2022高考化学一轮复习教案：第6章 第2讲 反应热的计算及比较

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第2课时　关键能力——反应热的计算及比较

反应热的计算及比较是高考命题的热点和重点，在选择题中结合能量—反应过程图像考查反应热与活化能的关系、反应热的比较等；在非选择题中侧重考查利用盖斯定律计算反应热，或书写热化学方程式，另外还考查根据键能计算反应热等。此类试题大多以最新科研成果、化工生产中反应机理等为命题情境，命题形式和命题角度灵活多变，体现《中国高考评价体系》对知识获取能力、思维认知能力的要求，考生要能够客观全面地获取相关信息，能够从情境中提取有效信息；能够准确概括和描述学科所涉及基本现象的特征及其相互关系，并从中发现问题；能够灵活地、创造性地运用不同方法，发散地、逆向地解决问题能够通过敏锐的洞察能力，发现复杂、新颖情境中的关键事实特征和有价值的新问题；能够将所学知识迁移到新情境，解决新问题，得出新结论。

考向1
盖斯定律及其应用(理解与辨析能力)
借助“能量守恒定律”理解盖斯定律，并应用于分析多步反应的反应热与总反应的反应热的定量关系，能解释化学变化中能量变化的本质，能运用反应焓变合理选择和利用化学反应，要求考生能够从多个视角观察、思考同一个问题，发现复杂、新颖情境中的关键事实特征和有价值的新问题，能够将所学知识迁移到新情境，解决新问题，体现《中国高考评价体系》对“思维与辨析能力”“抽象思维能力”“数据处理能力”“信息转化能力”等关键能力的要求。
1．盖斯定律的内容：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。
2．盖斯定律的意义：间接计算某些反应的反应热。
3．盖斯定律的应用
(1)加合法：利用题给热化学方程式通过相加减得到目标热化学方程式，根据盖斯定律求算反应热(ΔH)，如
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
②C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2
根据盖斯定律，由①－②可得：CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2。
(2)虚拟路径法：根据物质之间的转化关系，合理设计反应途径，如

根据盖斯定律，路径“甲→乙”和路径“甲→丙→乙”的反应热相等，即ΔH＝ΔH1＋ΔH2。
4．盖斯定律的理解
转化关系
反应热间的关系
aAB、AB
ΔH1＝aΔH2

ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2
角度1　利用盖斯定律计算反应热
(2020·北京卷)依据图示关系，下列说法不正确的是(　　)

A．石墨燃烧是放热反应
B．1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧，全部转化为CO2，前者放热多
C．C(石墨)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2
D．化学反应的ΔH，只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关


C　[所有的燃烧都是放热反应，根据图示，C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1，ΔH1＜0，则石墨燃烧是放热反应，A项正确；根据图示，C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1，根据反应可知都是放热反应，1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧，全部转化为CO2，1 mol C(石墨)放热多，B项正确；根据B项分析，①C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1，②CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1，根据盖斯定律①－②×2可得：C(石墨)＋CO2(g)===2CO(g)，则该反应的ΔH＝ΔH1－2ΔH2，C项错误；根据盖斯定律可知，化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关，D项正确。]
(1)[2020·全国卷Ⅱ，28(1)]乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1，相关物质的燃烧热数据如下表所示：
物质
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃烧热ΔH/(kJ·mol－1)
－1 560
－1 411
－286
ΔH1＝________kJ·mol－1。
(2)[2020·山东卷，18(1)]CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)
ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH3
回答下列问题：
ΔH3＝________kJ·mol－1。


解析　(1)①根据提供的燃烧热数据，可以分别得出C2H6、C2H4、H2燃烧的热化学方程式，借助盖斯定律，可以得出ΔH1＝－1560 kJ·mol－1＋1411 kJ·mol－1＋286 kJ·mol－1＝137 kJ·mol－1
(2)由盖斯定律可知，Ⅲ式＝Ⅰ式－Ⅱ式，即ΔH3＝－49.5 kJ·mol－1－(－90.4 kJ·mol－1)＝＋40.9 kJ·mol－1。
答案　　(1)137　　(2)＋40.9

[强化1] (1)(2018·全国卷Ⅰ，28(2))已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
②2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝_________kJ·mol－1。
(2)(2018·全国卷Ⅲ，28(2))三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。SiHCl3在催化剂作用下发生反应：
①2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)ΔH1＝48 kJ·mol－1
②3SiH2Cl2(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。
(3)(2019·全国卷Ⅱ，27(1))环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下面问题：
已知：(g)===(g)＋H2(g)
　　　　　　　　　ΔH1＝100.3 kJ·mol－1①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)
　　　　　　　　　ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)③
ΔH3＝________kJ·mol－1。
解析　(1)令2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1　　a　　
2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1 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)根据信息，可得反应4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH＝3①＋②＝[3×48＋(－30)] kJ·mol－1＝＋114 kJ·mol－1
(3)根据盖斯定律，反应①＋②可得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝100.3 kJ·mol－1＋(－11.0 kJ·mol－1)＝＋89.3 kJ·mol－1。
答案　(1)＋53.1　 (2)＋114　 (3)＋89.3
[强化2] (2019·全国卷Ⅲ，28(2))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　将已知热化学方程式依次编号为①②③，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　－116
角度2　根据盖斯定律书写热化学方程式
(1)(2020·全国卷Ⅰ，28(1))钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为_______________________。

(2)(2018·北京卷，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)根据图示写出热化学方程式：①V2O4(s)＋2SO3(g)===2VOSO4(s)　ΔH1＝－399 kJ·mol－1；②V2O4(s)＋SO3(g)===V2O5(s)＋SO2(g)　ΔH2＝－24 kJ·mol－1，由 ①－②×2可得：2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)，根据盖斯定律，该反应的ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝(－399 kJ·mol－1)－(－24 kJ·mol－1)×2＝－351 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)2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)
ΔH＝－351 kJ·mol－1
(2)3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4 (l)＋S(s)
ΔH2＝－254 kJ·mol－1

［强化3］［2019·天津卷·10(1)］硅粉与HCl在300 ℃时反应生成1 mol SiHC l3气体和H2,放出225 kJ热量，该反应的热化学方程式为____________。
解析 根据题干知，反应的热化学方程式为Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)＋H2(g)　ΔH＝－225 kJ·mol－1。
答案　Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)
ΔH＝－225 kJ·mol－1
考向2
根据键能计算反应热(归纳与论证能力)
键能是指气态分子中1 mol 化学键解离成气态原子所吸收的能量，键能通常是298.15K、101kPa条件下的标准值，可通过实验测定。从化学反应的实质角度认识化学反应中能量的变化，化学反应是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成过程，可以利用键能估算化学反应的热效应。此类问题体现了《中国高考评价体系》对“归纳与论证能力”“信息转化能力”“数据处理能力”“演绎推理能力”等关键能力的考查，要求考生能够客观全面地获取相关信息，能够从情境中提取有效信息，能够透过现象看到本质，发现隐含的规律或原理，并解决实际问题。
解题依据是反应热ΔH＝Σ(反应物的键能)－Σ(生成物的键能)，要注意分子结构及所含共价键数目。
(2018·天津卷·10(2))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
1 075
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

[强化4] (2021·河北辛集中学检测)已知：①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋130 kJ·mol－1；②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－220 kJ·mol－1，其中H—H键、O—H键的键能分别为436 kJ·mol－1和462 kJ·mol－1，则O===O键的键能为(　　)
A．496 kJ·mol－1　　　　　 B．248 kJ·mol－1
C．428 kJ·mol－1 D．284 kJ·mol－1
A　[根据盖斯定律，由①×2－②可得：2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)，则该反应的ΔH＝2ΔH1－ΔH2＝2×(＋130 kJ·mol－1)－(－220 kJ·mol－1)＝＋480 kJ·mol－1。根据ΔH与键能的关系，2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)的ΔH＝(4×462 kJ·mol－1)－EO===O－2×436 kJ·mol－1，从而可得：＋480 kJ·mol－1＝(4×462 kJ·mol－1)－EO===O－2×436 kJ·mol－1，解得EO===O＝496 kJ·mol－1，故O===O键的键能为496 kJ·mol－1。]
考向3
反应热的大小比较(归纳与论证能力)
对不同反应的反应热(ΔH)的大小进行比较，是高考考查反应热的另一种形式。此类试题往往提供多个热化学方程式，要求考生从物质的状态、反应进行的程度、盖斯定律等角度进行分析，并作出合理的判断，体现了《中国高考评价体系》对“归纳与论证能力”的要求，识别有效证据、科学推理论证、归纳总结规律。
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．根据反应物的结构及性质比较
等物质的量的不同物质与同一物质反应时，其反应热不同。如等量的不同金属或非金属与同一种物质反应，金属或非金属越活泼，反应越容易发生，放出的热量就越多，ΔH就越小。
2．利用物质的状态，迅速比较反应热的大小
(1)若反应为放热反应，当反应物状态相同，生成物状态不同时，生成固体放热最多，生成气体放热最少。
(2)若反应为放热反应，当反应物状态不同，生成物状态相同时，固体反应放热最少，气体反应放热最多。
3．根据反应规律直接比较
(1)吸热反应的ΔH肯定比放热反应的大。(前者大于0，后者小于0)；
(2)生成等量的水时，强酸和强碱的稀溶液反应比弱酸和强碱(或强酸和弱碱)的稀溶液反应放出的热量多。
4．根据反应进行的程度进行比较
(1)对于多步进行的放热反应，当反应物和生成物的状态相同时，参加反应物质的量越多，ΔH就越小。对于可逆反应，若正反应是放热反应，反应程度越大，反应放出的热量越多；若正反应是吸热反应，反应程度越大，反应吸收的热量越多。
(2)对于可逆反应，由于反应物不可能完全转化为生成物，所以实际放出(或吸收)的热量小于相应的热化学方程式中的ΔH的绝对值。
5．利用盖斯定律进行比较
依据盖斯定律，化学反应的反应热只与始态和终态有关，而与化学反应进行的途径无关。热化学方程式像代数式一样，可进行移项、合并和加、减、乘、除等数学运算，依据进行数学运算后所得新反应的ΔH可以比较运算前各反应的ΔH的大小。
(2020.7·浙江选考)关于下列ΔH的判断正确的是(　　)
CO(aq)＋H＋(aq)===HCO(aq)　ΔH1
CO(aq)＋H2O(l)⇌HCO(aq)＋OH－(aq)　ΔH2
OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)　ΔH3
OH－(aq)＋CH3COOH(aq)===CH3COO－(aq)＋H2O(l)　ΔH4
A．ΔH1＜0　ΔH2＜0 B．ΔH1 ＜ΔH2
C．ΔH3＜0　ΔH4＞0 D．ΔH3＞ΔH4


B　[将题给四个热化学方程式依次编号为①②③④，反应①可看作Na2CO3溶液和少量稀盐酸反应，为放热反应，ΔH1＜0；反应②是CO的水解反应，为吸热反应，ΔH2＞0，故ΔH1＜ΔH2，A错误，B正确；反应③是中和反应，ΔH3＜0，反应④是CH3COOH和强碱的中和反应，ΔH4＜0，由于CH3COOH电离要吸收热量，等量的OH－分别发生反应③和④时，反应③放出的热量比④多，则有ΔH3＜ΔH4，C、D均错误。]

[强化5] (2021·河北唐山一中检测)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(s)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．ΔH1ΔH3
B　[根据题给信息写出热化学方程式：CuSO4·5H2O(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)＋5H2O(l)　ΔH1>0　①；CuSO4(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)　ΔH20　 ③；
根据盖斯定律，由②＋③可得：CuSO4·5H2O(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)＋5H2O(l)
则有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，由于ΔH1>0，ΔH20，所以ΔH1ΔH1的是(　　)
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．C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH1；
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2
D．2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)　ΔH1；
H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g)　ΔH2
B　[等量H2(g)完全燃烧生成H2O(l)放出的热量比生成H2O(g)放出的热量多，则有ΔH1>ΔH2，A项错误；等量S(g)具有的能量高于S(s)具有的能量，则等量S(g)反应放出的热量比S(s)反应放出的热量多，则有ΔH2>ΔH1，B项正确；等量C(s)完全燃烧生成CO2(g)放出的热量比生成CO(g)放出的热量多，则有ΔH1>ΔH2，C项错误；HCl(g)分解生成H2(g)和Cl2(g)是吸热反应，H2(g)和Cl2(g)生成HCl(g)是放热反应，则有ΔH1>ΔH2，D项错误。]
训练(二十八)　反应热的计算及比较

1．(2021·山东淄博期初调研)
已知：25 ℃、101 kPa，H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　
ΔH＝－241.8 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO(g)
ΔH＝－110.5 kJ·mol－1
将煤转化为清洁气体燃料时反应C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)的ΔH是(　　)
A．－131.3 kJ·mol－1　　　　 B．＋131.3 kJ·mol－1
C．＋352.3 kJ·mol－1 D．－352.3 kJ·mol－1
B　[将题给热化学方程式依次编号为①②，由②－①可得：C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)，根据盖斯定律，该反应的ΔH＝(－110.5 kJ·mol－1)－(－241.8 kJ·mol－1)＝＋131.3 kJ·mol－1。]
2．(2021·湖北武汉联考)根据以下热化学方程式，ΔH1和ΔH2的大小比较错误的是(　　)
A．2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1
2H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(l)　ΔH2
则ΔH1>ΔH2
B．Br2(g)＋H2(g)===2HBr(g)　ΔH1
Br2(l)＋H2(g)===2HBr(g)　ΔH2
则ΔH1