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专题四　化学反应速率与限度
热化学方程式书写与反应热计算
1.焓变的计算
(1)根据(相对)能量计算
ΔH=H总(生成物)-H总(反应物)
(2)根据键能计算
ΔH=∑E(反应物键能)-∑E(生成物键能)
(3)根据活化能计算
ΔH=E(正反应的活化能)-E(逆反应的活化能)
2.热化学方程式书写易出现的错误
(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。
(2)反应热的符号使用不正确,即吸热反应未标出“+”号,放热反应未标出
“-”号,从而导致错误。
(3)漏写ΔH的单位,或者将ΔH的单位写为kJ,从而造成错误。
(4)反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。
(5)对燃烧热的概念理解不到位,忽略其标准是1 mol可燃物而造成错误。
(6)对中和反应反应热理解不准确。
①强酸与强碱中和反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,若用弱酸代替强酸(或用弱碱代替强碱),因电离吸热,放出的热量减少。
②若用浓硫酸(或NaOH固体)作反应物,放出热量增多。
③若是稀硫酸和Ba(OH)2反应,生成1 mol H2O(l)时所释放的热量会比57.3 kJ多,原因是H+与OH-结合成1 mol H2O(l)的同时,Ba2+和S结合成BaSO4沉淀也会放热。
提醒:对于具有同素异形体的物质,除了要注明聚集状态之外,还要注明物质的名称。
如:①S(单斜,s)+O2(g)═SO2(g)
ΔH1=-297.16 kJ·mol-1
②S(正交,s)+O2(g)═SO2(g)
ΔH2=-296.83 kJ·mol-1
③S(单斜,s)═S(正交,s)
ΔH3=-0.33 kJ·mol-1
3.盖斯定律
(1)ΔH与盖斯定律
利用盖斯定律求热化学方程式中的焓变ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
(2)盖斯定律的答题模板——叠加法
步骤1　“倒”
为了将方程式相加得到目标方程式,可将部分方程式颠倒过来,反应热的数值不变,但符号相反。这样就不用再做减法运算了,实践证明,方程式相减时往往容易出错。
步骤2　“乘”
为了将方程式相加得到目标方程式,可将方程式乘以某个倍数,反应热也要乘以相应倍数。
步骤3　“加”
上面的两个步骤做好了,只要将方程式相加即可得目标方程式,反应热也要相加。
1.(2025·上海宝山二模)研究发现,NOx是雾霾的主要成分之一,NOx主要来源于汽车尾气。
已知:N2(g)+O2(g) 2NO(g)ΔH=180.50 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)ΔH=-566.00 kJ·mol-1
为了减轻大气污染,人们提出在汽车尾气排气管口采用催化剂将NO和CO转化成无污染气体参与大气循环,写出该反应的热化学方程式:
_____________________________________________________________。
　
2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g)ΔH=-746.50 kJ·mol-1
【解析】已知:①N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH=180.50 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH=-566.00 kJ·mol-1
根据盖斯定律,②-①得到将NO和CO转化成无污染气体参与大气循环的反应的化学方程式为2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g),ΔH=-566.00 kJ·mol-1-180.50 kJ·mol-1=-746.50 kJ·mol-1。
2.(2025·上海青浦二模)CO2与H2催化合成乙烯:2CO2(g)+6H2(g) ═C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH=　　 　　kJ·mol-1。
已知:2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)
ΔH1=-571.6 kJ·mol-1
C2H4(g)+3O2(g)═2CO2(g)+2H2O(l)
ΔH2=-1411 kJ·mol-1
H2O(g)═H2O(l)　ΔH3=-44 kJ·mol-1
-127.8 kJ·mol-1
【解析】已知:①2H2(g)+O2(g)═ 2H2O(l) ΔH1=-571.6 kJ·mol-1
②C2H4(g)+3O2(g)═2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1411 kJ·mol-1
③H2O(g)═H2O(l)　ΔH3=-44 kJ·mol-1
根据盖斯定律①×3-②-③×4可得2CO2(g)+6H2(g)═C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH=3×(-571.6 kJ·mol-)-(-1411 kJ·mol-1)-4×(-44 kJ·mol-1)=-127.8 kJ·mol-1。
3.(2025·专题练习)如图中:E1=134 kJ/mol,E2=368 kJ/mol,根据要求回答问
题:
(1)如图是1 mol NO2(g)和1 mol CO (g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1的变化是　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),ΔH的变化是　　　　。
减小
不变
请写出NO2和CO反应的热化学方程式:　 。 　
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)===CO2(g)+4H2O(g)ΔH=-1275.6kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)ΔH=-566.0kJ·mol-1
③H2O(g)===H2O(l)ΔH=-44.0 kJ·mol-1
请写出1 mol甲醇不完全燃烧生成1 mol一氧化碳和液态水的热化学方程式:　
　 。
NO2(g)+CO(g)═CO2(g)+NO(g)
ΔH=-234 kJ·mol-1
　
CH3OH+O2(g)═CO(g)+2H2OΔH=-442.8 kJ·mol-1
【解析】(1)根据图像,E1为反应的活化能,加入催化剂降低反应的活化能,但是不改变反应热,则E1会减小,ΔH不变;1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2和NO的反应热ΔH=E1-E2,因此该反应的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)═CO2(g)+NO(g)　ΔH=-234 kJ/mol;
(2)根据盖斯定律,目标反应CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(l),可由(①-②+③×4)÷2得到,则ΔH== kJ·mol-1
=-442.8 kJ·mol-1。则热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)═ CO(g)+2H2O(l)　ΔH=-442.8 kJ·mol-1。
4.世界多国相继规划了碳达峰碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。大气中的二氧化碳主要来自煤、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:
则25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为
_____________________________________________________________。
物质 H2(g) C(石墨,s) C6H6(l)
燃烧热 ΔH/(kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -3267.5
6C(石墨,s)+3H2(g)═C6H6(l) ΔH=49.1 kJ·mol-1
【解析】根据表格燃烧热数据可知,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,反应①×6+反应②×3-反应③得目标反应:6C(石墨,s)+3H2(g)═ C6H6(l),则ΔH=6ΔH1 +3ΔH2 -ΔH3 =(-393.5 kJ·mol-1) ×6+(-285.8 kJ·mol-1)×3-(-3267.5 kJ·mol-1)=49.1 kJ·mol-1,即6C(石墨,s)+3H2(g)═C6H6(l)　ΔH=49.1 kJ·mol-1。
5.(2024·专题练习)氢气既是一种优质的能源,又是一种重要化工原料,高纯氢的制备是目前的研究热点。
甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一,甲烷和水蒸气反应的热化学方程式是:CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)
ΔH=+165.0 kJ·mol-1
已知反应器中存在如下反应过程:
Ⅰ.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)ΔH1=+206.4kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)ΔH2
根据上述信息计算:a=　　　　,ΔH2=　　 　　。
化学键 H-H O-H C-H C≡O
键能E/(kJ·mol-1) 436 465 a 1 076
415.1
-41.4 kJ·mol-1
【解析】反应CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH1=4a kJ·mol-1+2×465 kJ·mol-1-(1 076 kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1)=+206.4 kJ·mol-1,解得a=415.1 kJ·mol-1;Ⅲ.CH2(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)　ΔH=+165.0 kJ·mol-1,Ⅰ.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH1=+206.4 kJ·mol-1,根据盖斯定律可知Ⅱ=Ⅲ-Ⅰ,所以ΔH2=ΔH-ΔH1=+165.0 kJ·mol-1-206.4 kJ·mol-1=-41.4 kJ·mol-1。故答案为:415.1;-41.4 kJ·mol-1。
6.钌及其化合物在合成工业上有广泛用途,下图是用钌(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】根据整个流程图可知,CO2(g)和H2(g)为反应物,生成物为HCOOH(l),92 g HCOOH的物质的量为=2 mol,所以生成1 mol HCOOH(l)放出31.2 kJ热量,热化学方程式为H2(g)+CO2(g)═HCOOH(l)　ΔH=-31.2 kJ·mol-1。
1.(2024·山东卷)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对C-H2O体系制H2的影
响,涉及主要反应如下:
C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g)ΔH1>0(Ⅰ)
CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)ΔH2<0(Ⅱ)
CaO(s)+CO2(g)═CaCO3(s)ΔH3<0(Ⅲ)
则C(s)+CaO(s)+2H2O(g) CaCO3(s)+2H2(g)的焓变ΔH=
　　　　　　　　　　　　(用代数式表示)。
ΔH1+ΔH2+ΔH3
　
【解析】根据盖斯定律,由Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ可得目标热化学方程式,所以ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
2.(2024·甘肃卷)由SiCl4制备SiHCl3:SiCl4(g)+H2(g)═SiHCl3(g)+HCl(g)　ΔH1=+74.22 kJ·mol-1(298 K)
已知SiHCl3(g)+H2(g)═Si(s)+3HCl(g)　ΔH2=+219.29 kJ·mol-1(298 K)
298 K时,由SiCl4(g)+2H2(g)═Si(s)+4HCl(g)制备56 g硅　　　　(填“吸”或“放”)热　　　　kJ。升高温度有利于制备硅的原因是　 。
吸　
587.02
该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动
【解析】将题给热化学方程式依次编号为①和②,根据盖斯定律,由①+②可得热化学方程式SiCl4(g)+2H2(g)═Si(s)+4HCl(g)　ΔH=ΔH1+ΔH2=+74.22 kJ·mol-1+(+219.29 kJ·mol-1)=+293.51 kJ·mol-1,故制备56 g(2 mol)Si(s),需要吸收的热量为293.51 kJ·mol-1×2 mol=587.02 kJ。
3.[2023·湖南·16(1)]已知下列反应的热化学方程式:
①C6H5C2H5(g)+O2(g)═8CO2(g)+5H2O(g)　ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CH=CH2(g)+10O2(g)═8CO2(g)+4H2O(g)　ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g)═H2O(g)ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
计算反应④C6H5C2H5(g)═C6H5CH=CH2(g)+H2(g)的ΔH4=_____________　　　kJ·mol-1。
+118
【解析】根据盖斯定律,将①-②-③可得C6H5C2H5(g)═C6H5CH=CH2(g)+H2(g)　ΔH4=-4 386.9 kJ·mol-1-(-4 263.1 kJ·mol-1)-(-241.8 kJ·mol-1)=+118 kJ·mol-1。　
4.[2023·北京·16(2)]20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。反应分两步:
ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4;
ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。
结合反应过程中能量变化示意图,下列
说法正确的是　　　　(填字母)。
a.活化能:反应ⅰ<反应ⅱ
b.ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应
c.CO2(l)+2NH3(l)═CO(NH2)2(l)+H2O(l)　ΔH=E1-E4
ab
【解析】反应ⅰ的活化能是E1,反应ⅱ的活化能是E3,E1

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