2024年大二轮化学（新高考）教案：专题五主观题突破1热化学方程式的书写与焓变的计算

1.热化学方程式的书写与焓变的计算1．焓变的计算(1)根据(相对)能量计算ΔH＝H总(生成物)－H总(反应物)(2)根据键能计算ΔH＝∑E(反应物键能)－∑E(生成物键能)(3)根据活化能计算ΔH＝E(正反应的活化能)－E(逆反应的活化能)。2．热化学方程式书写易出现的错误(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。(2)反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出“＋”号，放热反应未标出“－”号，从而导致错误。(3)漏写ΔH的单位，或者将ΔH的单位写为kJ，从而造成错误。(4)反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。(5)对燃烧热的概念理解不到位，忽略其标准是1mol可燃物而造成错误。(6)对中和反应反应热理解不准确。①强酸与强碱中和反应的反应热ΔH＝－57.3kJ·mol－1，若用弱酸代替强酸(或用弱碱代替强碱)，因电离吸热，放出的热量减少。②若用浓硫酸(或NaOH固体)作反应物，放出热量增多。③若是稀硫酸和Ba(OH)2反应，生成1molH2O(l)时所释放的热量会比57.3kJ多，原因是H＋与OH－结合成1molH2O(l)的同时，Ba2＋和SOeq\o\al(2－,4)结合成BaSO4沉淀也会放热。提醒对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。如：①S(单斜，s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH1＝－297.16kJ·mol－1②S(正交，s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2＝－296.83kJ·mol－1③S(单斜，s)=S(正交，s)ΔH3＝－0.33kJ·mol－13．盖斯定律(1)ΔH与盖斯定律利用盖斯定律求热化学方程式中的焓变ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。(2)盖斯定律的答题模板——叠加法步骤1“倒”为了将方程式相加得到目标方程式，可将部分方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。步骤2“乘”为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要乘以相应倍数。步骤3“加”上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得目标方程式，反应热也要相加。1．[2023·新课标卷，29(1)]根据图示数据计算反应eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)=NH3(g)的ΔH＝__________kJ·mol－1。答案－45解析=kJ·mol－1＝－45kJ·mol－1。2．[2021·湖南，16(1)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。方法Ⅰ.氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据化学键N≡NH—HN—H键能E/(kJ·mol－1)946436.0390.8在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝______kJ·mol－1。答案＋90.8解析根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝390.8kJ·mol－1×3×2－(946kJ·mol－1＋436.0kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。3．[2023·湖南，16(1)]已知下列反应的热化学方程式：①C6H5C2H5(g)＋eq\f(21,2)O2(g)=8CO2(g)＋5H2O(g)ΔH1＝－4386.9kJ·mol－1②C6H5CH=CH2(g)＋10O2(g)=8CO2(g)＋4H2O(g)ΔH2＝－4263.1kJ·mol－1③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH3＝－241.8kJ·mol－1计算反应④C6H5C2H5(g)C6H5CH=CH2(g)＋H2(g)的ΔH4＝____________kJ·mol－1。答案＋118解析根据盖斯定律，将①－②－③可得C6H5C2H5(g)C6H5CH=CH2(g)＋H2(g)ΔH4＝－4386.9kJ·mol－1－(－4263.1kJ·mol－1)－(－241.8kJ·mol－1)＝＋118kJ·mol－1。4．[2023·全国乙卷，28(2)改编]已知下列热化学方程式：FeSO4·7H2O(s)=FeSO4(s)＋7H2O(g)ΔH1＝akJ·mol－1FeSO4·4H2O(s)=FeSO4(s)＋4H2O(g)ΔH2＝bkJ·mol－1FeSO4·H2O(s)=FeSO4(s)＋H2O(g)ΔH3＝ckJ·mol－1则FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·H2O(s)=2(FeSO4·4H2O)(s)的ΔH＝________kJ·mol－1。答案(a＋c－2b)解析将题中反应依次编号为①②③根据盖斯定律可知，①＋③－②×2可得FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·H2O(s)=2(FeSO4·4H2O)(s)，则ΔH＝(a＋c－2b)kJ·mol－1。5．[2023·北京，16(2)]二十世纪初，工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4；ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。结合反应过程中能量变化示意图，下列说法正确的是____________(填序号)。a．活化能：反应ⅰ<反应ⅱb．ⅰ为放热反应，ⅱ为吸热反应c．CO2(l)＋2NH3(l)=CO(NH2)2(l)＋H2O(l)ΔH＝E1－E4答案ab解析反应ⅰ的活化能是E1，反应ⅱ的活化能是E3，E1<E3，a项正确；从图中反应物和生成物能量的相对大小可看出反应ⅰ为放热反应，反应ⅱ为吸热反应，b项正确；总反应的ΔH＝E1－E2＋E3－E4，c项错误。6．[2022·广东，19(1)②]铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图，X(g)→Y(g)过程的焓变为____________________________________________________________________(列式表示)。答案E1－E2＋ΔH＋E3－E4解析设反应过程中第一步的产物为M，第二步的产物为N，则X→M的ΔH1＝E1－E2，M→N的ΔH2＝ΔH，N→Y的ΔH3＝E3－E4，根据盖斯定律可知，X(g)→Y(g)的焓变为ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝E1－E2＋ΔH＋E3－E4。1．目前Haber-Bosch法是工业合成氨的主要方式，其生产条件需要高温高压。为了有效降低能耗，过渡金属催化还原氮气合成氨被认为是具有巨大前景的替代方法。催化过程一般有吸附—解离—反应—脱附等过程，图示为N2和H2在固体催化剂表面合成氨反应路径的势能面图(部分数据略)，其中“*”表示被催化剂吸附。氨气的脱附是________(填“吸热”或“放热”)过程，合成氨的热化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案吸热N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1解析由势能面图可知，氨气从催化剂上脱离时势能面在升高，为吸热过程，由图可知，eq\f(1,2)mol氮气和eq\f(3,2)mol氢气生成1mol氨气的反应热为21kJ·mol－1－17kJ·mol－1－50kJ·mol－1＝－46kJ·mol－1，则合成氨的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1。2．CO2经过催化氢化合成低碳烯烃。其合成乙烯的反应为2CO2(g)＋6H2(g)CH2=CH2(g)＋4H2O(g)ΔH。几种物质的能量(在标准状况下规定单质的能量为0，测得其他物质在生成时所放出或吸收的热量)如下表所示：物质H2(g)CO2(g)CH2=CH2(g)H2O(g)能量/(kJ·mol－1)0－39452－242则ΔH＝______________。答案－128kJ·mol－1解析反应焓变＝生成物总能量－反应物总能量，则该反应的焓变为52kJ·mol－1＋(－242kJ·mol－1)×4－(－394kJ·mol－1)×2－0＝－128kJ·mol－1。3．氢气是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，可用作合成氨、合成甲醇的原料。相关化学键的键能数据如表所示。化学键H—HC—OC—HH—OC=ON—HN≡NE/(kJ·mol－1)436351412462745391946(1)H2可与CO2生成甲醇和水，其反应过程如下。反应Ⅰ：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)；反应Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g)2CH3OH(g)。由表中化学键键能数据可知，反应Ⅰ的ΔH＝____________kJ·mol－1。(2)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝akJ·mol－1，则由表中化学键键能数据可知a＝__________________。答案(1)－350(2)－92解析(1)ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。反应Ⅰ的ΔH＝4E(C=O)＋6E(H—H)－6E(C—H)－2E(C—O)－6E(H—O)＝4×745kJ·mol－1＋6×436kJ·mol－1－6×412kJ·mol－1－2×351kJ·mol－1－6×462kJ·mol－1＝－350kJ·mol－1。(2)根据ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和可知，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH＝E(N≡N)＋3E(H—H)－6E(N—H)＝946kJ·mol－1＋3×436kJ·mol－1－6×391kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1，则a＝－92。4．钌及其化合物在合成工业上有广泛用途，下图是用钌(Ru)基催化剂催化合成甲酸的过程。每生成92g液态HCOOH放出62.4kJ的热量。根据图示写出该反应的热化学方程式：______________________________________________________________________________________________________________。答案H2(g)＋CO2(g)=HCOOH(l)ΔH＝－31.2kJ·mol－1解析根据整个流程图可知，CO2(g)和H2(g)为反应物，生成物为HCOOH(l)，92gHCOOH的物质的量为eq\f(92g,46g·mol－1)＝2mol，所以生成1molHCOOH(l)放出31.2kJ热量，热化学方程式为H2(g)＋CO2(g)=HCOOH(l)ΔH＝－31.2kJ·mol－1。5．在α-Fe(Ⅲ)铁原子簇表面，以N2和H2为原料合成氨的反应机理如下：①H2(g)=2H(g)ΔH1②N2(g)＋2H(g)2(NH)(g)ΔH2③(NH)(g)＋H(g)(NH2)(g)ΔH3④(NH2)(g)＋H(g)NH3(g)ΔH4总反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH。则ΔH4＝______________________________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH的式子表示)。答案eq\f(1,2)(ΔH－3ΔH1－ΔH2－2ΔH3)6．实验室可用KClO3分解制取O2，KClO3受热分解的反应分两步进行：①4KClO3(s)=3KClO4(s)＋KCl(s)②KClO4(s)=KCl(s)＋2O2(g)已知：K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=KCl(s)ΔH＝－437kJ·mol－1K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)＋eq\f(3,2)O2(g)=KClO3(s)ΔH＝－398kJ·mol－1K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)＋2O2(g)=KClO4(s)ΔH＝－433kJ·mol－1则反应4KClO3(s)=3KClO4(s)＋KCl(s)的ΔH＝__________kJ·mol－1。答案－144解析①K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=KCl(s)ΔH＝－437kJ·mol－1；②K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)＋eq\f(3,2)O2(g)=KClO3(s)ΔH＝－398kJ·mol－1；③K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)＋2O2(g)=KClO4(s)ΔH＝－433kJ·mol－1，依据盖斯定律将①＋③×3－②×4得到4KClO3(s)=3KClO4(s)＋KCl(s)的ΔH＝－144kJ·mol－1。7．1molCH4(g)完全燃烧生成气态水的能量变化和1molS(g)燃烧的能量变化如图所示。在催化剂作用下，CH4(g)可以还原SO2(g)生成单质S(g)、H2O(g)和CO2(g)，写出该反应的热化学方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案CH4(g)＋2SO2(g)=2S(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝＋352kJ·mol－1解析根据图像可知：①CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝126kJ·mol－1－928kJ·mol－1＝－802kJ·mol－1；②S(g)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝－577kJ·mol－1；根据盖斯定律可知①－②×2可得CH4(g)＋2SO2(g)=2S(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝＋352kJ·mol－1。8．工业上利用甲酸的能量关系转换图如图所示：反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。答案－31.4解析根据图示可得如下热化学方程式：①HCOOH(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋72.6kJ·mol－1；②CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ·mol－1；③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)H2O(g)ΔH3＝－241.8kJ·mol－1。由盖斯定律可mol－1－(＋72.6kJ·mol－1)－(－283.0kJ·mol－1)＝－31.4kJ·mol－