構(gòu)建解題模型 快準(zhǔn)計(jì)算反應(yīng)熱

廣東 曾令勇

一、高考情況分析

當(dāng)今高考化學(xué)試題在高考評(píng)價(jià)體系框架的引領(lǐng)下，科學(xué)設(shè)置考查內(nèi)容，保證基礎(chǔ)性、加強(qiáng)綜合性、增強(qiáng)應(yīng)用性和探索創(chuàng)新性，滿足高等學(xué)校對(duì)高素質(zhì)人才選拔的需要。而反應(yīng)熱計(jì)算是一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)，在歷年高考題中很受青睞，具體考情分析如下表：

201320142015201620172018全國(guó)卷Ⅰ考查題型非選擇題,1個(gè)空非選擇題,1個(gè)空非選擇題,1個(gè)空非選擇題,2個(gè)空非選擇題,2個(gè)空考查內(nèi)容利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用鍵能進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算全國(guó)卷Ⅱ考查題型選擇題選擇題非選擇題,2個(gè)空非選擇題,1個(gè)空非選擇題,1個(gè)空非選擇題,1個(gè)空考查內(nèi)容利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算,反應(yīng)熱的大小比較利用鍵能、蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算全國(guó)卷Ⅲ考查題型非選擇題,1個(gè)空非選擇題,1個(gè)空非選擇題,1個(gè)空考查內(nèi)容利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算廣東卷考查題型非選擇題,2個(gè)空非選擇題,1個(gè)空非選擇題,1個(gè)空考查內(nèi)容書寫熱化學(xué)方程式、利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算書寫熱化學(xué)方程式、利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算

二、解題方法介紹

反應(yīng)熱的計(jì)算題型主要有三類：第一類是根據(jù)反應(yīng)物和生成物的總能量進(jìn)行計(jì)算；第二類是根據(jù)鍵能來(lái)進(jìn)行計(jì)算；第三類是根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)歷年高考題分析可知，最受青睞的考查內(nèi)容是根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行的計(jì)算。蓋斯定律的內(nèi)容學(xué)生非常容易理解，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。換句話說(shuō)，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)。蓋斯定律好理解，但在具體考題中，一旦涉及熱化學(xué)方程式(既有已知的熱化學(xué)方程式，也有目標(biāo)熱化學(xué)方程式)就不知道從何處下手，直接放棄覺(jué)得可惜，如果嘗試解答，消耗時(shí)間較長(zhǎng)，且正確率不高。現(xiàn)在筆者對(duì)利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算反應(yīng)熱的這種題型摸索出一個(gè)比較好的解題模型，總體來(lái)說(shuō)就是六個(gè)字：物質(zhì)、位置、系數(shù)。“物質(zhì)”是指要抓唯一，觀察目標(biāo)熱化學(xué)方程式的反應(yīng)物和生成物，抓出在所給的已知熱化學(xué)方程式中僅出現(xiàn)過(guò)1次的物質(zhì)；“位置”是指抓出來(lái)的物質(zhì)的位置，如果同為反應(yīng)物或生成物就是加，位置不同就是減；“系數(shù)”是指抓出來(lái)的物質(zhì)系數(shù)，如果系數(shù)相同就不需要乘除，系數(shù)不同就要乘或除以相應(yīng)的數(shù)。具體解法如下：

【例1】(2018·全國(guó)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(guī)題型

1.1 給出目標(biāo)熱化學(xué)方程式

【例2】(2018·全國(guó)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(duì)溫室氣體的減排具有重要意義。回答下列問(wèn)題：

該催化重整反應(yīng)的ΔH=________kJ·mol-1。

【解析】①是目標(biāo)熱化學(xué)方程式，②③④是已知的熱化學(xué)方程式，經(jīng)觀察②中找CH4(也可以找H2)，位置不同，系數(shù)相同即-②；③中找CO2，位置不同，系數(shù)相同即-③；④中找CO，位置相同，系數(shù)在目標(biāo)熱化學(xué)方程式中是2，而④中CO的系數(shù)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(biāo)熱化學(xué)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(tài)水的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_______________。

1.3 圖象題

【例4】氨的合成是重要的化工生產(chǎn)之一。

工業(yè)上合成氨用的H2有多種制取方法：

已知有關(guān)反應(yīng)的能量變化如下圖所示，且方法②的反應(yīng)只能在高溫條件下發(fā)生，則方法②中反應(yīng)的ΔH=________kJ·mol-1。

圖1

圖2

圖3

【解析】多數(shù)學(xué)生一看到這類題型，首先把三個(gè)圖所對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)方程式寫出，實(shí)際上不用寫，寫出來(lái)既浪費(fèi)時(shí)間又增大了出錯(cuò)率。按照筆者的方法，就抓三種物質(zhì)，這三種物質(zhì)既在目標(biāo)熱化學(xué)方程式里，且在已知圖中只出現(xiàn)過(guò)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(yīng)物，位置相同，系數(shù)也相同，即+(-ckJ·mol-1)；CO的位置在圖1和②中不同，系數(shù)相同，即-(-akJ·mol-1)；H2的位置在圖2和②中不同，且目標(biāo)熱化學(xué)方程式中H2的系數(shù)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(fù)雜題型

這種復(fù)雜題型主要是在已知方程式中增加了一個(gè)看似沒(méi)用但非常有用的熱化學(xué)方程式，這個(gè)熱化學(xué)方程式主要是用來(lái)消元的。例如：

【例5】(2014·全國(guó)卷Ⅰ·28，節(jié)選)(2)已知：

ΔH2=-29.1 kJ·mol-1

【解析】唯一的物質(zhì)：②式中有C2H4，③式中有C2H5OH，那么①怎么辦，實(shí)際它是用來(lái)消元的，可以與③式消掉CH3OCH3。C2H4的位置不同，系數(shù)相同即-②，C2H5OH位置不同，系數(shù)相同即-③，也就是說(shuō)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(guó)卷Ⅰ·28，略改編)(2)圖4是通過(guò)熱化學(xué)循環(huán)在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應(yīng)系統(tǒng)原理。

圖4

通過(guò)計(jì)算，可知系統(tǒng)(Ⅰ)和系統(tǒng)(Ⅱ)制氫的熱化學(xué)方程式分別為_(kāi)_______________、__________________________________。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上題型分析，這種解題模型應(yīng)用范圍廣，可以快速準(zhǔn)確地求出各種題型的反應(yīng)熱，對(duì)于書寫熱化學(xué)方程式也行之有效。例如：

【例7】(2011·廣東卷·31，節(jié)選)(2)將所得CH4與H2O(g)通入聚焦太陽(yáng)能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)：

寫出由CO2生成CO的熱化學(xué)方程式：________________。

作為老師，需要不斷對(duì)教學(xué)進(jìn)行反思，不放過(guò)教學(xué)中無(wú)論是學(xué)生提出還是自己發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新的觀念去分析、解決問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科的思維方式。