内容正文:
第七章 化学反应与能量
第31讲 反应热的测定和计算
课标引领 1.能进行反应焓变的简单计算,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.了解盖斯定律及其简单应用。
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第七章 化学反应与能量
栏目索引
考点一 中和反应反应热的测定
考点二 盖斯定律及其应用
1.测定原理
根据温度差和比热容等计算反应放出热量:Q放=c·m总·(t2-t1),反应后生成溶液的比热容c=4.18 J/(g·℃),酸、碱溶液的密度按1 g/mL处理。
考点一
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2.实验装置
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3.实验步骤
①量取一定体积酸、碱稀溶液→②测定混合前酸、碱溶液的温度→③测定混合酸、碱溶液反应时最高温度→④重复实验2~3次→⑤计算平均温度差(t2-t1)→⑥计算生成1 mol H2O时放出的热量。
4.实验结论
大量实验测得,在25 ℃和101 kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol H2O时,放出__________的热量。
57.3 kJ
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考向 中和反应反应热的测定
[例] (2025·北京丰台区统考)测定中和反应
的反应热的简易装置如图所示,下列有关
该实验的说法不正确的是( )
B
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A.测定中和反应的反应热时,不能选用NaOH溶液和浓硫酸
B.相同条件下,NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的反应热不相同
C.实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度
D.玻璃搅拌器上下搅拌有助于反应充分,隔热层起保温作用
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解析:
浓硫酸稀释时放出大量的热,选用NaOH溶液和浓硫酸进行实验,反应放出的热量偏高,A正确;盐酸、硝酸都是强酸,与NaOH溶液反应的实质都是OH-+H+===H2O,故反应热相同,B错误;实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度,根据Q=cmΔt计算反应热,C正确;玻璃搅拌器上下搅拌,使溶液充分混合,有助于反应充分,隔热层起保温、隔热作用,防止热量散失,D正确。
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[练](双选)某同学设计如图所示实验,探究反应中的能量变化,实验(c)中用稀NaOH溶液和稀盐酸反应。
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下列判断正确的是( )
A.由实验可知,(a)、(b)、(c)所涉及的反应都是放热反应
B.若用NaOH固体测定中和反应的反应热,则测得放出热量的数值偏高
C.实验(c)中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器对实验结果没有影响
D.将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量不变
BD
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解析:
实验(b)中NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O反应是吸热反应,A错误;NaOH固体溶于水放热,则用NaOH固体测定中和反应的反应热,测定中和反应的反应热的数值偏高,B正确;实验(c)中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器,铁易导热,热量损失较多,则测定中和反应的反应热的数值偏低,C错误;铝片、铝粉都是固体,将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量不变,D正确。
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考点二
1.盖斯定律的内容
一个化学反应,不管是一步完成还是分几步完成,其反应热是_________的,这就是盖斯定律。
相同
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2.盖斯定律的理解
盖斯定律表明,在一定条件下,化学反应的反应热只与反应体系的______和_____有关,而与反应进行的______无关。
则有:ΔH=__________=_______________。
始态
终态
途径
ΔH1+ΔH2
ΔH3+ΔH4+ΔH5
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3.盖斯定律的应用
根据盖斯定律,可以利用已知反应的反应热来计算未知反应的反应热。
aΔH2
-ΔH2
ΔH1+ΔH2
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考向 盖斯定律的理解及应用
[例] (2022·重庆卷) “千畦细浪舞晴空”,氮肥保障了现代农业的丰收。为探究(NH4)2SO4的离子键强弱,设计如图所示的循环过程,可得ΔH4/(kJ/mol)为( )
C
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A.+533 B.+686
C.+838 D.+1 143
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利用盖斯定律解题的思维流程
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。思维流程如下:
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[练] (1)(2023·全国甲卷,节选)已知下列反应的热化学方程式:
①3O2(g)===2O3(g) K1 ΔH1=285 kJ/mol
②2CH4(g)+O2(g)===2CH3OH(l) K2 ΔH2=-329 kJ/mol
反应③CH4(g)+O3(g)===CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=__________ kJ/mol。
(2)(2023·全国乙卷,节选)已知下列热化学方程式:
①FeSO4·7H2O(s)===FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ/mol
②FeSO4·xH2O(s)===FeSO4(s)+xH2O(g) ΔH2=b kJ/mol
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③FeSO4·yH2O(s)===FeSO4(s)+yH2O(g) ΔH3=c kJ/mol
已知x=4,y=1,则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·yH2O(s)===2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH=__________ kJ/mol。
答案:(1)-307 (2)a+c-2b
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解析:
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考点三
反应②中H2的量更多,因此放热更多,|ΔH1|<|ΔH2|,但ΔH1<0,ΔH2<0,故ΔH1____ΔH2。
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3.根据反应物或生成物的状态比较反应焓变的大小
⑤S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH5
⑥S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH6
方法一:图像法
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由图像可知:|ΔH5|>|ΔH6|,但ΔH5<0,ΔH6<0,故ΔH5_________ΔH6。
方法二:通过盖斯定律构造新的热化学方程式
由⑤-⑥可得S(g)===S(s) ΔH=ΔH5-ΔH6<0,故ΔH5_________ΔH6。
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考向 反应热的比较
[例] (2025·山东新高考联合质量测评)根据以下热化学方程式,ΔH1和ΔH2的大小比较错误的是( )
A.2H2S(g)+3O2(g)===2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1
2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(l) ΔH2,则有ΔH1>ΔH2
B.Br2(g)+H2(g)===2HBr(g) ΔH1
Br2(l)+H2(g)===2HBr(g) ΔH2,则有ΔH1<ΔH2
A
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C.4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH1
4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH2,则有ΔH1<ΔH2
D.Cl2(g)+H2(g)===2HCl(g) ΔH1
Br2(g)+H2(g)===2HBr(g) ΔH2,则有ΔH1<ΔH2
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解答本题的思路如下:
①根据选项中反应的吸热和放热情况判断ΔH的正负,吸热反应的ΔH>0,放热反应的ΔH<0。
②考虑物质的状态、反应程度和物质具有的能量等,比较各选项中ΔH的大小。
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解析:
将A项中的热化学方程式依次编号为①②,根据盖斯定律,由①-②可得2S(s)+2O2(g)===2SO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2<0,即ΔH1<ΔH2,A错误;等量的Br2(g)具有的能量高于等量的Br2(l)具有的能量,故1 mol Br2(g)与H2(g)反应生成HBr(g)放出的热量比1 mol Br2(l)与H2(g)反应生成HBr(g)放出的热量多,则有ΔH1<ΔH2,B正确;将C项中的两个反应依次编号为①②,根据盖斯定律,由①-②得4Al(s)+2Fe2O3(s)===2Al2O3(s)+4Fe(s),则有ΔH=ΔH1-ΔH2<0,则ΔH1<ΔH2,C正确;将D项中的两个反应依次编号为①②;由①-②得Cl2(g)+2HBr(g)===Br2(g)+2HCl(g),此反应为放热反应,ΔH<0,则有ΔH1-ΔH2<0,故ΔH1<ΔH2,D正确。
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“四看法”比较反应热(ΔH)的大小
(1)看能
量变化 看是吸热反应还是放热反应,吸热反应的ΔH>0,放热反应的ΔH<0,且吸热反应的ΔH大于放热反应的ΔH
(2)看物
质状态 等量的同一物质,处于气态、液态和固态时,所具有的能量依次减小。比较ΔH大小时,要考虑物质状态的影响
(3)看反应程度 对于同一反应物,反应进行的程度不同,ΔH不同
(4)看反
应关系 对于不同的反应,若含有相同的反应物或生成物,可结合质量守恒定量和盖斯定律分析ΔH的大小
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[练] 在同温同压下,下列各组热化学方程式,ΔH2>ΔH1的是( )
A.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2
B.S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2
B
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解析:
等量H2(g)完全燃烧生成H2O(l)放出的热量比生成H2O(g)放出的热量多,则有ΔH1>ΔH2,A错误;等量S(g)具有的能量高于S(s)具有的能量,等量S(g)反应放出的热量比S(s)反应放出的热量多,则有ΔH2>ΔH1,B正确;等量C(s)完全燃烧生成CO2(g)放出的热量比生成CO(g)放出的热量多,则有ΔH1>ΔH2,C错误;HCl(g)分解生成H2(g)和Cl2(g)是吸热反应,H2(g)和Cl2(g)生成HCl(g)是放热反应,则有ΔH1>ΔH2,D错误。
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1.(2025·北京朝阳区统考)一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成,反应热都是一样的,该定律称为盖斯定律。根据图示关系,下列说法不正确的是( )
C
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A.石墨燃烧是放热反应
B.1 mol C(石墨,s)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多
C.C(石墨,s)+CO2(g)===2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
D.化学反应的ΔH,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
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B
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AC
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4.(双选)(2025·黑龙江齐齐哈尔统考)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;
⑤SO2(g)+2H2S(g)===3S(s)+2H2O(l) ΔH5
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下列关于上述反应焓变的判断不正确的是( )
A.ΔH1<ΔH2
B.ΔH3<ΔH4
C.ΔH5=ΔH3-ΔH2
D.2ΔH5=3ΔH3 + ΔH4
BD
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解析:
等量的S具有的能量:S(g)>S(s),则等量时S(g)完全燃烧生成SO2(g)放出的热量多,故有ΔH1<ΔH2,A正确;等量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,则有ΔH3>ΔH4,B错误;根据盖斯定律,由③-②可得⑤,则有ΔH5=ΔH3-ΔH2,C正确;根据盖斯定律,由③×3-⑤×2可得④,则有2ΔH5=3ΔH3-ΔH4,D错误。
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5.(2021·浙江6月选考卷)相同温度和压强下,关于反应的ΔH,下列判断正确的是( )
C
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A.ΔH1>0,ΔH2>0
B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH1>ΔH2,ΔH3>ΔH2
D.ΔH2=ΔH3+ΔH4
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(2)(2023·山东卷,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)
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)。
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(3)(2023·浙江6月选考卷,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
该反应分两步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g) ⥫⥬2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ/mol
2Fe3O4(s)+H2O(g) ⥫⥬3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2
则ΔH2=________kJ/mol。
答案:(1)+118 (2)ΔH2-ΔH1 (3)6
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解析:
(1)根据盖斯定律,反应④可由①-②-③得到,故ΔH4=ΔH1-ΔH2-ΔH3=(-4 386.9+4 263.1+241.8) kJ/mol=+118 kJ/mol。
(2) 根据盖斯定律,将反应 Ⅱ 减去反应 Ⅰ 可得水气变换反应:CO+H2O⥫⥬CO2+H2,故该反应的ΔH=ΔH2-ΔH1。
(3)根据盖斯定律,反应②=水煤气变换反应-反应①,则有ΔH2=ΔH-ΔH1=(-41.2 kJ/mol)-(-47.2 kJ/mol)=6 kJ/mol。
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课时作业(31)
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转化关系
反应热间的关系
aAB、AB
ΔH1=_________
ΔH1=_________
ΔH=___________
根据循环过程中物质变化及反应热可得热化学方程式:
①NH4Cl(s)===NH(g)+Cl-(g) ΔH1=+698 kJ/mol
②NH4Cl(s)===NH(aq)+Cl-(aq) ΔH2=+15 kJ/mol
③Cl-(g)===Cl-(aq) ΔH3=-378 kJ/mol
④(NH4)2SO4(s)===SO(g)+NH(g) ΔH4
⑤(NH4)2SO4(s)===SO(aq)+NH(aq) ΔH5=+3 kJ/mol
⑥SO(g)===SO(aq) ΔH6=-530 kJ/mol
根据盖斯定律,由①+③+⑤-②-⑥可得反应④,则有ΔH4=(+698 kJ/mol)+(-378 kJ/mol)+(+3 kJ/mol)-(+15 kJ/mol)-(-530 kJ/mol)=+838 kJ/mol。
(1)分析题给的两个热化学方程式,可知反应③可由得到,故ΔH3=(ΔH2-ΔH1)=×(-329-285) kJ/mol=-307 kJ/mol。
(2)将题给热化学方程式依次编号为①②③,因为x=4、y=1,根据盖斯定律,由①+③-②×2可得目标反应,故该反应的焓变ΔH=(a+c-2b) kJ/mol。
1.根据反应物的量的大小关系比较反应焓变大小
①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH1
②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2
2.根据反应进行的程度大小比较反应焓变的大小
③C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH3
④C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH4
反应④中,C完全燃烧,放热更多,|ΔH3|<|ΔH4|,但ΔH3<0,ΔH4<0,故ΔH3______ΔH4。
4.根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变的大小
⑦2Al(s)+O2(g)===Al2O3(s) ΔH7
⑧2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s) ΔH8
由⑦-⑧可得2Al(s)+Fe2O3(s)===2Fe(s)+Al2O3(s) ΔH=ΔH7-ΔH8,已知铝热反应为放热反应,故ΔH<0,则有ΔH7____ΔH8。
C.C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2
D.2HCl(g)===H2(g)+Cl2(g) ΔH1
H2(g)+Cl2(g)===HCl(g) ΔH2
所有的燃烧都是放热反应,根据图示,C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ/mol,ΔH1<0,则石墨燃烧是放热反应,A正确;根据图示,C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ/mol,CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ/mol,根据反应可知都是放热反应,1 mol C(石墨,s)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,1 mol C(石墨,s)放热多,B正确;根据B项分析,
①C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ/mol,②CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ/mol,根据盖斯定律,由①-②×2可得:C(石墨,s)+CO2(g)===2CO(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2,C错误;根据盖斯定律可知,化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,D正确。
2. (2025·浙江金华十校联考)下列关于反应的ΔH判断正确的是( )
①CO(aq)+H+(aq)===HCO(aq) ΔH1
②CO(aq)+H2O(l) ⥫⥬HCO(aq)+OH-(aq) ΔH2
③OH-(aq)+H+(aq)===H2O(l) ΔH3
④OH-(aq)+CH3COOH(aq)===CH3COO-(aq)+H2O(l) ΔH4
A.ΔH1<0 ΔH2<0 B.ΔH1<ΔH2
C.ΔH3<0 ΔH4>0 D.ΔH3>ΔH4
反应①:CO(aq)+H+(aq)===HCO(aq)的逆反应为HCO的电离,电离吸热,故ΔH1<0,反应②:CO(aq)+H2O(l) ⥫⥬HCO(aq)+OH-(aq)属于水解反应,一般为吸热反应,故ΔH2>0,A错误;由A项分析可知,ΔH1<0,ΔH2>0,则有ΔH1<ΔH2,B正确;反应③:H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)属于中和反应,属于放热反应,则有ΔH3<0,反应④:OH-(aq)+CH3COOH(aq)===CH3COO-(aq)+H2O(l)属于中和反应,则有ΔH4<0,C错误;反应④比反应③多了CH3COOH的微弱电离⑤CH3COOH(aq) ⥫⥬CH3COO-(aq)+H+(aq) ΔH5,电离吸热,则有ΔH5>0,反应④-⑤=③,即ΔH4-ΔH5=ΔH3,ΔH4-ΔH3=ΔH5>0,则有ΔH4>ΔH3,D错误。
3.(双选)我国科学家在合成气直接制烯烃研究获重大突破。已知:
反应①:C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1
反应②:C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH2
反应③:CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH3=-90.1 kJ/mol
反应④:2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=-134.0 kJ/mol
反应⑤:3CH3OH(g)===CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH5=-131.0 kJ/mol
下列说法正确的是( )
A.ΔH1-ΔH2<0
B.反应②为放热反应
C.3CH3OCH3(g)===2CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH=+140.0 kJ/mol
D.3CO(g)+6H2(g)===CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH=-301.3 kJ/mol
根据盖斯定律,由①-②可得H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2,而该反应为放热反应,则有ΔH<0,从而推知ΔH1-ΔH2<0,A正确;反应②中C(s) 与 H2O(g)在高温下反应生成CO(g)和H2(g),该反应为吸热反应,B错误;根据盖斯定律,由⑤×2-④×3可得3CH3OCH3(g)===2CH3CH===CH2(g)+3H2O(g),则有ΔH=(-131.0 kJ/mol)×2-(-134.0 kJ/mol)×3=+140.0 kJ/mol,C正确;根据盖斯定律,由③×3+⑤可得3CO(g)+6H2(g)===CH3CH===CH2(g)+3H2O(g),则有ΔH=(-90.1 kJ/mol)×3+(-131.0 kJ/mol)=-401.3 kJ/mol,D错误。
环己烷比环己烯、环己二烯稳定,则环己烷能量低,ΔH1<0,ΔH2<0,A错误;根据反应的化学方程式,结合盖斯定律可得:ΔH3=ΔH2+ΔH4,B错误;将题中反应依次编号①②③④,将反应②减去反应①可得:,由于环己烯比环己二烯稳定,则ΔH2-ΔH1<0,即ΔH2 <ΔH1,同理将反应③减去反应②可得: ΔH4=ΔH3-ΔH2,比稳定,则ΔH3-ΔH2>0,即ΔH3>ΔH2,C正确;根据盖斯定律,结合反应②③④可得:ΔH2=ΔH3-ΔH4,D错误。
6.(1)(2023·湖南卷,节选)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
②C6H5CH===CH2(g)+10O2(g)===8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ/mol
③H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH3=-241.8 kJ/mol
计算反应④C6H5C2H5(g) ⥫⥬C6H5CH===CH2(g)+H2(g)的ΔH4=________ kJ/mol。
$$