③×2-②-①即得该催化重整反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·mol-1。　

(3)根据盖斯定律,将反应①×3+②即得该反应,ΔH=(48×3-30) kJ·mol-1=+114 kJ·mol-1。

答案:(1)+53.1　(2)+247　(3)+114

[对点精练3] (2018·江苏卷节选)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

题型四　利用盖斯定律书写热化学方程式

[典例4] (2017·全国Ⅰ卷节选)如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:根据盖斯定律,将系统(Ⅰ)中的三个热化学方程式相加可得H2O(l)H2(g)+O2(g)　ΔH=[+327+(-151)+110] kJ·mol-1=+286 kJ·mol-1。

将系统(Ⅱ)中的三个热化学方程式相加可得H2S(g)H2(g)+S(s)　ΔH=[(-151)+110+61] kJ·mol-1=+20 kJ·mol-1。

系统(Ⅱ)制备1 mol H2需要消耗20 kJ能量而系统(Ⅰ)制备 1 mol H2需要消耗286 kJ能量,故系统(Ⅱ)消耗的能量少。

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)

[对点精练4] (1)(2019·山西二模节选)25 ℃、101 kPa下,有关热化学方程式如下:

H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH1=-241.8 kJ·mol-1

Mg(s)+O2(g)MgO(s)　ΔH2=-141.6 kJ·mol-1

MgH2(s)+O2(g)MgO(s)+H2O(g)　ΔH3=-309 kJ·mol-1　

则由镁和氢气反应生成氢化镁的热化学方程式为 

　。 

(2)(2018·北京卷节选)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)①H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH1=-241.8 kJ·mol-1,②Mg(s)+O2(g)MgO(s)　ΔH2=-141.6 kJ·mol-1,③MgH2(s)+O2(g)MgO(s)+H2O(g)　ΔH3=-309 kJ·mol-1,将方程式①+②-③得H2(g)+Mg(s)MgH2(s)　ΔH=(-241.8-141.6+309) kJ·mol-1=-74.4 kJ·mol-1。

(2)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)H2(g)+Mg(s)MgH2(s)　ΔH=-74.4 kJ·mol-1　

(2)3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)　

ΔH2=-254 kJ·mol-1

考点二　反应热的大小比较

1.比较原则

(1)比较ΔH的大小时,必须把反应热的“+”“-”与反应热数值看作一个整体来比较,类似数学中的正负数的大小比较。若为放热反应,放热越多,ΔH越小,若为吸热反应,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,其状态不同,焓值也不同。H(g)>H(l)>H(s)

2.比较方法

(1)直接比较法

①同一可燃物,物质的量越大,放出的热量越多。

②等物质的量的可燃物完全燃烧放出的热量一定比不完全燃烧放出的热量多。

③生成水的量相等时,强酸和强碱的稀溶液反应比弱酸和弱碱参加的中和反应放出的热量多。

④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。即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。

(2)盖斯定律比较法

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。

方法一　直接比较法

[典例1] (2019·山西太原质检)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 mol H—X键放出a kJ能量,则该条件下ΔH2=a kJ·mol-1

解析:若已知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,A项错误;由于HCl比HBr稳定,所以相同条件下HCl的ΔH2比HBr的大,B项错误;ΔH3+ΔH4代表H+(aq)H(g)的焓变,与H+(aq)是来自HCl的还是HI的无关,C项错误;一定条件下,气态原子生成1 mol H—X键放出a kJ能量,则断开1 mol H—X键形成气态原子吸收a kJ的能量,即为ΔH2=a kJ·mol-1,D项正确。

答案:D

[对点精练1] 下列各组中两个反应的反应热,其中ΔH1>ΔH2的是(　A　)

A.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH1;

2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH2

B.S(g)+O2(g)SO2(g)　ΔH1;

S(s)+O2(g)SO2(g)　ΔH2

C.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH1;

2SO3(g)O2(g)+2SO2(g)　ΔH2

D.已知反应:C(金刚石,s)C(石墨,s)　ΔH<0,

C(金刚石,s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1;

C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)　ΔH2

解析:A项,,由于2H2O(l)2H2O(g)　ΔH>0,则ΔH2+ΔH=ΔH1,ΔH1-ΔH2=ΔH>0,故ΔH1>ΔH2,正确;B项,,由于S(s)S(g)　ΔH>0,则ΔH+ΔH1=ΔH2,ΔH2-ΔH1=ΔH>0,故ΔH2>ΔH1,错误;C项,SO2氧化成SO3是放热反应,ΔH1<0,SO3分解成SO2是吸热反应,ΔH2>0,故ΔH2>ΔH1,错误;D项,,根据盖斯定律ΔH1=ΔH+ΔH2,ΔH1-ΔH2=ΔH<0,则ΔH1<ΔH2,错误。

方法二　利用盖斯定律比较

[典例2] (2014·全国Ⅱ卷)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:由题给条件可知:①CuSO4·5H2O(s)Cu2+(aq)+S(aq)+5H2O(l)　ΔH1>0,②CuSO4(s)Cu2+(aq)+S(aq)　ΔH2<0,由①-②可得CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l)　ΔH3=ΔH1-ΔH2>0,选B。

答案:B

[对点精练2] (2019·陕西长安区五中期中)已知:①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH1,②CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH2

下列推断正确的是(　B　)

A.若CO的燃烧热为ΔH3,则H2的燃烧热为ΔH3-ΔH1

B.反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的ΔH=ΔH2-ΔH1

C.若反应②的反应物总能量低于生成物总能量,则ΔH2<0

D.若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多,则ΔH1>0

解析:氢气的燃烧热是指1 mol氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量,而反应①中的水是气体,A项错误;根据盖斯定律,反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的ΔH=ΔH2-ΔH1,B项正确;若反应②的反应物总能量低于生成物总能量,则该反应是吸热反应,ΔH2>0,C项错误;对于放热反应,焓变是负值,则放出的热量越多,焓变越小,所以若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多,结合盖斯定律可推出ΔH1<0,D项错误。

[对点精练3] (2019·黑龙江哈尔滨六中月考)氢气、铝、铁都是重要的还原剂。已知下列反应的热化学方程式,下列关于反应的焓变判断正确的是(　B　)

2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH1

3H2(g)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3H2O(g)　ΔH2

2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(s)　ΔH3

2Al(s)+O2(g)Al2O3(s)　ΔH4

2Al(s)+Fe2O3(s)Al2O3(s)+2Fe(s)　ΔH5

A.ΔH1<0　ΔH3>0

B.ΔH5<0　ΔH4<ΔH3

C.ΔH1=ΔH2+ΔH3

D.ΔH3=ΔH4+ΔH5

解析:将题给的5个热化学方程式依次编号为①、②、③、④、⑤,其中①、③分别表示H2、Fe燃烧的热化学方程式,燃烧均为放热反应,则ΔH1<0,ΔH3<0,故A项错误;铝热反应为放热反应,故ΔH5<0;根据盖斯定律,由④-③可得2Al(s)+Fe2O3(s)Al2O3(s)+2Fe(s)

ΔH5=ΔH4-ΔH3<0,则ΔH4<ΔH3,故B项正确;根据盖斯定律,由(②+③)×可得:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH1=(ΔH2+ΔH3),故C项错误;ΔH5=ΔH4-ΔH3,则ΔH3=ΔH4-ΔH5,故D项错误。