高考化学讲义燃烧热和能源 反热的计算(含解析)

目夺市安危阳光实验学校第二节燃烧热和能源
反应热的计算
1.了解反应热、燃烧热、中和热的含义和应用。

2.理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。

(高频)
3.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。

了解化学在解决能源危机中的重要作用。

反应热与能源
1．燃烧热
2．中和热
(1)
①装置：(请在横线上填写仪器名称)
②50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液和50 mL 0.50 mol/L的稀盐酸混合反应。

③计算公式：ΔH＝－0.418（t2－t1）
0.025
kJ·mol－1
t1——起始温度，t2——终止温度(反应过程最高温度)
④注意事项：
a．碎泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是隔热、保温，减少实验过程中热量的损失。

b．为保证酸完全被NaOH中和，采取的措施是碱稍过量。

c．因为弱酸或弱碱存在电离平衡，电离过程需要吸热，实验中若使用弱酸、弱碱则测得的反应热减少。

3．能源
盖斯定律
1．内容：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，即化学反应的反应热只与反应体系的始态、终态有关，而与反应的途径无关。

2．理解——从能量守恒角度
⎩⎪
⎨
⎪⎧S→L：体系放出能量
L→S：体系吸收能量
ΔH1＋ΔH2＝0
结论：能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的，但以物质为主，如果物质没有变化，就不能引起能量变化。

3．应用：间接计算某些难以测定的反应热。

4．示例
ΔH3＝ΔH1－ΔH2
1．易误诊断(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)甲烷的燃烧热为－890.3 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1( )
(2)在稀溶液中：H ＋(aq)＋OH －(aq)===H 2O(l) ΔH ＝－57.3 kJ·mol －1
，若
将含0.5 mol H 2SO 4的浓硫酸与含1 mol NaOH 的溶液混合，放出的热量大于57.3 kJ( )
(3)燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH 3OH(g)＋1/2O 2(g)===CO 2(g)＋2H 2(g) ΔH ＝－192.9 kJ·mol －1
，则CH 3OH 的燃烧热为192.9 kJ ·mol －1
( )
(4)葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·mol －1
，则1/2C 6H 12O 6(s)＋3O 2(g)===3CO 2(g)＋3H 2O(l) ΔH ＝－1 400 kJ·mol －1
( )
(5)因为2SO 2＋O 2
2SO 3所以可燃物S 燃烧的稳定氧化物为
SO 3( )
(6)已知C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH 1 C(s)＋H 2O(g)===H 2(g)＋CO(g) ΔH 2 H 2(g)＋1
2O 2(g)===H 2O(g) ΔH 3
CO(g)＋1
2O 2(g)===CO 2(g) ΔH 4则
ΔH 1＝ΔH 2＋ΔH 3＋ΔH 4( )
(7)沼气是一种清洁能源，并且属于可再生能源( )
(8)我国目前最主要的能源是煤炭，煤炭属于化石燃料，是不可再生能源
( )
(9)氢能是一种绿色能源，且燃烧值高( )
【答案】 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)√ (8)√
(9)√ 2．氢气的燃烧热为285.5 kJ·mol －1
，则液态水分解的热化学方程式为： ________________________________________________________________________。

【答案】 H 2O(l)===H 2(g)＋1
2
O 2(g)
ΔH ＝＋285.5 kJ/mol
3．将煤转化为水煤气的主要化学反应为：C ＋H 2O(g)=====高温
CO ＋H 2；C(s)、
CO(g)和H 2(g)完全燃烧的热化学方程式为：
C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH ＝－393.5 kJ·mol
－1
H 2(g)＋12O 2(g)===H 2O(g)ΔH ＝－242.0 kJ·mol －1
CO(g)＋12
O 2(g)===CO 2(g)ΔH ＝－283.0 kJ·mol －1
根据以上数据，写出C(s)与水蒸气反应的热化学方程式：
________________________________________________________________________。

【答案】 C(s)＋H 2O(g)===CO(g)＋H 2(g)
ΔH ＝＋131.5 kJ·mol
－1
燃烧热的4个要点：
①25 ℃、101 kPa ②1 mol 纯可燃物 ③完全燃烧
④稳定氧化物
盖斯定律的2个角度：
①化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关。

②利用盖斯定律可间接计算某些反应的反应热。

反应热的4种计算：
①利用化学键计算
②利用燃烧热计算
③利用方程式计算
④利用盖斯定律计算
燃烧热和中和热的理解与判断
1.燃烧热与中和热的比较
燃烧热中和热
相同点能量变
化
放热
ΔHΔH＜0，单位常用kJ·mol－1
不同点
反应物
的量
1 mol (O2不限量) 不限量
生成物
的量
不限量 1 mol H2O
反应热
的含义
1 mol纯反应物完全燃烧时放出的热
量；不同反应物，燃烧热不同
生成 1 mol 液态水时放出的热量；不同的反应物的
中和热大致相同，均约为57.3 kJ·mol－1
2.表示燃烧热和中和热的热化学方程式的书写
(1)书写表示燃烧热的热化学方程式时，以燃烧 1 mol 物质为来配平其余
物质的化学计量数。

同时可燃物要完全燃烧且生成的氧化物状态稳定。

如：H2(g)＋
1
2
O2(g)===H2O(l)ΔH＝－285.8 kJ/mol
(2)书写表示中和热的热化学方程式时，以中和反应生成1 mol H2O(l)为配平其余物质的化学计量数。

如
1
2
H2SO4(aq)＋NaOH(aq)===
1
2
Na2SO4(aq)＋H2O(l)ΔH＝－57.3 kJ/mol
(1)几种元素燃烧后对应的稳定产物：C―→CO2(g)，H―→H2O(l)，S―→SO2(g)。

(2)ΔH＝－57.3 kJ/mol是稀的强酸与强碱的中和热，如有弱酸或弱碱参与反应，反应热数值小于57.3 kJ/mol。

若酸、碱反应有沉淀生成时，反应热数值一般大于57.3 kJ/mol。

(2012·新课标全国卷节选)工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热(ΔH)分别为－890.3 kJ·mol－1、－285.8 kJ·mol－1和－283.0 kJ·mol－1，则生成1 m3(状况)CO所需热量为________。

【解析】根据燃烧热的含义，写出下列热化学方程式，然后利用盖斯定律，推导出目标热化学方程式。

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1①
CO(g)＋
1
2
O2(g)===CO2(g)
ΔH＝－283.0 kJ·mol－1②
H2(g)＋
1
2
O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1③
①－(②＋③)×2得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝247.3 kJ·mol－1
故状况下生成1 m3CO所需热量为1 000 L
22.4 L/mol ×
1
2
×247.3 kJ·mol－1≈5.52
×103 kJ。

【答案】 5.52×103 kJ
对某些反应热描述时的注意事项
(1)对于反应热、焓变或ΔH描述时要注明“＋”或“－”，表明吸热或放热。

(2)对于燃烧热或中和热文字描述时用正值描述，不需注明“－”。

考向1 表示某些反应热的热化学方程式判断
1．(2009·重庆高考)下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)( )
A．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)
ΔH＝－1367.0 kJ/mol(燃烧热) B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH＝＋57.3 kJ/mol(中和热) C．S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－296.8 kJ/mol(反应热)
D．2NO2===O2＋2NO ΔH＝＋116.2 kJ/mol(反应热)
【解析】A项，表示燃烧热时，应生成稳定氧化物，这时水的状态应为液态；B项，中和热ΔH为－57.3 kJ/mol；D项，没有注明物质的状态符号。

【答案】C
考向2 燃烧热和中和热的含义
2．下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH＝2×(－57.3)kJ·mol－1
B．CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)的ΔH ＝2×(＋283.0) kJ·mol－1
C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
D．1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热【解析】A项，中和热以生成1 mol液态水为标况，与酸、碱的元数无关；C项，加热才能反应的也可能是放热反应；D项，燃烧热强调的产物为稳定氧化物，H2O应为液态。

【答案】B
反应热的有关计算
1.利用热化学方程式进行有关计算
根据已知的热化学方程式和已知的反应物或生成物的物质的量或反应吸收或放出的热量，可以把反应焓变当作“产物”，计算反应的反应热。

2．依据燃烧热数据，利用公式直接计算反应热
反应热＝燃烧热×n(可燃物的物质的量)
3．根据图示中能量变化来确定焓变
ΔH＝H(生成物)－H(反应物)
如图Ⅰ：ΔH＝H1－H2<0，该反应为放热反应；
图Ⅱ：ΔH＝H2－H1>0，该反应为吸热反应；焓变＝a－b。

ⅠⅡ
4．根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算反应热。

如反应物旧化学键断裂吸收能量E 1，生成物新化学键形成放出能量E 2，则反应的ΔH ＝E 1－E 2。

5．利用盖斯定律求解——合并热化学方程式。

应用盖斯定律计算时两个关键
(1)当热化学方程式乘、除某一个数时，ΔH 也应乘、除某一个相同的数；方程式间进行加减运算时，ΔH 也同样要进行加减运算，且要带“＋”、“－”
符号，即把ΔH 看作一个整体进行运算。

(2)将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH 的符号也随之改变，但数值不变。

(2013·新课标全国卷Ⅱ)在1 200 ℃时，天然气脱硫工艺中会
发生下列反应：
H 2S(g)＋3
2O 2(g)===SO 2(g)＋H 2O(g) ΔH 1
2H 2S(g)＋SO 2(g)===3
2S 2(g)＋2H 2O(g) ΔH 2
H 2S(g)＋1
2O 2(g)===S(g)＋H 2O(g) ΔH 3
2S(g)===S 2(g) ΔH 4
则ΔH 4的正确表达式为( ) A ．ΔH 4＝2
3(ΔH 1＋ΔH 2－3ΔH 3)
B ．ΔH 4＝2
3(3ΔH 3－ΔH 1－ΔH 2)
C ．ΔH 4＝3
2
(ΔH 1＋ΔH 2－3ΔH 3)
D ．ΔH 4＝3
2
(ΔH 1－ΔH 2－3ΔH 3)
【解析】 根据盖斯定律找出各反应的反应热之间的关系。

将前三个热化学方程式分别标为①、②、③，根据盖斯定律，由23×①＋2
3×
②－2×③可得：2S(g)===S 2(g) ΔH 4＝2
3
(ΔH 1＋ΔH 2－3ΔH 3)。

【答案】 A
应用盖斯定律计算反应热的两种方法
1．代数运算法(线性组合)
(1)根据反应物、生成物和中间产物，确定已知反应热的反应方程式要不要
倒转。

(2)以消去中间产物为目的，确定反应方程式所乘的系数。

对于n 个反应方程式，则所求反应热的反应方程式＝a 1×①式(或倒转)＋a 2×②式(或倒转)＋……a n ×②式(或倒转)，计算时各式相加即可。

2．图解法(元素守恒和能量守恒)
以反应物为起点，根据某种元素在各反应中守恒，可经过中间产物，变为最终产物，在过程中画出反应图像。

如：①A→2B ΔH 1；②3C→B ΔH 2；③D→2C ΔH 3。

计算A→3D ΔH ＝？
A ――→①2
B ――→－②×26
C ――→－③×3
3D
可以得出所求的反应热ΔH ＝ΔH 1－2ΔH 2－3ΔH 3。

考向1 根据化学键计算反应热 3．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已知白磷的燃烧热为2 982 kJ·mol －1
，白磷(P 4)、P 4O 6、P 4O 10结构如下图所示，则上表中X ＝________；
②0.5 mol 白磷(P 4)与O 2完全反应生成固态P 4O 6，放出的热量为________kJ 。

【解析】 ①由题意可知P 4(s)＋5O 2(g)===P 4O 10(s) ΔH ＝－2 982 kJ·mol
－1。

根据图示知，1 mol P 4含有6 mol P —P 键，1 mol P 4O 10含12 mol P —O 键，4 mol P===O 键，根据键能与反应热关系，反应热等于反应物总键能与产物总键能之差，断裂1 mol 共价键吸收的能量与生成1 mol 该共价键放出的能量数值相等。

有198 kJ·mol －1
×6＋498 kJ·mol －1
×5－360 kJ·mol －1
×12－4X ＝－2 982 kJ·mol －1
，X ＝585 kJ·mol －1。

②P 4＋3O 2===P 4O 6，1 mol P 4O 6含有12 mol P —O 键，反应热为ΔH ＝198 kJ·mol －1
×6＋498 kJ·mol －1
×3－360 kJ·mol －1
×12＝－1 638 kJ·mol －1
，0.5 mol 白磷(P 4)与O 2完全反应生成固态P 4O 6放出的热量为1 638 kJ ·mol －1
×0.5 mol ＝819 kJ 。

【答案】 ①585 ②819
考向2 根据盖斯定律推算热化学方程式或ΔH
4．(1)(2013·天津高考节选)将煤转化为清洁气体燃料。

已知：
H 2(g)＋12O 2(g)===H 2O(g) ΔH ＝－241.8 kJ·mol －1
C(s)＋12O 2(g)===CO(g) ΔH ＝－110.5 kJ·mol －1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：
_________________________________。

(2)(2011·山东高考节选)已知：2SO 2(g)＋O 2(g)2SO 3(g)
ΔH ＝－196.6 kJ·mol
－1
2NO(g)＋O 2(g)2NO 2(g) ΔH ＝－113.0 kJ·mol
－1
则反应NO 2(g)＋SO 2(g)
SO 3(g)＋NO(g)的ΔH ＝
________kJ·mol －1。

(3)(2011·新课标全国卷节选)已知H 2(g)、CO(g)和CH 3OH(l)的燃烧热ΔH 分别为－285.8 kJ·mol －1
、－283.0 kJ·mol －1
和－726.5 kJ·mol －1。

请回答下列问题：
①用太阳能分解10 mol 水消耗的能量是________kJ ； ②甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为__________________________。

【解析】 (1)由H 2(g)＋1
2
O 2(g)===H 2O(g)
ΔH ＝－241.8 kJ·mol －1
①
C(s)＋1
2
O 2(g)===CO(g)
ΔH ＝－110.5 kJ·mol －1
②
②－①得：C(s)＋H 2O(g)===CO(g)＋H 2(g)
ΔH ＝＋131.3 kJ·mol －1。

(2)根据盖斯定律该反应的ΔH ＝1
2×(－196.6＋113.0)kJ/mol ＝－41.8
kJ/mol 。

(3)①分解10 mol 水消耗的能量在数值上等于10 mol H 2(g)完全燃烧时所
放出的热量：10 mol×285.8 kJ·mol－1＝2 858 kJ。

②根据CO(g)、CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式，再由盖斯定律可写出甲醇不完全燃烧的热化学方程式。

【答案】(1)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
ΔH＝＋131.3 kJ· mol－1
(2)－41.8
(3)①2 858
②CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－443.5 kJ·mol－1
反应热大小比较
1.同一反应的生成物状态不同时
A(g)＋B(g)===C(g) ΔH1<0
A(g)＋B(g)===C(l) ΔH2<0
C(g)===C(l) ΔH3<0
因为ΔH3＝ΔH2－ΔH1，ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0
所以ΔH2<ΔH1。

也可以按以下思路分析：
因为ΔH1＋ΔH3＝ΔH2，ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0
所以ΔH2<ΔH1。

2．同一反应的反应物状态不同时
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1<0
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2<0
S(g)===S(s) ΔH3<0
因为ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH1<0，ΔH2<0，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)＋
1
2
O2(g)===CO(g) ΔH2<0
C(s)――→
ΔH1
CO2(g)
C(s)――→
ΔH2
CO(g)――→
ΔH3
CO2(g)
因为ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<0
所以ΔH1<ΔH2。

并且据此可写出下面的热化学方程式：
CO(g)＋
1
2
O2(g)===CO2(g) ΔH3＝ΔH1－ΔH2。

(2014·高三调研)甲醇广泛用作燃料电池的燃料，可用天然气来合成。

已知：①2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g) ΔH＝－71.0 kJ·mol－1；
②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l) ΔH＝－90.5 kJ·mol－1。

下列描述错误的是( )
A．反应①中的能量变化如图所示
B．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)
ΔH<－90.5 kJ·mol－1
C．2CH4(g)＋3O2(g)===2CO(g)＋4H2O(g)
ΔH<－71.0 kJ/mol
D．CH4(g)＋1/2O2(g)===CH3OH(l)
ΔH ＝－126.0 kJ·mol
－1
【解析】 A 项，反应①为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，正确；B 项，CO(g)与H 2(g)反应生成CH 3OH(g)比生成等量的CH 3OH(l)时放出的热量少，ΔH >－90.5 kJ·mol －1
，B 项错误；C 项，若生成H 2O(g)，放出的热量增大，ΔH 变小，即ΔH <－71.0 kJ/mol ，正确；D 项，根据盖斯定律，由①÷2＋②即得，D 正确。

【答案】 B
考向 比较ΔH 的大小
5．(2014·宜昌质检)下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH 前者大于后者的是( )
①C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH 1 C(s)＋1
2O 2(g)===CO(g) ΔH 2
②S(s)＋O 2(g)===SO 2(g) ΔH 3 S(g)＋O 2(g)===SO 2(g) ΔH 4 ③H 2(g)＋1
2O 2(g)===H 2O(l) ΔH 5
2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l) ΔH 6 ④CaCO 3(s)===CaO(s)＋CO 2(g) ΔH 7 CaO(s)＋H 2O(l)===Ca(OH)2(s) ΔH 8 A ．① B ．④ C ．②③④ D ．①②③
【解析】 ①中CO(g)＋1
2
O 2(g)===CO 2(g)放出的热量较小，故ΔH 1＜ΔH 2；
②固态硫转变为硫蒸气是吸热反应，故S(g)燃烧生成SO 2(g)放热多，故ΔH 3＞ΔH 4；③2 mol H 2比1 mol H 2 燃烧放出的热量多，故ΔH 5＞ΔH 6；④前者是吸热反应ΔH 7＞0，后者是放热反应ΔH 8＜0，故ΔH 7＞ΔH 8。

【答案】 C
装置气密性的检查与判断
Ⅰ.(2013·全国大纲卷)制备氮化镁的装置示意图如下： 回答下列问题：
检查装置气密性的方法是________________。

Ⅱ.(2012·四川高考)甲、乙两个研究性学习小组为测定氨分子中氮、氢原子个数比，设计了如下实验流程：
制取氨气→装有足量干燥剂的干燥管→装有氧化铜
的硬质玻管→
盛有足量浓硫酸的洗气瓶→测定生成氮气的体积
实验中，先用制得的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空气，再连接洗气瓶
和气体收集装置，立即加热氧化铜。

反应完成后，黑色的氧化铜转化为红色的铜。

如图A 、B 、C 为甲、乙两小组制取氨气时可能用到的装置，D 为盛有浓硫酸的洗气瓶。

检查A 装置气密性的操作是
_________________________________________。

规范答案
Ⅰ.微热b ，这时G 中有气泡冒出，停止加热冷却后，G 中插在溶液里的玻
璃管形成一段水柱，则气密性良好
Ⅱ.连接导管，将导管插入水中；加热试管，导管口有气泡产生；停止加热，导管内有水回流并形成一段稳定的水柱
答题模板
微热法检查：封闭(关闭活塞，导管末端插入盛水的烧杯中等)、微热(双手捂热或用酒精灯稍微加热)、气泡(观察到导管口有气泡逸出)、水柱(移开双手或停止加热，观察到导管中上升形成一段稳定的水柱)；
液差法检查：封闭(关闭活塞或用止水夹夹住橡皮管等)、液差(向×××容器中加水，使×××和×××形成液面差，停止加水，放置一段时间，液面差保持不变)。

思维流程
(1)选择方法：微热法或者液差法，根据不同装置的特点，选择合适方法。

对于连通器结构的装置，如启普发生器和简易启普发生器常用液差法。

(2)叙述操作：如何形成“密闭体系”，如何“加热”。

(3)描述现象：观察气泡、液柱或液面变化。

(4)得出结论：通过什么现象说明气密性良好。