1.2.2反应热的计算及大小比较 多角度书写热化学方程式 导学案 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

1.2.2反应热的计算及大小比较 多角度书写热化学方程式 课标定向　 　　1.通过应用盖斯定律和反应热的有关计算,培养节约资源、保护环境的可持续发展意识,从自身做起,形成简约适度、绿色低碳的生活方式。(科学态度与社会责任) 　　2.能运用多种反应热计算及大小比较模型来计算和比较化学反应的反应热,建立解决较复杂反应热问题的思维框架。(证据推理与模型认知) 【合作探究·形成关键能力】 探究任务一:反应热的计算及大小比较 【导学探究】 　消除氮及硫的氧化物污染是“蓝天计划”的重要内容之一。 探究点一:掌握反应热的计算 1.甲烷还原方法在催化剂作用下可消除氮氧化物(主要为NO和NO2)污染,NO、O2和CH4的混合反应体系主要发生如下反应: 2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH=-113.0 kJ·mol-1 Ⅰ CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-802.3 kJ·mol-1 Ⅱ CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-1 160 kJ·mol-1 Ⅲ 则反应CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的ΔH=____________。  【解析】2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH=-113.0 kJ·mol-1Ⅰ CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-802.3 kJ·mol-1Ⅱ CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-1 160 kJ·mol-1Ⅲ 根据盖斯定律:(Ⅲ-Ⅰ×2+Ⅱ)÷2得到: CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=[-1 160 kJ·mol-1-(-113.0 kJ·mol-1)×2+(-802.3 kJ·mol-1)]÷2=-868.15 kJ·mol-1。 答案:-868.15 kJ·mol-1 探究点二:比较反应热的大小 2.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-802.3 kJ·mol-1。反应CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-a kJ·mol-1,则a________802.3(填“>”“<”或“=”)。  【解析】反应CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-802.3 kJ·mol-1; 反应CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-a kJ·mol-1 因为生成液态水放热更多,所以a>802.3。 答案:> 3.已知:①S(g)+O2(g)===SO2(g)　ΔH1; ②S(s)+O2(g)===SO2(g)　ΔH2; ③2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(l)　ΔH3; ④2H2S(g)+3O2(g)===2SO2(g)+2H2O(l)　ΔH4; 则ΔH1________ΔH2(填“>”“<”或“=”,下同),ΔH3________ΔH4。  【解析】等量的S具有的能量:S(g)>S(s),则等量的S(g)完全燃烧生成SO2(g)放出的热量多,故ΔH1<ΔH2;等量的H2S(g)完全燃烧生成SO2(g)放出的热量比不完全燃烧生成S(s)放出的热量多,则ΔH3>ΔH4。 答案:<　> 【归纳总结】 1.反应热的计算方法 (1)利用热化学方程式进行相关量的求解。 先写出热化学方程式,再根据热化学方程式所体现的物质与物质间、物质与反应热间的关系直接或间接计算物质的质量或反应热。其注意事项有 ①反应热数值与各物质的化学计量数成正比,因此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时,其反应热数值需同时进行相应的改变。 ②热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全反应时的反应热。 ③正、逆反应的反应热绝对值相等,符号相反。 (2)根据反应物和生成物所具有的总能量计算。 已知反应物的总能量(反应物)和生成物的总能量(生成物),ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量。 (3)根据化学键变化时吸收或放出的热量计算。 ΔH=反应物的化学键断裂所吸收的总能量-生成物的化学键形成所释放的总能量。 2.“四看法”比较反应热大小 (1)看物质状态。物质的气、液、固三态转化时的能量变化如图所示。 (2)看ΔH的符号。比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。 (3)看化学计量数。当反应物与生成物的状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。 (4)看反应的程度。对于可逆反应,参加反应的物质的量和状态相同时,反应的程度越大,热量变化越大。 【针对训练】 1.(2022·浙江1月选考)相关有机物分别与氢气发生加成反应生成1 mol环己烷()的能量变化如图所示: 下列推理不正确的是(　　) A.2ΔH1≈ΔH2,说明碳碳双键加氢放出的热量与分子内碳碳双键数目成正比 B.ΔH2<ΔH3,说明单双键交替的两个碳碳双键间存在相互作用,有利于物质稳定 C.3ΔH1<ΔH4,说明苯分子中不存在三个完全独立的碳碳双键 D.ΔH3-ΔH1<0,ΔH4-ΔH3>0,说明苯分子具有特殊稳定性 【解析】选A。分析可知,2ΔH1≈ΔH2,只能说明双键之间的能量差,无法说明碳碳双键加氢放出的热量与分子内碳碳双键数目成正比,A错误;ΔH2<ΔH3,说明单双键交替的两个碳碳双键间存在相互作用,有利于物质稳定,B正确;3ΔH1<ΔH4,说明苯分子中不存在三个完全独立的碳碳双键,C正确;ΔH3-ΔH1<0,说明多一个双键变得不稳定,但ΔH4-ΔH3>0,说明苯分子具有特殊稳定性,D正确。 2.(2023·佛山高二检测)(1)SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。已知:1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1 mol F—F键、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)+3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为___________(填字母)。  A.-1 780 kJ·mol-1　　B.-1 220 kJ·mol-1 C.+430 kJ·mol-1 D.+110 kJ·mol-1 (2)CO2与CH4经催化重整,制得合成气: CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。 已知上述反应中相关的化学键键能数据如下: 化学键 C—H C===O H—H C≡O(CO) 键能 413 745 436 1 075 则该反应的ΔH=___________。  【解析】(1)反应S(s)+3F2(g)===SF6(g)的ΔH=(280+160×3-330×6) kJ·mol-1=-1 220 kJ·mol-1;(2)ΔH=[4×E(C—H)+2×E(C===O)]-[2×E(C≡O)+2×E(H—H)]=(4×413+2×745) kJ·mol-1-(2×1 075+2×436) kJ·mol-1=+120 kJ·mol-1。 答案:(1)B　(2)+120 kJ·mol-1 探究任务二:多角度书写热化学方程式 【导学探究】 　氧气是人生存不可缺少的物质,是人体生命活动的第一需要,同时在生产生活中还起着举足轻重的作用。 (1)一定条件下,化学反应2H2+O2===2H2O的能量变化如图所示,则反应生成液态水的热化学方程式可表示为　　　　　　　　　　　　　　。  (2)用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。 传统上该转化通过如图所示的催化循环实现。 其中,反应①为2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s)　ΔH1 反应②生成1 mol Cl2的反应热为ΔH2,则总反应的热化学方程式为________________(反应热用ΔH1和ΔH2表示)。  【解析】(1)根据图示可得H2(g)+O2(g)===H2O(l)　ΔH=(a-b-c) kJ·mol-1,所求热化学方程式为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1。(2)根据图中信息,箭头指向的是生成物,可写出反应②的热化学方程式:CuCl2(s)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g)　ΔH2,则根据盖斯定律①+②可得总反应。 答案:(1)2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1 (2)2HCl(g)+O2(g)H2O(g)+Cl2(g)　ΔH=ΔH1+ΔH2 【归纳总结】 1.“四根据”破解热化学方程式的书写 (1)根据反应的热量变化 ΔH与化学方程式一一对应,利用已知的质量或物质的量及对应的能量变化,换算成化学方程式的计量数对应的ΔH,一定要标注物质的聚集状态。 (2)根据化学键的键能 ①明确每种物质的化学键种类和数目,且按照化学计量数表示的物质的量计算。 ②ΔH=E(反应物的总键能)-E(生成物的总键能)。 (3)根据能量图像 ①读懂图像,明确图像所提供信息。 ②根据图像所提供信息,综合运用相关知识,分析、判断、计算。 (4)根据盖斯定律 运用盖斯定律的技巧——“三调一加” 一调:根据目标热化学方程式,调整已知热化学方程式中反应物和生成物的左右位置,改写已知的热化学方程式。 二调:根据改写的热化学方程式,调整相应ΔH的符号。 三调:调整中间物质的化学计量数。 一加:将调整好的热化学方程式及其ΔH相加。 2.利用盖斯定律书写热化学方程式的思维模型 【针对训练】 　根据所给信息完成下列热化学方程式: (1)已知1 mol C(石墨,s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收131.3 kJ热量,请写出该反应的热化学方程式: 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　。  (2)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物,放出22.67 kJ的热量: 　 　 　 　 　 　 　　。  (3)已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,请写出1 mol NH3分解对应的热化学方程式: 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　。  (4)已知一些化学键的键能数据如表所示: 化学键 C—H C—F H—F F—F 键能/kJ·mol-1 414 489 565 155 请根据键能数据估算CH4(g)和F2(g)反应生成CF4(g)和HF(g)的热化学方程式: 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　。  【解析】(1)1 mol C(石墨,s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收131.3 kJ热量,热化学方程式为C(石墨,s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1。(2)1.7 g NH3的物质的量为0.1 mol,1 mol NH3完全反应放出的热量为226.7 kJ,则4 mol NH3发生反应放出的热量为226.7 kJ×4=906.8 kJ。那么相应的热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-906.8 kJ·mol-1即NH3(g)+O2(g)===NO(g)+H2O(g)　ΔH=-226.7 kJ·mol-1。(4)首先根据反应物和生成物写出反应方程式,注明各物质的状态,化学反应的反应热等于断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键放出的能量的差,根据键能数据可知,所求反应的反应热ΔH=414 kJ·mol-1×4+155 kJ·mol-1×4-489 kJ·mol-1×4-565 kJ·mol-1×4=-1 940 kJ·mol-1。 答案:(1)C(石墨,s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1 (2)NH3(g)+O2(g)===NO(g)+H2O(g)　ΔH=-226.7 kJ·mol-1 (3)NH3(g)N2(g)+H2(g)　ΔH=+46.2 kJ·mol-1 (4)CH4(g)+4F2(g)===CF4(g)+4HF(g)　ΔH=-1 940 kJ·mol-1 【补偿训练】 　　1.1 mol CH4(g)完全燃烧生成气态水的能量变化和1 mol S(g)燃烧的能量变化如图所示。在催化剂作用下,CH4可以还原SO2生成单质S(g)、H2O(g)和CO2,写出该反应的热化学方程式:________________________。  【解析】根据图像可知:①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=126 kJ·mol-1-928 kJ·mol-1=-802 kJ·mol-1;②S(g)+O2(g)===SO2(g)　ΔH=-577 kJ·mol-1;根据盖斯定律可知①-②×2即得到CH4和SO2反应的热化学方程式为CH4(g)+2SO2(g)===2S(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=+352 kJ·mol-1。 答案:CH4(g)+2SO2(g)===2S(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=+352 kJ·mol-1 2.(2023·北京海淀区高二检测) 标准状况下,气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知H—H、H—O和O===O键的键焓ΔH分别为436 kJ·mol-1、463 kJ·mol-1和495 kJ·mol-1。下列热化学方程式正确的是(　　) A.H2O(g)===H2(g)+O2(g)　ΔH=-485 kJ·mol-1 B.H2O(g)===H2(g)+O2(g)　ΔH=+485 kJ·mol-1 C.2H2(g)+O2 (g)===2H2O(g)　ΔH=+485 kJ·mol-1 D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH=-485 kJ·mol-1 【解析】选D。1 mol的气态水分解产生1 mol的氢气和 mol 的氧气的能量变化是2×463 kJ-436 kJ-×495 kJ=242.5 kJ,因此热化学方程式为H2O(g)===H2(g)+O2(g)　ΔH=+242.5 kJ·mol-1,A、B错误;2 mol的气态水分解产生2 mol的氢气和1 mol的氧气的能 　量变化是485 kJ,物质分解吸收的热量与产物燃烧放出的热量数值相等,即热化学方程式是2H2(g)+O2(g)=== 2H2O(g)　ΔH=-485 kJ·mol-1,C错误,D正确。 【链接高考·明晰高考方向】 【真题示例】 【典例】(2023·北京等级考节选)二十世纪初,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________(填序号)。  a.ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应 b.CO2(l)+2NH3(l)===CO(NH2)2(l)+H2O(l)　ΔH=E1-E4 【解析】从图中反应物和生成物能量的相对大小可看出反应ⅰ放热,反应ⅱ吸热,a项正确;总反应的ΔH=E1-E2+E3-E4,b项错误。 答案:a 【对点演练】 　(2023·韶关高二检测) 如图是金属镁和卤素单质(X2)反应的能量变化示意图。下列说法正确的是(　　) A.由MgCl2制取Mg是放热过程 B.热稳定性:MgI2>MgBr2>MgCl2>MgF2 C.常温下氧化性:F2<Cl2<Br2<I2 D.由图可知此温度下MgBr2(s)与Cl2(g)反应的热化学方程式为MgBr2(s)+Cl2(g)===MgCl2(s)+Br2(g)　ΔH=-117 kJ·mol-1 【解析】选D。依据图像分析判断,Mg与Cl2的能量高于MgCl2,依据能量守恒判断,所以由MgCl2制取Mg是吸热反应,A错误;物质的能量越低越稳定,根据图像数据分析,化合物的热稳定性顺序为MgI2<MgBr2<MgCl2<MgF2,B错误;氧化性:F2>Cl2>Br2>I2,C错误;依据图像Mg(s)+Cl2(g)===MgCl2(s)　ΔH=-641 kJ·mol-1,Mg(s)+Br2(g)===MgBr2(s)　ΔH=-524 kJ·mol-1,将第一个方程式减去第二个方程式得MgBr2(s)+Cl2(g)===MgCl2(s)+Br2(g)　ΔH=-117 kJ·mol-1,D正确。 【课堂检测·诊断学习效果】 1.(2024·广州高二检测)相同条件下,有下列三个热化学方程式: ①C3H8(l)+5O2(g)===4H2O(l)+3CO2(g)　ΔH1=-Q1 kJ·mol-1 ②2C3H8(l)+10O2(g)===8H2O(l)+6CO2(g)　ΔH2=-Q2 kJ·mol-1 ③C3H8(l)+5O2(g)===4H2O(g)+3CO2(g)　ΔH3=-Q3 kJ·mol-1 则Q1、Q2、Q3的关系正确的是(　　) A.Q2>Q1>Q3　　　 B.Q1=Q2<Q3 C.Q1<Q2<Q3 D.Q1=Q2=Q3 【解析】选A。燃烧反应放出热量ΔH<0,三个热化学方程式均表示反应放热,ΔH<0,①与②相比较,②中C3H8的化学计量数大,则Q2>Q1;①和③相比较,生成物的状态不同,由于气体变成液体放热,则①反应放出的热量比③放出的热量多,即Q1>Q3,故有Q2>Q1>Q3,A正确。 2.燃烧1 g乙炔生成二氧化碳和液态水放出热量50 kJ,则下列热化学方程式书写正确的是(　　) A.2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=+50 kJ·mol-1 B.C2H2(g)+O2(g)===2CO2(g)+H2O(l)　 ΔH=-1 300 kJ C.2C2H2+5O2===4CO2+2H2O　 ΔH=-2 600 kJ D.2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l)　 ΔH=-2 600 kJ·mol-1 【解析】选D。书写热化学方程式时,ΔH只能写在化学方程式的右边,若为放热反应,则ΔH为“-”;若为吸热反应,则ΔH为“+”,其单位一般为kJ·mol-1,故A、B、C项错误;并且反应物和生成物的聚集状态不同,反应热的数值可能不同,因此必须在反应方程式中用括号注明反应物和生成物在反应时的聚集状态,ΔH必须与反应方程式中化学式前面的化学计量数相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。 3.碘及碘的化合物、氮及其化合物在人类活动中都占有重要的地位。 (1)已知反应H2(g)+I2(g)2HI(g)　ΔH=-14.9 kJ·mol-1。 根据下图判断1 mol H2(g)分子中化学键断裂时需要吸收的能量为________kJ。  (2)氮元素的化合物种类繁多,研究氮氧化物的反应机理对于消除污染有重要指导作用。NO2有较强的氧化性,能将SO2氧化成SO3,自身被还原为NO。 已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH1=-196.6 kJ·mol-1 2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)　ΔH2=-113.0 kJ·mol-1 则NO2氧化SO2的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。  【解析】(1)由盖斯定律可知,断裂1 mol H—H键的焓变=ΔH3-ΔH1=+439.9 kJ·mol-1,所以断裂1 mol H—H键需要吸收的能量为439.9 kJ;(2)根据题干可知热化学方程式为①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH1=-196.6 kJ·mol-1; ②2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)　ΔH2=-113.0 kJ·mol-1;根据盖斯定律,由(①-②)÷2整理可得NO2(g)+SO2(g)===SO3(g)+NO(g)　ΔH==-41.8 kJ·mol-1。 答案:(1)439.9　(2)NO2(g)+SO2(g)===SO3(g)+NO(g)　ΔH=-41.8 kJ·mol-1 学科网（北京）股份有限公司 $$