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大单元五　化学反应与能量变化
第17讲　反应热　盖斯定律
复习目标 1. 能从宏观和微观的两个角度分析放热反应与吸热反应。2. 了解反应热的概念，知道化学反应的热效应与焓变的关系。3. 能依据盖斯定律进行反应热的简单计算。
熟记网络
课前自测 1. 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1) (2021·江苏卷)黑火药爆炸反应为2KNO3＋S＋3C===K2S＋N2↑＋3CO2↑，其爆炸时吸收热量( 　　)(2) 一定条件下，石墨转化为金刚石要吸收能量，则金刚石比石墨稳定( 　　)(3) (2022·江苏卷)如图1所示的“吸收”“转化”过程中，溶液的温度下降( 　　)(4) 如图2所示，ΔH1＞ΔH2 ( 　　)(5) (2024·江苏卷)SO2与O2反应中，催化剂V2O5能减小该反应的焓变 ( 　　)(6) (2020·江苏卷)SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)，用E表示键能，该反应ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)( 　　)(7) (2022·江苏卷)甲烷(燃烧热为890.3 kJ/mol)的燃烧：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋890.3 kJ/mol( 　　)2. 完成下列填空。(8) (2022·广东卷)Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如上图3所示，X(g)→Y(g)过程的焓变为__________________________________________(列式表示)
考点1　反应热　ΔH(焓变)
知 识 梳 理
反应热、焓变
1. 反应热：在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热(苏教版定义：在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，吸收或释放的热)。
2. 焓变：等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变(苏教版定义：在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热)。
3. 常见的放热反应和吸热反应
(1) 放热反应
①所有的燃烧反应：
如CH4＋2O2CO2＋2H2O
②中和反应：
如NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
③金属与酸反应：
如Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
④铝热反应：
如2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe
⑤碱性氧化物与水反应：
如CaO＋H2O===Ca(OH)2
⑥大多数化合反应：
如N2＋3H22NH3
(2) 吸热反应
①制水煤气：
C＋H2O(g)CO＋H2
②高炉炼铁中还原气CO的制备：
C＋CO22CO
③Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
④盐类水解：
如NH＋H2ONH3·H2O＋H＋
⑤大多数分解反应：
如CaCO3CaO＋CO2↑
4. 放热、吸热的理论分析
(1) 从能量图的角度分析
①放热反应
②吸热反应
(2) 从化学键的角度分析
化学键断裂和形成的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因。
热化学方程式
1. 概念：表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式(苏教版定义：能够表示反应热的化学方程式)。
2. 意义：例如H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－184.6 kJ/mol，表明了1 mol气态H2和1 mol气态Cl2反应生成2 mol气态HCl时，放出184.6 kJ的热量。
3. 书写步骤：
(1) 写化学方程式。
(2) 标各物质的状态。
(3) 标ΔH。
①需要注明反应时的温度和压强，但一般用25 ℃和101 kPa时的数据，因此可不特别注明；
②注明物质的聚集状态：常用s、l、g、aq分别表示固态、液态、气态、溶液；
③各物质化学式前面的化学计量数表示物质的量，可以是整数，也可以是分数，化学计量数与ΔH数值相对应，ΔH应包括“＋”或“－”、数值和单位(kJ/mol)；
④一般不要求写反应条件，不用标“↑”和“↓”，生成符不用“―→”，而用“===”或“”；
⑤如果是可逆反应，那么正反应和逆反应ΔH的数值相等，符号相反。
如CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ/mol，
则CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ/mol。
4. 热化学方程式中的热效应都是指物质按化学方程式完全反应时的热效应。如可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol，表示每消耗1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全转化为2 mol NH3(g)放出92.4 kJ热量。
吸收　放出
燃烧热
1. 定义：101 kPa，_______________纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量(苏教版定义：在101 kPa下，_______________物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热)。
2. 指定产物：一般是指稳定产物，即碳元素变为__________________，氢元素变为__________________，硫元素变为__________________，氮元素变为_______________等。如N2H4(l)完全燃烧生成的指定产物为____________________________________。
中和反应反应热的测定
1. 装置
2. 注意事项
(1) 简易量热计的保温隔热的效果一定要好。
(2) 反应物浓度宜小，不宜大。
(3) 强碱的稀溶液要稍过量，以确保强酸的稀溶液完全反应。
(4) 反应物混合均匀后，测定混合液的最高温度。
(5) 实验操作动作要迅速，以尽量减少热量损失。
(6) 为减小误差，要使用同一支温度计分别先后测量酸、碱及混合液的温度；测量时，温度计的水银球要完全浸入溶液中，且稳定一段时间后再读数；每测定一种溶液后，均要用蒸馏水将温度计冲洗干净，用滤纸擦干备用。
3. 实验结论
在25 ℃和101 kPa下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol H2O(l)时放出57.3 kJ热量。
①用弱酸代替强酸(或用弱碱代替强碱)，因为电离是吸热的过程，所以测得的热量会______(填“增多”或“减少”，下同)。
②因浓硫酸稀释放热、NaOH固体溶解放热，当用它们作反应物时测得的热量会______。
③稀硫酸和Ba(OH)2反应生成1 mol H2O(l)时所释放的热量比57.3 kJ多，原因：除了中和反应放热外，Ba2＋和SO结合成BaSO4沉淀也会放热。
解疑释惑23
根据键能计算反应的焓变
1. 计算方法：ΔH＝∑E(反应物的键能)－∑E(生成物的键能)
2. 1 mol常见物质中含有的σ键的物质的量
常见物质 金刚石 硅 SiO2 P4 S8
化学键 C—C Si—Si Si—O P—P S—S
n(σ键)/mol 2 2 4 6 8
3. 举例，已知：
化学键 Si—H Si—Cl H—H H—Cl Si—Si
键能/(kJ/mol) 318 360 436 431 176
工业上高纯硅可通过反应：SiHCl3(g)＋H2(g)Si(s)＋3HCl(g)制取，该反应的ΔH＝3E(Si—Cl)＋E(Si—H)＋E(H—H)－2E(Si—Si)－3E(H—Cl)＝(3×360＋318＋436－2×176－3×431)kJ/mol＝＋189 kJ/mol。
典 题 悟 法
放热反应与吸热反应
　下列属于氧化还原反应且热量变化与图像一致的是( 　　)
A. 碳酸钙受热分解
B. 钠和H2O反应
C. NH4Cl晶体和氢氧化钡晶体的反应
D. CO2和C反应
能量图与反应热
　(1) 根据图1，写出该可逆反应的热化学方程式：________________________________________ _____________________________________________________________________________。
(2) 根据图2，写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式：________________________________ ________________________________________________________________________________________。
依据键能求反应热
　(1) 用E表示键能，判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
①(2024·南京市玄武高级中学) 已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.0 kJ/mol，用E表示键能，反应的ΔH＝3E(C—H)＋E(C—O)＋3E(O—H)－2E(C===O)－3E(H—H)( 　　)
②(2024·连云港高级中学)反应2CH3CHO(g)＋H2O(g)===CH3CH2OH(g)＋CH3COOH(g)　ΔH<0，反应物的键能总和小于生成物的键能总和( 　　)
(2) 已知反应：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)中相关化学键的键能数据如下：
化学键 C—H C===O H—H C≡O(CO)
键能/(kJ/mol) 413 745 436 1 075
该反应的ΔH＝____________ kJ/mol。
燃烧热及中和热
　(2024·江苏各地模拟重组)下列说法正确的是( 　　)
A. 硫有多种单质，如斜方硫(燃烧热为297 kJ/mol)，斜方硫燃烧：S(s，斜方硫)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝ ＋297 kJ/mol
B. C2H2的燃烧热为1 299.6 kJ/mol，乙炔的燃烧：C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(g)
ΔH＝ －1 299.6 kJ/mol
C. H2S的燃烧热为562.2 kJ/mol，则H2S(g)＋2O2(g)===SO3(g)＋H2O(l)
ΔH＝ －562.2 kJ/mol
D. N2H4的燃烧热为622 kJ/mol，肼燃烧的热化学方程式：N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－622 kJ/mol
　(2023·泰州靖江调研)在如图所示的装置中进行相关实验。下列关于该实验的说法正确的是( 　　)
A. 装置图可用于精确测定酸碱反应的中和热
B. 温度计的水银球应浸没在溶液中
C. 可以用温度计进行搅拌
D. 不可用碎泡沫塑料替代碎纸屑
考点2　盖斯定律
知 识 梳 理
盖斯定律含义
一个化学反应，不管是一步完成的，还是分几步完成的，其反应热是相同的(苏教版定义：一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相等的)。
盖斯定律意义
利用盖斯定律可以间接计算某些反应的反应热。现有如下关系图，则ΔH1＝_____________________。
典 题 悟 法
利用盖斯定律求解反应热
　(1) (2024·苏锡常镇二模)采用热分解法脱除沼气中的H2S过程中涉及主要反应如下：
反应Ⅰ.2H2S(g)===2H2(g)＋S2(g)　ΔH1＝＋169.8 kJ/mol
反应Ⅱ.CH4(g)＋S2(g)===CS2(g)＋2H2(g)　ΔH2＝＋63.7 kJ/mol
则2H2S(g)＋CH4(g)===CS2(g)＋4H2(g)　ΔH3＝_______________________________________。
(2) (2021·江苏卷)CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为如下：
反应Ⅰ.CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋246.5 kJ/mol
反应Ⅱ.H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ/mol
反应Ⅲ.2CO(g)===CO2(g)＋C(s)　ΔH3＝－172.5 kJ/mol
在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g)，可减少C(s)的生成，反应3CH4(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)===4CO(g)＋8H2(g)的ΔH4＝_______________________________________。
利用盖斯定律比较反应热的大小
　(2024·如皋适应性考试三)在同温同压下，下列各组热化学方程式中ΔH1＞ΔH2的是( 　　)
A. 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH1；
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2
B. N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH1；
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH2
C. C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH1；
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2
D. H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH1；
H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g) ΔH2
利用反应历程中活化能求反应热
　以NH3和CO2为原料合成化肥——尿素[CO(NH2)2]，两步反应的能量变化如图所示：
(1) 写出合成CO(NH2)2(s)的热化学方程式：
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2) 已知第二步反应决定了生产尿素的快慢，可推测E1___E3(填“>”“<”或“＝”)。
解疑释惑24
比较ΔH大小的方法
1. 放热反应和吸热反应的比较：因为ΔH带“＋”和“－”，所以吸热反应的反应热大于放热反应的反应热。如：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1<0，
2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH2>0。
则ΔH2>ΔH1。
2. 同一反应中，反应物(或生成物)不同状态：常用的比较方法有：①运用盖斯定律直接计算，有时还需结合物质的状态来比较ΔH的大小；②利用能量图来进行比较。如：
a. 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1<0，
b. 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2<0。
方法一：a－b，可得2H2O(l)===2H2O(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2>0，即可知ΔH1>ΔH2。
方法二：由能量图可直接看出|ΔH|的相对大小，若是放热反应，|ΔH|越大，ΔH越小；若是吸热反应，|ΔH|越大，ΔH越大。
3. 两个有联系的不同反应的比较：常利用已知的知识进行比较。如：
a. C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＜0，
b. C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2＜0。
反应a为C的完全燃烧，反应b为C的不完全燃烧，则ΔH1＜ΔH2。
深度指津
反应热的计算方法
计算依据 计算方法
反应物的总能量和生成物的总能量 ΔH＝∑E(生成物的能量)－∑E(反应物的能量)
化学键的键能 ΔH＝∑反应物的键能－∑生成物的键能
反应历程正、逆反应的活化能 ΔH＝∑正反应的活化能－∑逆反应的活化能
燃烧热 可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热
热化学方程式 热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒，同时改变正、负号，各项的系数(包括ΔH的数值)可以同时扩大或缩小相同的倍数
盖斯定律 根据盖斯定律，可以将两个或若干个热化学方程式进行代数运算(包括ΔH运算)，得到一个新的热化学方程式
1. (2024·如皋适应性考试三)先进的甲醇蒸气重整-变压吸附技术可得到高浓度CO2和H2混合气，化学反应原理是CH3OH＋H2O―→CO2＋3H2，其能量变化如图所示。下列说法错误的是( 　　)
A. CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程
B. 反应物的总能量大于生成物的总能量
C. 形成H—H放出能量
D. 断开H—C吸收能量
2. (2024·南通二调)逆水煤气变换反应是一种CO2转化和利用的重要途径，发生的反应如下：
反应Ⅰ. H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41.1 kJ/mol
反应Ⅱ. 4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－165.0 kJ/mol
反应Ⅲ. 3H2(g)＋CO(g)===CH4(g)＋H2O(g)ΔH3＝__________________ kJ/mol
3. 已知CO(g)、CO2(g)、H2O(g)的标准摩尔生成焓(即标准状态下，由稳定的单质生成1 mol该物质的焓变)分别为a kJ/mol、b kJ/mol、c kJ/mol，则水煤气变换反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的焓变ΔH＝__________________________________________。
第17讲　反应热　盖斯定律
[备考导航]
1. (1) ×　(2) ×　(3) ×　(4) √　(5) ×　(6) ×　(7) ×　2. (8) E1－E2＋ΔH＋E3－E4
【解析】 (8)由图可知，X(g)→Y(g)过程分为3个阶段，第一步反应的焓变ΔH1＝E1－E2，第二步反应的焓变ΔH2＝ΔH，第三步反应的焓变ΔH3＝E3－E4，根据盖斯定律计算总反应的焓变为E1－E2＋ΔH＋E3－E4。
考点1
[知识梳理]
知识1　4. (2) 吸收　放出
知识3　1. 1 mol　1 mol
2. CO2(g)　H2O(l)　SO2(g)　N2(g)　H2O(l)和N2(g)
知识4
[常考归纳]　①减少　②增多
[典题悟法]
典例1　D　【解析】 CaCO3受热分解不涉及元素化合价的变化，是非氧化还原反应，A错误；Na和H2O反应生成NaOH和H2，Na、H元素的化合价发生改变，属于氧化还原反应，但反应放热，B错误；NH4Cl晶体和Ba(OH)2晶体的反应不涉及元素化合价的变化，是非氧化还原反应，C错误。
典例2　(1) CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ/mol　(2) N2(g)＋3H2(g) 2NH3(l)　ΔH＝－2(c＋b－a)kJ/mol
【解析】 (2) 由图可知，mol N2(g)＋ mol H2(g)比1 mol NH3(l)能量高(c＋b－a)kJ，该反应放热，ΔH为负值，故N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)　ΔH＝－2(c＋b－a) kJ/mol。
典例3　(1) ①×　②√　(2) ＋120
【解析】 (1) ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和＝2E(C===O)＋3E(H—H)－3E(C—H)－E(C—O)－3E(O—H)。②ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和<0，可得反应物的键能总和小于生成物的键能总和。(2) ΔH＝(413 kJ/mol×4＋745 kJ/mol×2)－(1 075 kJ/mol×2＋436 kJ/mol×2)＝＋120 kJ/mol。
典例4　D　【解析】 斜方硫燃烧的热化学方程式为S(s，斜方硫)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ/mol，A错误；表示燃烧热的产物中H2O应该是液态，B错误；硫化氢燃烧生成的物质为气态二氧化硫和液态水，C错误。
典例5　B　【解析】 装置图缺少玻璃搅拌器，且小烧杯与大烧杯的上沿不齐平，该装置图不可用于精确测定酸碱反应的中和热，A错误；温度计的水银球应浸于溶液中，准确测量溶液的温度，B正确；温度计用于测定溶液温度，不能用于搅拌溶液，C错误；碎泡沫塑料可以起隔热作用，能替代碎纸屑，D错误。
考点2
[知识梳理]
知识2　ΔH2＋ΔH3
[典题悟法]
典例6　(1) ＋233.5 kJ/mol　(2) ＋657.1 kJ/mol
【解析】 (1) 根据盖斯定律，将反应Ⅰ＋反应Ⅱ可得目标热化学方程式，故ΔH＝＋233.5 kJ/mol。(2) 根据盖斯定律，将反应Ⅰ×3－Ⅱ×2可得目标热化学方程式，则ΔH4＝ΔH1×3－ΔH2×2＝＋657.1 kJ/mol。
典例7　C　【解析】 物质的燃烧是放热反应，焓变是负值，液态水变为气态水的过程需要吸热热量，故ΔH1＜ΔH2，A错误；合成氨反应是放热反应，ΔH1是负值，而碳酸钙分解是吸热反应，ΔH2是正值，所以ΔH1＜ΔH2，B错误；相同质量的碳单质完全燃烧生成CO2时放出的热量要多于不完全燃烧生成CO时放出的热量，反应的焓变是负值，故ΔH1＞ΔH2，C正确；化学反应方程式的系数加倍，焓变数值加倍，该化合反应是放热反应，所以焓变值是负值，ΔH1＝2ΔH2，ΔH1＜ΔH2，D错误。
典例8　(1) 2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH＝－(E4＋E2－E1－E3)kJ/mol　(2) <
【解析】 (1) 由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，故ΔH为负值。(2) 活化能大的反应决定了反应速率的快慢，已知第二步反应决定了生产尿素的快慢，则可推测活化能：E1[质量评价]
1. A　【解析】 由图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以CH3OH转变成H2的过程是一个放出热量的过程，A错误。
2. －206.1
【解析】 根据盖斯定律，反应Ⅲ＝反应Ⅱ－反应Ⅰ，则ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－206.1 kJ/mol。
3. (b－a－c) kJ/mol
【解析】 ①C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH1＝a kJ/mol，②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝b kJ/mol，③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH3＝c kJ/mol，根据盖斯定律，将②－①－③得到：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH，则ΔH＝ΔH2－ΔH1－ΔH3＝(b－a－c) kJ/mol。

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