2024届高考化学复习讲义第六章化学反应与能量变化第二讲盖斯定律及其应用含答案
展开考点 盖斯定律及其应用
1.盖斯定律
(1)定义:一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是[1] 相同的 。即反应热只与反应体系的[2] 始态 和[3] 终态 有关,而与[4] 反应途径 无关。如:
途径一:A→B
途径二:A→C→B
则ΔH1、ΔH2、ΔH的关系为ΔH=[5] ΔH1+ΔH2 。
(2)本质:在指定状态下,各物质的焓都是确定的,等压且没有除体积功之外的其他功产生时,从反应物变成产物,无论经过哪些步骤,它们焓的差值都是不变的。
2.盖斯定律的应用
应用盖斯定律计算反应热并比较大小。
若一个化学反应的化学方程式可由另外几个反应的化学方程式相加减而得到,则该反应的焓变即为这几个反应的焓变的代数和。
3.反应热大小的比较
(1)根据反应物量的大小关系比较反应焓变大小
①H2(g)+12O2(g)H2O(g) ΔH1
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH2
反应②中H2的量更多,因此放热更多,|ΔH1|[6] < |ΔH2|,但ΔH1<0,ΔH2<0,故ΔH1[7] > ΔH2。
(2)根据反应进行程度的大小比较反应焓变大小
③C(s)+12O2(g)CO(g) ΔH3
④C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH4
反应④,C完全燃烧,放热更多,|ΔH3|[8] < |ΔH4|,但ΔH3<0,ΔH4<0,故ΔH3[9] > ΔH4。
(3)根据反应物或生成物的状态比较反应焓变大小
⑤S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH5
⑥S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH6
方法一:图像法
由图像可知:|ΔH5|[10] > |ΔH6|,但ΔH5<0,ΔH6<0,故ΔH5[11] < ΔH6。
方法二:通过盖斯定律构造新的热化学方程式
由⑤-⑥可得S(g)S(s) ΔH=[12] ΔH5-ΔH6 <0,故ΔH5[13] < ΔH6。
(4)根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变大小
⑦2Al(s)+32O2(g)Al2O3(s) ΔH7
⑧2Fe(s)+32O2(g)Fe2O3(s) ΔH8
由⑦-⑧可得2Al(s)+Fe2O3(s)2Fe(s)+Al2O3(s) ΔH=[14] ΔH7-ΔH8 。已知铝热反应为放热反应,故ΔH<0,ΔH7[15]<ΔH8。
1.易错辨析。
(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。( ✕ )
(2)由H2(g)+12O2(g)H2O(g) ΔH=-a kJ·ml-1可知,1 g H2(g)完全燃烧生成H2O(g)放出的热量为a kJ。( ✕ )
(3)已知:A(g)+B(g)C(g) ΔH1,A(g)+B(g)C(l) ΔH2,则ΔH1>ΔH2。( √ )
2.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 H2O(l)H2(g)+12O2(g) ΔH=+286 kJ·ml-1 、 H2S(g)H2(g)+S(s) ΔH=+20 kJ·ml-1 ,制得等量H2所需能量较少的是 系统(Ⅱ) 。
3.[根据图示关系求焓变]依据图示关系,请回答:
(1)1 ml C(石墨,s)和1 ml CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2, 前者 (填“前者”或“后者”)放热多。
(2)写出1 ml C(石墨,s)与CO2(g)反应生成CO(g)的热化学方程式: C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=+172.5 kJ·ml-1 。
4.[构建反应途径求焓变]室温下,将1 ml CuSO4·5H2O溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 ml CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3。
(1)ΔH1 > 0,ΔH2 < 0(填“>”或“<”)。
(2)ΔH3= ΔH1-ΔH2 (用ΔH1和ΔH2表示)。
研透高考 明确方向
命题点1 反应热的大小比较
1.[2021浙江]相同温度和压强下,关于反应的ΔH,下列判断正确的是( C )
(g)+H2(g)(g) ΔH1
(g)+2H2(g)(g) ΔH2
(g)+3H2(g)(g) ΔH3
(g)+H2(g)(g) ΔH4
A.ΔH1>0,ΔH2>0B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH1>ΔH2,ΔH3>ΔH2D.ΔH2=ΔH3+ΔH4
解析 、分别与H2发生加成反应,生成更稳定的环己烷,为放热反应,即ΔH1、ΔH2均小于0,A项错误;由盖斯定律知,前两个热化学方程式相加得不到第三个热化学方程式,即ΔH3≠ΔH1+ΔH2,B项错误;中含2个碳碳双键,反应放出的热量更多,故ΔH1>ΔH2,+H2 ΔH=ΔH3-ΔH2,苯的稳定性强于,故苯加氢转化成为吸热反应,则 ΔH3>ΔH2,C项正确;根据盖斯定律得ΔH3=ΔH2+ΔH4,D项错误。
2.[2021浙江]在298.15 K、100 kPa条件下,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1,N2(g)、H2(g)和NH3(g)的比热容分别为 29.1 J·K-1·ml-1、28.9 J·K-1·ml-1和35.6 J·K-1·ml-1。一定压强下,1 ml反应中,反应物[N2(g)+3H2(g)]、生成物[2NH3(g)]的能量随温度T的变化示意图合理的是( B )
AB
CD
解析 该反应为放热反应,故反应物的能量较高,排除C、D项;根据题给数据,可求出反应物[N2(g)+ 3H2(g)]的比热容为 115.8 J·K-1·ml-1,生成物[2NH3(g)]的比热容为71.2 J·K-1·ml-1,升高相同温度比热容大的物质吸收能量多,所以温度升高,反应物能量变化程度较大,故选B。
命题点2 应用盖斯定律书写热化学方程式
3.(1)[2023湖南] 已知下列反应的热化学方程式:
①C6H5C2H5(g)+212O2(g)8CO2(g)+5H2O(g)
ΔH1=-4 386.9 kJ·ml-1
②C6H5CHCH2(g)+10O2(g)8CO2(g)+4H2O(g)
ΔH2=-4 263.1 kJ·ml-1
③H2(g)+12O2(g)H2O(g)
ΔH3=-241.8 kJ·ml-1
计算反应④C6H5C2H5(g)⇌C6H5CHCH2(g)+H2(g)的ΔH4=+118kJ·ml-1;
(2)[2022湖北]已知:
①CaO(s)+H2O(l)Ca(OH)2(s)
ΔH1=-65.17 kJ·ml-1
②Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)
ΔH2=-16.73 kJ·ml-1
③Al(s)+OH-(aq)+3H2O(l)[Al(OH)4]-(aq)+32H2(g)
ΔH3=-415.0 kJ·ml-1
则CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l)Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g)的ΔH4= -911.9 kJ·ml-1。
解析 (1)根据盖斯定律,由①-②-③,可得④C6H5C2H5(g)⇌C6H5CHCH2(g)+H2(g) ΔH4=-4 386.9 kJ·ml-1-(-4 263.1 kJ·ml-1)-(-241.8 kJ·ml-1)=+118 kJ·ml-1。(2)根据盖斯定律,由①+2×③+②可得目标反应,故ΔH4=ΔH1+2ΔH3+ΔH2=-911.9 kJ·ml-1。
技巧点拨
反应热计算模型
4.[2022全国乙]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(g)
ΔH1=-1 036 kJ·ml-1
②4H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g)
ΔH2=+94 kJ·ml-1
③2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH3=-484 kJ·ml-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)S2(g)+2H2(g)的ΔH4= +170 kJ·ml-1。
(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺,即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是,利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是 得到燃料H2,且不产生SO2污染物 ,缺点是 耗能较大 。
解析 (1)根据盖斯定律,④=①+②-3×③3,故ΔH4=ΔH1+ΔH2-3ΔH33=+170 kJ·ml-1。(2)相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是得到燃料H2,且不产生SO2污染物;缺点是反应需要高温,耗能较大。
命题点3 根据物质能量图像书写热化学方程式
5.[浙江高考改编]已知:298 K时,相关物质的相对能量(如图)。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH(ΔH随温度变化可忽略)。例如:H2O(g)H2O(l) ΔH=-286 kJ·ml-1-(-242 kJ·ml-1)=-44 kJ·ml-1,则C2H6(g)+2CO2(g)⇌4CO(g)+3H2(g) ΔH= +430 kJ·ml-1。
解析 由题给信息可知,ΔH=生成物总能量-反应物总能量=0+4×(-110 kJ·ml-1)-2×(-393 kJ·ml-1)-(-84 kJ·ml-1)=+430 kJ·ml-1。
6.[全国Ⅰ高考]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 2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351 kJ·ml-1 。
解析 根据题图知,V2O4(s)+2SO3(g)2VOSO4(s) ΔH1=-399 kJ·ml-1①,V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=-24 kJ·ml-1②。根据盖斯定律,由①-②×2得2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=(-399+48) kJ·ml-1=-351 kJ·ml-1。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.了解盖斯定律及其简单应用。
2.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。
3.能进行反应焓变的简单计算,能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能运用反应焓变合理选择和利用化学反应
盖斯定律
及其应用
2023全国甲,T28;2023全国乙,T28;2023湖南,T16;2023湖北,T19;2023山东,T20;2023年6月浙江,T19;2022年6月浙江,T18;2022广东,T19;2022全国甲,T28;2021湖南,T16;2021重庆,T10;2021年1月浙江,T24;2020年7月浙江,T22;2020全国Ⅱ,T28;2019全国Ⅱ,T27
1.证据推理与模型认知:能基于盖斯定律,结合键能、焓变等信息,计算未知反应的焓变;能对燃料、能源使用方案进行简单评价;能结合数据信息,根据目的选择物质,设计反应;能从物质与能量转化的角度,创造性地设计反应,合理利用能量。
2.科学探究与创新意识:能测定典型反应的反应热,并分析误差;能探究反应热测定过程中的影响因素
命题分析预测
1.以盖斯定律的应用为载体命题,常以非选择题中某一问的形式考查热化学方程式的书写或反应热的计算。
2.预计在2025年高考中,有关反应热的考查内容将不断拓宽,对热化学方程式的书写及盖斯定律的应用要求会有所提高,另外试题很可能会涉及能源问题,以引导考生形成与环境和谐共处、合理利用自然资源的观念
依据
ΔH的计算方法
反应物和生成物
的总能量
ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量
键能
ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和
燃烧热
ΔH=n(可燃物)×ΔH1(ΔH1为该可燃物的燃烧热)
aA(g)B(g) ΔH1;
A(g)1aB(g) ΔH2
ΔH2=1aΔH1或ΔH1=aΔH2
aA(g)B(g) ΔH1;
B(g)aA(g) ΔH2
ΔH1=-ΔH2
aA(g)B(g) ΔH1;
B(g)cC(g) ΔH2;
aA(g)cC(g) ΔH
ΔH=ΔH1+ΔH2
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