高考化学答题技巧之化学反应原理 题型一 反应热的计算(解析版)Word（19页）

题型一 反应热的计算 反应热的计算是高考的重点及热点， 属于必考知识点，对近年来的高考化学试题中反应热的 计算进行了统计与梳理，其中“盖斯定律”型反应热的求解最为常见。通过对此题型的题型特征、 解题策略等进行归纳总结，以相应的高考真题进行分析，搭建“思维认知模型”，从题型特征、解 题依据、解题思路、解题关键、解题步骤、典例示范等角度帮助师生形成模型认知素养，能快速、 准确解决“盖斯定律”型反应热的求解。 一、反应热的计算 1．根据热化学方程式计算 热化学方程式中反应热数值与各物质的化学计量数成正比。例如， aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g) ΔH a b c d |ΔH| n(A) n(B) n(C) n(D) Q 则 2．根据反应物、生成物的键能计算 (1)ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝H(生成物)－H(反应物) (2)ΔH＝反应物总键能之和－生成物总键能之和 常见物质中的化学键数目 物质 CO2(C===O ) CH4(C－H) P4(P－P) SiO2(Si－O) 石墨 金刚石 Si S8(S－S) 键数 2 4 6 4 1.5 2 2 8 (3)ΔH＝E1－E2，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能 3．根据物质的燃烧热数值计算 Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH(燃烧热)|。 4．根据盖斯定律计算 若反应物A 变为生成物D，可以有两个途径 ①由A 直接变成D，反应热为ΔH； ②由A 经过B 变成C，再由C 变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。 如图所示： 则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。 二、“盖斯定律”型反应热的思维认知模型 1．题型特征： 由多个已知热化学方程式， 求目标热化学方程式的反应热ΔH 或写出目标热化学方程式的热化学方程 式。 此类题型比较成熟，特征、分值及出现在试卷中的位置较为固定。 2．计算依据： 盖斯定律 ：即不管化学反应分一步完成或几步完成， 反应热相同.化学反应的反应热只与反应体系的 始态和终态有关， 与反应途径无关。 3．解题思路： 首先观察最终方程式的反应物和生成物，利用已知方程式的加法或减法消去最终方程式没有出现的中 间产物，得到总反应方程式。然后，将两个方程式加减乘除得到新的反应方程式，焓变也随之变化。最后， 根据消元的路径代入数据求出目标反应方程式焓变。 4．解题步骤： 观察反应物、生成物在已知式中的位置， 根据目标方程式中各物质计量数和位置的需要， 对已知方 程式进行处理， 或调整计量数或调整反应方向. 突破解题最大的难点，具体而言可以分以下步骤： 1)若目标热化学反应方程式中只与一个已知热化学方程式共有的某物质为参考物，以此参照物在目标 热化学反应方程式中的位置及计量数确定分热化学方程式的计量数、ΔH 的改变量及加减．若目标热化学 反应方程式中某物质，在多个已知的热化学方程式中出现，则在计算确定ΔH 时暂时不考虑。 2)将参照物在已知分反应中的计量数调整为与目标热化学反应方程式中相同； 3)在目标热化学反应方程式中以及已知分热化学方程式的同一边(同为反应物或生成物)； 直接相加； 反之，相减； 4)经过上述三个步骤处理后仍然出现与目标方程式无关的物质，再通过调整相关已知方程式的方式， 消除目标方程式中无关的物质。 5)将焓变代入，求出特定目标方程式的反应热或按题目要求书写目标热化学方程式。 同时笔者根据教学经验总结将解题步骤总结为朗朗上口的顺口溜： 察唯一、调系数、定侧向、同侧加、异侧减、消无关、作运算 三、常用关系式 热化学方程式 焓变之间的关系 aA===B ΔH1 A===B ΔH2 ΔH2＝ΔH1或ΔH1＝aΔH2 aA===B ΔH1 B===aA ΔH2 ΔH1＝－ΔH2 ΔH＝ΔH1＋ΔH2 1．(2023•湖南卷，16 节选)(1)已知下列反应的热化学方程式： ① ② ③ 计算反应④ 的 _______ ； 【答案】(1)+118 【解析】(1)根据盖斯定律，将①-②-③可得C6H5C2H5(g)⇌C6H5CH=CH2(g)+H2(g) ∆H4=-4386.9kJ/mol- (-4263.1kJ/mol)-(-241.8kJ/mol)=+118kJ/mol。 2．(2023•湖北省选择性考试，19 节选)(1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol－1 和298.0 kJ·mol－1，H-H 键能为436.0 kJ·mol－1。估算C40H20 (g) C40H18 (g) + H2(g)的ΔH =_______ kJ·mol－1。 【答案】(1)128 【解析】(1)由C40H20和C40H18的结构式和反应历程可以看出，C40H20中断裂了2 根碳氢键，C40H18形成 了1 根碳碳键，所以C40H20 (g) C40H18 (g) + H2(g)的ΔH =(431×2-298-436) kJ·mol－1=+128 kJ·mol－1。 3．(2023•全国乙卷，28 节选)(2)已知下列热化学方程式： FeSO4·7H2O(s) FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1＝akJ·mol−1 FeSO4·x H2O (s) FeSO4(s)+ xH2O(g) ΔH2＝b kJ·mol−1 FeSO4·y H2O (s) FeSO4(s)+ yH2O(g) ΔH3＝c kJ·mol−1 则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·y H2O (s) 2FeSO4·x H2O (s)的ΔH =_______ kJ·mol−1。 【答案】(2)(a+c-2b) 【解析】(2)①FeSO4·7H2O(s) FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1＝akJ·mol−1；②FeSO4·x H2O (s) FeSO4(s)+ xH2O(g) ΔH2＝b kJ·mol−1；③FeSO4·y H2O (s) FeSO4(s)+ yH2O(g) ΔH3＝c kJ·mol−1；根据盖 斯定律可知，①+③-②×2 可得FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·y H2O (s) 2FeSO4·x H2O (s)，则ΔH = (a+c-2b) kJ·mol−1。 4．(2023•浙江省1 月选考，19) “碳达峰•碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4还原CO2是实现 “双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有： I：CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ∆H1= +247 kJ•mol-1 ，K1 II：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2= +41 kJ•mol-1 ， K2 (2)反应CH4(g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g)的∆H=_________kJ•mol-1，K=_________ (用K1、K2表示)。 【答案】(2)+329 K1•K2 2 【解析】(2)已知：I：CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ∆H1= +247 kJ•mol-1 ，K1 II：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2= +41 kJ•mol-1 ， K2 根据盖斯定律，由Ⅰ+Ⅱ2 得反应H4(g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g)；故△H=△H1+2△H2=+329 kJ•mol-1，K= K1•K2 2。 5．(2023•全国甲卷，28 节选)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题： (1)已知下列反应的热化学方程式： ①3O2(g) 2O3(g) K1 ΔH1=285 kJ·mol－1 ②2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(l) K2 ΔH2= -329kJ·mol－1 反应③CH4(g)+O3(g) CH3OH(l) +O2(g)的ΔH3=_______ kJ·mol－1，平衡常数K3=_______(用K1、 K2表示)。 【答案】(1) 或 【解析】(1)根据盖斯定律可知，反应③= (反应②-①)，所以对应ΔH3= ；根据平衡常数表达式与热化学方程式之 间的关系可知，对应化学平衡常数 或 。 6．(2023•浙江省6 月选考，19 节选)水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。 水煤气变换反应：H2O(g)+ CO(g) CO2 (g)+ H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 该反应分两步完成： 3Fe2O3(s)＋CO(g) 2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1 2Fe3O4 (s)＋H2O(g) 3Fe2O3 (s)＋H2(g) ΔH2 (1) ΔH2=_______ kJ·mol－1。 【答案】(1)6 【解析】(1)设方程式①H2O(g)+ CO(g) CO2 (g)+ H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 ②3Fe2O3(s)＋CO(g) 2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1 ③2Fe3O4 (s)＋H2O(g) 3Fe2O3 (s)＋H2(g) ΔH2 根据盖斯定律可知，③=①-②，则ΔH2=ΔH-ΔH1=(－41.2 kJ·mol－1)-( －47.2 kJ·mol－1)= 6 kJ·mol－1。 7．(2022·全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之 一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在 1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下： ( ) ⅰ直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) ΔH1＝172kJ·mol－1 Kp1＝1.0×10－2 ( ) ⅱ碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH2＝－51kJ·mol－1 Kp1＝1.2×1012pa 反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH 为_______kJ·mol－1 【答案】－223 8．(2022·全国乙卷)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。已知下列反应的 热化学方程式： ①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－1036kJ·mol－1 ②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g) ΔH2＝94kJ·mol－1 ③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3＝－484kJ·mol－1 计算H2S 热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2的ΔH4＝________kJ·mol－1 【答案】170 9．(2022·湖北卷)已知： ①CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s) ΔH1＝－65.17 kJ·mol－1 ②Ca(OH)2(s)===Ca2+(aq)＋2OH－(aq) ΔH2＝－16.73 kJ·mol－1 ③Al(s)＋OH－(aq)＋3H2O(l)===[Al(OH)4]－(aq)＋ 3 2 H2(g) ΔH3＝－415.0 kJ·mol－1 则CaO(s)＋2Al(s)＋7H2O(l)===Ca2+(aq)＋2[Al(OH)4]－(aq)＋3H2(g)的ΔH4＝________ kJ·mol－1 【答案】－911.9 10．(2022·河北卷)氢能是极具发展潜力的清洁能源，以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。 298K 时，1 g H2燃烧生成 H2O(g)放热121 kJ，1mol H2O(l)蒸发吸热44 kJ，表示H2燃烧热的热化学方程式 为_____________________________________________ 【答案】(1)H2(g)＋ O2(g)===H2O(1) ΔH＝－286 kJ·mol－1 11．(2021·全国甲卷)CO2加H2制甲醇的总反应可表示为CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，该反 应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋41 kJ·mol－1 ②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH2＝－90 kJ·mol－1 总反应的ΔH＝________kJ·mol－1 【答案】－49 【解析】由盖斯定律可知，反应①＋反应②得总反应方程式，则总反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋41 kJ·mol－1＋(－90 kJ·mol－1)＝－49 kJ·mol－1。 12．(2021·全国乙卷)Kistiakowsky 曾研究了NOCl 光化学分解反应，在一定频率(ν)光的照射下机理为： NOCl＋hν―→NOCl* NOCl＋NOCl*―→2NO＋Cl2 其中hν 表示一个光子能量，NOCl*表示NOCl 的激发态。可知，分解1 mol 的NOCl 需要吸收____mol 的光子 【答案】0.5 【解析】由题目给出的反应机理可知，反应总方程式为2NOCl＋hν―→2NO＋Cl2，故分解1 mol NOCl 需要0.5 mol 的光子。 13．(2021·湖南卷)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，在一定温度下， 利用催化剂将NH3分解为N2和H2 相关化学键的键能数据 化学键 N≡ N H —H N —H 键能E/(kJ·mol－1) 94 6 43 6.0 39 0.8 反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g) ΔH＝________kJ·mol－1； 【答案】(1)＋90.8 14．(2021·河北卷)当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点，因此，研发二氧化碳利用 技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的 燃烧。已知25 ℃时，相关物质的燃烧热数据如下表： 物质 H2(g) C(石墨，s) C6H6(l) 燃烧热 ΔH(kJ·mol－1) － 285.8 －393.5 － 3267.5 则25 ℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为____________________ 【答案】(1)3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l) ΔH＝＋49.1 kJ·mol－1 【解析】由题给燃烧热数据可得，①H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH1＝－285.8 kJ·mol－1，②C(石墨，s) ＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ·mol －1，③C6H6(l)＋O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l) ΔH3＝－3 267.5 kJ·mol－1，根据盖斯定律，目标方程式可由3×①＋6×②－③得到，其ΔH＝(－285.8 kJ·mol－1)×3＋(－393.5 kJ·mol－1)×6－(－3 267.5 kJ·mol－1)＝＋49.1 kJ·mol－1，故H2(g)与C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为 3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l) ΔH＝＋49.1 kJ·mol－1。 15．(2021·广东卷)我国力争于2030 年前做到碳达峰，2060 年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利 用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应： a)CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g) ΔH1 b)CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2 c)CH4(g) C(s)＋2H2(g) ΔH3 d)2CO(g) CO2(g)＋C(s) ΔH4 e)CO(g)＋H2(g) H2O(g)＋C(s) ΔH5 根据盖斯定律，反应a 的ΔH1＝______________(写出一个代数式即可) 【答案】(1)ΔH3－ΔH4(或ΔH2＋ΔH3－ΔH5) 16．(2021·湖北卷)丙烯是一种重要的化工原料，可在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备 反应I(直接脱氢)：C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g) ΔH1＝+125 kJ·mol－1 已知键能：E(C—H)=416kJ/mol E(H—H)=436kJ/mol，由此计算生成1mol 碳碳π 键放出的能量为____ __kJ； 【答案】271 【解析】反应I 中断裂2molC—H 键，形成1mol 碳碳π 键和1molH—H 键，故416×2—E(碳碳π 键)— 436=+125kJ/mol。解得E(碳碳π 键)= 271kJ/mol。 1．(2024·山东济宁高三期末节选)研究CO2的资源综合利用，对实现“碳达峰”和“碳中和”有重要 意义。 (1)在CO2加氢合成CH3OH 的体系中，同时发生以下反应： 反应Ⅰ．CO2(g)+3 H2 (g) CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH1 反应Ⅱ．CO2(g)+ H2 (g) CO (g)+ H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol－1 反应Ⅲ．CO(g)+ 2H2 (g) CH3OH (g) ΔH3= -90 kJ·mol－1 反应Ⅰ的ΔH1= ，该反应在 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)下能自发。 【答案】(1) -49 kJ·mol－1 低温 【解析】(1) = + ⅠⅡⅢ则，ΔH1=ΔH2+ΔH3=+41 kJ·mol－1+(-90 kJ·mol－1)= -49 kJ·mol－1；该反应正向放热， 正向体积减小熵减，当ΔG=ΔH1-TΔS＜0 时T 较小，则该反应低温自发。 2．(2024·浙江省浙南名校联盟高三第一次联考节选)已知下列热化学方程式： CuSO4·5H2O(s)==CuSO4(s)+5H2O(g) ΔH1＝akJ·mol−1 CuSO4·xH2O(s)==CuSO4(s)+xH2O(g) ΔH2＝bkJ·mol−1 CuSO4·yH2O(s)==CuSO4(s)+yH2O(g) ΔH3＝ckJ·mol−1 则CuSO4·5H2O(s)+CuSO4·yH2O(s)===2[CuSO4·xH2O(s)]的△H= kJ/mol。 【答案】(a+c-2b) 【解析】根据盖斯定律，可得CuSO4·5H2O(s)+CuSO4·yH2O(s)===2[CuSO4·xH2O(s)]的的△H=(a+c-2b) kJ·mol-1； 3．(2024·THUSSAT 中学生标准学术能力高三诊断性测试节选) (2)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(g)+2NH3(g)=H2NCOONH4(g) △H1=-272kJ/mol； ii.H2NCOONH4(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H2=+13