第01讲 化学反应中能量变化的计算（重难点讲义）化学苏教版必修第二册

本讲义聚焦化学反应中能量变化的计算，系统梳理热化学方程式的概念、书写步骤与要求，以及基于键能数据计算反应热的方法，构建从宏观能量表示到微观键能分析的学习支架。 资料通过“提分速记”总结规律（如“六看”法判断热化学方程式正误），设计典例与变式题型，结合键能计算、能量变化图分析等培养科学思维与问题解决能力，课中辅助教师教学，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第01讲 化学反应中能量变化的计算 1．认识反应过程中的能量变化，学会热化学方程式表示方法； 2．基于键能数据计算反应的能量变化， 一、热化学方程式 1．概念 (1)概念：表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式，表明了化学反应中的物质变化和能量变化。 (2)实例：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示在25 ℃和1.01×105 Pa下，1_mol_H2和0.5_mol_O2完全反应生成1_mol液态H2O时放出285.8_kJ的热量。 2．书写 (1)书写步骤： 第一步：写方程式——写出配平的化学方程式。 第二步：标状态——用s、l、g、aq标明物质的聚集状态。 第三步：标条件——标明反应的温度和压强(101kPa，25℃时可不标注)。 第四步：标反应热△H——在方程式后写出△H，并根据信息注明△H的“+”(吸热)或“—”(放热)。 第五步：标数值——根据方程式化学计量数计算写出△H的值，并注明单位(一般为kJ/mol)。 (2)书写要求： ①注明反应的温度和压强(25 ℃、101 kPa下进行的反应可不注明)。 ②注明反应物和生成物的状态：固态(s)、液态(l)、水溶液(aq)、气态(g)，同素异形体还需要注明名称。 ③各物质的化学计量数只表示物质的物质的量，而不表示分子个数(或原子个数)，因此可以写成整数，也可以写成分数。 ④一般不用标注“↑”“↓”，不用“→”，而用“==”表示。 ⑤热化学方程式能反映该反应已完成的量。由于ΔH与反应物质的量有关，所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。当反应向逆反应方向进行时，其反应热与正反应的反应热的数值相等，符号相反。 提分速记 “六看”法判断热化学方程式的正误 (1)一看方程式是否配平； (2)二看各物质的聚集状态是否正确； (3)三看ΔH的“＋”“－”符号是否正确。放热反应ΔH一定为“—”,吸热反应ΔH一定为“+”。 (4)四看反应热的单位是否正确。一般为“kJ·mol－1”，容易错写成kJ或漏写。 (5)五看反应热的数值与化学计量数是否对应。ΔH与化学计量数成正比。 二、利用键能计算化学反应的反应热 1．共价键的键能：共价键的键能是指断开气态物质中1mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量，共价键的键能越大，共价键越牢固。 2．化学反应中能量变化的原因(微观角度) 物质发生化学反应时，断开化学键时需要吸收能量，形成化学键时需要放出能量。化学反应中的能量变化如图所示： ①若E1>E2，表示断开化学键所吸收的能量大于形成化学键所放出的能量，反应过程吸收能量。 ②若E1<E2，表示断开化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量，反应过程放出能量。 3．利用键能估算化学反应的反应热：ΔH＝反应物断开化学键吸收的总能量—生成物形成化学键放出的总能量 如：已知氢气在氯气中燃烧生成氯化氢旧键断裂和新键形成时能量的变化如下图所示： 化学键 断裂或形成1mol化学键时能量变化 反应中能量变化 Cl—Cl 吸收243kJ 共吸收679kJ H—H 吸收436kJ H—Cl 放出431kJ 共放出862kJ 则H2＋Cl2==2HCl反应放出862kJ -679kJ =183kJ热量，即氢气在氯气中燃烧生成氯化氢的热化学方程式为：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-183kJ/mol 4．反应历程与反应热的关系 图示 意义 a表示正反应的活化能；b表示逆反应的活化能。c表示该反应的反应热。 ΔH 图1：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝－c kJ·mol－1，表示放热反应 图2：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝c kJ·mol－1，表示吸热反应 提分速记 (1)键能：在标准状况下，将1 mol气体分子AB(g)解离为气体原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。 (2)物质所含能量越低，物质越稳定，键能越大，断裂其化学键所需能量越高，而形成其化学键所释放的能量也越多，反之亦然。(3)ΔH＝E反应物的键能之和－E生成物的键能之和。 题型01 热化学方程式正误判断 【典例】含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸反应，放出28.7kJ的热量，表示该反应中和热的热化学方程式正确的是( ) A．1/2NaOH(aq)+1/2HCl(aq)=1/2NaCl(aq)+1/2H2O(l)  =+28.7kJ/mol B．1/2NaOH(aq)+1/2HCl(aq)=1/2NaCl(aq)+1/2H2O(l)  =-28.7kJ/mol C．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)  =+57.4kJ/mol D．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)  =-57.4kJ/mol 【变式】(2026·江苏连云港高一期中)25 ℃、101 kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.69 kJ，下列热化学方程式正确的是( ) A．CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝726kJ·mol－1 B．2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)  ΔH＝－1 452 kJ·mol－1 C．2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)  ΔH＝－726 kJ·mol－1 D．2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)  ΔH＝1 452 kJ·mol－1 题型02 根据键能计算反应热 【典例】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。则反应S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的ΔH为(　　) A．－450 kJ·mol－1 B．＋430 kJ·mol－1 C．－1 220 kJ·mol－1 D．－1 780 kJ·mol－1 【变式】氢气燃烧生成水蒸气的能量变化如图所示。下列说法正确的是( ) A．燃烧时化学能全部转化为热能 B．断开1mol氧氢键吸收930kJ能量 C．相同条件下，1 mol氢原子的能量为E1，1 mol氢分子的能量为E2，则2E1<E2 D．该反应生成1 mol水蒸气时能量变化为245 kJ 题型03 能量变化图分析 【典例】肼(H2NNH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ)：NN键为942、O=O键为500、N-N键为154，则断裂1molN-H键所需的能量是( ) A．194kJ B．391kJ C．516kJ D．658kJ 【变式】CO(g)与H2O(g)反应过程的能量变化如图所示，下列说法不正确的是( ) A．该反应为放热反应 B．该反应中CO(g)与H2O(g)的总能量大于CO2(g)和H2(g)的总能量 C．该反应的热化学方程式：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=−41 kJ·mol −1 D．1molCO2(g)和CO2(g)和H2(g)H2(g)反应生成1molCO(g)和1molH2O(g)要放出41kJ的热量 题型04 能量计算综合应用 【典例】中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。 已知：几种物质中化学键的键能如表所示。 化学键 H - O键 O= O键 H-H键 O-O键 键能/(kJ·mol-1) 463 496 436 138 若反应过程中分解了2molH2O ，则下列说法不正确的是( ) A．总反应为2H2O2H2↑+O2↑ B．过程Ⅲ属于放热反应 C．总反应是吸热反应 D．有2mol水参与过程I吸收了926kJ能量 【变式】下列关于反应与能量的说法正确的是(　　) A．Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)ΔH＝－216 kJ·mol－1，E反应物＜E生成物 B．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝178.2 kJ·mol－1，E反应物＜E生成物 C．HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)　ΔH＝92.3 kJ·mol－1，1 mol HCl(g)在密闭容器中完全分解后放出92.3 kJ的热量 D．将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－38.6 kJ·mol－1 【巩固训练】 1．氢气在氯气中燃烧时发出苍白色火焰，在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为a kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为b kJ，形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为c kJ，下列关系中正确的是(　　) A．b＞c B．a＋b＞2c C．a＋b＜c D．a＋b＜2c 2．已知H2(g)＋Br2(l) === 2HBr(g)　ΔH＝－72 kJ·mol－1，蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ，其他有关数据如下表： H2(g) Br2(g) HBr(g) 1 mol分子中的化学键 断裂时需吸收的能量/kJ 436 a 369 则表中a为(　　) A．404 B．260 C．230 D．200 3．在25℃，的条件下，甲烷的燃烧热为，部分化学键的键能如下表所示： 化学键 键能／ 414 498 x 464 已知：①键能是气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。 ②3.6g水蒸气液化放出8kJ热量。 通过计算，x的值为 A．803 B．843 C．1307 D．883 4．化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．该反应是吸热反应 B．1 mol A—A键和1 mol B—B键断裂能放出x kJ能量 C．2 mol A—B键断裂需要吸收y kJ能量 D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量 5．已知一些化学键的键能数据如下表所示： 共价键 键能/(kJ·mol－1) 共价键 键能/(kJ·mol－1) H—H 436.4 C—C 347.7 Cl—Cl 242.7 H—Cl 431.8 H—O 462.8 N≡N 941.7 (1)化学反应H2＋Cl2===2HCl的热化学方程式为____________________________________。 (2)H2和Cl2反应的能量变化图可用________(填“A”或“B”)表示。 (3)H2在Cl2中燃烧的过程主要是________能转化为________能的过程。 【强化训练】 1．已知氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量，水蒸气中键形成时放出能量，键断裂时吸收的能量为，断开氧气中的化学键需要吸收的能量是( ) A． B． C． D． 2．(2026·云南文山高二期中)反应2NO2N2O4的能量变化如图所示，下列说法错误的是( ) A．1 mol N2O4(g)比2 molNO2(g)能量更低 B．该反应是放热反应 C．E1表示断裂2 mol NO2(g)中化学键吸收的能量 D．2 mol NO2(g)的总键能大于1 mol N2O4(g)的总键能 3．(2026·内蒙古乌兰察布高一期末)已知下列反应的能量变化示意图如图，有关说法正确的是 A．1 mol S(g)与O2(g)完全反应生成SO2(g)放出的热量小于297.0kJ B．在相同条件下，SO2(g)比SO3(g)稳定 C．1 mol S(s)与足量O2(g)反应，最终转化为SO3(g)放出的热量为395.7 kJ D．2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)充分反应后放出的热小于197.4 kJ 4．按下列要求填空 (1)S8分子可形成单斜硫和斜方硫，转化过程如下：S(s，单斜)S(s，斜方) ΔH =-0.398kJ/mol，则S(单斜)、S(斜方)相比，较稳定的是 [填“S(s，单斜)”或“S(s，斜方)”]。 (2)已知含2.000gNaOH的稀溶液与稀硫酸完全中和，放出2865J的热量。写出表示中和热的热化学方程式： 。 (3)已知 23gC2H5OH(l)在O2中完全燃烧生成CO2和液态水，放出akJ的热量。写出C2H5OH燃烧热的热化学方程式： 。 (4)已知：2Cu(s)+O2(g)=Cu2O(s) ΔH=-169kJ/mol；C(s)+O2(g)=CO(g) ΔH=-110.5kJ /mol；2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH =-314kJ/mol。 则工业上用炭粉在高温条件下还原CuO 制取 Cu2O和CO的热化学方程式为 。 (5)已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量122 kJ。且氧气中1 mol O=O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1molH-O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H-H键断裂时吸收热量为 。 5．(1)实验测得，5 g甲醇液体在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量，试写出甲醇燃烧的热化学方程式：___________________________________________________。 (2)如图为N2(g)和O2(g)生成NO(g)的过程及其能量变化： 则N≡N键的键能为________kJ·mol－1。根据上图写出N2(g)和O2(g)生成NO(g)的热化学方程式：_________________________________________________。 (3)接触法制硫酸工艺中，其主反应在450 ℃并有催化剂存在下进行：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－190 kJ·mol－1。 ①该热化学方程式的意义是_____________________________________________________________； ②常温下，已知16 g单质硫燃烧放热149 kJ，写出硫燃烧的热化学方程式： _________________________________________________________________。 6．(2026·北京八一中学高一期中)碳中和作为一种新型环保形式可推动全社会绿色发展。下图为科学家正在研究建立的一种二氧化碳新循环体系。 过程Ⅰ的原理：，根据下表数据回答： 化学键 H-O 键能 436 496 463 ①该反应为 (填“放热”或“吸热”)反应，当2mol H2O(g)完全分解时需 (填“放出”或“吸收”)能量 kJ。 ②能正确表示该过程能量变化的示意图是 。 A．       B．C．     D． 9 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第01讲 化学反应中能量变化的计算 1．认识反应过程中的能量变化，学会热化学方程式表示方法； 2．基于键能数据计算反应的能量变化， 一、热化学方程式 1．概念 (1)概念：表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式，表明了化学反应中的物质变化和能量变化。 (2)实例：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示在25 ℃和1.01×105 Pa下，1_mol_H2和0.5_mol_O2完全反应生成1_mol液态H2O时放出285.8_kJ的热量。 2．书写 (1)书写步骤： 第一步：写方程式——写出配平的化学方程式。 第二步：标状态——用s、l、g、aq标明物质的聚集状态。 第三步：标条件——标明反应的温度和压强(101kPa，25℃时可不标注)。 第四步：标反应热△H——在方程式后写出△H，并根据信息注明△H的“+”(吸热)或“—”(放热)。 第五步：标数值——根据方程式化学计量数计算写出△H的值，并注明单位(一般为kJ/mol)。 (2)书写要求： ①注明反应的温度和压强(25 ℃、101 kPa下进行的反应可不注明)。 ②注明反应物和生成物的状态：固态(s)、液态(l)、水溶液(aq)、气态(g)，同素异形体还需要注明名称。 ③各物质的化学计量数只表示物质的物质的量，而不表示分子个数(或原子个数)，因此可以写成整数，也可以写成分数。 ④一般不用标注“↑”“↓”，不用“→”，而用“==”表示。 ⑤热化学方程式能反映该反应已完成的量。由于ΔH与反应物质的量有关，所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。当反应向逆反应方向进行时，其反应热与正反应的反应热的数值相等，符号相反。 提分速记 “六看”法判断热化学方程式的正误 (1)一看方程式是否配平； (2)二看各物质的聚集状态是否正确； (3)三看ΔH的“＋”“－”符号是否正确。放热反应ΔH一定为“—”,吸热反应ΔH一定为“+”。 (4)四看反应热的单位是否正确。一般为“kJ·mol－1”，容易错写成kJ或漏写。 (5)五看反应热的数值与化学计量数是否对应。ΔH与化学计量数成正比。 二、利用键能计算化学反应的反应热 1．共价键的键能：共价键的键能是指断开气态物质中1mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量，共价键的键能越大，共价键越牢固。 2．化学反应中能量变化的原因(微观角度) 物质发生化学反应时，断开化学键时需要吸收能量，形成化学键时需要放出能量。化学反应中的能量变化如图所示： ①若E1>E2，表示断开化学键所吸收的能量大于形成化学键所放出的能量，反应过程吸收能量。 ②若E1<E2，表示断开化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量，反应过程放出能量。 3．利用键能估算化学反应的反应热：ΔH＝反应物断开化学键吸收的总能量—生成物形成化学键放出的总能量 如：已知氢气在氯气中燃烧生成氯化氢旧键断裂和新键形成时能量的变化如下图所示： 化学键 断裂或形成1mol化学键时能量变化 反应中能量变化 Cl—Cl 吸收243kJ 共吸收679kJ H—H 吸收436kJ H—Cl 放出431kJ 共放出862kJ 则H2＋Cl2==2HCl反应放出862kJ -679kJ =183kJ热量，即氢气在氯气中燃烧生成氯化氢的热化学方程式为：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-183kJ/mol 4．反应历程与反应热的关系 图示 意义 a表示正反应的活化能；b表示逆反应的活化能。c表示该反应的反应热。 ΔH 图1：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝－c kJ·mol－1，表示放热反应 图2：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝c kJ·mol－1，表示吸热反应 提分速记 (1)键能：在标准状况下，将1 mol气体分子AB(g)解离为气体原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。 (2)物质所含能量越低，物质越稳定，键能越大，断裂其化学键所需能量越高，而形成其化学键所释放的能量也越多，反之亦然。(3)ΔH＝E反应物的键能之和－E生成物的键能之和。 题型01 热化学方程式正误判断 【典例】含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸反应，放出28.7kJ的热量，表示该反应中和热的热化学方程式正确的是( ) A．1/2NaOH(aq)+1/2HCl(aq)=1/2NaCl(aq)+1/2H2O(l)  =+28.7kJ/mol B．1/2NaOH(aq)+1/2HCl(aq)=1/2NaCl(aq)+1/2H2O(l)  =-28.7kJ/mol C．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)  =+57.4kJ/mol D．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)  =-57.4kJ/mol 【答案】D 【解析】中和热的定义是常温常压下，强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol水所放出的热量，其中固定的是水的物质的量为1mol。20.0g的NaOH生成的水为0.5mol，故生成1mol水的放热应为：57.4 kJ/mol，根据此定义进行作答即可。A项，根据上述分析，本选项有两个错误点，水的物质的量不为1mol，焓变错误，A错误；B项，根据上述分析，本选项有一个错误点，水的物质的量不为1mol，B错误；C项，根据上述分析，本选项有一个错误点，焓变应为-57.4 kJ/mol，C错误；D项，根据上述分析，D正确；故选D。 【变式】(2026·江苏连云港高一期中)25 ℃、101 kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.69 kJ，下列热化学方程式正确的是( ) A．CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝726kJ·mol－1 B．2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)  ΔH＝－1 452 kJ·mol－1 C．2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)  ΔH＝－726 kJ·mol－1 D．2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)  ΔH＝1 452 kJ·mol－1 【答案】B 【解析】1mol甲醇的质量为32g，1mol甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.69kJ/g×32g/mol=726kJ/mol。 A项，甲醇燃烧为放热反应，ΔH<0，A错误；B项，1mol甲醇燃烧放热726kJ，则2mol甲醇燃烧放热1452kJ，热化学方程式为2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)  ΔH＝-1452 kJ·mol-1，B正确；C项，2mol甲醇燃烧放热应该是1452kJ而不是726kJ，C错误；D项，甲醇燃烧放热，ΔH<0，D错误；故答案选B。 题型02 根据键能计算反应热 【典例】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。则反应S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的ΔH为(　　) A．－450 kJ·mol－1 B．＋430 kJ·mol－1 C．－1 220 kJ·mol－1 D．－1 780 kJ·mol－1 【答案】C 【解析】根据SF6分子结构中只存在S—F键可知，1 mol SF6分子中含有6 mol S—F键，则ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝280 kJ·mol－1＋3×160 kJ·mol－1－6×330 kJ·mol－1＝－1 220 kJ·mol－1。 【变式】氢气燃烧生成水蒸气的能量变化如图所示。下列说法正确的是( ) A．燃烧时化学能全部转化为热能 B．断开1mol氧氢键吸收930kJ能量 C．相同条件下，1 mol氢原子的能量为E1，1 mol氢分子的能量为E2，则2E1<E2 D．该反应生成1 mol水蒸气时能量变化为245 kJ 【答案】D 【解析】A项，燃烧是部分化学能变为热能，还有光能等，故错误；B项，从图分析，断开2mol氢氧键吸收930kJ的能量，故错误；C项，氢气分子变成氢原子要吸收能量，所以2E1>E2，故错误；D项，该反应生成1mol水蒸气时的能量变化为930-436-249=245kJ，故正确；故选D。 题型03 能量变化图分析 【典例】肼(H2NNH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ)：NN键为942、O=O键为500、N-N键为154，则断裂1molN-H键所需的能量是( ) A．194kJ B．391kJ C．516kJ D．658kJ 【答案】B 【解析】根据图中内容可知，，化学反应的焓变等于产物的能量与反应物能量的差值，旧键断裂吸收能量，新建形成释放能量，设断裂1molN-H键所需的能量为K，所以有154+4K+500=2218；解得K=391；故选B。 【变式】CO(g)与H2O(g)反应过程的能量变化如图所示，下列说法不正确的是( ) A．该反应为放热反应 B．该反应中CO(g)与H2O(g)的总能量大于CO2(g)和H2(g)的总能量 C．该反应的热化学方程式：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=−41 kJ·mol −1 D．1molCO2(g)和CO2(g)和H2(g)H2(g)反应生成1molCO(g)和1molH2O(g)要放出41kJ的热量 【答案】D 【解析】A项，由图可知△H<0，该反应为放热反应，A选项正确；B项，由图可知反应物CO(g)+H2O(g)的总能量大于生成物CO2(g)+H2(g)的总能量，B选项正确；C项，由图可知该反应的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=−41 kJ·mol −1，C选项正确；D项，图中反应是放热反应，其逆反应为吸热反应，D选项错误；答案选D。 题型04 能量计算综合应用 【典例】中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。 已知：几种物质中化学键的键能如表所示。 化学键 H - O键 O= O键 H-H键 O-O键 键能/(kJ·mol-1) 463 496 436 138 若反应过程中分解了2molH2O ，则下列说法不正确的是( ) A．总反应为2H2O2H2↑+O2↑ B．过程Ⅲ属于放热反应 C．总反应是吸热反应 D．有2mol水参与过程I吸收了926kJ能量 【答案】B 【解析】A项，反应过程中分解了2 molH2O，由图可知，生成了2molH2和1molO2，总反应为：2H2O2H2↑+O2↑，故A正确；B．过程Ⅲ断裂2molH2O2中H-O键，吸收463kJ×2=926 kJ能量，生成1molH2中H-H键，释放436kJ能量，即总体上吸收了490kJ能量，为吸热反应，故B错误；C．总反应为2H2O2H2↑+O2↑，吸收热量463kJ×4=1852kJ能量，放出(496+436×2)kJ=1368kJ能量，则吸收的能量大于放出的热量，反应为吸热反应，故C正确；D．有2mol水参与过程I，断裂了2molH2O中H-O键，吸收能量(463×2)kJ=926kJ，故D正确；答案选B。 【变式】下列关于反应与能量的说法正确的是(　　) A．Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)ΔH＝－216 kJ·mol－1，E反应物＜E生成物 B．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝178.2 kJ·mol－1，E反应物＜E生成物 C．HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)　ΔH＝92.3 kJ·mol－1，1 mol HCl(g)在密闭容器中完全分解后放出92.3 kJ的热量 D．将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－38.6 kJ·mol－1 【答案】B 【解析】Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)　ΔH＝－216 kJ·mol－1，表示反应物的总能量比生成物的总能量高，故E反应物＞E生成物，A项错误；CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝178.2 kJ·mol－1，表示反应物的总能量比生成物的总能量低，E反应物＜E生成物，B项正确；HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)　ΔH＝92.3 kJ·mol－1，表示1 mol HCl(g)在密闭容器中完全分解后吸收92.3 kJ的能量，C项错误；将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭容器中，充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，反应的N2的物质的量小于0.5 mol，而反应热是反应物的总能量与生成物的总能量的差，则其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜－38.6 kJ·mol－1，D项错误。 【巩固训练】 1．氢气在氯气中燃烧时发出苍白色火焰，在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为a kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为b kJ，形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为c kJ，下列关系中正确的是(　　) A．b＞c B．a＋b＞2c C．a＋b＜c D．a＋b＜2c 【答案】D 【解析】 燃烧放热，故形成化学键释放的能量2c kJ大于破坏化学键吸收的能量(a＋b) kJ。 2．已知H2(g)＋Br2(l) === 2HBr(g)　ΔH＝－72 kJ·mol－1，蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ，其他有关数据如下表： H2(g) Br2(g) HBr(g) 1 mol分子中的化学键 断裂时需吸收的能量/kJ 436 a 369 则表中a为(　　) A．404 B．260 C．230 D．200 【答案】D 【解析】本题考查键能与反应热之间的关系，旨在通过本题考查学生对反应本质的理解及化学基本计算能力。H2(g)＋Br2(l)=2HBr(g)　ΔH＝－72 kJ·mol－1①，Br2(l)=Br2(g)　ΔH＝＋30 kJ·mol－1②，由①式－②式，得：H2(g)＋Br2(g)=2HBr(g)　ΔH＝－102 kJ·mol－1，故有：a＋436－369×2＝－102，得a＝200。 3．在25℃，的条件下，甲烷的燃烧热为，部分化学键的键能如下表所示： 化学键 键能／ 414 498 x 464 已知：①键能是气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。 ②3.6g水蒸气液化放出8kJ热量。 通过计算，x的值为 A．803 B．843 C．1307 D．883 【答案】A 【解析】1mol甲烷燃烧生成液态水ΔH=-890kJ/mol，3.6g(0.2mol)水蒸气液化放8kJ，则1mol水蒸气液化放40kJ。1mol甲烷燃烧生成液态水比气态水多放2×40=80kJ，所以1mol甲烷燃烧生成气态水的ΔH为-890+80=-810kJ/mol；焓变=反应物总键能-生成物总键能；4×414+2×498-(2x+4×464)=-810，x=803，故选A。 4．化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．该反应是吸热反应 B．1 mol A—A键和1 mol B—B键断裂能放出x kJ能量 C．2 mol A—B键断裂需要吸收y kJ能量 D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量 【答案】C 【解析】由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，故A错误；化学键的断裂需吸收能量，而不是释放能量，故B错误；化学键断裂时吸收能量，由题图可知，断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ能量，故C正确；由题图可知，1 mol A2和1 mol B2的总能量高于2 mol AB的总能量，故D错误。 5．已知一些化学键的键能数据如下表所示： 共价键 键能/(kJ·mol－1) 共价键 键能/(kJ·mol－1) H—H 436.4 C—C 347.7 Cl—Cl 242.7 H—Cl 431.8 H—O 462.8 N≡N 941.7 (1)化学反应H2＋Cl2===2HCl的热化学方程式为____________________________________。 (2)H2和Cl2反应的能量变化图可用________(填“A”或“B”)表示。 (3)H2在Cl2中燃烧的过程主要是________能转化为________能的过程。 【答案】(1)H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－184.5 kJ·mol－1　(2)A　(3)化学　热 【解析】(1) 断开反应物中的化学键所吸收的能量 1 mol H2的H—H键　　　　436.4 kJ 1 mol Cl2中的Cl—Cl键　　242.7 kJ 总和　　　　　　　　　　679.1 kJ 形成生成物中的化学键所放出的能量 2 mol HCl的H—Cl键　　431.8 kJ×2 总和　　　　　　　　　　863.6 kJ 反应最终放出的能量 863.6 kJ－679.1 kJ＝　　　184.5 kJ (2)Cl2与H2反应的ΔH＝－184.5 kJ·mol－1，是放热反应，则反应物的总能量大于生成物的总能量，A正确。(3)氢气在氯气中燃烧是放热反应，主要是化学能转化为热能的过程。 【强化训练】 1．已知氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量，水蒸气中键形成时放出能量，键断裂时吸收的能量为，断开氧气中的化学键需要吸收的能量是( ) A． B． C． D． 【答案】C 【解析】根据题目信息，4g氢气即2mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量484kJ，写出对应的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ，反应中断裂了2molH-H键和1molO=O键、形成了4molO-H，设断开1mol氧气中的化学键需要吸收的能量为x，则根据ΔH=断裂旧键所需的能量-生成新键释放的能量知，，解得x=496kJ，故选C。 2．(2026·云南文山高二期中)反应2NO2N2O4的能量变化如图所示，下列说法错误的是( ) A．1 mol N2O4(g)比2 molNO2(g)能量更低 B．该反应是放热反应 C．E1表示断裂2 mol NO2(g)中化学键吸收的能量 D．2 mol NO2(g)的总键能大于1 mol N2O4(g)的总键能 【答案】D 【解析】A项，由能量图可知，2 molNO2(g)的能量高于1 mol N2O4(g)，则1 mol N2O4(g)比2 mol NO2(g)能量更低，A正确；B项，反应物[2 mol NO2(g)]能量高于生成物[1 mol N2O4(g)]，该反应为放热反应，B正确；C项，E1是从2 mol NO2(g)到2 mol N+4 mol O原子的能量差，即断裂2 mol NO2(g)中所有化学键吸收的能量，C正确；D项，反应热ΔH=反应物总键能-生成物总键能，该反应为放热反应(ΔH<0)，则2 mol NO2(g)的总键能-1 mol N2O4(g)的总键能<0，即2 mol NO2(g)的总键能小于1 mol N2O4(g)的总键能，D错误；故选D。 3．(2026·内蒙古乌兰察布高一期末)已知下列反应的能量变化示意图如图，有关说法正确的是 A．1 mol S(g)与O2(g)完全反应生成SO2(g)放出的热量小于297.0kJ B．在相同条件下，SO2(g)比SO3(g)稳定 C．1 mol S(s)与足量O2(g)反应，最终转化为SO3(g)放出的热量为395.7 kJ D．2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)充分反应后放出的热小于197.4 kJ 【答案】D 【解析】A项，同样物质的量的同一物质，气态时的能量高于固态时的能量，则1molS(g)具有的能量高于1molS(s)，所以1molS(g)与O2(g)完全反应生成SO2(g)放出的热量会更多，即大于297.0 kJ，故A错误；B项，物质的能量越低，其稳定性越强，由右图可知，1molSO2(g)和molO2(g)的总能量比1molSO3(g)的能量高98.7 kJ，但无法确定1molSO2(g)的能量与1molSO3(g)的能量的大小关系，也就无法确定SO2(g)与SO3(g)的稳定性，故B错误；C项，SO2转化为SO3属于可逆反应，SO2不能完全转化为SO3，由图可知，1molS(s)与足量O2(g)反应，最终转化为SO3(g)放出的热量小于(297.0+98.7)kJ，即小于395.7 kJ，故C错误；D项，由右图可知，2molSO2(g)和1molO2(g)完全反应转化为2molSO3(g)时放出的热为197.4 kJ，但SO2(g)和O2(g的反应为可逆反应，二者不可能完全反应，充分反应后放出的热小于197.4 kJ，故D正确；故选D。 4．按下列要求填空 (1)S8分子可形成单斜硫和斜方硫，转化过程如下：S(s，单斜)S(s，斜方) ΔH =-0.398kJ/mol，则S(单斜)、S(斜方)相比，较稳定的是 [填“S(s，单斜)”或“S(s，斜方)”]。 (2)已知含2.000gNaOH的稀溶液与稀硫酸完全中和，放出2865J的热量。写出表示中和热的热化学方程式： 。 (3)已知 23gC2H5OH(l)在O2中完全燃烧生成CO2和液态水，放出akJ的热量。写出C2H5OH燃烧热的热化学方程式： 。 (4)已知：2Cu(s)+O2(g)=Cu2O(s) ΔH=-169kJ/mol；C(s)+O2(g)=CO(g) ΔH=-110.5kJ /mol；2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH =-314kJ/mol。 则工业上用炭粉在高温条件下还原CuO 制取 Cu2O和CO的热化学方程式为 。 (5)已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量122 kJ。且氧气中1 mol O=O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1molH-O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H-H键断裂时吸收热量为 。 【答案】(1)S(s，斜方) (2)H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=−57.3 kJ⋅mol−1 (3)C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2akJ/mol (4)2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+34.5 kJ⋅mol−1 (5)434 kJ 【解析】(1)S(s，单斜)S(s，斜方) ΔH =-0.398kJ/mol，说明S(s，单斜)具有的能量相对较高，S(s，斜方)所具有的能量相对较低，能量越低，物质越稳定，则较稳定的是S(s，斜方)。 (2)2.000g NaOH的物质的量为2.000g/(40g/mol)= 0.05 mol，与稀硫酸完全反应生成 0.05 mol H2O，放出 2865 J(即 2.865 kJ)能量，则中和热为△H=2.865kJ/0.05mol=-57.3 kJ⋅mol−1，表示中和热的热化学方程式为H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)ΔH=−57.3 kJ⋅mol−1。 (3)23g乙醇(摩尔质量46g/mol)的物质的量为23g/(46g/mol)=0.5mol，放热 a kJ，故1mol乙醇完全燃烧放热 2akJ，C2H5OH燃烧热的热化学方程式为：C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2akJ/mol。 (4)已知：①2Cu(s)+1/2O2(g)=Cu2O(s) ΔH1=-169kJ/mol；②C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH2=-110.5kJ /mol；③2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH3 =-314kJ/mol。由盖斯定律可知，②-③-1/2×①可得工业上用炭粉在高温条件下还原CuO 制取 Cu2O和CO的热化学方程式为2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+34.5 kJ⋅mol−1。 (5)1gH2的物质的量为1g/(2g/mol)=0.5mol，完全燃烧生成水蒸气放热122kJ，则2mol H2放热122kJ×4=488kJ，ΔH=-488kJ。根据键能关系：ΔH=反应物总键能−生成物总键能=−488kJ /mol=(2EH-H+496) kJ /mol −4×463 kJ /mol，解得 EH-H=434 kJ⋅mol−1，则氢气中1 mol H-H键断裂时吸收热量为434 kJ。 5．(1)实验测得，5 g甲醇液体在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量，试写出甲醇燃烧的热化学方程式：___________________________________________________。 (2)如图为N2(g)和O2(g)生成NO(g)的过程及其能量变化： 则N≡N键的键能为________kJ·mol－1。根据上图写出N2(g)和O2(g)生成NO(g)的热化学方程式：_________________________________________________。 (3)接触法制硫酸工艺中，其主反应在450 ℃并有催化剂存在下进行：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－190 kJ·mol－1。 ①该热化学方程式的意义是_____________________________________________________________； ②常温下，已知16 g单质硫燃烧放热149 kJ，写出硫燃烧的热化学方程式： _________________________________________________________________。 【答案】(1)2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 452.8 kJ·mol－1　 (2)942　N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝176 kJ·mol－1　 (3)①450 ℃时，2 mol SO2气体与1 mol O2气体在催化剂作用下完全反应，生成2 mol SO3气体时，放出190 kJ能量　②S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－298 kJ·mol－1 【解析】(1)5 g甲醇液体在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量，则64 g甲醇液体在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ×＝1 452.8 kJ的热量，故甲醇燃烧的热化学方程式为2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 452.8 kJ·mol－1。 (2)由题图可知，N≡N键的键能为942 kJ·mol－1，1 mol N2和1 mol O2发生反应时，化学键断裂吸收的能量为(942＋498)kJ＝1 440 kJ，生成2 mol NO时，放出能量为(2×632) kJ＝1 264 kJ，故N2(g)和O2(g)生成NO(g)的热化学方程式为N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝176 kJ·mol－1。 (3)接触法制硫酸工艺中，其主反应在450 ℃并有催化剂存在下进行；2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－190 kJ·mol－1。该热化学方程式的意义为450 ℃时，2 mol SO2气体与1 mol O2气体在催化剂作用下完全反应，生成2 mol SO3气体时，放出190 kJ能量；常温下，16 g单质硫燃烧放出热量149 kJ，硫燃烧的热化学方程式为S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－298 kJ·mol－1。 6．(2026·北京八一中学高一期中)碳中和作为一种新型环保形式可推动全社会绿色发展。下图为科学家正在研究建立的一种二氧化碳新循环体系。 过程Ⅰ的原理：，根据下表数据回答： 化学键 H-O 键能 436 496 463 ①该反应为 (填“放热”或“吸热”)反应，当2mol H2O(g)完全分解时需 (填“放出”或“吸收”)能量 kJ。 ②能正确表示该过程能量变化的示意图是 。 A．       B．C．     D． 【答案】吸热 吸收 484 C 【解析】混合气分离得CO2，水在光、催化剂作用下分解成H2和O2，CO2和H2在复合催化剂作用下反应得到CH3OH，CH3OH燃烧生成CO2等，CO2经过程Ⅳ中循环使用。 ①2mol H2O(g)中化学键断裂吸收4×463kJ=1852kJ的能量，形成2mol H2和1mol O2的化学键放出2×436kJ+496kJ=1368kJ，吸收能量大于放出能量，则该反应为吸热反应，2mol H2O(g)完全分解需吸收能量1852kJ-1368kJ=484kJ； ②2H2O(g)断裂化学键形成4H(g)+2O(g)吸收能量，4H(g)+2O(g)形成化学键结合成2H2(g)+O2(g)释放能量，该反应为吸热反应，则2H2O(g)具有的总能量低于2H2(g)+O2(g)具有的总能量，对照各选项，能正确表示该过程能量变化的示意图为C项。 9 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $