構建解題模型 快準計算反應熱

廣東 曾令勇

一、高考情況分析

當今高考化學試題在高考評價體系框架的引領下，科學設置考查內容，保證基礎性、加強綜合性、增強應用性和探索創新性，滿足高等學校對高素質人才選拔的需要。而反應熱計算是一個應用性很強的知識點，在歷年高考題中很受青睞，具體考情分析如下表：

201320142015201620172018全國卷Ⅰ考查題型非選擇題,1個空非選擇題,1個空非選擇題,1個空非選擇題,2個空非選擇題,2個空考查內容利用蓋斯定律進行計算利用蓋斯定律進行計算利用鍵能進行計算利用蓋斯定律進行計算利用蓋斯定律進行計算全國卷Ⅱ考查題型選擇題選擇題非選擇題,2個空非選擇題,1個空非選擇題,1個空非選擇題,1個空考查內容利用蓋斯定律進行計算利用蓋斯定律進行計算,反應熱的大小比較利用鍵能、蓋斯定律進行計算利用蓋斯定律進行計算利用蓋斯定律進行計算利用蓋斯定律進行計算全國卷Ⅲ考查題型非選擇題,1個空非選擇題,1個空非選擇題,1個空考查內容利用蓋斯定律進行計算利用蓋斯定律進行計算利用蓋斯定律進行計算廣東卷考查題型非選擇題,2個空非選擇題,1個空非選擇題,1個空考查內容書寫熱化學方程式、利用蓋斯定律進行計算利用蓋斯定律進行計算書寫熱化學方程式、利用蓋斯定律進行計算

二、解題方法介紹

反應熱的計算題型主要有三類：第一類是根據反應物和生成物的總能量進行計算；第二類是根據鍵能來進行計算；第三類是根據蓋斯定律進行計算。依據歷年高考題分析可知，最受青睞的考查內容是根據蓋斯定律進行的計算。蓋斯定律的內容學生非常容易理解，不管化學反應是一步完成或分幾步完成，其反應熱是相同的。換句話說，化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關，而與反應的途徑無關。蓋斯定律好理解，但在具體考題中，一旦涉及熱化學方程式(既有已知的熱化學方程式，也有目標熱化學方程式)就不知道從何處下手，直接放棄覺得可惜，如果嘗試解答，消耗時間較長，且正確率不高。現在筆者對利用蓋斯定律進行計算反應熱的這種題型摸索出一個比較好的解題模型，總體來說就是六個字：物質、位置、系數。“物質”是指要抓唯一，觀察目標熱化學方程式的反應物和生成物，抓出在所給的已知熱化學方程式中僅出現過1次的物質；“位置”是指抓出來的物質的位置，如果同為反應物或生成物就是加，位置不同就是減；“系數”是指抓出來的物質系數，如果系數相同就不需要乘除，系數不同就要乘或除以相應的數。具體解法如下：

【例1】(2018·全國卷Ⅰ·28，略改編)(2)已知：

ΔH1=-4.4 kJ·mol-1

三、典型題例分析

1.常規題型

1.1 給出目標熱化學方程式

【例2】(2018·全國卷Ⅱ·27，略改編)CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣(CO和H2)，還對溫室氣體的減排具有重要意義。回答下列問題：

該催化重整反應的ΔH=________kJ·mol-1。

【解析】①是目標熱化學方程式，②③④是已知的熱化學方程式，經觀察②中找CH4(也可以找H2)，位置不同，系數相同即-②；③中找CO2，位置不同，系數相同即-③；④中找CO，位置相同，系數在目標熱化學方程式中是2，而④中CO的系數是1，所以是+④×2。綜上所述①=-②-③+④×2，即①=④×2-②-③，則ΔH=(-111 kJ·mol-1)×2-(-75 kJ·mol-1)-(-394 kJ·mol-1)=+247 kJ·mol-1。

1.2 未給出目標熱化學方程式

【例3】甲醇是重要的可再生燃料。已知在常溫常壓下：

則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為________________。

1.3 圖象題

【例4】氨的合成是重要的化工生產之一。

工業上合成氨用的H2有多種制取方法：

已知有關反應的能量變化如下圖所示，且方法②的反應只能在高溫條件下發生，則方法②中反應的ΔH=________kJ·mol-1。

圖1

圖2

圖3

【解析】多數學生一看到這類題型，首先把三個圖所對應的熱化學方程式寫出，實際上不用寫，寫出來既浪費時間又增大了出錯率。按照筆者的方法，就抓三種物質，這三種物質既在目標熱化學方程式里，且在已知圖中只出現過1次，它們分別是圖3的CH4、圖1的CO、圖2的H2。其中CH4在圖3和②中都是反應物，位置相同，系數也相同，即+(-ckJ·mol-1)；CO的位置在圖1和②中不同，系數相同，即-(-akJ·mol-1)；H2的位置在圖2和②中不同，且目標熱化學方程式中H2的系數是圖2的3倍，即-(-3bkJ·mol-1)。所以ΔH=(-ckJ·mol-1)-(-akJ·mol-1)-(-3bkJ·mol-1)=(a+3b-c) kJ·mol-1。

2.復雜題型

這種復雜題型主要是在已知方程式中增加了一個看似沒用但非常有用的熱化學方程式，這個熱化學方程式主要是用來消元的。例如：

【例5】(2014·全國卷Ⅰ·28，節選)(2)已知：

ΔH2=-29.1 kJ·mol-1

【解析】唯一的物質：②式中有C2H4，③式中有C2H5OH，那么①怎么辦，實際它是用來消元的，可以與③式消掉CH3OCH3。C2H4的位置不同，系數相同即-②，C2H5OH位置不同，系數相同即-③，也就是說要把③顛倒，顛倒后直接可以與①式消CH3OCH3，即+①。所以④=+①-②-③，即ΔH=-23.9 kJ·mol-1-(-29.1 kJ·mol-1)-(+50.7 kJ·mol-1)=-44.5 kJ·mol-1。

【例6】(2017·全國卷Ⅰ·28，略改編)(2)圖4是通過熱化學循環在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應系統原理。

圖4

通過計算，可知系統(Ⅰ)和系統(Ⅱ)制氫的熱化學方程式分別為________________、__________________________________。

四、結束語

通過以上題型分析，這種解題模型應用范圍廣，可以快速準確地求出各種題型的反應熱，對于書寫熱化學方程式也行之有效。例如：

【例7】(2011·廣東卷·31，節選)(2)將所得CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應器，發生反應：

寫出由CO2生成CO的熱化學方程式：________________。

作為老師，需要不斷對教學進行反思，不放過教學中無論是學生提出還是自己發現的問題，指導學生應用創新的觀念去分析、解決問題，促進學生形成化學學科的思維方式。