专项18--利用键能计算反应热(新高考专用)(原卷版).docx

第三篇 化学反应与能量
专项18 利用键能计算反应热

键能是指在101 kPa、298 K条件下，1 mol气态AB分子生成气态A原子和B原子的过程中所吸收的能量，称为AB间共价键的键能。键能是衡量共价键稳定性的一个重要参数。键能越大，即形成共价键时放出的热量越多，共价键越稳定。例如：①N2分子的化学性质很稳定，是因为N≡N的键能很大(946kJ·mol-1)；②H-F、H-Cl、H-Br、H-I键的键能依次为567 kJ·mol-1、431 kJ·mol-1、366 kJ·mol-1、298 kJ·mol-1，键能逐渐减小，HF、HCl、HBr、HI分子的稳定性逐渐减弱。③CH2=CH2中C=C键的键能(615 kJ·mol-1)小于C2H6中C-C键的键能(348 kJ·mol-1)的两倍，CH≡CH中C≡C键的键能(812 kJ·mol-1)小于C-C键的键能的3倍，也小于C-C键、C=C键的键能之和，表明乙烯、乙炔分子中的π键不如σ键牢固，比较容易断裂。
化学反应中发生旧化学键断裂和新化学键形成，如果旧化学键断裂所吸收的总能量大于新化学键形成所放出的总能量，则该化学反应为吸热反应；反之，该化学反应为放热反应。即：能量变化(ΔH)=反应物的键能总和-生成物键能总和；若ΔH>0，则该反应为吸热反应；若ΔH<0，则该反应为放热反应。

1．(2022·北京卷)由键能数据大小，不能解释下列事实的是( )
化学键

键能/ kJ·mol-1
411
318
799
358
452
346
222
A．稳定性：CH4＞SiH4 B．键长： C=O＜C-O
C．熔点：CO2＜SiO2 D．硬度：金刚石＞晶体硅
【答案】C
【解析】A项，键能越大越稳定，C-H键能大于Si-H，所以稳定性：CH4＞SiH4，故不选A；B项，键能越大，键长越短，C=O键能大于C-O，所以键长：C=O＜C-O，故不选B；C项，CO2是分子晶体，熔点由分子间作用力决定，SiO2是共价晶体，所以熔点CO2＜SiO2，不能用键能解释熔点CO2＜SiO2，故选C； D项，金刚石、晶体硅都是共价晶体，共价晶体中键能越大，晶体的硬度越大，C-C的键能大于Si-Si，所以硬度：金刚石>晶体硅，故不选D；故选C。
2．(2022·浙江省6月选考)标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表：
物质(g)
O
H
HO
HOO
H2
O2
H2O2
H2O
能量/ kJ·mol-l
249
218
39
10
0
0

可根据HO(g)+HO(g)= H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-l。下列说法不正确的是( )
A．H2的键能为436 kJ·mol-l
B．O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C．解离氧氧单键所需能量： HOO＜H2O2
D．H2O(g)+O(g)= H2O2(g) ΔH＝-143kJ·mol−1
【答案】C
【解析】A项，根据表格中的数据可知，H2的键能为218×2=436 kJ·mol-l，A正确；
B项，由表格中的数据可知O2的键能为：249×2=498 kJ·mol-l，由题中信息可知H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-l，则O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍，B正确；C项，由表格中的数据可知HOO=HO+O，解离其中氧氧单键需要的能量为249+39-10=278 kJ·mol-l，H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-l，C错误；D项，由表中的数据可知H2O(g)+O(g)= H2O2(g)的，D正确；故选C。
3．(2021•浙江1月选考)已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表：
共价键
H- H
H-O
键能/(kJ·mol-1)
436
463
热化学方程式
2H2(g) + O2 (g)=2H2O(g) ΔH= -482kJ·mol-1
则2O(g)=O2(g)的ΔH为( )
A．428 kJ·mol-1 B．-428 kJ·mol-1 C．498 kJ·mol-1 D．-498 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】反应的ΔH=2(H-H)+(O-O)-4(H-O)；-482kJ/mol=2×436kJ/mol+(O-O)-4×463kJ/mol，解得O-O键的键能为498kJ/mol，2个氧原子结合生成氧气的过程需要释放能量，因此2O(g)=O2(g)的ΔH=-498kJ/mol。
4．(2018•天津卷节选)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
C—H

H—H
C←O(CO)
键能/(kJ·mol-1)
413
745
436
1 075
则该反应的ΔH=　　　　。 
分别在v L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压，容积可变)中，加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是　　　　(填“A”或“B”)。 
【答案】 +120 kJ·mol-1　B
【解析】根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能，该反应的ΔH=(413×4+745×2) kJ·mol-1-(1 075×2+436×2) kJ·mol-1=+120 kJ·mol-1。该反应为气体分子数增大的吸热反应，恒容时达到的平衡相当于恒压条件下达到平衡后增大压强，加压平衡向逆反应方向移动，故恒容时反应达平衡后吸收的热量比恒压时反应达平衡后吸收的热量少。

利用键能计算反应热的方法
(1)熟记反应热ΔH的计算公式：ΔH=E(反应物的总键能之和)-E(生成物的总键能之和)
(2)注意特殊物质中键数的判断
利用键能计算反应热的关键，就是要算清物质中化学键的数目，清楚中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目。
物质
(化学键)
CO2
(C=O)
CH4
(C—H)
P4
(P—P)
SiO2
(Si—O)
石墨
(C—C)
金刚石
(C—C)
S8
(S—S)
Si
(Si—Si)
每个微粒所含
化学键数目
2
4
6
4
1.5
2
8
2

1．(2022·陕西省子洲中学质检)生产液晶显示器的过程中使用的化学清洗剂NF3是一种温室气体，在大气中寿命可达740年之久。键能是指破坏(或生成)1mol化学键所需要吸收(或放出)的能量。结合表中信息，下列说法正确的是( )
化学键
N≡N
F-F
N-F
键能(kJ/mol)
941.7
154.8
283.0
A．过程N2(g)→2N(g)放出能量
B．反应N2(g)+3F2(g)=2NF3(g)是吸热反应
C．稳定性：F－F键<N－F键
D．NF3吸收能量后，肯定发生化学反应
2．(2022·重庆巴蜀中学高三阶段模拟)合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-90.8kJ·mol-1  ΔS=-198.9J ·mol-1·K-1。相关化学键键能数据
化学键
N ≡ N
H -H
N-H
键能E/(kJ·mol-1)
946.0
436. 0
x
下列分析错误的是( )
A．x=390.8
B．该反应在常温下可自发进行
C．工业上采用400~500℃的高温反应条件，在提高反应速率的同时，也提高了原料气的平衡转化率
D．工业上使用铁触媒作反应催化剂，可提高氨气的日产量
3．已知：①SiCl4 (g)+ 2H2(g) Si(g)+ 4HCl (g) ΔH1；②Si (g)+ O2(g)SiO2 (g) ΔH2 。根据相关物质结构和下表中提供的数据计算ΔH1、ΔH2分别为( )

化学键
Si-Cl
H-H
Si-Si
键能(kJ·mol-1)
360
436
176
化学键
H-Cl
O=O
Si-O
键能(kJ·mol-1)
431
498
460
A．+236 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1 B．-116 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1
C．-116 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1 D．+236 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1
4．部分化学键的键能如下表所示：
化学键
C-H
C=O
N-H
C-N
H-O
键能(kJ/mol)
a
b
c
d
e
甲醛的结构式为，甲醛制备乌洛托品(C6H12N4)的反应如图所示，该反应的△H为( )
+4NH3(g)
A． B．
C． D．
5. 肼(H2N-NH2)燃烧涉及的共价键的键能与热化学方程式信息见下表：
共价键
N-H
N-N
O=O
O-H
键能/(kJ·mol-1)
391
161
498
463
热化学方程式
N2H4(g)＋O2(g)→N2(g)＋2H2O(g)＋570kJ
则2N(g)→N2(g)＋Q，Q为( )
A. 1882kJ B. 941kJ C. 483kJ D. 241.5kJ
6．(2022·吉林省长春吉大附中实验学校高三模拟)已知：某些化学键的键能数据如表所示(注：键能为气态分子完全解离成气态原子所吸收的能量。)
化学键

键能/( kJ/mol  )
436
243
431
255
339
下列说法正确的是( )
A．同温同压下，反应H2(g)+ Cl2(g)=2 HCl(g)在光照和点燃条件下的不同
B．2H2(g)+ S2(g)2 H2S(g) 该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量
C．2H2(g)+ S2(s)2 H2S(g) ΔH＞-229kJ/mol   
D．1 mol H2S(g)分解吸收的热量比1 mol HCl(g)分解吸收的热量多，所以H2S(g)比HCl(g)稳定
7．(2022·浙江省杭州市高三选考模拟)标准状态下，下列物质气态时的相对能量如下表：
物质(g)
O
H
HO
HOO
H2
O2
H2O2
H2O
能量/ kJ·mol-1
249
218
39
10
0
0

可根据H2O(g)+O(g)=H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1。下列说法不正确的是( )
A．H2的键能为436 kJ·mol-1
B．O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C．解离氧氧单键所需能量： HOO＜H2O2
D．H2O(g)+O(g)=H2O2(g) ∆H = -143 kJ·mol-1
8．CH3OH(l)＋O2(g)=CO(g)＋2H2O(g) ΔH=-393kJ·mol-1，该反应相关化学键键能数据如下表：
化学键
O=O
C-O
C≡O
H-O
C-H
键能/(kJ·mol -1)
496
343
1076
X
413
则___________。
9．已知：N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g) ΔH=-544kJ·mol-1，键能数据如下表：
化学键
N—N
N—H
O=O
O—H
键能/(kJ·mol-1)
193
391
497
463
则氮氮三键的键能为___________。若H2O(l)=H2O(g)ΔH=＋44kJ·mol-1，则N2H4(g)的燃烧热为___________。
10．已知，在25℃和下，部分化学键的键能数据如表所示。
化学键

键能/( kJ·mol-1)
436
391
a
498
414
803
462
193
在25℃和下，工业合成氨的反应中每生成1 mol NH3(g)就会放出热量，在该条件下，向某容器中加入2 mol N2(g)、6 mol H2(g)及合适的催化剂，充分反应后测得其放出的热量小于，原因可能是_______，表中的a=_______。
11．肼(N2H4)是火箭的高能燃料，燃烧时发生反应：N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)，已知某些化学键的键能如表：
化学键
O-H
N-N
N-H
O=O

键能/kJ·mol-1
467
160
391
498
945
则1mol N2H4(g)在氧气中完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)的过程中_______(填“吸收”或“放出”)的能量为_______kJ。
12．键能也可以用于估算化学反应的反应热(ΔH)。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)
172
335
498
X
已知白磷的标准燃烧热为-2378kJ/mol，白磷的结构为正四面体，白磷完全燃烧的产物结构如图所示，则上表中X=_______。

13．在碳中和背景下，氢能是新能源领域中与油气行业现有业务结合最紧密的一类，而制氢成本过高，仍是目前氢能产业发展的挑战之一，甲烷水蒸气重整制氢是目前工业制氢最为成熟的方法，涉及的主要反应如下：
反应Ⅰ CH4(g) +H2O(g)CO(g) +3H2(g)    ΔH1>0
反应Ⅱ CH4(g) +2H2O(g)CO2(g) +4H2(g)     ΔH2>0
反应ⅢCO(g) +H2O(g)CO2(g) +H2(g)    ΔH3
已知部分化学键的键能数据如下表：
化学键
O-H
H-H
C=O
C≡O( CO)
键能/(kJ·mol -1)
463
436
803
1075
则ΔH3=_______，若反应Ⅲ的正反应活化能Ea(正) =83 kJ· mol-1，则逆反应活化能Ea(逆)= _______kJ·mol-1。
14．参考以下表格中的键能数据，回答下列问题：
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能／kJ·mo1-1
460
360
436
431
176
347
(2)比较下列两组物质的熔点高低(填“>”或“<”)：SiC_______Si；SiCl4_______SiO2。
(3)能不能根据键能的数据判断晶体硅和化合物SiCl4的熔点高低？_______(填“能”或“不能”)，理由是_______。
(4)工业上高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)+2H2(g)=Si(s)+4HCl(g)。计算该反应的反应热△H为_______kJ/mol。