浙江 李大艷

例析近年高考中焓變的命題角度

浙江 李大艷

化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)一直是高考考查的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。其中有關(guān)焓變的考查更是能量命題的核心內(nèi)容。

何謂焓變？在恒溫恒壓條件下，化學(xué)反應(yīng)過程中吸收或釋放的熱量稱為反應(yīng)的焓變，用ΔH表示，單位常采用kJ·mol－1。吸收熱量的反應(yīng)，其ΔH＞0，放出熱量的反應(yīng)，其ΔH＜0。下面將結(jié)合近3年高考題中有關(guān)焓變的試題從以下兩個(gè)大方面分類例析。

一、焓變（ΔH）正負(fù)的判斷（即反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)）

角度一：根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行判斷

下列關(guān)于上述反應(yīng)焓變的判斷正確的是 （ ）

A．ΔH1＞0，ΔH3＜0

B．ΔH2＞0，ΔH4＞0

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3

D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

【解析】根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，碳燃燒放熱，故ΔH1＜0；二氧化碳和碳反應(yīng)吸熱，故ΔH2＞0；CO燃燒反應(yīng)放熱，故ΔH3＜0；鐵和氧氣反應(yīng)放熱，故ΔH4＜0；CO還原氧化鐵反應(yīng)吸熱，故ΔH5＞0；故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤。C、D選項(xiàng)考查蓋斯定律的應(yīng)用，此處暫不展開。本題答案為C。

【知識(shí)要點(diǎn)】根據(jù)反應(yīng)的特點(diǎn)歸納出常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)。

常見的放熱反應(yīng)：①可燃物的燃燒；②酸堿中和反應(yīng)；③大多數(shù)化合反應(yīng)；④金屬跟酸的置換反應(yīng)；⑤物質(zhì)的緩慢氧化；⑥鋁熱反應(yīng)等。

角度二：根據(jù)反應(yīng)物和生成物具備的能量判斷

例2 （2016海南，11）由反應(yīng)物X轉(zhuǎn)化為Y和Z的能量變化如圖所示。下列說法正確的是 （ ）

A．由X→Y反應(yīng)的ΔH＝E5－E2

B．由X→Z反應(yīng)的ΔH＜0

C．降低壓強(qiáng)有利于提高Y的產(chǎn)率

D．升高溫度有利于提高Z的產(chǎn)率

【解析】A選項(xiàng)，由圖可知，反應(yīng)物的總能量為E2，生成物的總能量為E3，所以由X→Y反應(yīng)的ΔH＝E3－E2，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，由圖可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，由X→Z反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH＜0，故B選項(xiàng)正確；C、D選項(xiàng)考查平衡的移動(dòng)，此處暫不展開。本題答案為B和C。

【知識(shí)要點(diǎn)】一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中是吸收能量還是放出能量，決定于反應(yīng)物總能量與生成物總能量的相對(duì)大小，若反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，該反應(yīng)放熱，ΔH＜0；若反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，該反應(yīng)吸熱，ΔH＞0。

角度三：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)（化學(xué)鍵斷裂和形成時(shí)吸收或釋放的能量）判斷

例3 （2016海南，6節(jié)選）順－1，2－二甲基環(huán)丙烷和反－1，2－二甲基環(huán)丙烷可發(fā)生如下轉(zhuǎn)化：

已知：t1溫度下，該反應(yīng)的活化能Ea（正）小于Ea（逆），則ΔH________（填“小于”“等于”或“大于”）0。

【解析】該反應(yīng)的活化能Ea（正）小于Ea（逆），說明舊鍵斷裂吸收的能量比新鍵形成放出的能量要少，說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故ΔH小于0。本題答案：小于。

【知識(shí)要點(diǎn)】當(dāng)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，斷開反應(yīng)物中的化學(xué)鍵（即舊鍵的斷裂）要吸收能量，而形成生成物中的化學(xué)鍵（新鍵的形成）要釋放能量，當(dāng)舊鍵斷裂吸收的能量高于新鍵形成放出的能量，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH＞0；當(dāng)舊鍵斷裂吸收的能量低于新鍵形成放出的能量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH＜0。

角度四：根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)行判斷

①用離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)：____________________。

【知識(shí)要點(diǎn)】根據(jù)平衡移動(dòng)原理，其他條件不變的情況下，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。故升高溫度，若平衡正移，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，若平衡逆移，則逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；降低溫度，若平衡正移，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，若平衡逆移，則逆反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

化學(xué)平衡常數(shù)的數(shù)值隨溫度的改變而改變，但其改變趨勢與反應(yīng)本身是吸熱反應(yīng)，還是放熱反應(yīng)有關(guān)。若升高溫度，某反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)變大，則該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反之則是放熱反應(yīng)；若降低溫度，某反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)變大，則該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反之則是吸熱反應(yīng)。

角度五：根據(jù)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行判斷

例5 （2016天津，10節(jié)選）氫氣可用于制備H2O2。

其中A、B為有機(jī)物，兩反應(yīng)均為自發(fā)反應(yīng)，則H2（g）＋O2（g）＝H2O2（l）的ΔH________（填“＞”“＜”或“＝”）0。

【知識(shí)要點(diǎn)】判斷化學(xué)反應(yīng)方向的綜合判據(jù)ΔG＝ΔHTΔS，若ΔG＝ΔH－TΔS＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，若ΔG＝ΔH－TΔS＝0，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，若ΔG＝ΔH－TΔS＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。

①ΔH＜0，ΔS＞0的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行；

③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大時(shí)，溫度對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用。當(dāng)ΔH＜0，ΔS＜0時(shí)低溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)ΔH＞0，ΔS＞0時(shí)，高溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。

二、焓變（ΔH）的計(jì)算

角度一：利用蓋斯定律計(jì)算

例6 （2016新課標(biāo)Ⅱ，26節(jié)選）聯(lián)氨（又稱聯(lián)肼，N2H4，無色液體）是一種應(yīng)用廣泛的化工原料，可用作火箭燃料。

上述反應(yīng)熱效應(yīng)之間的關(guān)系式為ΔH4＝________。

【知識(shí)要點(diǎn)】蓋斯定律：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，無論是一步完成，還是分幾步完成，其總的熱效應(yīng)是完全相同的。

蓋斯定律表明，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的焓變只與反應(yīng)體系的起始狀態(tài)和最終狀態(tài)有關(guān)，與反應(yīng)的途徑無關(guān)。

在城市軌道交通線路實(shí)際運(yùn)營中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生由于屏蔽門處站臺(tái)絕緣帶絕緣不佳或車站結(jié)構(gòu)滲漏水造成屏蔽門與車站主體結(jié)構(gòu)接觸，從而導(dǎo)致屏蔽門打火的情況[8]，為了快速消除此打火現(xiàn)象，運(yùn)營維護(hù)人員經(jīng)常通過常閉車站鋼軌電位限制裝置來解決?？此圃摴收弦呀?jīng)得到了解決，實(shí)際上并沒有真正找到造成打火的根本原因。由于常閉車站鋼軌電位限制裝置使得鋼軌長期接地，在某種程度上導(dǎo)致雜散電流的增多[9]。

蓋斯定律的常見用法：

（1）方程式加減法

已知焓變的幾個(gè)熱化學(xué)方程式，通過一定倍數(shù)的相加或相減，得到未知焓變的熱化學(xué)方程式，則相應(yīng)的焓變做相同的加減處理即可求得該未知熱化學(xué)方程式的焓變。

（2）“虛擬路徑”法

若反應(yīng)物A變?yōu)樯晌顳，可以有兩個(gè)途徑：

①由A直接變成D，反應(yīng)熱為ΔH；

②由A變成B，B變成C，再由C變成D，每步的反應(yīng)熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3。

如圖所示：

則有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。

角度二：利用鍵能計(jì)算

例7 （2015浙江，28）乙苯催化脫氫制苯乙烯反應(yīng)：

（1）已知：

_____化學(xué)鍵 C—H C— C C C H—H_鍵能／k J·mol－14 1 2 3 4 8 6 1 2 4 3 6__

計(jì)算上述反應(yīng)的ΔH＝________kJ·mol－1。

【解析】ΔH＝反應(yīng)物的總鍵能－生成物的總鍵能。

反應(yīng)物的總鍵能＝苯環(huán)的鍵能總和＋5個(gè)C—H鍵能＋1個(gè)C—C鍵能

ΔH＝412kJ·mol－1×5＋348kJ·mol－1－412kJ·mol－1×3－612kJ·mol－1－436kJ·mol－1＝124kJ·mol－1。本題答案為124。

【知識(shí)要點(diǎn)】從鍵能的角度計(jì)算：ΔH＝反應(yīng)物的總鍵能－生成物的總鍵能。

提醒：要分析清楚物質(zhì)中每種的化學(xué)鍵的數(shù)目。

角度三：利用物質(zhì)具備的能量計(jì)算

例8 （2014福建，23節(jié)選）一定條件，在水溶液中1mol Cl－、Cl（x＝1，2，3，4）的能量（kJ）相對(duì)大小如下圖所示。

①D是_______________（填離子符號(hào)）。

②B→A＋C反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為___________（用離子符號(hào)表示）。

【解析】①根據(jù)圖象可知，D中Cl元素化合價(jià)為＋7價(jià)，所以Cl中x為4，則D為Cl；②根據(jù)氯元素的化合價(jià)可知，則B→A＋C的方程式為，水溶液中的反應(yīng)，狀態(tài)為aq，反應(yīng)放出的熱量為63＋2×0－3×60＝117kJ，反應(yīng)的焓變?yōu)椋?17kJ／mol。本題答案為①ClCl（aq）＋2Cl－（aq）ΔH＝－117kJ·mol－1。

【知識(shí)要點(diǎn)】從物質(zhì)具備的能量角度計(jì)算：ΔH＝生成物的總能量－反應(yīng)物的總能量。

角度四：利用反應(yīng)的熱量變化計(jì)算

例9 （2014安徽，26節(jié)選）CuCl（s）與O2反應(yīng)生成CuCl2（s）和一種黑色固體。在25℃、101k Pa下，已知該反應(yīng)每消耗1mol CuCl（s），放出44．4kJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是___________________。

【解析】由CuCl（s）與O2反應(yīng)生成CuCl2（s）和一種黑色固體，根據(jù)原子個(gè)數(shù)守恒和質(zhì)量守恒，寫出化學(xué)方程式，該反應(yīng)每消耗1mol CuCl（s），放熱44．4kJ，消耗4mol CuCl（s），則放熱44．4kJ×4＝177．6kJ，故本題答案為4CuCl（s）＋

【知識(shí)要點(diǎn)】焓變的計(jì)算常常與熱化學(xué)方程式的書寫結(jié)合考查。

熱化學(xué)方程式是能表示反應(yīng)熱的化學(xué)方程式，不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。在書寫時(shí)要注意：①應(yīng)注明反應(yīng)物、生成物的聚集狀態(tài)，一般用g表示氣體、l表示液體、s表示固體，aq表示水溶液。②應(yīng)注明反應(yīng)時(shí)的溫度和壓強(qiáng)（25℃、101k Pa時(shí)，可以不注明）。③熱化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量，不表示物質(zhì)分子個(gè)數(shù)或原子個(gè)數(shù)，因此，它可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)。④ΔH只能寫在化學(xué)方程式的右邊，若為放熱反應(yīng)，則ΔH為“－”；若為吸熱反應(yīng)，則ΔH為“＋”。其單位一般為kJ／mol或kJ·mol—1。對(duì)于同一反應(yīng)，計(jì)量數(shù)不同，其ΔH數(shù)值不同。

（作者單位：浙江省紹興市魯迅中學(xué)）