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第33讲　反应热　热化学方程式
1.了解反应热、焓变的概念，知道化学反应热效应与反应的焓变之间的关系。
2．知道常见的吸热反应和放热反应，能从多角度分析化学反应中能量变化的原因。
3．了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
考点一　反应热、焓变
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。
【师说·助学】　化学反应中的能量转化形式有热能、光能、电能等。
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＝________________，单位kJ·mol－1。
(3)反应热：指当化学反应在一定压强下进行时，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____________。
3．吸热反应与放热反应
(1)常见的吸热反应和放热反应
吸热反应：①大多数分解反应；②盐的水解和弱电解质的电离；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气；⑤C和CO2的反应等。
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金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化等。
(2)从能量高低角度理解
【师说·助学】　物质具有的能量越低，稳定性越强。
(3)从化学键角度理解
【易错诊断】　判断正误，错误的说明理由。
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．可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．吸热反应中，反应物化学键断裂吸收的总能量高于生成物形成化学键放出的总能量：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4．活化能越大，表明化学反应吸收的能量越大：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【教考衔接】
典例1 [2023·新课标卷，29(1)]根据图1数据计算反应N2(g)＋H2(g)===NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
典例2 [2023·湖北卷，19(1)]纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
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。
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【师说·延伸】　物质能量变化与焓变的关系：ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。
典例3 [2022·浙江6月，18]标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表：
物质(g) O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O
能量/ (kJ·mol－1) 249 218 39 10 0 0 －136 －242
可根据HO(g)＋HO(g)===H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol－1。下列说法不正确的是(　　)
A．H2的键能为436 kJ·mol－1
B．O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C．解离氧氧单键所需能量：HOOD．H2O(g)＋O(g)===H2O2(g)ΔH＝－143 kJ·mol－1
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【师说·延伸】　利用键能计算反应热的方法
(1)熟记反应热ΔH的计算公式
ΔH＝E(反应物的总键能之和)－E(生成物的总键能之和)
(2)注意特殊物质中键数的判断
物质(1 mol) P4 C(金刚石) 石墨 Si SiO2
键数(mol) 6 2 1.5 2 4
【对点演练】
考向一　反应热与能量变化关系
1．根据如图所示的反应，回答下列问题：
(1)该反应是放热反应还是吸热反应？________。
(2)反应的ΔH＝____________。
(3)反应的活化能为____________。
(4)试在图中用虚线表示在反应中使用催化剂后活化能的变化情况。
2．水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程。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：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
考向二　根据键能计算焓变
3．已知反应2HI(g) H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·mol－1，1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量，则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为________ kJ。
4．通常把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据，供计算使用。
化学键 Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C
键能/(kJ·mol－1) 460 360 436 431 176 347
工业上的高纯硅可通过下列反应制取：
SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)，该反应的反应热ΔH为____________。
1 mol常见物质中的化学键
物质 金刚石 硅 SiO2
化学键 C—C Si—Si Si—O
化学键数/mol 2 2 4
考点二　热化学方程式
1.概念：表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。
2．意义：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。
【师说·助学】　2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1表示的意义
在25 ℃、101 kPa条件下，2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成2 mol H2O(l)，放出571.6 kJ的热量。
3．热化学方程式的书写
【易错诊断】　判断正误，错误的说明理由。
1．热化学方程式前面的化学计量数既表示分子数也表示物质的量：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．对于SO2(g)＋O2(g) SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1，增大压强平衡右移，放出的热量增大，ΔH减小：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4．同素异形体转化的热化学方程式除了标明状态外，还要注明名称：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【教考衔接】
典例1 [2021·湖南卷，16(1)]氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键 NN H—H N—H
键能E/(kJ·mol－1) 946 436.0 390.8
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2，其热化学方程式为：________________________________________。
【思路提示】　ΔH＝E(反应物的总键能之和)－E(生成物的总键能之和)。
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
典例2 [2023·浙江1月，14改编]标准状态下，气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0]。
(1)历程Ⅰ反应的热化学方程式为：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的热化学方程式为：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【思路提示】　①根据图示确定反应物和生成物；②书写热化学方程式时各物质标注状态；ΔH＝由生成物的相对能量－反应物的相对能量。
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
典例3 [2023·北京卷，16(2)改编]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。 CO2和NH3生成CO(NH2)2的热化学方程式为：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【师说·延伸】　书写热化学方程式的注意事项
(1)热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态，固体(s)、液体(l)、气体(g)、水溶液(aq)，若为同素异形体，还要注明名称。
(2)热化学方程式要注明反应时的温度和压强。如不注明，即表示在25 ℃和101 kPa下测定。
(3)热化学方程式中的化学计量数为物质的量。故化学计量数可以是整数，也可以是分数。当化学计量数改变时，其ΔH也同等倍数的改变。
(4)要注明ΔH的符号：“＋”代表吸热、“－”代表放热，以及单位：kJ·mol－1。
【对点演练】
考向一　依据反应事实书写热化学方程式
1．用H2还原SiCl4蒸气可制取纯度很高的硅，当反应中有1 mol电子转移时吸收59 kJ热量，则该反应的热化学方程式为：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．在1 L密闭容器中，4 mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气。2 min时反应吸收热量为46.1 kJ，此时氨气的转化率为25%。该反应的热化学方程式为：________________________________________，这段时间内v(H2)＝________________。
3．将36 g水蒸气与足量单质碳充分反应，生成33.6 g CO和一定量的氢气，同时吸收157.2 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4．K2S2O8是偏氟乙烯(CH2===CF2)聚合的引发剂。偏氟乙烯由CH3—CClF2气体脱去HCl制得，生成0.5 mol偏氟乙烯气体要吸收54 kJ的热，写出反应的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
5．最近科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇。若有2.2 kg CO2与足量H2恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出2 473.5 kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
考向二　依据能量图像及转化图像书写热化学方程式
6．化学反应N2＋3H2 2NH3的能量变化如图所示(假设该反应反应完全)。
试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
7．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一种合成氨方法。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：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
8．钌及其化合物在合成工业上有广泛用途，如图是用钌(Ru)基催化剂催化合成甲酸的过程。每生成92 g液态HCOOH放出62.4 kJ的热量。
根据图示写出该反应的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第33讲　反应热　热化学方程式
考点一
夯实·必备知识
2．(2)H(生成物)－H(反应物)　(4)ΔH＝Qp
3．(2)<　放热　>　吸热　(3)吸热　放热
易错诊断
1．错误。有的放热反应需要加热才能反应，多数吸热反应需要加热才能反应。
2．正确。
3．正确。
4．错误。活化能越大，化学反应越难进行，但与化学反应放出或吸收的能量无关。
突破·关键能力
教考衔接
典例1　解析：在化学反应中，断开化学键要消耗能量，形成化学键要释放能量，反应的焓变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差，因此，由图1数据可知，反应N2(g)＋H2(g)===NH3(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339) kJ·mol－1＝－45 kJ·mol－1。
答案：－45
典例2　解析：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。
答案：128
典例3　解析：由气态时H、H2的相对能量可知，H2的键能为218 kJ·mol－1×2 ＝436 kJ·mol－1，A项正确；由表格中数据可知O2的键能为×2＝498 kJ·mol－1，而H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol－1，214 kJ·mol－1×2<498 kJ·mol－1，B项正确；HOO中解离O—O键所需能量为－10 kJ·mol－1＝278 kJ·mol－1，H2O2中解离O—O键所需能量为，C项错误；ΔH＝－136 kJ·mol－1＋242 kJ·mol－1－249 kJ·mol－1＝，D项正确。
答案：C
对点演练
1．答案：(1)放热反应　(2)－b kJ·mol－1　(3)a kJ·mol－1
(4)
2．解析：观察计算机模拟结果，据ΔH＝生成物总能量－反应物总能量，可知ΔH＝－0.72－0<0；该历程中最大能垒(活化能)E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，该步骤的化学方程式为COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*或H2O*===H*＋OH*。
答案：小于　2.02
COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*)
3．解析：形成1 mol H2(g)和1 mol I2(g)共放出436 kJ＋151 kJ＝587 kJ能量，设断裂2 mol HI(g)中化学键吸收2a kJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H—I)－E(H—H)－E(I—I)，2E(H—I)＝ΔH＋E(H—H)＋E(I—I)＝11 kJ·mol－1＋436 kJ·mol－1＋151 kJ·mol－1＝598 kJ·mol－1，则E(H—I)＝299 kJ·mol－1。]
答案：299
4．解析：SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于共价晶体，可根据共价晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。1 mol晶体硅中所含的Si—Si键为2 mol，即制取高纯硅反应的反应热ΔH＝4×360 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1－(2×176 kJ·mol－1＋4×431 kJ·mol－1)＝＋236 kJ·mol－1。
答案：＋236 kJ·mol－1
考点二
夯实·必备知识
易错诊断
1．错误。热化学方程式前面的化学计量数只表示物质的量。
2．错误。焓变的单位错误，应该为kJ·mol－1。
3．错误。ΔH应不变，对于SO2(g)＋O2(g) SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1，ΔH是指1 mol SO2(g)完全反应时对应的焓变。
4．正确。
突破·关键能力
教考衔接
典例1　解析：2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)，ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－(946 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3)＝＋90.8 kJ·mol－1。
答案：2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)ΔH＝＋90.8 kJ·mol－1
典例2　解析：活化能越低，反应速率越快，由图像可知，历程Ⅱ中第二步反应的活化能最低，所以速率最快。
答案：(1)O3(g)＋O(g)===2O2(g)ΔH＝(E6－E3)kJ·mol－1
(2)ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)ΔH＝(E5－E4)kJ·mol－1
典例3　答案：CO2(l)＋2NH3(l)===CO(NH2)2(l)＋H2O(l)　ΔH＝(E1－E2＋E3－E4)kJ·mol－1
对点演练
1．解析：在反应中硅元素的化合价从＋4价降低到0价，得到4个电子。当反应中有1 mol电子转移时吸收59 kJ热量，则消耗1 mol氯化硅吸收的热量是59 kJ×4＝236 kJ，因此该反应的热化学方程式为SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)　ΔH＝＋236 kJ·mol－1。
答案：SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)ΔH＝＋236 kJ·mol－1
2．解析：热化学方程式2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝表示2 mol NH3完全分解需要吸收Q kJ的热量，反应的氨气的物质的量为Δn(NH3)＝4 mol×25%＝1 mol，则2 mol NH3完全分解需要吸收的热量Q＝2×46.1 kJ＝92.2 kJ，即ΔH＝＋92.2 kJ·mol－1。v(NH3)＝＝＝0.5 mol·L－1·min－1，根据v(NH3)∶v(H2)＝2∶3，则v(H2)＝v(NH3)＝×0.5 mol·L－1·min－1＝0.75 mol·L－1·min－1。
答案：2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋92.2 kJ·mol－1　0.75 mol·L－1·min－1
3．解析：n(H2O)＝＝2 mol，n(CO)＝＝1.2 mol，根据C(s)＋H2O(g)―→H2(g)＋CO(g)，若水蒸气全部反应，则会生成2 mol CO，所以该反应为可逆反应。水蒸气有剩余，应该根据生成的CO的量计算反应热。因为生成1.2 mol CO，吸收157.2 kJ热量，则生成1.0 mol CO，吸收的热量为Q＝×157.2 kJ＝131 kJ，即该反应的热化学方程式为C(s)＋H2O(g) H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋131 kJ·mol－1。
答案：C(s)＋H2O(g) H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋131 kJ·mol－1
4．解析：根据题意偏氟乙烯由CH3—CClF2气体脱去HCl制得，即CH3—CClF2（g）===CH2===CF2（g）＋HCl（g），生成0.5 mol偏氟乙烯气体要吸收54 kJ的热，所以生成1 mol偏氟乙烯气体要吸收108 kJ的热，即ΔH＝＋108 kJ·mol－1，CH3—CClF2（g）===CH2===CF2（g）＋HCl（g），ΔH＝＋108 kJ·mol－1。
答案：CH3—CClF2（g）===CH2===CF2（g）＋HCl（g）ΔH＝＋108 kJ·mol－1
5．解析：2.2 kg CO2的物质的量是＝50 mol，50 mol二氧化碳参加反应放出2 473.5 kJ的热量，则1 mol二氧化碳参加反应放出的能量是49.47 kJ，所以该反应热化学反应方程式为：CO2(g)＋3H2(g)===H2O(g)＋CH3OH(g)　ΔH＝。
答案：CO2(g)＋3H2(g)===H2O(g)＋CH3OH(g)　ΔH＝
6．答案：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(l)　ΔH＝－2(c＋b－a)kJ·mol－1
7．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，由题图可知，0.5 mol氮气和1.5 mol氢气转变成1 mol氨气的反应热为21 kJ·mol－1－17 kJ·mol－1－50 kJ·mol－1＝－46 kJ·mol－1，则合成氨的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1。
答案：吸热　N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1
8．解析：根据整个流程可知，CO2和H2为反应物，产物为HCOOH，92 g HCOOH的物质的量为＝2 mol，所以生成1 mol液体HCOOH放出31.2 kJ能量，热化学方程式为H2(g)＋CO2(g)===HCOOH(l)　ΔH＝。
答案：H2(g)＋CO2(g)===HCOOH(l)　ΔH＝－31.2 kJ·mol－1(共43张PPT)
第33讲　反应热　热化学方程式
1.了解反应热、焓变的概念，知道化学反应热效应与反应的焓变之间的关系。
2．知道常见的吸热反应和放热反应，能从多角度分析化学反应中能量变化的原因。
3．了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
考点一
考点二
考点一
考点一　反应热、焓变
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。
【师说·助学】　化学反应中的能量转化形式有热能、光能、电能等。
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＝________________，单位kJ·mol－1。
(3)反应热：指当化学反应在一定压强下进行时，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____________。
H(生成物)－H(反应物)
ΔH＝Qp
3．吸热反应与放热反应
(1)常见的吸热反应和放热反应
吸热反应：①大多数分解反应；②盐的水解和弱电解质的电离；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气；⑤C和CO2的反应等。
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金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化等。
(2)从能量高低角度理解
【师说·助学】　物质具有的能量越低，稳定性越强。
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放热
>
吸热
(3)从化学键角度理解
吸热
放热
【易错诊断】　判断正误，错误的说明理由。
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．可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关：____________________________________________________。
3．吸热反应中，反应物化学键断裂吸收的总能量高于生成物形成化学键放出的总能量：_____________________________________。
4．活化能越大，表明化学反应吸收的能量越大：
____________________________________________________。
错误。有的放热反应需要加热才能反应，多数吸热反应需要加热才能反应。
正确。
正确。
错误。活化能越大，化学反应越难进行，但与化学反应放出或吸收的能量无关。
【教考衔接】
典例1 [2023·新课标卷，29(1)]根据图1数据计算反应N2(g)＋H2(g)===NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析：在化学反应中，断开化学键要消耗能量，形成化学键要释放能量，反应的焓变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差，因此，由图1数据可知，反应N2(g)＋H2(g)===NH3(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339) kJ·mol－1＝－45 kJ·mol－1。
答案：－45
典例2 [2023·湖北卷，19(1)]纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
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。
128
解析：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。
【师说·延伸】　
物质能量变化与焓变的关系：ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。

典例3 [2022·浙江6月，18]标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表：
可根据HO(g)＋HO(g)===H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol－1。下列说法不正确的是(　　)
A．H2的键能为436 kJ·mol－1
B．O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C．解离氧氧单键所需能量：HOOD．H2O(g)＋O(g)===H2O2(g)ΔH＝－143 kJ·mol－1
物质(g) O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O
能量/ (kJ·mol－1) 249 218 39 10 0 0 －136 －242
答案：C
解析：由气态时H、H2的相对能量可知，H2的键能为218 kJ·mol－1×2 ＝436 kJ·mol－1，A项正确；由表格中数据可知O2的键能为×2＝498 kJ·mol－1，而H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol－1，214 kJ·mol－1×2<498 kJ·mol－1，B项正确；HOO中解离O—O键所需能量为－10 kJ·mol－1＝278 kJ·mol－1，H2O2中解离O—O键所需能量为，C项错误；ΔH＝－136 kJ·mol－1＋242 kJ·mol－1－249 kJ·mol－1＝，D项正确。
【师说·延伸】　利用键能计算反应热的方法
(1)熟记反应热ΔH的计算公式
ΔH＝E(反应物的总键能之和)－E(生成物的总键能之和)
(2)注意特殊物质中键数的判断
物质(1 mol) P4 C(金刚石) 石墨 Si SiO2
键数(mol) 6 2 1.5 2 4
【对点演练】
考向一　反应热与能量变化关系
1．根据如图所示的反应，回答下列问题：
(1)该反应是放热反应还是吸热反应？________。
(2)反应的ΔH＝____________。
(3)反应的活化能为____________。
(4)试在图中用虚线表示在反应中使用催化剂后活化能的变化情况。
放热反应
－b kJ·mol－1
a kJ·mol－1
2．水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程。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：________________________________________________________。
小于
2.02
COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*
解析：观察计算机模拟结果，据ΔH＝生成物总能量－反应物总能量，可知ΔH＝－0.72－0<0；该历程中最大能垒(活化能)E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，该步骤的化学方程式为COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*或H2O*===H*＋OH*。
考向二　根据键能计算焓变
3．已知反应2HI(g) H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·mol－1，1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量，则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为________ kJ。
解析：形成1 mol H2(g)和1 mol I2(g)共放出436 kJ＋151 kJ＝587 kJ能量，设断裂2 mol HI(g)中化学键吸收2a kJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H—I)－E(H—H)－E(I—I)，2E(H—I)＝ΔH＋E(H—H)＋E(I—I)＝11 kJ·mol－1＋436 kJ·mol－1＋151 kJ·mol－1＝598 kJ·mol－1，则E(H—I)＝299 kJ·mol－1。]
299
4．通常把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据，供计算使用。
工业上的高纯硅可通过下列反应制取：
SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)，该反应的反应热ΔH为____________。
化学键 Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C
键能/(kJ·mol－1) 460 360 436 431 176 347
＋236 kJ·mol－1
解析：SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于共价晶体，可根据共价晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。1 mol晶体硅中所含的Si—Si键为2 mol，即制取高纯硅反应的反应热ΔH＝4×360 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1－(2×176 kJ·mol－1＋4×431 kJ·mol－1)＝＋236 kJ·mol－1。
1 mol常见物质中的化学键
物质 金刚石 硅 SiO2
化学键 C—C Si—Si Si—O
化学键数/mol 2 2 4
考点二
考点二　热化学方程式
1.概念：表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。
2．意义：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。
【师说·助学】　2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1表示的意义
在25 ℃、101 kPa条件下，2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成2 mol H2O(l)，放出571.6 kJ的热量。
3．热化学方程式的书写
【易错诊断】　判断正误，错误的说明理由。
1．热化学方程式前面的化学计量数既表示分子数也表示物质的量：
___________________________________________________________。
2．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1：
__________________________________________________________
3．对于SO2(g)＋O2(g) SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1，增大压强平衡右移，放出的热量增大，ΔH减小：
____________________________________________________。
4．同素异形体转化的热化学方程式除了标明状态外，还要注明名称：
___________________________________________________________。
错误。热化学方程式前面的化学计量数只表示物质的量。
错误。焓变的单位错误，应该为kJ·mol－1。
错误。ΔH应不变，对于SO2(g)＋O2(g) SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1，ΔH是指1 mol SO2(g)完全反应时对应的焓变。
正确。
【教考衔接】
典例1 [2021·湖南卷，16(1)]氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2，其热化学方程式为：________________________________________。
【思路提示】　ΔH＝E(反应物的总键能之和)－E(生成物的总键能之和)。
化学键 NN H—H N—H
键能E/(kJ·mol－1) 946 436.0 390.8
解析：2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)，ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－(946 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3)＝＋90.8 kJ·mol－1。
2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)ΔH＝＋90.8 kJ·mol－1
典例2 [2023·浙江1月，14改编]标准状态下，气态反应物和生成物的相对能量与反应历程示意图如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相对能量为0]。
(1)历程Ⅰ反应的热化学方程式为：
___________________________________________________________。
(2)历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的热化学方程式为：
___________________________________________________________。
O3(g)＋O(g)===2O2(g)ΔH＝(E6－E3)kJ·mol－1
ClO(g)＋O(g)===O2(g)＋Cl(g)ΔH＝(E5－E4)kJ·mol－1
解析：活化能越低，反应速率越快，由图像可知，历程Ⅱ中第二步反应的活化能最低，所以速率最快。
【思路提示】　①根据图示确定反应物和生成物；②书写热化学方程式时各物质标注状态；ΔH＝由生成物的相对能量－反应物的相对能量。
典例3 [2023·北京卷，16(2)改编]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。 CO2和NH3生成CO(NH2)2的热化学方程式为：__________________________________________。
CO2(l)＋2NH3(l)===CO(NH2)2(l)＋H2O(l)　
ΔH＝(E1－E2＋E3－E4)kJ·mol－1
【师说·延伸】　书写热化学方程式的注意事项
(1)热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态，固体(s)、液体(l)、气体(g)、水溶液(aq)，若为同素异形体，还要注明名称。
(2)热化学方程式要注明反应时的温度和压强。如不注明，即表示在25 ℃和101 kPa下测定。
(3)热化学方程式中的化学计量数为物质的量。故化学计量数可以是整数，也可以是分数。当化学计量数改变时，其ΔH也同等倍数的改变。
(4)要注明ΔH的符号：“＋”代表吸热、“－”代表放热，以及单位：kJ·mol－1。
【对点演练】
考向一　依据反应事实书写热化学方程式
1．用H2还原SiCl4蒸气可制取纯度很高的硅，当反应中有1 mol电子转移时吸收59 kJ热量，则该反应的热化学方程式为：
___________________________________________________________。
解析：在反应中硅元素的化合价从＋4价降低到0价，得到4个电子。当反应中有1 mol电子转移时吸收59 kJ热量，则消耗1 mol氯化硅吸收的热量是59 kJ×4＝236 kJ，因此该反应的热化学方程式为SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)　ΔH＝＋236 kJ·mol－1。
SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)ΔH＝＋236 kJ·mol－1
2．在1 L密闭容器中，4 mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气。2 min时反应吸收热量为46.1 kJ，此时氨气的转化率为25%。该反应的热化学方程式为：________________________________________，这段时间内v(H2)＝________________。
解析：热化学方程式2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝表示2 mol NH3完全分解需要吸收Q kJ的热量，反应的氨气的物质的量为Δn(NH3)＝4 mol×25%＝1 mol，则2 mol NH3完全分解需要吸收的热量Q＝2×46.1 kJ＝92.2 kJ，即ΔH＝＋92.2 kJ·mol－1。v(NH3)＝＝＝0.5 mol·L－1·min－1，根据v(NH3)∶v(H2)＝2∶3，则v(H2)＝v(NH3)＝×0.5 mol·L－1·min－1＝0.75 mol·L－1·min－1。
2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋92.2 kJ·mol－1
0.75 mol·L－1·min－1
3．将36 g水蒸气与足量单质碳充分反应，生成33.6 g CO和一定量的氢气，同时吸收157.2 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：
___________________________________________________________。
解析：n(H2O)＝＝2 mol，n(CO)＝＝1.2 mol，根据C(s)＋H2O(g)―→H2(g)＋CO(g)，若水蒸气全部反应，则会生成2 mol CO，所以该反应为可逆反应。水蒸气有剩余，应该根据生成的CO的量计算反应热。因为生成1.2 mol CO，吸收157.2 kJ热量，则生成1.0 mol CO，吸收的热量为Q＝×157.2 kJ＝131 kJ，即该反应的热化学方程式为C(s)＋H2O(g) H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋131 kJ·mol－1。
答案：C(s)＋H2O(g) H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋131 kJ·mol－1
4．K2S2O8是偏氟乙烯(CH2===CF2)聚合的引发剂。偏氟乙烯由CH3—CClF2气体脱去HCl制得，生成0.5 mol偏氟乙烯气体要吸收54 kJ的热，写出反应的热化学方程式：_____________________________。
答案：CH3—CClF2（g）===CH2===CF2（g）＋HCl（g）ΔH＝＋108 kJ·mol－1
解析：根据题意偏氟乙烯由CH3—CClF2气体脱去HCl制得，即CH3—CClF2（g）===CH2===CF2（g）＋HCl（g），生成0.5 mol偏氟乙烯气体要吸收54 kJ的热，所以生成1 mol偏氟乙烯气体要吸收108 kJ的热，即ΔH＝＋108 kJ·mol－1，CH3—CClF2（g）===CH2===CF2（g）＋HCl（g），ΔH＝＋108 kJ·mol－1。
5．最近科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇。若有2.2 kg CO2与足量H2恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出2 473.5 kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式：________________________________________。
答案：CO2(g)＋3H2(g)===H2O(g)＋CH3OH(g)　ΔH＝
解析：2.2 kg CO2的物质的量是＝50 mol，50 mol二氧化碳参加反应放出2 473.5 kJ的热量，则1 mol二氧化碳参加反应放出的能量是49.47 kJ，所以该反应热化学反应方程式为：CO2(g)＋3H2(g)===H2O(g)＋CH3OH(g)　ΔH＝。
考向二　依据能量图像及转化图像书写热化学方程式
6．化学反应N2＋3H2 2NH3的能量变化如图所示(假设该反应反应完全)。
试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式：
___________________________________________________________。
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(l)　ΔH＝－2(c＋b－a)kJ·mol－1
7．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一种合成氨方法。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：_____________________________________。
吸热
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·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，由题图可知，0.5 mol氮气和1.5 mol氢气转变成1 mol氨气的反应热为21 kJ·mol－1－17 kJ·mol－1－50 kJ·mol－1＝－46 kJ·mol－1，则合成氨的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1。
8．钌及其化合物在合成工业上有广泛用途，如图是用钌(Ru)基催化剂催化合成甲酸的过程。每生成92 g液态HCOOH放出62.4 kJ的热量。
根据图示写出该反应的热化学方程式：
_______________________________________。
H2(g)＋CO2(g)===HCOOH(l)　ΔH＝－31.2 kJ·mol－1
解析：根据整个流程可知，CO2和H2为反应物，产物为HCOOH，92 g HCOOH的物质的量为＝2 mol，所以生成1 mol液体HCOOH放出31.2 kJ能量，热化学方程式为H2(g)＋CO2(g)===HCOOH(l)　ΔH＝。

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