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人教版 (2019)选择性必修1第二节 反应热的计算学案
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这是一份人教版 (2019)选择性必修1第二节 反应热的计算学案，共18页。学案主要包含了盖斯定律，反应热的计算等内容，欢迎下载使用。
新课情境呈现
在化学科研中，经常要测量化学反应的反应热，但是某些物质的反应热，由于种种原因不能直接测得，只能通过化学计算的方式间接获得。
对于反应：C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g)，因为C燃烧时不可能完全生成CO，总有一部分CO2生成，因此这个反应的ΔH无法直接测得，那么该反应的反应热是如何确定的呢？
1840年，盖斯(G．H．Hess，瑞士化学家)从大量的实验事实中总结出一条规律：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。也就是说，化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与具体反应进行的途径无关。如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的，这就是盖斯定律。
课前素能奠基
新知预习
一、盖斯定律
二、反应热的计算
1．计算依据：
根据热化学方程式、盖斯定律和燃烧热可以计算化学反应的反应热。
2．实例——应用盖斯定律计算C燃烧生成CO的反应热：
已知：(1)C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·ml－1
(2)CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·ml－1
若C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g)的反应热为ΔH，求ΔH。
a．虚拟路径：
b．应用盖斯定律求解： ΔH1＝__ΔH＋ΔH2__
则：ΔH＝__ΔH1－ΔH2＝－393.5_kJ·ml－1－(－283.0_kJ·ml－1)＝－110.5_kJ·ml－1__。
预习自测
1．下列关于盖斯定律的说法不正确的是( D )
A．不管反应是一步完成还是分几步完成，其反应热相同
B．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
C．有些反应的反应热不能直接测得，可通过盖斯定律间接计算得到
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
解析：盖斯定律指若一个反应可以分步进行，则各步反应吸收或放出的热量总和与这个反应一步发生时吸收或放出的热量相同，A项正确；反应物的总能量与产物的总能量决定反应热效应，所以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，B项正确；有些反应很慢，有的反应有副反应，其反应热通过实验测定有困难，可以用盖斯定律间接计算出来，C项正确；方程式按一定系数比加和时其反应热也按该系数比加和，D项错误。
2．物质的生成热可定义为由稳定单质生成1 ml物质所放出的热量，如CO2气体的生成热就是1 ml C完全燃烧生成CO2气体时放出的热量，已知下列几种化合物的生成热分别是
则1 kg葡萄糖在人体内完全氧化生成CO2气体和液态水，最多可提供的能量约为( D )
A．3 225 kJ B．2 816 kJ
C．6 999 kJ D．15 644 kJ
解析：根据生成热的定义得下面三个热化学方程式：
6C(s)＋3O2(g)＋6H2(g)===C6H12O6(s) ΔH＝－1 259.8 kJ·ml－1 ①
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·ml－1 ②
O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·ml－1 ③
由②×6＋③×3－①得：
C6H12O6(s)＋6O2(g)=== 6CO2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－2 816 kJ·ml－1
故1 kg C6H12O6(s)完全氧化时放出的热量为2 816×eq \f(1 000,180)kJ≈15 644 kJ。
3．焦炭与水蒸气反应、甲烷与水蒸气反应均是工业上制取氢气的重要方法。这两个反应的热化学方程式分别为：
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋131.5 kJ·ml－1
②CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH2＝＋205.9 kJ·ml－1
试计算CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH。
答案：＋74.4 kJ·ml－1
解析：分析各化学方程式的关系可以得出，将反应①的逆反应与反应②相加，得到反应：CH4(g)===C(s)＋2H2(g)即：
CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(g) ΔH3＝－ΔH1＝－131.5 kJ·ml－1
CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH2＝＋205.96 kJ·ml－1
CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH＝？
根据盖斯定律： ΔH＝ΔH3＋ΔH2＝ΔH2－ΔH1
＝＋205.9 kJ·ml－1－131.5 kJ·ml－1＝＋74.4 kJ·ml－1。
课堂素能探究
知识点
盖斯定律的应用
问题探究：1．一定量固态碳在炉膛内完全燃烧，放出热量为Q1 kJ；向炽热的炉膛内通入水蒸气会产生水煤气，水煤气完全燃烧，此过程共放出热量为Q2 kJ；若炉膛内按两种方法燃烧等质量固态碳，试讨论Q1、Q2的大小关系。
2．合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能，在配合氢能的开发中起着重要作用。贮氢合金ThNi，可催化由CO、H2合成CH4的反应。已知温度为T时：CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋165 kJ·ml－1，CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ·ml－1。温度为T时，试写出CO、H2合成CH4的热化学方程式。
探究提示：1．根据盖斯定律，两种情况下的始态与终态相同，故放出的热量是相同的，即Q1＝Q2。
2．CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g) ΔH＝－206 kJ·ml－1
知识归纳总结：
1．盖斯定律应用的常用方法：
(1)虚拟路径法：若反应物A变为生成物D，可以有两个途径：
①由A直接变成D，反应热为ΔH；②由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，如图所示：eq \x(A)eq \(――→,\s\up7(ΔH1))eq \x(B)eq \(――→,\s\up7(ΔH2))eq \x(C)eq \(――→,\s\up7(ΔH3))eq \x(D)ΔH，则有：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2)加和法：
①确定待求反应的热化学方程式。
②找出待求热化学方程式中各物质出现在已知方程式中的位置(是同侧还是异侧)。
③利用同侧相加、异侧相减进行处理。
④根据待求方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知反应的化学计量数，并消去中间产物。
⑤实施叠加并确定ΔH的变化。
2．应用盖斯定律计算反应热时的注意事项：
(1)热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数；(2)热化学方程式相加减时，同种物质之间相加减，反应热也随之相加减(带符号)；(3)将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋”“－”号相反，但数值不变。
典例1 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变化如下：
①2AlH3(s)===2Al(s)＋3H2(g) ΔH1
②H2(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH2
③Al(s)===Al(g) ΔH3
④Al(g)＋eq \f(3,4)O2(g)===eq \f(1,2)Al2O3(s) ΔH4
下列分析正确的是( D )
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的燃烧热
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
解析：化学反应是放热反应还是吸热反应，与反应条件无关，同时AlH3燃烧是放热反应，A项错误；H2的燃烧热指的是1 ml H2完全燃烧生成1 ml H2O(l)释放的能量，B项错误；反应过程中，a点温度最高，反应放出了许多能量，物质所具有的总能量不是最高，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。
〔变式训练1〕已知：C2H5OH(l)===C2H5OH(g) ΔH1
6H2O＋6CO2(g)===C6H12O6(g)＋6O2(g) ΔH2
C6H12O6(g)===2C2H5OH(l)＋2CO2(g) ΔH3
C2H5OH(g)＋3O2(g)===3H2O(g)＋2CO2(g) ΔH4
下列说法正确的是( C )
A．ΔH1＜ΔH4
B．ΔH3＋2ΔH4＋ΔH2＝0
C．2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋2ΔH4＝0
D．2ΔH1－ΔH2＋ΔH3＋2ΔH4＝0
解析：C2H5OH(l)===C2H5OH(g)为吸热过程，ΔH1＞0，A项错；题目中四个热化学过程分别标记为①②③
④，由盖斯定律得2ΔH1＝ΔH3＋2ΔH2＋2ΔH4 ΔH1＞0，ΔH3＋2ΔH4＋ΔH2＞0，B项错；据盖斯定律②×1＋②＋③得到6H2O(g)＋4CO2(g)===2C2H5OH(g)＋6O2(g) ΔH＝2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－2ΔH4，即2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋2ΔH4＝0，C项正确，D项错，故选C。
知识点
反应热的计算与比较
问题探究：1．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。共价键的键能是两种原子间形成1 ml共价键(或其逆过程)时释放(或吸收)的能量。已知H—H键的键能为436 kJ·ml－1，Cl—Cl键的键能为243 kJ·ml－1，H—Cl键的键能为431 kJ·ml－1，则H2(g)＋Cl2(g)=== 2HCl(g)的反应热(ΔH)等于多少？
2．等质量的红磷和白磷都完全燃烧，放出的热量是否相等？请解释原因。
探究提示：1．ΔH＝436 kJ·ml－1＋243 kJ·ml－1－2×431 kJ·ml－1＝－183 kJ·ml－1。
2．不相等。因为等质量的红磷和白磷的能量不相同，即反应物的总能量不同而生成物的总能量相同，则放出的热量不同。
知识归纳总结：
1．反应热的计算：
2．反应热的大小比较：
(1)同一反应生成物状态不同时。
A(g)＋B(g)===C(g) ΔH1＜0
A(g)＋B(g)===C(l) ΔH2＜0
因为C(g)===C(l) ΔH3＜0， ΔH3＝ΔH2－ΔH1，所以ΔH2＜ΔH1。
(2)同一反应反应物状态不同时。
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＜0
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＜0
S(g)eq \(――→,\s\up7(ΔH3))S(s)eq \(――→,\s\up7(ΔH2))SΔH1O2(g) ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH3＝ΔH1－ΔH2，又ΔH3＜0，所以ΔH1＜ΔH2。
(3)两个有联系的不同反应相比。
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＜0
C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH2＜0
C(s)eq \(――→,\s\up7(ΔH1))CO2(g)
C(s)eq \(――→,\s\up7(ΔH2))CO(g)eq \(――→,\s\up7(ΔH3))CO2(g) ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH3＝ΔH1－ΔH2
又ΔH3＜0，所以ΔH2＞ΔH1。
典例2 氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
(1)如图是N2(g)和H2(g)反应生成1 ml NH3(g)过程中能量的变化示意图，请写出N2(g)和H2(g)反应的热化学方程式：__N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·ml－1__。
(2)若已知下列数据：
根据表中及图中数据计算N—H键的键能是__390__kJ·ml－1。
(3)用NH3催化还原NO，还可以消除氮氧化物的污染。已知：
4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－a kJ·ml－1 ①
N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH2＝－b kJ·ml－1②
求：若1 ml NH3还原NO至N2，则该反应过程中的反应热ΔH3＝__(3b－a)/4__kJ·ml－1(用含a、b的式子表示)。
解析：(1)由图像可知，该反应为放热反应，且生成1 ml NH3(g)时，放出的热量为(300－254)kJ＝46 kJ。故N2和H2反应的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·ml－1。
(2)设N—H键的键能为x，故反应热ΔH＝－92 kJ·ml－1＝(3×435＋943)kJ·ml－1－6x，解得x＝390 kJ·ml－1。
(3)将②×3，反写，然后再与①相加，可得4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g)，故其反应热ΔH＝(3b－a)kJ·ml－1，故1 ml NH3还原NO至N2，反应热为(3b－a)/4 kJ·ml－1。
规律方法指导：
利用键能计算ΔH的方法 ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量总和－生成物的化学键形成所放出的能量总和
〔变式训练2〕《本草纲目》中记载“(火药)乃焰消(KNO3)、硫磺、杉木炭所合，以为烽燧铳机诸药者”。火药燃烧爆炸时发生的反应为S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g) ΔH＝x kJ·ml－1。已知：
①碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·ml－1
②S(s)＋2K(g)===K2S(s) ΔH2＝b kJ·ml－1
③2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s) ΔH3＝c kJ·ml－1，则x为( A )
A．3a＋b－c B．c－3a－b
C．a－b－c D．c－a－b
解析：①碳燃烧的热化学方程式为：
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝a kJ·ml－1
②S(s)＋2K(g)===K2S(s) ΔH2＝b kJ·ml－1
③2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s) ΔH3＝c kJ·ml－1
根据盖斯定律，①×3＋②－③可得：
S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g) ΔH＝x kJ·ml－1＝(a kJ·ml－1)×3＋b kJ·ml－1－c kJ·ml－1＝(3a＋b－c)kJ·ml－1，故选A。
名师博客呈现
盖斯简介
盖斯，瑞士化学家，1802年8月8日生于瑞士日内瓦市一个画家家庭，三岁时随父亲定居俄国莫斯科，因而在俄国上学和工作。1825年毕业于多尔帕特大学医学系，并获得医学博士学位。1826年弃医专攻化学，并到瑞典斯德哥尔摩柏济力阿斯实验室专修化学，从此与柏济力阿斯结成了深厚的友谊。回国后到乌拉尔做地质调查和勘探工作，后又到伊尔库茨克研究矿物。1828年由于在化学上的卓越贡献被选为圣彼得堡科学院院士，旋即被聘为圣彼得堡工艺学院理论化学教授兼中央师范学院和矿业学院教授。
盖斯早年从事分析化学的研究，曾对巴库附近的矿物和天然气进行分析，作出了一定成绩，之后还曾发现蔗糖可氧化成糖二酸。1830年专门从事化学热效应测定方法的改进，曾改进拉瓦锡和拉普拉斯的冰量热计，从而较准确地测定了化学反应中的热量。1840年经过许多次实验，他总结出一条规律：在任何化学反应过程中的热量，不论该反应是一步完成的还是分步进行的，其总热量变化是相同的。这就是举世闻名的盖斯定律。
课堂达标验收
1．我国长征系列运载火箭使用的是以液氢为燃烧剂，液氧为氧化剂的高能低温推进剂，已知：
(1)H2(g)===H2(l) ΔH1＝－0.92 kJ·ml－1
(2)O2(g)===O2(l) ΔH2＝－6.84 kJ·ml－1
(3)如图：
下列说法正确的是( C )
A．2 ml H2(g)与1 ml O2(g)所具有的总能量比2 ml H2O(g)所具有的总能量低
B．氢气的燃烧热为ΔH＝－241.8 kJ·ml－1
C．液氢燃烧的热化学方程式2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－474.92 kJ·ml－1
D．H2O(g)变成H2O(l)的过程中，断键吸收的能量小于成键放出的能量
解析：由图像分析，2 ml H2(g)与1 mlO2(g)反应生成2 ml H2O(g)，放出483.6 kJ的热量，故2 ml H2(g)与1 ml O2(g)所具有的总能量比2 ml H2O(g)所具有的总能量高，A错误；氢气的燃烧热是指1 ml氢气完全燃烧生成液态水放出的热量，故氢气的燃烧热为eq \f(483.6 kJ·ml－1＋88 kJ·ml－1,2)＝285.8 kJ·ml－1，B错误；由图像分析，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1＝－483.6 kJ·ml－1①，H2(g)===H2(l) ΔH1＝－0.92 kJ·ml－1②，O2(g)===O2(l) ΔH2＝－6.84 kJ·ml－1③，将①－②×2－③可得2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－474.92 kJ·ml－1，故C正确；H2O(g)生成H2O(l)为物理变化，不存在化学键的断裂和生成，故D错误。
2．下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
下列说法不正确的是( C )
A．通过计算，可知系统(Ⅰ)制备氢气的热化学方程式为H2O(l)===H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g) ΔH＝＋286 kJ·ml－1
B．通过计算，可知系统(Ⅱ)制备氢气的热化学方程式为H2S(g)===H2(g)＋S(s) ΔH＝＋20 kJ·ml－1
C．若反应H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－a kJ·ml－1，则a＞286
D．制得等量H2所需能量较少的是热化学硫碘循环硫化氢分解法
解析：该反应的焓变为ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝＋286 kJ·ml－1，故A正确；该反应的焓变为ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝＋20 kJ·ml－1，故B正确；对于反应H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l)来说，反应的焓变ΔH＝－286 kJ·ml－1，由气态水变化为液态水需要放热，所以反应H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝(－286＋Q)kJ·ml－1，其中Q为正值，则a＝286－Q＜286，故C错误；根据焓变比较，第一种反应的焓变为＋286 kJ·ml－1，第二种反应的焓变为＋20 kJ·ml－1，显然利用第二种制得等量H2所需能量较少，即利用热化学硫碘循环硫化氢分解法，故D正确。
3．金刚石和石墨均为碳的同素异形体，氧气不足时它们燃烧生成一氧化碳，充分燃烧时生成二氧化碳，反应中放出的热量如图所示。
(1)写出石墨转化为金刚石的热化学方程式__C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH＝＋1.5 kJ·ml－1__。
(2)写出石墨和二氧化碳反应生成一氧化碳的热化学方程式__C(s，石墨)＋CO2(g)===2CO(g) ΔH＝＋172.5 kJ·ml－1__。
(3)科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：
①判断CO和O生成CO2是放热反应的依据是__状态Ⅰ的能量高于状态Ⅲ的能量__。
②写出CO2的电子式__∶eq \(O,\s\up6(··))∶·eq \\al(×,×)Ceq \\al(×,×)∶eq \(O,\s\up6(··))∶__，CO2含有的化学键类型是(若含共价键，请标明极性或非极性)__极性共价键__。
解析：(1)根据图像可知石墨的总能量低于金刚石，石墨转化为金刚石的反应热为＋(395.0－283.0－110.5)kJ·ml－1＝＋1.5kJ·ml－1，因此石墨转化为金刚石的热化学方程式为C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH＝＋1.5 kJ·ml－1。
(2)根据图像可知：
①C(s，石墨)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5 kJ·ml－1
②CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·ml－1
根据盖斯定律可知①－②即可得到石墨和二氧化碳反应生成一氧化碳的热化学方程式为C(s，石墨)＋CO2(g)===2CO(g) ΔH＝＋172.5 kJ·ml－1。
(3)①根据图像可知状态Ⅰ的能量高于状态Ⅲ的能量，所以CO和O生成CO2是放热反应。
②二氧化碳是共价化合物，则CO2的电子式为：∶eq \(O,\s\up6(··))∶·eq \\al(×,×)Ceq \\al(×,×)∶eq \(O,\s\up6(··))∶，碳氧是不同的非金属元素，则CO2含有的化学键类型是极性共价键。
4.2020年1月7日23时20分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将通信技术试验卫星五号发射升空。
(1)长征三号乙运载火箭的一子级、助推器和二子级使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)作为推进剂。N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g)，并放出大量热，已知10.0 g液态偏二甲肼与液态四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量，书写该反应的热化学方程式。
(2)长征三号乙运载火箭的三子级使用的是效能更高的液氢和液氧作为推进剂。已知：
①H2(g)===H2(l) ΔH＝－0.92 kJ·ml－1
②O2(g)===O2(l) ΔH＝－6.84 kJ·ml－1
③H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44.0 kJ·ml－1
④H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·ml－1
请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式。
(3)肼(N2H4)常用作火箭燃料。
肼(H2N—NH2)的有关化学反应的能量变化如图所示：
计算下表中的a值。
答案：(1)C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g) ΔH＝－2 550.0 kJ·ml－1
(2)H2(l)＋eq \f(1,2)O2(l)===H2O(g) ΔH＝－237.46 kJ·ml－1
(3)391
解析：(1)N2O4与偏二甲肼反应的产物为CO2、N2和气态水，1 ml C2H8N2(l)与N2O4(l)完全燃烧放出的热量为eq \f(425 kJ,10.0 g)×60 g＝2 550.0 kJ。该反应的热化学方程式为C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g) ΔH＝－2 550.0 kJ·ml－1。
(2)根据盖斯定律，由④＋③－①－②×eq \f(1,2)得：H2(l)＋eq \f(1,2)O2(l)===H2O(g) ΔH＝－237.46 kJ·ml－1。
(3)391。由能量变化图示可知，反应N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)的ΔH1＝－576 kJ·ml－1，根据反应热与键能的关系可知ΔH1＝(4a kJ·ml－1＋154 kJ·ml－1＋500 kJ·ml－1)－(942 kJ·ml－1＋4×463 kJ·ml－1)＝－576 kJ·ml－1，解得a＝391。
夯基提能作业
A 级·基础达标练
一、选择题
1．已知H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ·ml－1，则反应HCl(g)===eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g)的ΔH为( D )
A．＋184.6 kJ·ml－1 B．－92.3 kJ·ml－1
C．－369.2 kJ·ml－1 D．＋92.3 kJ·ml－1
解析：依据热化学方程式的书写原则和方法，已知热化学方程式为H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ·ml－1，改变方向，焓变变为正值，方程式系数除以2，焓变也除以2，得热化学方程式为HCl(g)===eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g) ΔH＝＋92.3 kJ·ml－1，故选D。
2．(2021·浙江1月，20)已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表：
则2O(g)===O2(g)的ΔH为( D )
A．428 kJ·ml－1 B．－428 kJ·ml－1
C．498 kJ·ml－1 D．－498 kJ·ml－1
解析：由ΔH＝E(反应物的键能总和)－E(生成物的键能总和)可得关系式：2E(H—H)＋E(氧气中的共价键)－4E(H—O)＝2×436 kJ·ml－1＋E(氧气中的共价键)－4×463 kJ·ml－1＝－482 kJ·ml－1，解得E(氧气中的共价键)＝498 kJ·ml－1,2个氧原子结合生成氧气的过程释放能量，所以2O(g)===O2(g) ΔH＝－498 kJ·ml－1，故选D。
3．已知：
①H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH1＝a kJ·ml－1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2＝b kJ·ml－1
③H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH3＝c kJ·ml－1
④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH4＝d kJ·ml－1
则a、b、c、d的关系正确的是( C )
A．a＜c＜0 B．b＞d＞0
C．2a＝b＜0 D．2c＝d＞0
解析：反应①和③相比，③放出热量多，a大于c，A项错；氢气的燃烧是放热反应，b和d均为负值，B项错；反应②是①的二倍，故b＝2a，而且燃烧放热，即b＝2a＜0，C项正确；氢气的燃烧是放热反应，c和d均为负值，故D项错误。
4．在25 ℃、101 kPa条件下，H2(g)、C(s)、CH3COOH(l)的燃烧热分别为285.8 kJ·ml－1、393.5 kJ·ml－1、870.3 kJ·ml－1，则2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为( A )
A．－488.3 kJ·ml－1 B．＋488.3 kJ·ml－1
C．－191 kJ·ml－1 D．＋191 kJ·ml－1
解析：据燃烧热，则有：
①H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·ml－1，②C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·ml－1，③CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－870.3 kJ·ml－1，由盖斯定律可知，①×2＋②×2－③可得反应2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l) ΔH＝2×(－285.8 kJ·ml－1)＋2×(－393.5 kJ·ml－1)＋870.3 kJ·ml－1＝－488.3 kJ·ml－1，故选A。
5．钛被称为“第三金属”。用钛合金制成的“钛潜艇”，可潜入4 500米的深度。“钛飞机”坚实又轻便，时速每小时可超过300千米。在航天事业中，钛可制成飞船的“外衣”，防高温的侵袭。
将TiO2转化为TiCl4是工业冶炼金属钛的主要反应之一。已知：
TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)＋O2(g) ΔH＝＋140.5 kJ·ml－1
C(石墨，s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5 kJ·ml－1
则反应TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(石墨，s)===TiCl4(l)＋2CO(g)的ΔH是( D )
A．＋80.5 kJ·ml－1 B．＋30.0 kJ·ml－1
C．－30.0 kJ·ml－1 D．－80.5 kJ·ml－1
解析：按题干顺序给两个热化学方程式编号为①②，根据盖斯定律，①＋②×2，得到TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(石墨，s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－80.5 kJ·ml－1。
6．半导体工业用石英砂作原料通过三个重要反应生产单质硅：
①SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g) ΔH＝＋682.44 kJ·ml－1
(石英砂) (粗硅)
②Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(g) ΔH＝－657.01 kJ·ml－1
③SiCl4(g)＋2Mg(s)===2MgCl2(s)＋Si(s) ΔH＝－625.63 kJ·ml－1
(纯硅)
生产1.00 kg纯硅的总反应热约为( D )
A．2.43×104 kJ B．－2.35×104 kJ
C．－2.23×104 kJ D．－2.14×104 kJ
解析：利用盖斯定律将①＋②＋③可得：
SiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)＋2Mg(s)===Si(s)＋2CO(g)＋2MgCl2(s) ΔH＝－600.2 kJ·ml－1
生产1.00 kg纯硅时总反应热为－600.2 kJ·ml－1×eq \f(1.00×103 g,28 g·ml－1)≈－2.14×104 kJ。
二、非选择题
7．断开1 ml AB(g)分子中的化学键使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能。下表列出了一些化学键的键能E：
请回答下列问题：
(1)如图表示某反应的能量变化关系，则该反应为__放热__(填“吸热”或“放热”)反应，其中ΔH＝__(a－b)kJ·ml－1__(用含有a、b的关系式表示)。
(2)若图示中表示反应H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ·ml－1，则b＝__926__ kJ·ml－1，x＝__496.4__kJ·ml－1。
(3)历史上曾用“地康法”制氯气，这一方法是用CuCl2作催化剂，在450 ℃利用空气中的氧气跟氯化氢反应制氯气，反应的化学方程式为__O2＋4HCleq \(=====,\s\up7(450℃),\s\d5(催化剂))2Cl2＋2H2O__。若忽略温度和压强对反应热的影响，根据上题中的有关数据，计算当反应中有1 ml电子转移时，反应的能量变化为__放出能量31.4_kJ__。
解析：(1)反应物的能量高于生成物，因此是放热反应。反应热为反应物与生成物的能量之差，即ΔH＝(a－b)kJ·ml－1。
(2)b表示H、O原子结合为气态水时的能量变化，其数值为463×2＝926；436＋eq \f(1,2)x－926＝－241.8，则x＝496.4。
(3)根据题意写出方程式。反应的ΔH＝(496.4＋431×4－247×2－463×4)kJ·ml－1＝－125.6 kJ·ml－1，则转移1 ml电子时反应放出的能量为31.4 kJ。
8．黄铁矿(主要成分为FeS2)的燃烧是工业上制硫酸时得到SO2的途径之一，反应的化学方程式为4FeS2＋11O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2。在25 ℃和101 kPa时，1 ml FeS2(s)完全燃烧生成Fe2O3(s)和SO2(g)时放出853 kJ的热量。这些热量(工业中叫做“废热”)在生产过程中得到了充分利用，大大降低了生产成本，对于节约资源、能源循环利用具有重要意义。
(1)请写出黄铁矿燃烧的热化学方程式。
(2)计算理论上1 kg黄铁矿(FeS2的含量为90%)完全燃烧放出的热量。
答案：(1)FeS2(s)＋eq \f(11,4)O2(g)＝eq \f(1,2)Fe2O3(s)＋2SO2(g) ΔH＝－853 KJ·ml－1
(2)6 397.5 KJ
解析：(1)根据题意，黄铁矿燃烧的热化学方程式为FeS2(s)＋eq \f(11,4)O2(g)===eq \f(1,2)Fe2O3(s)＋2SO2(g) ΔH＝－853 kJ·ml－1
(2)FeS2的摩尔质量为120 g·ml－1。1 kg黄铁矿含FeS2的质量为1 000 g×90%＝900 g。900 g FeS2的物质的量为eq \f(900 g,120 g·ml－1 )＝7.5 ml。理论上1 kg黄铁矿完全燃烧放出的热量为7.5 ml×853 kJ·ml－1＝6 397.5 kJ。
B 级·能力提升练
一、不定项选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)
1．硫酸是基础化学工业的重要产品，下列为接触法制硫酸的反应：
①4FeS2(s)＋11O2(g)===2Fe2O3(s)＋8SO2(g) ΔH＝－3 412 kJ·ml－1
②2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·ml－1
③SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130.3 kJ·ml－1
下列说法正确的是( CD )
A．反应②中使用催化剂越多释放出的热量越大
B．反应①中1 ml FeS2(s)参与反应放出的热量为3 412 kJ
C．64 g SO2与1 ml O2在密闭容器中发生反应释放出的热量小于98.3 kJ
D．FeS2生成H2SO4的热化学方程式可表示为2FeS2(s)＋eq \f(15,2)O2(g)＋4H2O(l)===Fe2O3(s)＋4H2SO4(l) ΔH＝－2 620.4 kJ·ml－1
解析：催化剂不影响反应热大小，A项错误；反应①中1 ml FeS2(s)参与反应放出的热量为eq \f(3 412,4)kJ＝853 kJ，故B项错误；64 g SO2的物质的量为1 ml，由于反应②是可逆反应，1 ml SO2不能完全反应，放出热量小于98.3 kJ，C项正确；由盖斯定律eq \f(1,2)×①＋2×②＋4×③可得：
2FeS2(g)＋eq \f(15,2)O2(g)＋4H2O(l)===Fe2O3(s)＋4H2SO4(l) ΔH＝－2 620.4 kJ·ml－1，D项正确。
2．已知Ca(OH)2固体溶于水放热，与Ca(OH)2体系相关的能量关系如图所示，下列说法正确的是( AC )
A．ΔH4＞0B．ΔH1＋ΔH2＞0
C．ΔH3＞ΔH2D．ΔH1＋ΔH2＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0
解析：过程Ca(OH)2(s)―→Ca2＋(g)＋2OH－(g)，要破坏离子键，且存在固体向气体的变化，该过程吸收热量，ΔH4＞0，A项正确；根据盖斯定律知，ΔH1＋ΔH2＝ΔH3，Ca(OH)2(s)溶于水放热，ΔH3＜0，从而得ΔH1＋ΔH2＜0，B项错；由于ΔH1＋ΔH2＝ΔH3，则有ΔH2＝ΔH3－ΔH1，过程Ca(OH)2(s)―→CaO(s)＋H2O(l)吸收热量，ΔH1＞0，可知ΔH3＞ΔH2，C项正确；根据盖斯定律可得：ΔH1＋ΔH2＝ΔH4＋ΔH5＋ΔH6，ΔH1＋ΔH2－ΔH4－ΔH5－ΔH6＝0，D项错误。
3．动画片《黑猫警长》有一集《失踪的纽扣》，最终黑猫警长破案，丢失的纽扣是由于锡纽扣在零下33度以下会变成粉末状，而失踪。
灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。已知：
①Sn(白，s)＋2HCl(aq)===SnCl2(aq)＋H2(g) ΔH1
②Sn(灰，s)＋2HCl(aq)===SnCl2(aq)＋H2(g) ΔH2
③Sn(灰，s)eq \(,\s\up7(＞13.2 ℃),\s\d5(＜13.2 ℃))Sn(白，s) ΔH3＝＋2.1 kJ·ml－1
下列说法正确的是( AD )
A．ΔH1＜ΔH2
B．锡在常温下以灰锡状态存在
C．灰锡转化为白锡的反应是放热反应
D．锡制器皿长期处于低于13.2 ℃的环境中，会自行毁坏
解析：常温下，灰锡将自发地转化为白锡，说明锡在常温下以白锡状态存在。锡制器皿(白锡)长期处于低于13.2 ℃的环境中，会发生白锡向灰锡转化的反应，由于灰锡以粉末状存在，所以锡制器皿会自行毁坏，B项错误，D项正确；ΔH3＝ΔH2－ΔH1＞0，也可知C项错误，A正确。
4.1,3－丁二烯CH2===CH—CH===CH2和2－丁炔CH3—C≡C—CH3是有机合成工业中常用的不饱和烃原材料，分别与氢气反应的热化学方程式如下：
CH2===CH—CH===CH2(g)＋2H2(g)―→CH3CH2CH2CH3(g) ΔH＝－236.6 kJ·ml－1
CH3—C≡C—CH3(g)＋2H2(g)―→CH3CH2CH2CH3(g) ΔH＝－272.7 kJ·ml－1
下列说法错误的是( CD )
A．可计算出1,3－丁二烯和2－丁炔相互转化的焓变ΔH
B．可比较1,3－丁二烯和2－丁炔分子的稳定性
C．不能比较1,3－丁二烯和2－丁炔的燃烧热数值的相对大小
D．可计算出2－丁炔中一个碳碳三键键能与1,3－丁二烯中两个碳碳双键键能之和的差值
解析：由题给热化学方程式可得CH2===CH—CH===CH2(g)―→CH3—C≡C—CH3(g) ΔH＝＋36.1 kJ·ml－1，由此可以得出其相互转化的焓变，故A正确；相同条件下2－丁炔转化为正丁烷放出热量比1,3－丁二烯多，说明1,3－丁二烯能量低，稳定，故B正确；1,3－丁二烯能量低，燃烧热数值也低，故C错误；1,3－丁二烯和2－丁炔所含的碳碳单键数目不同，所以不能判断一个碳碳三键的键能与两个碳碳双键的键能大小，故D错误。
二、非选择题
5．能源的发展日益成为全世界、全人类共同关心的问题，对现有资源的高效利用和新能源的开发显得尤为重要。CH4、H2、C都是优质的能源物质，它们燃烧的热化学方程式为
①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890.3 kJ·ml－1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝－571.6 kJ·ml－1
③C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3＝－393.5 kJ·ml－1
(1)在深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活，甲烷细菌使1 ml甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量__＝__(填“＞”“＜”或“＝”) 890.3 kJ。
(2)甲烷与CO2可用于合成水煤气(主要成分是一氧化碳和氢气)：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)，1 g CH4完全反应可释放15.46 kJ的热量，则：
①能表示该反应过程中能量变化的是__D__(填字母)。
②若将物质的量均为1 ml的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中，体系放出的热量随着时间的变化如图所示，则CH4的转化率为__63%__。
解析：(1)反应热与反应条件无关由CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·ml－1，得到甲烷细菌使1 ml甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量为890.3 kJ。
(2)①甲烷与CO2可用于合成水煤气(主要成分是一氧化碳和氢气)：CH4＋CO2===2CO＋2H2,1 g CH4完全反应可释放15.46 kJ的热量，计算1 ml甲烷完全反应放出的热量为247.36 kJ，图D正确；②依据①计算得到的反应的焓变，1 ml甲烷完全反应放出的热量为247.36 kJ，当放热155.8 kJ时，消耗甲烷的物质的量为eq \f(155.8,247.36) ml，即0.63 ml，故甲烷的转化率为63%。
学习目标
核心素养
1．通过盖斯定律的学习，理解盖斯定律，并能利用盖斯定律解决简单问题。
2．通过热化学方程式、中和热、燃烧热和盖斯定律的学习，能进行反应焓变的简单计算。
1．从宏观角度认识和掌握盖斯定律，培养宏观辨识和微观探析的能力。
2．认识化学变化的本质是既有新物质生成又伴有能量变化，并遵循盖斯定律，培养变化观念与平衡思想。
3．通过分析、推理等方法总结反应热与始态、终态的相互关系，建立认知模型，能运用模型解决有关反应热的计算。
盖斯定律
内容
(1)表述一：不论化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热__相同__。
(2)表述二：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。
理解
意义
eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(有些反应进行得很慢,有些反应不容易直接发生,有些反应的产品不纯))⇒
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(这给反应热的直接测定造成了困难，若应用,盖斯定律，可以间接把它们的反应热计算出来))
化合物
葡萄糖
H2O(l)
CO2
生成热/kJ·ml－1
1 259.8
285.8
393.5
计算依据
计算方法
热化学方程式
热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数
根据盖斯定律
根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式
根据燃烧热
可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热
根据化学键的变化
ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量总和－生成物的化学键形成所放出的能量总和
根据反应物和生成物的总能量
ΔH＝E总(生成物)－E总(反应物)
化学键
H—H
N≡N
键能/kJ·ml－1
435
943
化学键
N—N
O==O
N≡N
O—H
N—H
键能(kJ·ml－1)
154
500
942
463
a
共价键
H—H
H—O
键能/(kJ·ml－1)
436
463
热化学方程式
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－482 kJ·ml－1
化学键
H—H
Cl—Cl
O==O
C—Cl
C—H
O—H
H—Cl
E/(kJ·ml－1)
436
247
x
330
413
463
431
新课情境呈现
在化学科研中，经常要测量化学反应的反应热，但是某些物质的反应热，由于种种原因不能直接测得，只能通过化学计算的方式间接获得。
对于反应：C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g)，因为C燃烧时不可能完全生成CO，总有一部分CO2生成，因此这个反应的ΔH无法直接测得，那么该反应的反应热是如何确定的呢？
1840年，盖斯(G．H．Hess，瑞士化学家)从大量的实验事实中总结出一条规律：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。也就是说，化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与具体反应进行的途径无关。如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的，这就是盖斯定律。
课前素能奠基
新知预习
一、盖斯定律
二、反应热的计算
1．计算依据：
根据热化学方程式、盖斯定律和燃烧热可以计算化学反应的反应热。
2．实例——应用盖斯定律计算C燃烧生成CO的反应热：
已知：(1)C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·ml－1
(2)CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·ml－1
若C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g)的反应热为ΔH，求ΔH。
a．虚拟路径：
b．应用盖斯定律求解： ΔH1＝__ΔH＋ΔH2__
则：ΔH＝__ΔH1－ΔH2＝－393.5_kJ·ml－1－(－283.0_kJ·ml－1)＝－110.5_kJ·ml－1__。
预习自测
1．下列关于盖斯定律的说法不正确的是( D )
A．不管反应是一步完成还是分几步完成，其反应热相同
B．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
C．有些反应的反应热不能直接测得，可通过盖斯定律间接计算得到
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
解析：盖斯定律指若一个反应可以分步进行，则各步反应吸收或放出的热量总和与这个反应一步发生时吸收或放出的热量相同，A项正确；反应物的总能量与产物的总能量决定反应热效应，所以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，B项正确；有些反应很慢，有的反应有副反应，其反应热通过实验测定有困难，可以用盖斯定律间接计算出来，C项正确；方程式按一定系数比加和时其反应热也按该系数比加和，D项错误。
2．物质的生成热可定义为由稳定单质生成1 ml物质所放出的热量，如CO2气体的生成热就是1 ml C完全燃烧生成CO2气体时放出的热量，已知下列几种化合物的生成热分别是
则1 kg葡萄糖在人体内完全氧化生成CO2气体和液态水，最多可提供的能量约为( D )
A．3 225 kJ B．2 816 kJ
C．6 999 kJ D．15 644 kJ
解析：根据生成热的定义得下面三个热化学方程式：
6C(s)＋3O2(g)＋6H2(g)===C6H12O6(s) ΔH＝－1 259.8 kJ·ml－1 ①
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·ml－1 ②
O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·ml－1 ③
由②×6＋③×3－①得：
C6H12O6(s)＋6O2(g)=== 6CO2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－2 816 kJ·ml－1
故1 kg C6H12O6(s)完全氧化时放出的热量为2 816×eq \f(1 000,180)kJ≈15 644 kJ。
3．焦炭与水蒸气反应、甲烷与水蒸气反应均是工业上制取氢气的重要方法。这两个反应的热化学方程式分别为：
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋131.5 kJ·ml－1
②CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH2＝＋205.9 kJ·ml－1
试计算CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH。
答案：＋74.4 kJ·ml－1
解析：分析各化学方程式的关系可以得出，将反应①的逆反应与反应②相加，得到反应：CH4(g)===C(s)＋2H2(g)即：
CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(g) ΔH3＝－ΔH1＝－131.5 kJ·ml－1
CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH2＝＋205.96 kJ·ml－1
CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH＝？
根据盖斯定律： ΔH＝ΔH3＋ΔH2＝ΔH2－ΔH1
＝＋205.9 kJ·ml－1－131.5 kJ·ml－1＝＋74.4 kJ·ml－1。
课堂素能探究
知识点
盖斯定律的应用
问题探究：1．一定量固态碳在炉膛内完全燃烧，放出热量为Q1 kJ；向炽热的炉膛内通入水蒸气会产生水煤气，水煤气完全燃烧，此过程共放出热量为Q2 kJ；若炉膛内按两种方法燃烧等质量固态碳，试讨论Q1、Q2的大小关系。
2．合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能，在配合氢能的开发中起着重要作用。贮氢合金ThNi，可催化由CO、H2合成CH4的反应。已知温度为T时：CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋165 kJ·ml－1，CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ·ml－1。温度为T时，试写出CO、H2合成CH4的热化学方程式。
探究提示：1．根据盖斯定律，两种情况下的始态与终态相同，故放出的热量是相同的，即Q1＝Q2。
2．CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g) ΔH＝－206 kJ·ml－1
知识归纳总结：
1．盖斯定律应用的常用方法：
(1)虚拟路径法：若反应物A变为生成物D，可以有两个途径：
①由A直接变成D，反应热为ΔH；②由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，如图所示：eq \x(A)eq \(――→,\s\up7(ΔH1))eq \x(B)eq \(――→,\s\up7(ΔH2))eq \x(C)eq \(――→,\s\up7(ΔH3))eq \x(D)ΔH，则有：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2)加和法：
①确定待求反应的热化学方程式。
②找出待求热化学方程式中各物质出现在已知方程式中的位置(是同侧还是异侧)。
③利用同侧相加、异侧相减进行处理。
④根据待求方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知反应的化学计量数，并消去中间产物。
⑤实施叠加并确定ΔH的变化。
2．应用盖斯定律计算反应热时的注意事项：
(1)热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数；(2)热化学方程式相加减时，同种物质之间相加减，反应热也随之相加减(带符号)；(3)将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋”“－”号相反，但数值不变。
典例1 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变化如下：
①2AlH3(s)===2Al(s)＋3H2(g) ΔH1
②H2(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH2
③Al(s)===Al(g) ΔH3
④Al(g)＋eq \f(3,4)O2(g)===eq \f(1,2)Al2O3(s) ΔH4
下列分析正确的是( D )
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的燃烧热
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
解析：化学反应是放热反应还是吸热反应，与反应条件无关，同时AlH3燃烧是放热反应，A项错误；H2的燃烧热指的是1 ml H2完全燃烧生成1 ml H2O(l)释放的能量，B项错误；反应过程中，a点温度最高，反应放出了许多能量，物质所具有的总能量不是最高，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。
〔变式训练1〕已知：C2H5OH(l)===C2H5OH(g) ΔH1
6H2O＋6CO2(g)===C6H12O6(g)＋6O2(g) ΔH2
C6H12O6(g)===2C2H5OH(l)＋2CO2(g) ΔH3
C2H5OH(g)＋3O2(g)===3H2O(g)＋2CO2(g) ΔH4
下列说法正确的是( C )
A．ΔH1＜ΔH4
B．ΔH3＋2ΔH4＋ΔH2＝0
C．2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋2ΔH4＝0
D．2ΔH1－ΔH2＋ΔH3＋2ΔH4＝0
解析：C2H5OH(l)===C2H5OH(g)为吸热过程，ΔH1＞0，A项错；题目中四个热化学过程分别标记为①②③
④，由盖斯定律得2ΔH1＝ΔH3＋2ΔH2＋2ΔH4 ΔH1＞0，ΔH3＋2ΔH4＋ΔH2＞0，B项错；据盖斯定律②×1＋②＋③得到6H2O(g)＋4CO2(g)===2C2H5OH(g)＋6O2(g) ΔH＝2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－2ΔH4，即2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋2ΔH4＝0，C项正确，D项错，故选C。
知识点
反应热的计算与比较
问题探究：1．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。共价键的键能是两种原子间形成1 ml共价键(或其逆过程)时释放(或吸收)的能量。已知H—H键的键能为436 kJ·ml－1，Cl—Cl键的键能为243 kJ·ml－1，H—Cl键的键能为431 kJ·ml－1，则H2(g)＋Cl2(g)=== 2HCl(g)的反应热(ΔH)等于多少？
2．等质量的红磷和白磷都完全燃烧，放出的热量是否相等？请解释原因。
探究提示：1．ΔH＝436 kJ·ml－1＋243 kJ·ml－1－2×431 kJ·ml－1＝－183 kJ·ml－1。
2．不相等。因为等质量的红磷和白磷的能量不相同，即反应物的总能量不同而生成物的总能量相同，则放出的热量不同。
知识归纳总结：
1．反应热的计算：
2．反应热的大小比较：
(1)同一反应生成物状态不同时。
A(g)＋B(g)===C(g) ΔH1＜0
A(g)＋B(g)===C(l) ΔH2＜0
因为C(g)===C(l) ΔH3＜0， ΔH3＝ΔH2－ΔH1，所以ΔH2＜ΔH1。
(2)同一反应反应物状态不同时。
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＜0
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＜0
S(g)eq \(――→,\s\up7(ΔH3))S(s)eq \(――→,\s\up7(ΔH2))SΔH1O2(g) ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH3＝ΔH1－ΔH2，又ΔH3＜0，所以ΔH1＜ΔH2。
(3)两个有联系的不同反应相比。
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＜0
C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH2＜0
C(s)eq \(――→,\s\up7(ΔH1))CO2(g)
C(s)eq \(――→,\s\up7(ΔH2))CO(g)eq \(――→,\s\up7(ΔH3))CO2(g) ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH3＝ΔH1－ΔH2
又ΔH3＜0，所以ΔH2＞ΔH1。
典例2 氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
(1)如图是N2(g)和H2(g)反应生成1 ml NH3(g)过程中能量的变化示意图，请写出N2(g)和H2(g)反应的热化学方程式：__N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·ml－1__。
(2)若已知下列数据：
根据表中及图中数据计算N—H键的键能是__390__kJ·ml－1。
(3)用NH3催化还原NO，还可以消除氮氧化物的污染。已知：
4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－a kJ·ml－1 ①
N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH2＝－b kJ·ml－1②
求：若1 ml NH3还原NO至N2，则该反应过程中的反应热ΔH3＝__(3b－a)/4__kJ·ml－1(用含a、b的式子表示)。
解析：(1)由图像可知，该反应为放热反应，且生成1 ml NH3(g)时，放出的热量为(300－254)kJ＝46 kJ。故N2和H2反应的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·ml－1。
(2)设N—H键的键能为x，故反应热ΔH＝－92 kJ·ml－1＝(3×435＋943)kJ·ml－1－6x，解得x＝390 kJ·ml－1。
(3)将②×3，反写，然后再与①相加，可得4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g)，故其反应热ΔH＝(3b－a)kJ·ml－1，故1 ml NH3还原NO至N2，反应热为(3b－a)/4 kJ·ml－1。
规律方法指导：
利用键能计算ΔH的方法 ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量总和－生成物的化学键形成所放出的能量总和
〔变式训练2〕《本草纲目》中记载“(火药)乃焰消(KNO3)、硫磺、杉木炭所合，以为烽燧铳机诸药者”。火药燃烧爆炸时发生的反应为S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g) ΔH＝x kJ·ml－1。已知：
①碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·ml－1
②S(s)＋2K(g)===K2S(s) ΔH2＝b kJ·ml－1
③2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s) ΔH3＝c kJ·ml－1，则x为( A )
A．3a＋b－c B．c－3a－b
C．a－b－c D．c－a－b
解析：①碳燃烧的热化学方程式为：
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝a kJ·ml－1
②S(s)＋2K(g)===K2S(s) ΔH2＝b kJ·ml－1
③2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s) ΔH3＝c kJ·ml－1
根据盖斯定律，①×3＋②－③可得：
S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g) ΔH＝x kJ·ml－1＝(a kJ·ml－1)×3＋b kJ·ml－1－c kJ·ml－1＝(3a＋b－c)kJ·ml－1，故选A。
名师博客呈现
盖斯简介
盖斯，瑞士化学家，1802年8月8日生于瑞士日内瓦市一个画家家庭，三岁时随父亲定居俄国莫斯科，因而在俄国上学和工作。1825年毕业于多尔帕特大学医学系，并获得医学博士学位。1826年弃医专攻化学，并到瑞典斯德哥尔摩柏济力阿斯实验室专修化学，从此与柏济力阿斯结成了深厚的友谊。回国后到乌拉尔做地质调查和勘探工作，后又到伊尔库茨克研究矿物。1828年由于在化学上的卓越贡献被选为圣彼得堡科学院院士，旋即被聘为圣彼得堡工艺学院理论化学教授兼中央师范学院和矿业学院教授。
盖斯早年从事分析化学的研究，曾对巴库附近的矿物和天然气进行分析，作出了一定成绩，之后还曾发现蔗糖可氧化成糖二酸。1830年专门从事化学热效应测定方法的改进，曾改进拉瓦锡和拉普拉斯的冰量热计，从而较准确地测定了化学反应中的热量。1840年经过许多次实验，他总结出一条规律：在任何化学反应过程中的热量，不论该反应是一步完成的还是分步进行的，其总热量变化是相同的。这就是举世闻名的盖斯定律。
课堂达标验收
1．我国长征系列运载火箭使用的是以液氢为燃烧剂，液氧为氧化剂的高能低温推进剂，已知：
(1)H2(g)===H2(l) ΔH1＝－0.92 kJ·ml－1
(2)O2(g)===O2(l) ΔH2＝－6.84 kJ·ml－1
(3)如图：
下列说法正确的是( C )
A．2 ml H2(g)与1 ml O2(g)所具有的总能量比2 ml H2O(g)所具有的总能量低
B．氢气的燃烧热为ΔH＝－241.8 kJ·ml－1
C．液氢燃烧的热化学方程式2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－474.92 kJ·ml－1
D．H2O(g)变成H2O(l)的过程中，断键吸收的能量小于成键放出的能量
解析：由图像分析，2 ml H2(g)与1 mlO2(g)反应生成2 ml H2O(g)，放出483.6 kJ的热量，故2 ml H2(g)与1 ml O2(g)所具有的总能量比2 ml H2O(g)所具有的总能量高，A错误；氢气的燃烧热是指1 ml氢气完全燃烧生成液态水放出的热量，故氢气的燃烧热为eq \f(483.6 kJ·ml－1＋88 kJ·ml－1,2)＝285.8 kJ·ml－1，B错误；由图像分析，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1＝－483.6 kJ·ml－1①，H2(g)===H2(l) ΔH1＝－0.92 kJ·ml－1②，O2(g)===O2(l) ΔH2＝－6.84 kJ·ml－1③，将①－②×2－③可得2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－474.92 kJ·ml－1，故C正确；H2O(g)生成H2O(l)为物理变化，不存在化学键的断裂和生成，故D错误。
2．下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
下列说法不正确的是( C )
A．通过计算，可知系统(Ⅰ)制备氢气的热化学方程式为H2O(l)===H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g) ΔH＝＋286 kJ·ml－1
B．通过计算，可知系统(Ⅱ)制备氢气的热化学方程式为H2S(g)===H2(g)＋S(s) ΔH＝＋20 kJ·ml－1
C．若反应H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－a kJ·ml－1，则a＞286
D．制得等量H2所需能量较少的是热化学硫碘循环硫化氢分解法
解析：该反应的焓变为ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝＋286 kJ·ml－1，故A正确；该反应的焓变为ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝＋20 kJ·ml－1，故B正确；对于反应H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l)来说，反应的焓变ΔH＝－286 kJ·ml－1，由气态水变化为液态水需要放热，所以反应H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝(－286＋Q)kJ·ml－1，其中Q为正值，则a＝286－Q＜286，故C错误；根据焓变比较，第一种反应的焓变为＋286 kJ·ml－1，第二种反应的焓变为＋20 kJ·ml－1，显然利用第二种制得等量H2所需能量较少，即利用热化学硫碘循环硫化氢分解法，故D正确。
3．金刚石和石墨均为碳的同素异形体，氧气不足时它们燃烧生成一氧化碳，充分燃烧时生成二氧化碳，反应中放出的热量如图所示。
(1)写出石墨转化为金刚石的热化学方程式__C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH＝＋1.5 kJ·ml－1__。
(2)写出石墨和二氧化碳反应生成一氧化碳的热化学方程式__C(s，石墨)＋CO2(g)===2CO(g) ΔH＝＋172.5 kJ·ml－1__。
(3)科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：
①判断CO和O生成CO2是放热反应的依据是__状态Ⅰ的能量高于状态Ⅲ的能量__。
②写出CO2的电子式__∶eq \(O,\s\up6(··))∶·eq \\al(×,×)Ceq \\al(×,×)∶eq \(O,\s\up6(··))∶__，CO2含有的化学键类型是(若含共价键，请标明极性或非极性)__极性共价键__。
解析：(1)根据图像可知石墨的总能量低于金刚石，石墨转化为金刚石的反应热为＋(395.0－283.0－110.5)kJ·ml－1＝＋1.5kJ·ml－1，因此石墨转化为金刚石的热化学方程式为C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH＝＋1.5 kJ·ml－1。
(2)根据图像可知：
①C(s，石墨)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5 kJ·ml－1
②CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·ml－1
根据盖斯定律可知①－②即可得到石墨和二氧化碳反应生成一氧化碳的热化学方程式为C(s，石墨)＋CO2(g)===2CO(g) ΔH＝＋172.5 kJ·ml－1。
(3)①根据图像可知状态Ⅰ的能量高于状态Ⅲ的能量，所以CO和O生成CO2是放热反应。
②二氧化碳是共价化合物，则CO2的电子式为：∶eq \(O,\s\up6(··))∶·eq \\al(×,×)Ceq \\al(×,×)∶eq \(O,\s\up6(··))∶，碳氧是不同的非金属元素，则CO2含有的化学键类型是极性共价键。
4.2020年1月7日23时20分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将通信技术试验卫星五号发射升空。
(1)长征三号乙运载火箭的一子级、助推器和二子级使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)作为推进剂。N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g)，并放出大量热，已知10.0 g液态偏二甲肼与液态四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量，书写该反应的热化学方程式。
(2)长征三号乙运载火箭的三子级使用的是效能更高的液氢和液氧作为推进剂。已知：
①H2(g)===H2(l) ΔH＝－0.92 kJ·ml－1
②O2(g)===O2(l) ΔH＝－6.84 kJ·ml－1
③H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44.0 kJ·ml－1
④H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·ml－1
请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式。
(3)肼(N2H4)常用作火箭燃料。
肼(H2N—NH2)的有关化学反应的能量变化如图所示：
计算下表中的a值。
答案：(1)C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g) ΔH＝－2 550.0 kJ·ml－1
(2)H2(l)＋eq \f(1,2)O2(l)===H2O(g) ΔH＝－237.46 kJ·ml－1
(3)391
解析：(1)N2O4与偏二甲肼反应的产物为CO2、N2和气态水，1 ml C2H8N2(l)与N2O4(l)完全燃烧放出的热量为eq \f(425 kJ,10.0 g)×60 g＝2 550.0 kJ。该反应的热化学方程式为C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g) ΔH＝－2 550.0 kJ·ml－1。
(2)根据盖斯定律，由④＋③－①－②×eq \f(1,2)得：H2(l)＋eq \f(1,2)O2(l)===H2O(g) ΔH＝－237.46 kJ·ml－1。
(3)391。由能量变化图示可知，反应N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)的ΔH1＝－576 kJ·ml－1，根据反应热与键能的关系可知ΔH1＝(4a kJ·ml－1＋154 kJ·ml－1＋500 kJ·ml－1)－(942 kJ·ml－1＋4×463 kJ·ml－1)＝－576 kJ·ml－1，解得a＝391。
夯基提能作业
A 级·基础达标练
一、选择题
1．已知H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ·ml－1，则反应HCl(g)===eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g)的ΔH为( D )
A．＋184.6 kJ·ml－1 B．－92.3 kJ·ml－1
C．－369.2 kJ·ml－1 D．＋92.3 kJ·ml－1
解析：依据热化学方程式的书写原则和方法，已知热化学方程式为H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ·ml－1，改变方向，焓变变为正值，方程式系数除以2，焓变也除以2，得热化学方程式为HCl(g)===eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g) ΔH＝＋92.3 kJ·ml－1，故选D。
2．(2021·浙江1月，20)已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表：
则2O(g)===O2(g)的ΔH为( D )
A．428 kJ·ml－1 B．－428 kJ·ml－1
C．498 kJ·ml－1 D．－498 kJ·ml－1
解析：由ΔH＝E(反应物的键能总和)－E(生成物的键能总和)可得关系式：2E(H—H)＋E(氧气中的共价键)－4E(H—O)＝2×436 kJ·ml－1＋E(氧气中的共价键)－4×463 kJ·ml－1＝－482 kJ·ml－1，解得E(氧气中的共价键)＝498 kJ·ml－1,2个氧原子结合生成氧气的过程释放能量，所以2O(g)===O2(g) ΔH＝－498 kJ·ml－1，故选D。
3．已知：
①H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH1＝a kJ·ml－1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2＝b kJ·ml－1
③H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH3＝c kJ·ml－1
④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH4＝d kJ·ml－1
则a、b、c、d的关系正确的是( C )
A．a＜c＜0 B．b＞d＞0
C．2a＝b＜0 D．2c＝d＞0
解析：反应①和③相比，③放出热量多，a大于c，A项错；氢气的燃烧是放热反应，b和d均为负值，B项错；反应②是①的二倍，故b＝2a，而且燃烧放热，即b＝2a＜0，C项正确；氢气的燃烧是放热反应，c和d均为负值，故D项错误。
4．在25 ℃、101 kPa条件下，H2(g)、C(s)、CH3COOH(l)的燃烧热分别为285.8 kJ·ml－1、393.5 kJ·ml－1、870.3 kJ·ml－1，则2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为( A )
A．－488.3 kJ·ml－1 B．＋488.3 kJ·ml－1
C．－191 kJ·ml－1 D．＋191 kJ·ml－1
解析：据燃烧热，则有：
①H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·ml－1，②C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·ml－1，③CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－870.3 kJ·ml－1，由盖斯定律可知，①×2＋②×2－③可得反应2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l) ΔH＝2×(－285.8 kJ·ml－1)＋2×(－393.5 kJ·ml－1)＋870.3 kJ·ml－1＝－488.3 kJ·ml－1，故选A。
5．钛被称为“第三金属”。用钛合金制成的“钛潜艇”，可潜入4 500米的深度。“钛飞机”坚实又轻便，时速每小时可超过300千米。在航天事业中，钛可制成飞船的“外衣”，防高温的侵袭。
将TiO2转化为TiCl4是工业冶炼金属钛的主要反应之一。已知：
TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)＋O2(g) ΔH＝＋140.5 kJ·ml－1
C(石墨，s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH＝－110.5 kJ·ml－1
则反应TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(石墨，s)===TiCl4(l)＋2CO(g)的ΔH是( D )
A．＋80.5 kJ·ml－1 B．＋30.0 kJ·ml－1
C．－30.0 kJ·ml－1 D．－80.5 kJ·ml－1
解析：按题干顺序给两个热化学方程式编号为①②，根据盖斯定律，①＋②×2，得到TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(石墨，s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－80.5 kJ·ml－1。
6．半导体工业用石英砂作原料通过三个重要反应生产单质硅：
①SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g) ΔH＝＋682.44 kJ·ml－1
(石英砂) (粗硅)
②Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(g) ΔH＝－657.01 kJ·ml－1
③SiCl4(g)＋2Mg(s)===2MgCl2(s)＋Si(s) ΔH＝－625.63 kJ·ml－1
(纯硅)
生产1.00 kg纯硅的总反应热约为( D )
A．2.43×104 kJ B．－2.35×104 kJ
C．－2.23×104 kJ D．－2.14×104 kJ
解析：利用盖斯定律将①＋②＋③可得：
SiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)＋2Mg(s)===Si(s)＋2CO(g)＋2MgCl2(s) ΔH＝－600.2 kJ·ml－1
生产1.00 kg纯硅时总反应热为－600.2 kJ·ml－1×eq \f(1.00×103 g,28 g·ml－1)≈－2.14×104 kJ。
二、非选择题
7．断开1 ml AB(g)分子中的化学键使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能。下表列出了一些化学键的键能E：
请回答下列问题：
(1)如图表示某反应的能量变化关系，则该反应为__放热__(填“吸热”或“放热”)反应，其中ΔH＝__(a－b)kJ·ml－1__(用含有a、b的关系式表示)。
(2)若图示中表示反应H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ·ml－1，则b＝__926__ kJ·ml－1，x＝__496.4__kJ·ml－1。
(3)历史上曾用“地康法”制氯气，这一方法是用CuCl2作催化剂，在450 ℃利用空气中的氧气跟氯化氢反应制氯气，反应的化学方程式为__O2＋4HCleq \(=====,\s\up7(450℃),\s\d5(催化剂))2Cl2＋2H2O__。若忽略温度和压强对反应热的影响，根据上题中的有关数据，计算当反应中有1 ml电子转移时，反应的能量变化为__放出能量31.4_kJ__。
解析：(1)反应物的能量高于生成物，因此是放热反应。反应热为反应物与生成物的能量之差，即ΔH＝(a－b)kJ·ml－1。
(2)b表示H、O原子结合为气态水时的能量变化，其数值为463×2＝926；436＋eq \f(1,2)x－926＝－241.8，则x＝496.4。
(3)根据题意写出方程式。反应的ΔH＝(496.4＋431×4－247×2－463×4)kJ·ml－1＝－125.6 kJ·ml－1，则转移1 ml电子时反应放出的能量为31.4 kJ。
8．黄铁矿(主要成分为FeS2)的燃烧是工业上制硫酸时得到SO2的途径之一，反应的化学方程式为4FeS2＋11O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2。在25 ℃和101 kPa时，1 ml FeS2(s)完全燃烧生成Fe2O3(s)和SO2(g)时放出853 kJ的热量。这些热量(工业中叫做“废热”)在生产过程中得到了充分利用，大大降低了生产成本，对于节约资源、能源循环利用具有重要意义。
(1)请写出黄铁矿燃烧的热化学方程式。
(2)计算理论上1 kg黄铁矿(FeS2的含量为90%)完全燃烧放出的热量。
答案：(1)FeS2(s)＋eq \f(11,4)O2(g)＝eq \f(1,2)Fe2O3(s)＋2SO2(g) ΔH＝－853 KJ·ml－1
(2)6 397.5 KJ
解析：(1)根据题意，黄铁矿燃烧的热化学方程式为FeS2(s)＋eq \f(11,4)O2(g)===eq \f(1,2)Fe2O3(s)＋2SO2(g) ΔH＝－853 kJ·ml－1
(2)FeS2的摩尔质量为120 g·ml－1。1 kg黄铁矿含FeS2的质量为1 000 g×90%＝900 g。900 g FeS2的物质的量为eq \f(900 g,120 g·ml－1 )＝7.5 ml。理论上1 kg黄铁矿完全燃烧放出的热量为7.5 ml×853 kJ·ml－1＝6 397.5 kJ。
B 级·能力提升练
一、不定项选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)
1．硫酸是基础化学工业的重要产品，下列为接触法制硫酸的反应：
①4FeS2(s)＋11O2(g)===2Fe2O3(s)＋8SO2(g) ΔH＝－3 412 kJ·ml－1
②2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·ml－1
③SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130.3 kJ·ml－1
下列说法正确的是( CD )
A．反应②中使用催化剂越多释放出的热量越大
B．反应①中1 ml FeS2(s)参与反应放出的热量为3 412 kJ
C．64 g SO2与1 ml O2在密闭容器中发生反应释放出的热量小于98.3 kJ
D．FeS2生成H2SO4的热化学方程式可表示为2FeS2(s)＋eq \f(15,2)O2(g)＋4H2O(l)===Fe2O3(s)＋4H2SO4(l) ΔH＝－2 620.4 kJ·ml－1
解析：催化剂不影响反应热大小，A项错误；反应①中1 ml FeS2(s)参与反应放出的热量为eq \f(3 412,4)kJ＝853 kJ，故B项错误；64 g SO2的物质的量为1 ml，由于反应②是可逆反应，1 ml SO2不能完全反应，放出热量小于98.3 kJ，C项正确；由盖斯定律eq \f(1,2)×①＋2×②＋4×③可得：
2FeS2(g)＋eq \f(15,2)O2(g)＋4H2O(l)===Fe2O3(s)＋4H2SO4(l) ΔH＝－2 620.4 kJ·ml－1，D项正确。
2．已知Ca(OH)2固体溶于水放热，与Ca(OH)2体系相关的能量关系如图所示，下列说法正确的是( AC )
A．ΔH4＞0B．ΔH1＋ΔH2＞0
C．ΔH3＞ΔH2D．ΔH1＋ΔH2＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0
解析：过程Ca(OH)2(s)―→Ca2＋(g)＋2OH－(g)，要破坏离子键，且存在固体向气体的变化，该过程吸收热量，ΔH4＞0，A项正确；根据盖斯定律知，ΔH1＋ΔH2＝ΔH3，Ca(OH)2(s)溶于水放热，ΔH3＜0，从而得ΔH1＋ΔH2＜0，B项错；由于ΔH1＋ΔH2＝ΔH3，则有ΔH2＝ΔH3－ΔH1，过程Ca(OH)2(s)―→CaO(s)＋H2O(l)吸收热量，ΔH1＞0，可知ΔH3＞ΔH2，C项正确；根据盖斯定律可得：ΔH1＋ΔH2＝ΔH4＋ΔH5＋ΔH6，ΔH1＋ΔH2－ΔH4－ΔH5－ΔH6＝0，D项错误。
3．动画片《黑猫警长》有一集《失踪的纽扣》，最终黑猫警长破案，丢失的纽扣是由于锡纽扣在零下33度以下会变成粉末状，而失踪。
灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。已知：
①Sn(白，s)＋2HCl(aq)===SnCl2(aq)＋H2(g) ΔH1
②Sn(灰，s)＋2HCl(aq)===SnCl2(aq)＋H2(g) ΔH2
③Sn(灰，s)eq \(,\s\up7(＞13.2 ℃),\s\d5(＜13.2 ℃))Sn(白，s) ΔH3＝＋2.1 kJ·ml－1
下列说法正确的是( AD )
A．ΔH1＜ΔH2
B．锡在常温下以灰锡状态存在
C．灰锡转化为白锡的反应是放热反应
D．锡制器皿长期处于低于13.2 ℃的环境中，会自行毁坏
解析：常温下，灰锡将自发地转化为白锡，说明锡在常温下以白锡状态存在。锡制器皿(白锡)长期处于低于13.2 ℃的环境中，会发生白锡向灰锡转化的反应，由于灰锡以粉末状存在，所以锡制器皿会自行毁坏，B项错误，D项正确；ΔH3＝ΔH2－ΔH1＞0，也可知C项错误，A正确。
4.1,3－丁二烯CH2===CH—CH===CH2和2－丁炔CH3—C≡C—CH3是有机合成工业中常用的不饱和烃原材料，分别与氢气反应的热化学方程式如下：
CH2===CH—CH===CH2(g)＋2H2(g)―→CH3CH2CH2CH3(g) ΔH＝－236.6 kJ·ml－1
CH3—C≡C—CH3(g)＋2H2(g)―→CH3CH2CH2CH3(g) ΔH＝－272.7 kJ·ml－1
下列说法错误的是( CD )
A．可计算出1,3－丁二烯和2－丁炔相互转化的焓变ΔH
B．可比较1,3－丁二烯和2－丁炔分子的稳定性
C．不能比较1,3－丁二烯和2－丁炔的燃烧热数值的相对大小
D．可计算出2－丁炔中一个碳碳三键键能与1,3－丁二烯中两个碳碳双键键能之和的差值
解析：由题给热化学方程式可得CH2===CH—CH===CH2(g)―→CH3—C≡C—CH3(g) ΔH＝＋36.1 kJ·ml－1，由此可以得出其相互转化的焓变，故A正确；相同条件下2－丁炔转化为正丁烷放出热量比1,3－丁二烯多，说明1,3－丁二烯能量低，稳定，故B正确；1,3－丁二烯能量低，燃烧热数值也低，故C错误；1,3－丁二烯和2－丁炔所含的碳碳单键数目不同，所以不能判断一个碳碳三键的键能与两个碳碳双键的键能大小，故D错误。
二、非选择题
5．能源的发展日益成为全世界、全人类共同关心的问题，对现有资源的高效利用和新能源的开发显得尤为重要。CH4、H2、C都是优质的能源物质，它们燃烧的热化学方程式为
①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890.3 kJ·ml－1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝－571.6 kJ·ml－1
③C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3＝－393.5 kJ·ml－1
(1)在深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活，甲烷细菌使1 ml甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量__＝__(填“＞”“＜”或“＝”) 890.3 kJ。
(2)甲烷与CO2可用于合成水煤气(主要成分是一氧化碳和氢气)：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)，1 g CH4完全反应可释放15.46 kJ的热量，则：
①能表示该反应过程中能量变化的是__D__(填字母)。
②若将物质的量均为1 ml的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中，体系放出的热量随着时间的变化如图所示，则CH4的转化率为__63%__。
解析：(1)反应热与反应条件无关由CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·ml－1，得到甲烷细菌使1 ml甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量为890.3 kJ。
(2)①甲烷与CO2可用于合成水煤气(主要成分是一氧化碳和氢气)：CH4＋CO2===2CO＋2H2,1 g CH4完全反应可释放15.46 kJ的热量，计算1 ml甲烷完全反应放出的热量为247.36 kJ，图D正确；②依据①计算得到的反应的焓变，1 ml甲烷完全反应放出的热量为247.36 kJ，当放热155.8 kJ时，消耗甲烷的物质的量为eq \f(155.8,247.36) ml，即0.63 ml，故甲烷的转化率为63%。
学习目标
核心素养
1．通过盖斯定律的学习，理解盖斯定律，并能利用盖斯定律解决简单问题。
2．通过热化学方程式、中和热、燃烧热和盖斯定律的学习，能进行反应焓变的简单计算。
1．从宏观角度认识和掌握盖斯定律，培养宏观辨识和微观探析的能力。
2．认识化学变化的本质是既有新物质生成又伴有能量变化，并遵循盖斯定律，培养变化观念与平衡思想。
3．通过分析、推理等方法总结反应热与始态、终态的相互关系，建立认知模型，能运用模型解决有关反应热的计算。
盖斯定律
内容
(1)表述一：不论化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热__相同__。
(2)表述二：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。
理解
意义
eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(有些反应进行得很慢,有些反应不容易直接发生,有些反应的产品不纯))⇒
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(这给反应热的直接测定造成了困难，若应用,盖斯定律，可以间接把它们的反应热计算出来))
化合物
葡萄糖
H2O(l)
CO2
生成热/kJ·ml－1
1 259.8
285.8
393.5
计算依据
计算方法
热化学方程式
热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数
根据盖斯定律
根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式
根据燃烧热
可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热
根据化学键的变化
ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量总和－生成物的化学键形成所放出的能量总和
根据反应物和生成物的总能量
ΔH＝E总(生成物)－E总(反应物)
化学键
H—H
N≡N
键能/kJ·ml－1
435
943
化学键
N—N
O==O
N≡N
O—H
N—H
键能(kJ·ml－1)
154
500
942
463
a
共价键
H—H
H—O
键能/(kJ·ml－1)
436
463
热化学方程式
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－482 kJ·ml－1
化学键
H—H
Cl—Cl
O==O
C—Cl
C—H
O—H
H—Cl
E/(kJ·ml－1)
436
247
x
330
413
463
431
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