高考化学考点30 热化学方程式的书写与判断

高考化学考点30 热化学方程式的书写与判断

1 1．定义 表示参加反应的物质的物质的量和反应热关系的化学方程式。 2．意义 不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。如 H2(g)+ O2(g) H2O(g)　 ΔH=−241.8 kJ·mol−1 表示的意义为 1 mol H2(g)和 mol O2(g)反应生成 1 mol H2O(g)时放出 241.8 kJ 的热量。 3．热化学方程式的书写与判断 （1）热化学方程式的书写步骤 步骤 1 写方程——写出配平的化学方程式； 步骤 2 标状态——用“s”、“l”、“g”、“aq”标明物质的聚集状态； 步骤 3 标条件——标明反应物的温度和压强(101 kPa、25 ℃时可不标注)； 步骤 4 标 ΔH——在方程式后写出 ΔH，并根据信息注明 ΔH 的“+”或“−”； 步骤 5 标数值——根据化学计量数计算写出 ΔH 的数值及单位。ΔH 的单位一般为 kJ·mol−1。 （2）热化学方程式的判断 ①检查是否标明聚集状态。 ②检查 ΔH 的“+”“−”是否与吸热、放热一致。 ③反应热 ΔH 的单位是否为“kJ·mol−1”。 ④检查 ΔH 的数值是否与反应物或生成物的物质的量一致。 ⑤表示燃烧热的热化学方程式，还要注意是否生成了稳定的氧化物。 书写热化学方程式的注意事项 （1）注意测定的条件：需注明反应热测定的温度和压强，如不注明条件，即指 25℃，1.01×105 Pa。 （2）注意 ΔH 的标注：化学方程式的右边必须写上 ΔH，若为吸热反应，ΔH 为“+”，若为放热反应，ΔH 为“−”，单位一般为 kJ/mol 或 kJ·mol−1；根据焓的性质，若化学方程式中各物质的系数加倍，则 ΔH 的数值 也加倍；若反应逆向进行，则 ΔH 改变符号，但绝对值不变。 （3）注意物质的聚集状态：反应热的数值和符号与反应物和生成物的聚集状态有关，因此必须注明物 质的聚集状态（s、l、g、aq）才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中不需要标出“↑”和 “↓”。 （4）注意化学计量数：热化学方程式中化学计量数表示参加反应的各物质的物质的量，可为整数或分 1 2 1 2 2 数；而普通化学方程式中化学计量数宏观上表示各物质的物质的量，微观上表示原子分子数目，只能为整 数，不能为分数。 （5）注意 ΔH 单位的意义：热化学方程式中，ΔH 的单位为 kJ·mol−1。这里的“mol−1”不表示具体物质， 而是表示“1 mol 反应”或“1 mol 反应进度”，指“1 mol 特定的反应组合”。如“H2(g)+ O2(g) H2O（1） ΔH=−285. 8 kJ·mol−1”，“1 mol 反应”指“1 mol H2(g)与 mol O2(g)生成 1 mol H2O(l)”这一特定反应组合。 （6）注意可逆反应 ΔH 的意义：不论化学反应是否可逆，热化学方程式中的 ΔH 都表示反应进行到底 时的能量变化。 4．化学方程式与热化学方程式的比较 化学方程式 热化学方程式 化学计量数 整数，既可以表示微粒个数，又可以 表示物质的量 既可以是整数也可以是分数，只表 示该物质的物质的量 物质状态 不要求注明 必须在化学式后注明 正负号及单位 无 必须注明 意义 表明了化学反应中的物质变化 不仅表明化学反应中的物质变化， 还表明了化学反应中的能量变化 遵循规律 质量守恒 质量守恒和能量守恒 考向一 热化学方程式的正误判断 典例 1 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=−1 367.0 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) 【答案】C 1 2 1 2 3 1．实验测得：101 kPa 时，1 mol H2 完全燃烧生成液态水，放出 285.8 kJ 的热量；1 mol CH4 完全燃烧生成 液态水和 CO2，放出 890.3 kJ 的热量。下列热化学方程式的书写正确的是 ①CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890.3 kJ·mol−1 ②CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=−890.3 kJ·mol−1 ③CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g) ΔH=−890.3 kJ·mol−1 ④2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)　 ΔH=−571.6 kJ·mol−1 A．仅有② 　 B．仅有②④ C．仅有②③④ D．全部符合要求 判断热化学方程式正误的“五审” 考向二 书写热化学方程式 典例 1 （1）FeSO4 可转化为 FeCO3，FeCO3 在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。 已知 25 ℃，101 kPa 时：4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH=−1 648 kJ·mol−1 C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH=−393 kJ·mol−1 2Fe(s)＋2C(s)＋3O2(g)===2FeCO3(s) ΔH=−1 480 kJ·mol−1 FeCO3 在空气中加热反应生成 Fe2O3 的热化学方程式是________________________________。 （2）烟气(主要污染物 SO2、NOx)经 O3 预处理后用 CaSO3 水悬浮液吸收，可减少烟气中 SO2、NOx 的 4 含量。O3 氧化烟气中 SO2、NOx 的主要反应的热化学方程式为： ①NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g) ΔH=−200.9 kJ·mol−1 ②NO(g)＋ O2(g)===NO2(g) ΔH=−58.2 kJ·mol−1 ③SO2(g)＋O3(g)===SO3(g)＋O2(g) ΔH=−241.6 kJ·mol−1 反应 3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)的 ΔH=________kJ·mol−1。 【答案】（1）4FeCO3(s)＋O2(g)===2Fe2O3(s)＋4CO2(g)　ΔH=−260 kJ·mol−1 （2）−317.3 2．CuCl(s)与 O2 反应生成 CuCl2(s)和一种黑色固体。在 25 ℃、101 kPa 下，已知该反应每消耗 1 mol CuCl(s)，放热 44.4 kJ，该反应的热化学方程式是_________________________。 书写热化学方程式的常见失误点 （1）忽视 ΔH 的正负。 （2）忽视 ΔH 的数值与化学计量数有关。化学计量数发生变化时，ΔH 的数值要相应变化。 （3）漏写或错写物质的状态。 1．下列依据热化学方程式得出的结论正确的是 A．已知 P(s，白磷) P(s，红磷) ΔH<0，则白磷比红磷稳定 B．已知 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=−483.6 kJ·mol−1，则氢气的燃烧热为 241.8 kJ·mol−1 C．已知 2C(s)+2O2(g) 2CO2(g) ΔH=a 2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH=b，则 a>b D．已知 NaOH(aq)+HCl(aq) NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=−57.3 kJ·mol−1，则含 40.0 g NaOH 的稀溶液与稀 醋酸完全中和，放出小于 57.3 kJ 的热量 1 2 5 2．1 g 火箭燃料 N2H4 燃烧，生成 N2 和 H2O(g)，同时放出 16.7 kJ 的热量，表示该反应的热化学方程式正确 的是 A．N2H4+O2 N2+2H2O　ΔH=−534.4 kJ·mol−1 B．N2H4+O2 N2+2H2O　ΔH=−1 068.8 kJ·mol−1 C．N2H4(g)+O2(g) N2(g)+2H2O(g) ΔH=−534.4 kJ·mol−1 D． N2H4(g)+ O2(g) N2(g)+H2O(g) ΔH=+267.2 kJ·mol−1 3．标准状况下，气态分子断开 1 mol 化学键的焓变称为键焓。已知 H—H、H—O 和 O=O 键的键焓 ΔH 分 别为 436 kJ/mol、463 kJ/mol 和 495 kJ/mol。下列热化学方程式正确的是 A．H2O(g) H2(g)+ O2(g)　ΔH=−485 kJ/mol B．H2O(g) H2(g)+ O2(g)　ΔH=+485 kJ/mol C．2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH=+485 kJ/mol D．2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH=−485 kJ/mol 4．化学反应 X2+3Y2 2XY3 的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是 A．X2(g)+3Y2(g) 2XY3(l) ΔH =2(a−b−c) kJ/mol B．X2(g)+3Y2(g) 2XY3(g) ΔH =2(b−a) kJ/mol C． X2(g)+ Y2(g) XY3(l) ΔH =(b+c−a) kJ/mol D． X2(g)+ Y2(g) XY3(g) ΔH =(a+b) kJ/mol 5．下列说法或表示方法正确的是 A．等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出的热量多 B．由 C(金刚石) C(石墨) △H =−1.9 kJ·mol−1，可知，金刚石比石墨稳定 C．在稀溶液中：H＋(aq)＋OH−(aq) H2O(l) Δ H=−57.3 kJ·mol−1，若将含 0.5 mol H2SO4 的浓硫酸与含 1 mol NaOH 的稀溶液混合，放出的热量大于 57.3 kJ 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 2 1 2 3 2 6 D．在 25 ℃、101 kPa 时，2 g H2 完全燃烧生成液态水，放出 285.8 kJ 热量，氢气燃烧的热化学方程式 表示为 2H2(g)＋O2(g) 2H2O(l) Δ H=−285.8 kJ·mol−1 6．工业生产硫酸的过程中，SO2 在接触室中被催化氧化为 SO3 气体，已知该反应为放热反应。现将 2 mol SO2、1 mol O2 充入一密闭容器中充分反应后，放出热量 98.3 kJ，此时测得 SO2 的转化率为 50%，则下 列热化学方程式正确的是 A．2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=−196.6 kJ·mol−1 B．2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=−98.3 kJ·mol−1 C．SO2(g)+ O2(g) SO3(g) ΔH=+98.3 kJ·mol−1 D．SO2(g)+ O2(g) SO3(g) ΔH=−49.2 kJ·mol−1 7．请结合题中数据，写出对应的热化学方程式。 （1）16 g CH3OH(l)与适量 O2 反应，生成 CO2(g)和 H2O(l)，放出 683.4 kJ 热量。　　　　　　　　　。 （2）1 mol CH4 和足量水蒸气反应生成 CO 气体和氢气吸收 216 kJ 热量。　　　　　　　　　　　。 （3）1 mol H2 和足量 Cl2 反应生成 HCl 气体，放出 183 kJ 热量。　　　　　　　　　　　　。 （ 4 ） 25 ℃ 、 101 kPa 时 ， N2(g) 和 H2(g) 反 应 生 成 2 mol NH3(g) ， 放 出 92.2 kJ 热 量。　　　　　　　　　　　　。 （5）稀溶液中，1 mol H2SO4 与 NaOH 溶液完全反应时，放出 114.6 kJ 热量，写出表示中和热的热化学 方程式。　　　　　　　　　　　　。 （6）25 ℃、101 kPa 时，a g C 与足量 O2 反应生成 CO2 气体时，放出 b kJ 热量。　　　　　　　　　。 8．如图甲所示，已知 A、B、C 都是中学常见的单质，且其中有一种是金属，有一种是气体单质，图示其 余物质均是化合物，G 是淡黄色的固体，I 中 A、C 两种短周期元素的原子个数之比为 1∶2，且图甲中 所涉及的反应除③外均是化合反应。 （1）I 的化学式为　　　　　　　，反应③的化学方程式为_______________。 （2）已知反应①、②中每消耗 1 mol B 时能量的变化分别为 Q1 kJ、Q2 kJ，写出由 C、B 直接反应生成 G 1 2 1 2 7 的热化学方程式　。 （3）450 ℃时，反应 B+D E 的能量关系如图乙所示(图中反应物的量为理论上恰好生成 1 mol E 时所 对应的量)，则此条件下该反应的反应热为　　　　　　(填字母)。 a.E2-E1　　　　　　b.EC-E'C　　　　　　c.E1-E2　　　　　　 d.E1 1．[2017 天津卷节选]0.1 mol Cl2 与焦炭、TiO2 完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成 TiO2·xH2O 的液态化合物，放热 4.28 kJ，该反应的热化学方程式为_________________________。 2．[2016 天津卷节选]下表为元素周期表的一部分。 碳 氮 Y X 硫 Z 回答下列问题 （4）X 与 Z 两元素的单质反应生成 1 mol X 的最高价化合物，恢复至室温，放热 687 kJ，已知该化合 物的熔、沸点分别为−69℃和 58℃，写出该反应的热化学方程式：__________________________。 3．[2016·四川卷节选]工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知 25℃，101 kPa 时： CaO(s)+H2SO4(l) CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=−271 kJ/mol 5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=−937 kJ/mol 则 Ca5(PO4)3F 和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是_________________。 4．[2015 天津卷节选]随原子序数的递增，八种短周期元素（用字母 X 表示）原子半径的相对大小、最高正 价或最低负价的变化如下图所示。 根据判断出的元素回答问题： （4）已知 1 mol e 的单质在足量 d2 中燃烧，恢复至室温，放出 255.5 kJ 热量，写出该反应的热化学方 程式：___________________。 8 1．【答案】B 2．【答案】4CuCl(s)＋O2(g)===2CuCl2(s)＋2CuO(s)　ΔH=−177.6 kJ·mol−1(合理答案均可) 【解析】CuCl(s)与 O2 反应生成 CuCl2(s)和一种黑色固体，根据质量守恒定律推知该黑色固体为 CuO，反 应方程式为 4CuCl＋O2===2CuCl2＋2CuO。每消耗 1 mol CuCl(s)放出 44.4 kJ 热量，则消耗 4 mol CuCl(s) 放出 177.6 kJ 热量，热化学方程式为 4CuCl(s)＋O2(g)===2CuCl2(s)＋2CuO(s)　ΔH=−177.6 kJ·mol−1。 1．【答案】D 2．【答案】C 【解析】选项 A、B 中没标明物质状态，且 B 项的 ΔH 数值与化学计量数不一致，错误；C 项正确标出 了各物质的状态，并且 ΔH 数值与化学计量数相对应，正确；反应放热，ΔH<0，D 错误。学& 3．【答案】D 【解析】任何化学反应发生都是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。断裂化学键吸热，形成化学键放 热。反应热就是断裂化学键吸收的热量与形成化学键释放的热量的差值。物质在反应过程中反应热既与 物质的状态有关，也与物质的多少有关。1 mol 的气态水分解产生 1 mol 的氢气和 1/2 mol 的氧气的能量 变化是 2 mol×463 kJ/mol−436 kJ/mol×1 mol−1/2 mol×495 kJ/mol=242.5 kJ，因此热化学方程式为 H2O(g) H2(g)+ O2(g)　ΔH=+242.5 kJ/mol，A、B 错误；若是 2 mol 的气态水分解产生 2 mol 的氢气和 1 mol1 2 9 的氧气的能量变化是+242.5 kJ/mol×2 mol=+485 kJ，物质分解吸收的热量与产物燃烧放出的热量数值相等， 符号相反，即氢气燃烧的热化学方程式是 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH=−485 kJ/mol，C 错误，D 正确。 学* 4．【答案】A 5．【答案】C 【解析】本题主要主要考查热化学方程式的书写。等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，因为硫蒸气 的能量高于硫固体，因此前者放出的热量多，故 A 错；由 C(金刚石) C(石墨)放热可知，金刚石能量 高于石墨，因此金刚石不如石墨稳定，故 B 错；2 g (1mol)H2 完全燃烧生成液态水，放出 285.8 kJ 热量， 氢气燃烧的热化学方程式表示为 H2(g)＋ O2(g) H2O(l) Δ H=−285.8 kJ·mol−1，故 D 错。答案选 C。 6．【答案】A 【解析】根据题意可知，实际参加反应的 SO2 为 1 mol，即 1 mol SO2 和 0.5 mol O2 完全反应时，放出热 量 98.3 kJ，那么当 2 mol SO2 完全反应时，即可放出热量 196.6 kJ，A 项正确。学* 7．【答案】（1）CH3OH(l)+ O2(g) CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-1 366.8 kJ/mol （2）CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH=+216 kJ/mol （3）H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)　ΔH=-183 kJ/mol （4）N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ/mol （5） H2SO4(aq)+NaOH(aq) Na2SO4(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ/mol （6）C(s)+O2(g) CO2(g)　ΔH=- kJ/mol 【解析】（5）由中和热的定义可知，1 mol NaOH 与 mol H2SO4 反应生成 1 mol 水时放热 57.3 kJ。（6） 根据 a g C 反应生成 CO2 放出 b kJ 热量，结合正比关系，可求出 1 mol C 反应生成 CO2 放出 kJ 热量， 由于放热反应，即 ΔH<0，据此可写出热化学方程式。 8．【答案】（1）Na2S　2SO3+2Na2O2 2Na2SO4+O2↑ 1 2 3 2 1 2 1 2 12b a 1 2 12b a 10 （2）2Na(s)+O2(g) Na2O2(s)　ΔH=- (Q1+Q2) kJ·mol-1 （3）ab 【解析】（1）由 G 的颜色及生成过程知，G 为 Na2O2，由此推知 B 是 O2，C 是 Na；由 A 与钠反应生成 原子个数之比为 1∶2 的化合物 I 知，A 是 S，I 为 Na2S，D 为 SO2，E 为 SO3。SO3 与 Na2O2 反应生成 Na2SO4 与 O2。 （2）因 4Na(s)+O2(g) 2Na2O(s)　ΔH1=-Q1 kJ·mol-1，2Na2O(s)+O2(g) 2Na2O2(s)　ΔH2=-Q2 kJ·mol-1， 将两式相加后除以 2，得 2Na(s)+O2(g) Na2O2(s) ΔH=- (Q1+Q2)kJ·mol-1。 （3）由物质的能量与反应热的关系知，SO2、O2 转化为 SO3 的反应热为 E2-E1 或 EC-E'C，选 ab。 【备注】书写热化学方程式时应注意的问题 （1）ΔH 的符号：ΔH 只能写在热化学方程式的右边，且中间留空格。若为放热反应，ΔH<0；若为吸热 反应，ΔH>0。ΔH 的单位常用 kJ/mol 或 kJ·mol-1。学* （2）物质的状态：反应物和生成物的状态不同，ΔH 也不同。因此，书写热化学方程式必须注明物质的 状态。气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用标“↑”和“↓”。 （3）化学计量数：由于 ΔH 与参加反应的物质的物质的量有关，所以化学方程式中化学式前面的化学计 量数必须与 ΔH 相对应，若化学计量数加倍，则 ΔH 也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应 的反应热数值相等，符号相反。 1．【答案】2Cl2(g)+ TiO2(s)+2C(s)＝TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=−85.6 kJ·mol−1 2．【答案】（4）Si(s)+2Cl2(g)=SiCl4(l) △H=−687kJ/mol 【解析】根据元素周期表的结构，可知 X 为 Si 元素，Y 为 O 元素；Z 为 Cl 元素； （4）根据书写热化学方程式的方法，该反应的热化学方程式为 Si(s)+2Cl2(g)=SiCl4(l) △H=−687kJ/mol， 故答案为：Si(s)+2Cl2(g)=SiCl4(l) △H=−687kJ/mol。 3．【答案】Ca5(PO4)3F (s)+ 5H2SO4(l) 5CaSO4(s) +H3PO4(l)+HF(g) ΔH =−418 kJ/mol 【解析】已知 25℃，101 kPa 时：①CaO(s)+H2SO4(l) CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=−271 kJ/mol，② 5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) Ca5(PO4)3F (s)+5H2O(l) ΔH=−937 kJ/mol；根据盖斯定律：①×5−②得 1 2 1 2 11 Ca5(PO4)3F 和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是 Ca5(PO4)3F(s)+ 5H2SO4(l) 5CaSO4(s) +H3PO4(l)+HF(g) ΔH =−418 kJ/mol。 4．【答案】（4）2Na(s)+O2(g)＝Na2O2(s) △H=−511kJ·mol−1