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化学反应中的能量变化属于逐渐强化的高考热点，主要以填空的形式命题，常结合化学平衡，重点考查盖斯定律及其应用，如焓变的计算、热化学方程式的书写等，都属于高考中的高频考点。
角度一　反应热　盖斯定律及应用
1．从两种角度理解反应热
反应热图示
图像分析 微观 宏观
a表示断裂旧化学键吸收的能量； b表示生成新化学键放出的能量； c表示反应热 a表示正反应的活化能； b表示逆反应的活化能； c表示反应热
2.计算反应热的三种方法
(1)ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量；
(2)ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能；
(3)ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。
3．燃烧热
(1)含义：1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。
(2)表示法：燃烧热为a kJ·mol－1或ΔH＝－a kJ·mol－1。
4．热化学方程式的书写
(1)写出配平的化学方程式。
(2)用s、l、g、aq标明物质的聚集状态。
(3)确定反应的温度和压强并在方程式“===”上注明(101 kPa、25 ℃时可不标注)。
(4)在方程式后写出ΔH，并根据信息注明ΔH的“＋”或“－”。
(5)根据化学计量数计算写出ΔH的值。
注意　对互为同素异形体的物质(如金刚石和石墨等)，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。
5．利用盖斯定律计算焓变或书写热化学方程式的步骤
(1)标位置：标出目标热化学方程式ⅰ中各物质在已知热化学方程式ⅱ、ⅲ、ⅳ等中的位置。
(2)调系数：将ⅱ、ⅲ、ⅳ等中标记的各物质的化学计量数调整为与ⅰ中的相同。
(3)同侧加、异侧减：挑出ⅱ、ⅲ、ⅳ等中标记的物质与ⅰ中相关物质位于等式同一侧的，将这几个已知热化学方程式相加，然后与剩余的已知热化学方程式相减，即得目标热化学方程式。
(4)算焓变：将已知焓变作出相应系数的调整并进行相应的加减计算，得目标热化学方程式的焓变。
1．(2021·浙江6月选考，21)相同温度和压强下，关于反应的ΔH，下列判断正确的是(　　)
(g)＋H2(g)―→(g)　ΔH1
(g)＋2H2(g)―→(g)　ΔH2
(g)＋3H2(g)―→(g)　ΔH3
(g)＋H2(g)―→(g)　ΔH4
A．ΔH1>0，ΔH2>0
B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．ΔH1>ΔH2，ΔH3>ΔH2
D．ΔH2＝ΔH3＋ΔH4
答案　C
解析　环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应，因此，ΔH1＜0，ΔH2＜0 ，A不正确；苯分子中没有碳碳双键，其中的碳碳键是介于单键和双键之间的特殊的共价键，因此，其与氢气完全加成的反应热不等于环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应的反应热之和，即ΔH3≠ΔH1＋ΔH2，B不正确；由于1 mol 1,3-环己二烯与氢气完全加成后消耗的氢气是等量环己烯的2倍，故其放出的热量更多，其ΔH1>ΔH2；苯与氢气发生加成反应生成1,3-环己二烯的反应为吸热反应(ΔH4>0)，根据盖斯定律可知，苯与氢气完全加成的反应热：ΔH3＝ΔH4＋ΔH2，因此ΔH3>ΔH2，ΔH2＝ΔH3－ΔH4，C正确，D不正确。
2．(2021·湖南，14)铁的配合物离子(用[L-Fe-H]＋表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A．该过程的总反应为HCOOHCO2↑＋H2↑
B．H＋浓度过大或者过小，均导致反应速率降低
C．该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化
D．该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定
答案　D
解析　由反应机理可知，HCOOH电离出氢离子后，HCOO－与催化剂结合，放出二氧化碳，然后又结合氢离子转化为氢气，所以化学方程式为HCOOHCO2↑＋H2↑，故A正确；若氢离子浓度过低，则反应Ⅲ→Ⅳ的反应物浓度降低，反应速率减慢，若氢离子浓度过高，则会抑制甲酸的电离，使甲酸根离子浓度降低，反应Ⅰ→Ⅱ速率减慢，所以氢离子浓度过高或过低，均导致反应速率减慢，故B正确；由反应机理可知，Fe在反应过程中，化学键数目发生变化，则化合价也发生变化，故C正确；由反应进程可知，反应Ⅳ→Ⅰ能垒最大，反应速率最慢，对该过程的总反应起决定作用，故D错误。
3．[2021·广东，19(1)]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　ΔH2＋ΔH3－ΔH5(或ΔH3－ΔH4)
解析　根据题目所给出的反应方程式关系可知，a＝b＋c－e＝c－d，根据盖斯定律则有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5＝ΔH3－ΔH4。
4.[2021·河北，16(1)]大气中的二氧化碳主要来自于煤、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表：
物质 H2(g) C(石墨，s) C6H6(l)
燃烧热ΔH/ (kJ·mol－1) －285.8 －393.5 －3 267.5
则25 ℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为___________________________。
答案　6C(石墨，s)＋3H2(g)===C6H6(l)　ΔH＝＋49.1 kJ·mol－1
解析　根据表格中燃烧热数据可知，存在反应①C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝
－393.5 kJ·mol－1，②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1，③C6H6(l)＋O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH3＝－3 267.5 kJ·mol－1，根据盖斯定律，①×6＋②×3－③得反应：6C(石墨，s)＋3H2(g)===C6H6(l)　ΔH＝(－393.5 kJ·mol－1)×6＋(－285.8 kJ·mol－1)×3－(－3 267.5 kJ·mol－1)＝＋49.1 kJ·mol－1。
5．[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≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol－1) 946.0 436.0 390.8
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：
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＝390.8 kJ·mol－1×3×2－(946.0 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3)＝＋90.8 kJ·mol－1。
6．[2020·山东，18(1)]以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3
ΔH3＝________kJ·mol－1。
答案　＋40.9
解析　由盖斯定律可知，Ⅲ式＝Ⅰ式－Ⅱ式，即ΔH3＝－49.5 kJ·mol－1－(－90.4 kJ·mol－1)＝＋40.9 kJ·mol－1。
7．[2019·全国卷Ⅱ，27(1)]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：
已知(g)===(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋100.3 kJ·mol－1①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)③
ΔH3＝________kJ·mol－1。
答案　＋89.3
解析　根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(＋100.3－11.0)kJ·mol－1＝＋89.3 kJ·mol－1。
8．[2019·全国卷Ⅲ，28(2)]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
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。
答案　－116
解析　将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由(①＋②＋③)×2得：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－116 kJ·mol－1。
1．甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：
①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1；
②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2；
③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3。
已知反应①中相关的化学键键能数据如表所示：
化学键 H—H C—O CO H—O C—H
E/ (kJ·mol－1) 436 343 1 076 465 413
由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58 kJ·mol－1，则ΔH3＝_________kJ·mol－1。
答案　－99　＋41
解析　根据键能与反应热的关系可知，ΔH1＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝
(1 076 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1)－(413 kJ·mol－1×3＋343 kJ·mol－1＋465 kJ·mol－1)＝
－99 kJ·mol－1；根据盖斯定律②－①可得：CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)　ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝(－58 kJ·mol－1)－(－99 kJ·mol－1)＝＋41 kJ·mol－1。
2．用CO2催化加氢可制取乙烯：CO2(g)＋3H2(g)C2H4(g)＋2H2O(g)。
(1)若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图所示，则该反应的ΔH＝______________(用含a、b的式子表示)。
(2)已知：几种化学键的键能如表所示，实验测得上述反应的ΔH＝－152 kJ·mol－1，则表中的x＝________。
化学键 C==O H—H C==C C—H H—O
键能/ (kJ·mol－1) 803 436 x 414 464
答案　(1)－(b－a)kJ·mol－1　(2)764
解析　(1)由图知1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)具有的总能量大于 mol C2H4(g)和2 mol H2O(g)具有的总能量，该反应为放热反应，反应的ΔH＝生成物具有的总能量－反应物具有的总能量＝－(b－a)kJ·mol－1。(2)ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝2E(C==O)＋3E(H—H)－[E(C==C)＋2E(C—H)＋4E(H—O)]＝2×803 kJ·mol－1＋3×436 kJ·mol－1－(×
x kJ·mol－1＋2×414 kJ·mol－1＋4×464 kJ·mol－1)＝－152 kJ·mol－1，解得x＝764。
3．甲烷不仅能用作燃料，还可用于生产合成气(CO＋H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH。
已知：CH4、H2、CO的燃烧热(ΔH)分别为－a kJ·mol－1、－b kJ·mol－1、－c kJ·mol－1,1 mol H2O的汽化热(ΔH)为＋d kJ·mol－1(a、b、c、d均大于0)，则反应CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)的ΔH＝________________kJ·mol－1。
答案　(－a＋3b＋c－d)
解析　根据CH4、H2、CO的燃烧热写出热化学方程式：
①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－a kJ·mol－1；②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－b kJ·mol－1；③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－c kJ·mol－1；又知“1 mol H2O的汽化热(ΔH)为＋d kJ·mol－1”，则有：④H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋d kJ·mol－1。由①－②×3－③－④可得：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)，根据盖斯定律，该反应的ΔH＝(－a＋3b＋c－d)kJ·mol－1。
4．(1)(2020·河北保定一模)CO和H2是工业上最常用的合成气，制备该合成气的一种方法是以CH4和H2O为原料，有关反应的能量变化如图所示。
CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为__________________。
(2)(2020·北京朝阳区一模)铅的主要矿藏形式是方铅矿(PbS)利用其冶炼铅的反应过程如下：
2PbS(s)＋3O2(g)===2PbO(s)＋2SO2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1
PbS(s)＋2O2(g)===PbSO4(s)　ΔH＝b kJ·mol－1
PbS(s)＋2PbO(s)===3Pb(s)＋SO2(g)　ΔH＝c kJ·mol－1
则利用方铅矿和铅矾矿(主要成分为PbSO4)冶炼铅并生成一种可能造成酸雨的气体的热化学方程式为______________________________________________________________________。
(3)(2020·安徽“江南十校”联考)甲烷隔绝空气分解，部分反应如下：
Ⅰ.CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH1＝＋74.9 kJ·mol－1
Ⅱ.6CH4(g)===C6H6(g)＋9H2(g)　ΔH2＝＋531 kJ·mol－1
Ⅲ.2CH4(g)===C2H4(g)＋2H2(g)　ΔH3＝＋202 kJ·mol－1
C6H6(g)＋3H2(g)===3C2H4(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
答案　(1)CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝(－p＋m＋3n)kJ·mol－1
(2)PbS(s)＋PbSO4(s)===2Pb(s)＋2SO2(g)　ΔH＝ kJ·mol－1
(3)＋75
解析　(1)依据三个能量关系图像写出对应的热化学方程式：
CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－m kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝－n kJ·mol－1
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH3＝－p kJ·mol－1
由盖斯定律得：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝ΔH3－3ΔH2－ΔH1＝(－p＋3n＋m)kJ·mol－1。
(2)将题给热化学方程式依次编号为①、②、③，PbO、O2是中间产物，由(①×2＋③×2－②×3)×可得：PbS(s)＋PbSO4(s)===2Pb(s)＋2SO2(g)，根据盖斯定律可得，该反应的ΔH＝ kJ·mol－1。
(3)由Ⅲ×3－Ⅱ可得：C6H6(g)＋3H2(g)===3C2H4(g)，
根据盖斯定律，该反应的ΔH＝(＋202 kJ·mol－1×3)－(＋531 kJ·mol－1)＝＋75 kJ·mol－1。
5．(1)已知碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1，S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1,2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1，则S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)　ΔH＝________________________。
(2)已知：①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－437.3 kJ·mol－1，
②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，
③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，
写出煤气化(碳和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气)的热化学方程式：________________。
计算10 m3(标准状况)水煤气完全燃烧放出的热量为________kJ(结果保留到小数点后一位)。
答案　(1)(3a＋b－c)kJ·mol－1
(2)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.5 kJ·mol－1　126 964.3
解析　(1)碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1，其热化学方程式为C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·
mol－1①，S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1②，2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1③，由3×①＋②－③可得S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)　ΔH＝(3a＋b－c)kJ·mol－1。
(2)根据盖斯定律计算，①－②－③得到固态碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式为C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.5 kJ·mol－1。根据反应②③可知，1 mol CO和1 mol H2充分燃烧放出的热量为285.8 kJ＋283.0 kJ＝568.8 kJ，所以10 m3(标准状况)即＝ mol的水煤气完全燃烧放出的热量为×568.8 kJ×≈126 964.3 kJ。

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