2021高三化学人教版一轮教师用书：第6章第1节化学能与热能


第一节　化学能与热能
考纲定位
要点网络
1.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。
2．了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3．了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
4．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
5．了解焓变(ΔH)与反应热的含义。了解活化能的概念。
6．理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。


焓变　热化学方程式

1．化学反应中的能量变化
(1)化学反应中的两大变化：物质变化和能量变化。
(2)化学反应中的两大守恒：质量守恒和能量守恒。
(3)化学反应中的能量转化形式
①吸热反应：热能―→化学能。
②放热反应：化学能―→热能。
③光合作用：光能―→化学能。
④燃烧反应：化学能―→热能，化学能―→光能。
⑤原电池反应：化学能―→电能。
⑥电解池反应：电能―→化学能。
(4)化学反应的实质与特征

2．焓变、反应热
(1)焓(H)
用于描述物质所具有能量的物理量。
(2)焓变(ΔH)
ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。单位kJ·mol－1或kJ/mol。
(3)反应热
指当化学反应在一定温度下进行时，反应所放出或吸收的热量，通常用符号Q表示，单位kJ·mol－1。
(4)焓变与反应热的关系
对于恒压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能，则有关系：ΔH＝Qp。
3．吸热反应和放热反应
(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析，如图所示。

(2)从反应热的量化参数——键能的角度分析

提醒：熟记常见的放热与吸热反应
放热反应：①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟水或酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化；⑥铝热反应。
吸热反应：①大多数分解反应；②盐类的水解反应；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应。
注意：有能量变化的物理变化不属于放热或吸热反应。
4．活化能与焓变的关系

(1)E1为正反应活化能，E2为逆反应活化能，ΔH＝E1－E2；
(2)催化剂能降低正、逆反应的活化能，能提高反应物活化分子百分含量，但不影响焓变的大小。
5．热化学方程式
(1)定义：表示参加反应物质的物质的量和反应热的关系的化学方程式。
(2)意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。
如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1表示在25 ℃、101 kPa条件下，2_mol_H2和1_mol__O2反应生成2_mol液态水时放出571.6_kJ的热量。

(1)放热反应不需要加热就能反应，吸热反应不加热就不能反应。(　　)
(2)燃烧反应既有热能的变化又有光能的变化。(　　)
(3)同温同压下，反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同。(　　)
(4)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1中的ΔH与可逆反应、反应物的物质的量无关。(　　)
(5)可逆反应的ΔH(正反应)与ΔH(逆反应)互为倒数。(　　)
[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×

1．已知：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，该反应的正反应活化能为b kJ·mol－1，则该反应的逆反应活化能为________kJ·mol－1。
[答案]　a＋b
2．常温常压下，1 g H2完全燃烧，放出a kJ的热量，则H2燃烧的热化学方程式为______________________________________。
[答案]　H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－2a kJ·mol－1
3．H2与ICl的反应分①、②两步进行，其能量曲线如图所示。

(1)反应①、②分别属于________反应、________反应，反应①、②谁的反应较快？________。
(2)总反应的热化学方程式为_____________________________________
__________________________________________________________________。
[答案]　(1)放热　放热　反应②
(2)H2(g)＋2ICl(g)===I2(g)＋2HCl(g)　ΔH＝－218 kJ·mol－1

命题点1　能量变化图像与活化能
1．某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是 (　　)

A．反应过程可表示为 ―→ ―→　
B．E1为反应物的平均能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能
C．正反应的热效应ΔH＝E1－E2<0，所以正反应为放热反应
D．此图中逆反应的热效应ΔH＝E1－E2<0，所以逆反应为放热反应
[答案]　D
2．根据如图能量关系示意图，下列说法正确的是 (　　)

A．1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量之和为393.5 kJ
B．反应2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)中，生成物的总能量大于反应物的总能量
C．由C(s)→CO(g)的热化学方程式为2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.2 kJ·mol－1
D．热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出热量，则CO热值ΔH＝－10.1 kJ·mol－1
C　[A项，由图可知1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量比1 mol CO2(g)能量高393.5 kJ，错误；B项，2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)为放热反应，生成物的总能量小于反应物的总能量，错误；C项，由图可知1 mol C(s)与O2(g)生成1 mol CO(g)放出热量为393.5 kJ－282.9 kJ＝110.6 kJ，且物质的量与热量成正比，焓变为负，则热化学方程式为2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.2 kJ·mol－1，正确；D项，若热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出热量，则CO的热值为≈10.1 kJ·g－1，错误。]
3．(2019·福州一模)已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(s)的能量变化如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．该反应可以自发进行
B．ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1
C．使用催化剂可以减小a、b的差值
D．1 mol A2和1 mol B2完全分解为气态原子需吸收a kJ能量
B　[该反应为吸热反应，ΔH>0，反应后气体分子数减小，ΔS<0，则ΔH－T·ΔS>0，故该反应不能自发进行，A项错误；该反应为吸热反应，ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1，B项正确；使用催化剂可以降低正、逆反应的活化能，但反应热不变，即a、b的差值不变，C项错误；1 mol A2(g)和1 mol B2(g)完全分解为气态原子需吸收a kJ能量，D项错误。]
4．(2019·三晋名校联考)在苯中，HA发生二聚：2HA (HA)2，反应在较低温度下自发进行，则ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。已知该二聚反应的反应热数值约为活化能的。下列能量关系图最合理的是________(填字母序号)。

A　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　D
[解析]　反应在较低温度下自发进行， 说明ΔH<0，故2HA的能量比(HA)2的能量高，又因为该二聚反应的反应热数值约为活化能的，故选B。
[答案]　<　B
命题点2　反应热的基本计算
5．用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用如下反应，可实现氯的循环利用：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－115.6 kJ·mol－1。下列说法正确的是(　　)

A．该反应的活化能为115.6 kJ·mol－1
B．使用催化剂能使该反应的焓变增大
C．该反应的正反应活化能比逆反应活化能大
D．断裂H2O(g)中1 mol H—O键比断裂HCl(g)中1 mol H—Cl 键所需能量多
D　[A项，活化能不等于反应热，错误。
B项，催化剂对反应焓变的大小无影响，错误。
C项，考生易因不清楚反应热与活化能的关系而出错，ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能<0，故正反应活化能比逆反应活化能小，错误。
D项，考生利用键能计算时，易因忽视1 mol H2O中含有2 mol H—O键而出错，4×E(H—Cl)＋498 kJ·mol－1－[2×243 kJ·mol－1＋4×E(H－O)]＝－115.6 kJ·mol－1，整理得E(H—O)－E(H—Cl)＝31.9 kJ·mol－1，故断开1 mol H—O键比断开1 mol H—Cl键所需能量多，正确。]
6．一定条件下，在水溶液中1 mol Cl－、ClO(x＝1,2,3,4)的能量(kJ)相对大小如图所示。

(1)D是________(填离子符号)。
(2)B―→A＋C反应的热化学方程式为________________________________
___________________________________________________(用离子符号表示)。
[解析]　(1)根据化合价可知，A为Cl－，B为ClO－，C为ClO，D为ClO。
(2)B―→A＋C的热化学方程式为3ClO－(aq)===2Cl－(aq)＋ClO(aq)
ΔH＝(2×0＋63－3×60) kJ·mol－1
＝－117 kJ·mol－1。
[答案]　(1)ClO　(2)3ClO－(aq)===2Cl－(aq)＋ClO(aq)　ΔH＝
－117 kJ·mol－1

ΔH的三种基本计算公式
(1)ΔH＝反应物总键能之和－生成物总键能之和。
(2)ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝H(生成物)－H(反应物)。
(3)ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能。
注意：常见物质(1 mol)中化学键数目
物质
CO2
(C===O)
CH4
(C—H)
P4
(P—P)
SiO2
(Si—O)
石
墨
金刚
石
S8
(S—S)
Si
键数
2
4
6
4
1.5
2
8
2
命题点3　热化学方程式的书写
7．根据信息书写热化学方程式
(1)化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。回答下列问题：
已知AX3的熔点和沸点分别为－93.6 ℃和76 ℃，AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5，放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)在25 ℃、101 kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为_______________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)在一定条件下，将1 mol N2和3 mol H2充入一密闭容器中发生反应生成氨气，达到平衡时N2的转化率为25%，放出Q kJ的热量，写出N2与H2反应的热化学方程式为_________________________________________________________。
(4)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和氢气，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ，该反应的热化学方程式是_________________
___________________________________________________________________。
[解析]　(1)室温时AX3为液态(l)，AX5为固态(s)。
(2)根据碳原子守恒有：C2H5OH～2CO2～2CaCO3。生成100 g CaCO3沉淀，则乙醇为0.5 mol，据此可写出反应的热化学方程式。
(3)1 mol N2完全反应放出的热量为 kJ＝4Q kJ，故N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－4Q kJ·mol－1。
(4)消耗1 mol NaBH4(s)放热×38 kJ＝216 kJ。
[答案]　(1)AX3(l)＋X2(g)===AX5(s)　
ΔH＝－123.8 kJ·mol－1
(2)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)
ΔH＝－2Q kJ·mol－1
(3)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－4Q kJ·mol－1
(4)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g)
ΔH＝－216 kJ·mol－1
8．已知：①P4(s)＋6Cl2(g)===4PCl3(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，②P4(s)＋10Cl2(g)===4PCl5(g)　ΔH＝b kJ·mol－1，P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c kJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2c kJ·mol－1。请回答：PCl3(g)和氯气反应生成PCl5(g)的热化学方程式为________________________________
________________________________________________________________。
[解析]　设已知中的两个热化学方程式分别为：①P4(s)＋6Cl2(g)===4PCl3(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，②P4(s)＋10Cl2(g)===4PCl5(g)　ΔH＝b kJ·mol－1，根据盖斯定律，(②－①)÷4得：PCl3(g)＋Cl2(g)===PCl5(g)　ΔH＝ kJ·mol－1。
[答案]　PCl3(g)＋Cl2(g)===PCl5(g)　ΔH＝ kJ·mol－1


书写热化学方程式注意事项
(1)注明反应条件：反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是在25 ℃、101 kPa下进行的，可不注明。
(2)注明物质状态：常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。
(3)注意符号、单位：ΔH应包括“＋”或“－”、数值和单位(kJ·mol－1)。
(4)区别于普通方程式：一般不注“↑”“↓”以及“点燃”“加热”等。
(5)注意热化学方程式的化学计量数：热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，可以是整数，也可以是分数。且化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。
(6)同素异形体转化的热化学方程式除了注明状态外，还要注明名称。
燃烧热　中和热　能源

1．燃烧热和中和热

燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热
ΔH及其单位
ΔH<0，单位均为kJ·mol－1
不同点
反应物的量
1_mol
不一定为1 mol
生成物的量
不确定
生成水的量为1_mol
反应热
的含义
101 kPa时，1_mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量
在稀溶液里，酸与碱发生中和反应生成1_mol_H2O时所放出的热量
表示方法
燃烧热ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)
强酸与强碱反应的中和热ΔH＝－57.3_kJ·mol－1
2.中和反应热的测定
(1)实验装置

(2)实验步骤
①绝热装置组装―→②量取一定体积酸、碱稀溶液―→③测反应前酸碱液温度―→④混合酸碱液测反应时最高温度―→⑤重复2～3次实验―→⑥求平均温度差(t终－t始)―→⑦计算中和热ΔH。
(3)中和热测定数据处理
ΔH＝－
c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1。
(4)误差分析
若实验时有热量损失，所测中和热偏小，ΔH偏大。
(5)注意事项
①由于化学反应都有一定的可逆性，为保证酸(碱)能完全中和，可使加入碱(酸)稍过量。
②中和热是强酸强碱的稀溶液生成1 mol H2O放出的热量为57.3 kJ，弱酸弱碱电离时吸热，生成1 mol H2O时放出的热量小于57.3 kJ。浓硫酸稀释时放热，生成1 mol H2O时放出的热量大于57.3 kJ。
③中和热测定实验时用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液的方法是上下搅动，不能用铜丝等金属丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是铜传热快，热量损失大。
④计算时应注意单位的统一，且要注意数据的取舍，无效数据要舍去。
3．能源
(1)分类

(2)科学开发利用能源的措施
①提高能源的利用率
科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧：
一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等；二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷射成雾状等。
②开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、对环境无污染的新能源等。

(1)燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－192.9 kJ·mol－1，则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol－1。(　　)
(2)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量。(　　)
(3)在中和热测定时，加酸液或碱液的动作缓慢，或用铁丝搅拌，所测中和热均减小。(　　)
(4)天然气与沼气的主要成分均为CH4，二者均为绿色能源。(　　)
(5)为了使燃烧更充分，空气的量越多越好。(　　)
(6)固体可燃物粉碎可以使可燃物燃烧更完全。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√

1．已知丙烯(C3H6)的燃烧热为a kJ·mol－1，则表示丙烯燃烧热的热化学方程式为_______________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[答案]　C3H6(g)＋O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－a kJ·mol－1
2．已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。　
(1)H2SO4(aq)＋Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH________－114.6 kJ·mol－1(填“>”“<”或“＝”)。
(2)NaOH与H2SO4反应时，表示中和热的热化学方程式为__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
[答案]　(1)<　(2)NaOH(aq)＋H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1

命题点1　燃烧热、中和热与能源
1．(2019·昆明模拟)已知：
①H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)
ΔH1＝－57.3 kJ·mol－1，
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH2＝－571.6 kJ·mol－1，
下列有关说法正确的是(　　)
A．向含0.1 mol NaOH的溶液中加入一定体积的0.1 mol·L－1乙二酸，反应中的能量变化如图所示

B．NH3·H2O(aq)＋H＋(aq)===NH(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
C．氢气的标准燃烧热为571.6 kJ·mol－1
D．若反应②中水为气态，则同样条件下的反应热：ΔH<ΔH2
A　[因乙二酸是弱酸，弱酸的电离平衡是一个吸热过程，故生成0.1 mol H2O(l)时放出的热量小于5.73 kJ，A项正确；NH3·H2O为弱碱，反应中的ΔH>－57.3 kJ·mol－1，B项错误；反应消耗1 mol H2(g)放出的热量为285.8 kJ，故H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，C项错误；D项，水为气态时，放出的热量少，但ΔH大，即ΔH>ΔH2，D项错误。]
2．(2019·黑龙江哈尔滨三中期中)一些烷烃的燃烧热如下表：



化合物
燃烧热/
(kJ·mol－1)
化合物
燃烧热/
(kJ·mol－1)
甲烷
890.3
正丁烷
2878.0
乙烷
1560.8
异丁烷
2869.6
丙烷
2221.5
2­甲基丁烷
3531.3
下列说法正确的是 (　　)
A．乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)＋7O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 560.8 kJ·mol－1
B．稳定性：正丁烷>异丁烷
C．正戊烷的燃烧热大于3 531.3 kJ·mol－1
D．相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多
C　[表示乙烷燃烧的热化学方程式中，H2O应为液态，且该反应的ΔH＝－3 121.6 kJ·mol－1，A错误；由表中燃烧热数据可知，1 mol 正丁烷、异丁烷分别完全燃烧时，正丁烷放出的热量多，说明等量的两种物质，正丁烷具有的能量高于异丁烷，则异丁烷更稳定，B错误；2­甲基丁烷的稳定性强于正戊烷， 由于2­甲基丁烷的燃烧热为3 531.3 kJ·mol－1，故正戊烷的燃烧热大于3 531.3
kJ·mol－1，C正确；由表中数据分析可知，相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越少，D错误。]
3．化学与人类生活、社会可持续发展密切相关，下列说法正确的是(　　)
A．直接燃烧煤和将煤进行深加工后再燃烧的效率相同
B．天然气、水能属于一次能源，水煤气、电能属于二次能源
C．人们可以把放热反应释放的能量转化为其他可利用的能量，而吸热反应没有利用价值
D．地热能、风能、天然气和氢能都属于新能源
B　[A项，将煤进行深加工后，脱硫处理、气化处理能很好地减少污染气体，提高燃烧效率，燃烧的效果好，错误；C项，有时需要通过吸热反应吸收热量降低环境温度，有利用价值，如“摇摇冰”的上市就是利用了吸热反应原理，错误；D项，地热能、风能和氢能都属于新能源，天然气是化石燃料，不属于新能源，错误。]
命题点2　中和热的实验测定
4．某实验小组用0.50 mol·L－1 NaOH溶液和0.50 mol·L－1硫酸溶液进行反应热的测定，实验装置如图所示。

(1)装置中碎泡沫塑料的作用是__________________________。
(2)写出该反应的热化学方程式[生成1 mol H2O(l)时的反应热为
－57.3 kJ·mol－1]：
__________________________________________________________。
(3)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如表所示。
①请填写表格中的空白：
温度
次数
起始温度t1/℃
终止温
度t2/℃
温度差平均
值(t2－t1)/℃
H2SO4
NaOH
平均值
1
26.2
26.0
26.1
30.1

2
27.0
27.4
27.2
33.3
3
25.9
25.9
25.9
29.8
4
26.4
26.2
26.3
30.4
②近似认为0.50 mol·L－1 NaOH溶液和0.50 mol·L－1硫酸溶液的密度都是1.0 g·mL－1，中和后生成溶液的比热容c＝4.18 J·(g·℃)－1。则生成1 mol H2O(l)时的反应热ΔH＝________(取小数点后一位)。
③上述实验数值结果与－57.3 kJ·mol－1有偏差，产生偏差的原因不可能是________(填字母)。
a．实验装置保温、隔热效果差
b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
(4)若将一定量的稀氢氧化钠溶液和稀氨水分别和1 L 1 mol·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2，则ΔH1、ΔH2的大小关系为___________________________________________________________________，
理由是_________________________________________________________
_________________________________________________________________。
[解析]　(3)①第2组数据偏差较大，应舍去，其他三组的温度差平均值约为4.0 ℃。②ΔH＝－[(50＋30)mL×1.0 g·mL－1×4.0 ℃×4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1÷0.025 mol]≈－53.5 kJ·mol－1。③放出的热量少可能是散热、多次加入碱或起始温度读得较高等原因。(4)稀氢氧化钠溶液中溶质都完全电离，稀氨水中的溶质是弱电解质，它与盐酸的反应中NH3·H2O的电离要吸收热量，故中和热要小一些，ΔH2要大一些，即ΔH1<ΔH2。
[答案]　(1)隔热保温，防止热量的损失
(2)H2SO4(aq)＋2NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋2H2O(l)
ΔH＝－114.6 kJ·mol－1
(3)①4.0　②－53.5 kJ·mol－1　③b
(4)ΔH1<ΔH2　稀氨水中NH3·H2O在反应时电离吸热，测定的中和热偏小，ΔH2偏大

盖斯定律在ΔH求算中的应用
——变化观念与证据推理

盖斯定律充分体现了能量守恒定律，在近几年高考试题中出现率100%，难度中档。呈现形式主要是根据两个或三个已知热化学方程式推导目标反应的热化学方程式或其ΔH。体现了变化观念与证据推理的化学核心素养。

1．盖斯定律的内容
化学反应不管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。体现了能量守恒定律。
2．盖斯定律的定量关系
方程式
反应热间的关系
aAB、AB
ΔH1＝aΔH2
AB
ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2
＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
[典例导航]
(2019·全国卷Ⅲ，节选)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。
[思路点拨]　
第一步：找出待求热化学方程式中反应物与生成物在已知热化学方程式中的位置。
4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)
第二步：调整已知热化学方程式方向、计量数和ΔH。
2CuO(s)＋4HCl(g)===2CuCl2(s)＋2H2O(g)　
ΔH＝－121×2 kJ·mol－1
2CuCl(s)＋O2(g)===2CuO(s)＋Cl2(g)　
ΔH＝－20×2 kJ·mol－1
2CuCl2(s)===2CuCl(s)＋Cl2(g)　
ΔH＝83×2 kJ·mol－1
第三步：加和已调整的热化学方程式中的ΔH，确定待求反应的ΔH。
ΔH＝(－121×2－20×2＋83×2) kJ·mol－1＝－116 kJ·mol－1。
[答案]　－116

“三步”确定热化学方程式或ΔH




1．(1)(2019·贵阳模拟)用NH3可以消除氮氧化物的污染，已知：
反应Ⅰ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH1＝
a kJ·mol－1
反应Ⅱ：N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1
反应Ⅲ：4NH3(g)＋6NO(g) 5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH3＝c kJ·mol－1
则反应Ⅱ中的b＝________(用含a、c的代数式表示)，反应Ⅲ中的ΔS________(填“>”“<”或“＝”)0。
(2)(2019·辽宁五校联考)若某温度下，CH3COOH(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH＝－46.8 kJ·mol－1，H2SO4(aq)与NaOH(aq)的中和热为57.3 kJ·mol－1，则CH3COOH在水溶液中电离的反应热ΔH1＝________。
(3)(2019·云南七校联考)已知：
化学键
C—H
C—C
C===C
H—H
键能/(kJ·mol－1)
412
348
612
436

则CH2CH3(g)―→CHCH2(g)＋H2(g) ΔH＝___；
(乙苯) (苯乙烯)
又知H2和苯乙烯的燃烧热ΔH分别为－290 kJ·mol－1和－4 400 kJ·mol－1，则乙苯的燃烧热ΔH＝________ kJ·mol－1。
[解析]　(1)根据盖斯定律，由(反应Ⅰ－反应Ⅲ)÷3，得N2(g)＋O2(g) 2NO(g)　ΔH2＝ kJ·mol－1。反应Ⅲ中生成物气体的物质的量大于反应物的，所以反应Ⅲ是熵增反应，ΔS>0。
(2)醋酸和NaOH的中和反应(反应热ΔH)，可以分为CH3COOH的电离(反应热ΔH1)、H＋和OH－的中和(反应热ΔH2)两步，故ΔH1＝ΔH－ΔH2＝－46.8 kJ·mol－1－(－57.3 kJ·mol－1)＝＋10.5
kJ·mol－1。
(3)由有机物的结构可知，乙苯催化脱氢反应的ΔH等于—CH2CH3的总键能与—CH===CH2、H2的总键能之差，故乙苯催化脱氢反应的ΔH＝(5×412＋348－3×412－612－436) kJ·mol－1＝＋124 kJ·mol－1。根据H2和苯乙烯的燃烧热可以写出：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH1＝－290 kJ·mol－1，CHCH2(g)＋
10O2(g)===8CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH2＝－4 400 kJ·mol－1。根据盖斯定律可求CH2CH3(g)＋O2(g)===8CO2(g)＋5H2O(l)的ΔH＝ΔH－ΔH1－ΔH2＝－4 566 kJ·mol－1。
[答案]　(1)　>　(2)＋10.5 kJ·mol－1　
(3)＋124 kJ·mol－1　－4 566
2．(2019·北京高考，节选)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。
[解析]　根据盖斯定律，由ⅰ＋ⅱ－ⅲ或ⅰ－ⅱ－ⅲ可确定目标反应。
[答案]　C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)=== 2CO(g)
3．已知：①2CH3OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH1
②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3
④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH4
⑤CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)
A．ΔH1>0，ΔH2<0
B．ΔH3>ΔH4
C．ΔH1＝ΔH2＋2ΔH3－ΔH5
D．2ΔH5＋ΔH1<0
D　[因①②③④反应均为燃烧反应，故ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4均小于0，根据盖斯定律，2ΔH5＋ΔH1＝ΔH2＋2ΔH3<0。]
4．(2019·长沙模拟)2 mol金属钠和1 mol氯气反应的能量关系如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．相同条件下，K(s)的(ΔH2′＋ΔH3′) B．ΔH4的数值和Cl—Cl共价键的键能相等
C．ΔH5<0，在相同条件下，2Br(g)的ΔH5′>ΔH5
D．ΔH7<0，且该过程形成了分子间作用力
D　[K比Na活泼，相同条件下K更易失去电子，则K(s)的
(ΔH2′＋ΔH3′)Br，故相同条件下，2Br(g)的
ΔH5′>ΔH5，C项正确；NaCl为离子化合物，不能形成分子间作用力，D项错误。]

利用物质状态迅速比较反应热大小的方法
(1)同一物质，状态不同，反应热也不同。
如A(g)A(l)A(s)。
(2)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。
(3)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。
(4)在比较反应热(ΔH)的大小时，应带符号比较。对于放热反应，放出的热量越多，ΔH反而越小。

1．(2019·全国卷Ⅰ，节选)我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。

可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正＝______eV，写出该步骤的化学方程式_______________ ___________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
[解析]　由图可知，该反应的始态相对能量高于终态相对能量，ΔH<0，由图可知历程中最大活化能E正＝(1.86＋0.16)eV＝2.02 eV。该步骤起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为COOH*＋2H*＋OH*。
[答案]　小于　2.02　COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*)
2．(2019·全国卷Ⅱ，节选)已知：
(g)===(g)＋H2(g)　ΔH1＝100.3 kJ·mol－1　①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1②
对应反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)
ΔH3＝________kJ·mol－1。　③
[解析]　根据盖斯定律可知ΔH3＝ΔH1＋ΔH2。
[答案]　89.3(或＋89.3)
3．(1)(2018·全国卷Ⅰ，节选)已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
2NO2(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，节选)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为________ kJ·mol－1。
[解析]　(1)将已知热化学方程式依次编号为a、b，根据盖斯定律，由×a－b得N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＝ kJ·mol－1＝＋53.1 kJ·mol－1。
(2)将已知热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①×3＋②，可得：4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)　ΔH＝3×48 kJ·mol－1－30 kJ·mol－1＝114 kJ·mol－1。
[答案]　(1)＋53.1　(2)＋114
4．(1)(2017·全国卷Ⅰ，节选)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)(2017·全国卷Ⅲ，节选)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＝________。
[解析]　(1)系统(Ⅰ)：令题干中的四个热化学方程式依次编号为①②③④，由①＋②＋③可得出H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
系统(Ⅱ)：②＋③＋④可得出H2S(g)===S(s)＋H2(g)　ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4
(2)将反应依次编为反应①②③，根据盖斯定律，将反应①×2－②×3－③可得：As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。
[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
5．(2014·全国卷Ⅱ)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
B　[“虚拟”路径法。

根据盖斯定律：ΔH1＝ΔH3＋ΔH2，
由于ΔH1>0，ΔH3>0，ΔH2<0，
所以ΔH1<ΔH3。]