第1章 第1节 第3课时 反应焓变的计算（Word教参）-【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修1学习笔记（鲁科版 京粤闽皖豫宁陕）

本讲义聚焦反应焓变的计算，以盖斯定律为核心，先阐述其内容（反应热与始态终态有关，与途径无关）、特点和意义，再通过虚拟路径分析、热化学方程式加减构建计算模型，延伸至摩尔燃烧焓的概念及应用，形成从原理到方法再到应用的学习支架。 资料通过判断题辨析概念、例题分步解析（如C不完全燃烧反应热计算）、题组分层训练，培养科学思维中的模型建构与证据推理能力。结合煤的气化等能源问题渗透科学态度与责任，课中辅助教师突破重难点，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第3课时　反应焓变的计算 [核心素养发展目标]　1.依据生活中的常识，构建盖斯定律模型，理解盖斯定律的本质，形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型。2.了解盖斯定律对反应热测定的重要意义，树立为人类科学发展而努力的目标与社会责任感。 一、盖斯定律的内容与理解 1．内容 一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。 2．特点 盖斯定律遵循能量守恒定律，在一定条件下，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。 3．意义 应用盖斯定律，可以间接计算以下情况(不能直接测定)的反应热： (1)有些反应进行得很慢； (2)有些反应不容易直接发生； (3)有些反应往往伴有副反应发生。 (1)可以直接测量任意一反应的反应热(　　) (2)利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热(　　) (3)利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热(　　) (4)已知途径a：CCO＋H2CO2＋H2O；途径b：CCO2。相同条件下，等质量的碳按a、b两种途径完全转化，途径a比途径b放出更多热能(　　 ) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)× 1．一定条件下，某反应始态和终态相同，反应的途径有如图所示(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)三种。 ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。 2．C不完全燃烧反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的ΔH无法直接测得，可利用1 mol C(s)和1 mol CO(g)完全燃烧的焓变分别为－393.5 kJ·mol－1、－283.0 kJ·mol－1计算，写出分析过程。 第一步：分别写出二者完全燃烧的热化学方程式： C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1。 第二步：设计虚拟路径 反应C(s)＋O2(g)===CO2(g)的物质转化与能量变化表示如下： 则C(s)＋O2(g)===CO(g)的ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－110.5 kJ·mol－1。 3．镁和氯气反应生成氯化镁的能量关系如图所示。 则ΔH6＝________(用ΔH1～ΔH5表示)。 答案　ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4－ΔH5 二、利用盖斯定律计算反应热的一般方法 题组一　利用盖斯定律书写热化学方程式 1．已知： ①Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g)　ΔH1＝＋1 344.1 kJ·mol－1 ②2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g)　ΔH2＝＋1 169.2 kJ·mol－1 由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为__________________________ ________________________________________________________________________。 答案　Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g)　ΔH＝＋174.9 kJ·mol－1 解析　把方程式②颠倒过来，可得③2Al(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)　ΔH3＝－ΔH2＝－1 169.2 kJ·mol－1。根据盖斯定律，由①＋③可得Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式。 2．NO加速臭氧层被破坏，其反应过程如图所示： 反应O3(g)＋O(g)===2O2(g)　ΔH＝－143 kJ·mol－1 反应1：O3(g)＋NO(g)===NO2(g)＋O2(g)　ΔH1＝－200.2 kJ·mol－1 反应2：热化学方程式为__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　NO2(g)＋O(g)===NO(g)＋O2(g)　ΔH2＝＋57.2 kJ·mol－1 解析　反应2为NO2和O生成NO和O2，根据盖斯定律可知ΔH2＝ΔH－ΔH1。 题组二　利用盖斯定律计算反应热 3．用水吸收NOx的相关热化学方程式如下： 2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq)　ΔH＝－116.1 kJ·mol－1 3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋75.9 kJ·mol－1 反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。 答案　－136.2 解析　比较目标方程式和已知方程式，显然HNO2(aq)是要消去的中间产物，且其分别在已知方程式的异侧，应用加法。给两个已知方程式由上至下分别编号为①、②，消去HNO2(aq)，再化简为目标方程式，算法如下： 目标方程式＝(①×3＋②) 则ΔH＝×(－116.1 kJ·mol－1×3＋75.9 kJ·mol－1)＝－136.2 kJ·mol－1。 利用盖斯定律书写热化学方程式的关键是结合已知热化学方程式消去“中间产物”，得到目标热化学方程式，采用“目标加合法”可快速消去“中间产物”，反应热也随之相加减。 三、能源　摩尔燃烧焓 1．能源 2．摩尔燃烧焓 (1)概念：在一定反应温度和压强条件下，1 mol纯物质完全氧化为同温下的指定产物时的焓变。 (2)熟记常见元素完全燃烧生成的指定产物 元素 C H S N 指定产物及状态 CO2(g) H2O(l) SO2(g) N2(g) (3)意义 甲烷的摩尔燃烧焓为－890.3 kJ·mol－1，它表示25 ℃、101 kPa时，1 mol CH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时放出890.3 kJ的热量。 1．在25 ℃、101 kPa下，汽油的成分之一——辛烷(C8H18)燃烧的热化学方程式为 2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)　ΔH＝－11 036 kJ·mol－1。 则表示辛烷摩尔燃烧焓的热化学方程式为____________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　ΔH＝－5 518 kJ·mol－1 2．目前煤在我国依然是第一能源，煤的气化可以实现煤的综合利用，提高煤的利用价值。下表列举了几种常见物质的摩尔燃烧焓(298 K,101 kPa)，且298 K,101 kPa时，1 mol H2O(l)变为H2O(g)需要吸收44.0 kJ的热量(注意：煤的摩尔燃烧焓可用石墨的摩尔燃烧焓计算)。 物质 化学式 ΔH/(kJ·mol－1) 石墨 C(s) －393.5 氢气 H2(g) －285.8 一氧化碳 CO(g) －283.0 (1)计算煤气化反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的焓变，写出计算过程。 答案　根据摩尔燃烧焓的含义，可得热化学方程式： ①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1； ②CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1； ③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH3＝－285.8 kJ·mol－1； ④H2O(l)===H2O(g)　ΔH4＝＋44.0 kJ·mol－1。所以根据盖斯定律，将①－②－③－④，整理可得：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)，则ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3－ΔH4＝＋131.3 kJ·mol－1。 (2)从物质和能量的角度说明将煤炭转化为水煤气的价值：______________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　可以增大可燃物与氧气的接触面积提高燃烧效率；可以减少二氧化硫和一氧化碳等污染气体的排放 (选择题1～8题，每小题6分，9～13题，每小题7分，共83分) 题组一　能源、燃料的有效利用 1．能源是现代社会正常运转的基础。下列有关能源的认识错误的是(　　) A．煤的气化、液化可提高能源的利用效率 B．天然气的主要成分是CH4，属于可再生能源 C．开源节流、提高能源的利用效率是解决能源危机的措施 D．核能、风能、太阳能均属于新能源 答案　B 解析　天然气为化石燃料，属于不可再生能源，B项错误。 2．下列说法不正确的是(　　) A．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3 B．ΔH1<0、ΔH2>0、ΔH3<0 C．将煤转化为H2(g)和CO(g)后燃烧与煤直接燃烧放出热量一样多 D．将煤转化为水煤气后再燃烧，从提高煤燃烧利用率看是得不偿失 答案　D 解析　根据盖斯定律，反应热与反应路径无关，只与反应体系的始态和终态有关，所以ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，故A、C正确；反应①是碳的燃烧，属于放热反应，ΔH1<0；反应②是用碳还原水蒸气，属于吸热反应，ΔH2>0；反应③是CO、H2的燃烧反应，属于放热反应，ΔH3<0，故B正确。 题组二　盖斯定律的内容与理解 3．下列关于盖斯定律的描述正确的是(　　) A．化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，也与反应的途径有关 B．化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的 C．盖斯定律违背了能量守恒定律 D．根据盖斯定律，热化学方程式中ΔH直接相加即可得总反应热 答案　B 4.假设反应体系的始态为甲，中间态为乙，终态为丙，它们之间的变化如图所示，则下列说法不正确的是(　　) A．|ΔH1|＞|ΔH2| B．|ΔH1|＜|ΔH3| C．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝0 D．甲→丙的ΔH＝ΔH1＋ΔH2 答案　A 解析　题述过程中甲为始态，乙为中间态，丙为终态，由盖斯定律可知，甲→丙的ΔH＝ΔH1＋ΔH2，D项正确；在题述过程中ΔH1与ΔH2的相对大小无法判断，A项错误；由|ΔH3|＝|ΔH1|＋|ΔH2|知，|ΔH1|＜|ΔH3|，B项正确；从能量守恒的角度可知，ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝0，C项正确。 题组三　摩尔燃烧焓与热化学方程式 5．下列说法或表示方法正确的是(　　) A．高级脂肪酸在体内发生氧化反应，吸收能量 B．同一化学反应，化学计量数不同，ΔH不同，化学计量数相同而物质聚集状态不同，ΔH也不相同 C．在25 ℃和101 kPa时，H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，H2的摩尔燃烧焓ΔH＝－241.8 kJ·mol－1 D．若2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 478 kJ·mol－1，则CH3OH(l)的摩尔燃烧焓ΔH＝－739 kJ·mol－1 答案　B 解析　高级脂肪酸在体内发生氧化反应，放出能量，A错误；H2O(g)→H2O(l)放热，H2的摩尔燃烧焓ΔH<－241.8 kJ·mol－1，C错误。 6．下列关于热化学反应的描述正确的是(　　) A．1 mol碳和3 mol碳的摩尔燃烧焓不相等 B．在25 ℃、101 kPa时，1 mol碳燃烧的焓变为碳的摩尔燃烧焓 C．硫的摩尔燃烧焓ΔH＝－a kJ·mol－1，表示硫摩尔燃烧焓的热化学方程式：S(s)＋O2(g)===SO3(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1 D．葡萄糖的摩尔燃烧焓ΔH＝－2 800 kJ·mol－1，则C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 400 kJ·mol－1 答案　D 解析　A项，摩尔燃烧焓是指1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时的焓变，与量的多少无关，可燃物相同，则摩尔燃烧焓相等；C项，硫燃烧生成指定氧化物应为SO2；D项，热化学方程式中C6H12O6(s)的化学计量数为，则ΔH＝－1 400 kJ·mol－1。 题组四　应用盖斯定律计算反应热 7．氧化亚铜常用于制船底防污漆。用CuO与Cu高温烧结可制取Cu2O，已知反应： 2Cu(s)＋O2(g)===2CuO(s)　ΔH＝－314 kJ·mol－1 2Cu2O(s)＋O2(g)===4CuO(s)　ΔH＝－292 kJ·mol－1 则Cu2O(s)===CuO(s)＋Cu(s)的ΔH等于(　　) A．－135 kJ·mol－1 B．＋11 kJ·mol－1 C．＋168 kJ·mol－1 D．－303 kJ·mol－1 答案　B 解析　已知反应由上至下依次编号为①、②，根据盖斯定律：×(②－①)可得Cu2O(s)===CuO(s)＋Cu(s)　ΔH＝＋11 kJ·mol－1，B正确。 8．已知热化学方程式：H2O(g)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋241.8 kJ·mol－1，H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1。当1 g水蒸气变为液态水时，其焓变为(　　) A．ΔH＝＋4.4 kJ·mol－1 B．ΔH＝－4.4 kJ·mol－1 C．ΔH＝－2.44 kJ·mol－1 D．ΔH＝＋2.44 kJ·mol－1 答案　C 解析　①H2O(g)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋241.8 kJ·mol－1，②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，根据盖斯定律，①＋②可得H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44 kJ·mol－1，由该热化学方程式可知，18 g水蒸气变为液态水时放出44 kJ的热量，则1 g水蒸气变为液态水时，放出的热量是×1 g≈2.44 kJ，即当1 g水蒸气变为液态水时，其焓变ΔH＝－2.44 kJ·mol－1，C正确。 9．在298 K、101 kPa时，有下列反应： ①O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH1 ②Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g)　ΔH2 ③2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3 则ΔH3与ΔH1、ΔH2的关系正确的是(　　) A．ΔH3＝ΔH1＝ΔH2 B．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2 C．ΔH3＝2ΔH2－ΔH1 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2 答案　C 解析　根据盖斯定律，由2×②－①可得③，则ΔH3＝2ΔH2－ΔH1。 10．已知：断开1 mol H—H键、O==O键和O—H键需要吸收的能量分别为436 kJ、496 kJ和462 kJ；2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－220 kJ·mol－1；C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1。则a为(　　) A．－332 B．－118 C．＋130 D．＋350 答案　C 解析　①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－220 kJ·mol－1，由盖斯定律可知，①×2－②得2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　ΔH＝(2a＋220)kJ·mol－1，由ΔH＝断裂反应物中化学键所吸收的能量－形成反应产物中化学键所释放的能量＝4×462 kJ·mol－1－496 kJ·mol－1－2×436 kJ·mol－1＝(2a＋220)kJ·mol－1，解得a＝＋130，C项正确。 11．氢卤酸的能量关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．已知HF气体溶于水放热，则HF的ΔH1＞0 B．相同条件下，HCl的ΔH2比HBr的小 C．相同条件下，HCl的(ΔH3＋ΔH4)比HI的大 D．一定条件下，气态原子生成1 mol H—X键放出a kJ能量，则该条件下ΔH2＝－a kJ·mol－1 答案　A 解析　由于HF气体溶于水放热，则HX(aq)―→HX(g)吸收热量，故ΔH1>0，A正确；由于HCl比HBr稳定，所以相同条件下HCl的ΔH2比HBr的大，B错误；ΔH3＋ΔH4代表H(g)―→H＋(aq)的焓变，与HX无关，C错误；一定条件下，气态原子生成1 mol H—X键放出a kJ能量，则断开1 mol H—X键形成气态原子吸收a kJ的能量，即ΔH2＝＋a kJ·mol－1，D错误。 12．(2023·江苏镇江高二期中)把温度为20 ℃，浓度为1.0 mol·L－1的硫酸溶液和2.2 mol·L－1的碱液各50 mL混合，搅动，测得酸碱混合物的温度变化数据如表(溶液密度为1 g·mL－1，比热容为4.184 kJ·kg－1·℃－1)。 反应物 起始温度T1/℃ 终止温度T2/℃ H2SO4＋NaOH 20 33.6 H2SO4＋NH3·H2O 20 32.6 则NH(aq)＋OH－(aq)NH3·H2O(aq)的ΔH约为(　　) A．＋4.2 kJ·mol－1 B．＋2.1 kJ·mol－1 C．－2.1 kJ·mol－1 D．－4.2 kJ·mol－1 答案　D 解析　50 mL 1.0 mol·L－1的H2SO4溶液与50 mL 2.2 mol·L－1的NaOH溶液反应，NaOH过量。根据反应实质，结合题中信息可知，反应①2H＋(aq)＋2OH－(aq)===2H2O(l)的ΔH＝－kJ·mol－1≈－113.8 kJ·mol－1；同理，反应②2H＋(aq)＋2NH3·H2O(aq)===2NH(aq)＋2H2O(l)的ΔH＝－ kJ·mol－1≈－105.4 kJ·mol－1；根据盖斯定律可知，由×(②－①)可得NH3·H2O(aq)NH(aq)＋OH－(aq)　ΔH＝＋4.2 kJ·mol－1，则NH(aq)＋OH－(aq)NH3·H2O(aq)　ΔH＝－4.2 kJ·mol－1，D正确。 13．AlH3是一种储氢材料，可作为固体火箭推进剂。通过激光加热引发AlH3的燃烧反应，燃烧时温度随时间变化关系如图所示： 燃烧不同阶段发生的主要反应如下： ①2AlH3(s)===2Al(s)＋3H2(g)　ΔH1 ②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH2 ③Al(s)===Al(g)　ΔH3 ④Al(g)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4 下列分析正确的是(　　) A．AlH3燃烧需要激光加热引发，所以AlH3燃烧是吸热反应 B．ΔH2可以表示H2的摩尔燃烧焓 C．在反应过程中，a点时物质所具有的总能量最大 D．2AlH3(s)＋3O2(g)===Al2O3(s)＋3H2O(g)　ΔH＝ΔH1＋3ΔH2＋2ΔH3＋2ΔH4 答案　D 解析　化学反应是放热反应还是吸热反应，与反应条件无关，AlH3燃烧是放热反应，A项错误；H2的摩尔燃烧焓指的是1 mol H2完全燃烧生成1 mol H2O(l)的焓变，B项错误；反应过程中，a点时释放的能量最大，a 点时物质所具有的总能量最小，C项错误；根据盖斯定律①＋3×②＋2×③＋2×④得2AlH3(s)＋3O2(g)===Al2O3(s)＋3H2O(g)　ΔH＝ΔH1＋3ΔH2＋2ΔH3＋2ΔH4，D项正确。 14．(8分，每空4分)[2021·福建，13(1)(3)]化学链燃烧(CLC)是利用载氧体将空气中的氧传输至燃料的新技术，与传统燃烧方式相比，避免了空气和燃料的直接接触，有利于高效捕集CO2。基于CuO/Cu2O载氧体的甲烷化学链燃烧技术示意图如下。 空气反应器与燃料反应器中发生的反应分别为 ①2Cu2O(s)＋O2(g)4CuO(s)　ΔH1＝－227 kJ·mol－1 ②8CuO(s)＋CH4(g)4Cu2O(s)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－348 kJ·mol－1 (1)反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。 (3)氧的质量分数：载氧体Ⅰ________(填“>”“＝”或“<”)载氧体Ⅱ。 答案　(1)－802　(3)> 解析　(1)根据盖斯定律，①×2＋②得反应：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－227 kJ·mol－1×2＋(－348 kJ·mol－1)＝－802 kJ·mol－1。(3)由图可知：载氧体Ⅰ是把空气中的氧气转移到燃料反应器，载氧体Ⅱ是氧气和甲烷发生反应释放出水和二氧化碳，所以氧的质量分数：载氧体Ⅰ>载氧体Ⅱ。 15．(9分，每空3分)(1)下表是部分化学键的键能数据： 化学键 P—P P—O O==O P==O 键能/(kJ·mol－1) 198 360 498 x ①已知1 mol白磷燃烧生成P4O10(s)的反应热ΔH＝－2 982 kJ·mol－1，白磷(P4)、P4O6、P4O10结构如图所示，则上表中x＝__________。 ② 0.5 mol白磷(P4)与O2完全反应生成固态P4O6放出的热量为__________kJ。 (2)[2022·广东，19(1)②]Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图，X(g)→Y(g)过程的焓变为_________________________________(列式表示)。 答案　(1)①585　②819　(2)(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4) 解析　(1)①白磷燃烧生成P4O10(s)：P4(s)＋5O2(g)===P4O10(s)的反应热ΔH＝－2 982 kJ·mol－1，则6×198 kJ·mol－1＋5×498 kJ·mol－1－12×360 kJ·mol－1－4x kJ·mol－1＝－2 982 kJ·mol－1，解得x＝585。②白磷燃烧生成P4O6(s)：P4(s)＋3O2(g)===P4O6(s)的反应热ΔH＝6×198 kJ·mol－1＋3×498 kJ·mol－1－12×360 kJ·mol－1＝－1 638 kJ·mol－1，0.5 mol白磷(P4)与O2完全反应生成固态P4O6放出的热量为0.5 mol×1 638 kJ·mol－1＝819 kJ。 (2)设反应过程中第一步的产物为M，第二步的产物为N，则X→M的ΔH1＝E1－E2，M→N的ΔH2＝ΔH，N→Y的ΔH3＝E3－E4，根据盖斯定律可知，X(g)→Y(g)的焓变为ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)。 学科网（北京）股份有限公司 $