高考化学-热反应综合

草东没有派对 · 2026-09-08 19:26:13 · 学习·文化课

一、前置理论

约定

把热化学反应中的反应物、生成物设为 B，每个物质的化学计量数设为 \nu_i，吸热为正、放热为负。

1. 反应热与焓变基础

对于任意恒温恒压下的化学反应，反应的热量变化可以用焓变 \Delta H 表示：

或者更一般的形式：

左侧的 0 代表将所有反应物移到方程式右侧，生成物的化学计量数 \nu_i 取正值，反应物的化学计量数 \nu_i 取负值，把所有参与反应的物质用统一的求和式表达，方便后续直接代入焓变、平衡常数等热力学公式进行通用计算。

举个实际例子，对于普通热化学方程式 2H_2(g)+O_2(g)=2H_2O(l) \quad \Delta H = -285.8\ \text{kJ} · \text{mol}^{-1}，代入这个通用形式后就变成：

注意：只有在反应体系只做体积功，不做其他非体积功时，反应的焓变才等于反应的实际热效应 Q_p。小心邪恶的出题老师。

在恒温恒压条件下，无论反应是否完全进行，反应的焓变只和反应的进度，物质的状态有关，和反应路径无关。

在标准状态（298K，100kPa，纯物质指定相态，溶液浓度 1mol/L）下，反应的焓变称为标准摩尔焓变 \Delta_r H_m^\ominus，可以通过生成物与反应物的标准摩尔生成焓计算：

温度相同，两个反应的反应物生成物组成完全相同时，\Delta H 数值越负，说明反应放出的热量越多，体系能量降低越明显。

2. 热化学方程式与能量状态

热化学方程式是标注了物质聚集状态、反应焓变的化学方程式，定义反应进度为 1mol 时对应的焓变：

热化学方程式中的 \Delta H 不代表1个分子反应的热量变化，而是代表1mol反应进度下，按计量数完全反应时的整体焓变。我们可以根据 \Delta H 的正负直接判断反应的吸放热状态：

当反应完全按照热化学方程式的计量数进行1mol进度时，对应的热量变化可以直接通过 \Delta H 与反应的物质的量相乘计算：

3. 盖斯定律与焓变的运算规则

（1）盖斯定律的核心逻辑

盖斯定律指出：恒温恒压下，化学反应的焓变只和反应的始态、终态有关，和反应的具体路径无关。对于任意总反应：

我们可以将总反应拆分为若干个分步反应，分步反应的焓变之和等于总反应的焓变。

• 若分步反应是吸热反应，总反应焓变等于所有分步吸热焓变的累加；若分步反应是放热反应，总反应焓变等于所有分步放热焓变的代数和。
• 无论反应是一步完成还是分多步完成，只要始态和终态完全一致，总焓变就完全相同。

（2）焓变的基础运算规则

焓变作为状态函数的变化量，会随着热化学方程式的调整同步变化，常见操作的影响如下：

1. 反应方程式逆写：反应物和生成物互换，\Delta H 数值不变，符号取反。
2. 方程式化学计量数整体乘 n：\Delta H' = n \cdot \Delta H，焓变和计量数成正比缩放。
3. 若干个反应相加：总反应的焓变等于所有分步反应焓变的代数和，即 \Delta H_{总} = \sum_i \Delta H_i。
4. 反应中物质的聚集状态改变：同一物质从低能量状态变为高能量状态（如液态变气态），总反应的焓变会对应增加该物质的相变焓。

（3）如何用盖斯定律计算未知焓变？

将已知热化学方程式进行逆写、缩放、相加操作，消去中间产物，得到目标反应，同步对已知焓变进行相同操作，即可得到目标反应的焓变：

其中 k_i 是第 i 个已知反应的缩放系数，逆写时 k_i 取负值，计量数放大 n 倍时 k_i 取 n。

4. 键能与焓变的换算

焓变的本质是反应过程中断键吸收的总能量和成键释放的总能量的差值，我们可以通过键能数据直接计算反应焓变：

断键过程需要吸收能量，成键过程会释放能量，因此计算时直接将所有反应物的总键能减去所有生成物的总键能，即可得到对应反应的焓变。该计算仅适用于气相反应，若反应中存在液态或固态物质，需要额外补充相变的焓变修正。

二、题单题解

:::info[T1] 已知常温常压下： ① 2H_2(g) + O_2(g) = 2H_2O(g) \quad \Delta H_1 = -483.6\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1} ② H_2O(l) = H_2O(g) \quad \Delta H_2 = +44.0\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}

（1）常温常压下，H_2 燃烧生成液态水的热化学方程式：____；1g H_2 完全燃烧生成液态水放出的热量为 ____。

（2）已知反应 C(s) + H_2O(g) = CO(g) + H_2(g) \quad \Delta H_3 = +131.3\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}，则反应 C(s) + \frac{1}{2}O_2(g) = CO(g) 的 \Delta H = ____。

:::success[解析] （1）我们需要得到生成液态水的反应，首先将反应①调整为生成2mol气态水的形式，再减去2倍的反应②，消去气态水得到液态水：

两式相加消去气态水，得到总反应：

1mol H_2 的质量为2g，完全燃烧放出285.8kJ热量，因此1g H_2 完全燃烧放热142.9kJ。

（2）将反应①除以2，得到 H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) = H_2O(g) \quad \Delta H = -241.8\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}，再和反应③相加：

消去同类项后得到目标反应，焓变相加：

（3）先写出两个燃烧热对应的热化学方程式：

再结合 H_2O(l) = H_2O(g) \quad \Delta H_2 = +44.0\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}

用反应a减去反应b再减去反应②，消去氧气和液态水，得到目标反应：

:::

:::info[T2] （1）已知断裂1mol H-H 键、1mol Cl-Cl 键、1mol H-Cl 键分别需要吸收的能量为436kJ、243kJ、431kJ，则反应 H_2(g) + Cl_2(g) = 2HCl(g) 的 \Delta H = __ kJ·mol⁻¹。

（2）已知25℃、101kPa下，1mol C(s，石墨) 完全燃烧生成 CO_2 气体放出 393.5kJ 热量，1mol CO(g) 完全燃烧生成 CO_2 气体放出 283.0kJ 热量，则 C(s，石墨) + \frac{1}{2}O_2(g) = CO(g) 的反应热 \Delta H = __。

:::success[解析] （1）用键能公式直接计算：反应物总键能减去生成物总键能：

（2）写出两个燃烧反应的热化学方程式：

用第一个反应减去第二个反应，消去 CO_2 和多余的 O_2，得到目标反应：

:::info[T3] 已知：① 甲烷的燃烧热 \Delta H_1 = -890.3\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}；② 氢气的燃烧热 \Delta H_2 = -285.8\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}；③ 碳的燃烧热 \Delta H_3 = -393.5\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}。

（1）反应 CH_4(g) = C(s) + 2H_2(g) 的焓变 \Delta H 为 ____。

（2）甲烷作为燃料燃烧时，若氧气不足会生成CO，已知一定量的甲烷不完全燃烧生成CO和 H_2O(l) 时放出的热量为 202.7kJ，生成的CO完全燃烧放出的热量为 56.6kJ，则甲烷完全燃烧生成 CO_2 和 H_2O(l) 时放出的总热量为 __ kJ。

:::success[解析] （1）写出三个燃烧热对应的热化学方程式，将反应①逆写，再加上反应③和2倍的反应②：

相加消去所有中间物质，得到目标反应的焓变：

（2）甲烷不完全燃烧的产物CO继续燃烧放出的热量，加上不完全燃烧放出的热量，就是甲烷完全燃烧的总放热：202.7kJ + 56.6kJ = 259.3kJ。

（3）将NO生成的反应逆写并乘以2，得到 2NO(g) = N_2(g) + O_2(g) \quad \Delta H = -180\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}，再和甲烷完全燃烧的热化学方程式相加：

消去多余的氧气，得到目标反应，焓变相加：

:::

:::info[T4] 已知：P_4（白磷，s）和 P（红磷，s）的结构如图， （红磷没有找到特别好的图，总之本题中其为单分子化合物，没有成键。）

相关反应的焓变如下： ① P_4(s，白磷) + 5O_2(g) = P_4O_{10}(s) \quad \Delta H_1 = -2983.2\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1} ② 4P(s，红磷) + 5O_2(g) = P_4O_{10}(s) \quad \Delta H_2 = -2954.0\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}

:::success[解析] 用反应①减去反应②，消去 O_2 和 P_4O_{10}，得到白磷转化为红磷的反应：

对应的焓变：

:::info[T5] 常温下，1mol葡萄糖 C_6H_{12}O_6(s) 完全燃烧生成 CO_2 气体和液态水，放出2800kJ热量。写出该反应的热化学方程式：____。若消耗18g葡萄糖，反应放出的热量为 __ kJ。 :::

:::success[解析] 先写出配平的化学反应方程式，标注所有物质的聚集状态和对应的焓变：

:::info[T6] 已知乙醇的燃烧热为 1366.8\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}，乙烯的燃烧热为 1411.0\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}，水的汽化热为 44.0\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}。

（1）写出表示乙醇燃烧热的热化学方程式：____。

（2）反应 C_2H_4(g) + H_2O(l) = C_2H_5OH(l) 的焓变 \Delta H = __ kJ·mol⁻¹。

:::success[解析] （1）燃烧热要求1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物，碳转化为 CO_2(g)，氢转化为 H_2O(l)，因此热化学方程式为：

（2）写出乙烯燃烧的热化学方程式：

用乙烯的燃烧反应减去乙醇的燃烧反应，消去 O_2 和 CO_2，得到目标反应：

:::info[T7] 已知键能数据：E(C-H)=413\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}，E(C-C)=347\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}，E(C=C)=614\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}，E(H-H)=436\ \text{kJ}·\text{mol}^{-1}。计算反应 C_2H_4(g) + H_2(g) = C_2H_6(g) 的焓变 \Delta H 为 __ kJ·mol⁻¹。 :::

:::success[解析] 先统计反应中断裂的化学键：1mol C=C 键、1mol H-H 键，总断键能量为 614 + 436 = 1050\ \text{kJ}。 再统计反应中成键的化学键：1mol C-C 键、2mol C-H 键，总成键能量为 347 + 2\times413 = 1173\ \text{kJ}。

代入焓变计算公式：

:::