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反应热的计算及热化学方程式的书写

[典例1](2024·全国甲卷节选)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯(C3H6)的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题：

已知如下热化学方程式：

CH4(g)＋Br2(g)===CH3Br(g)＋HBr(g)ΔH1＝－29kJ·mol－1

3CH3Br(g)===C3H6(g)＋3HBr(g)ΔH2＝＋20kJ·mol－1

计算反应3CH4(g)＋3Br2(g)===C3H6(g)＋6HBr(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

答案：－67

解析：将题述两个热化学方程式从上到下依次编号为①、②。根据盖斯定律，目标方程式＝①×3＋②，故热化学方程式3CH4(g)＋3Br2(g)===C3H6(g)＋6HBr(g)的ΔH＝－29kJ·mol－1×3＋20kJ·mol－1＝－67kJ·mol－1。

[典例2](2023·重庆卷节选)银及其化合物在催化与电化学等领域中具有重要应用。

在银催化下，乙烯与氧气反应生成环氧乙烷(EO)和乙醛(AA)。

根据上图，回答下列问题：

(1)中间体OMC生成吸附态EO(ads)的活化能为________kJ/mol。

(2)由EO(g)生成AA(g)的热化学方程式为__________________________________________。

答案：(1)83

(2)EO(g)===AA(g)ΔH＝－102kJ/mol

解析：(1)过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，中间体OMC生成吸附态EO(ads)的活化能为(－93kJ/mol)－(－176kJ/mol)＝83kJ/mol。

(2)由题图可知，EO(g)生成AA(g)放出热量(－117kJ/mol)－(－219kJ/mol)＝102kJ/mol，放热焓变为负值，故热化学方程式为EO(g)===AA(g)ΔH＝－102kJ/mol。

1．热化学方程式书写的易错点

(1)注意标明物质的聚集状态：方程式中每种物质的化学式后面用括号注明物质的聚集状态(g、l、s)，不用标“↑”或“↓”，水溶液用aq表示。

(2)注意注明必要的反应条件：焓变与温度、压强有关，所以书写热化学方程式时要注明反应温度、压强(25℃、101kPa时可不注明)。

(3)注意明确化学计量数的含义：化学计量数只表示该物质的物质的量，不表示分子个数或原子个数，因此热化学方程式中化学计量数也可以是分数。

(4)注意ΔH的单位及符号：ΔH的单位是J·mol－1或kJ·mol－1，ΔH只能写在化学方程式的右边，表示正向反应的焓变。ΔH＜0表示为放热反应；ΔH0表示为吸热反应。

2．反应热的计算

(1)根据燃烧热数据，计算反应放出的热量。

利用公式：Q＝燃烧热×n(可燃物的物质的量)。

(2)依据反应物与生成物的总能量计算。

ΔH＝E(生成物)－E(反应物)。

(3)根据键能数据计算。

ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和。

(4)根据盖斯定律计算。

若一个热化学方程式可由另外几个热化学方程式相加减而得到，则该反应的反应热也可通过这几个化学反应的反应热相加减而得到。

利用盖斯定律求解热化学方程式

1．(2023·全国甲卷节选)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题：

已知下列反应的热化学方程式：

①3O2(g)===2O3(g)K1ΔH1＝285kJ·mol－1

②2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(l)K2ΔH2＝－329kJ·mol－1

反应③CH4(g)＋O3(g)===CH3OH(l)＋O2(g)的ΔH3＝________kJ·mol－1。

答案：－307

解析：根据盖斯定律可知，反应③＝12(反应②－反应①)，所以对应ΔH3＝12(ΔH2－ΔH1)＝12×(－329kJ·mol－1－285kJ·mol－1)＝－307kJ·mol－1。

2．(2023·新课标卷节选)氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：

根据下图数据计算反应12N2(g)＋32H2(g)NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

答案：－45

解析：在化学反应中，断开化学键要消耗能量，形成化学键要释放能量，反应的焓变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差，因此，由图中数据可知，反应12N2(g)＋32H2(g)NH3(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339)kJ·mol－1＝－45kJ·mol－1。