2024年大二輪化學（新高考）教案：專題五主觀題突破1熱化學方程式的書寫與焓變的計算

1.熱化學方程式的書寫與焓變的計算1．焓變的計算(1)根據(jù)(相對)能量計算ΔH＝H總(生成物)－H總(反應(yīng)物)(2)根據(jù)鍵能計算ΔH＝∑E(反應(yīng)物鍵能)－∑E(生成物鍵能)(3)根據(jù)活化能計算ΔH＝E(正反應(yīng)的活化能)－E(逆反應(yīng)的活化能)。2．熱化學方程式書寫易出現(xiàn)的錯誤(1)未標明反應(yīng)物或生成物的狀態(tài)而造成錯誤。(2)反應(yīng)熱的符號使用不正確，即吸熱反應(yīng)未標出“＋”號，放熱反應(yīng)未標出“－”號，從而導致錯誤。(3)漏寫ΔH的單位，或者將ΔH的單位寫為kJ，從而造成錯誤。(4)反應(yīng)熱的數(shù)值與方程式的計量數(shù)不對應(yīng)而造成錯誤。(5)對燃燒熱的概念理解不到位，忽略其標準是1mol可燃物而造成錯誤。(6)對中和反應(yīng)反應(yīng)熱理解不準確。①強酸與強堿中和反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH＝－57.3kJ·mol－1，若用弱酸代替強酸(或用弱堿代替強堿)，因電離吸熱，放出的熱量減少。②若用濃硫酸(或NaOH固體)作反應(yīng)物，放出熱量增多。③若是稀硫酸和Ba(OH)2反應(yīng)，生成1molH2O(l)時所釋放的熱量會比57.3kJ多，原因是H＋與OH－結(jié)合成1molH2O(l)的同時，Ba2＋和SOeq\o\al(2－,4)結(jié)合成BaSO4沉淀也會放熱。提醒對于具有同素異形體的物質(zhì)，除了要注明聚集狀態(tài)之外，還要注明物質(zhì)的名稱。如：①S(單斜，s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH1＝－297.16kJ·mol－1②S(正交，s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2＝－296.83kJ·mol－1③S(單斜，s)=S(正交，s)ΔH3＝－0.33kJ·mol－13．蓋斯定律(1)ΔH與蓋斯定律利用蓋斯定律求熱化學方程式中的焓變ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。(2)蓋斯定律的答題模板——疊加法步驟1“倒”為了將方程式相加得到目標方程式，可將部分方程式顛倒過來，反應(yīng)熱的數(shù)值不變，但符號相反。這樣就不用再做減法運算了，實踐證明，方程式相減時往往容易出錯。步驟2“乘”為了將方程式相加得到目標方程式，可將方程式乘以某個倍數(shù)，反應(yīng)熱也要乘以相應(yīng)倍數(shù)。步驟3“加”上面的兩個步驟做好了，只要將方程式相加即可得目標方程式，反應(yīng)熱也要相加。1．[2023·新課標卷，29(1)]根據(jù)圖示數(shù)據(jù)計算反應(yīng)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)=NH3(g)的ΔH＝__________kJ·mol－1。答案－45解析=kJ·mol－1＝－45kJ·mol－1。2．[2021·湖南，16(1)]氨氣中氫含量高，是一種優(yōu)良的小分子儲氫載體，且安全、易儲運，可通過下面兩種方法由氨氣得到氫氣。方法Ⅰ.氨熱分解法制氫氣相關(guān)化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)化學鍵N≡NH—HN—H鍵能E/(kJ·mol－1)946436.0390.8在一定溫度下，利用催化劑將NH3分解為N2和H2。反應(yīng)2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝______kJ·mol－1。答案＋90.8解析根據(jù)反應(yīng)熱＝反應(yīng)物的總鍵能－生成物的總鍵能，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝390.8kJ·mol－1×3×2－(946kJ·mol－1＋436.0kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。3．[2023·湖南，16(1)]已知下列反應(yīng)的熱化學方程式：①C6H5C2H5(g)＋eq\f(21,2)O2(g)=8CO2(g)＋5H2O(g)ΔH1＝－4386.9kJ·mol－1②C6H5CH=CH2(g)＋10O2(g)=8CO2(g)＋4H2O(g)ΔH2＝－4263.1kJ·mol－1③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH3＝－241.8kJ·mol－1計算反應(yīng)④C6H5C2H5(g)C6H5CH=CH2(g)＋H2(g)的ΔH4＝____________kJ·mol－1。答案＋118解析根據(jù)蓋斯定律，將①－②－③可得C6H5C2H5(g)C6H5CH=CH2(g)＋H2(g)ΔH4＝－4386.9kJ·mol－1－(－4263.1kJ·mol－1)－(－241.8kJ·mol－1)＝＋118kJ·mol－1。4．[2023·全國乙卷，28(2)改編]已知下列熱化學方程式：FeSO4·7H2O(s)=FeSO4(s)＋7H2O(g)ΔH1＝akJ·mol－1FeSO4·4H2O(s)=FeSO4(s)＋4H2O(g)ΔH2＝bkJ·mol－1FeSO4·H2O(s)=FeSO4(s)＋H2O(g)ΔH3＝ckJ·mol－1則FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·H2O(s)=2(FeSO4·4H2O)(s)的ΔH＝________kJ·mol－1。答案(a＋c－2b)解析將題中反應(yīng)依次編號為①②③根據(jù)蓋斯定律可知，①＋③－②×2可得FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·H2O(s)=2(FeSO4·4H2O)(s)，則ΔH＝(a＋c－2b)kJ·mol－1。5．[2023·北京，16(2)]二十世紀初，工業(yè)上以CO2和NH3為原料在一定溫度和壓強下合成尿素。反應(yīng)分兩步：ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4；ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。結(jié)合反應(yīng)過程中能量變化示意圖，下列說法正確的是____________(填序號)。a．活化能：反應(yīng)ⅰ<反應(yīng)ⅱb．ⅰ為放熱反應(yīng)，ⅱ為吸熱反應(yīng)c．CO2(l)＋2NH3(l)=CO(NH2)2(l)＋H2O(l)ΔH＝E1－E4答案ab解析反應(yīng)ⅰ的活化能是E1，反應(yīng)ⅱ的活化能是E3，E1<E3，a項正確；從圖中反應(yīng)物和生成物能量的相對大小可看出反應(yīng)ⅰ為放熱反應(yīng)，反應(yīng)ⅱ為吸熱反應(yīng)，b項正確；總反應(yīng)的ΔH＝E1－E2＋E3－E4，c項錯誤。6．[2022·廣東，19(1)②]鉻及其化合物在催化、金屬防腐等方面具有重要應(yīng)用。Cr2O3催化丙烷脫氫過程中，部分反應(yīng)歷程如圖，X(g)→Y(g)過程的焓變?yōu)開___________________________________________________________________(列式表示)。答案E1－E2＋ΔH＋E3－E4解析設(shè)反應(yīng)過程中第一步的產(chǎn)物為M，第二步的產(chǎn)物為N，則X→M的ΔH1＝E1－E2，M→N的ΔH2＝ΔH，N→Y的ΔH3＝E3－E4，根據(jù)蓋斯定律可知，X(g)→Y(g)的焓變?yōu)棣1＋ΔH2＋ΔH3＝E1－E2＋ΔH＋E3－E4。1．目前Haber-Bosch法是工業(yè)合成氨的主要方式，其生產(chǎn)條件需要高溫高壓。為了有效降低能耗，過渡金屬催化還原氮氣合成氨被認為是具有巨大前景的替代方法。催化過程一般有吸附—解離—反應(yīng)—脫附等過程，圖示為N2和H2在固體催化劑表面合成氨反應(yīng)路徑的勢能面圖(部分數(shù)據(jù)略)，其中“*”表示被催化劑吸附。氨氣的脫附是________(填“吸熱”或“放熱”)過程，合成氨的熱化學方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案吸熱N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1解析由勢能面圖可知，氨氣從催化劑上脫離時勢能面在升高，為吸熱過程，由圖可知，eq\f(1,2)mol氮氣和eq\f(3,2)mol氫氣生成1mol氨氣的反應(yīng)熱為21kJ·mol－1－17kJ·mol－1－50kJ·mol－1＝－46kJ·mol－1，則合成氨的熱化學方程式為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1。2．CO2經(jīng)過催化氫化合成低碳烯烴。其合成乙烯的反應(yīng)為2CO2(g)＋6H2(g)CH2=CH2(g)＋4H2O(g)ΔH。幾種物質(zhì)的能量(在標準狀況下規(guī)定單質(zhì)的能量為0，測得其他物質(zhì)在生成時所放出或吸收的熱量)如下表所示：物質(zhì)H2(g)CO2(g)CH2=CH2(g)H2O(g)能量/(kJ·mol－1)0－39452－242則ΔH＝______________。答案－128kJ·mol－1解析反應(yīng)焓變＝生成物總能量－反應(yīng)物總能量，則該反應(yīng)的焓變?yōu)?2kJ·mol－1＋(－242kJ·mol－1)×4－(－394kJ·mol－1)×2－0＝－128kJ·mol－1。3．氫氣是主要的工業(yè)原料，也是最重要的工業(yè)氣體和特種氣體，可用作合成氨、合成甲醇的原料。相關(guān)化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表所示?；瘜W鍵H—HC—OC—HH—OC=ON—HN≡NE/(kJ·mol－1)436351412462745391946(1)H2可與CO2生成甲醇和水，其反應(yīng)過程如下。反應(yīng)Ⅰ：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)；反應(yīng)Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g)2CH3OH(g)。由表中化學鍵鍵能數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)Ⅰ的ΔH＝____________kJ·mol－1。(2)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝akJ·mol－1，則由表中化學鍵鍵能數(shù)據(jù)可知a＝__________________。答案(1)－350(2)－92解析(1)ΔH＝反應(yīng)物的鍵能總和－生成物的鍵能總和。反應(yīng)Ⅰ的ΔH＝4E(C=O)＋6E(H—H)－6E(C—H)－2E(C—O)－6E(H—O)＝4×745kJ·mol－1＋6×436kJ·mol－1－6×412kJ·mol－1－2×351kJ·mol－1－6×462kJ·mol－1＝－350kJ·mol－1。(2)根據(jù)ΔH＝反應(yīng)物的鍵能總和－生成物的鍵能總和可知，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH＝E(N≡N)＋3E(H—H)－6E(N—H)＝946kJ·mol－1＋3×436kJ·mol－1－6×391kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1，則a＝－92。4．釕及其化合物在合成工業(yè)上有廣泛用途，下圖是用釕(Ru)基催化劑催化合成甲酸的過程。每生成92g液態(tài)HCOOH放出62.4kJ的熱量。根據(jù)圖示寫出該反應(yīng)的熱化學方程式：______________________________________________________________________________________________________________。答案H2(g)＋CO2(g)=HCOOH(l)ΔH＝－31.2kJ·mol－1解析根據(jù)整個流程圖可知，CO2(g)和H2(g)為反應(yīng)物，生成物為HCOOH(l)，92gHCOOH的物質(zhì)的量為eq\f(92g,46g·mol－1)＝2mol，所以生成1molHCOOH(l)放出31.2kJ熱量，熱化學方程式為H2(g)＋CO2(g)=HCOOH(l)ΔH＝－31.2kJ·mol－1。5．在α-Fe(Ⅲ)鐵原子簇表面，以N2和H2為原料合成氨的反應(yīng)機理如下：①H2(g)=2H(g)ΔH1②N2(g)＋2H(g)2(NH)(g)ΔH2③(NH)(g)＋H(g)(NH2)(g)ΔH3④(NH2)(g)＋H(g)NH3(g)ΔH4總反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH。則ΔH4＝______________________________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH的式子表示)。答案eq\f(1,2)(ΔH－3ΔH1－ΔH2－2ΔH3)6．實驗室可用KClO3分解制取O2，KClO3受熱分解的反應(yīng)分兩步進行：①4KClO3(s)=3KClO4(s)＋KCl(s)②KClO4(s)=KCl(s)＋2O2(g)已知：K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=KCl(s)ΔH＝－437kJ·mol－1K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)＋eq\f(3,2)O2(g)=KClO3(s)ΔH＝－398kJ·mol－1K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)＋2O2(g)=KClO4(s)ΔH＝－433kJ·mol－1則反應(yīng)4KClO3(s)=3KClO4(s)＋KCl(s)的ΔH＝__________kJ·mol－1。答案－144解析①K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=KCl(s)ΔH＝－437kJ·mol－1；②K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)＋eq\f(3,2)O2(g)=KClO3(s)ΔH＝－398kJ·mol－1；③K(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)＋2O2(g)=KClO4(s)ΔH＝－433kJ·mol－1，依據(jù)蓋斯定律將①＋③×3－②×4得到4KClO3(s)=3KClO4(s)＋KCl(s)的ΔH＝－144kJ·mol－1。7．1molCH4(g)完全燃燒生成氣態(tài)水的能量變化和1molS(g)燃燒的能量變化如圖所示。在催化劑作用下，CH4(g)可以還原SO2(g)生成單質(zhì)S(g)、H2O(g)和CO2(g)，寫出該反應(yīng)的熱化學方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案CH4(g)＋2SO2(g)=2S(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝＋352kJ·mol－1解析根據(jù)圖像可知：①CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝126kJ·mol－1－928kJ·mol－1＝－802kJ·mol－1；②S(g)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝－577kJ·mol－1；根據(jù)蓋斯定律可知①－②×2可得CH4(g)＋2SO2(g)=2S(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝＋352kJ·mol－1。8．工業(yè)上利用甲酸的能量關(guān)系轉(zhuǎn)換圖如圖所示：反應(yīng)CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。答案－31.4解析根據(jù)圖示可得如下熱化學方程式：①HCOOH(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋72.6kJ·mol－1；②CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ·mol－1；③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)H2O(g)ΔH3＝－241.8kJ·mol－1。由蓋斯定律可mol－1－(＋72.6kJ·mol－1)－(－283.0kJ·mol－1)＝－31.4kJ·mol－