大單元五化學(xué)反應(yīng)與能量變化第17講反應(yīng)熱蓋斯定律復(fù)習(xí)目標(biāo)1.能從宏觀和微觀的兩個(gè)角度分析放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)。2.了解反應(yīng)熱的概念，知道化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)與焓變的關(guān)系。3.能依據(jù)蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)熱的簡(jiǎn)單計(jì)算。熟記網(wǎng)絡(luò)課前自測(cè)1.判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)(2021·江蘇卷)黑火藥爆炸反應(yīng)為2KNO3＋S＋3C=K2S＋N2↑＋3CO2↑，其爆炸時(shí)吸收熱量(×)(2)一定條件下，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石要吸收能量，則金剛石比石墨穩(wěn)定(×)(3)(2022·江蘇卷)如圖1所示的“吸收”“轉(zhuǎn)化”過程中，溶液的溫度下降(×)(4)如圖2所示，ΔH1＞ΔH2(√)(5)(2024·江蘇卷)SO2與O2反應(yīng)中，催化劑V2O5能減小該反應(yīng)的焓變(×)(6)(2020·江蘇卷)SiCl4(g)＋2H2(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(s)＋4HCl(g)，用E表示鍵能，該反應(yīng)ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)(×)(7)(2022·江蘇卷)甲烷(燃燒熱為890.3kJ/mol)的燃燒：CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝＋890.3kJ/mol(×)2.完成下列填空。(8)(2022·廣東卷)Cr2O3催化丙烷脫氫過程中，部分反應(yīng)歷程如上圖3所示，X(g)→Y(g)過程的焓變?yōu)镋1－E2＋ΔH＋E3－E4(列式表示)【解析】(8)由圖可知，X(g)→Y(g)過程分為3個(gè)階段，第一步反應(yīng)的焓變?chǔ)1＝E1－E2，第二步反應(yīng)的焓變?chǔ)2＝ΔH，第三步反應(yīng)的焓變?chǔ)3＝E3－E4，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算總反應(yīng)的焓變?yōu)镋1－E2＋ΔH＋E3－E4。考點(diǎn)1反應(yīng)熱ΔH(焓變)知識(shí)梳理反應(yīng)熱、焓變1.反應(yīng)熱：在等溫條件下，化學(xué)反應(yīng)體系向環(huán)境釋放或從環(huán)境吸收的熱量，稱為化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，簡(jiǎn)稱反應(yīng)熱(蘇教版定義：在化學(xué)反應(yīng)過程中，當(dāng)反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，吸收或釋放的熱)。2.焓變：等壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)熱等于反應(yīng)的焓變(蘇教版定義：在恒壓的條件下，化學(xué)反應(yīng)過程中吸收或釋放的熱)。3.常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)(1)放熱反應(yīng)①所有的燃燒反應(yīng)：如CH4＋2O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2＋2H2O②中和反應(yīng)：如NaOH＋HCl=NaCl＋H2O③金屬與酸反應(yīng)：如Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑④鋁熱反應(yīng)：如2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))Al2O3＋2Fe⑤堿性氧化物與水反應(yīng)：如CaO＋H2O=Ca(OH)2⑥大多數(shù)化合反應(yīng)：如N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3(2)吸熱反應(yīng)①制水煤氣：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2②高爐煉鐵中還原氣CO的制備：C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO③Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O④鹽類水解：如NHeq\o\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋⑤大多數(shù)分解反應(yīng)：如CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋CO2↑4.放熱、吸熱的理論分析(1)從能量圖的角度分析①放熱反應(yīng)②吸熱反應(yīng)(2)從化學(xué)鍵的角度分析化學(xué)鍵斷裂和形成的能量變化是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。熱化學(xué)方程式1.概念：表明反應(yīng)所釋放或吸收的熱量的化學(xué)方程式(蘇教版定義：能夠表示反應(yīng)熱的化學(xué)方程式)。2.意義：例如H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－184.6kJ/mol，表明了1mol氣態(tài)H2和1mol氣態(tài)Cl2反應(yīng)生成2mol氣態(tài)HCl時(shí)，放出184.6kJ的熱量。3.書寫步驟：(1)寫化學(xué)方程式。(2)標(biāo)各物質(zhì)的狀態(tài)。(3)標(biāo)ΔH。①需要注明反應(yīng)時(shí)的溫度和壓強(qiáng)，但一般用25℃和101②注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)：常用s、l、g、aq分別表示固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、溶液；③各物質(zhì)化學(xué)式前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)表示物質(zhì)的量，可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)，化學(xué)計(jì)量數(shù)與ΔH數(shù)值相對(duì)應(yīng)，ΔH應(yīng)包括“＋”或“－”、數(shù)值和單位(kJ/mol)；④一般不要求寫反應(yīng)條件，不用標(biāo)“↑”和“↓”，生成符不用“→”，而用“=”或“”；⑤如果是可逆反應(yīng)，那么正反應(yīng)和逆反應(yīng)ΔH的數(shù)值相等，符號(hào)相反。如CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.2kJ/mol，則CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.2kJ/mol。4.熱化學(xué)方程式中的熱效應(yīng)都是指物質(zhì)按化學(xué)方程式完全反應(yīng)時(shí)的熱效應(yīng)。如可逆反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ/mol，表示每消耗1molN2(g)和3molH2(g)完全轉(zhuǎn)化為2molNH3(g)放出92.4kJ熱量。吸收放出燃燒熱1.定義：101kPa，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物時(shí)所放出的熱量(蘇教版定義：在101kPa下，1mol物質(zhì)完全燃燒的反應(yīng)熱叫做該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱)。2.指定產(chǎn)物：一般是指穩(wěn)定產(chǎn)物，即碳元素變?yōu)镃O2(g)，氫元素變?yōu)镠2O(l)，硫元素變?yōu)镾O2(g)，氮元素變?yōu)镹2(g)等。如N2H4(l)完全燃燒生成的指定產(chǎn)物為H2O(l)和N2(g)。中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測(cè)定1.裝置2.注意事項(xiàng)(1)簡(jiǎn)易量熱計(jì)的保溫隔熱的效果一定要好。(2)反應(yīng)物濃度宜小，不宜大。(3)強(qiáng)堿的稀溶液要稍過量，以確保強(qiáng)酸的稀溶液完全反應(yīng)。(4)反應(yīng)物混合均勻后，測(cè)定混合液的最高溫度。(5)實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)作要迅速，以盡量減少熱量損失。(6)為減小誤差，要使用同一支溫度計(jì)分別先后測(cè)量酸、堿及混合液的溫度；測(cè)量時(shí)，溫度計(jì)的水銀球要完全浸入溶液中，且穩(wěn)定一段時(shí)間后再讀數(shù)；每測(cè)定一種溶液后，均要用蒸餾水將溫度計(jì)沖洗干凈，用濾紙擦干備用。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論在25℃和101kPa下，強(qiáng)酸的稀溶液與強(qiáng)堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2①用弱酸代替強(qiáng)酸(或用弱堿代替強(qiáng)堿)，因?yàn)殡婋x是吸熱的過程，所以測(cè)得的熱量會(huì)減少(填“增多”或“減少”，下同)。②因濃硫酸稀釋放熱、NaOH固體溶解放熱，當(dāng)用它們作反應(yīng)物時(shí)測(cè)得的熱量會(huì)增多。③稀硫酸和Ba(OH)2反應(yīng)生成1molH2O(l)時(shí)所釋放的熱量比57.3kJ多，原因：除了中和反應(yīng)放熱外，Ba2＋和SOeq\o\al(2－,4)結(jié)合成BaSO4沉淀也會(huì)放熱。解疑釋惑23根據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)的焓變1.計(jì)算方法：ΔH＝∑E(反應(yīng)物的鍵能)－∑E(生成物的鍵能)2.1mol常見物質(zhì)中含有的σ鍵的物質(zhì)的量常見物質(zhì)金剛石硅SiO2P4S8化學(xué)鍵C—CSi—SiSi—OP—PS—Sn(σ鍵)/mol224683.舉例，已知：化學(xué)鍵Si—HSi—ClH—HH—ClSi—Si鍵能/(kJ/mol)318360436431176工業(yè)上高純硅可通過反應(yīng)：SiHCl3(g)＋H2(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(s)＋3HCl(g)制取，該反應(yīng)的ΔH＝3E(Si—Cl)＋E(Si—H)＋E(H—H)－2E(Si—Si)－3E(H—Cl)＝(3×360＋318＋436－2×176－3×431)kJ/mol＝＋189kJ/mol。典題悟法放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)下列屬于氧化還原反應(yīng)且熱量變化與圖像一致的是(D)A.碳酸鈣受熱分解B.鈉和H2O反應(yīng)C.NH4Cl晶體和氫氧化鋇晶體的反應(yīng)D.CO2和C反應(yīng)【解析】CaCO3受熱分解不涉及元素化合價(jià)的變化，是非氧化還原反應(yīng)，A錯(cuò)誤；Na和H2O反應(yīng)生成NaOH和H2，Na、H元素的化合價(jià)發(fā)生改變，屬于氧化還原反應(yīng)，但反應(yīng)放熱，B錯(cuò)誤；NH4Cl晶體和Ba(OH)2晶體的反應(yīng)不涉及元素化合價(jià)的變化，是非氧化還原反應(yīng)，C錯(cuò)誤。能量圖與反應(yīng)熱(1)根據(jù)圖1，寫出該可逆反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41kJ/mol。(2)根據(jù)圖2，寫出N2(g)和H2(g)反應(yīng)生成NH3(l)的熱化學(xué)方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)ΔH＝－2(c＋b－a)kJ/mol?！窘馕觥?2)由圖可知，eq\f(1,2)molN2(g)＋eq\f(3,2)molH2(g)比1molNH3(l)能量高(c＋b－a)kJ，該反應(yīng)放熱，ΔH為負(fù)值，故N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)ΔH＝－2(c＋b－a)kJ/mol。依據(jù)鍵能求反應(yīng)熱(1)用E表示鍵能，判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。①(2024·南京市玄武高級(jí)中學(xué))已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49.0kJ/mol，用E表示鍵能，反應(yīng)的ΔH＝3E(C—H)＋E(C—O)＋3E(O—H)－2E(C=O)－3E(H—H)(×)②(2024·連云港高級(jí)中學(xué))反應(yīng)2CH3CHO(g)＋H2O(g)=CH3CH2OH(g)＋CH3COOH(g)ΔH<0，反應(yīng)物的鍵能總和小于生成物的鍵能總和(√)(2)已知反應(yīng)：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)中相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下：化學(xué)鍵C—HC=OH—HC≡O(shè)(CO)鍵能/(kJ/mol)4137454361075該反應(yīng)的ΔH＝＋120kJ/mol。【解析】(1)ΔH＝反應(yīng)物鍵能總和－生成物鍵能總和＝2E(C=O)＋3E(H—H)－3E(C—H)－E(C—O)－3E(O—H)。②ΔH＝反應(yīng)物的鍵能總和－生成物的鍵能總和<0，可得反應(yīng)物的鍵能總和小于生成物的鍵能總和。(2)ΔH＝(413kJ/mol×4＋745kJ/mol×2)－(1075kJ/mol×2＋436kJ/mol×2)＝＋120kJ/mol。燃燒熱及中和熱(2024·江蘇各地模擬重組)下列說法正確的是(D)A.硫有多種單質(zhì)，如斜方硫(燃燒熱為297kJ/mol)，斜方硫燃燒：S(s，斜方硫)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝＋297kJ/molB.C2H2的燃燒熱為1299.6kJ/mol，乙炔的燃燒：C2H2(g)＋eq\f(5,2)O2(g)=2CO2(g)＋H2O(g)ΔH＝－1299.6kJ/molC.H2S的燃燒熱為562.2kJ/mol，則H2S(g)＋2O2(g)=SO3(g)＋H2O(l)ΔH＝－562.2kJ/molD.N2H4的燃燒熱為622kJ/mol，肼燃燒的熱化學(xué)方程式：N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－622kJ/mol【解析】斜方硫燃燒的熱化學(xué)方程式為S(s，斜方硫)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝－297kJ/mol，A錯(cuò)誤；表示燃燒熱的產(chǎn)物中H2O應(yīng)該是液態(tài)，B錯(cuò)誤；硫化氫燃燒生成的物質(zhì)為氣態(tài)二氧化硫和液態(tài)水，C錯(cuò)誤。(2023·泰州靖江調(diào)研)在如圖所示的裝置中進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說法正確的是(B)A.裝置圖可用于精確測(cè)定酸堿反應(yīng)的中和熱B.溫度計(jì)的水銀球應(yīng)浸沒在溶液中C.可以用溫度計(jì)進(jìn)行攪拌D.不可用碎泡沫塑料替代碎紙屑【解析】裝置圖缺少玻璃攪拌器，且小燒杯與大燒杯的上沿不齊平，該裝置圖不可用于精確測(cè)定酸堿反應(yīng)的中和熱，A錯(cuò)誤；溫度計(jì)的水銀球應(yīng)浸于溶液中，準(zhǔn)確測(cè)量溶液的溫度，B正確；溫度計(jì)用于測(cè)定溶液溫度，不能用于攪拌溶液，C錯(cuò)誤；碎泡沫塑料可以起隔熱作用，能替代碎紙屑，D錯(cuò)誤。考點(diǎn)2蓋斯定律知識(shí)梳理蓋斯定律含義一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不管是一步完成的，還是分幾步完成的，其反應(yīng)熱是相同的(蘇教版定義：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不論是一步完成，還是分幾步完成，其總的熱效應(yīng)是完全相等的)。蓋斯定律意義利用蓋斯定律可以間接計(jì)算某些反應(yīng)的反應(yīng)熱?，F(xiàn)有如下關(guān)系圖，則ΔH1＝ΔH2＋ΔH3。典題悟法利用蓋斯定律求解反應(yīng)熱(1)(2024·蘇錫常鎮(zhèn)二模)采用熱分解法脫除沼氣中的H2S過程中涉及主要反應(yīng)如下：反應(yīng)Ⅰ.2H2S(g)=2H2(g)＋S2(g)ΔH1＝＋169.8kJ/mol反應(yīng)Ⅱ.CH4(g)＋S2(g)=CS2(g)＋2H2(g)ΔH2＝＋63.7kJ/mol則2H2S(g)＋CH4(g)=CS2(g)＋4H2(g)ΔH3＝＋233.5kJ/mol。(2)(2021·江蘇卷)CH4與CO2重整的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為如下：反應(yīng)Ⅰ.CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH1＝＋246.5kJ/mol反應(yīng)Ⅱ.H2(g)＋CO2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ/mol反應(yīng)Ⅲ.2CO(g)=CO2(g)＋C(s)ΔH3＝－172.5kJ/mol在CH4與CO2重整體系中通入適量H2O(g)，可減少C(s)的生成，反應(yīng)3CH4(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)=4CO(g)＋8H2(g)的ΔH4＝＋657.1kJ/mol。【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅱ可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式，故ΔH＝＋233.5kJ/mol。(2)根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)Ⅰ×3－Ⅱ×2可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式，則ΔH4＝ΔH1×3－ΔH2×2＝＋657.1kJ/mol。利用蓋斯定律比較反應(yīng)熱的大小(2024·如皋適應(yīng)性考試三)在同溫同壓下，下列各組熱化學(xué)方程式中ΔH1＞ΔH2的是(C)A.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH1；2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH2B.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH1；CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH2C.C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH1；C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH2D.H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH1；eq\f(1,2)H2(g)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=HCl(g)ΔH2【解析】物質(zhì)的燃燒是放熱反應(yīng)，焓變是負(fù)值，液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水的過程需要吸熱熱量，故ΔH1＜ΔH2，A錯(cuò)誤；合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH1是負(fù)值，而碳酸鈣分解是吸熱反應(yīng)，ΔH2是正值，所以ΔH1＜ΔH2，B錯(cuò)誤；相同質(zhì)量的碳單質(zhì)完全燃燒生成CO2時(shí)放出的熱量要多于不完全燃燒生成CO時(shí)放出的熱量，反應(yīng)的焓變是負(fù)值，故ΔH1＞ΔH2，C正確；化學(xué)反應(yīng)方程式的系數(shù)加倍，焓變數(shù)值加倍，該化合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以焓變值是負(fù)值，ΔH1＝2ΔH2，ΔH1＜ΔH2，D錯(cuò)誤。利用反應(yīng)歷程中活化能求反應(yīng)熱以NH3和CO2為原料合成化肥——尿素[CO(NH2)2]，兩步反應(yīng)的能量變化如圖所示：(1)寫出合成CO(NH2)2(s)的熱化學(xué)方程式：2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH＝－(E4＋E2－E1－E3)kJ/mol。(2)已知第二步反應(yīng)決定了生產(chǎn)尿素的快慢，可推測(cè)E1<E3(填“>”“<”或“＝”)?！窘馕觥?1)由圖可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，故ΔH為負(fù)值。(2)活化能大的反應(yīng)決定了反應(yīng)速率的快慢，已知第二步反應(yīng)決定了生產(chǎn)尿素的快慢，則可推測(cè)活化能：E1<E3。解疑釋惑24比較ΔH大小的方法1.放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的比較：因?yàn)棣帶“＋”和“－”，所以吸熱反應(yīng)的反應(yīng)熱大于放熱反應(yīng)的反應(yīng)熱。如：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH1<0，2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g)ΔH2>0。則ΔH2>ΔH1。2.同一反應(yīng)中，反應(yīng)物(或生成物)不同狀態(tài)：常用的比較方法有：①運(yùn)用蓋斯定律直接計(jì)算，有時(shí)還需結(jié)合物質(zhì)的狀態(tài)來比較ΔH的大??；②利用能量圖來進(jìn)行比較。如：a.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH1<0，b.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2<0。方法一：a－b，可得2H2O(l)=2H2O(g)ΔH＝ΔH1－ΔH2>0，即可知ΔH1>ΔH2。方法二：由能量圖可直接看出|ΔH|的相對(duì)大小，若是放熱反應(yīng)，|ΔH|越大，ΔH越?。蝗羰俏鼰岱磻?yīng)，|ΔH|越大，ΔH越大。3.兩個(gè)有聯(lián)系的不同反應(yīng)的比較：常利用已知的知識(shí)進(jìn)行比較。如：a.C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＜0，b.C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH2＜0。反應(yīng)a為C的完全燃燒，反應(yīng)b為C的不完全燃燒，則ΔH1＜ΔH2。深度指津反應(yīng)熱的計(jì)算方法計(jì)算依據(jù)計(jì)算方法反應(yīng)物的總能量和生成物的總能量ΔH＝∑E(生成物的能量)－∑E(反應(yīng)物的能量)化學(xué)鍵的鍵能ΔH＝∑反應(yīng)物的鍵能－∑生成物的鍵能反應(yīng)歷程正、逆反應(yīng)的活化能ΔH＝∑正反應(yīng)的活化能－∑逆反應(yīng)的活化能燃燒熱可燃物完全燃燒產(chǎn)生的熱量＝可燃物的物質(zhì)的量×其燃燒熱熱化學(xué)方程式熱化學(xué)方程式與數(shù)學(xué)上的方程式相似，可以左右顛倒，同時(shí)改變正、負(fù)號(hào)，各項(xiàng)的系數(shù)(包括ΔH的數(shù)值)可以同時(shí)擴(kuò)大或縮小相同的倍數(shù)蓋斯定律根據(jù)蓋斯定律，可以將兩個(gè)或若干個(gè)熱化學(xué)方程式進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算(包括ΔH運(yùn)算)，得到一個(gè)新的熱化學(xué)方程式1.(2024·如皋適應(yīng)性考試三)先進(jìn)的甲醇蒸氣重整-變