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专题十一　化学能与热能
[考试要点]　1.了解焓变与反应热的含义，能利用键能计算焓变。　2.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。　3.掌握盖斯定律及其应用。
考点一
焓变的计算
　计算反应热(ΔH)的四种常用方法
(1)根据物质能量(焓值)计算反应热：ΔH＝生成物总能量－反应物总能量；
(2)根据键能计算反应热：ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能；
(3)根据活化能计算反应热：ΔH＝Ea(正反应)－Ea(逆反应)；
(4)根据盖斯定律计算反应热：热化学方程式的叠加，符合质量守恒和能量守恒规律。
1．[2023·浙江1月选考，19(2)节选]党的二十大报告提出，要积极稳妥推进碳达峰、碳中和，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)　ΔH1＝＋247 kJ·mol-1，K1
Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol-1，K2
请回答：
反应CH4(g)＋3CO2(g) 4CO(g)＋2H2O(g)的ΔH＝__________kJ·mol-1，K＝__________(用K1，K2表示)。
2．[2023·山东卷，20(1)节选]一定条件下，水气变换反应CO＋H2O CO2＋H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程，研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应：
Ⅰ.HCOOH CO＋H2O(快)
Ⅱ.HCOOH CO2＋H2(慢)
研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H＋仅对反应Ⅰ有催化加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。回答下列问题：
一定条件下，反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2，则该条件下水气变换反应的焓变ΔH＝______________________(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
解析：根据盖斯定律，由Ⅱ－Ⅰ可得水气变换反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝ΔH2－ΔH1。
答案：ΔH2－ΔH1
1．相同温度和压强下，关于下列反应的ΔH的判断正确的是(　　)
CoCl2·6H2O(s)===CoCl2·2H2O(s)＋4H2O(l)　ΔH1
CoCl2·2H2O(s)===CoCl2·H2O(s)＋H2O(l)　ΔH2
CoCl2·H2O(s)===CoCl2(s)＋H2O(l)　ΔH3
CoCl2·6H2O(s)===CoCl2(s)＋6H2O(l)　ΔH4
A．ΔH1＞0，ΔH2＜0
B．ΔH1＜ΔH2＋ΔH3
C．ΔH4－ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D．ΔH2＜ΔH3
C
解析：C　题给四个反应都是吸热反应，反应的ΔH都大于0，将题干4个反应依次编号为①、②、③、④，结合盖斯定律作答。A项，①和②都是吸热反应，故ΔH1>0，ΔH2>0，A错误；B项，根据盖斯定律，将②＋③得⑤CoCl2·2H2O(s)===CoCl2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝ΔH2＋ΔH3，为吸热反应，失去2 mol结晶水，反应①失去4 mol结晶水，失去水的物质的量是⑤的两倍，故反应①吸收的热量更多，则ΔH1>ΔH2＋ΔH3，B错误；C项，根据盖斯定律，①＋②＋③＝④，则ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝ΔH4，则ΔH4－ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，C正确；D项，反应②和③都失去1 mol结晶水，由题意无法判断ΔH2、ΔH3的大小，D错误。
2．(1)甲醇是一种可再生能源，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.58 kJ·mol-1
反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.19 kJ·mol-1
反应Ⅲ：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3
则反应Ⅲ的ΔH3＝________ kJ·mol-1。
(2)丙烯是化学工业中重要的基础化学品，是制造塑料、橡胶和纤维“三大合成材料”的基本原料，若以CrOx为催化剂，会发生以下反应：
主反应：①C3H8(g) H2(g)＋C3H6(g)　ΔH1
副反应：②C3H8(g) CH4(g)＋C2H4(g)　ΔH2
③C2H4(g)＋H2(g) C2H6(g)　ΔH3
已知：
则反应①的ΔH1＝________ kJ·mol-1。
化学键 H—H C—H C—C C===C
键能/(kJ·mol-1) 436 413 334 612
解析：(1)根据盖斯定律，由反应Ⅰ－反应Ⅱ可得反应Ⅲ，则ΔH3＝－49.58 kJ·mol-1－(＋41.19 kJ·mol-1)＝－90.77 kJ·mol-1。(2)根据键能与焓变关系可得，ΔH1＝2×334 kJ·mol-1＋8×413 kJ·mol-1－436 kJ·mol-1－612 kJ·mol-1－334 kJ·mol-1－6×413 kJ·mol-1＝＋112 kJ·mol-1。
答案：(1)－90.77　(2)＋112
考点二
热化学方程式的书写、盖斯定律
1．书写热化学方程式的“五环节”
2．盖斯定律在热化学方程式书写中的应用
将所给热化学方程式适当加减得到所求的热化学方程式，反应热也作相应的加减运算。流程如下：
1．[2022·全国乙卷，28(1)]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：
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-1
②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g)
ΔH2＝＋94 kJ·mol-1
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)
ΔH3＝－484 kJ·mol-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝______ kJ·mol-1。
3．[2021·全国甲卷，28(1)]二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：
二氧化碳加氢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；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是________(填标号)，判断的理由是
__________________________________________。
答案：－49　A　ΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①的活化能大于反应②的活化能
热化学方程式的书写
1．含碳化合物在生产生活中广泛存在，Andren Dasic等提出在M＋的作用下以N2O为氧化剂可以氧化乙烯生成乙醛，催化体系氧化还原循环如图所示。
已知：
N2O(g)＋M＋(s)===N2(g)＋MO＋(s)
ΔH1＝＋678 kJ·mol-1
MO＋(s)＋C2H4(g)===C2H4O(g)＋M＋(s)　ΔH2＝－283 kJ·mol-1
请写出在M＋的作用下以N2O为氧化剂氧化乙烯生成乙醛的热化学方程式：__________________。
解析：已知：①N2O(g)＋M＋(s)===N2(g)＋MO＋(s)　ΔH1＝＋678 kJ·mol-1，②MO＋(s)＋C2H4(g)===C2H4O(g)＋M＋(s)　ΔH2＝－283 kJ· mol-1，根据盖斯定律①＋②可得N2O(g)＋C2H4(g)===N2(g)＋C2H4O(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋678 kJ·mol-1＋(－283 kJ·mol-1)＝＋395 kJ·mol-1。
答案：N2O(g)＋C2H4(g)===N2(g)＋C2H4O(g)　ΔH＝＋395 kJ·mol-1
盖斯定律的应用
2．某科研人员用下列流程实现了太阳能的转化与存储。
反应Ⅰ：
2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g) ΔH1＝＋551 kJ·mol-1
反应Ⅱ：
3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH2＝－254 kJ·mol-1
则表示S(s)的燃烧热的热化学方程式中的ΔH为(　　)
A．－297 kJ·mol-1　B．－605 kJ·mol-1
C．＋43 kJ·mol-1 D．－43 kJ·mol-1
A
解析：A　根据盖斯定律，由反应Ⅰ＋反应Ⅱ得到SO2(g)===O2(g)＋S(s)　ΔH＝－254 kJ·mol-1＋551 kJ·mol-1＝＋297 kJ·mol-1，则表示S(s)的燃烧热的热化学方程式O2(g)＋S(s)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ·mol-1，故A符合题意。
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1．下列关于热化学方程式的说法正确的是(　　)
A．若H2的燃烧热为a kJ·mol-1，则热化学方程式为2H2＋O2===2H2O　ΔH＝－a kJ·mol-1
B．若1 mol SO2和0.5 mol O2完全反应放热98.3 kJ，则热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－98.3 kJ·mol-1
C．若H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol-1，则稀硫酸与稀Ba(OH)2反应的热化学方程式为H2SO4(aq)＋Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－114.6 kJ·mol-1
D．若31 g白磷的能量比31 g红磷多b kJ，则白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(白磷，s)===4P(红磷，s)　ΔH＝－4b kJ·mol-1
课时作业
训练(十一)　化学能与热能
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解析：D　H2的燃烧热指1 mol H2(g)与O2(g)反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量，反应未注明物质的存在状态，因此不能表示该反应的热化学方程式，A错误；反应热与反应的物质多少相对应，2 mol SO2和1 mol O2完全反应放热为196.6 kJ，B错误；稀硫酸与Ba(OH)2发生中和反应时除产生2 mol的H2O放出热量外，反应产生BaSO4沉淀时也会放出热量，反应放出热量越多，则反应热越小，故稀硫酸与稀Ba(OH)2反应的热化学方程式为H2SO4(aq)＋Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH<－114.6 kJ·mol-1 ，C错误；1 mol的白磷质量是124 g，若31 g白磷的能量比31 g红磷多b kJ，则1 mol白磷的能量比等质量的红磷的能量多4b kJ，故白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(白磷，s)===4P(红磷，s)　ΔH＝－4b kJ·mol-1，D正确。
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2．MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M＝Ca、Mg)：
已知：离子电荷相同时，半径越小，离子键越强。下列说法不正确的是(　　)
A．ΔH1(MgCO3)＞ΔH1(CaCO3)＞0
B．ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)＞0
C．ΔH1(CaCO3)－ΔH1(MgCO3)＝ΔH3(CaO)－ΔH3(MgO)
D．对于MgCO3和CaCO3，ΔH1＋ΔH2＞ΔH3
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3．消除天然气中的H2S是能源研究领域的热点，华中科技大学李钰等研究表明，利用CuFe2O4表面吸附H2S时有两种机理途径，如图所示。
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解析：C　由能量图可知，该吸附过程最终相对能量下降，所以是释放能量，故A正确；活化能越大，反应速率越慢，反应速率最慢的反应制约反应速率，由图可知途径1最大能垒为[－362.6－(－567.1)] kJ·mol-1＝204.5 kJ·mol-1，故B正确；S—H断裂吸收能量，故C错误；由题图可知，由起始的H2S生成H2O可知，CuFe2O4在吸附过程中提供氧原子，故D正确。
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4．反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)　ΔH1，CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH2，在催化剂表面CO、H2O的反应历程如下图所示。其中吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注，1 eV＝1.6×10-19 J。下列说法正确的是(　　)
A．ΔH2>0
B．反应H2O·===OH·＋H·能量变化为1.57 eV
C．正反应历程中的最大活化能为2.24 eV
D．反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)的ΔH＝ΔH2－ΔH1
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解析：B　A项，CO(g)＋2H2O(g)的相对能量为0 eV，CO2(g)＋H2(g)＋H2O(g)的相对能量为－0.72 eV，则CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)中反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，ΔH2<0，错误；B项，COOH·＋H·＋H2O·的相对能量为－0.16 eV，COOH·＋2H·＋OH·的相对能量为1.41 eV，则H2O·===OH·＋H·过程中能量变化为1.41 eV－(－0.16 eV)＝1.57 eV，正确；C项，正反应历程中最大的活化能在生成过渡态Ⅱ处，为1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，错误；D项，已知：Ⅰ.C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)　ΔH1，Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH2，根据盖斯定律，Ⅰ－Ⅱ得C(s)＋CO2(g) 2CO(g)，则ΔH＝ΔH1－ΔH2，错误。
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5．用Na[Al(OH)4]制备α-Al(OH)3的能量转化关系如图：
反应②的热化学方程式为_________________________________。
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7．如图表示在CuO存在下HCl催化氧化的反应过程，则总反应的热化学方程式为________________________。
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8．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_________。
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