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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：① N 分子的化学性质很稳定，是因为 N≡N 的键能很大
2
(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。③CH=CH 中C=C键的键能(615
2 2
kJ·mol-1)小于C H 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
2 6
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：CH＞SiH B．键长： C=O＜C-O
4 4
C．熔点：CO＜SiO D．硬度：金刚石＞晶体硅
2 2
【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：CH＞SiH，故不选A；B项，键
4 4
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，CO 是分子晶体，熔点
2
由分子间作用力决定，SiO 是共价晶体，所以熔点CO＜SiO，不能用键能解释熔点CO＜SiO，故选C；
2 2 2 2 2
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。
1
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1
学科网（北京）股份有限公司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 H O HO HO
2 2 2 2 2
能量/ kJ·mol-l 249 218 39 10 0 0
可根据HO(g)+HO(g)= H O(g)计算出HO 中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-l。下列说法不正确的是(
2 2 2 2
)
A．H 的键能为436 kJ·mol-l
2
B．O 的键能大于HO 中氧氧单键的键能的两倍
2 2 2
C．解离氧氧单键所需能量： HOO＜HO
2 2
D．HO(g)+O(g)= H O(g) ΔH＝-143kJ·mol−1
2 2 2
【答案】C
【解析】A项，根据表格中的数据可知，H 的键能为218×2=436 kJ·mol-l，A正确；
2
B项，由表格中的数据可知O 的键能为：249×2=498 kJ·mol-l，由题中信息可知HO 中氧氧单键的键能为
2 2 2
214 kJ·mol-l，则O 的键能大于HO 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
2 2 2
HOO=HO+O，解离其中氧氧单键需要的能量为249+39-10=278 kJ·mol-l，HO 中氧氧单键的键能为214
2 2
kJ·mol-l，C错误；D项，由表中的数据可知HO(g)+O(g)= H O(g)的 ，D
2 2 2
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 2H(g) + O (g)=2HO(g) ΔH= -482kJ·mol-1
2 2 2
则2O(g)=O (g)的ΔH为( )
2
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)=O (g)的ΔH=-498kJ/
2
mol。
4．(2018•天津卷节选)CO 与CH 经催化重整，制得合成气：
2 4
2
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2
学科网（北京）股份有限公司CH(g)+CO (g) 2CO(g)+2H(g)
4 2 2
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CH 和CO 各1 mol的混合气体。两
4 2
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 CO CH P SiO 石墨 金刚石 S Si
2 4 4 2 8
(化学键) (C=O) (C—H) (P—P) (Si—O) (C—C) (C—C) (S—S) (Si—Si)
每个微粒所含
2 4 6 4 1.5 2 8 2
化学键数目
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NF 是一种温室气体，在大
3
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
3
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3
学科网（北京）股份有限公司A．过程N(g)→2N(g)放出能量
2
B．反应N(g)+3F (g)=2NF (g)是吸热反应
2 2 3
C．稳定性：F－F键<N－F键
D．NF 吸收能量后，肯定发生化学反应
3
【答案】C
【解析】A项，过程N(g)→2N(g)为断键过程，吸收能量，A错误；B项，反应N(g)+3F (g)=2NF (g)
2 2 2 3
的ΔH=941.7kJ/mol+3×154.8kJ/mol-2×3×283.0kJ/mol=-291.9kJ/mol，因此反应放热，B错误；C项，由表格
可知F-F键能小于N-F键能，因此稳定性：F-F键<N-F键，C正确；D项，NF 吸收能量后，可能只发生过
3
程NF (g)→N(g)+3F(g)，D错误；故选C。
3
2．(2022·重庆巴蜀中学高三阶段模拟)合成氨反应N(g)+3H(g) 2NH (g)
2 2 3
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
【答案】C
【解析】A项，ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和， ，解得x=
，A正确；B项，ΔH-TΔS＜0 ，反应可以自发进行， ，
解得 ，故该反应在常温下可自发进行，B正确；C项，该反应是放热反应，高温不利于平衡正
向移动，工业上采用400~500℃的高温反应条件，在提高反应速率的同时，但不能提高原料气的平衡转化
率，C错误；D项，催化剂铁触媒能加快反应速率，可提高氨气的日产量，D正确；故选C。
3．已知：①SiCl (g)+ 2H(g) Si(g)+ 4HCl (g) ΔH；②Si (g)+ O(g) SiO (g)
4 2 1 2 2
ΔH 。根据相关物质结构和下表中提供的数据计算ΔH、ΔH 分别为( )
2 1 2
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学科网（北京）股份有限公司化学键 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
【答案】A
【解析】ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和，则
=+236 kJ·mol-1；
。故选A。
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(C H N)的反应如图所示，该反应的△H为( )
6 12 4
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学科网（北京）股份有限公司+4NH(g)
3
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】根据反应热等于断裂反应物化学键吸收的总能量与形成生成物化学键释放的总能量的差，结
合题中所给化学键的键能可得该反应的反应热△H=(a×12+b×6+c×12-d×12-a×12-e×12)kJ/
mol=6(b+2c-2d-2e)kJ/mol，故选C。
5. 肼(H N-NH)燃烧涉及的共价键的键能与热化学方程式信息见下表：
2 2
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 NH(g)＋O(g)→N (g)＋2HO(g)＋570kJ
2 4 2 2 2
则2N(g)→N (g)＋Q，Q为( )
2
A. 1882kJ B. 941kJ C. 483kJ D. 241.5kJ
【答案】B
【 解 析 】 N 的 结 构 式 为 N≡N ， 设 N≡N 的 键 能 为 x ， 由
2
可 知 ， 4×391kJ/mol+161kJ/mol+498kJ/mol-x-4×463kJ/
mol=-570kJ/mol，解得x=941kJ/mol，形成化学键需要释放能量，所以Q=941kJ。
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( )
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学科网（北京）股份有限公司A．同温同压下，反应H(g)+ Cl (g)=2 HCl(g)在光照和点燃条件下的 不同
2 2
B．2H(g)+ S (g) 2 H S(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
2 2 2
C．2H(g)+ S (s) 2 H S(g) ΔH＞-229kJ/mol
2 2 2
D．1 mol H S(g)分解吸收的热量比1 mol HCl(g)分解吸收的热量多，所以HS(g)比HCl(g)稳定
2 2
【答案】C
【解析】A项，ΔH与反应条件无关，同温同压下，反应H(g)+ Cl (g)=2 HCl(g)在光照和点燃条件下的
2 2
ΔH相同，故A错误；B项，2H(g)+ S (g) 2 H S(g) ΔH=(2×436+255-2×2×339)kJ/mol=-229kJ/mol，
2 2 2
ΔH<0为放热反应，反应物断键吸收的能量小于生成物成键放出的能量，故B错误；C项，2H(g)+ S (g)
2 2
2 H S(g) ΔH=(2×436+255-2×2×339)kJ/mol=-229kJ/mol，S(g)能量高于S(s)，则2H(g)+ S (s) 2
2 2 2 2 2
HS(g) ΔH＞-229kJ/mol，故C正确；D项，H-Cl键键能大于H-S，则HCl(g)比HS(g)稳定，故D错误；故
2 2
选C。
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 H O HO HO
2 2 2 2 2
能量/ kJ·mol-1 249 218 39 10 0 0
可根据HO(g)+O(g)=H O(g)计算出HO 中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1。下列说法不正确的是
2 2 2 2 2
( )
A．H 的键能为436 kJ·mol-1
2
B．O 的键能大于HO 中氧氧单键的键能的两倍
2 2 2
C．解离氧氧单键所需能量： HOO＜HO
2 2
D．HO(g)+O(g)=H O(g) ∆H = -143 kJ·mol-1
2 2 2
【答案】C
【解析】A项，根据表格中的数据可知，H 的键能为218×2=436 kJ·mol-1，A正确；B项，由表格中的
2
数据可知O 的键能为：249×2=498 kJ·mol-1，由题中信息可知HO 中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1，则O
2 2 2 2
的键能大于HO 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
2 2
氧氧单键需要的能量为249+39-10=278 kJ·mol-1，HO 中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1，C错误；D项，由
2 2
表中的数据可知HO(g)+O(g)=H O(g)的 ，D正确；故选C。
2 2 2
8．CHOH(l)＋O(g)=CO(g)＋2HO(g) ΔH=-393kJ·mol-1，该反应相关化学键键能数据如下表：
3 2 2
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学科网（北京）股份有限公司化学键 O=O C-O C≡O H-O C-H
键能/(kJ·mol -1) 496 343 1076 X 413
则 ___________。
【答案】465
【解析】ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和，故413×3+343+X+496-1076-4X=-393，解得X=465。
9．已知：NH(g)＋O(g)=N(g)＋2HO(g) ΔH=-544kJ·mol-1，键能数据如下表：
2 4 2 2 2
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HO(l)=HO(g)ΔH=＋44kJ·mol-1，则NH(g)的燃烧热为
2 2 2 4
___________。
【答案】946kJ·mol-1 632kJ·mol-1
【解析】设氮氮三键的键能为x，则：193kJ·mol-1＋4×391kJ·mol-1＋497kJ·mol-1-
x-4×463kJ·mol-1=-544kJ·mol-1，解得x=946kJ·mol-1，NH(g)＋O(g)=N(g)＋2HO(g)
2 4 2 2 2
ΔH=-544kJ·mol-1①HO(l)=HO(g) ΔH=＋44kJ·mol-1②，①-②×2可得：NH(g)＋O(g)=N(g)＋2HO(l)
2 2 2 4 2 2 2
ΔH=-632kJ·mol-1，即NH(g)的燃烧热是632kJ·mol-1。
2 4
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 NH (g)就会放出 热量，在该条件下，向某
3
容器中加入2 mol N (g)、6 mol H (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
2 2
是_______，表中的a=_______。
【答案】合成氨的反应为可逆反应 946
【解析】反应为可逆反应，反应不能完全发生，所以放出的热量会小于92kJ；根据焓变=反应物的总
键能-生成物的总键能，可计算出a=946。
11．肼(N H)是火箭的高能燃料，燃烧时发生反应：NH(g)＋O(g)=N(g)＋2HO(g)，已知某些化学键
2 4 2 4 2 2 2
的键能如表：
化学键 O-H N-N N-H O=O
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学科网（北京）股份有限公司键能/kJ·mol-1 467 160 391 498 945
则1mol NH(g)在氧气中完全燃烧生成N(g)和HO(g)的过程中_______(填“吸收”或“放出”)的能量
2 4 2 2
为_______kJ。
【答案】放出 591
【解析】焓变△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和=E +4E +E -E -4E =(160+4
N-N N-H O=O N≡N O-H
391+498-945-4 467)kJ/mol=-591kJ/mol，因此1mol NH(g)在氧气中完全燃烧生成N(g)和HO(g)的过程中
2 4 2 2
放出的能量为591kJ。
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=_______。
【答案】470
【解析】白磷燃烧的热化学方程式为： ；ΔH=反应物总键
能-生成物总键能=6×172+5×498-(4X+8×335×12)=-2378，解得X=470。
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 CH(g) +H O(g) CO(g) +3H (g) ΔH>0
4 2 2 1
反应Ⅱ CH(g) +2H O(g) CO(g) +4H (g) ΔH>0
4 2 2 2 2
反应ⅢCO(g) +H O(g) CO(g) +H (g) ΔH
2 2 2 3
已知部分化学键的键能数据如下表：
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学科网（北京）股份有限公司化学键 O-H H-H C=O C≡O( CO)
键能/(kJ·mol -1) 463 436 803 1075
则ΔH=_______，若反应Ⅲ的正反应活化能E(正) =83 kJ· mol-1，则逆反应活化能E(逆)=
3 a a
_______kJ·mol-1。
【答案】-41kJ/mol 124
【解析】由ΔH=反应物总键能-生成物总键能，ΔH=1075kJ/mol+2×463kJ/mol-(2×803kJ/mol+436kJ/
3
mol)=-41kJ/mol；根据ΔH= E(正)- E(逆)，则E(逆)= E(正)- ΔH =83kJ/mol-(-41kJ/mol)=124 kJ·mol-1。
a a a a 3
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；SiCl _______SiO。
4 2
(3)能不能根据键能的数据判断晶体硅和化合物SiCl 的熔点高低？_______(填“能”或“不能”)，理
4
由是_______。
(4)工业上高纯硅可通过下列反应制取：SiCl (g)+2H(g)=Si(s)+4HCl(g)。计算该反应的反应热△H为
4 2
_______kJ/mol。
【答案】(1) > <
(2)不能 晶体硅是原子晶体，它的熔点与共价键的强度有直接关系，而四氯化碳是分子晶体，
它的熔点与分子间作用力的大小有关，所以不能用键能比较它们熔点的高低
(3)236
【解析】(1)碳化硅和硅都是原子晶体，晶体类型相同的物质其熔点与键长成正比，键长越长，键能越
小，熔点越低，碳化硅的键长小于硅硅键长，所以碳化硅的熔点比硅的高；二氧化硅是原子晶体，氯化硅
是分子晶体，原子晶体的熔点高于分子晶体，所以二氧化硅的熔点比氯化硅的高；(2)物质熔点高低由构成
物质的微粒间作用力决定，单质Si属于原子晶体，原子间作用力是共价键；SiCl 属于分子晶体，分子间作
4
用力是范德华力，比共价键弱得多．因此不能都根据键能来判断物质的熔点高低；物质熔点高低由构成物
质的微粒间作用力决定，单质Si属于原子晶体，原子间作用力是共价键；SiCl 属于分子晶体，分子间作用
4
力是范德华力，比共价键弱得多，因此不能都根据键能来判断物质的熔点高低。(3)化学反应方程式中的反
应热=反应物的键能之和-生成物的键能之和，因此ΔH=360kJ/mol×4+436kJ/mol×2-176kJ/mol×2-431kJ/
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学科网（北京）股份有限公司mol×4=+236 kJ/mol。
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