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2024新高考化学二轮重点专题复习
专题五-始态终态：热化学方程式的书写与盖斯定律
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1. 课标要求
能认识化学变化的本质特征是有新物质生成，并伴有能量转化；
能从内因与外因、量变与质变等方面较全面分析物质的化学变化，关注化学变化中的能量转化；
能进行反应焓变的简单计算；
能定量分析化学变化的热效应；
能用热化学方程式表示反应中的能量变化；
能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。
2. 考查情况
焓变的计算与热化学方程式的书写是高考必考题型；
该类试题的正确率较低，考生计算技巧和计算能力的短板。
3. 关键能力
01
基于反应的热量变化计算焓变
02
基于共价键的键能计算焓变
03
基于相对能量或活化能计算焓变
04
基于盖斯定律计算焓变
其中，基于盖斯定律计算焓变的试题难度较大，考查频次相对较高。归纳总结焓变的计算方法，重点突破基于盖斯定律的解题方法，有助于提高焓变相关计算的解题效率。
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1. 反应热与焓变
反应热：在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热。
焓变：在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热即为反应的焓变，用ΔH表示，单位常采用kJ·mol 1。
说明：严格地讲，焓变是指在恒压的条件下，体系仅做体积功，不做其他功（如电功等）的变化过程中的热效应。如不特别指明，化学反应的反应热就是该反应的焓变。
2. 热化学方程式
概念：能够表示反应热的化学方程式叫做热化学方程式。
意义：表明化学反应中的物质变化和能量变化及其计量关系。
书写步骤：
内容：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。这个规律被称为盖斯定律。由俄国化学家盖斯（G. H. Hess，1802 1850）于1840年提出。
本质：在恒压条件下，化学反应的热效应等于焓变（ΔH），而ΔH仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关。
3. 盖斯定律
图示反应的三个途径的热效应相同
即ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
应用：某些反应的热效应难以测定，运用盖斯定律则可以计算出它们的反应热。
①反应速率很小的反应；
②伴有副反应发生的反应；
③不易直接进行的反应。
3. 盖斯定律
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热化学方程式表明化学反应中的物质变化和能量变化及其计量关系。
参与反应的物质与反应的焓变成正比关系。
根据一定量的物质反应时的热量变化，可计算反应的焓变。
1．基于反应的热量变化计算焓变
思维模型
1．基于反应的热量变化计算焓变
【例1】（2022年河北卷16题节选）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。
（1）298K 时，1g H2燃烧生成 H2O（g）放热 121 kJ，1 mol H2O（l）蒸发吸热 44 kJ，表示 H2 燃烧热的热化学方程式为______________________________________。
298K 时，1 g H2（g）燃烧生成 H2O（g）放热 121 kJ。
1 mol（即2 g）H2（g）燃烧生成 1 mol H2O（g）放热 242 kJ；
1 mol H2O（1）蒸发吸热 44kJ， 1 mol H2O（g）冷凝放热 44kJ。
【答案】H2（g）＋O2 （g）＝H2O（1） ΔH＝ 286 kJ·mol 1。
因此，1 mol H2（g）燃烧生成 1 mol H2O（1） 放热 286kJ。
键能
描述原子之间形成的共价键的强度。
在101 kPa、298 K条件下， 1 mol气态AB分子生成气态A原子和B原子的过程中所吸收的能量，称为AB间共价键的键能。
2．基于共价键的键能计算焓变
思维模型
2．基于共价键的键能计算焓变
思维模型
表1 部分共价键的键长和键能
说明：文献中给出的键能通常都是平均值。
2．基于共价键的键能计算焓变
思维模型
离解能与键能 CH4 NH3
一级离解能 434 kJ·mol 1 437 kJ·mol 1
二级离解能 443 kJ·mol 1 398 kJ·mol 1
三级离解能 443 kJ·mol 1 339 kJ·mol 1
四级离解能 333 kJ·mol 1 ——
R—H键的键能 413 kJ·mol 1 391 kJ·mol 1
表2 C—H键和N—H键的测定依据
2．基于共价键的键能计算焓变
思维模型
基于键能计算焓变的方法：
计算公式：ΔH＝反应物的总键能 生成物的总键能。
计算关键：利用键能计算反应热的关键，就是要算清物质中共价键的数目，清楚中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目。
表3 常见物质中的共价键及其个数
物质 CO2 CH4 P4 SiO2 金刚石 S8 Si CO
共价键 C=O C—H P—P Si—O C—C S—S Si—Si C≡O
共价键个数 2 4 6 4 2 8 2 1
局限性：一是仅适用于共价晶体和分子晶体参与的反应；
二是计算结果有可能存在较大的计算误差，仅为估算。
2．基于共价键的键能计算焓变
【例2】（2023年河北卷17题改编）氮是自然界重要元素之一，研究氮及其化合物的性质以及氮的循环利用对解决环境和能源问题都具有重要意义。
已知：1 mol物质中的化学键断裂时所需能量如下表。
回答下列问题:
（1）恒温下，将1 mol空气（N2和O2的体积分数分别为0.78 和0.21，其余为惰性组分）置于容积为V L的恒容密闭容器中，假设体系中只存在如下两个反应：
i. N2（g）＋ O2（g）2NO（g） ΔH1
ii. 2NO（g）O2（g）2NO（g） ΔH2
ΔH1＝ kJ·mol l。
物质 N2（g） O2（g） NO（g）
能量/ kJ 945 498 631
ΔH＝反应物的键能总和 生成物的键能总和
ΔH1＝（945＋498 631× 2）kJ·mol l＝181 kJ·mol l。
【答案】181
3．基于相对能量或活化能计算焓变
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一个化学反应是吸收能量还是释放能量，取决于反应物总能量和生成物总能量之间的相对大小。
若反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应过程中吸收能量；
若反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应过程中释放能量。
由此可知：ΔH＝E（生成物能量总和） E（反应物能量总和）。
3．基于相对能量或活化能计算焓变
思维模型
根据过渡态理论，反应物转化为生成物的过程中，要经过能量较高的过渡状态。
过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。
图2中，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能。
由此可知：ΔH＝E1 E2。
3．基于相对能量或活化能计算焓变
【例3】（2022年浙江卷18题）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 l。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：HOO＜H2O2
D．H2O（g）＋O（g）＝H2O2（g） ΔH＝ 143kJ·mol 1
H（g）的相对能量为 218 kJ·mol 1，H2（g）的相对能量为 0 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
2 mol H（g）成键释放出的能量为 218 kJ·mol 1×2 0＝436 kJ·mol 1。
即 H2的键能为 436 kJ·mol 1。

3．基于相对能量或活化能计算焓变
【例3】（2022年浙江卷18题）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 l。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：HOO＜H2O2
D．H2O（g）＋O（g）＝H2O2（g） ΔH＝ 143kJ·mol 1
同理可知，O2的键能为249 kJ·mol 1×2＝498 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
H2O2中氧氧单键的键能为39 kJ·mol 1×2 （ 136 kJ·mol 1）＝214 kJ·mol 1。


则O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍。
3．基于相对能量或活化能计算焓变
【例3】（2022年浙江卷18题）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 l。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：HOO＜H2O2
D．H2O（g）＋O（g）＝H2O2（g） ΔH＝ 143kJ·mol 1
根据 O（g）＋HO（g）＝HOO（g）计算HOO中氧氧单键的键能为249 kJ·mol 1＋39 kJ·mol 1 10 kJ·mol 1＝278 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
大于H2O2（g）中氧氧单键的键能（ 214 kJ·mol 1 ）。



3．基于相对能量或活化能计算焓变
【例3】（2022年浙江卷18题）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 l。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：HOO＜H2O2
D．H2O（g）＋O（g）＝H2O2（g） ΔH＝ 143kJ·mol 1
ΔH＝E（生成物能量总和） E（反应物能量总和）
物质（g） O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O
能量/ kJ·mol 1 249 218 39 10 0 0 136 242
H2O（g）＋O（g）＝ H2O2（g） ΔH＝ 136 kJ·mol 1 （ 242 kJ·mol 1＋249 kJ·mol 1）
＝ 143 kJ·mol 1。




【答案】C
3．基于相对能量或活化能计算焓变
【例4】（2023新课标全国卷29题节选）氨是最重要的化学品之一。我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：
（1）根据图中数据计算反应N2（g）＋H2（g）＝NH3（g）的ΔH＝ kJ·mol l。
N2（g）＋H2（g）＝NH3（g）
ΔH＝（473 kJ·mol l＋654 kJ·mol l） （339 kJ·mol l＋397 kJ·mol l＋436 kJ·mol l）
＝ 45 kJ·mol l。
【答案】 45
4．基于盖斯定律计算焓变
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根据盖斯定律可知：
若某一反应为两个反应的化学方程式的之和，则其焓变也为这两个反应的焓变之和；
若某一反应为两个反应的化学方程式的之差，则其焓变也为这两个反应的焓变之差。
4．基于盖斯定律计算焓变
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方法1. 矢量图法
理解总反应式与已知反应式的先后顺序，即可知道已知方程式和目标方程式的关系。往往可以采用图像的方式，快速得出反应方程式和反应热之间的关系。该方法类似数学矢量之间的关系。
4．基于盖斯定律计算焓变
【例5】（2014年新课标全国Ⅱ卷13题）室温下，将1 mol的CuSO4·5H2O（s）溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1 mol的CuSO4（s）溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2，CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O（s）＝CuSO4（s）＋5H2O（l），热效应为ΔH3。则下列判断正确的是
A．ΔH2>ΔH3 B．ΔH1＜ΔH3
C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2 D．ΔH1＋ΔH2>ΔH3
利用矢量图法构建图像：CuSO4·5H2O溶于水，可以理解为CuSO4·5H2O先分解产生 CuSO4（s）和 5H2O（l），然后CuSO4（s）再溶于水，如图所示。
【答案】B
可知：ΔH2＋ΔH3＝ΔH1。又ΔH1＞0，ΔH2＜0，ΔH3＞0。




4．基于盖斯定律计算焓变
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方法2. 消元法
要点：消去目标方程式中没有，但已知方程式中有的物质X。
X的特点：在已知方程式中出现两次。将已知热化学方程式进行化学计量数调整或适当的颠倒，然后进行方程式进行“叠加”消去物质X。直至得到目标热化学方程式。各已知热化学方程式“消元”过程的加减和倍数关系即为焓变的加减和倍数关系。
4．基于盖斯定律计算焓变
【例6】（2023年浙江卷19题节选）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：CO（g）＋H2O（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
请回答：（1）ΔH2＝_______kJ·mol 1。
目标方程式中没有、而已知方程式中有的物质为CO（g）和CO2（g ）。
【答案】6
二者在已知方程式中的计量数相同，位置也想同，可通过将两方程式直接相减得到目标方程式。
ΔH2＝ΔH ΔH1＝（ 41.2 kJ·mol 1） （ 47.2 kJ·mol 1）＝6 kJ·mol 1 。
4．基于盖斯定律计算焓变
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方法3. 留元法
留元法与消元法实为互补的关系，只是角度不同：消元是消去不出现在目标热化学方程式中的物质，而留元则是“盯住”该留下来的物质。
其实无论留元还是消元，都是将能够“约掉”的物质约掉，把该“留下”的物质留下。
4．基于盖斯定律计算焓变
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方法3. 留元法
4．基于盖斯定律计算焓变
【例7】（2023年全国乙卷28题改编）硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题：
（2）已知下列热化学方程式：
FeSO4·7H2O（s）＝FeSO4（s）＋7H2O（g） ΔH1＝a kJ·mol l
FeSO4·4H2O（s）＝FeSO4（s）＋4H2O（g） ΔH2＝b kJ·mol l
FeSO4·H2O（s）＝FeSO4（s）＋H2O（g） ΔH3＝c kJ·mol l
则FeSO4·7H2O（s）＋FeSO4·H2O（s）＝2（FeSO4·4H2O）（s）的ΔH＝ kJ·mol l。
【答案】a＋c 2b
目标方程式可用①＋③ ②×2求得，ΔH＝ΔH1＋ΔH3 ΔH2×2＝（a＋c 2b）kJ·mol l。
4．基于盖斯定律计算焓变
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方法4. 解方程组法
对于一个化学反应，ΔH的单位中“mol l”，既不是指“每摩尔反应物”，也不是指“每摩尔生成物”，而是指“每摩尔反应”。
可以将各步反应的物质的量设未知数，根据目标反应中各物质的计量数，列出方程组，进行求解。
4．基于盖斯定律计算焓变
【例8】（2022年全国乙卷28题节选）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。回答下列问题：
（1）已知下列反应的热化学方程式：
①2H2S（g）＋3O2（g）＝2SO2（g）＋2H2O（g） ΔH1＝ 1036 kJ·mol l
②4H2S（g）＋2SO2（g）＝3S2（g）＋4 H2O（g） ΔH2＝94 kJ·mol l
③2H2（g）＋ O2（g）＝2H2O（g） ΔH3＝ 484 kJ·mol l
计算H2S热分解反应④2 H2S（g）＝S2（g）＋2 H2（g）的ΔH4＝ kJ·mol l。
设方程式①、②、③参加反应的物质的量分别为x mol、y mol、 z mol。
【答案】170
ΔH4＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3
＝×（－1036 kJ·mol l）＋×94 kJ·mol l）＋484 kJ·mol l
＝170 kJ·mol l。
，解得。
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焓变计算的解题模型
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教学策略
1. 厘清概念，夯实基础
厘清反应热、焓变、能量、相对能量、热量、键能、活化能等概念，及其相互关系。
2. 构建模型，明晰应用
构建基于反应的热量变化、共价键的键能、相对能量或活化能、盖斯定律计算焓变的思维模型，重点突破基于盖斯定律计算焓变的4种常见方法。知道各种模型、方法的应用范围和局限性。
3. 强化训练，注重落实
利用高考真题、各地的模拟题进行训练，反复强化，使学生能够熟练地应用思维模型和解题方法解决焓变计算的相关试题，重点落实基于盖斯定律计算焓变的4种常见方法。
谢 谢！

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